T他今年对运动控制和自动化电机趋势的调查揭示了同步交流电机使用的几个趋势和新兴发展;步进电机，特别是在闭环产品;各类无刷电机;还有一些专业的直驱车型刚刚进入市场。
同步交流电动机的普及
与无刷直流(bldc)电机的结构和操作非常相似，同步交流电机-有时被称为无刷交流，永磁(PM)交流电机，甚至pmac -现在正从复杂的伺服电机应用扩展到其他工业驱动应用。更具体地说，他们看到印刷和包装设备的使用量增加;输送机;车辆轮毂驱动(我们将在5月份的《设计世界》运动特刊中探讨agv和机器人技术);起重机;再生电梯驱动器。
这些轻量级的低惯性电机通常在高扭矩和效率下提供5至150马力。一个恰当的例子:来自ABM驱动器的Sinochron PMAC电机保持比同类感应电机高10%到15%的效率。
同步交流电机的变速操作需要通过专门设计的变频器或变频器来控制，以启动和同步转子-定子相互作用。就像无刷直流电机一样，同步交流电机使用电子设备(通常是霍尔效应传感器)来指示绕组的正确电流。转子上的四个或更多永磁体阵列可实现同步运行。
但与采用梯形绕组定子线圈的直流电机(以及需要直流输入的梯形波形的反电动势输出)不同，同步交流电机采用正弦绕组。这就需要正弦反电动势输出(需要正弦电流输入)，以及一个声音大、电噪声小的电机。访问motioncontroltips.com然后搜索。”无刷直流电机与同步交流电机的区别，了解更多相关信息。
连续换向避免了转矩波动，使功率因数高，即使考虑到控制器损耗，也能实现超高的效率。
与低速时效率低、功率因数低的感应电机不同，永磁电机在不需要齿轮箱或减速电机设计的情况下也能保持性能。
这些来自Nidec电机公司旗下Control Techniques的Unimotor hd无刷交流伺服电机是低惯性脉冲占空伺服电机，可接受230-V或460-V输入;尺寸为6.3 - 757.6磅。输出(至2,257磅)峰);镜框尺寸从55毫米到190毫米。这些电机具有与Digitax HD伺服驱动器相匹配的扭矩配置文件，可实现高达300%的峰值过载，以实现峰值动态性能。Unimotor hd伺服电机在动态飞剪方面表现优异;拾取和放置;以及需要硬加速和减速的切割长度应用程序。
步进电机(PM和其他)在新的地方
小型电机(包括NEMA 34和60毫米尺寸的电机)(在bldc和伺服以及混合步进和闭环步进变化中)的使用继续增加。这些小型电机占市场(单位)量的70%。
领先的应用是3D打印机，机器人处理，医疗设备和工业运动设计。我们的行业专家对这些行业的步进电机有一些有趣的投入。
Harris Ayaz | ISL产品国际应用工程师:永磁步进电机越来越多地应用于工业应用。最近有自动印刷、包装和电子钟行业的客户来找我们。这些电机比更流行的混合步进电机小得多。永磁电机可以制造定制的安装配置和专业连接器。
混合步进电机领域的最新趋势包括在轴上添加(由运动部件供应商预集成)线性螺钉和螺母，以提供完整的线性运动解决方案。这使得步进器成为客户的即插即用解决方案。
ISL产品公司的NEMA34混合式步进电机用于工业机器人。
其他趋势是双轴步进电机以及带齿轮箱的步进电机的增加。
Jonas Proeger•动态运动控制:我不知道他们是如何制造的，但一些电机的小尺寸令人印象深刻，这使得新的应用成为可能。我们已经看到了令人印象深刻的机器人手术应用设计，在手术机器人的一个拳头大小的末端执行器中有六个或更多的微型马达。
大多数步进电机仍然在开环中运行，这将是很长一段时间的情况-因为毕竟，步进电机的最大好处之一是它们如何以低成本提供可靠和精确的定位，而不需要反馈系统。也就是说，我们看到闭环系统的兴起使步进电机成为成熟的伺服电机，而且它们不必躲在它们的bldc或dc兄弟后面。
Ayaz | ISL产品国际:闭环控制的兴起是为了模仿伺服系统及其反馈。步进电机可与一体化驱动方案配对;这允许闭环控制，并减少了购买两个独立组件的需要。许多客户想要一个交钥匙操作方法，步进与闭环系统提供足够的一致负载。
•动态运动控制:随着越来越多的算法在微电子中实现，我的观点是，与无刷直流伺服器或步进伺服器甚至开环步进器之间的接口最终将没有区别。当那个时候到来的时候，选择哪种电机类型的决定只会是一个机械的决定:虽然步进电机在低速和高扭矩时具有最佳点，但bldc电机在更高的速度下表现更好。
这里展示的是Portescap 20DBM专用和非专用步进线性执行器。
闭环步进器与编码器创新的交叉授粉
闭环步进电机利用高分辨率反馈和dsp -由于摩尔定律，两者都越来越便宜。根据precient & Strategic Intelligence的数据，到2023年，全球范围内，这些闭环步进系统的使用将以6.3%的复合年增长率增长。曾经的闭环控制是多余的，现在这样的设置提高了需要负载响应控制的定位或运动任务的效率。
许多用途是在机器人、包装和半导体制造中。这些利用步进电机结构的优势，即使优于传统的开环产品。在许多情况下，闭环步进产品采用集成电机的形式，包括电源，驱动器和控制器板;反馈装置;通信和I/O电子;还有电缆和连接器。
Eric Rice•应用运动产品:闭环步进控制继续在定位和速度控制应用中获得市场份额。这种使用的增长主要是由于新的集成电机设计利用了闭环控制的好处(例如更大的扭矩输出，更高的加速速率，更安静的运行，更高的效率)…但它也受到集成电机设计本身的好处的推动。这些好处包括更少的电缆，没有外部驱动器或放大器，简化的零件清单，并节省成本。
此外，闭环控制和集成电机设计的好处很容易观察到-这有助于最终用户在第一次采用这些技术时感到自信。
这些闭环步进器和其他电机对编码器的需求意味着对更高编码器功能的需求不断增加(以补充当今的高性能网络和连接选项)。
•动态运动控制:步进伺服的兴起将催生新一代编码器。通常，在嵌入式驱动器中，最好的选择是磁性编码器。这是因为这种驱动器结构紧凑、坚固耐用，而且机械装置也更简单。这里的缺点是，如果设计工程师想将其用于步进的FOC，许多磁性编码器的分辨率有限。回想一下，步进电机的典型极数为50，而典型的无刷直流电机的极数为1到16。另一个缺点是它们的内部处理延迟。这促使人们对低延迟的高分辨率磁性编码器的需求。
Mike Maroney |高级产品经理•Applied Motion Products:光学编码器毫无疑问的统治地位结束了。磁性编码器现在提供的价格(每组件成本)比竞争产品便宜一个数量级。此外，它们提供更容易的单元组装-由于由PCB控制的气隙以及比光学同行更严格的夹具公差。
这些因素加上磁性编码器的快速技术进步正在帮助缩小光学编码器的性能优势，这意味着磁性编码器只会继续占据更多的市场份额，甚至会帮助编码器进入历史上不可行的市场。
Patrick Wheeler |产品经理•Aerotech:电机编码器设计和应用的另一个趋势是绝对编码器和其他串行协议。挑战在于，当高级过程控制必须与线性执行器或级的实际位置相结合时，信号串行化所产生的延迟。
对速度(和扭矩)的需求:无刷电机趋势
电子换向(EC)电机或ecm(也称为无刷直流电机)在需要长寿命和最高效率的一系列运动设计中是必不可少的。
顺便说一句，请注意美国能源部(DOE)将ecm定义为集成了驱动和控制的低马力bldc电机(这在暖通空调设计中很常见)。该机构区分无刷直流电机(无刷直流电机，单独驱动和控制)和EC电机(有集成的驱动和控制)。但许多原始设备制造商和汽车供应商互换使用这两个术语。
更重要的是，大多数EC (bldc)电机制造商同时供应暖通空调和运动控制市场，这加速了EC电机和电子换向电机在运动行业的采用。
maxon精密电机的EPOS4产品线包括两个新的EtherCAT紧凑型控制器- 24/1.5和50/5。控制器适用于无刷直流电机和有刷直流电机。Maxon还通过双环控制升级了该平台的功能。这种控制同时控制电机和负载反馈，以获得最佳系统性能。EPOS工作室软件速度设置时间与自动调节调谐功能。
Dave Beckstoffer | Portescap产品经理无刷直流电机的趋势是提供多种选择，以覆盖更广泛的应用范围。新的设计正在为速度、扭矩或两者的组合量身定制。无槽电机正在适应多极设计，以获得额外的扭矩或优化磁力设计以获得更高的速度。一些应用-例如工业手动工具-要求在其操作范围内-自由运行和拧紧阶段。Portescap的Ultra EC电机开发在这些应用中表现出色，提供了更快的自由运行相位和更高的峰值扭矩能力。
Ayaz•ISL产品国际:无刷电机在医疗设备和机器人领域出现了新的发展趋势。我们参与了各个行业的项目，但在这两个市场中，bldc电机是最常见的。
最近，我们看到在医疗设备和工业应用中越来越多地使用避雷器型无刷直流电机。以前，超跑型直流电机在轻型休闲消费电动汽车中最常见。在定子线圈外的环形或套筒上有磁铁，用于输出，以电机可以旋转的形式。
在小型机器人中，通常使用数字伺服电机。这些电机具有成本效益，并且(带反馈)通过PWM提供精确的运动。我们还看到许多行星齿轮箱与bldc电机配对-用于减速和增加扭矩。与战术机器人系统，行星齿轮箱是最好的高扭矩和高效率，以及重载承载能力。
全球电机制造商Nidec的创始人兼首席执行官永森重信(Shigenobu Nagamori)预测了使用电动机的行业的几个趋势。
“1973年，我创立了Nidec，用无刷直流电机取代世界上所有的电动机……我相信这项技术的潜力。45年后，我们看到了与无刷直流电机相关的创新——最具影响力的是20世纪90年代硬盘驱动器(HDD)电机市场的扩张。现在，出现了四个同样重要的新趋势……”
家用电器传统上由有刷电机驱动越来越多地使用无刷直流电机—优点包括更高的电源效率，兼容电池电源，寿命更长。Nagamori补充说，几乎所有室内空调、冰箱、洗衣机和真空吸尘器的电机都将被无刷直流电机取代。
汽车电气化-从内燃机向电动机的过渡进展迅速，无数其他以前由发动机驱动的部件正在被电动机驱动的版本所取代。
增殖的机器人(包括协作机器人)——大多数都配备了电机和减速机。曾经生产硬盘电机的Nidec工厂现在正转而生产机器人减速机。Nagamori补充说:“机器人很昂贵，但随着价格的下降，机器人的使用(甚至在人们的家中)也会越来越多。”事实上，据预测，到2050年，世界人口将达到90亿，每个人将拥有三个服务机器人。
取代物流和农业中的手工工作-无人机在物流和农业领域的潜力尤其大，尽管仍需要新的突破和法规。Nagamori预计这些将在未来几年内实现。
•动态运动控制:关于无刷电机，无人机市场推动了一个有趣的趋势。通常在工业应用中，我们主要看到的是内浇口电机——通常带有NEMA两位数风格的法兰——现在我们看到越来越多的外浇口以非常低的成本产生令人印象深刻的扭矩。通常情况下，他们有更高的杆数比传统的进入…导致更小的传动比变速箱。它们还没有应用到传统的工业机械中，但在很多仓库自动化系统以及一些协作机器人项目中得到了应用。
互操作性，供应商配置和设计正确的功能，从电机
互操作性是今年的一个重要功能。
马罗尼•应用运动产品:我们努力保持产品在产品线和世代之间的兼容性。作为基准，我们坚持步进电机的标准NEMA帧尺寸和伺服电机的公制尺寸-我们向相关标准组织认证我们的现场总线实现，例如以太网/IP的ODVA。
除此之外，我们专有的Q编程语言适用于我们所有的电机-从最小的开环步进驱动器到最大的伺服驱动器。这让使用我们产品的工程师学习一种语言，并将其应用于所有系统中的所有运动轴-从最小的设置轴到最大和最复杂的轴。这减少了编程时间并简化了故障排除。
事实上，我们对向后兼容性的关注确保了oem的机器在未来几年都可以使用，并且可以使用我们最新的产品进行改装。
Beckstoffer•Portescap:在任何新产品的设计开发阶段，我们确保可以提供完整的电机系统-包括电机，变速箱和编码器。机械兼容性保证了新设计将与其他产品轻松集成。一个很好的例子:一些新的发动机可能包括一个设计来接受最接近直径的齿轮箱的前面板。电机的后法兰可能有几何形状以容纳相关编码器。这使得工程师可以在系统中使用新产品，并完成运动反馈。
电机供应商为oem和设计工程师提供了一系列增值服务(或内部工程支持)，帮助他们在电机设计工作中获得帮助。
Ayaz•ISL产品国际:在过去的12个月里，我们通过我们的增值方法帮助客户(oem)。我们专注于优化标准直流电机和减速电机……并根据OEM的特定要求定制每个电机或减速电机。
我们提供的最常见的增值是为每个客户的应用定制输出性能参数(如速度和扭矩)。我们还能够提供各种电机和齿轮箱类型，轴定制，材料选择，磁铁类型，引线和连接器，以及编码器的变化。我们利用我们的内部工程经验来指导工程师朝着正确的方向前进……毕竟，运动控制是一项精确的任务。
James Gallant |运营总监•ISL Products International:当涉及到订购直流电机和减速电机时，我们的目标是成为设计工程师的
这是ISL产品公司的NEMA-23步进电机驱动的线性执行器。自动门锁采用步进式设计。阅读运动趋势的文章线性致动器获取更多执行器应用示例。
Beckstoffer•Portescap:创新是我们的激情所在。我们将这种激情扩展到我们的客户，在他们的设计早期与他们接触，为他们设计的运动部分提供我们的专业知识。它不仅仅是电机复合材料，我们还审查了与电机复合材料相关的机械和电气部件，以确保系统的最佳效率。一个共同的设计努力导致一个更高效和紧凑的最终产品。
这里显示的是Portescap B16齿轮箱;B32计算机迷;R22HT是一种功率密集的微型电机齿轮箱，适用于电池驱动的工具。
Nicole Ashton•Portescap:当我们在设计过程的早期与客户接触时，它有助于降低电机集成风险，同时提供突破性的设计影响。当我们从客户最初的构想阶段开始与他们合作时，这才是真正的协作创新发生的时候，也是利益最大化的时候。
当然，在线配置工具和软件继续改变设计工程方法。
Beckstoffer•Portescap:今天的设计工程师需要越来越详细的在线信息，以支持在他们的设计中对运动的可用选项进行更深入的研究。我们开发了MotionCompass软件，为设计工程师提供了一种随时利用我们专业知识的方法。
通过提供基于扭矩和速度的动态建议，我们缩短了迭代过程。这也是因为电机的物理测试已经被在线计算所取代。这让设计工程师自信地与初始电机选择原型，并最终减少时间，以获得新产品推向市场。
Ayaz•ISL产品国际:电刷式电机在工业上仍然很常见。有刷直流电动机的优点是不需要控制器进行操作。我们看到的一个新趋势是无芯有刷电机的兴起，也被称为无铁电机。
这些电机比同类电机更有效，并表现出较少的齿槽扭矩-加上磁铁，如钕，以提供高扭矩。无芯有刷电机的使用增加主要是在医疗行业的无绳和手持设备中-因为电机具有相对较低的电流消耗。
电机预装线性装置和其他机械元件，以简化装配。许多供应商出售带有集成丝杠的齿轮箱，以减少零件数量，避免与联轴器等相关的机械问题。考虑一个具体的例子:一种医疗设备(一次性活检工具)现在由电机和变速箱以及变速箱扩展件中的集成丝杠和螺母组成。
Beckstoffer•Portescap:齿轮箱的设计正在推进三个设计目标-提高效率，提供更高的输出扭矩，并接受更高的电机输入速度。这就要求设计工程师在开发新产品时平衡这三个要求。
为了解决这三个问题，我们再次推出了R22HT，提供更高的输出扭矩和更高的输入速度，并逐步提高效率，所有这些都采用了行星技术。事实上，该设计为oem提供了更广泛的传动比选择，以微调任何应用的扭矩和速度输出。
MotionCompass是一个来自Portescap的基于网络的应用程序-可通过motioncompass.portescap.com访问-帮助工程师为不同的运动应用程序大小和选择电机。该软件从各种无刷直流和有刷直流无芯产品中生成建议，并包括输出中的性能曲线。
其他微型设计包括无刷直流空心齿轮电机，允许在骨科手术中直列驱动克氏针和引脚。其他的发动机更小。
理查德·霍尔斯特德|总裁•帝国磁性:一项使用尖端微电机和微型设备的技术被称为LIGA——来自德语的首字母缩略词，是光刻、电铸和成型的缩写，并使用高能x射线指示工艺。光束线设备中的微机械加工和微设备需要由齿轮、电机和其他微小组件组成的设计，因为许多LIGA结构的活动面积为0.25至4毫米。
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