新闻
成员自2006年以来
运动控制和运动协会(MCMA)——运动控制信息、教育和事件最值得信赖的资源——已经转变为推进自动化协会。
下内容提交:
工业:
运动控制元件制造运动控制元件制造
应用程序:
N/A
ip69k级电机在极端恶劣环境中生存
发布03/19/2012
专注于密封件、连接器、热管理和冗余设计，提供了能够容忍重复冲洗的电机。
运动控制在食品包装、制药制造、医疗和汽车等需求领域提供了关键的高速定位。但通常情况下，精确定位只是成功的一半。这些应用暴露系统的惩罚处理，如高压釜，高压喷雾，和频繁冲洗腐蚀性化学品。为了适应这些恶劣的环境，部件的设计必须符合IP69K等标准，IP69K规定了部件能够承受高温、高压水射流。
| 知道这个代码 IEC 60529使用多符号代码定义了进入保护，其最常见的元素如下。基本的语法是IPYZ Y代表了固体抵御入侵的水平(见表1)和Z代表了液体入侵防护的水平(见表2)。注意,每个级别定义为一组特定的条件,并且经常有限的一段时间。
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
世界各地的各种标准定义了电机的输入保护(IP)等级。也许最广泛适用的全球标准是IEC 60529，来自国际电工委员会。该文件建立了电气元件在一系列操作条件下的性能水平(见侧栏)。IP评级允许运动控制技术的最终用户指定和可靠地购买组件，以服务于他们的应用。
IP等级涵盖了组件在接触灰尘、电线甚至手指等较大物体时的生存能力。该标准还解决了从滴水到完全浸没的各种形式的湿气暴露后的耐久性问题。该标准包括对射流的暴露;一个IP66-rated
例如，电机必须能够容忍100 L/min的水在0.1 MPa来自位于3米远的12.5 mm喷嘴。这个等级涵盖了大量的水，但不一定是在高压下应用的。1993年，德国标准化协会(Deutsches Institut für Normung (DIN))通过DIN 40050-9扩展了IP等级，提供了包含高温、高压水射流的定义/测试协议。这项技术最初是为道路车辆开发的——例如，用于水泥搅拌机的喷雾清洗——也适用于食品、制药和医疗应用等方面的条件。
IP69K标准要求将测试组件暴露在14至16升/分钟的水，在8至10 MPa下，从不超过15厘米远的喷嘴。该标准规定，将射流放置在0°到90°之间的四个位置，并旋转组件以确保多个角度暴露在必须保持在80°C的水中。
当然，组件经受几分钟的测试是一回事。而开发能够长期运行的内容则是另一回事。“这是一个相当残酷的环境，”马特汉森，业务发展副总裁说美国野牛齿轮工程公司。查尔斯(伊利诺斯州)。“对我们来说，测试是比较容易的部分。困难的是要设计出能在野外生存多年的部件。”
设计满足IP69K
开发ip69k级组件面临一系列挑战，包括密封、热管理和引线的连接/终端。毫无疑问，冗余在设计理念中扮演着重要的角色。汉森说:“一般来说，工业齿轮马达和高压水是不能相提并论的，所以你必须设计出能生存的东西。”钝化钢外壳提供良好的长期保护，免受腐蚀性化学品。然而，仅仅封闭组件并不能提供足够的保护。必须有一个密封在旋转(旋转电机)或滑动(直线电机)轴退出外壳。多层密封方法可以通过将多唇密封与金属法兰或其他某种机械屏障相结合来保护密封材料，帮助阻止水分的进入。
这种方法不足以保护电机免受多年的冲刷。即使是最好的密封件最终也会磨损退化。它是可以替换的。例如，定子的布线很脆弱，需要额外的屏障来防止冷凝或任何可能穿透外壳的水分。一个好的解决方案是将定子放置在一个坚固的外壳内，然后用灌封剂填充它(见图1)。
汉森说:“机器的外部是不锈钢外壳，内部是全密封的，所以即使有水进入，也不会对马达产生负面影响。”
封装和封装的双重方法也为直线电机提供了一个很好的解决方案。通常，一个线性测量的磁铁轨道形成u型通道，一个车厢或滑块在该轨道内来回移动。尽管通道的插槽可以为某些类型的应用程序屏蔽，但它显然不适合冲洗环境。
一种更稳健的方法是将定子和滑块设计成两个独立的封闭元件(见图2)。这种结构由放置在外壳中的磁铁环组成，而不是u形磁铁轨道。线圈是封闭在一个钢管和盆栽，然后管是镀镍单独。因此，这两个组件可以作为单独的元素移动，同时保持保护，除了布线。
它确实带来了适度的性能折衷。LinMot Inc.的首席执行官John Zenner说:“我们的重复性是正负千分之二英寸(约50米)。我们提供的马达能够提供大量的加速度、非常高的速度和极佳的可控性，但我们在精度和力度方面受到了限制。”(对于正确的应用来说)从成本和简单性方面来说，我们可能是最好的选择。然而，如果你想尝试进入亚微米范围的应用，这不是正确的解决方案。”
冷却和连接
为冲洗环境建造马达的挑战之一是热管理。虽然风扇是显而易见的选择，但它们需要进气口。这样的开口不仅可以让液体进入，还可以为细菌在温暖潮湿的环境中繁殖创造角落。理想情况下，冲洗电机不应有风扇或风扇罩。一种好的替代方法是使用导热环氧树脂作为灌封材料，这样不仅可以封装组件，还可以传递热量。汉森说:“很多人认为这种保温材料是一种绝缘体，但实际上，它散热比空气更好。”从电机的角度来看，有灌封材料的装置冷却效果比没有灌封材料要好。
水冷却为热管理提供了另一个有用的选择。Zenner说:“如果我们有一个使用相当严重或连续的应用，那么我们就使用不锈钢管内的非常小的管道来冷却电机的护套。”
当然，每一个电机都需要动力，但是对于ip69k级电机来说，终止是最大的挑战之一。一种常见的选择是在外壳的一侧安装一个不锈钢接线盒。电缆端接在接线盒内，并封装以保护接线盒。该解决方案为用户/OEM提供了一种简单的连接方式。缺点是，集成接线盒和电缆需要在外壳上开孔，这损害了外壳的完整性。作为替代方案，用户可以指定ip69k级的多针连接器。在壳体的内部，在连接器上的引线与电机匹配，保护和封装由相同的环氧灌封。在外部，一个螺纹多针连接器连接到外部世界的单位。代价是:IP69K连接器的价格是传统版本的几倍，但其优点是光滑、高可靠性的解决方案。
制造能够经受住反复冲刷的电子元件并非是一项不可克服的任务。通过仔细考虑冗余、密封、热管理和连接器，制造商可以为终端用户和oem提供ip69k级电机，使其能够在一些最严苛的环境中生存下来。