電機效率圖的案例
基于模型開發（MBD）的電機效率圖有限元仿真分析
1 基于模型的開發和效率圖
在MBD中，無需等待真實樣機制造完成就可以評估電機的特性。電機效率圖是電機驅動系統開發中的重要評價項目之一。因此，有必要利用有限元仿真獲得高精度的電機效率圖。
但是，如果我們談論效率圖評估，則根據開發階段的不同，效率圖的準確性和計算時間成本也會有所不同。在這里，我們考慮以下兩個階段的效率圖評估：
概念設計。
詳細的性能評估。
在概念設計中，當改變電機的拓撲和形狀時，評估機器的特性。因此，有必要評估每個電機結構方案的效率圖。為了評估大量方案，必須限制一次生成效率圖所花費的成本（計算時間）。另一方面，在詳細性能評估階段，通常會制作樣機，并在電機臺架上進行性能評估。在MBD中，臺架試驗被模擬虛擬試驗代替。因此，在仿真中，需要一個相當于真實機器的精度。
利用有限元分析軟件[1][2]可以通過模擬評估效率圖。然而，很少有文章提到上述每個開發階段的map評估。本文詳細闡述了性能評估中的概念設計和效率圖生成評估方法。此外，還將闡述生成Map圖所需的精度及其計算成本。
圖1和表1顯示了本文案例的電動機及其規格。
展開 HBK數字算法助力繪制電動汽車電機效率圖
這樣一來，只需幾分鐘就能完成一張具有300個唯一條件的效率圖。繪制一張包含50,000個場景的效率圖大約需要10個小時，而傳統的方法可能需要10個工作日或更長時間。
實時機械和電氣測量
Charged：
在效率圖測試中，您具體測量的是什么？
Marks：我們測量DC總線電壓和電流、逆變器電壓和電流、逆變器輸入功率和逆變器輸出功率。逆變器連接到電機，因此我們測量電機的扭矩和速度輸出。一旦知道輸入電機的電功率和從電機輸出的機械功率后，我們就能確定電機的效率。如果是變速箱，我們可以測量機械功率輸出，并計算效率。這些測試與溫度緊密相關，因為變熱的機器會損耗更多的能量，效率也會隨之降低。因此，工程師們力求將機器保持在極其嚴格的溫度范圍內。
HBK設計的eDrive產品可以同時測量所有機械和電氣值——扭矩、速度、溫度、電壓、電流等。這些測量值，以及動力系統控制系統的數據，均被即時存儲。后處理分析將實際數量與控制器正在“思考”或估計的值進行比較，便于工程師設計和優化控制系統。
三張效率圖，一個顯示屏
我們將電池、逆變器和電機放在測功機上，輸入多個設定值，從而確定動力系統全范圍內的扭矩和速度。接下來，我們針對每種情況，測量電池功率、逆變器功率和電機的機械功率輸出，以確定逆變器效率和電機效率。這樣一來，我們便得到一張效率圖，其中，速度設為X軸，扭矩設為Y軸。我們想弄清楚最有效的點在哪里，以便使動力系統大部分時間內都運行在最有效的點。
然后工程師將使用這些數據來優化動力系統，以及定義車輛的駕駛模式參數。例如，他們可以看著效率圖說，“好吧，在環境溫度為20℃的無約束模式下，我的電池充電狀態是這樣的。我可以自由自在地駕駛。”
展開 MATLAB高質量電機Map圖繪制程序 ￥20
電動汽車驅動電機效率MAP圖是展示驅動電機外特性及效率分別的直觀數據圖，對于采用有限元仿真或者實際電機臺架測試得到的驅動電機效率數據點，如何使用MATLAB對其進行數據處理，得到高質量且美觀的效果圖，是科研學習及工作報告中非常重要的一項內容。
作者采用matlab編寫了.m的程序，直觀的將驅動電機的效率數據，繪制成高質量且美觀的效率MAP圖。清晰直觀的展現驅動電機的各項效率指標。
程序包含驅動電機效率MAP圖繪制，高效區指標數據統計；驅動及發電效率MAP繪制；三維MAP及投影圖繪制等多個源程序文件。
展開 步進電機接線圖，8線步進電機接線圖圖解
銅損和鐵損都會以發熱的形式表現出來，從而影響電機的效率。步進電機一般追求定位精度和力矩輸出，效率比較低，電流一般比較大，且諧波成分高，電流交變的頻率也隨轉速而變化，因而步進電機普遍存在發熱情況，且情況比一般交流電機嚴重。
步進電機接線圖
8線步進電機接線圖圖解
在沒有電機說明書時，可以用萬用表確認電機8引線的極性，具體步驟如下：
A．先用萬用表測量8個引線之間的電阻，可判斷出4組線圈引線；
B．由于只接1、6，2、8或1、6，7、4二個線圈電機也能正常轉動，所以，在4個線圈中任選2個，接在驅動器上；
如果電機不轉，說明這2組線圈是A相線圈；另外2個線圈是B相的2個線圈；
如果電機轉動，說明這2個線圈一個是A相，一個是B相線圈；
C．接2組線圈讓電機轉動后，再從剩下的2個線圈中任選一個線圈，串聯在A相線圈上，如果電機電機正常轉動了，說明該線圈是A相的另一個線圈；
如果電機不轉，將這個線圈的正負對調后再試一次，如果電機還不轉，說明該線圈是B相的另一個線圈。
D．用上述同樣方法，可以確定最后一個線圈的極性。
四相八線步進電機接法 ：F1、F2接勵磁電源，H1和C1用連線連起來，H2、C2接直流電源。如果需要反轉只需改換一下連線這就是：將H1和C2連起來，H2、C1接直流電源就可以了。
四相八線和兩相四線步進電機的區別：
兩相步進電機在定子上只有兩個繞組，有四根出線，整步為1.8°，半步為0.9°。在驅動器中，只要對兩相繞組電流通斷和電流方向進行控制就可以了。而四相步進電機在定子上有四個繞組，有八根出線，整步為0.9°，半步為0.45°，不過驅動器中需要對四個繞組進行控制，電路相對復雜了。
展開 
米思米直線電機模組：重塑工業自動化的效率標桿
米思米，作為精密自動化零部件領域的佼佼者，正以其標志性的“標準化二次革命”引領市場風向，而直線電機模組（https://www.misumi.com.cn/zxdjmz/ ）作為此次革命的明星產品，正以其前所未有的優勢，為眾多企業帶來了更省采購成本、更省設計時間、更高生產率的全面升級體驗。
直線電機模組
https://www.misumi.com.cn/zxdjmz/
1、 成本優化，重塑價值新高度
在成本控制日益成為企業核心競爭力的今天，米思米直線電機模組以其一體化的精巧設計，徹底顛覆了傳統絲杠模組的采購模式。傳統絲杠模組，由滾珠絲杠、軸承座、聯軸器、電機支架及伺服電機等多個部件組成，不僅采購流程復雜，還需逐一比價，成本高昂。而米思米直線電機模組，將這一切化繁為簡，一體化設計不僅減少了部件間的裝配誤差，更將采購成本直接降低了69%，從傳統的4,580元起降至僅需1,407元起，為企業節省了大量資金，讓每一分投入都更加物超所值。
2、 效率飛躍，設計調試新速度
時間就是金錢，效率決定未來。米思米深刻洞察到這一點，因此為直線電機模組配備了全新的算法選型工具。這一創新工具能夠在最短的時間內，根據用戶需求精準匹配最合適的模組型號，最快僅需1分鐘即可完成選型，相比傳統模式下長達120分鐘的選型設計與50分鐘以上的多部件組裝調試，時間節省高達78%。這不僅極大縮短了產品上市周期，更為企業贏得了寶貴的市場先機。
3、 性能卓越，生產效率新紀元
米思米直線電機模組不僅在成本與設計上實現了突破，更在性能上樹立了新的標桿。
展開 電機測試 | 扭矩波動對效率功率結果的影響
<h2><strong>電動機結構 - 扭矩波動來源</strong></h2><p>電機系統的特性會影響扭矩波動，其中包括電機的相數、電機的激勵頻率以及電機繞組的結構。在這些特性的綜合作用下會形成切向力，繼而產生扭矩波動和徑向力，引發定子噪聲。</p><p><br></p><p>電機的基礎激勵頻率有多種定義（包括扭矩和徑向力）。以下是常用等式：</p><p class="ql-align-center"><strong>Fex(Hz) = pN/60</strong></p><p>其中p為極對數，N為轉速。在另一種定義中，p為極數而非極對數。</p><p class="ql-align-center"><img src="https://mmbiz.qpic.cn/sz_mmbiz_jpg/0dOps7rIddrwJJQTERO0DIDX8zEYMaic5gQAEHta8ujr1fcnAaiaJwEyuuZYLIbwDNGnecGNY1L9GhzQlic5dfasA/640?wx_fmt=jpeg&from=appmsg"></p><p class="ql-align-center"><em>圖6 同步電動機運行的FFT顏色圖</em></p><p class="ql-align-center"><br></p><p>圖6展示的是某系統中的扭矩波動示例，該系統由帶10個極對的簡單同步電機系統構成。在該系統中，轉子為強磁鐵，電機定子為金屬鐵，二者由微小氣隙隔開。徑向力和相對較小的切向力會引發定子振動和電機扭矩波動，而且隨著負載增大振動和扭矩波動會加劇。在本示例中基波頻率是在數據中能夠觀察到的、最明顯的是力函數，另外還可以觀察到其他幾個階次。這些階次是由于系統中的幾何結構和機械性、磁性和電流存在缺陷而產生的。
展開 工藝對電機效率的影響——退火
（轉）
隨著電機設計和制造技術的發展 ，電機的能效標準要求越來越高 ，最新的國際標準是 IE4。就我國當前執行的 IE3 能效標準來說，要提升至 IE4 僅通過優化設計是很難實現的。在我們電機本體設計水平已達極致的情況下后，就需要綜合提高材料性能、制造工藝水平來提高電機的效率。
鐵損是電機損耗的主要成分，它來源于由硅鋼片疊裝而成的電機定、轉子鐵芯。鐵芯是電機的主要構件之一，鐵芯的退火工藝對電機的性能有什么影響呢？
上圖是某公司做的電機進行退火與不退火性能比較，可以看出退火提升了電機效率及功率因數。為什么退火能提升電機效率及功率因數呢？
第一部分 硅鋼晶體結構
硅鋼的晶體結構是體心立方結構
第二部分 硅鋼片的生產工藝
硅鋼是“鋼材中的藝術品＂，其生產工序多，生產工藝復雜，每一步生產工藝都需要嚴格控制，硅鋼片的主要生產工序包括：熔煉、熱軋、常化、酸洗、冷軋、退火、絕緣涂層、剪裁等。完美的每一步工序才能生產出優質的硅鋼片產品。
第三部分 退火對硅鋼性能的影響晶界，晶粒與晶粒間的接觸面。
1) 晶界處點陣畸變、晶體缺陷 ( 空位和位錯 ) 多 , 內應力大。
2) 在磁化過程中，磁疇在晶界處移動需要更多的能量。
3) 晶界越少 , 磁滯損耗 Ph 和矯頑力 Hc 就越小
從上圖可以看出不同的熱處理（工藝）會獲得不同的晶粒排布，理想的退火工藝可以促進晶粒長大大和均勻排布，從而減小晶界的面積。
第四部分 沖剪對鐵芯的影響
1) 沖剪邊緣產生塑性變形
2) 沖剪產生內應力
3) 沖剪邊緣晶體結構變差
小功率電機齒部寬度較小，受沖剪應力影響較大，磁感下降也大，使勵磁電流增大。沖片鐵損增大，將直接影響電機效率。
展開 MATLAB驅動電機效率MAP云圖及外特性曲線繪制 ￥15
新能源汽車整車動力性經濟性仿真都需要用到驅動電機的效率數據，不管是仿真數據還是測試數據，都會有效率MAP的Excel表，多數時候，需要將表格數據進行可視化的展示。特將自己用MATLAB編寫的m程序文件分享，便于需要的小伙伴工作和學習需要。該m程序文件，可以根據效率MAP的Excel表格，直接導入數據，運行生產如下效率云圖，包括扭矩和功率外特性曲線；扭矩效率云圖。
附件包含一個案例電機的Excel效率MAP和MATLAB程序m文件。
東芝開發新型磁性材料 可提高電機能量轉換效率
蓋世汽車訊 據外媒報道，東芝公司開發出全新磁性材料，以最低成本大幅提升電機效率，并具有大幅降低功耗的潛力。該公司表示，這種材料適用于火車驅動系統、汽車、機器人及其他高可靠性應用。
這種新材料可用作電機的槽楔，特別是在大中型感應電機中，能夠極大提高電機的能量轉換效率。東芝表示，這種材料的安裝成本極低，而且無需更改設計。
在感應電機中，通過定子的旋轉磁場在轉子中產生感應電流，由此所產生的電磁力使轉子旋轉。該系統配置簡單，成本低廉，并且可維護性強。與之相反，永磁同步電動機通過定子旋轉磁場和轉子永磁體之間的磁性吸引力來旋轉，通常比感應電機更貴，但可控性和效率更高。
該公司在鐵路車輛驅動系統的感應電機上進行測試，并確認其效率提高了0.9%，接近永磁同步電機的效率。東芝表示，這種材料還可以安裝在永磁同步電機上，以實現更高的效率。該材料還具有優異的耐熱性，適用于鐵路車輛、汽車和機器人等應用。
（圖片來源：東芝公司）
電機槽楔是將線圈緊密固定在線槽內的一個部件，通常由非磁性材料制成。據發現，使用磁性材料可以提高槽楔的導磁性能，從而提升能量轉換效率。然而，用于槽楔的常規磁性材料，由球形磁性金屬顆粒構成，對磁通量的控制不足，容易引起不必要的泄漏。同時，磁性槽楔材料本身的磁損耗也很高，并且耐熱性較差，不適合鐵路車輛和其他高耐熱需求應用。
東芝新型磁性材料具有獨特的性能，能夠出色地控制磁通量，提供高耐熱性。
展開 米思米直線電機模組代理：省成本提效率，客戶痛點全解決
直線電機模組作為技術升級的代表，不僅解決了客戶的效率與成本痛點，更成為推動行業智能化轉型的重要力量。未來，米思米將繼續攜手合作伙伴，共同探索制造業的無限可能。 </p><p> </p><p>* 本文中所示價格均為產品未稅參考價，具體請以實際報價為準</p><p>* 本文中所示數值，均根據米思米同規格產品為參考，米思米社內測算所得</p><p>* 本文中涉及投資合作相關內容。投資有風險，加盟需謹慎</p><p>* 代理商具體合作價格以米思米與指定代理商簽訂的合作合同為準</p>
展開 動圖搞清楚有刷電機與無刷電機那些事兒!
性能差異
TI的一個介紹視頻關于有刷電機與無刷電機的對比，如下圖所示，很完整。
1、有刷電機結構簡單、開發時間久、技術成熟
早在十九紀誕生電機的時候，產生的實用性電機就是無刷形式，即交流鼠籠式異步電動機，這種電動機在交流電產生以后得到了廣泛的應用。但是，異步電動機有許多無法克服的缺陷，以致電機技術發展緩慢。尤其是直流無刷電機一直無法投入商業運營，伴隨著電子技術的日新月異，直至近幾年才慢慢投入商業運營，就其實質來說依然屬于交流電機范疇。
無刷電機誕生不久，人們就發明了直流有刷電機。由于直流有刷電機機構簡單，生產加工容易，維修方便，容易控制;直流電機還具有響應快速、較大的起動轉矩、從零轉速至額定轉速具備可提供額定轉矩的性能，所以一經問世就得到了廣泛應用。
2、直流有刷電機響應速度快，起動扭矩大
直流有刷電機起動響應速度快，起動扭矩大，變速平穩，速度從零到最大幾乎感覺不到振動，起動時可帶動更大的負荷。無刷電機起動電阻大(感抗)，所以功率因素小，起動扭矩相對較小，起動時有嗡嗡聲，并伴隨著強烈震動，起動時帶動負荷較小。
3、直流有刷電機運行平穩，起、制動效果好
有刷電機是通過調壓調速，所以起動和制動平穩，恒速運行時也平穩。無刷電機通常是數字變頻控制，先將交流變成直流，直流再變成交流，通過頻率變化控制轉速，所以無刷電機在起動和制動時運行不平穩，振動大，只有在速度恒定時才會平穩。
展開 
步進電機驅動電路解析，步進電機驅動電路原理圖、電路性能比較及電路實例
改變繞組通電的順序，電機就會反轉。所以可用控制脈沖數量、頻率及電動機各相繞組的通電順序來控制步進電機的轉動。
發熱原理
通常見到的各類電機，內部都是有鐵芯和繞組線圈的。繞組有電阻，通電會產生損耗，損耗大小與電阻和電流的平方成正比，這就是我們常說的銅損，如果電流不是標準的直流或正弦波，還會產生諧波損耗；鐵心有磁滯渦流效應，在交變磁場中也會產生損耗，其大小與材料，電流，頻率，電壓有關，這叫鐵損。銅損和鐵損都會以發熱的形式表現出來，從而影響電機的效率。步進電機一般追求定位精度和力矩輸出，效率比較低，電流一般比較大，且諧波成分高，電流交變的頻率也隨轉速而變化，因而步進電機普遍存在發熱情況，且情況比一般交流電機嚴重。
步進電機驅動電路
雙極性步進電機的驅動電路如圖所示，它會使用八顆晶體管來驅動兩組相位。雙極性驅動電路可以同時驅動四線式或六線式步進電機，雖然四線式電機只能使用雙極性驅動電路，它卻能大幅降低量產型應用的成本。雙極性步進電機驅動電路的晶體管數目是單極性驅動電路的兩倍，其中四顆下端晶體管通常是由微控制器直接驅動，上端晶體管則需要成本較高的上端驅動電路。雙極性驅動電路的晶體管只需承受電機電壓，所以它不像單極性驅動電路一樣需要箝位電路。
步進電動機不能直接接到工頻交流或直流電源上工作，而必須使用專用的步進電動機驅動器，如圖2所示，它由脈沖發生控制單元、功率驅動單元、保護單元等組成。圖中點劃線所包圍的二個單元可以用微機控制來實現。驅動單元與步進電動機直接耦合，也可理解成步進電動機微機控制器的功率接口，這里予以簡單介紹。
1. 單電壓功率驅動接口
實用電路如圖3所示。在電機繞組回路中串有電阻Rs，使電機回路時間常數減小，高頻時電機能產生較大的電磁轉矩，還能緩解電機的低頻共振現象，但它引起附加的損耗。
展開 兩種方式，電機正反轉電路圖轉S7-200SMART 梯形圖
學過電工或者從事電工都有接觸過電機正反轉電路圖，現在教大家如果用S7-200SMART PLC梯形圖程序的方式來表示正反轉電路，正反轉電路在梯形圖表示有兩種方式，接下來給大家解析！
方式一：電機聯鎖正反轉控制
01
聯鎖正反轉電路圖—PLC梯形圖
第一步：（聯鎖正反轉電路圖）
第二步：（編寫梯形圖）
第三步：（運行演示）程序監視狀態下：
當按下I0.0電機正轉啟動按鈕，電機正轉運行開始，這時再按下I0.2電機反轉啟動按鈕，發現電機還是在正轉并沒有切換到反轉。
按下電機停止按鈕I0.3，這時電機已停止運行，接著按下I0.2電機反轉啟動按鈕，電機反轉啟動，這時再按下I0.0電機正轉啟動按鈕，發現電機還是反轉并沒有切換到正轉，這就是電機聯鎖控制。
展開 電機工作原理-視頻+動圖
定子(靜止部分)
定子鐵心：電機磁路的一部分，并在其上放置定子繞組；
定子繞組：是電動機的電路部分，通入三相交流電，產生旋轉磁場；
機座：固定定子鐵心與前后端蓋以支撐轉子，并起防護、散熱等作用；
轉子(旋轉部分)
轉子鐵心：作為電機磁路的一部分以及在鐵心槽內放置轉子繞組；
轉子繞組：切割定子旋轉磁場產生感應電動勢及電流，并形成電磁轉矩而使電動機旋轉；
【電動機原理動態圖】
永磁電機
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直流電動機
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量子磁電機
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單相感應電動機
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步進電機的工作原理
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平衡電機
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輪轂電機技術詳解（圖）
朱幕松的磁力手動齒輪離合高速無刷輪轂電機利用電機磁力復位實現齒輪手動嚙合。
高速和低速 磁力手動齒輪離合高速無刷輪轂電機重量輕，低速無刷輪轂電機 結構簡單 噪音低 功率大 。 其他 電動汽車輪轂驅動電機等。輪轂電機的構造
輪轂電機的原理
無刷電機啟動前想知道轉子和定子的相對位置必須使用傳感器。無感電機直接測量電機反電動勢而知道轉子的位置，由控制器驅動功率管進行換相。
雖然存儲器能記錄定子和轉子的相對位置，但對于極緩慢的轉動系統將無法理解電機繞組反電動勢的波形。電機達到一定轉速時由于受慣性限制波峰波谷都代表一定的角度，剎車時就關閉電機。所以使用磁傳感器的輪轂電機是主流。輪轂電機原理圖紅色磁鋼轉子處在死角位置，要靠藍色磁鋼轉子上方的繞組通電，走出死角。圖2所示電機就沒有死角，只要知道轉子的位置，就知道怎樣驅動功率管。
圖1圖2所示電機看上去象是把直線電機卷了起來，繞組通電 好比是用食物引誘著驢子（磁鋼）不停地跑，卻總保持著一段距離，它功率較大，比較重，結構簡單，噪音低。磁力手動齒輪離合高速無刷輪轂電機
利用三個大而薄的2模鋼齒輪減速來得到所需動力。需要滑行時由偏心離合手柄拉動軸心離合傳動的軸、活塞及拉鉤，使電機齒輪外轉子端蓋位移，電機齒輪與傳動齒輪分離。不要滑行時利用電機磁力復位實現齒輪手動嚙合，其離合機構簡單，省去超越離合器。
散熱，為了防止電機把熱量傳給輪胎，兩者間必須有一定距離，有的用鋼絲來隔離。輪轂電機的優點
省略大量傳動部件，讓車輛結構更簡單
應用輪轂電機可以大大簡化車輛的結構，傳統的離合器、變速箱、傳動軸將不復存在。這也意味著節省出更多的空間。
展開 