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科爾摩根KBM電機在高動態轉臺中毫秒必爭

文：科爾摩根高級應用工程師俞海2021年第二期

導語：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，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。

　　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，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，原始設備制造商(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。

　　設備面臨的挑戰

　　目前主流的太陽能光伏硅片絲網印刷機，采用的是四工位的轉臺結構設計。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。根據客戶的要求，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，減少了設計解決方案的時間。科爾摩根采用慣量較大的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。

　　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，讓客戶設備更具競爭力：