标签: 直线电机

一、 锂电池生产工艺背景 在 “双碳”战略 提出的背景下，新能源汽车、新能源锂离子电池以及新能源数码产品行业得到了快速发展，便携式充电设备和大容量的充电电池已成为未来的发展趋势。 锂离子电池 具有能量存储密度高、使用寿命长等特点，这使其成为了电池中的主流。电池的第一步工序即是将电芯极片组成为电池，而锂离子电池加工工艺主要分为三种：卷绕工艺、叠片工艺、切片工艺。其中，切片锂电池的隔离膜非常柔软，在加工过程中难以保证隔离膜的对齐度，因此，在工业中大多使用 叠片和绕卷工艺 。 叠片机 是将预制好的正、负极片用隔膜间隔交替堆叠形成电芯的核心关键设备，设备的加工能力直接影响电芯的良率。 目前市场上主流叠片机设备路线主要有四种， Z 字型叠片机、切叠一体机、热复合叠片机和卷叠一体机。其中 Z 字型叠片机和切叠一体机本质均为 Z 字型叠片 ，也是国内应用较为广泛的机型。 Z 型叠片技术通过可移动叠片台拉动隔膜在叠片平台之间来回移动，实现正极极片和负极极片的交叉堆叠。 在锂电池的 Z 型叠片过程中，送料轴上的机械手抓取极片移向工作台，移动工作台的同时铺置隔离膜，正负极片相间放置。 在机械手左右运动的同时完成隔离膜的 Z 形叠绕 ，压制成型后，机械手进行下一张极片抓取，极片抓取的同时，依次放置，如此往复实现整个电芯的叠片组装。 二、 宏集解决方案 传统的叠片效率太慢精度低，无法形成规模化生产，需要新的叠片工艺技术来提高叠片的精度和生产效率。而在整个叠片工艺中，影响锂电池生产精度的关键因素主要是 隔离膜张力控制 和 正负电极片移送精度 ： 1. 隔膜张力控制：隔离膜张力过大时隔离膜容易产生变形甚至扯断，张力过小时隔离膜容易出现褶皱、回缩，导致纠偏传感器无法正常纠偏，使隔离膜产生叠偏现象，严重影响锂电池的性能。常用的张力控制方案是采用 重力块和重力传感器 控制系统张力、 直线电机 进行恒力矩控制，以及采用 旋转电机 或 磁粉离合器 配合张力摆杆控制系统张力等。 2. 正负电极片移送精度：正负电极片从定位台到叠片台的移送精度是保证叠片精度的关键因素之一。通常，叠片机上会安装机械臂对电极片进行吸附，只有保证了电极片每次移送后的 重复精度 ，才能保证在定位台上的定位精度没有变化。 直线传动 ，是锂电生产过程中必不可少的传动单元。机械臂传送的执行机构采用 宏集高精度直线电机模组 ，可以帮您轻松实现锂电池叠片过程中电极片的精密平稳移位。 在宏集提供的直驱技术解决方案中， 宏集 CTL 直线模组 ，是一款通过内置高性能 直线电机驱动 的直线模组，外观和设计荣获过著名设计奖。外观紧凑，性能极高，耐腐蚀防护盖保护装置内部免受灰尘或颗粒等环境影响。 宏集 CTL 直线模组没有背隙，外形紧凑，提供不同的行程长度选择，可适用于广泛的应用场景。此外，也可配备线缆拖链，特别适用于 高动态 和 低噪音 的应用。 宏集 CTL 直线模组关键特性： ·尺寸 ： 145, 200, 250 ·运行速度 ： 5.0 m/s ·重复定位精度 ：± 0,001 mm ·持续力 : 高达 1125N ·峰值力 : 高达 2475N ·行程 ：最高可达 5790mm ·安装高度低 ： 85mm ·内置测量系统 ·中央润滑系统 ·低齿槽力 ·可加装拖链 结语 宏集直驱技术解决方案 ，帮助锂电池叠片设备实现了 效率 和 性能 的大幅提升。同时，直驱技术减少了对机械系统部件的需求，且结构紧凑、噪音小、无需维护， 节约了设备成本 ，极大地提升了叠片机设备制造商的市场竞争优势。

直线电机性能与滚珠丝杠的比较     随着直接驱动技术的发展，直线电机与传统的 “旋转伺服电机+滚珠丝杠”的驱动 方式的对比引起业界的关注。     1845年英国人就已经发明了直线电动机，但当时的直线电动机气隙过大导致效率很低，无法应用。19世纪70年代科尔摩根也推出过，但因成本高效率低限制了它的发展。直到20世纪70年代以后，直线电机才逐步发展并应用于一些特殊领域，20世纪90年代直线电机开始应用于机械制造业，现在世界一些技术先进的加工中心厂家开始在其高速机床上应用，国外知名企业例如DMG、Ex-cell-O、Ingersoll、CINCI ATI、GROB、MATEC、MAZAK、FANUC、SODICK都陆续推出使用直线电机的高速高精加工中心。   精度比较：     精度方面直线电机因传动机构简单减少了插补滞后的问题，定位精度、重现精度、绝对精度，通过位置检测反馈控制都会较“旋转伺服电机+滚珠丝杠”高，且容易实现。     直线电机定位精度可达0.1μm。“旋转伺服电机+滚珠丝杠”最高达到2~5μm，且要求CNC-伺服电机-无隙连轴器-止推轴承-冷却系统-高精度滚动导轨-螺母座-工作台闭环整个系统的传动部分要轻量化，光栅精度要高。     若想达到较高平稳性，“旋转伺服电机+滚珠丝杠”要采取双轴驱动，直线电机是高发热部件，需采取强冷措施，要达到相同目的，直线电机则要付出更大的代价。 价格比较：     价格方面直线电机的价格要高出很多，这也是限制直线电机被更广泛应用的原因。   速度比较：     速度方面直线电机具有相当大的优势，直线电机速度达到300m/min，加速度达到10g；滚珠丝杠速度为120m/min，加速度为1.5g。从速度上和加速度的对比上，直线电机具有相当大的优势，而且直线电机在成功解决发热问题后速度还会进一步提高，而“旋转伺服电机+滚珠丝杠”在速度上却受到限制很难再提高较多。     从动态响应上因为运动惯量和间隙以及机构复杂性等问题直线电机也占有绝对的优势。      速度控制上直线电机因其响应快，调速范围更宽，可以实现启动瞬间达到最高转速，高速运行时又能迅速停止。调速范围可达到1：10000。 能耗比较：     直线电机在提供同样转矩时的能耗是“旋转伺服电机+滚珠丝杠”一倍以上，“旋转伺服电机+滚珠丝杠”属于节能、增力型传动部件，直线电机可靠性受控制系统稳定性影响，对周边的影响很大必须采取有效隔磁与防护措施，隔断强磁场对滚动导轨的影响和对铁屑磁尘的吸附。     通过以下这个例子更容易使大家了解直线电机和“旋转伺服电机+滚珠丝杠”的一些特点：     日本某公司超高速龙门式加工中心。X、Y轴采用直线电动机驱动V=120m/min。该公司为何不应用“旋转伺服电机+滚珠丝杠(HIWIN SUPER S 系列）”？因为SUPER S虽然DN值已经历了从传统丝杠7万到15万再到22万的提速进程，但由于存在纯机械传动的软肋，其线速度、加速度、行程范围的增加总是有限的。若选用Φ40×20mm的产品，则vmax=110m/min，因nmax=5500r/min转速很高，行程范围受临界转速Nc的制约显然不可能太长。 若采用大导程Φ40×40mm产品，则Vmax=220m/min，这显然又不能满足定位精度高的场合。能达到DN值22万从一个侧面反映了HIWIN的设计、制造水准。如果我们选择Φ40×20(双头)mm产品，在n≈4000~5000r/min，V=80～100m/min状态下使用，其安全性、可靠性、工作寿命均可高于预期值。事实上到目前为止，在高速高精CNC金切机床中(CNC成形机床除外)速度V≥120m/min仍采用SUPER S系列驱动的成功范例未见到。实际上“旋转伺服电机+滚珠丝杠”的最佳应用场合是：要求V=40~100m/min，加速度0.8~1.5(2.0)g，精度P3级以上的中档高速数控装备和部分高档数控装备。 应用比较：     事实上，直线电机和“旋转伺服电机+滚珠丝杠”两种驱动方式尽管各有优势，但也有自身的软肋。两者在数控机床上都有各自最佳的适用范围。     直线电机驱动在以下数控装备领域具有得天独厚的优势：高速、超高速、高加速度和生产批量大、要求定位的运动多、速度大小和方向频繁变化的场合。例如汽车产业和IT产业的生产线，精密、复杂模具的制造。     大型、超长行程高速加工中心，航空航天制造业中轻合金、薄壁、金属去除率大的整体构件“镂空”加工。例如美国CINCI ATI公司的“Hyper Mach”加工中心(46m)；日本MAZAK公司的“HYPERSONIC 1400L超高速加工中心。     要求高动态特性、低速和高速时的随动性、高灵敏的动态精密定位。例如，以Sodick为代表的新一代高性能CNC电加工机床、CNC超精密机床、新一代CPC曲轴磨床、凸轮磨床、CNC非圆车床等。     轻载、快速特种CNC装备。例如德国DMG的“DML80 Fine Cutting”激光雕刻、打孔机，比利时LVD公司的“AXEL3015S”激光切割机，MAZAK的“Hyper Cear510”高速激光加工机等。     德国DMG公司以批量生产各类高性能数控装备著称，在其伺服进给系统中采用直线电机较早，而且采用率也是很高的(均在机床型号后标注“Linear”)，该公司对两种驱动方式的配置有三种类型：     各坐标轴全部配置直线电机驱动的“快速型”数控装备。例如：DMC85V Linear、DMC75V Linear、DMC105V Linear、DMC60H Linear、DMC80H Linear以及DML80-Fine Cutting激光加工机等。     混合驱动型。例如：DMF500 Linear动柱式大型立式加工中心，在X轴(行程5m)配直线电机，V=100m/min；而在Y、Z轴则采用“旋转伺服电机+滚珠丝杠”，V=60m/min。     各坐标轴全部配置“旋转伺服电机+滚珠丝杠”的“强力型”加工中心。例如：DMC63H高速卧式加工中心，V=80m/min，加速度1g，定位精度0.008mm。此外还有DMC80H和DMC100H、DMC125H (duo BLOCK)以及DMC60T等。      两种驱动方式在德国DMG公司被同时运用也说明他们具有各自的优势。直线电机的提升空间很大，未来直线电机的技术更加成熟了、产量上去了、成本下降了，应用也会更加广泛，但从节能降耗、绿色制造的角度思考，以及两种结构自身特点考虑“旋转伺服电机+滚珠丝杠”驱动仍有其广阔的市场空间。直线电机将成为高速(超高速)、高档数控装备中的主流驱动方式的同时，“旋转伺服电机+滚珠丝杠”依然会继续保持其在中档高速数控装备中的主流地位。   直线运动与旋转运动是世界上最主要的两种运动方式，许多直线驱动装置或系统往往都是采用旋转电动机通过中间转换装置，如链条、钢丝绳、皮带、齿条或丝杆等机构转换为直线运动。由于这些装置或系统有中间转换传动机构，所以整机机构往往较为复杂，体积较大，速度和精度不能进一步满足人们的更高要求。直线电机是一种将电能转换成直线运动机械能，而不需任何中间转换机构的传动装置，它具有结构简单，无接触运行，噪声低，速度和精确度高，控制容易，维护方便，可靠性高等优点。它是20世纪下半叶以来电工领域中具有新原理、新理论的新技术。 ◆简单高性能的直线定位系统 ◆经济、灵活的承载板搭配 ◆简单的组装过程 ◆尺寸全面的标准产品 ◆灵活的光栅搭配 ◆多样的外观选择 ◆电缆跟随线圈移动 ◆电缆长度1-15M ◆超强的电缆强度 ◆特点：     高速，速度可达4－6米/秒；     高加速度，加速度可达10G；     高精度，重复定位可达0.5μm;     高度灵活性,易搭建各种多轴平台; 本公司同时提供运动控制卡;PLC；步进电机系统；交流伺服；直流伺服；直线电机；音圈电机；各种减速机（行星，谐波，摆线）；各种传感器；机器视觉；超高温，低温，真空，防爆电机；丝杠导轨等工业自动化全套产品承接各种自动化项目开发 更多 详情咨询： 13812617052    sunny_8409@sina.com    QQ:290372599

关键字：直线电机,精密运动,运动平台 产品说明：     直线电机精密运动控制平台主要为学生提供直观的，可以操作的，计算机控制的而且是实时的反馈控制控制实验装置，学生可以非常直观地观察到一般控制系统的执行部件（直线电机）、反馈元件（直线光栅）、放大元件（驱动器）和控制元件（微处理器）；加上微纳科技提供的软件和DSP控制卡，该平台可以直接和大家熟悉的    MATLAB 及SIMULINK相连，即学生可以先用SIMULINK进行仿真，然后可以直接将仿真结果下载到DSP控制器，并直接对直线电机平台实时控制。在实时控制过程中，用户还可以实时调节控制参数并且实时显示控制后的结果和图形。 详细的直线电机精密运动平台规格型号请参考微纳科技官方网站：www.winnermotor.com

关键字：直线电机,倒立摆,微纳科技 产品说明: 直线电机倒立摆是将直线电机精密控制平台于倒立摆结合，由直线电机动子直接和倒立摆小车相连，病直接驱动小车做直线运动。用直线电机驱动道理爱，是倒立摆实现形式的一种创新，由于直线电机驱动方式不存在传统旋转伺服电机所带来的防线间隙等特性，具有良好的动态特性。 详细的直线电机倒立摆规格型号请参考微纳科技官方网站：www.winnermotor.com

关键字：音圈电机,直线电机,实验平台 产品说明：     本平台机械上主要由一台集成有直线导轨、直线轴承和高精度位置反馈元件的音圈直线电机构成，与其它伺服电机相比，音圈电机具有很高的频率响应特性，主要应用在短行程及需要高频直线运动的场合。最典型的应用是半导体芯片的引线焊接（wire bonding），目前国外先进的压缩机也采用音圈直线电机。 学生通过音圈电机实验平台实验后，可进一步拓展他们的创新和实验动手能力，可进一步了解在不同的应用场合可使用不同的伺服驱动方式，可拓宽学生们的视野。 详细的音圈直线电机实验平台规格型号请参考微纳科技官方网站：www.winnermotor.com