發布日期：2022-04-26 點擊率：35
我們將來能夠使用曲速引擎(Warp-Antrieb)進行飛行嗎，還是對此說“是”呢?確切的說，這是對未來驅動器的大肆渲染。所謂的“遷徙者”對此感到非常高興，而這與現實的關系不大。我們將來很有可能乘坐這種驅動型式的地下磁懸浮軌道車。但原則上這純粹是個推想，而有些研發成果也是這樣慢慢生長出來的，當然有些則具有破壞性。即便如此，一些趨勢和發展也是可以預見的。這樣的趨勢和發展在何處呢，我們將對此加以闡述。
150多年來，電動機得到了較大規模的應用。起初，只是直流電動機的應用，后來又推出了同步和異步電機。有人認為人們不能對電動機進行更多的改變，因為迄今為止人們還在使用它。但是，這其中卻另有乾坤。例如，在德意志博物館里就展出了一臺BBC公司1893年生產的功率為88?kW的同步電機。這臺電動機有一人高，當時用作造紙機械的驅動裝置。而今天，人們已經在使用福伊特(Voith)集團公司生產的功率為100?kW的與生產機器連在一起的直接驅動裝置，該電力驅動裝置同樣也是為造紙業而研制的。這個被稱作“Voith Drive”的驅動裝置結構非常緊湊，以至于能夠直接安裝在輥子上。該驅動系統的效率達95%，比福伊特(Voith)集團公司19世紀生產的電力驅動裝置更加高效。
驅動技術的重要未來發展趨勢
那么工業驅動裝置以及驅動系統未來將如何發展呢?倘若今天還無法預言這個創新飛躍的話，那么人們還是能夠看到以下3個重要的發展趨勢：
* 資源和能源效益;
* 結構空間更小、效率更高;
* 數字化和智能化;
* 生產成本有利(對于生產廠家來說)和投資購置成本低(對于用戶來說)。
而研發能源消耗低和能源效益高的驅動裝置并不是一個新的發展趨勢。多年以來，人們一直在努力使高效電動機達到新的效率標準。評價整體式驅動系統的效益也已是2015版的歐洲能源效益標準EN 50598的重點。在此期間，由于立法者的推進，所有活躍的電動機生產廠家都設立了自己的節能電動機研究項目。但是，這就提出了一個問題，那就是應將現有的電動機技術向前推進到何種程度。
圖1 現在，對在電動機上采用傳感器技術來對數字化發展趨勢作出反應的生產廠家的個數在增加，而且今后還將繼續增加
人們目前對異步電機的未來能力持懷疑態度。兩年前，ABB公司的低電壓電機產品主管Ralf Peschel便談到：“人們當然可以通過使用長的疊片鐵心和更多配備銅的方法來使電動機變得更加高效。但這樣做是否有意義則是另一回事?！監swald電機公司(Oswald Elektromotoren)的Johannes Oswald也認為異步電機不是驅動裝置的未來，屬于不再生產的型號。他對使用大量的材料和對陳舊的技術給予批評。而與此相反，西門子公司則認為，異步電機(同步電機也是如此)在中期還無法被另外一種技術所替換，特別是在中高效率領域，迄今為止，異步電機(同步電機也是如此)還沒有替代品。
為了使現有技術進一步向前發展，僅僅對電動機進行不斷優化是不夠的。對于Oswald電機公司來說，不但要對整臺機器設備進行優化，而且要將滿足客戶要求作為重點。最近，該公司的工程師們在研發各種不同的直接驅動裝置。努力使驅動裝置越來越高效，動力性能更佳，當然還要使未來的驅動裝置所占空間越來越小。
圖2 行星齒輪電機是將傳動裝置和電動機組合在一起而形成的一個結構緊湊、效率高的電力驅動裝置
在工業4.0進程中，為了檢測機器運轉的狀態數據，驅動部件越來越多的裝備了傳感器。在此期間，無論是ABB公司還是西門子公司都在進行研發，旨在將低電壓電機“智能化”。ABB公司有了“智能傳感器”。簡單的說這是一個傳感器包，該傳感器包能夠無線的裝在每臺低電壓電機上，而且不受電動機生產廠家的限制。該傳感器包提供電動機振動、溫度和超負荷的數據，并且能夠確定電動機的能耗。由一個軟件來分析可使用的信息數據，并據此作出電動機維修保養規劃。采用該技術可減少機器設備的停機時間，延長機器設備的使用壽命和降低能耗。
西門子公司為最新一代Simotics SD電機提供了一個一攬子數據化方案，該方案的功能與ABB公司的技術解決方案類似，通過一個傳感器包接收機器運行狀態數據。但是。西門子公司的這項技術解決方案與ABB公司的技術解決方案不同地方的是，這些數據是在西門子公司自己的基于云計算的存儲器中進行分析評估的。西門子公司的這一技術解決方案使用的App最終為機器設備的用戶提供信息。此外，人們可通過在電動機上安裝數據矩陣代碼來查明識別電動機，既能夠存取電動機信息，又能夠存取3D模型的信息。
這樣，有一點是明確的，今天，數字化已經在改變著驅動技術，并且在未來將明顯影響驅動技術。在此，越來越強化的集成也將起作用。一方面未來驅動裝置將會繼續集成到工作機械中;另一方面控制裝置、電動機和傳動裝置將越來越多的融合為一體。
驅動裝置部件和電子部件集成
奧地利維也納工業大學(TU Wien)借助其在2017年漢諾威工業博覽會上展出的關于行星齒輪電動機的研發介紹了一種全新的集成方式。這種集成方式如其名稱中所說，是將行星齒輪電機、傳動裝置和電動機聯合為一個結構緊湊的高效的電力驅動裝置。
以Manfred Schroedl教授為首的研發團隊在研究采取高速運轉電機的功率極限的途徑，如高速運轉的電機對電的變化有怎樣的要求，在圓周速度不變的情況下，通過提高轉子轉數來提高電動機的功率極限。由此得出一個使電動機與傳動裝置結合的新方法，在此，電動機是一個帶有多個轉子的分散式裝置，而傳動裝置是一個行星齒輪。第一步是將若干電動機組合為一個單元，如果人們從幾何學的角度將若干電動機相互巧妙布置，那么不動的電動機的部件的某些部分、所謂的定子便不再需要有磁力。這樣人們便可簡化整個結構，由此便可節省占位和降低損失。
Manfred Schroedl教授說：“例如，我們使用的是4個帶有3支路繞組的電力機器。那么，總共是12個磁力線圈?！彼忉屨f，“借助我們的機器布置，這里6個磁力線圈便已夠用。”兩個轉子共同驅動一個大的帶內齒的齒輪。另外兩個向另一個方向轉的轉子，驅動一個較小的帶外齒的輪子。這樣便形成了一個類似一級行星齒輪的情景。Manfred Schroedl教授說：“我們這樣直接集成進電動機的傳動裝置和它的驅動裝置極其簡單。由此，我們實現了提高效率和降低制造成本的目的?！倍艺{節也不復雜，不采用傳感器進行調節，而是用通電的線纜來設置轉子的實際位置。
作為未來的一個選擇，該系統提供了一個完全別樣的中間減速傳動裝置的驅動任務，由此便能夠用較少的機械組件生成一個結構很緊湊的技術解決方案。該技術解決方案的樣機已經表明，在相同的空間條件下，該樣機的功率密度最大可提高50%，在具備必要的嚙合和材料質量的情況下，還可進一步承受更高的負荷，或使其結構形式極其簡單化。Manfred Schroedl教授稱，該技術解決方案的進一步推廣應用有兩個決定性的理由，一是制造成本較低，二是在自動化程度提高的前提下存在著制造的可能性。
現有的產品或創新技術如何繼續發展
對現有的驅動裝置不斷進行優化或是可將企業帶進一個胡同，或是可使技術具備面向未來的能力。下面是一個時至今日在工業上很少使用的磁阻技術的實例，當ABB公司和西門子公司已經在近幾年來為市場提供同步磁阻電動機時，德國卡爾斯魯厄大學的電氣技術研究所(ETI)便致力于交換磁阻電機的進一步研發。現有的永磁伺服電機對未來發展還具有足夠的潛力。正如Oswald電動機公司(Oswald Elektromotoren)的Johannes Oswald所說，還應該對現有的永磁伺服電機作進一步的研究，首先是用先進的計算和模擬程序對這種電動機技術的電磁和機械方面的問題加以改進。但是，在這方面無論如何也不能期待有大的技術性飛躍。
Festo集團公司和Oswald電機公司致力于研發的超導電機目前仍處于研究和試驗階段。Oswald電機公司的超導電機研發部負責人Thomas Reis說：“我們的目標是研發能夠推向市場的完全超導驅動裝置，并且要使該領域應用的電力驅動裝置技術能夠不被現實的技術或是進一步的研發成果所覆蓋?！彼终f，“Oswald電機公司設計超導定子;而這樣的超導定子必須要用氦氣冷卻到﹣200℃。冷卻所需的花費高，以至于可與超導電機的效能相抵銷?！睋Q，超導力矩電機的首要應用領域是航空領域，因為這種電動機可為航運飛機的驅動任務技術解決方案做出具有決定性意義的貢獻。航運飛機要求效率重量比要達到最低，只能借助于超導電機才能實現航運飛機所要求的效率重量比。
Festo公司推出了自動化領域的工業應用方案。除低溫技術外，這實際上是個癥結，即超導體可以稱得上是非接觸的、高能效的、無磨損的運動和工業對象使用的理想驅動裝置。Festo公司負責企業戰略發展的公司持股負責人和超導方案的項目協調人George Berner說，“借此也能在迄今被認為是無法實現的自動化或是很難實現的自動化領域將自動化向前推進?！痹诖似陂g，有了各種各樣的應用情景，例如可用于在支座托盤上運輸目標物體的高動力運行和精準定位的懸浮運輸滑軌、或磁懸浮運輸軋輥。當超導體在自動化或是研發成果中得到應用，那么會越來越多的展現出它的可應用性，無接觸處理在哪里受歡迎，哪里便處處可見這樣的例子。如在空間的分離或是用于對付敏感的對象方面，超導體便展現出其可應用性。
是否可借助進一步研發和優化現有的裝置來實現所希望的技術飛躍或技術進步呢，這總歸需要在事后才能得到明確的答案?？梢钥隙ǖ氖牵承┘夹g一開始便在一定的條件下出現了本文前面所提到的未來發展趨勢。而新的概念則受到人們的青睞和為人們所接受，從而導致實現真正的創新。
