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KBM 电机在高动态转台中的毫秒必争

  2020年07月27日  

  在工业制造领域,转台一直是其中一个重要的结构,在各个行业应用中都扮演着十分重要的角色。近年来,光伏产业发展迅速,太阳能电池的产量快速增长,同时国内太阳能新增装机量日益增长,有效提高太阳能硅片产能的需求日益凸显。其中以太阳能印刷机最具代表。目前最主流也是最高效率的太阳能印刷机是四工位状态,它的每一次节拍都直接关系到整条产线的效率,充分体现了毫秒必争的意义。

  为了满足太阳能硅片生产厂家要求,制造商(OEM)采用科尔摩根无框直驱电机(KBM 系列),根据实际应用需求,封装定制化转台电机,将原工位节拍从 400ms 提高到 300ms,并且在 300ms 基础上,再次使用科尔摩根直驱方案进行机型升级,提升到 200ms,同时实现定位精度达到 1‰度。

太阳能电池片丝网印刷机转台应用面临的挑战

  目前主流的太阳能电池丝网印刷机,采用的是四工位的转台结构设计。其中第一个工位用来接收硅片,并且在第一个工位上方装有一个高像素的 CCD 摄像头对硅片进行拍照,所拍的照片将被读取到相应的图像处理程序里进行处理,计算出硅片的位置偏置数据。第二个工位根据计算得到的数据对网板的位置进行调节,保证网板和硅片的对齐,调节完毕后就可以进行电极的印刷。第三个工位用于将硅片传输到下一步。第四个工位用于对碎片进行清理。这种四工位旋转平台使得产生碎片时更容易处理,同时灵活应用四个工位分别完成不同动作,从而提高生产效率。

  根据丝网印刷转台的设计工艺,可以看出这样的转台结构,盘面相对较大,结构复杂,整体机械惯量也很大。所以提高节拍对电机的要求非常高,在瞬间出力以及快速整定方面都有着严格的要求。根据厂家的要求,需要在原整个运行节拍 400ms 左右旋转 90°,并且在该时间内是整定结束,同时在这个时间内定位精度为 1‰度的基础上,提速到 300ms,这意味着较原来速率提高了 30%。更高速的转台则需要提速到 200ms 左右,直接缩短一半的时间。

 

科尔摩根直驱技术解决方案

  针对这种高速高动态转台需求,科尔摩根采用直接驱动技术,提供 KBM 系列高压无框电机封装方案,配合高性能 AKD 伺服驱动器,解决转台提速问题,实现了在原基础上速率提高 30%-50%,并且在精度上也完全实现了客户的需求。

  首先,在电机选择方面,由于客户给出转台的惯量是 5.2kg/m2,这相对电机来说,惯量较大。因为系统惯量越大,响应时间就越慢,所以相对来说,具有较大惯量的大直驱电机 KBM 是该应用的最佳选择。KBM 所采用的先进电磁设计,在同样的扭矩输出情况下,电机体积更小、旋转更平稳、齿槽效应非常小;同时,多样化的尺寸以及多重标准绕组,提高了设计方案的可配置性,降低了设计解决方案的时间。我们采用惯量较大的 KBM88 系列电机,保证惯量比在 20 以内,使得整个调试整定更加迅速。

  其次,在电机封装方面,对于这种大电机的封装,很多厂商并没有太多把握,我们提供了整体封装方案。同样,我们也支持客户进行定制化的自行封装,并帮助培训和指导客户规避封装中的问题。包括轴承的刚性要求,编码器的选择,封装方式等。封装完成后,对电机的转子轴做径向和轴向跳动测试,均达到 5μm 以内,从而保证最终转台的精度。另外,在实施这个方案时,同时增加的水冷设计,有效的提高电机的持续扭矩输出。

 

  AKD 伺服驱动器的性能也至关重要,AKD 伺服驱动器具有业界领先的三环刷新频率(670ns 电流环刷新、62.5μs速度环刷新、125μs 位置环刷新)以及先进的伺服技术,比如高阶观测器、双二阶滤波器以及高精度伺服算法,从而缩短整定时间。

  提升到 300ms (1counts=0.001°) :

  加水冷后,进一步稳定到 280ms 左右:

  升级机型,达到 200ms:

给客户带来的收益

  科尔摩根 KBM 电机搭配 AKD 高性能伺服驱动器在高动态转台中的应用,凭借 KBM 电机设计更加灵活、体积更小、运行平稳、效率更高;AKD 的多总线版本、兼容性更好、效率及精度更高的特点和优势,最终帮助客户设备实现 90°定位整定时间由原来的 400ms 减少到现有的 300ms,再到升级后的 200ms 左右;通过水冷设计,由原停1200ms,提升到 800ms,甚至更高,提升整体工作节拍,效率提高 60%+;方案稳定的电汽特性让定位精度和重复定位精度更稳定;从而使整体设备更具竞争力!

标签:科尔摩根我要反馈
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