现代电机发展方向与关键技术
沈建新，方宗喜
(浙江大学，浙江杭州310027)
摘要：现代电机往往不再是零件级的执行器，而是具有特定功能的完整机电一体化系统。介绍现代电机的主要发展方向，以及有待进一步发展的若干关键技术。
关键词：现代电机；发展；关键技术
中图分类号：TM30 文献标识码：A 文章编号：1004—7018(2008)06—0055—03
0引 言
现代电机既可以用来提供功率(提供动力)，也可以用来提供控制(如转速、转角、位置等控制)，或者两者兼而有之。现代电机不仅仅是一种零件级的产品，而是已经上升到了系统级的层面。这不仅对现代电机的设计、生产提出了更高的要求，同时也提供了更广阔的产品应用空间、经济利润空间和行业发展空间。
本文介绍现代电机的若干发展方向和需要进一步发展的关键技术。
1发展方向
电机种类很多，应用背景与要求各不相同，这就决定了现代电机发展的多样性。主要的发展方向可以概括为以下几个方面：
(1)无刷化
在很多应用场合电源都是直流的，因此传统的有刷直流电动机的使用非常广泛。但是有刷电动机有很多缺点，如换向火花大、电磁干扰严重、寿命短等等。所以目前正逐渐被无刷电动机所替代。无刷电动机的种类很多，虽然最常用的是指永磁无刷直流电动机，但是其他的只要不带电刷换向装置的电动机，像永磁同步电动机、步进电动机、开关磁阻电动机等，都可以算作无刷电动机。这些无刷化的电动机都可克服传统有刷直流电动机的缺点。
(2)直驱化
电机通常是运行在每分钟数百至数千转的速度，但是很多应用场合需要很低或很高的转速，这样就需要一套转速变换机构。还有些应用场合要求线性运动或其他的运动方式，就需要一套变换运动方式的机构。这些机构不仅增加系统体积、降低可靠性，还降低系统效率和控制精度。所以，直接驱动是现代电机驱动的一个重要研究方向，高速电机、低速大转矩电机、直线电机等特种电机也就应运而生。
(3)极速化
这是与直驱化相关联的。为了实现直接驱动、提高运行精度，就经常会需要一些速度极高或极低的电机。这对电机本体设计及控制方法都提出了很高的要求，也是现代电机与驱动领域的重要发展方向之一。各种新型的电机(包括非电磁式的运动机械，如超声波电动机)也就不断被开发出来并得到习渐广泛的应用。
(4)调速化
传统的电机驱动系统中，电机往往是工作在开、关方式的。频繁的开关对电机、控制器和电网(电源)都带来很大的冲击，降低其可靠性。而且，被控对象(即电机的负载)的性能也会受到影响，例如，传统开关方式的空调的舒适度比采用变频调速方式的空调要差得多。因此，现代电机经常采用调速运行的方式，既可克服上述的缺点，还可以提高整个系统效率与性能。
(5)小型、微型化
很多产品往往对电机的体积提出了很高的要求。为了达到小型、微型化的目的，一方面需要不断使用新型的高性能材料与电子元器件，提高电机的功率密度，另一方面还要不断研究新型的电机拓扑结构和运行原理。
(6)伺服化
现代电机及驱动装置不仅仅是为了提供动力，还要实现各种控制，如转速跟踪、位置控制等等。因此要对电机进行伺服控制。这需要从电机本体、电力电子驱动器、传感器及控制技术等多个方面来实现。
(7)机电一体化
现代电机已经不仅仅局限于传统电机的范畴，它涵盖了电机本体、计算机与电子控制器、功率变换器、传感器和控制技术等多个方面，而且在电机的设计、制造时，还往往要与后级的执行机构和负载(如各种机械、液压、气动装置)整合起来。这样，现代电机往往已不是一个零件级的执行器，而是一个可以实现预定功能的完整的机电一体化系统。
(8)智能化
如前所述，现代电机不仅仅是简单地提供动力，还要提供高精度的复杂的运动控制，还要具备自适应、自学习、自保护等功能。这些功能的实现，都离不开智能化。而智能化的实现，又离不开现代控制理论、传感器技术、电子技术和新型材料。
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