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)預計，2018年鋰電池或?qū)⑦M入供應緊張的階段，強烈的需求對鋰電池的產(chǎn)品技術、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，如何提高激光技術在鋰電池制造領域的技術水平、如何升級優(yōu)化激光焊接設備的整體性能，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。

激光焊接是一個將正負極材料、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。激光焊接技術的特點以及鋰電池的結(jié)構(gòu)性能對激光焊接設備的運動平臺提出了更高更精密的要求。

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、重復定位精度可達1μm并且在深度優(yōu)化結(jié)構(gòu)設計的基礎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備廠商客戶的設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)次技術交流，在完全理解掌握客戶設備的特性信息后設計了初版雙軸聯(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備，使其設備的焊接速度、精度以及穩(wěn)定性在同行業(yè)處于領先地位。

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

負載重量： 30 kg

精度

定位精度： ±5 μm

重復定位精度： ±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

硬件總體設計及驗證

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)

根據(jù)客戶設備的運動特點及軌跡，為保證客戶設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，并做了相當于設備連續(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，直到客戶設備完全出貨，我們還積極跟蹤我司產(chǎn)品在客戶設備終端的運行狀況以及各項數(shù)據(jù)，實時為客戶設備提供可靠性報告。

該客戶“非標私人訂制”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、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)化了客戶整體設備的性能，提高客戶設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用外，還有在醫(yī)療行業(yè)應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小；在3C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標準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、大行程的趨勢發(fā)展。這必然要求一個反應靈敏、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、重復定位精度、剛度、工作壽命等其他性能指標上都優(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。