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(diǎn)扶持新能源項(xiàng)目發(fā)展較為迅速,。近兩年,，中央和地方各項(xiàng)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(jìn)一步提高,，業(yè)內(nèi)預(yù)計(jì),，2018年鋰電池或?qū)⑦M(jìn)入供應(yīng)緊張的階段,強(qiáng)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(jìn)一步凸顯了產(chǎn)能的不足,。目前國際上大多采用先進(jìn)的激光焊接技術(shù)對鋰電池的電池芯及保護(hù)板進(jìn)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(diǎn),。在運(yùn)動平臺部分,，直線電機(jī)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(hù)成本。用直線電機(jī)傳動平臺替換滾珠絲桿運(yùn)動平臺已成為必然趨勢,。
激光焊接技術(shù)特點(diǎn)及難點(diǎn):
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(diǎn)來進(jìn)行工作的,。激光焊接有以下特點(diǎn)：激光功率密度高，可以對高熔點(diǎn),、難熔金屬或兩種材料進(jìn)行焊接;聚焦光斑小,，加熱速度快，作用時(shí)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(jī)械應(yīng)力和機(jī)械變形,；激光焊接裝置易于計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)，能精確定位,，實(shí)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(dá)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(diǎn)以及鋰電池的結(jié)構(gòu)性能對激光焊接設(shè)備的運(yùn)動平臺提出了更高更精密的要求。
雙軸聯(lián)動直線電機(jī)平臺技術(shù)特點(diǎn)及難點(diǎn)：
直線電機(jī)的本質(zhì)是把旋轉(zhuǎn)電機(jī)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(jī)械傳動部分,，從而消除了齒隙以及與機(jī)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(yùn)行噪聲低,、無磨損,、免維護(hù)以及無限行程等優(yōu)點(diǎn)。
靈猴雙軸聯(lián)動直線電機(jī)平臺加速度可達(dá)5g,、重復(fù)定位精度可達(dá)1μm并且在深度優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上采用獨(dú)特自主編寫控制算法,，跟蹤檢測速度波動，并作出后續(xù)補(bǔ)償,，使雙軸直線電機(jī)在高速度走曲線小圓弧運(yùn)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(yùn)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(shí)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(jī)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(bào)告，但該客戶對直線電機(jī)運(yùn)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(jì)了初版雙軸聯(lián)動直線電機(jī)運(yùn)動平臺模組,，但是其要求的運(yùn)動平臺的運(yùn)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(jī)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(jī)需求表
客戶名稱： 某激光焊接設(shè)備集成 運(yùn)用行業(yè)： 鋰電池激光焊接
聯(lián)系人電話： 電子郵箱：
運(yùn)動
軸運(yùn)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(yùn)動行程： 上軸270mm、下軸300mm mm
總的運(yùn)行時(shí)間： 1.8s s
最大運(yùn)行速度： 0.5 m/s
最大運(yùn)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(jì)及驗(yàn)證
系統(tǒng)配置:
雙軸聯(lián)動直線電機(jī)運(yùn)動平臺主要由:直線電機(jī),、檢測反饋,、驅(qū)動控制，防護(hù)裝置四部分組成,。該運(yùn)動平臺選用無鐵芯直線電機(jī),，運(yùn)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(hù)裝置由風(fēng)琴防護(hù)罩,、高性能拖鏈,、光電傳感器、優(yōu)力膠硬限位組成,，充分保護(hù)運(yùn)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(jī)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(yàn)證測試
根據(jù)客戶設(shè)備的運(yùn)動特點(diǎn)及軌跡，為保證客戶設(shè)備在運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性及可靠性,，我們多次做了過需求驗(yàn)證并出具了相關(guān)的驗(yàn)證報(bào)告,，運(yùn)動平臺的各項(xiàng)參數(shù)均符合客戶需求，并做了相當(dāng)于設(shè)備連續(xù)運(yùn)行1.5年的耐疲勞測試,，各項(xiàng)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(yàn)證,，靈猴雙軸聯(lián)動直線電機(jī)運(yùn)動平臺僅在兩周的時(shí)間就達(dá)到了客戶的要求，滿足了交付條件并實(shí)時(shí)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(yùn)行狀況以及各項(xiàng)數(shù)據(jù),實(shí)時(shí)為客戶設(shè)備提供可靠性報(bào)告,。
該客戶“非標(biāo)私人訂制”的雙軸聯(lián)動直線電機(jī)運(yùn)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(jī)，該系列直線電機(jī)具有高推力,、低運(yùn)動質(zhì)量,、無齒槽效應(yīng)、無磁吸力等特點(diǎn),，特別是在走曲線圓弧軌跡時(shí),，可實(shí)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(jī)運(yùn)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(shí)也增加了直線電機(jī)模組的銷量,，真正實(shí)現(xiàn)了雙贏價(jià)值。
直線電機(jī)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(yùn)動平臺模組,，其整體尺寸大小僅有圓珠筆大小,；在3C行業(yè)中的視覺檢測以及點(diǎn)膠平臺上的快速移動的四軸聯(lián)動直線電機(jī)模組,；在機(jī)床以及快速搬運(yùn)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(jìn)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(jìn)給方式—“旋轉(zhuǎn)電機(jī)+ 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?yàn)樵摗伴g接傳動”中絲杠精度很難提高,、存在反向間隙等缺點(diǎn),，使得傳統(tǒng)的進(jìn)給系統(tǒng)無法達(dá)到上述要求。相對而言,，直線電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單,、安裝方便、無接觸,、無磨損等優(yōu)點(diǎn),，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(jī)。其主要推廣與高速,、高精等旋轉(zhuǎn)電機(jī)無法滿足要求的場合?，F(xiàn)代直線電機(jī)技術(shù)日益成熟，其勢必取代傳統(tǒng)的“旋轉(zhuǎn)電機(jī)+ 絲杠”的傳動模式,。