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海岸风景线 | 神秘古老的信标灯与现代化电机技术的完美结合

供稿:福尔哈贝传动技术(太仓)有限公司 2018/8/30 11:16:46

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  • 关键词: FAULHABER 福尔哈贝 电机 灯塔
  • 摘要:灯塔虽然在结构设计上显得古老而厚重,但采用的技术却十分现代化而且非常强大,其选择的灯具和机电设计标准包括可用性、低成本和低维护等特性。

   

灯塔虽然在结构设计上显得古老而厚重,但采用的技术却十分现代化而且非常强大,其选择的灯具和机电设计标准包括可用性、低成本和低维护等特性。

 

 

法国海岸线灯塔采用了FAULHABER的驱动技术,均可实现以上特性。

 

巨型灯塔,海岸风景线

 

法国拥有非常多的高达80多米的巨型灯塔,世界上没有哪个地方的海岸线有这么多的巨型灯塔。这并非是因为法国的海岸线特别危险,而是建筑物装饰的多样性蕴涵着民族自豪感,这也为其带来了知名度。

 

一提到灯塔,不得不说Henry Lepaute,他建立了特殊的光学系统,可从40公里远的地方看到灯光。

 

这一独特的灯塔、浮标、卫星导航和雷达组成具有四重功能的导航系统,能为船长提供必要的方向指引。特别是在靠近海岸线的地区,没有任何东西可以取代视觉导航标识。

 

此外,由于潮起潮落的水位差巨大,因此,法国海岸线灯塔的密度也特别高。

 

现代化灯塔与电机的完美结合

   

政府机构Cerema在Grand Nation运行、监控和维护大约120座旋转式信号灯塔,它们通常采用Henry Lepaute制作的光学器件,并以法国学者Jean Augustine Fresnel对光的波动理论进行的研究为基础。因此,透镜中含有20个焦距为700毫米的环形扇区,可折射水平面上所有方向发出的光线,从而在远距离也可看到灯光。

 

 

灯塔的闪光灯可通过以下三种技术方式实现:闪光灯持续照明;精确布置透镜和环形孔径的恒定光源;以及组合最常见的连续光源和环形透镜系统。

 

在现代化演进过程中,Cerema采用了LED技术,并受益于持久耐用的照明特性,其可用性达99%。

 

Cerema的导航和定位系统部门的 Laurent Bernicot强调到,“我们希望驱动旋转光学元件的可靠性也能达到这一水平,这是选择驱动器的重要标准,最终我们选择了FAULHABER。”

 

FAULHABER 2342和3257系列有刷直流微电机及3268系列直流无刷伺服电机均适配了FAULHABER行星减速箱,除了具有驱动器的一般功能外,还需进行大量试验以确认其在盐雾中的性能。

 

“灯塔可用于陆地和海上,这些驱动器也需在不同灯塔中可靠地运行,不仅是法国本土,还包括法属圭亚那或纽芬兰海岸以外的圣皮埃尔和密克隆海域。”

   

双驱动器可实现最佳可靠性

   

为满足更高的要求,带有双电机的驱动装置已用于德国灯塔。

 

德国Stralsund水运局发言人Dirk Berger解释到,“因为停机时间较长会导致启动困难,两台电机连接一台减速箱进行交替工作可协调工作时间并确保可用性。如果一台电机发生故障,那么灯塔中的系统会自动切换到第二台电机,并将故障报告发给控制中心。我们还对其远程监控,尤其是大型灯塔,其控制器内置双级递增,可对故障和失效事件发出预警。”

   

 

如果一台电机发生故障,灯塔中的系统会自动切换到第二台电机,并将故障报告给控制中心。

 

传感器通过测量每转所需时间来监测其是否可靠运行。Dirk Berger说,“灯塔必须按照标识中指定的速度转动,标识后隐藏着航海图中列出的一种特殊闪光序列,特别是在夜间航行时,可准确无误地识别灯塔。我们的目标是实现光学水准仪的恒定转速,因此电机必须精确。”

 

先进的电机技术,可靠性保障

 

法国灯塔使用的是由Cerema的EMF部门开发的控制系统,EMF是eau、mer、fleuves的缩写,代表着水、海、河。

 

灯房中的智能系统规定了给定单位时间内光线的可见频率和速率。和德国一样,其采用传感器来测量光学元件的旋转速度并将信息传输至控制系统。执行计算后,控制器会通过电机电源电压的模拟设定值来调整电机转速,并不断监测和调整速度。如发现异常,EMF部门的自动化解决方案可保存错误并启动第二台电机。

 

在设计过程中,EMF选择了三种不同类型的电机作为标准驱动解决方案。

 

 

DC2342系列有刷直流微电机专为需要低电机功率的小型光学元件量身定制。中型光学器件则采用FAULHABER提供的DC3257系列石墨换向电机。对于光强较高且结构较重的动力系统则使用3268系列无刷四极伺服电机。其中,“重型系统”是指质量为200公斤至1吨的灯光系统。

 

在设计过程中,除确保正常工作外,电机还需提供强大的峰值转矩,以安全处理5至8 Nm的高起动转矩,这也是选择FAULHABER电机的重要因素之一。如果灯塔在夜间工作发生故障,那么光学元件会通过旋转机器内置的自由轮与电机分离。

 

重中之重

 

由于灯塔对可用性及低维护的要求较高,因此其结构要求也很高。这就是为何保持密切合作如此重要,Cerema和FAULHABER法国子公司自2011年以来一直保持紧密合作。

 

从钟塔驱动器到高精度电机

 

一百多年前,灯塔光学元件主要通过时钟塔驱动器来驱动。从设计上来看,它实际上采用的是改良版的教堂机械时钟结构,必须由灯塔看守人定期上足发条。

 

德国Stralsund水运局发言人Dirk Berger解释,“第一台电动驱动器于20世纪30年代面世”。另一个现代化浪潮始于20世纪80年代,这项技术迄今为止仍在使用。定期维护以及在远低于最大可用转矩下工作均能延长其使用寿命。

审核编辑(王静)
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