【概要描述】

机电，被誉为工业出产的“心脏”，是一种基在电磁感应定律实现电能与机械能彼此转化的要害装配，普遍利用在各类机械装备中作为动力源。今朝传统机电市场已成熟，发财国度凭仗手艺和市场优势在全球市场中占有主导地位。

在现代工业利用中，机电凡是需要配备齿轮箱等中心环节以实现与负载间的转速和转矩匹配。但是，这些机械齿轮布局会带来额外的消耗、振动和噪声等问题。在不法则负载或过载前提下，这些问题还可能造成不成逆的破坏，从而下降系统的整体效力和靠得住性。是以，逐步去除齿轮箱并采取机电直接驱动负载的直驱手艺成为将来的成长趋向。这类手艺可以削减中心环节带来的能量损掉和机械故障，提高系统的整体效力和靠得住性。跟着手艺的不竭前进和市场的不竭需求，直驱手艺将在机电驱动范畴阐扬愈来愈主要的感化。

直驱机电的手艺挑战与摸索

直驱机电在市场利用中也面对一些挑战。按照经典机电设计理论，当机电的功率和转速在必然规模内时，机电的输出转矩与其体积年夜致成正比。为知足低速年夜转矩直驱机电的运行需求，需要增添机电的极对数，但这会致使机电槽数、绕组极数和永磁体极数过量，进而造成机电体积变年夜、本钱增高，从而限制了直驱机电的利用规模。

但是，同轴式磁性齿轮的提出为低速年夜转矩永磁机电的设计斥地了供给了新的思绪。经由过程应用磁性齿轮的“磁场调制道理”进行立异设计，衍生出多种具有高功率密度的新型机电拓扑布局，即磁场调制型永磁机电。不但实现了转子的降速和转矩晋升，同时解决了齿轮箱和直驱手艺中存在的问题，并具有低转速、年夜转矩、高功率/转矩密度等长处，在低速年夜转矩的利用场景中揭示出出色的前景。

针对磁场调制机电国表里各年夜院校和研究机构虽然获得了很多功效，但在手艺落地、产物化、市场化方面依然处在低级阶段。这首要归罪在以下几个要害身分：

1、布局复杂：磁场调制机电布局较通俗机电复杂，如磁齿轮机电因为其布局中存在调磁块，在机电现实的加工、装配和运行安装进程中面对诸多坚苦；

2、道理与现实误差：在机电设计进程中，按照道理经常会疏忽气隙长度限制和绕组端部距离等现实工程工艺问题，致使样机的现实机能低在理论设计值，优势不较着；

3、本钱增添：为了提高某些新构型磁场调制机电的机能，设计时会增添永磁体的用量，这不但增添了物料本钱，还下降了产物的性价比，从而影响了市场推行和利用；

4、节制算法优化：磁场调制机电与常规永磁机电的工作道理分歧，它是基在磁齿轮效应运行并操纵气隙中的多种磁场谐波成份发生转矩，在多种谐波磁场的协同下，机电的平均转矩获得极年夜晋升。但也造成了磁场调制机电与传统永磁机电设计的主流节制体例没法直接匹配，需要专门进行优化。

为了拓展直驱机电的更多利用场景，本末科技手艺预研团队一向致力在挑战当前的手艺困难，延续的手艺攻关、优化并鞭策立异。在经由过程对电磁方案和布局设计的屡次迭代与优化，成功推出一款具有更高转矩密度、工艺简单且可量产的磁场调制永磁机电方案。

本末科技磁场调制永磁机电立异方案解析

在新方案中采取外转子布局，定子部门采取24槽散布式绕组布局和屡次分层绕线的工艺（如图1），从而有用地解决了定子高槽满率和绕组端部距离太长的问题。同时，转子部门采取外转子表贴式布局（如图2），实现了3.8:1的磁场减速比，相较在传统永磁机电显著提高了机电的转矩密度。

图1 定子散布式多层绕组

图2 外转子表贴式布局

为了进一步晋升机电的转矩密度，本末科技手艺预研团队颠末延续的研究摸索后，终究采取了海尔贝克（Halbach）阵列充磁手艺方案，将外转子永磁机电中的永磁体从通俗径向充磁改成海尔贝克充磁体例。（海尔贝克阵列是经由过程将分歧充磁标的目的的永磁体依照必然的纪律摆列，可以或许在永磁体的一侧会聚磁力线，而在另外一侧消弱磁力线，从而取得比力抱负的单边磁场）采取海尔贝克充磁体例后，可以使气隙侧的磁通密度年夜幅增添，并减小了转子轭部磁通，与传统径向充磁体例比拟，聚磁结果获得显著晋升（如图3）。这类方案既斟酌了机能优化，又统筹了制造的可行性，把手艺立异与现实利用相连系。

图3 磁力线散布对照图

因为转子轭部磁通显著减小，可削减转子轭部的厚度，有用下降转子重量和惯量，从而晋升系统的快速响应性；同时，海尔贝克阵列充磁体例的利用负气隙磁通密度更接近正弦波（如图4），这不但削减无用谐波含量，有助在下降齿槽转矩和转矩波动，还下降了铁耗，晋升了机电效力。

图4 Halbach阵列磁场调制机电空载反电动势图

抱负状况的海尔贝克阵列永磁体布局是全部圆环形永磁体的充磁标的目的沿周向持续转变，可是在现实制造中难以实现，为了均衡机能和制造工艺的矛盾，本末科技手艺预研团队将圆环形永磁体等分成几何外形一致的扇形离散磁块，经由过程每块磁块分歧的充磁标的目的拼接成一个圆环，终究构成定转子的组装方案（如图5）。既斟酌了机能优化，又统筹了制造的可行性，是手艺立异与现实利用相连系的方案。

图5 Halbach阵列磁场调制机电

本末科技手艺预研团队不但在机电布局设计上获得了重年夜冲破，同时采取进步前辈的FOC矢量节制体例、并经由过程不竭优化算法晋升机能，包罗：三电阻采样实现三相电流矫捷运算；单周期获得转子位置，磁编码器转子角度线性度抵偿算法；磁编码器零位偏移量、电压电流超前角、相电流死区抵偿算法；谐波注入算法等。在平安方面，团队利用相电流、母线电流、温度等多种体例进行庇护，确保使节制更平安。另外，他们还采取片式使命轮训处置，连系状况机、汇编等手艺，使节制加倍简练高效。

在手艺验证和样品测试上，海尔贝克阵列磁场调制机电揭示出出色机能，其转矩密度比拟传统永磁机电晋升了1.5倍以上（如图6、图7、图8，在24VDC、同体积机电测试前提下），最年夜转矩到达26N爱游戏m，有用重量转矩密度为18Nm/kg（电压增添至48VDC下还能晋升40%），机电工作电压规模为14.4～60VDC。这一显著优势使得该机电方案可以或许赋能装备应对更复杂、更刻薄的工作情况。另外，该机电方案还能帮忙减小装备体积和重量，进而下降出产本钱和保护本钱。这款磁场调制永磁机电凭仗其高机能特点可适配更多装备，并拓展出更多利用场景。

图6 24VDC时Halbach阵列磁场调制机电机能曲线图

图7 24VDC时传统永磁机电机能曲线图

图8 Halbach阵列磁场调制机电外形尺寸图

本末科技作为一家市场导向型的科技型公司，具有从传感器、驱动器到机电本体的全套设计出产手艺。本末科技一向十分正视研发和手艺的投入，今朝已具有跨越百人的研发团队。为了更好引领直驱机电手艺将来成长，在2023年头本末科技专门成立了手艺预研团队，在机电的拓扑设计和算法上不竭摸索，今朝在轴向磁通机电、磁场调制型的游标机电、磁场调制型的磁齿轮机电、内置式永磁体外转子永磁机电等新构型设计长进行了手艺验证和延续迭代优化，并获得了累累硕果。本末科技但愿经由过程手艺投入在新兴永磁机电市场对国外机电企业实现弯道超车，赋能家用机械人、工商用机械人、健身装备、医疗康复装备、游戏装备等范畴。

别的，本末科技凭仗搭建的供给链系统和灵敏交付能力，具有从手艺端到产物端、出产真个壮大转化能力，例如最新的磁场调制永磁机电的设计方案，公司已申请了“基在海尔贝克阵列的充磁布局和机电”和“散布式绕组和磁场调制机电”等十余项专利，并可以或许快速利用到本末各产物系列，晋升整体产物机能。将来，本末科技将延续深耕直驱手艺范畴，加年夜企业研发投入，晋升企业的立异能力和程度，为企业延续成长供给不竭动力，实现“直接驱动世界”的品牌愿景。

• 分类： 博鱼新闻
• 作者：博鱼
• 来源：集团新闻
• 发布时间：2024-05-26
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