通常人们不会考虑低温情况下的电机运动控制，但是有很多情况需要在非常低的温度下进行运动。例如，携带用于火箭发动机的液化气体（例如氢气和氧气）的燃料阀必须不仅能够打开和关闭，而且还能够在低温下调节流速。质量控制工程师需要能够复制空间环境，以确保为卫星设计的设备在进入太空之前能够可靠地运行。同样，使用过冷设备捕获恒星光谱图像的天文台需要具有复杂控制系统的扫描仪和其他设备，这些控制系统至少部分的在低温条件下运行。

与所有运动控制问题一样，有必要在覆盖环境项目之前定义基本要求：负载质量，运动速度，总行程，加速度，位置精度和速度控制等等。任何运动控制应用必须回答的问题。对于低温应用，还有一些额外的关键问题。

1.运行温度和非运行温度之间的范围是多少？

由于大多数应用程序都受到大小和重量的限制，因此指定可用的参数非常重要。电机在正常温度范围内运行但在不运行时机组可能承受低温的情况并不意味着标准电机即使在预热时也能按要求运行。经受温度循环的金属经历相变，并且它们也应力消除，这两者都导致翘曲和其他尺寸变化。即使电机从未打开，结果也可能是失败的。为了避免这种情况，有必要粗加工机器零件，应力消除它们然后加工到最终尺寸。如果从成品电机开始，这个过程是不实际的; 代替，

由于金属在低温下会变脆，我们认为理所当然的事情并不总是有效的：齿轮齿在-250°C时的断裂点是多少？电机扭矩是否足以使轴在低温下折断？为了解释强度的损失，电动机或齿轮设计者通常会通过添加更多材料来使物品更大。然而，重量对于空间应用而言是昂贵的项目，因此挑战变得更加复杂。另一个考虑因素是，通常弹性物品，如弹簧，变得不那么灵活; 在某些情况下，它们会像预期的那样破裂和断裂而不是弯曲，或者它们需要更大的力来在低温下弯曲。

一个主要的设计问题是材料在温度范围内的膨胀或收缩的差异。例如，铜以比钢更快的速度收缩。随着温度的降低，如果电机绕组像往常一样紧密缠绕，电线可能会在某些位置咬合，颈缩或仅仅切断绝缘层以短路到铁结构，导致故障仅由于低温度。

2.温度变化率是多少？

热膨胀系数（CTE）很重要，但热传递发生的速率也会影响电机。一个例子是将磁铁粘合到转子上的环氧树脂。环氧树脂的CTE与两种金属不同，但热转移速率也不同，因此过快加热该单元会导致破坏将电机保持在一起的粘合剂粘合。通常，我们将温度变化率限制在每分钟10°C的最大值。

受温度影响的另一个项目是轴承类型和润滑。真空应用中使用的典型润滑脂对低温应用无用。真空润滑脂，在-60°C左右变得非常坚硬，在-90°C时是必需的固体。当你拍摄-249°C或24K时，很明显这种方法不起作用。替代方案是干膜润滑 - 二硫化钼是一种常见的干润滑材料，但还有其他几种。虽然所有干润滑材料都不相同，但轴承的具体结构和应用方法对轴承寿命的影响要大于材料选择。

3.装置是真空还是会结冰？

大多数情况下，电动机系统在真空中运行。在这种情况下，需要确定真空度，并且需要指定除气或微粒控制的需要。在基于太空的望远镜上使用靠近光学器件的电动机需要与在管道上操作阀门不同的护理水平。

然而，水冰不是冰的唯一形式。一些气体在可能高于系统工作温度的温度下变成固体。充满二氧化碳的腔室将在-56°C下形成冰，如果冷却剂是-196°C的液氮，则很容易达到该温度。除了用固体冰块简单地堵塞机械装置外，一些材料还会导致腐蚀或污染其他干燥润滑剂。

4.系统的预期寿命是多少？

使用寿命为6秒的火箭需要不同的技术答案，而不是具有20年使用寿命的太空任务。重要的是要理解，在低温条件下，没有任何商用现货电机可以长时间运行 - 材料选择错误，金属没有消除应力，并且绕组不正确绝缘并且通常会脱气。材料的CTE不兼容，设计它们的人试图找出如何节省另外.001％的生产成本以提高利润。

在低温下发生的事情在常温下不会发生（例如，青铜衬套或螺母以比不锈钢更快的速度收缩）。在-20和-60℃之间的温度下，电动机驱动的组件可能停止移动，并且有趣的是，系统冻结的温度通常是高度可重复的。青铜或黄铜开始时，轴或螺钉上方的一小部分间隙开始收缩，足以夹住钢板。例如，我接到了航天计划工程师的电话，他在轨道上有一颗卫星。一旦围绕地球每转一圈，系统就会停止工作。我问这是否发生在卫星处于地球阴影下时，它会接近-200°C。当然，答案是肯定的。通过在运动系统上节省几美元，他们有一颗1亿美元的卫星只能工作一半时间。可以想象，对卫星的服务呼叫是棘手的，而且非常昂贵！

应用说明：实验室

在实验室的科学家正在解决一个问题 - 他们需要在低温下操作机械组件。负载由曲柄臂驱动，因此扭矩和速度随正弦波的变化而变化。为了获得他们想要的结果，他们需要加载速度恒定。为了实现这一目标，他们需要一种能够调节实时速度和扭矩以在负载上产生恒定速度的电机系统。然而，电机的小物质在24K的真空中运行。

科学家们转向Empire Magnetics，为他们提供无刷电机和旋转变压器，可以在360度旋转的绝对位置模式下操作。电机由选定的材料制成，可在室温和24K下运行，同时最大限度地减少真空除气。作为实时伺服系统，控制器被编程为提供可变扭矩和恒定速度。电机组件的设计符合客户要求。Empire Magnetics建造并运输了该装置，据项目工程师按预期执行。