三亚西门子双电机模块6SL3420-2TE13-0AA1

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一部分：电机电磁设计的三个阶段

阶段一：理论学习阶段

在此阶段，我们接触到的是电机设计中的重要的几个公式，在中文教材中叫电机常数——但是实际上它并不是一个常数——这个电机常数正比于电机的电负荷和磁负荷。我们也知道了要提高电机的功率密度，比起提升电负荷和磁负荷，还是直接提高转速比较方便。

我举个例子，比如近麦格纳透露：“新型驱动电机的研发目标是将功率密度提升至目前常见电动机的8倍，而成本将减少50%。”

功率密度将增8倍 麦格纳研发新驱动电机
 
经过这一阶段的学习，你应该能做出如下几点基本判断。首先，文章强调的是功率密度是八倍，那的办法其实只要将原一台 4000 r/min 的永磁电机的运行转速提高到 8 倍就行了——我不是在说人家就是这么干的，我的意思是说你应该去调查、核实一下该电机的额定转速，是 4000 r/min 还是10000 r/min，如果是后者，那么只需要将新电机的转矩密度提升至 3.2 倍就行了，因为：10000 / 4000 = 2.5（转速倍数为 2.5），三点二倍是不是听起来比八倍要更可能了呢？

然后，要注意到成本减少 50% 这句话，优点是高功率密度的永磁电机，其缺点则是稀土永磁体的价格较高或波动大，成本降低这么多，可能用了便宜的永磁体吗？有可能，但是转矩密度提高这么多，你拿铁氧体和人家钕铁硼干，不管你电机是何种形式（比如游标电机），都很难。因此，降成本还可能是压根就不用永磁体，上电励磁，确保电机高磁负荷。（注意，感应电机能达到的磁负荷一般来说低于同步电机的。）

说一个反直觉的常识，在同步电机的世界里，永磁同步电机就是个垃圾玩意儿，远远比不上（需要集电环接触供电的）电励磁同步电机。说到这里，我又要提 Lipo 老师 2017 年的一篇会议了，大意是：“被遗忘的选项：（电励磁）同步电机”。说到这，我又想起核动力蜗牛出过的一篇讨论电动汽车技术路线的文章，其中一条路子就是威斯康辛大学的电容无线供电的电励磁同步电机。

电励磁和永磁有什么区别？那不就是需要励磁电流，增加了系统的损耗嘛，那文章提到电机的效率了吗？功率密度上去了，效率是不是能保住呢？是否是避而不谈了呢？为了提高转矩密度这一指标，牺牲电机的其他性能（如效率，转矩脉动）是家常便饭，比如前面提到的提高转矩密度的游标电机，它的功率因数低。

以上，这就是一种自己的看法形成的过程，虽然很粗糙，甚至可能有错误，但也算是一种素养。

阶段二：实操阶段

在此阶段，手痒的我们急着要一套设计流程，给定了电机的铭牌数据，按照流程一步一步地确定电机设计中的各个参数，终拿到一台电机的几何参数，可以使用有限元软件进行分析，甚至可以用（真正的）多目标优化算法对电机的参数进行优化。

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阶段三：掌握理论

理解阶段一的理论是怎么来的，能够从基本方程推导出电机设计的重要公式，相当于抓住了本质，这时我们想要的是能够比较不同的电机的能力，这里的不同的电机可能是具有不同的假设的电机，比如气隙不再是均匀的，存在偏置磁场等等——这些东西书上没有，要分析得自己推。

这部分内容可以期待一下我和 eric 一起写的无轴承电机的综述（在审）哦，里面的推导过程就是这个阶段应该掌握的：常规电机你会了，无轴承电机呢？