直线电机
linear servo motor

直驱技术被国外工业界称之为现代驱动技术中的先进方法和技术,被越来越多地应用到各行业中。作为直驱技术最主要和关键的部分即为直驱式旋转电机(DDR)和直驱式直线电机(DDL),它不是简单的将旋转电机或直线电机搬到系统中去,而是要将这两种电机根据不同的系统和工况进行系统的创新设计。

1845年,英国人查尔斯·惠斯登开启了对直线电机的探索阶段,其后历经百余年的沉淀,直线电机技术理论发展成熟。直至1970年后,直线电机终于进入了独立应用时代,以直线电机为代表的直驱技术快速崛起。2015-2018年,中国直驱市场年平均增长率约为30%,截止2019年,行业内从业企业规模达到100余家。行业内,把直线电机也叫做“直驱”,所以你如果看到直驱,那就是在描述直线电机和DD马达两种产品。

直线电机的原理并不复杂.你可以理解为把一台旋转运动的感应电动机沿着半径的方向剖开,并且展平,这就是一台直线电机。

如果同旋转的电机进行对应去理解,在直线电机中,相当于旋转电机定子的,叫初级;相当于旋转电机转子的,叫次级,初级中通过交流电,次级就在电磁力的作用下沿着初级做直线运动。

圆柱形

圆柱形动磁体直线电机动子是圆柱形结构。沿固定着磁场的圆柱体运动。这种电机是最初发现的商业应用但是不能使用于要求节省空间的平板式和U 型槽式直线电机的场合。圆柱形动磁体直线电机的磁路与动磁执行器相似。区别在于线圈可以复制以增加行程。典型的线圈绕组是三相组成的,使用霍尔装置实现无刷换相。推力线圈是圆柱形的,沿磁棒上下运动。这种结构不适合对磁通泄漏敏感的应用。必须小心操作保证手指不卡在磁棒和有吸引力的侧面之间。

管状直线电机设计的一个潜在的问题出现在,当行程增加,由于电机是完全圆柱的而且沿着磁棒上下运动,唯一的支撑点在两端。保证磁棒的径向偏差不至于导致磁体接触推力线圈的长度总会有限制。

U型槽式

U 型槽式直线电机有两个介于金属板之间且都对着线圈动子的平行磁轨。动子由导轨系统支撑在两磁轨中间。动子是非钢的,意味着无吸力且在磁轨和推力线圈之间无干扰力产生。非钢线圈装配具有惯量小,允许非常高的加速度。线圈一般是三相的,无刷换相。可以用空气冷却法冷却电机来获得性能的增强。也有采用水冷方式的。这种设计可以较好地减少磁通泄露因为磁体面对面安装在U形导槽里。这种设计也最小化了强大的磁力吸引带来的伤害。

这种设计的磁轨允许组合以增加行程长度,只局限于线缆管理系统可操作的长度,编码器的长度,和机械构造的大而平的结构的能力。

平板

有三种类型的平板式直线电机(均为无刷):无槽无铁芯,无槽有铁芯和有槽有铁芯。选择时需要根据对应用要求的理解。

无槽无铁芯平板电机是一系列coils安装在一个铝板上。由于FOCER 没有铁芯,电机没有吸力和接头效应(与U形槽电机同)。该设计在一定某些应用中有助于延长轴承寿命。动子可以从上面或侧面安装以适合大多数应用。这种电机对要求控制速度平稳的应用是理想的。如扫描应用,但是平板磁轨设计产生的推力输出最低。通常,平板磁轨具有高的磁通泄露。所以需要谨慎操作以防操作者受他们之间和其他被吸材料之间的磁力吸引而受到伤害。

无槽有铁芯:无槽有铁芯平板电机结构上和无槽无铁芯电机相似。除了铁芯安装在钢叠片结构然后再安装到铝背板上,铁叠片结构用在指引磁场和增加推力。磁轨和动子之间产生的吸力和电机产生的推力成正比,叠片结构导致接头力产生。把动子安装到磁轨上时必须小心以免他们之间的吸力造成伤害。无槽有铁芯比无槽无铁芯电机有更大的推力。

有槽有铁芯:这种类型的直线电机,铁心线圈被放进一个钢结构里以产生铁芯线圈单元。铁芯有效增强电机的推力输出通过聚焦线圈产生的磁场。铁芯电枢和磁轨之间强大的吸引力可以被预先用作气浮轴承系统的预加载荷。这些力会增加轴承的磨损,磁铁的相位差可减少接头力。

直线电机伴随电动机的发展过程中产生
直驱是指直接驱动(Direct Drive),是新型的电机直接和运动执行部分结合,即电机直接驱动机器运转,没有中间的机械传动环节。典型的直接驱动技术的应用包括,以直线电机为核心驱动元件的直线运动部件和以力矩电机为核心驱动元件的回转运动元件。传统的传动技术是由电机旋转产生动力,通过机械传动环节(如:变速箱、减速器、丝杠、涡轮蜗杆),将动力放大,传递给执行部分,于是机器运转。

传统的机械传动发展到今天已经接近极致,遇到技术上的瓶颈。主要体现在以下三个方面:

速度瓶颈 传统的机械传动速度提升已经到了极限,高速度带来的问题包括噪音高,摩擦损耗高,能量损失大等等。

精度瓶颈 传统机械传动在精度上存在间隙、弹性变形等很多影响精度的环节。很多零件制造误差积累起来直接使整机的精度降低。

成本瓶颈 为了在精度上、速度上取得进步,传统的机械传动装置不得不付出更高的制造成本,而且成本的提高和性能的提高不是成比例的。

直驱技术作为近十年来世界范围内新兴的传动技术,具有传统传动无法比的优越性。直驱技术突破了这些瓶颈:

在速度上 在制造装备中,传统运动可实现15米/分钟的直线运动速度和十几到几十转每分钟的分度速度。而直驱技术应用后,直线运动速度可以提升到150米/分钟以上,转台转速可以达到几百转每分。这就意味着生产效率可以提升10倍以上。

在精度上 直驱技术可以在设备上轻松地实现几千分之一毫米或角秒级的灵敏度,而传统的机械传动大多只能实现几百分之一毫米或角分级的灵密度。直驱可以使设备的综合精度提升一倍以上。

设备寿命方面 直驱技术减少了机械传动零件,减少了磨损,提高了设备寿命,还节约了能源。

在成本上 直驱技术取消了机械传动,节约的零件的原补充材料和制造成本,从而降低的设备整体的成本。

总的来讲,直驱技术可以使设备加工效率提高3-5倍,精度提高3-5倍,从而使设备的综合价值提升3-5倍。以机床为例,普通采用机械传动数控机床售价30-50万元,采用直驱技术的高精度数控机床能够卖到100-200万元。

采用直驱技术成为国外数控机床领域技术领先者的象征;也必将成为国内数控机床领域的技术竞争焦点。直驱技术的国内外技术水平差异较大,国际上世纪90年代初开始应用,现在进入普及阶段;国内上世纪90年代中才开始研究,而成功的应用还比较少。进口的直驱零部件价格昂贵,且供应商采用捆绑销售策略,巩固其垄断地位,而且有禁运的风险,实际上大型的、高精度的直驱数控机床是禁运的。

直线电机的主要厂家及应用

从目前直驱市场的参与厂商来看,在高端高精密纳米定位与控制技术领域,以Aerotech、PI等欧美品牌为主;在中高端机床行业应用中,日本沙迪克(Sodick)占主导地位;新加坡雅科贝思、台湾上银等市场占有率较高;本土企业部分,大族电机、德康威尔、横川、智赢等都是近几年行业中兴起的佼佼者之一;而在直线伺服驱动器市场上,目前仍以高创传动占据主要市场。目前中国市场更主要的直线电机玩家主要集中在华南、华东。

国内直驱伺服领域,驱动方面做的最好的是高创,在直线电机市场雅科贝思的市场规模最大。目前直驱市场,主要的玩家是自身设备比较长使用企业。例如大族激光等等。

直线电机主要应用于三个方面:一是应用于自动控制系统,这类应用场合比较多;其次是作为长期连续运行的驱动电机;三是应用在需要短时间、短距离内提供巨大的直线运动能的装置中。

  • 高速磁悬浮列车

    磁悬浮列车是直线电机实际应用的最典型的例子,美、英、日、法、德、加拿大等国都在研制直线悬浮列车,其中日本进展最快。

  • 直线电机驱动的电梯

    世界上第一台使用直线电机驱动的电梯是1990年4月安装于日本东京都丰岛区万世大楼,该电梯载重600kg,速度为105m/min,提升高度为22.9m。无钢丝绳电梯采用高温超导技术的直线电机驱动,线圈装在井道中,轿厢外装有高性能永磁材料,就如磁悬浮列车一样,采用无线电波或光控技术控制。

  • 超高速电动机

    在旋转超过某一极限时,采用滚动轴承的电动机就会产生烧结、损坏现象,国外研制了一种直线悬浮电动机(电磁轴承),采用悬浮技术使电机的动子悬浮在空中,消除了动子和定子之间的机械接触和摩擦阻力,其转速可达25000~100000r/min以上,因而在高速电动机和高速主轴部件上得到广泛的应用。主要使用领域包括:激光设备,3C非标设备例如检测,贴合等等。还包括对洁净度要求比较高的医药领域。

  • 高动态 AL8000 直线电机灵活的模块化系统发布

    最新的具有创新意义的另一个 AL8000 直线电机系列的推出,进一步完善了倍福驱动产品。该系列采用模块化设计,有 50、80 和 130 毫米三种宽度可选,可为现代化机械工程中的直线运动控制应用实现崭新的解决方案。

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  • 没想到!直线电机在这些领域也有应用

    过山车的动力分类主要有链式提升器、摩擦轮,弹射器等,其中直线电机电磁弹射装置是常用的弹射器系统之一,利用电磁体在轨道上方和列车下方各造出一个磁场,并使两个磁场互相吸引,直线电机移动轨道上方的磁场,牵引着后面的列车以较高的速度沿轨道移动。

    位于西班牙法拉利乐园里的“红色力量” 过山车就是采用直线电机电磁弹射器将车厢弹射至112米高空而后垂直扭转90度俯冲而下!隔着屏幕都能感受到刺激。

  • 直线电机模组在电动车上的应用

    叠片工序与直线电机紧密相关,直线电机模组叠片机使用机械臂左右运动时在两拾取极片料中间位交替放料叠片,同时在左右运动时完成隔膜的Z形叠挠近几年,雅迪电动车受到众多年轻男女的一致喜爱,目前的坐骑就是雅迪小毛驴,每天上下班途中,也有留心观察过,发现,每10辆电动车中大约有4-5辆是雅迪牌的,由此也能看出雅迪的受欢迎度。

    据雅迪方相关负责人表示: 2020年雅迪电动轻型车销量高达1078万辆,同比增

  • 直线电机在数控机床应用中的常见问题

    超高速加工和超精密加工成为未来机床业发展的两个主题,传统的机床进给驱动系统是“旋转电机+滚珠丝杠”机构。这种驱动系统涉及的中间部件多,运动惯量大,而且滚珠丝杠本身俱有物理局限性,因此产生的线性速度、加速度及定位精度均有限,不能满足超高速、高精密加工的需要。

    超高速加工和超精密加工成为未来机床业发展的两个主题,传统的机床进给驱动系统是“旋转电机+滚珠丝杠”机构。这种驱动系统涉及的中间部件多,运动惯

国内直驱行业发展困境
  • 市场竞争中,产品是核心,而影响直驱产品性能的因素主要有材料、核心配件、生产制造等。对于电机来说,材料是至关重要的,国内外企业产品性能差距的很大一部分就是用材引起的。国产电机在生产过程中缺乏的是对材料核心工艺的透彻了解。国产企业应该提早在材料所上有所布局,产品最终实现“质变”一定是基于新材料的应用,而通过新的产品结构设计,只能发生“量变”。

  • 目前直驱市场厮杀激烈,价格战此起彼伏,玩家扎堆,尤其在3C电子、新能源领域,市场基本已成一片“红海”。下游3C电子市场早已不是“红海”,而是一片“血海”了,挣扎在这片市场中的企业,不是在卖产品,而是在卖材料。

  • 个性化、定制化是本土企业先天的优势,但在具体的产品功能上,仍与很多国外品牌有一定的差距。国产企业对产品的理解仍浮于表面,欧美日等企业的产品突出是基于他们从生产、研发、供应链、市场等多方面下足功夫才成就的。

中国直驱产业联盟的诞生

直驱厂商都意识到:一家企业的力量在广阔的市场面前毕竟有限,同行间的合作共赢至关重要。大家的努力将业内的现有资源有效整合,才能实现合作共赢。

2019年初,在中国传动网、哈尔滨工业大学,深圳高创传动、正隆伟业等行业单位的共同推动下,中国直驱产业联盟在深圳成立,目前已有理事长、副理事长、理事、会员单位近百家。

行业发展需要充分借助中国直驱产业联盟的平台力量,促进业内的交流,充分的交流,信息才能对称,才能形成上下游的通力合作,互利共赢!

联盟动态
  • 2021 智能制造 & 中国运动控制 / 直驱 产业高峰论坛暨颁奖典礼

    12月17日,一年一度的“2021智能制造&中国运动控制/直驱行业发展高峰论坛暨CMCD&CDDIA年度颁奖典礼”活动在深圳坪山顺利举行。来自运控/直驱行业的500多名业界人士汇聚一堂,激荡脑力风暴,从产业上下游、市场、技术、人才培养的角度出发,共同探讨行业当下与未来发展、企业策略与战略新思维,共谋智造未来。

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    计量是工业生产、科技进步的重要技术基础,是建设制造强国的重要支撑,中国工程院院士谭久彬曾明确指出没有高精密测量,就不会有高质量的高端装备制造。

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    克洛诺斯核心团队从2008年开始进入直线电机领域,由初期的代理经销,到目前的自行开发、设计及生产,经过十余年的发展,公司已在精密微光刻、激光精密切割、FPD检测、半导体、电池能源、PCB、CNC加工机、智能工厂关键技术及整体方案、自动化等九大产业领域积累了丰富的研发、制造经验。

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    3月17日,慕尼黑上海电子生产设备展隆重开幕,德康威尔携DA系列直线电机、 DKW标准直线模组、DKW脉动产线亮相此次展会,吸引大批现场观众驻足参观。

    由德康威尔自主研发设计的DA系列直线电机是一款轻量化小型化直线电机标准产品,可全面替换丝杆模组+伺服电机,性价比更好。DKW标准直线模组具有大推力,高速度、高加速度,高精度,长行程,多动子应用,已广泛

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    深圳前一日小雨绵绵,隔天却又是阳光灿烂,如此一个明媚周末,中国传动网

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