革機械傳動的命！直線電機取代機牀絲桿模組是大勢所趨！_風聞
工业科技控-工业科技控官方账号-工业科技方面的知识科普，力求公正、客观，不偏不倚2022-05-02 08:05
作者 | 科技宅男圈
直線電機可以在幾秒鐘內把一架幾千公斤重的直升飛機，拉到每小時幾百公里的速度，神不神奇？
直線電機其實也是伺服電機的一種，只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。
比如説機牀直線軸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，只有一個測量系統。
以前的機牀大都用的是滾珠絲槓+旋轉伺服電機的組合，來驅動機牀的直線座標軸，這種驅動方式有很多缺點，比如説彈性變形大、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槓等機械傳動件，所以在速度、加速度、精度上做到了對絲槓模組的絕對的碾壓，之所以能全面碾壓，是因為電子元器件比機械傳動件的動態響應時間要小几個數量級。
比如説滾珠絲槓的速度為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牀，加工一個整體薄壁飛機構件只需要不到半小時，一般的高速銑牀加工需要3小時，用普通數控銑牀加工則需要8小時。再比如説伺服電機+滾珠絲槓的精度可達2-5μm，而直線電機的定位精度可達0.1μm。
所以對於控制精度高於2μm以上的數控機牀，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，憑藉這些優勢，就足以讓直線電機未來直接取代以機械傳動為主的絲槓模組。
目前直線電機主要應用於OEM市場，其中機牀、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內早，比如説德瑪吉早在2000年左右，就開始用直線電機提高機牀的精度。即便是目前，國內機牀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%。
國內之所以還沒有大規模替代，是因為直線電機的成本要比絲槓模組高很多，不過由於生產工藝的提高，成本已經在逐步下降了，現階段主要還是應用在高性能機牀，特別是精密高速加工機牀、特種加工機牀、大型重型機牀，主要是為了解決傳統傳動方法不能解決的問題。
國外品牌佔據了中國直線電機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、台灣上銀、大族電機。其中，新加坡雅科貝思市場佔比最高，其產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。
國內廠家生產的直線電機，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，在同類產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。
目前國內品牌佔據了30%左右的市場份額，還處於起步階段，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，但大多數基本上只是掌握了直線電機本體的生產、組裝技術，很少有掌握核心的伺服驅動技術和高精光柵編碼器技術的廠商，一般僅僅是匹配高創伺服、雷尼紹或者RSF光柵。
不過還是有幾家發展不錯的，比如説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，甚至綜合技術指標趕超進口產品。其研發的非圓截面數控車牀，之所以能達到國際領先水平，根本原因是機牀上率先採用了直線電機，並把相關的機械結構、直線驅動、計算機控制等做到了極致。也就是説，機牀運行中能在40g的加速度情況下，把運動精度控制到1μm，在精度上，一派直驅不輸給國內外任何一個品牌。還有自主研發的數控活塞異形外圓車牀、數控活塞異形孔鏜牀等產品佔據國內市場龍頭位置，並出口至美國、德國、日本、韓國。
再比如説大族直線電機，主要是用在新能源電池焊接和搬運這兩塊，早期對標西門子，與進口一線品牌的技術指標基本接近，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產化進程。
