采用直接驱动装置时,工作机器的转速相当于驱动装置的转速。由于不使用变速器,因而无论是在极低转速或者极高转速时,都省掉了干扰性的变速损失。许多旋转部件都不再需要,因此,直接驱动装置工作起来极为安静,没有磨损,无须润滑,且免维护。
从液压驱动到电驱动的进步,加大了对直接驱动装置的需求
针对高速应用,Suhl市Ina Drives and Mechatronics公司研制出了两种类型的高速电动机HSR和HSRV。这两种电动机在具有高转动扭矩的同时还会产生极高的圆周速度。它和主轴电机的区别主要在于极数更高。“在机械输出功率约为50 kW时,这种为客户专门设计的电动机的圆周速度可达50 m/s,相当于快进速度。” Ina Drives and Mechatronics公司的机床部主管Marko Pfeiffer如是说。
关于直接驱动装置,Erlangen市西门子股份公司A&D部门可以提供广泛的产品目录,从用于高速和高扭矩用途的1FE1型内置式电动机到用于高扭矩用途的1FW6型内置式高扭矩电动机,到1FW3和1FW4系列的整套高扭矩电动机等等。西门子股份公司A&D部门驱动产品经理Michael Koenig说:“上面提到的系列产品已经在市场上站稳了脚跟,今后我们还将继续开发更多的新产品。”
Bosch Rexroth 股份公司也可以提供用于机床的整套高速电动机产品目录。Bosch Rexroth 股份公司电驱动装置管理部主任Dr. Roland Steffan博士解释说:“Rexroth既制造用于高速用途的同步电动机,也生产用于高速用途的异步电动机。1MB型液体冷却组合式异步电动机是用于机床制造业的物美价廉的驱动方案。”其特点是功率密度高,不同尺寸和不同功率等级的整个系列产品都运行质量出色,还有备选的可液压拆卸的转子。“Indradyn H系列的同步电动机,”Steffan博士继续说,“涵盖了对精度、动态性能以及转速达30 000 r/min要求的高端应用领域,如电主轴等。”
高速电机的整体解决方案
“所有定子都有标准配置的创新型冷却系统,同时,内置于定子中的冷却通道构成了封闭的可直接插接的冷却循环系统。”Steffan博士说。这样,组合电动机的冷却就由设备转移至电动机上,因此为机器制造厂家节省了机器密封以及按照传统开放式电机冷却外壳进行调整的全部结构设计费用。售后服务和拆卸也大大简化,并减少了可能发生的停机时间。此外,在高速应用中也不再需要电压保护模块了(Voltage Protection Modules)。
据Michael Koenig说,西门子的直接驱动装置作为内装式电动机主要用于主轴上,或者也可作为带有刀具夹紧和工件接口的成套电机主轴使用。此外,它们还可以用作圆形工作台和回转轴的进给驱动装置,也可以用在挤压机和压力机上。
“客户在Rexroth得到的不仅仅是单个零部件,还可以获得由相互匹配的构件组成的经过测试的成套解决方案,以及世界范围内周到细致的售后服务,”Steffan博士明确表示。这样就可以减少用户的设计和调试费用,每根轴只需要极少的几个零部件即可。
西门子公司的直接驱动产品目录也包括必要的驱动与控制技术,如驱动系列Sinamics。“Motion-Control功能在这里可以简单地一体化内置到设备中去,”Koenig解释说,“而复杂设备和机床控制装置的协调则可使用高一级的控制系统Simotion或者Sinumerik。其结构既有Panel-based型,也有Drive-based型。所以说,我们可以为自动化的整个链条提供服务。”
据Koenig说,借助于所提供的内置集成功能,既可实现全套动作的控制,也可以实现额外的SPS功能。
直接驱动 使设备更紧凑
Koenig说,采用直接驱动可把许多优点集于一身。“通过把电机直接内置到机器里,可以实现更为紧凑的设计和制造。工作轴能达到更高的动态值和更高的精度。同时也可以降低维护费用。”直接驱动的大多数优点都集中在易磨损的机械部件上,如主轴、齿杆、变速器以及与此相联系的机械弹性装置。为了获得简单和最佳的一体化集成,西门子公司还提供带有内置冷却系统的直接驱动装置。“这就可以把向机器传递的热能减少到最小程度,” Koenig肯定地说,“我们提供的方案是经过相互协调的通用系统。”
此外,直接驱动技术还具有相当大的潜力,Idam公司正在这方面努力的进行研发,Marko Pfeiffer表示:“利用申报了专利的特殊绕组结构,即使在直径较大时,也可以达到比高扭矩系列(RI,RE)更高的转数。对于医疗技术方面的应用,我们研制出了HSRV电机。这种电机的突出特点是振动小、噪声低。”其他类型的同步电机经常出现的啮齿效应,在这种电机内部得到了补偿,一点儿也感觉不到了。Pfeiffer认为,其局限性在于目前的变频器电流。
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