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          2020OEM機械設計技術研討會云會議
          運動控制

          KBM 電機在高動態轉臺中的毫秒必爭

            2020年07月27日  

            在工業制造領域,轉臺一直是其中一個重要的結構,在各個行業應用中都扮演著十分重要的角色。近年來,光伏產業發展迅速,太陽能電池的產量快速增長,同時國內太陽能新增裝機量日益增長,有效提高太陽能硅片產能的需求日益凸顯。其中以太陽能印刷機最具代表。目前最主流也是最高效率的太陽能印刷機是四工位狀態,它的每一次節拍都直接關系到整條產線的效率,充分體現了毫秒必爭的意義。

            為了滿足太陽能硅片生產廠家要求,制造商(OEM)采用科爾摩根無框直驅電機(KBM 系列),根據實際應用需求,封裝定制化轉臺電機,將原工位節拍從 400ms 提高到 300ms,并且在 300ms 基礎上,再次使用科爾摩根直驅方案進行機型升級,提升到 200ms,同時實現定位精度達到 1‰度。

          太陽能電池片絲網印刷機轉臺應用面臨的挑戰

            目前主流的太陽能電池絲網印刷機,采用的是四工位的轉臺結構設計。其中第一個工位用來接收硅片,并且在第一個工位上方裝有一個高像素的 CCD 攝像頭對硅片進行拍照,所拍的照片將被讀取到相應的圖像處理程序里進行處理,計算出硅片的位置偏置數據。第二個工位根據計算得到的數據對網板的位置進行調節,保證網板和硅片的對齊,調節完畢后就可以進行電極的印刷。第三個工位用于將硅片傳輸到下一步。第四個工位用于對碎片進行清理。這種四工位旋轉平臺使得產生碎片時更容易處理,同時靈活應用四個工位分別完成不同動作,從而提高生產效率。

            根據絲網印刷轉臺的設計工藝,可以看出這樣的轉臺結構,盤面相對較大,結構復雜,整體機械慣量也很大。所以提高節拍對電機的要求非常高,在瞬間出力以及快速整定方面都有著嚴格的要求。根據廠家的要求,需要在原整個運行節拍 400ms 左右旋轉 90°,并且在該時間內是整定結束,同時在這個時間內定位精度為 1‰度的基礎上,提速到 300ms,這意味著較原來速率提高了 30%。更高速的轉臺則需要提速到 200ms 左右,直接縮短一半的時間。

           

          科爾摩根直驅技術解決方案

            針對這種高速高動態轉臺需求,科爾摩根采用直接驅動技術,提供 KBM 系列高壓無框電機封裝方案,配合高性能 AKD 伺服驅動器,解決轉臺提速問題,實現了在原基礎上速率提高 30%-50%,并且在精度上也完全實現了客戶的需求。

            首先,在電機選擇方面,由于客戶給出轉臺的慣量是 5.2kg/m2,這相對電機來說,慣量較大。因為系統慣量越大,響應時間就越慢,所以相對來說,具有較大慣量的大直驅電機 KBM 是該應用的最佳選擇。KBM 所采用的先進電磁設計,在同樣的扭矩輸出情況下,電機體積更小、旋轉更平穩、齒槽效應非常小;同時,多樣化的尺寸以及多重標準繞組,提高了設計方案的可配置性,降低了設計解決方案的時間。我們采用慣量較大的 KBM88 系列電機,保證慣量比在 20 以內,使得整個調試整定更加迅速。

            其次,在電機封裝方面,對于這種大電機的封裝,很多廠商并沒有太多把握,我們提供了整體封裝方案。同樣,我們也支持客戶進行定制化的自行封裝,并幫助培訓和指導客戶規避封裝中的問題。包括軸承的剛性要求,編碼器的選擇,封裝方式等。封裝完成后,對電機的轉子軸做徑向和軸向跳動測試,均達到 5μm 以內,從而保證最終轉臺的精度。另外,在實施這個方案時,同時增加的水冷設計,有效的提高電機的持續扭矩輸出。

           

            AKD 伺服驅動器的性能也至關重要,AKD 伺服驅動器具有業界領先的三環刷新頻率(670ns 電流環刷新、62.5μs速度環刷新、125μs 位置環刷新)以及先進的伺服技術,比如高階觀測器、雙二階濾波器以及高精度伺服算法,從而縮短整定時間。

            提升到 300ms (1counts=0.001°) :

            加水冷后,進一步穩定到 280ms 左右:

            升級機型,達到 200ms:

          給客戶帶來的收益

            科爾摩根 KBM 電機搭配 AKD 高性能伺服驅動器在高動態轉臺中的應用,憑借 KBM 電機設計更加靈活、體積更小、運行平穩、效率更高;AKD 的多總線版本、兼容性更好、效率及精度更高的特點和優勢,最終幫助客戶設備實現 90°定位整定時間由原來的 400ms 減少到現有的 300ms,再到升級后的 200ms 左右;通過水冷設計,由原停1200ms,提升到 800ms,甚至更高,提升整體工作節拍,效率提高 60%+;方案穩定的電汽特性讓定位精度和重復定位精度更穩定;從而使整體設備更具競爭力!

          標簽:科爾摩根我要反饋
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