能源占了拥有和使用发动机的成本的80%。这就是为什么汽车制造商花了几十年的时间试图制造更节能的设计。但由于标准电机的效率已经达到了96.7%，目前的技术可能已经达到了极限。
一些电机制造商表示，如果由此带来的价格上涨超过了任何微小的效率提升，那么继续在电机设计上进行重大投资是不切实际的。其他人则转向新老工具，为马达提供帮助。
在不同的速度或负荷下有效的
无论标准感应电机的额定效率如何，大多数用户都意识到实际能源性能可能因应用而有很大差异。“感应电机的效率随着速度和/或负载的降低而降低，”Oscar Palafox解释说西门子低压电机。
HVAC系统的运行要求取决于白天或夜间，或者负载和速度频繁变化的生产线，这是两种典型的应用，其交付的效率可能低于额定承诺。
为了应对这些情况，西门子推出了同步磁阻电机，该公司表示，这种电机可以减少高达70%的能源消耗。“在100%的速度和负载下，同步磁阻电机比感应电机效率略高，”Palafox说。“但由于它们在大部分速度范围内都保持高效率，因此在变速应用中取得了更好的效果。”
西门子大型电机营销经理里奇•明茨(Rich Mintz)表示，这种电机填补了标准感应电机和更昂贵的永磁电机之间的空白。同步磁阻电机与变频驱动器串联工作，以实现最有效的传动系统性能。
Mintz补充道:“为了提高效率，你需要考虑整个驱动系统，而不仅仅是单个部件。“如果电机价格便宜，人们就不认为需要监控它们。但你得从大局出发。这不仅仅是一个马达的成本;你必须计算计划外停机时间的成本。”
这种测量整个系统效率的趋势始于欧洲，从电机和驱动器开始，但延伸到驱动设备。虽然电机的典型效率标准计算固定速度和负载下的效率，但欧洲标准提供了确定系统在各种速度和负载值下效率的方法。
驱动系统产生的数据可以成为优化机器性能的有力工具。“数字模拟测试可以让你了解设备性能变化的影响，”Mintz说。“通过创建工厂车间工作的数字双胞胎，您可以确定电机如何应对其运行条件的变化。这可以教会你如何在实际做出任何物理改变之前改进系统。”
数字化是工业物联网(IIoT)的基础，这一趋势有可能改变设备及其电机的监控和操作方式。西门子中压电机产品经理Ryan Maynus表示:“通过安装数字主干网，公司可以实时了解机器的健康状况，以及随着时间的推移，可能对正常运行时间、生产率、安全性和其他性能因素产生重大影响的小变化。”
为了帮助实现这一目标，西门子创建了MindSphere，这是一个工业云平台，为数据分析和连接功能提供安全环境，为开发人员，应用程序和服务提供工具。它旨在帮助评估和使用数据，以获得能够推动资产性能和优化的见解。
寻求IE4效率
电机开发工作的目标是通过提高能源效率和产品和过程的可靠性来降低客户的总拥有成本，Michael Offik，变速电机的总经理说ABB旗下的葆德电气公司。
Baldor计划本季度将ABB Ability智能传感器引入美国市场。这将提高电机和过程的可靠性与IEC和NEMA电机。此外，葆德继续提高电机效率高于NEMA溢价水平。
“例如，我们的RPM XE或eXtreme Efficient电机非常适合跨线离心泵应用，与NEMA高级IE3相比，其效率达到IE4水平，”Offik说。这些电机现在有10-100 HP额定值的库存，可以用作传统NEMA高级电机的插入式替代品。RPM XE结合了转子笼和永磁体，允许跨线操作，具有永磁体转子电机的效率优势。
Baldor还推出了一款名为EC Gold的小型电动换向(EC)电机。它们将于2018年第一季度上市，设计用于与驱动器一起使用时实现IE4或更高的效率。它们通常比感应式更小、更轻。
Offik补充说:“所有这些新电机产品都可以帮助工程师降低生命周期成本。“它们效率更高，耗电量更少，运行温度更低。这使得电机在使用更少能量的情况下使用更长时间。”
尽管美国使用的大多数电机现在都达到了NEMA高级或IE3的效率水平，但许多客户仍在寻找进一步降低能耗的方法。Offik说:“例如，现在大多数工厂都在变扭矩应用中使用更多的驱动器。“工程师可以将RPM XE应用于可调速驱动器，从而获得更高的电机效率以及增加驱动器的好处。在许多情况下，他们甚至可以使用更小的驱动器，因为RPM XE具有更高的效率，在相同的功率输出中使用更少的安培。”
Offik说，本文前面提到的ABB Ability低压电机智能传感器是另一种帮助客户降低能源成本的工具。它与传统的状态监测方法不同，传统的状态监测方法是在电机上安装几个振动和温度探头，每季度或每月测量一次。
他解释说:“智能传感器连接在电机上，可以使用数年，通过智能手机或平板电脑定期收集频繁的读数。”结果数据可以在专门的门户网站上查看和分析。通过监测关键电机参数，然后根据我们多年的电机设计经验分析这些信息，这有助于工厂增加正常运行时间并延长电机寿命。能够了解电机的状况，并在代价高昂的停机时间或设备故障之前识别潜在问题，有助于保持生产线的运行。”
更多的选项，更好的性能
伦茨2017年11月推出了三款专为专业应用而设计的电机:g350减速电机、m550-P感应电机和m850系列伺服电机。
机电产品经理Alby King解释说:“g350专门针对输送机制造商寻求小尺寸和灵活性，同时尽可能智能地使用能源。”“无论是在车间还是最终用户，它都可以很容易地储存和配置。”
根据King的说法，Lenze的新模型的目标是简化和优化输送机应用的减速电机。“它将我们久经考验的Smart Motor与非常小的尺寸、单级直角变速箱结合在一起。很容易编程，它包括五种可用的预设速度和多达20秒的可编程加速和减速，”他说。“有400%的启动扭矩，无需超大尺寸，使更小的电机能够反映真实的输送机运动需求。这有助于降低初始成本和总体运营成本。”
m550-P满足当前IE3/NEMA高级感应电机效率法规，并且与其取代的电机尺寸大致相同。King说:“事实上，与IE2/高效版本相比，在某些帧尺寸中实际尺寸减小了。”该电机可配备许多标准选项，包括制动器，反馈装置和外部冷却。
Lenze m850是该公司同步伺服电机产品组合的新成员，该产品一直专注于高动态性能。King解释说:“这种中等动态伺服电机专为定位、机器人、包装和搬运而设计，目标是大约70%不需要高动态响应的市场。”其紧凑的设计提供了一个更低成本的选择，由于惯性更大，可控性更强。”
避免碰撞
软件仍然是电机制造商提高设备性能的重要工具。Beckhoff自动化例如，该公司已将TwinCAT电机避碰技术作为其基于pc的TwinCAT 3工程和伺服电机系统运行时软件的附加库。
倍福驱动技术应用专家Matt Prellwitz解释说:“这对旋转伺服电机来说是一个方便的额外好处，可以在使用TwinCAT 3 NC PTP操作多个运动轴时防止碰撞。”该软件包用于在同一机械平面上的两个轴之间创建工作距离，如齿条和齿轮系统，并从一个位置到另一个位置获得最佳位置。当运动路径被清除时，如果路径被另一个轴阻塞，则位置移动完成。当多个电机同时工作以移动工件和机械部件时，它可以有效防止碰撞。”
由PLCopen标准委员会定义的功能块允许将避碰技术引入运动控制项目，而无需直接编程。Prellwitz说:“这种功能避免了对机械设备的损坏，并最大限度地减少了停机时间和错误。
“在具有防撞功能的运动系统中，”他补充说，“EtherCAT工业以太网系统可用于实现旋转电机位置的确定性扫描，并报告每个轴的位置。然后，系统可以精确地配置旋转轴的数量和它们之间的间隙距离。用户可以使用实际电机进行设置，也可以在TwinCAT软件中以模拟模式工作。”
