上周 Kollmorgen 在“優(yōu)管”上推送了一條關(guān)于其新一代旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī) AKM2G 的宣傳視頻。

 

本期我們就來(lái)一起聊一聊 Kollmorgen 的這款伺服新品。

 

PicSource：Kollmorgen | AKM2G

 

目前發(fā)布的這款產(chǎn)品，總體規(guī)格參數(shù)大致如下：

功率：0.3 ~ 10 kW；

堵轉(zhuǎn)扭矩：0.65 ~ 75.2 Nm;

法蘭尺寸：

共包含 6 個(gè)基座；

從 063 ~ 215（ IEC58 ~ 192）；

 

PicSource：Kollmorgen | AKM2G

 

可選反饋類(lèi)型包括：

Hiperface DSL；

EnDat2.2；

SFD3；

Resolver ；

 

PicSource：Kollmorgen | AKM2G

 

可選 speedtec 或 y-tec 電氣接口，支持單電纜連接。

 

乍看起來(lái)，這款 AKM2G 和市面上大部分伺服電機(jī)貌似并沒(méi)有什么太大區(qū)別。

 

不過(guò)，從 Kollmorgen 官方發(fā)布的資料中，我們還是看到了 AKM2G 電機(jī)的幾個(gè)差異性特點(diǎn)。

 

PicSource：Kollmorgen | AKM2G

 

更高的功率輸出密度

 

Kollmorgen 官方宣稱(chēng) AKM2G 的機(jī)體尺寸較市面上同類(lèi)型產(chǎn)品（包括 AKM 上一代產(chǎn)品）小 20%，并且在同等尺寸條件下，其動(dòng)力輸出能力要高出 30% 之多。

 

為此，我們專(zhuān)門(mén)查閱了目前市場(chǎng)上幾款主流伺服電機(jī)的技術(shù)資料，并就幾項(xiàng)主要的規(guī)格參數(shù)與 AKM2G 進(jìn)行了比較。

 

PicSource：智造商

 

上表所示的幾個(gè)型號(hào)的電機(jī)，分別來(lái)自歐系 Rexroth 的 MS2N、SIEMENS 的 1FK7 和日系 YASKAWA 的 SGM7A、SGM7G，動(dòng)力輸出范圍基本在堵轉(zhuǎn)扭矩 20Nm 一檔。

 

可以看到，22.1 Nm / 5000 RPM 的 AKM2G-62，其法蘭半徑僅為 165 mm，而同為 165 mm 法蘭尺寸的 MS2N-C0BQ 和 SGM7A-70A，在機(jī)體長(zhǎng)度上都比 AKM2G-62 長(zhǎng)出不少；1FK7100 的長(zhǎng)度的確比 AKM2G-62 短了 21 mm，但法蘭框架卻更大，達(dá)到了 215 mm，而且其堵轉(zhuǎn)扭矩僅為 18 Nm，額定轉(zhuǎn)速也只有 3000 RPM。

 

所以，僅從目前這幾款主流電機(jī)的輸出特性來(lái)看，AKM2G 在功率輸出密度方面的表現(xiàn)的確是比較出色的。

 

PicSource：Kollmorgen | AKM2G

 

對(duì)于設(shè)備用戶(hù)來(lái)說(shuō)，較高的功率密度，一方面，有助于在相對(duì)有限的物理空間內(nèi)為設(shè)備提供更高的機(jī)械動(dòng)力輸出；另一方面，則能夠在保持設(shè)備較高水平的運(yùn)控性能的同時(shí)，幫助其優(yōu)化機(jī)電系統(tǒng)的空間布局和總體成本。

 

PicSource：Kollmorgen | AKM2G

 

更寬的轉(zhuǎn)速范圍

 

一般來(lái)說(shuō)，同一系列伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速輸出能力，會(huì)隨著扭矩規(guī)格的升高而呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)；而目前市面上主流的伺服電機(jī)，在進(jìn)入大扭矩規(guī)格（ 堵轉(zhuǎn)扭矩 > 15 Nm ）后，其額定轉(zhuǎn)速很少有能超過(guò) 3000 RPM 的。

 

PicSource：Kollmorgen | AKM2G

 

但如果看一下 AKM2G 的規(guī)格參數(shù)就不難發(fā)現(xiàn)，其在 22 Nm 一檔依然能夠有 5000 RPM 的額定轉(zhuǎn)速輸出，即使是堵轉(zhuǎn)扭矩為 75.2 Nm 的 AKM2G-74，額定轉(zhuǎn)速輸出也高達(dá) 3000 RPM。

 

PicSource：Kollmorgen | AKM2G

 

這種較寬的電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍，首先自然是能夠?yàn)樵O(shè)備帶來(lái)更大的提速空間，有助于其產(chǎn)能和運(yùn)行效率的提升；而如果考慮到電機(jī)扭矩與轉(zhuǎn)速之間基于傳動(dòng)速比的換算關(guān)系，那么這樣的轉(zhuǎn)速特性也將在一定程度上幫助用戶(hù)在機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化上作出更加靈活的調(diào)整，以滿(mǎn)足各種不同類(lèi)型的應(yīng)用需求，例如：成本、效率、性能...等等。

 

PicSource：Gerhard Schubert

 

有一個(gè)我拍腦袋想到的非常適合 AKM2G 的大扭矩、高轉(zhuǎn)速應(yīng)用場(chǎng)景，就是薄膜材料的高速收放卷。在料卷滿(mǎn)載啟動(dòng)時(shí)，因?yàn)樨?fù)載慣量較高，所以需要的是大扭矩輸出；而在料卷接近空載的時(shí)候，超高的產(chǎn)線(xiàn)速度和極小的卷徑，就要求電機(jī)運(yùn)行在高轉(zhuǎn)速時(shí)依然能有足夠的扭矩輸出，用于完成對(duì)材料張力的控制。

 

PicSource：Kollmorgen | AKM2G

 

更高的運(yùn)行能效

 

關(guān)于節(jié)能，在 AKM2G 的宣傳視頻中，Kollmorgen 官方使用了上面這張負(fù)載 / 能效曲線(xiàn)圖，并且其配音表述是這樣的：

 

“We’re able to give the customer the best possible energy efficiency...”

 

“我們可以為用戶(hù)提供最好的能效...”

 

盡管從這樣的描述中我們幾乎很難獲得有關(guān) AKM2G 能效特性的實(shí)質(zhì)性量化數(shù)據(jù)，但是通過(guò)上面提到的有關(guān)功率密度和轉(zhuǎn)速范圍的兩個(gè)電機(jī)特性，我們應(yīng)該還是能看到因?yàn)槭褂眠@款電機(jī)而可能給設(shè)備系統(tǒng)帶來(lái)的能效提升的機(jī)會(huì)。

 

PicSource：Machine Design

 

我們知道，伺服電機(jī)運(yùn)行時(shí)的負(fù)載利用率越高，其能耗效率也就越高，而一般情況下，如果這個(gè)負(fù)載利用率低于 30%，能耗效率就會(huì)呈現(xiàn)陡然驟降的趨勢(shì)（如上圖）。因此在電機(jī)選型時(shí)，應(yīng)盡可能讓電機(jī)的運(yùn)行保持在較高的負(fù)載利用率水平（ 通常在 40% ~ 80% 之間 ）。而 AKM2G 的高功率密度和寬轉(zhuǎn)速范圍特性，其實(shí)是在一定程度上為運(yùn)控傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了更為優(yōu)化的選項(xiàng)，例如：

用更小規(guī)格的電機(jī)為運(yùn)控設(shè)備帶來(lái)更加出色的動(dòng)力性能；

通過(guò)速比匹配，確保電機(jī)運(yùn)行在較高的負(fù)載利用率區(qū)域；

...

 

PicSource：Kollmorgen | AKD2G

 

另外，目測(cè) AKM2G 較低的轉(zhuǎn)子慣量，應(yīng)該也能夠幫助減少電機(jī)運(yùn)行時(shí)作用在電機(jī)本身的動(dòng)力消耗。當(dāng)然，考慮到傳動(dòng)系統(tǒng)剛性和負(fù)載慣量匹配的問(wèn)題，這也就給驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)態(tài)負(fù)載調(diào)節(jié)能力提出了極高的要求。