选择电动马达:最佳配合与完美配合

10.06.21

选择电动马达:最佳配合与完美配合

电机是不可缺少的。它们是保持空气清洁、食物和药品新鲜、家庭和办公室舒适的技术的关键。电动汽车越来越多地在空中、海上和陆地上运送人和货物。专门制造的电动机器正在重新定义什么是可能的,用自动驾驶汽车、机器人手术工具、自动驾驶汽车和高级传感器创造明天的现实。

随着电动机器使用的增加,其能源效率的影响也在增加。在一个努力实现碳中和的世界,电机占全球用电的50%以上,对环境的影响是任何单一技术中最大的。很明显,经过优化的高性能电机可以显著减少我们在全球的足迹。然而,直到最近,设计一个定制的电机一直是一个缓慢、困难和昂贵的过程。

选择电机

几十年来,产品设计师和创新者在为他们的系统选择电机或发电机时也面临着同样的限制。无论是改进现有的系统还是创造全新的技术,工程师都必须从有限的现有机器目录中挑选,或者从头设计一个定制的解决方案。每个国家都有自己的挑战。

持有述
一名ECM员工拿着一个传统的铜绕定子(在右边)和一个ECM PCB定子(在左边)来比较3HP机器。

从一个固定的框架尺寸、速度和扭矩目录中选择一个电机,往往会导致不完美的匹配,从而限制了系统的潜力。最适合的、现成的电机通常尺寸过大、效率低下,并且忽略了热条件等应用细节。

或者,人们可以设计一个定制的专用机器,但这通常是一个漫长的劳动密集型过程。这些定制解决方案也可能受到传统电机技术的严重限制,从原型到大规模生产的过渡进一步限制了这些产品的可行性。例如,涉及铜绕定子的新电机设计在规模化生产时通常需要独特的装配工艺和机械。由于这些成本和时间因素,大多数产品设计师求助于现成的机器。

一种设计电机的新方法

一种极其灵活、优化、基于软件的电机可以迅速改变创新者选择和设计机器的方式。E-Circuit Motors (ECM)是一家位于马萨诸塞州的初创公司,致力于实现这一理念。ECM旨在为下一代的设计师和工程师提供一个充分利用他们的创新和现代制造技术的电机设计平台。为了实现这一愿景,ECM创建了print定子,这是一个革命性的从设计到制造的软件平台,使无限的设计可能性成为可能。

该平台采用了ECM专有的印刷电路板定子设计。通过用与永磁体结合的印刷电路板取代许多传统电机中使用的铜绕组,ECM开发了一种独特的轴向磁通电机设计。PCB定子非常薄,需要的铜明显少于其他机器类型。因此,ECM的机器比现成的替代品轻70%,少使用80%的原材料。

PCB定子
ECM的专利定子用印刷电路板取代了传统电机技术中的铜线。

此外,在ECM的定子铁缺乏导致在首选转子位置或齿槽。这使得ECM电机提供卓越的运动质量,并产生很少的振动或噪音。在一些关键的噪声应用中,ECM客户报告噪声降低了20dB - 30dB。带有PCB定子的电机也被观察到有非常小的电磁干扰,这是接近传感器应用的一个重要特性。

电动机作为软件

当然,ECM电机平台最重要的方面不是单一的高性能电机设计或PCB定子的特性,而是设计可能性的无限范围。使用ECM的软件,用户可以通过简单地提供机器要求来生成独特的ECM电机。从一组离散的电机特性,包括扭矩和速度,软件产生一个优化的PCB定子电机设计与准确的操作条件。有了print定子,设计在几小时内就准备好了,而功能定制原型只需几周的时间。

PCB定子
ECM的设计软件提供了无与伦比的灵活性、上市时间和可伸缩性。

由于基于print定子的电机与它们的操作点共同设计,它们提供了显著的系统级效率改进。在广泛的适用性范围内,使用ECM平台设计和开发的电机在应用中几乎总是比现成的电机更轻、更小、更高效。

PCB定子
print定子已设计PCB定子的机器大小的美国季度。

简化PCB定子的制造是ECM平台解决的另一个挑战。print定子的输出包括一个Gerber文件包,可以发送出去,并被现有的印刷电路板室理解,以立即制造定子。PCB定子的物理尺寸也被输入到参数化设计过程中,模拟辅助组件,如外壳和转子。这些部件进入CAD/CAM工艺,可以与定子并行制造。

有了ECM的平台,从设计到原型再到PCB定子的规模化生产是一个高效的过程,只需要很少的人力,并利用现有的制造技术和机械。这些定制电机的可扩展性和交付充分利用了已建立的印刷电路板行业的全球能力。最终的结果是无与伦比的灵活性、上市时间和可伸缩性。

它是如何工作的?

print定子采用专利优化算法,快速有效地设计特定应用的电机。使用该软件,可以毫不费力地研究大量的设计迭代。该软件可以探索几乎无限数量的设计优先级,包括尺寸、重量、效率、成本等,然后无需重新开始就可以重新确定优先级。例如,当开发出适合给定空间的“最高效率电机”时,它可能会激发求解效率高于特定值的“最低材料”电机的动力。

PCB定子
print定子使几乎无限的PCB定子设计可能性。

该软件还嵌入了一系列专利设计特点到每个定子的设计,进一步增加设计潜力。热调节功能和专门的缠绕模式是确保优越的性能和优化使用原材料的例子。

使用该软件,还可以利用现有的组件或特定的磁铁来设计。此外,使用这些现有部件的权衡很容易调查。考虑到这个想法,ECM已经使用print定子来设计有限数量的转子,磁铁,和定子,以覆盖整个生产线的电机的要求。

ECM电机的形状和形状因子也是灵活的。ECM电机可以设计为环形、分段和堆叠电机。print定子已被用于将电机包裹在扭矩倍增器周围,将电机安装到运动设备中,将电机与球体、环面、管道和管道集成在一起,优化电机在粘性流体中运行的性能,并在与风扇和泵结合时优化系统性能。

它为谁工作过?

ECM与大约1/3的主要航空航天和国防承包商有活跃的项目。暖通空调、机器人、无人驾驶车辆、精确运动控制、指向应用、触觉系统、物理治疗和医疗设备等领域的领先公司正在原型化ECM机器并使用ECM技术。这些项目涵盖了从零到10kW的电机,从低速转矩电机到30000 rpm的电机。

世界各地的创新者正在发现PCB定子技术对他们的产品的价值。初创企业、大学、政府实体和行业巨头都在使用print定子设计卓越的机器。ECM极端的设计灵活性、上市时间和可伸缩性使该技术对几乎任何应用程序都有价值。

排队

ECM目前正与多个行业的合作伙伴合作,制作定制PCB定子解决方案的原型,并协助垂直集成。

它是如何为你工作的?

在接下来的12到18个月里,ECM的目标是发布print定子,允许工程师直接与软件平台交互,创建他们自己的集成的,专门的电机和发电机-特定于他们的最终用途应用-并利用印刷电路板设计公司和其他ECM批准的供应商提供一个完整的解决方案在几周内。

目前,ECM的软件及其完整的设计灵活性通过软件即服务模型提供给其合作伙伴,ECM的业务开发部门收集电机规格,并以参数模型和预测数据表的形式展示设计结果。合作伙伴可以在ECM专家的帮助下迭代设计,并最终从ECM订购应用程序定制解决方案的原型。

由于ECM的产品是数据,可以在任何时候在全球范围内重新制作副本,ECM不是他们合作伙伴供应链的一部分。ECM平台旨在帮助合作伙伴实现PCB定子机的规模化生产和垂直集成。

ECM的电机作为软件,降低了源自位置和市场的供应链风险,利用市场的力量降低成本,通过利用现有的和高度发展的行业扩大生产,并最终为设计师提供正确的电机或发电机。在一个快速变化的世界中,ECM的print定子提供了我们从未想象过的一代机电和机电产品所需的灵活性。

07.07.21
几十年来,产品设计师和创新者在为他们的系统选择电机或发电机时也面临着同样的限制。ECM改变了这一切。文章最初发表于EETimes。
06.06.21
在同一艘船的第二个改造项目中,ECM的PCB定子设计技术已经证明了其在减少电机重量和尺寸方面的价值,并已使空气处理器的皮带驱动成为更高效率的直接驱动。最初由温迪·劳尔森在《汽船》上发表。
01.10.21
ECM被《半导体评论》评为2020年十大半导体技术解决方案提供商之一。文章最初发表在《半导体评论》上。