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(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。現(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。