旋轉(zhuǎn)電機及微電機標(biāo)準(zhǔn)匯編

電機技術(shù)及應(yīng)用

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封閉式和開放框架式直接驅(qū)動旋轉(zhuǎn)電機，在多種應(yīng)用中已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的、帶機械傳動的伺服電機系統(tǒng)。而如今一類全新的、稱為模塊化（cartridge）ddr的直接驅(qū)動旋轉(zhuǎn)（ddr）技術(shù)，將開放框架式直接驅(qū)動電機在性能方面的優(yōu)勢與全框架電機安裝方便的優(yōu)點結(jié)合起來，其價位則比傳統(tǒng)的直接驅(qū)動技術(shù)低得多。

傳統(tǒng)的電機/傳動系統(tǒng)

今天的大多數(shù)伺服應(yīng)用采用了傳統(tǒng)的帶機械傳動的伺服電機系統(tǒng)。傳統(tǒng)系統(tǒng)的初始成本具有吸引力，而且性能已經(jīng)在各種不同應(yīng)用中得到了驗證，這些應(yīng)用包括：電子組裝、包裝、航空和國防。然而，人們往往沒有注意到這類系統(tǒng)在設(shè)計和集成方面額外的支出成本，這些附加的開支用于滑輪、變速箱和皮帶等需要添加的機械部件。這些部件在整個機器壽命中不斷磨損，這也增加了總壽命成本。

定位誤差和調(diào)諧困難是這些系統(tǒng)中常見的問題，它們是由傳動的柔性和無效間隙引起的。皮帶、滑輪和變速箱的維護(hù)以及這些易磨損部件的更換都需要付出昂貴的代價：首先，用戶不得不對更多的部件進(jìn)行庫存管理；其次這些附加的部件所造成的系統(tǒng)故障會增加系統(tǒng)計劃外停機時間，使得機器的產(chǎn)量出現(xiàn)下降。

直接驅(qū)動旋轉(zhuǎn)電機

可以直接產(chǎn)生驅(qū)動作用的旋轉(zhuǎn)電機本質(zhì)上不過是一種大力矩的永磁電機，它直接與負(fù)載連接。這種設(shè)計消除了所有機械傳動部件，如齒輪變速箱、皮帶、滑輪和連軸器。直接驅(qū)動旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)為設(shè)計者和使用者帶來了許多好處。

因為一個機械傳動需要定期的維護(hù)而且會頻繁地造成計劃外停機，所以，直接驅(qū)動旋轉(zhuǎn)電機技術(shù)從根本上提高了機器的可靠性，減少了維護(hù)時間和開銷。通過消除機械傳動帶來的柔性，直接驅(qū)動設(shè)計避免了對電機和負(fù)載進(jìn)行慣性匹配的麻煩，同時，定位和速度精度也可以提高50倍。直接驅(qū)動電機還帶來另外一個好處：聽覺噪聲降低高達(dá)20db。

ddr電機對半導(dǎo)體工藝設(shè)備來說是一個理想的解決方案，因為電機直接與被驅(qū)動的負(fù)載相連，消除了傳統(tǒng)伺服電機系統(tǒng)中通常必須采用的皮帶、滑輪和齒輪箱。零部件數(shù)目的減少也使得機器的總體尺寸減小，生產(chǎn)管理人員就可以在一個工藝隔間里放置更多的、附加值高的工藝設(shè)備。機械傳動部件的消除帶來了一種無需維修的系統(tǒng)，而且這種系統(tǒng)的工作更為安靜。

無框架ddr電機

無框架直接驅(qū)動旋轉(zhuǎn)電機是ddr技術(shù)的“祖父”，毫無疑問，它們提供了目前最緊湊的機械伺服解決方案。無框架直接驅(qū)動旋轉(zhuǎn)電機采用了獨立的轉(zhuǎn)子和定子，而未使用軸承。這些零件成為機器的一個整體組成部分，另外還包括了必要的反饋裝置。它們對于機器預(yù)留空間有限或者總重量有著關(guān)鍵影響的應(yīng)用來說是理想的選擇。

這些電機就本質(zhì)上來說是專門定制的，因此更為昂貴，需要數(shù)周、甚至數(shù)月的設(shè)計和集成時間。此外，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，電機或者反饋裝置的取出更換過程也極為復(fù)雜。因此，無框架ddr技術(shù)并非適用于每一種應(yīng)用，它最廣泛的應(yīng)用是在機載和地面車輛方面，如夜視裝置、雷達(dá)系統(tǒng)和武器系統(tǒng)的瞄準(zhǔn)控制，以及那些對尺寸、重量和/或性能有著較高要求的高端工業(yè)應(yīng)用，如機器人或者精密研磨機。

封閉式ddr電機

帶外殼的（封閉式）直接驅(qū)動旋轉(zhuǎn)電機，則是將轉(zhuǎn)子、定子和在出廠前完成對準(zhǔn)的反饋裝置集成到一個帶有精密軸承的外殼中，屬于一種完整的解決方案。封閉式直接驅(qū)動旋轉(zhuǎn)電機對于負(fù)載可以騎跨在電機軸承上的應(yīng)用來說極為理想。對于已經(jīng)使用了軸承的電機而言，用戶需要把電機連接到負(fù)載上，或者讓3個或更多的軸承完成對準(zhǔn)，這將是一項繁重、費時的工作。因此，封閉式ddr電機一般用于分度和速率轉(zhuǎn)臺應(yīng)用。

模塊化直接驅(qū)動旋轉(zhuǎn)電機

模塊化（cartridge）ddr電機是一種全新的直接驅(qū)動解決方案，其結(jié)構(gòu)包括一個獨特的無軸承外殼以及外殼中集成的轉(zhuǎn)子、定子和出廠前完成了對準(zhǔn)的高分辨率反饋裝置。圓筒式ddr技術(shù)的應(yīng)用消除了機械傳動部件，既保留了直接驅(qū)動所有的優(yōu)點，又避開了傳統(tǒng)的封閉式或者無框架ddr解決方案復(fù)雜而昂貴的缺點。模塊化的直接驅(qū)動旋轉(zhuǎn)電機利用新穎的壓縮聯(lián)結(jié)裝置來將轉(zhuǎn)子與軸連接到一起，并且附帶提供一種獨特的夾頭設(shè)計，從而實現(xiàn)了“即裝即用”，所花時間不到30分鐘。

模塊化技術(shù)的優(yōu)勢，連同其有競爭力的價位和總壽命成本方面的顯著降低，將加速直接驅(qū)動技術(shù)在諸多領(lǐng)域中的新機器設(shè)計中的應(yīng)用，如冶煉、包裝、印刷、半導(dǎo)體和工廠自動化。請見如下的一個例子：一家正在努力使其機器的產(chǎn)量超過150件/分鐘的包裝oem，他們所面對的挑戰(zhàn)是，齒輪箱在一個關(guān)鍵軸上存在的柔性在他們試圖提高產(chǎn)量時引入了機械干擾。通過在這個軸向上安裝模塊化直接驅(qū)動旋轉(zhuǎn)電機，消除了機械柔性，使得這家oem能將其機器的產(chǎn)量提高到180件/分鐘。除了提高產(chǎn)量，這家oem還體會到了如下的好處：零維修工作量、可靠性的提高和聽覺噪聲的降低。

再舉一個模塊化直接驅(qū)動的應(yīng)用實例：一家oem為輪胎和汽車工業(yè)服務(wù)提供測試/測量設(shè)備，該公司發(fā)現(xiàn)，使用直接驅(qū)動技術(shù)提高了測量質(zhì)量以及機器的可靠性，其原因就是消除了無效行程和其它由皮帶和滑輪系統(tǒng)帶來的外部影響。他們最初的設(shè)計采用了一個無框架直接驅(qū)動電機，與傳統(tǒng)解決方案相比，它帶來了多方面的好處，但也存在組裝和安裝困難的缺點——事實上，無框架電機的組合及反饋裝置的對準(zhǔn)需要花費一整天。于是，該公司轉(zhuǎn)向了模塊化的直接驅(qū)動技術(shù)，發(fā)現(xiàn)由于其安裝方式簡單，集成只花費了約30分鐘，時間和費用都大為節(jié)省。此外，他們還很高興地看到，與無框架直接驅(qū)動型號相比，模塊化電機的力矩密度更高。

由于其獨特的設(shè)計，模塊化ddr電機與機械傳動的傳統(tǒng)伺服電機相比，在價格方面顯得更有競爭力。即使其初始成本稍微要高一些，但就5年的總使用期來看，這一新技術(shù)的運行成本要大大低于傳統(tǒng)系統(tǒng)。

宋楠：比亞迪采用什么電機技術(shù)吊打特斯拉

電機技術(shù)及應(yīng)用

近日，特斯拉發(fā)布的超級電動卡車成為媒體聚焦點，或?qū)⒂?019年才上市的特斯拉“超級”電動卡車，具備驚人的加速能力、可換電池及輪邊電機驅(qū)動等設(shè)定，卻并不適用于商用運輸領(lǐng)域。

反觀比亞迪在2016年量產(chǎn)并銷售的Q1型超級電動卡車，裝備了安全可靠的磷酸鐵鋰電池，集成4AT電液換擋模塊的整體電驅(qū)動橋技術(shù)，已經(jīng)不同國家市場進(jìn)行了1年有余的商業(yè)化運營。

沒有對比就沒有傷害：外觀驚艷、噱頭十足的特斯拉“超級”電動卡車，與務(wù)實且具備4AT技術(shù)綜合電耗更低、全壽命周期效能更強的比亞迪超級電動卡車相比，實在沒有任何商用化運用優(yōu)勢。

在之前筆者撰寫的《宋楠：超級電動卡車大比拼之特斯拉VS比亞迪》一文中，已經(jīng)對特斯拉“超級”電動卡車的18650型“圓柱”電池、4套輪邊驅(qū)動系統(tǒng)和續(xù)航里程等參數(shù)標(biāo)定進(jìn)行過解讀，并比對了比亞迪同級別超級電動卡車市場運營狀態(tài)。本文將對特斯拉“超級”電動卡車的4套輪邊驅(qū)動電機，比亞迪Q1超級電動卡車的4AT（電液換擋模塊）和整體電驅(qū)動橋技術(shù)，進(jìn)行深度解讀。

1、特斯拉“超級”電動卡車輪邊驅(qū)動電機：

最大載重80000磅（約36.29噸），滿載下0-60英里（約96公里）加速20秒，滿載下最高時速65英里（約105公里），最大續(xù)航里程300或500英里（約805公里），每英里電量消耗小于2kWh，后橋安裝4個獨立電機。

特斯拉“超級”電動卡車采用后雙橋結(jié)構(gòu)，每套驅(qū)動輪適配1組輪邊電機以及1套減速器。從目前特斯拉公開資料分析，其超級電動卡車適配的4套輪邊驅(qū)動電機同時，還有1套單級減速器。這就意味著，這臺加速無敵牛逼的超級電動卡車，還是使用“單速變速器”。

截止2017年11月在全球范圍發(fā)生10余宗“自燃”或“燃燒”事故的特斯拉S、X和3系電動汽車，使用前后2套（或后1套）軸間驅(qū)動電機總成，使其具備4輪驅(qū)動或2輪驅(qū)動效能。

上圖為特斯拉Model S超級電動汽車4輪驅(qū)動版驅(qū)動細(xì)節(jié)特寫。前后各設(shè)定1套驅(qū)動電機+單級減速器總成。

黃色箭頭：異步電機

紅色箭頭：單級減速器

白色箭頭：動力經(jīng)異步電機輸出至剛性連接的單級減速器，分配至兩側(cè)驅(qū)動輪

無論4輪驅(qū)動，還是2（后）輪驅(qū)動的特斯拉Model S系超級電動跑車，均使用的是單級減速器，即可被看做是“1AT”。雖然，特斯拉M系超級電動跑車，具備各種牛逼的加速優(yōu)勢，可使其傳動系統(tǒng)技術(shù)含量十分低下。如果更換通用Vailite 5增程式電動汽車適配的“3AT”變速器，將有效提升其續(xù)航里程。

備注：特斯拉系超級電動汽車使用的驅(qū)動電機+單級減速器類技術(shù)，與目前國內(nèi)在售的主流電動汽車都不具備換擋能力。這種架構(gòu)，技術(shù)簡單，成本低廉，卻降低了電動汽車驅(qū)動電機效率。如果更換2AT（前速）、3AT甚至4AT自動變速器，不僅可以合理分配驅(qū)動電機扭矩和功率，更可極大延長整車?yán)m(xù)航里程。

這與當(dāng)下傳統(tǒng)汽車主流配置6AT（6前速自動變速器）甚至10AT（10前速自動變速器），以換的更低的發(fā)動機轉(zhuǎn)速和油耗的意義相同。

2、比亞迪系超級電動卡車4（2）AT電液換擋機構(gòu)+電驅(qū)動橋一體化技術(shù)：

2016年，比亞迪開始對外發(fā)售T系列、J系列和Q系列超級電動卡車。根據(jù)不同市場需求，T系列、J系列和Q系列電動卡車已經(jīng)在中國和美國市場進(jìn)行商業(yè)化運營。

由于比亞迪具備從不同功率級別的軸間驅(qū)動電機和輪邊驅(qū)動電機，磷酸鐵鋰和三元鋰動力電池以及包括電池在內(nèi)的整車控制系統(tǒng)自主研發(fā)與生產(chǎn)能力。因此，比亞迪的“3電”系統(tǒng)具備模塊化跨車型平臺適配的能力。

在比亞迪超級電動卡車生產(chǎn)線上，進(jìn)行T7A和T8SA兩款超級電動卡車混線生產(chǎn)。筆者特別注意到適用于T7A和T8A兩款超級電動卡車的驅(qū)動橋配件細(xì)節(jié)。

T7A超級電動卡車，采用類似于“1041”中型輕卡載具，使用模塊化磷酸鐵鋰電池組件，并適用2AT（2前速電液控制模塊）和一體化電驅(qū)動橋技術(shù)。

目前，由北京華林廠使用T7A超級電動卡車改裝的環(huán)衛(wèi)車，已經(jīng)批量服役于北京市場。

在總裝線一旁的備件區(qū)，存放著待用于T7A超級電動卡車（載具）電機+減速器+驅(qū)動橋總成。雖然沒有與K9系列電動大巴那樣匹配輪邊電機，但是T3、T4、T5、T7系列超級電動卡車（載具）配置了四輪盤式制動系統(tǒng)。

T7A超級電動卡車（載具）軸間驅(qū)動電機最大輸出功率150Kw、最大輸出扭矩550N.m、最大轉(zhuǎn)速10000rpm，具備IP67級別防護(hù)效能，為了提升T7A超級電動卡車（載具）行駛效率和節(jié)能，在電動機和驅(qū)動橋差速器之間匹配了一組2前速變速器。

由T8SA超級電動卡車改裝的電動掃洗車，同樣在北京市場進(jìn)行商業(yè)化推廣應(yīng)用。T8SA超級電動卡車比亞迪深圳坪山基地生產(chǎn)；掃洗清潔功能模塊（不含動力）由華林廠在北京生產(chǎn)并負(fù)責(zé)載具與功能模塊進(jìn)行合裝。

根據(jù)筆者獲取的關(guān)于T8載具的信息看，這款采用前轉(zhuǎn)向后單邊驅(qū)動橋的載具為電動掃洗車全新開發(fā)。與以往比亞迪T系列載具不同的是，電池組件從大梁兩側(cè)下端轉(zhuǎn)移至駕駛艙下。整車控制模塊被布置在車身中部大梁內(nèi)側(cè)。之所以這樣的布置，是讓位于車底兩側(cè)布置的“清潔組件”和車身后部的“吹洗組件”。

上圖為T8SA超級電動卡車（載具）電動機、變速器、驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)特寫。

紅色箭頭；以K9使用的輪邊電機為基礎(chǔ)修改而來的電動機

粉色箭頭：4前速變速器

藍(lán)色箭頭：電動機控制模塊

白色箭頭：差速器

黃色箭頭：氣動鼓式制動器

相對T7A超級電動卡車（載具）使用2前速變速器一樣出眾，T8SA引入的4前速變速器系統(tǒng)，無疑成為行業(yè)絕對標(biāo)桿。

尺寸較小的T7A超級電動卡車適配了2AT驅(qū)動模塊，尺寸較大的T8SA和Q1超級電動卡車則直接使用技術(shù)含量更高的4AT電液驅(qū)動模塊。

黃色箭頭：源于K9電動大巴適用的輪邊驅(qū)動電機

白色箭頭：4AT電液驅(qū)動模塊

紅色箭頭：驅(qū)動橋差速器

黑色箭頭：經(jīng)驅(qū)動電機輸出的扭矩，在4AT電液驅(qū)動模塊轉(zhuǎn)換至差速器后，向左右驅(qū)動輪傳輸

Yes！適配2AT電液驅(qū)動模塊的比亞迪T7A超級電動卡車，裝備4AT電液驅(qū)動模塊的T8SA和Q1超級電動卡車已經(jīng)在北京環(huán)衛(wèi)市場和深圳物流市場商業(yè)化應(yīng)用2年有余！

3、適配“1AT”傳動技術(shù)的特斯拉“超級”電動卡車商業(yè)化應(yīng)用前景：

如果2019年可以順利上市的話，特斯拉“超級”電動卡車的技術(shù)標(biāo)定起碼不能滿足中國商用車客戶對安全、成本以及全壽命周期養(yǎng)護(hù)費用的需求。

適用的18650型或21700型“圓柱型”三元鋰電池的安全性問題，將成為物流客戶拒絕特斯拉“超級”電動汽車的第一原因。輪邊驅(qū)動電機+單級減速器（1AT）導(dǎo)致較低的扭矩傳輸效率，實在難以稱其為“超級”電動卡車。

馬斯克聲稱特斯拉“超級”電動卡車，將能耗、運營、維護(hù)、保險等成本全部考慮進(jìn)后，特斯拉電動卡車的成本在每行駛一英里為1.26美元，而傳統(tǒng)柴油卡車每行駛一英里成本為1.51美元，而如果考慮到車隊的效應(yīng)，則節(jié)約的成本可能更為可觀，馬斯克稱，以3輛車組成的車隊為例，特斯拉卡車甚至能將成本降到每英里0.85美元，而傳統(tǒng)柴油車的成本依然是每英里1.51美元。

即便2019年上市順利，在沒有任何成熟的商業(yè)化應(yīng)用案例可推廣的特斯拉“超級”電動卡車項目，將面臨被更苛刻的商業(yè)運輸客戶的質(zhì)疑和不信任。

4、適配“4（2）AT”電液驅(qū)動模塊技術(shù)的比亞迪超級電動卡車商業(yè)化應(yīng)用前景：

2015年9月7日，“對日作戰(zhàn)勝利70周年”閱兵式在北京天安門廣場舉辦。這是一場中國制造和中國力量全球展示的大舞臺。8臺比亞迪T8SA超級電動卡車改型而來的掃洗車編隊通過閱兵場。此時，全球焦點都停留在這一刻。

2016年，中國或美國制造的比亞迪系超級電動卡車、電動物流車及全壽命周期解決方案，被包括洛杉磯港口、美國慈善機構(gòu)SF Goodwill、加州當(dāng)?shù)匚锪鬟\營商Daylight Transport等高端客戶選中。比亞迪制造的超級電動卡車，已經(jīng)占據(jù)60%以上的美國市場份額，位居第一。

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接下來的舞臺就是您的

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