革机械传动的命！直线电机取代机床丝杆模组是大势所趋！_风闻
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
直线电机可以在几秒钟内把一架几千公斤重的直升飞机，拉到每小时几百公里的速度，神不神奇？
直线电机其实也是伺服电机的一种，只不过我们平时看到的电机大都是这种可以做旋转运动的电机，而直线电机做的是直线运动。
比如说机床直线轴X/Y/Z的进给运动。唯一的不同是，直线电机不具有电机编码器，只有一个测量系统。
以前的机床大都用的是滚珠丝杠+旋转伺服电机的组合，来驱动机床的直线坐标轴，这种驱动方式有很多缺点，比如说弹性变形大、响应速度慢、存在反向间隙、易磨损等，严重限制了驱动装置的效率和精度。而现在市场流行的直线电机，因为取消了响应时间较大的丝杠等机械传动件，所以在速度、加速度、精度上做到了对丝杠模组的绝对的碾压，之所以能全面碾压，是因为电子元器件比机械传动件的动态响应时间要小几个数量级。
比如说滚珠丝杠的速度为120 m/min，加速度为1.5g。而直线电机的速度可达420m/min，加速度可达10g。所以用直线电机驱动的机床，加工一个整体薄壁飞机构件只需要不到半小时，一般的高速铣床加工需要3小时，用普通数控铣床加工则需要8小时。再比如说伺服电机+滚珠丝杠的精度可达2-5μm，而直线电机的定位精度可达0.1μm。
所以对于控制精度高于2μm以上的数控机床，直线电机是优先或必须的功能部件。除了速度快、精度高，还有免维护、寿命长、可靠性高的优点，凭借这些优势，就足以让直线电机未来直接取代以机械传动为主的丝杠模组。
目前直线电机主要应用于OEM市场，其中机床、半导体设备、激光加工设备是主要应用领域。直线电机国外发展比国内早，比如说德玛吉早在2000年左右，就开始用直线电机提高机床的精度。即便是目前，国内机床行业中直线电机的普及率也比较低，而在欧美日等国，直线电机的普及率则高达20%—50%。
国内之所以还没有大规模替代，是因为直线电机的成本要比丝杠模组高很多，不过由于生产工艺的提高，成本已经在逐步下降了，现阶段主要还是应用在高性能机床，特别是精密高速加工机床、特种加工机床、大型重型机床，主要是为了解决传统传动方法不能解决的问题。
国外品牌占据了中国直线电机60%以上的市场份额，主要品牌有新加坡雅科贝思、日本沙迪克、台湾上银、大族电机。其中，新加坡雅科贝思市场占比最高，其产品特点是技术和性能水准比较符合中国直线电机行业的需求，有一定的价格优势。
国内厂家生产的直线电机，主要匹配以色列高创伺服驱动器，直线驱动是高创的传统优势所在，在同类产品中具有较为明显的技术优势。高创之前被美的集团全资收购了，是美的机器人旗下重要的运动控制驱动器和电机开发厂商。
目前国内品牌占据了30%左右的市场份额，还处于起步阶段，相关技术人员在直线电机的应用方面还不太熟悉，欠缺经验。虽然有400多家在做，但大多数基本上只是掌握了直线电机本体的生产、组装技术，很少有掌握核心的伺服驱动技术和高精光栅编码器技术的厂商，一般仅仅是匹配高创伺服、雷尼绍或者RSF光栅。
不过还是有几家发展不错的，比如说长沙一派直驱的直线电机，是中国直线电机研发领域的佼佼者，不仅做到了替代进口，甚至综合技术指标赶超进口产品。其研发的非圆截面数控车床，之所以能达到国际领先水平，根本原因是机床上率先采用了直线电机，并把相关的机械结构、直线驱动、计算机控制等做到了极致。也就是说，机床运行中能在40g的加速度情况下，把运动精度控制到1μm，在精度上，一派直驱不输给国内外任何一个品牌。还有自主研发的数控活塞异形外圆车床、数控活塞异形孔镗床等产品占据国内市场龙头位置，并出口至美国、德国、日本、韩国。
再比如说大族直线电机，主要是用在新能源电池焊接和搬运这两块，早期对标西门子，与进口一线品牌的技术指标基本接近，市场份额也还不错。今天主要是应某位粉丝的要求，以后还会继续跟进相关国产化进程。
