三亞西門子雙電機模塊6SL3420-2TE13-0AA1

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一部分：電機電磁設(shè)計的三個階段

階段一：理論學習階段

在此階段，我們接觸到的是電機設(shè)計中的重要的幾個公式，在中文教材中叫電機常數(shù)——但是實際上它并不是一個常數(shù)——這個電機常數(shù)正比于電機的電負荷和磁負荷。我們也知道了要提高電機的功率密度，比起提升電負荷和磁負荷，還是直接提高轉(zhuǎn)速比較方便。

我舉個例子，比如近麥格納透露：“新型驅(qū)動電機的研發(fā)目標是將功率密度提升至目前常見電動機的8倍，而成本將減少50%。”

功率密度將增8倍 麥格納研發(fā)新驅(qū)動電機
 
經(jīng)過這一階段的學習，你應(yīng)該能做出如下幾點基本判斷。首先，文章強調(diào)的是功率密度是八倍，那的辦法其實只要將原一臺 4000 r/min 的永磁電機的運行轉(zhuǎn)速提高到 8 倍就行了——我不是在說人家就是這么干的，我的意思是說你應(yīng)該去調(diào)查、核實一下該電機的額定轉(zhuǎn)速，是 4000 r/min 還是10000 r/min，如果是后者，那么只需要將新電機的轉(zhuǎn)矩密度提升至 3.2 倍就行了，因為：10000 / 4000 = 2.5（轉(zhuǎn)速倍數(shù)為 2.5），三點二倍是不是聽起來比八倍要更可能了呢？

然后，要注意到成本減少 50% 這句話，優(yōu)點是高功率密度的永磁電機，其缺點則是稀土永磁體的價格較高或波動大，成本降低這么多，可能用了便宜的永磁體嗎？有可能，但是轉(zhuǎn)矩密度提高這么多，你拿鐵氧體和人家釹鐵硼干，不管你電機是何種形式（比如游標電機），都很難。因此，降成本還可能是壓根就不用永磁體，上電勵磁，確保電機高磁負荷。（注意，感應(yīng)電機能達到的磁負荷一般來說低于同步電機的。）

說一個反直覺的常識，在同步電機的世界里，永磁同步電機就是個垃圾玩意兒，遠遠比不上（需要集電環(huán)接觸供電的）電勵磁同步電機。說到這里，我又要提 Lipo 老師 2017 年的一篇會議了，大意是：“被遺忘的選項：（電勵磁）同步電機”。說到這，我又想起核動力蝸牛出過的一篇討論電動汽車技術(shù)路線的文章，其中一條路子就是威斯康辛大學的電容無線供電的電勵磁同步電機。

電勵磁和永磁有什么區(qū)別？那不就是需要勵磁電流，增加了系統(tǒng)的損耗嘛，那文章提到電機的效率了嗎？功率密度上去了，效率是不是能保住呢？是否是避而不談了呢？為了提高轉(zhuǎn)矩密度這一指標，犧牲電機的其他性能（如效率，轉(zhuǎn)矩脈動）是家常便飯，比如前面提到的提高轉(zhuǎn)矩密度的游標電機，它的功率因數(shù)低。

以上，這就是一種自己的看法形成的過程，雖然很粗糙，甚至可能有錯誤，但也算是一種素養(yǎng)。

階段二：實操階段

在此階段，手癢的我們急著要一套設(shè)計流程，給定了電機的銘牌數(shù)據(jù)，按照流程一步一步地確定電機設(shè)計中的各個參數(shù)，終拿到一臺電機的幾何參數(shù)，可以使用有限元軟件進行分析，甚至可以用（真正的）多目標優(yōu)化算法對電機的參數(shù)進行優(yōu)化。

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階段三：掌握理論

理解階段一的理論是怎么來的，能夠從基本方程推導出電機設(shè)計的重要公式，相當于抓住了本質(zhì)，這時我們想要的是能夠比較不同的電機的能力，這里的不同的電機可能是具有不同的假設(shè)的電機，比如氣隙不再是均勻的，存在偏置磁場等等——這些東西書上沒有，要分析得自己推。

這部分內(nèi)容可以期待一下我和 eric 一起寫的無軸承電機的綜述（在審）哦，里面的推導過程就是這個階段應(yīng)該掌握的：常規(guī)電機你會了，無軸承電機呢？