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直線電機可以在幾秒鐘内把一架幾千公斤重的直升飛機,拉到每小時幾百公裡的速度,神不神奇?直線電機其實也是伺服電機的一種,隻不過我們平時看到的電機大都是這種可以做旋轉運動的電機,而直線電機做的是直線運動。
比如說機床直線軸X/Y/Z的進給運動。唯一的不同是,直線電機不具有電機編碼器,隻有一個測量系統。
以前的機床大都用的是滾珠絲杠 旋轉伺服電機的組合,來驅動機床的直線坐标軸,這種驅動方式有很多缺點,比如說彈性變形大、響應速度慢、存在反向間隙、易磨損等,嚴重限制了驅動裝置的效率和精度。而現在市場流行的直線電機,因為取消了響應時間較大的絲杠等機械傳動件,所以在速度、加速度、精度上做到了對絲杠模組的絕對的碾壓,之所以能全面碾壓,是因為電子元器件比機械傳動件的動态響應時間要小幾個數量級。
比如說滾珠絲杠的速度為120 m/min,加速度為1.5g。而直線電機的速度可達420m/min,加速度可達10g。所以用直線電機驅動的機床,加工一個整體薄壁飛機構件隻需要不到半小時,一般的高速銑床加工需要3小時,用普通數控銑床加工則需要8小時。再比如說伺服電機 滾珠絲杠的精度可達2-5μm,而直線電機的定位精度可達0.1μm。
所以對于控制精度高于2μm以上的數控機床,直線電機是優先或必須的功能部件。除了速度快、精度高,還有免維護、壽命長、可靠性高的優點,憑借這些優勢,就足以讓直線電機未來直接取代以機械傳動為主的絲杠模組。
目前直線電機主要應用于OEM市場,其中機床、半導體設備、激光加工設備是主要應用領域。直線電機國外發展比國内早,比如說德瑪吉早在2000年左右,就開始用直線電機提高機床的精度。即便是目前,國内機床行業中直線電機的普及率也比較低,而在歐美日等國,直線電機的普及率則高達20%—50%。
國内之所以還沒有大規模替代,是因為直線電機的成本要比絲杠模組高很多,不過由于生産工藝的提高,成本已經在逐步下降了,現階段主要還是應用在高性能機床,特别是精密高速加工機床、特種加工機床、大型重型機床,主要是為了解決傳統傳動方法不能解決的問題。
國外品牌占據了中國直線電機60%以上的市場份額,主要品牌有新加坡雅科貝思、日本沙迪克,國内品牌有台灣省的上銀、大族電機。其中,新加坡雅科貝思市場占比最高,其産品特點是技術和性能水準比較符合中國直線電機行業的需求,有一定的價格優勢。
國内廠家生産的直線電機,主要匹配以色列高創伺服驅動器,直線驅動是高創的傳統優勢所在,在同類産品中具有較為明顯的技術優勢。高創之前被美的集團全資收購了,是美的機器人旗下重要的運動控制驅動器和電機開發廠商。
目前國内品牌占據了30%左右的市場份額,還處于起步階段,相關技術人員在直線電機的應用方面還不太熟悉,欠缺經驗。雖然有400多家在做,但大多數基本上隻是掌握了直線電機本體的生産、組裝技術,很少有掌握核心的伺服驅動技術和高精光栅編碼器技術的廠商,一般僅僅是匹配高創伺服、雷尼紹或者RSF光栅。
不過還是有幾家發展不錯的,比如說長沙一派直驅的直線電機,是中國直線電機研發領域的佼佼者,不僅做到了替代進口,甚至綜合技術指标趕超進口産品。其研發的非圓截面數控車床,之所以能達到國際領先水平,根本原因是機床上率先采用了直線電機,并把相關的機械結構、直線驅動、計算機控制等做到了極緻。也就是說,機床運行中能在40g的加速度情況下,把運動精度控制到1μm,在精度上,一派直驅不輸給國内外任何一個品牌。還有自主研發的數控活塞異形外圓車床、數控活塞異形孔镗床等産品占據國内市場龍頭位置,并出口至美國、德國、日本、韓國。
再比如說大族直線電機,主要是用在新能源電池焊接和搬運這兩塊,早期對标西門子,與進口一線品牌的技術指标基本接近,市場份額也還不錯。今天主要是應某位粉絲的要求,以後還會繼續跟進相關國産化進程,希望大家持續關注。
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