圖1  采用EC電機(jī)和Eta-Crown錐齒輪傳動(dòng)裝置，組裝設(shè)備通過(guò)加工過(guò)程的運(yùn)輸速度得到符合要求且能源優(yōu)化的控制

德國(guó)工業(yè)總耗電量的近70%用在驅(qū)動(dòng)技術(shù)上。如正確采用了裝有高效電機(jī)和變速器的小型驅(qū)動(dòng)裝置，可以開發(fā)出巨大的節(jié)約潛力。而且在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)裝置時(shí)也必須越來(lái)越多地考慮到裝置的壽命周期成本（Lifecycle Costs）。

在工業(yè)應(yīng)用當(dāng)中，過(guò)去在做新投資和零配件采購(gòu)時(shí)，很少重視高效和智能的馬達(dá)與變速器方案。但由于德國(guó)總耗電量的近43%是用在工業(yè)上，因而如果工業(yè)中裝備了高效和智能的驅(qū)動(dòng)技術(shù)，設(shè)備就能為降低能耗做出巨大貢獻(xiàn)。此外，經(jīng)過(guò)改造的設(shè)備將減少CO2排放，為達(dá)到規(guī)定的氣候保護(hù)目標(biāo)出一份力。

說(shuō)到面向未來(lái)和生產(chǎn)效率，智能減速馬達(dá)可以在驅(qū)動(dòng)技術(shù)中擔(dān)負(fù)先驅(qū)者的角色。特別是小型驅(qū)動(dòng)裝置，在可能的節(jié)約潛力方面應(yīng)當(dāng)給予重視，因?yàn)槊磕曛圃觳⒂糜诠I(yè)當(dāng)中的這種驅(qū)動(dòng)裝置達(dá)900萬(wàn)～1000萬(wàn)臺(tái)，且仍有增加趨勢(shì)。無(wú)論是在運(yùn)行中的耗電量，還是裝機(jī)總功率，這種驅(qū)動(dòng)裝置在設(shè)備投資中都扮演重要的角色。由于驅(qū)動(dòng)技術(shù)分散化趨勢(shì)越來(lái)越明顯，該裝置也越來(lái)越重要，而且在機(jī)器和設(shè)備制造中也可以有更多的靈活性。

高能效利用小型驅(qū)動(dòng)裝置的4種方式

1. 高效利用驅(qū)動(dòng)裝置最簡(jiǎn)單和最快捷的途徑是符合應(yīng)用環(huán)境的設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)裝置。假如出于安全需要設(shè)計(jì)了超規(guī)格的驅(qū)動(dòng)裝置，那么它們僅在部分負(fù)荷區(qū)域運(yùn)行，因而也是在效率極低的范圍內(nèi)運(yùn)行。據(jù)ZVEI調(diào)研稱，采用正確的設(shè)備規(guī)格，可以利用60%的節(jié)約潛力。選擇馬達(dá)方案時(shí)的另一個(gè)問(wèn)題是，僅僅把眼光集中到低購(gòu)買價(jià)格上。現(xiàn)在，壽命周期成本必須作為現(xiàn)代驅(qū)動(dòng)方案的一個(gè)重要方面來(lái)加以考慮。

2. 除了驅(qū)動(dòng)裝置的規(guī)格正確以外，采用的驅(qū)動(dòng)裝置效率以占15%可能的節(jié)約潛力也具有重要意義。蝸輪蝸桿傳動(dòng)裝置由于制造成本相對(duì)較低，目前在小型驅(qū)動(dòng)裝置領(lǐng)域占主宰地位。然而由于它們?cè)跍p速區(qū)域有滑動(dòng)摩擦，這種傳動(dòng)裝置又最常用于這個(gè)領(lǐng)域（10～60：1），因而它們的效率極差，只有35%～70%。由于驅(qū)動(dòng)的馬達(dá)還必須克服蝸形齒輪組的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，這又導(dǎo)致了驅(qū)動(dòng)裝置必要的規(guī)格過(guò)大。不過(guò)，現(xiàn)在錐齒輪傳動(dòng)裝置的應(yīng)用方面有了蝸輪蝸桿傳動(dòng)裝置的替代方案：采用平齒輪或冠齒輪技術(shù)的錐齒輪傳動(dòng)裝置。其基礎(chǔ)主要采用滾動(dòng)摩擦的齒輪技術(shù)，這樣效率可達(dá)85%～97%。因此，結(jié)構(gòu)對(duì)稱、壽命明顯較長(zhǎng)、投資和運(yùn)營(yíng)成本方面的節(jié)約潛力大，是其決定性的優(yōu)勢(shì)。假如結(jié)構(gòu)空間允許，也可以采用具有類似效率和功率特點(diǎn)的行星齒輪傳動(dòng)裝置和正齒輪傳動(dòng)裝置。

圖2  由于效率較高，在功率相同的情況下，采用Eta-Crown錐齒輪傳動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)裝置比采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)裝置耗用的能源必然要少

3. 采用效率優(yōu)化的馬達(dá)方案可另外再提供15%可比較的節(jié)約潛力。比如用電整流電動(dòng)機(jī)（即EC電機(jī)或BLDC電機(jī)），盡管其有電子裝置，因而與此相聯(lián)的是增加能耗，但也能夠大幅度節(jié)約成本，不僅是在運(yùn)行當(dāng)中，也包括在起動(dòng)性能。這樣使電網(wǎng)波動(dòng)更小，進(jìn)而也降低了裝機(jī)連接功率。

4. 可能的節(jié)約潛力最后10%在于控制方案。通過(guò)采用BLDC驅(qū)動(dòng)裝置，可以比較簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)智能控制方案，因而使相應(yīng)的應(yīng)用能夠得到能源優(yōu)化的運(yùn)行。通過(guò)由時(shí)間優(yōu)化到能源優(yōu)化的運(yùn)動(dòng)提升的過(guò)渡可以達(dá)到這一點(diǎn)。

效率的提升獲得很高的節(jié)能潛力

由于時(shí)間運(yùn)行驅(qū)動(dòng)裝置性能強(qiáng)且效率高，因而可以采用能源需求小得多且規(guī)格明顯更小的電動(dòng)機(jī)。特別是采用冠齒輪技術(shù)的Eta-Crown錐齒輪傳動(dòng)裝置，為避免設(shè)備尺寸規(guī)格過(guò)大做出了決定性的貢獻(xiàn)。

一個(gè)具體的例子證明了節(jié)能潛力高：利用組裝設(shè)備在總共10個(gè)驅(qū)動(dòng)單元定時(shí)運(yùn)行情況下，該企業(yè)表明，當(dāng)用新的變速、馬達(dá)和控制技術(shù)替代老的技術(shù)時(shí)，能夠達(dá)到很大程度的節(jié)電能力。有4種驅(qū)動(dòng)方案做比較：采用交流電機(jī)的傳統(tǒng)蝸輪蝸桿傳動(dòng)裝置；采用冠齒輪和交流電機(jī)的Eta-Crown錐齒輪傳動(dòng)裝置；采用冠齒輪和230V無(wú)刷EC（EC技術(shù)）電機(jī)的Eta-Crown錐齒輪傳動(dòng)裝置；采用48V無(wú)刷DC（BLDC技術(shù)）電機(jī)和冠齒輪傳動(dòng)裝置的Eta-Crown錐齒輪傳動(dòng)裝置（圖1）。

由于所有三種Eta-Crown錐齒輪傳動(dòng)裝置的效率較高達(dá)87%，在功率輸出相同的情況下，耗用的電能比采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)裝置時(shí)少得多。因此，采用標(biāo)準(zhǔn)交流電機(jī)的蝸輪蝸桿傳動(dòng)裝置損失功率在211W，這比采用230V無(wú)刷驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的Eta-Crown錐齒輪傳動(dòng)裝置的損失功率要大得多。后一種驅(qū)動(dòng)方案在這種情況下的損失功率僅為12W。在技術(shù)設(shè)備上的樓宇設(shè)計(jì)方面，工業(yè)過(guò)程中驅(qū)動(dòng)裝置較低的損耗熱降低了極為必要的房間制冷費(fèi)用。

而且在裝機(jī)電功率方面，Eta-Crown錐齒輪傳動(dòng)裝置的工作效率也更高： 如果蝸輪蝸桿傳動(dòng)裝置需要248W，那么采用冠齒輪傳動(dòng)裝置的錐齒輪傳動(dòng)裝置在230V時(shí)僅需35W。即便是采用48V無(wú)刷DC電機(jī)的方案，其連接電功率也只需139W——盡管其采用了智能控制方案。

在制造成本方面有一點(diǎn)優(yōu)勢(shì)，那就是蝸輪蝸桿傳動(dòng)裝置和Eta-Crown錐齒輪傳動(dòng)裝置相比，起初稍微有利。但在設(shè)計(jì)新型驅(qū)動(dòng)方案時(shí)，核心是壽命周期成本。通過(guò)采用Eta-Crown錐齒輪傳動(dòng)裝置，和傳統(tǒng)的蝸輪蝸桿傳動(dòng)裝置相比（圖2），可以節(jié)約電量達(dá)67%（按兩班倒持續(xù)運(yùn)行14年計(jì)算）。

分散驅(qū)動(dòng)技術(shù)促進(jìn)采用小型驅(qū)動(dòng)裝置

由于內(nèi)置電子裝置采用復(fù)雜的調(diào)節(jié)戰(zhàn)略，通過(guò)BUS總線系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，驅(qū)動(dòng)裝置變得越來(lái)越智能。由于采用分散驅(qū)動(dòng)技術(shù)，小型驅(qū)動(dòng)裝置具有越來(lái)越重要的意義。正是這種分散的調(diào)節(jié)和控制方案，促進(jìn)了小型驅(qū)動(dòng)裝置的使用。要么能源需求“按需分配”，這時(shí)驅(qū)動(dòng)裝置僅在需要時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)；要么驅(qū)動(dòng)裝置使用最小必要的速度工作，提供了節(jié)約潛力。無(wú)論在任何情況下，將與能源相關(guān)的過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化占首要地位。目標(biāo)是根據(jù)情況進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)以及設(shè)備達(dá)到優(yōu)化運(yùn)行。

即使采用小型驅(qū)動(dòng)裝置不能很快實(shí)現(xiàn)節(jié)能，但它們?nèi)匀挥兄陂L(zhǎng)期而且明顯地降低成本。在壽命周期成本的觀點(diǎn)下，如今任何一條道路都不可能撇開基于優(yōu)化的電機(jī)傳動(dòng)裝置組合與智能控制技術(shù)基礎(chǔ)上，應(yīng)用優(yōu)化的小型驅(qū)動(dòng)裝置。只有在統(tǒng)一整體考慮所有節(jié)約潛力的情況下，“綠色工廠”才能最終實(shí)現(xiàn)。