永磁伺服直线电机项目说明

1、永磁伺服直线电机项目分析永磁伺服直线电机项目分析 制作人：臧志永 沈阳阿森德自动化设备有限公司 目录 总论 应用永磁伺服直线电机的典型设备及其厂商 永磁伺服直线电机与普通旋转伺服电机比较 永磁伺服直线电机原理 永磁伺服直线电机特性及应用场合 永磁伺服直线电机应用前景 永磁伺服直线电机国内市场 总论 由于人们对微型与超薄型电子产品需求日异旺盛，电子新 产品的生产要求愈来愈加严格，具有高速、高精度、高稳 定性等优势特性的直线电机，已被诸多跨国企业所重视， 越来越多的跨国企业研究与开发直线电机，并将永磁伺服 直线电机技术应用到自我生产和装备中。永磁伺服直线电 机及技术是当今全球机电以及电子生产设备中

2、最新技术之 一。我国永磁伺服直线电机技术应用还不够广泛，大力发 展永磁伺服直线电机应用技术，能够迅速拉近我们企业与 世界发达国家同行企业之间的技术差距。永磁伺服直线电 机的高速、高精度等特点，决定着它在电子装备业的硬性 需求。我们的企业应利用永磁伺服直线电机技术，加工各 种微米级、纳米级的高精度新产品，并把永磁伺服直线电 机运用到生产中，以大力提高我们电子装备业的生产能力 和生产水平。 应用永磁伺服直线电机的典型设备及其厂商 直线电机也称为线性马达，是一种将传统驱动方式改变为 直接驱动的驱动部件。随着对精度、速度、系统稳定性越 来越严格的要求，在高端设备上装备直线电机已经成为必 然趋势。永磁伺

3、服直线电机在全球著名的设备生产商的应 用已经非常普遍，典型的设备及其厂商有： 光刻机：Nikon,Canon,Asml 高速度高精度加工中心：DMG,SODLCK,MAG_ex-cell- o,Ingersoll,Mazak,Fanuc 电子加工设备：Siements,ASM 液晶加工设备：SAMSUNG,LG,Sharp 激光切割机：TRUMPF 而国内只有3、4家企业能够系统地完成工艺要求，技术主 要来源高校：哈尔滨泰富公司、深圳大族激光、郑州微纳 科技 永磁伺服直线电机与普通旋转伺服电机比较 由于人们对电子产品微型化的要求，迫使电子装备领域越 来越多地使用永磁伺服直线电机，以提高设备的精

4、度、速 度和稳定性。 永磁伺服直线电机之所以受到青眯，是因为永磁伺服直线 电机与传统运动驱动部件相比，永磁伺服直线电机具备极 大的优势。 我们用滚珠丝杠系统来进行对比描述：传统机械的运动平 台是由旋转电机（伺服电机、步进电机等）驱动，带动丝 杠、皮带等传动部件驱动的，在驱动部件（旋转电机）与 被传动部件（工作台及工件）之间存在中间环节（丝杠、 皮带、齿轮等）。 由于滚珠丝杠系统的组成元件多（伺服电机、传动齿轮、 丝杠、滚珠、丝杠、支架等），传动链长，滚珠丝杠又是 一种细而长的非刚性传动元件，当运动速度要求高时，由 于滚珠丝杠传动惯量大、扭矩刚性低、传动误差大、摩擦 磨损严重、弹性变形引起爬行、

5、反向死区、引起非线性误 差等一系列缺陷，从而影响运动平台的动态性能。 下表对二者进行一个简单比较： 旋转伺服驱动 直线伺服驱动 定位精度 最高达到10m左右，容易磨 损导致精度变化 可实0.1m精度，精度稳定 性好 运动精度 易受到丝杠的脉冲，运动不 安定，加速度及运动速度低 速度范围宽，可实现1m/S- 7M/S的安定运动，速度偏差 0.01%,以下，加速度高，可 达20g 动态响应 受到非线性器件影响，动态 响应低 动态响应好 运动维护 中间环节多，结构复杂，难 于维修 无中间传动环节，结构简单， 免维护 行程限制 受丝杠工艺限制，一般4 6m,且丝杠越长，刚性越差 理论上可实现无限长，刚

6、性 不受影响 永磁伺服直线电机原理 永磁伺服直线电机，原理上可视为装传统伺服电机沿径向 剖开，并将电机的圆周展开成直线。也可以将其看做一个 半径无穷大的旋转伺服电机的其中一段。当直线电机动子 通过电流后，在动子和定子之间的气隙中产生行波磁场， 在行波磁场与定子永磁体的作用下产生驱动力，从而实线 直线运动。动子（线圈）与定子（永磁体）的运动是相对 的，根据不同的应用场合，也可将线圈固定，永磁体运动。 如图所示： 永磁伺服直线电机通常分为二种类型，即有铁芯电机和无铁 芯电机，具有不同的特性，可供客户根据不同要求选择应用。 一、有铁芯电机的线圈缠绕在铁芯 上，可以产生更大的推力。有 铁芯电机的特性说

7、明如下： 1、推力密度高，在同等尺寸下 提供更高的推力，可提供最大 数万牛顿推力。 2、磁性吸引力，动子定子间会 产生较大的磁性吸引力 3、齿槽效应，会影响到平滑运 行 二、无铁芯电机的线圈内部不存在 铁芯，线圈在磁路中运行。此 类电机的特性说明如下： 1、无齿槽效应，容易实现更安 定的运动，实现更高精度 2、体积小重量轻，易实现高加 速度运行 有铁芯永磁伺服直线电机示意图 无铁芯永磁伺服直线电机示意图 永磁伺服直线电机的特性及应用场合 一、由于直线电机具备直接驱动的特性，采用直线电机的运动机构具有 以下特点： 机械结构简单 省却了中间传动环节，降低了结构的复杂度 高精度高速度 消除了因中间环

8、节带来的不利影响，可以实现更高精度（可达到纳米 级）和更高速度，机构的定位更加快速各精准。 精度持久保持并能减少维护 直线电机的动子和定子之间通过电磁效应传递力，不存在机械磨损， 通过合理的设计配置导轨和基座，精度可在使用寿命内持久保持，除 运动导轨需要进行定期润滑维护外，其它部件几乎不需要维护。 更加环保 平台可以适用洁净环境，运动时安静。 二、基于上述特性，直线电机被广泛应用到下面多个领域 数控机床设备 1 数控机床 2 数控加工中心：立式/卧式数控加工中心 3 数控电火花机床：数控电火花成形/切割/小孔加工机床 4 数控磨床：内圆/外圆精度磨床，平面/曲面磨床 5 数控冲床：精度五金冲床

9、传送系统，高速冲压机构 6 PCB数控制造设备：模板/软板切割机，PCB高速钻孔机，自动光学检 测（AIO）设备 半导体及液晶制造设备 1 半导体芯片制造设备：半导体芯片光刻设备、半导体芯片检查设备、 芯片焊接设备 2 液晶制造设备：玻璃基板露光设备等 3 液晶贴片装备：玻璃基板液晶贴片装备的精密运动控制平台等 激光数控设备 1 激光加工机床：激光切割机、激光焊接机 2 激光打标机：大幅面激光打标机 精密测量设备 1 三座标测量仪 2 隧道显微镜观测平台装置 3 医学切片全息观测平台 工业自动化控制及其它设备 1 工业用直线方向推进装置 2 工业机器人 3 电梯设备 4 减震设备 5 物流设备

10、 6 纺织机械设备 三、在精度上适用于不同的设备 直线电机在国内的应用前景 永磁伺服直线电机具备极其优良的运动性能，适用于非常 广泛的应用领域，但是目前还未在国内各行业，特别是装 备制造业得到普遍的应用。而永磁伺服直线电机的普遍应 用，是发达的高端装备制造业的一个特征。 目前直线电机应用的限制，大致有下面两个方面的原因： 没有形成产业规模，成本无优势 价格方面，直线电机的价格要高很多，这是限制直线电机 被方泛使用的原因。在一个10m定位精度的系统中，使 用直线电机的综合成本大致是滚珠丝杠的两位。当然，随 着对精度和速度要求的提高，使用滚珠丝杠的系统成本大 幅增加，直线电机具备明显的优势。 直线

11、电机成本之所以高，也恰恰是因为目前没有很广泛进 行应用，没有量产优势，没有形成一个成熟的产业链。我 国从上世纪70年代开始直线电机的研究和应用，但主要还 是专注于磁性材料和控制技术。在装备业方面，并没有形 成具备产业规模的应用。 市场及应用环境有待改善 直线电机的普遍应用需要熟悉其技术的工程师，需要众多厂商的成熟 应用经验和市场经验，这些条件目前还未具备。 上述两方面抑制了直线电机的应用，当然同时又是直线电机没有普遍 应用的结果。这恰恰也是目前装备行业提升自身水平、赢得竞争优势 的一个机会。直线电机在全球技术领先的一些公司的应用，再次证明 了谁先涉入谁先发展谁先受益的市场原则。另外，随着我国产业结构 的调整和产业升级的迫切要求，直线电机应用于高端装备制造业是一 个必然趋势。技术、人才、市场也会随之迅速发展起来。 国外很多装备直线电机的高端设备已经进入中国市场。在体会其卓越 性能的同时，却也遭遇很多技术保护方面的限制。同时，国内的相同 行的设备生产商也受到极大的冲击。这也在刺激着国内高端装备制造 业的调整和发展以适应新的形势。 上述内外两个因素将决定直线电机在国内的应用前景将是十分广阔的， 直线电机会是我国电子装备制造业下一个追逐与发展目标。在一大批 勇于创新的企