圖1對(duì)特種電動(dòng)機(jī)制造商的要求是，主軸驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)應(yīng)能阻止玻璃粉末進(jìn)入
空間較小、環(huán)境條件惡劣等外界因素對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和性能有著特殊的要求：每當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)達(dá)到其極限時(shí)，人們就會(huì)采用為客戶量身定做的特種電動(dòng)機(jī)。Salzbergen的CEDS Duradrive公司是應(yīng)對(duì)這種情況的專家，該公司的負(fù)責(zé)人Ulrich Bühlmann介紹說(shuō)：“例如，玻璃鉆床上會(huì)產(chǎn)生具有危害性的玻璃粉塵，它們進(jìn)入到電動(dòng)機(jī)之后會(huì)導(dǎo)致整個(gè)設(shè)備迅速停機(jī)。因此Benteler公司希望我們能為他們的玻璃鉆床提供一種穩(wěn)固且無(wú)磨損的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。”
無(wú)玻璃粉塵的驅(qū)動(dòng)意味著生產(chǎn)能力的提高
Benteler公司的龍門鉆床適用于任意一種鉆孔模式以及典型的單件銑切工作或批量加工(圖1)，其特點(diǎn)是高靈活性、高生產(chǎn)安全性和方便操作，然而這種鉆床的驅(qū)動(dòng)器卻面臨著環(huán)境的巨大挑戰(zhàn)。采用兩臺(tái)分開(kāi)工作的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行直線進(jìn)刀(進(jìn)給動(dòng)作)和鉆孔(旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng))時(shí)，切削點(diǎn)會(huì)沾染玻璃粉塵。為了克服這一問(wèn)題，CEDS Duradrive公司將兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)組合起來(lái)放入了一個(gè)機(jī)殼中(圖2)，同時(shí)通過(guò)隔離空氣使鉆桿內(nèi)部保持過(guò)壓，從而避免粉塵、污染物等進(jìn)入(防護(hù)等級(jí)為IP66)。這樣不僅明顯降低了維護(hù)成本，而且還提升了設(shè)備的可靠性和生產(chǎn)能力。因?yàn)檫@是一個(gè)剛性系統(tǒng)，所以機(jī)器工作得非常精確，此外鉆桿由于結(jié)構(gòu)緊湊，需要的空間也小于標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)。
負(fù)責(zé)進(jìn)刀的伺服電動(dòng)機(jī)的測(cè)定功率為0.28?kW，測(cè)定扭矩為0.76?Nm，測(cè)定轉(zhuǎn)速為3500?r/min。負(fù)責(zé)鉆孔的是一臺(tái)功率為1.1?kW、扭矩為3.75?Nm、轉(zhuǎn)速可從2800?r/min達(dá)到最高5600?r/min的異步電動(dòng)機(jī)。
圖2緊湊的鉆桿驅(qū)動(dòng)器將進(jìn)刀驅(qū)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)組合為一體
特種電動(dòng)機(jī)可在小空間里獲得高效率
其他機(jī)器設(shè)備也可以采用CEDS Duradrive公司的特種電動(dòng)機(jī)對(duì)自身的運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化，如特殊輸送技術(shù)領(lǐng)域的設(shè)備。CEDS Duradrive公司專門研制了一種用于輸送帶驅(qū)動(dòng)的滾筒電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)速提高了大約2000?r/min，它不僅可以提高材料的輸送速度，而且在換卷時(shí)還可以通過(guò)輸送帶的大幅加速避免材料輸送的中斷。
為了節(jié)省空間，CEDS Duradrive公司的電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造設(shè)計(jì)非常緊湊，并且直接安裝在輸送帶的下方，此時(shí)外殼的轉(zhuǎn)動(dòng)(異步外轉(zhuǎn)子)代替了軸旋轉(zhuǎn)，輸送帶被直接驅(qū)動(dòng)。
由于該款電動(dòng)機(jī)的功率大而且被直接安裝在輸送帶下方，表面冷卻或水冷卻無(wú)法進(jìn)行，因此可通過(guò)空氣和水從其內(nèi)部進(jìn)行冷卻。為了避免下方輸送帶滑落，電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)了表面打毛，且材料經(jīng)過(guò)了專門的防腐蝕處理，從而電動(dòng)機(jī)也能在潮濕的環(huán)境中工作。
有些設(shè)計(jì)采用的是特殊尺寸。例如，一種特殊機(jī)床需要加工直徑高達(dá)50?cm的工件，為了能夠使其穿過(guò)電動(dòng)機(jī)，空心軸需要足夠大的內(nèi)孔。由于針對(duì)這種應(yīng)用沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)方案，CEDS Duradrive公司研制了一種尺寸合適的轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)(圖3)。
新的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)該盡可能沒(méi)有磨損，因此人們使用直接驅(qū)動(dòng)取代了必須定期更換齒輪和油的電動(dòng)機(jī)與變速器組合，另外還使用了一個(gè)銅轉(zhuǎn)子，由于電導(dǎo)率更高，其能效高于常見(jiàn)的鋁轉(zhuǎn)子，通過(guò)這種方式，電動(dòng)機(jī)獲得了更高的連續(xù)轉(zhuǎn)矩。
圖3在占地相同的情況下，采用銅線圈的力矩電動(dòng)機(jī)具有更高的效
針對(duì)較大弱磁區(qū)域的緊湊型電動(dòng)機(jī)
Salzbergen的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)接受的另一個(gè)挑戰(zhàn)是優(yōu)化切削機(jī)床的主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，材料精加工時(shí)的轉(zhuǎn)速明顯高于下料時(shí)的轉(zhuǎn)速，一個(gè)相對(duì)較大的變頻器保證了相應(yīng)較高的轉(zhuǎn)速，但這樣的變頻器成本高且需要很大的安裝空間，而現(xiàn)在的實(shí)際情況是可供使用的空間很小，因此必須尋找其他的方案。CEDS Duradrive公司的團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種緊湊型電動(dòng)機(jī)，它可以在一個(gè)相對(duì)較大的弱磁區(qū)域內(nèi)工作，這樣就可以使用體積小且成本較低的變頻器。
之后，CEDS Duradrive公司又推出了一種安裝空間和轉(zhuǎn)速不變，但連續(xù)扭矩卻更大的電動(dòng)機(jī)，目的是優(yōu)化電動(dòng)機(jī)，在不進(jìn)行徹底改造的前提下提高現(xiàn)有機(jī)器的功率。對(duì)現(xiàn)有機(jī)器而言，安裝空間在通常情況下無(wú)法滿足要求。如果想在安裝空間不變的情況下提高功率，以便加工較硬的材料或提高生產(chǎn)能力，就必須優(yōu)化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，但卻很少有合適的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備可供使用。
現(xiàn)有機(jī)器體積不變，但效率更高
“對(duì)此我們只有依靠特種電動(dòng)機(jī)發(fā)揮作用。”Ulrich Bühlmann說(shuō)，“雖然開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)初期的成本可能會(huì)比較高，但機(jī)器價(jià)值會(huì)因效率的提升而增加，而且設(shè)備無(wú)需整體改造，所以這一投資最終物有所值。”
