為了解決日益突顯的能源、環(huán)保問題,，新能源行業(yè)越來越受到世界各國的關(guān)注。鋰電池行業(yè)作為國家重點扶持新能源項目發(fā)展較為迅速,。近兩年，中央和地方各項扶持政策協(xié)同效果逐漸顯現(xiàn),我國的新能源汽車市場出現(xiàn)了超預(yù)期發(fā)展和增長,，并帶動了產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)的高速增長尤其是鋰電池行業(yè), 隨著新能源汽車銷量的進一步提高,，業(yè)內(nèi)預(yù)計，2018年鋰電池或?qū)⑦M入供應(yīng)緊張的階段,強烈的需求對鋰電池的產(chǎn)品技術(shù),、工藝,、性能提出了更高的要求，更進一步凸顯了產(chǎn)能的不足。目前國際上大多采用先進的激光焊接技術(shù)對鋰電池的電池芯及保護板進行焊接,。隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展,，大力發(fā)展高端制造技術(shù)，如何提高激光技術(shù)在鋰電池制造領(lǐng)域的技術(shù)水平,、如何升級優(yōu)化激光焊接設(shè)備的整體性能,，成為目前各個廠家研究的重點。在運動平臺部分,，直線電機相較于滾珠絲桿有更優(yōu)的動態(tài)性能,，更精密的定位精度及重復(fù)定位精度，更高的穩(wěn)定性,，更低的維護成本,。用直線電機傳動平臺替換滾珠絲桿運動平臺已成為必然趨勢。
激光焊接技術(shù)特點及難點:
激光焊接是一個將正負(fù)極材料,、隔膜和電解液等原材料化零為整的融合制造過程,，是整個鋰電池生產(chǎn)流程中的關(guān)鍵工藝。激光焊接是利用激光束優(yōu)良的方向性和高功率密度等特點來進行工作的,。激光焊接有以下特點：激光功率密度高,，可以對高熔點、難熔金屬或兩種材料進行焊接;聚焦光斑小,，加熱速度快,，作用時間短，熱影響區(qū)域小,，熱變形可忽略,；激光焊接屬于非金屬焊接，無機械應(yīng)力和機械變形,；激光焊接裝置易于計算機聯(lián)機，能精確定位,，實現(xiàn)自動焊接,。鋰電池模組通過高效精密的激光焊接可以大大降低接觸電阻，降低能耗,，提高電池的安全性,、可靠性和使用壽命。但激光焊接要求焊件裝配精度高,，且要求激光束在工件上的位置不能有顯著偏移,。若焊件裝配精度以及激光束定位精度達不到要求，很容易造成焊接缺憾,，影響焊接質(zhì)量,。激光焊接技術(shù)的特點以及鋰電池的結(jié)構(gòu)性能對激光焊接設(shè)備的運動平臺提出了更高更精密的要求。
雙軸聯(lián)動直線電機平臺技術(shù)特點及難點：
直線電機的本質(zhì)是把旋轉(zhuǎn)電機平放展開并直接連接到驅(qū)動負(fù)載上。它能替代例如滾珠絲杠,、齒條與齒輪,、皮帶與皮帶輪和減速箱的所有機械傳動部分，從而消除了齒隙以及與機械傳動相關(guān)的問題,。具有結(jié)構(gòu)簡單,、調(diào)速范圍寬、動態(tài)性能優(yōu)良,、定位精度高,、安全可靠、運行噪聲低,、無磨損,、免維護以及無限行程等優(yōu)點。
靈猴雙軸聯(lián)動直線電機平臺加速度可達5g,、重復(fù)定位精度可達1μm并且在深度優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上采用獨特自主編寫控制算法,，跟蹤檢測速度波動，并作出后續(xù)補償,，使雙軸直線電機在高速度走曲線小圓弧運動條件下,速度波動在3%以下,軌跡偏差更是在微米級別,。完全滿足鋰電池激光焊接對平臺精度、加速度,、速度等性能的要求,。
日前有某激光焊接設(shè)備廠商客戶的設(shè)備運動平臺采用的是絲桿模組，但在其加速度為1g,、速度提到100mm/s時其設(shè)備的焊接質(zhì)量將無法保證,，現(xiàn)需求雙軸聯(lián)動直線電機平臺以替代絲桿平臺模組并明確要求提供包括圓弧轉(zhuǎn)角在內(nèi)的跟隨誤差測試報告，但該客戶對直線電機運動平臺并不了解,，故向我公司尋求解決方案,。
經(jīng)過與客戶的數(shù)次技術(shù)交流，在完全理解掌握客戶設(shè)備的特性信息后設(shè)計了初版雙軸聯(lián)動直線電機運動平臺模組,，但是其要求的運動平臺的運動軌跡的圓弧轉(zhuǎn)角要求較小,，且其速度及精度要求較高，經(jīng)過我司對雙軸聯(lián)動直線電機平臺的結(jié)構(gòu)優(yōu)化,，定制化編寫算法控制上下兩軸的耦合,，經(jīng)過詳細(xì)的系統(tǒng)測試，最終滿足客戶的需求,，升級優(yōu)化了客戶的激光焊接設(shè)備,，使其設(shè)備的焊接速度、精度以及穩(wěn)定性在同行業(yè)處于領(lǐng)先地位,。
客戶要求如下：
直線電機需求表
客戶名稱： 某激光焊接設(shè)備集成 運用行業(yè)： 鋰電池激光焊接
聯(lián)系人電話： 電子郵箱：
運動
軸運動方式 ：□水平 √ □垂直
速度規(guī)劃曲線：□1/3-1/3-1/3梯形波 √ □1/2-1/2三角形波
總的運動行程： 上軸270mm,、下軸300mm mm
總的運行時間： 1.8s s
最大運行速度： 0.5 m/s
最大運行加速度： 3g m/s2
負(fù)載重量： 30 kg
精度
定位精度： ±5 μm
重復(fù)定位精度： ±1 μm
分辨率： 0.1 μm
放大器和電源
最大電流： 6.3 A
電壓： 220 VAC □50 Hz √ □60Hz
使用環(huán)境
環(huán)境溫度： 室溫 ℃
最大允許溫升： 130 ℃
是否在無塵環(huán)境中： □是 √ □否
是否允許水冷或空氣冷卻：□是 □否 √
是否是真空環(huán)境： □是 √ □否
硬件總體設(shè)計及驗證
系統(tǒng)配置:
雙軸聯(lián)動直線電機運動平臺主要由:直線電機、檢測反饋、驅(qū)動控制,，防護裝置四部分組成,。該運動平臺選用無鐵芯直線電機，運動平滑無齒槽力,；檢測反饋由光柵或磁柵,、霍爾、溫控組成,；此平臺模組選用的是高創(chuàng)驅(qū)動器,，防護裝置由風(fēng)琴防護罩、高性能拖鏈,、光電傳感器,、優(yōu)力膠硬限位組成，充分保護運動平臺的安全可靠性,。模型效果如圖2所示：
圖1:雙軸聯(lián)動模組模型
雙軸聯(lián)動直線電機主要性能參數(shù)如圖3所示：
圖2:雙軸聯(lián)動模組性能參數(shù)
驗證測試
根據(jù)客戶設(shè)備的運動特點及軌跡,，為保證客戶設(shè)備在運行過程中的穩(wěn)定性及可靠性，我們多次做了過需求驗證并出具了相關(guān)的驗證報告,，運動平臺的各項參數(shù)均符合客戶需求,，并做了相當(dāng)于設(shè)備連續(xù)運行1.5年的耐疲勞測試，各項參數(shù)均無異常,。
經(jīng)過多次技術(shù)交流,、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、測試驗證,，靈猴雙軸聯(lián)動直線電機運動平臺僅在兩周的時間就達到了客戶的要求,，滿足了交付條件并實時在客戶現(xiàn)場調(diào)試安裝，直到客戶設(shè)備完全出貨,我們還積極跟蹤我司產(chǎn)品在客戶設(shè)備終端的運行狀況以及各項數(shù)據(jù),實時為客戶設(shè)備提供可靠性報告,。
該客戶“非標(biāo)私人訂制”的雙軸聯(lián)動直線電機運動平臺模組上下兩軸均采用自主研發(fā)的BUM系列無鐵芯直線電機,，該系列直線電機具有高推力、低運動質(zhì)量,、無齒槽效應(yīng),、無磁吸力等特點，特別是在走曲線圓弧軌跡時,，可實現(xiàn)高速度小圓弧轉(zhuǎn)角下的低速度波動。在使用了雙軸聯(lián)動直線電機運動平臺后,，使其焊接速度提高50%,，提高了其圓弧轉(zhuǎn)角處的焊接質(zhì)量，升級優(yōu)化了客戶整體設(shè)備的性能,，提高客戶設(shè)備銷量的同時也增加了直線電機模組的銷量,，真正實現(xiàn)了雙贏價值。
直線電機平臺模組除上述應(yīng)用外，還有在醫(yī)療行業(yè)應(yīng)用的超薄十字蛇形運動平臺模組,，其整體尺寸大小僅有圓珠筆大?。辉?C行業(yè)中的視覺檢測以及點膠平臺上的快速移動的四軸聯(lián)動直線電機模組,；在機床以及快速搬運行業(yè)的LPS系列單軸平臺模組,；可以完全直接替換絲桿的SP標(biāo)準(zhǔn)系列單軸平臺模組等等。
隨著制造行業(yè)越來越苛刻的要求,，現(xiàn)代先進制造裝備向著高速度,、高精度、快響應(yīng),、大行程的趨勢發(fā)展,。這必然要求一個反應(yīng)靈敏、高速,、輕便的驅(qū)動系統(tǒng),，由于傳統(tǒng)的進給方式—“旋轉(zhuǎn)電機+ 滾珠絲杠”需要聯(lián)軸器、絲杠等中間傳遞環(huán)節(jié),，造成整體系統(tǒng)剛性不夠,、彈性變形嚴(yán)重，又因為該“間接傳動”中絲杠精度很難提高,、存在反向間隙等缺點,，使得傳統(tǒng)的進給系統(tǒng)無法達到上述要求。相對而言,，直線電機具有結(jié)構(gòu)簡單,、安裝方便、無接觸,、無磨損等優(yōu)點,，并在精度、重復(fù)定位精度,、剛度,、工作壽命等其他性能指標(biāo)上都優(yōu)于旋轉(zhuǎn)電機。其主要推廣與高速,、高精等旋轉(zhuǎn)電機無法滿足要求的場合?，F(xiàn)代直線電機技術(shù)日益成熟，其勢必取代傳統(tǒng)的“旋轉(zhuǎn)電機+ 絲杠”的傳動模式,。