伺服電機(jī)產(chǎn)業(yè)狀態(tài)

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關(guān)于伺服電機(jī)的產(chǎn)業(yè)狀態(tài)，根據(jù)中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)數(shù)據(jù)，伺服電機(jī)在2020年產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達(dá)到130億，主要體現(xiàn)在新智能制造、新基建、工業(yè)機(jī)器人、醫(yī)療、激光、3C、新能源等領(lǐng)域。

國外占據(jù)中國直驅(qū)電機(jī)的60%以上的市場，主要是集中在高端市場。為什么呢？主要是國外的產(chǎn)品穩(wěn)定性更高，一致性更好，用戶能友好地開發(fā)或使用。大多數(shù)公司考慮不能讓設(shè)備出問題，所以就需要有穩(wěn)定的產(chǎn)品，有穩(wěn)定的供應(yīng)商，服務(wù)態(tài)度和服務(wù)質(zhì)量也會好很多。

發(fā)展

直線旋轉(zhuǎn)電機(jī)發(fā)展?fàn)顟B(tài)

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直線旋轉(zhuǎn)電機(jī)既可以做直線運動，也可以做旋轉(zhuǎn)運動。特點是控制精度高，體積小，重量輕。以前我們有一些行業(yè)，比如說貼片機(jī)、插線機(jī)、貼插機(jī)，都可以一臺直線電機(jī)結(jié)合一臺旋轉(zhuǎn)電機(jī)實現(xiàn)直線旋轉(zhuǎn)運動，它的運動部分很大，很笨重。

如果單用我們一個電機(jī)，實現(xiàn)直線旋轉(zhuǎn)運動，它的體積會變得很小，右邊圖是我們公司做的一體式的直線旋轉(zhuǎn)電機(jī)，可以用于芯片的貼合、封裝，這些都可以用。

未來直線旋轉(zhuǎn)電機(jī)應(yīng)用場景，從市場反饋情況來看，未來半導(dǎo)體、封裝、加工、測試，以及光學(xué)模組貼裝都需要直線旋轉(zhuǎn)電機(jī)，特點是精密、小巧。第二，工業(yè)機(jī)器人和精密數(shù)控機(jī)床也需要用到直線旋轉(zhuǎn)電機(jī)，這個要比現(xiàn)在做的產(chǎn)品功率大很多。我剛才說到做芯片的貼合、貼裝，將芯片貼在基板上進(jìn)行焊接，這就是很典型的應(yīng)用。未來的話，像芯片這種封裝，以及芯片內(nèi)部的封測，這些問題都需要高精密的直線旋轉(zhuǎn)電機(jī)來進(jìn)行。因為芯片本身非常小，所以執(zhí)行裝置精度要求很高。第三個是機(jī)械臂上面需要用到一些直線旋轉(zhuǎn)電機(jī)。這一點我們的電機(jī)與傳統(tǒng)的兩個電機(jī)組合在一起的方式是比較有優(yōu)勢的。

這是我們公司今年開發(fā)的部分產(chǎn)品，我們初步開發(fā)了八九個類型類似于競品結(jié)構(gòu)的直線旋轉(zhuǎn)電機(jī)，并且我們的旋轉(zhuǎn)精度是17位的，這個精度比競品的部分電機(jī)產(chǎn)品還高一些。

直線精度，直線軸的偏擺達(dá)到3至4微米，因為從我們客戶反饋的信息來看，效果是非常好的。我們通過改進(jìn)初軸的方式，以及機(jī)械結(jié)構(gòu)，把偏擺做到3至4個微米，這個性能比競品性能高一些。當(dāng)然市場上其他公司是否可以做到這么高的精度呢？可以做到，但是它的成本也會提高。其他公司能做的，我們公司也能做。

這是個典型的直線旋轉(zhuǎn)電機(jī)，這個電機(jī)行程為15毫米。普通直線旋轉(zhuǎn)電機(jī)的軸偏擺是1至2個絲，我們的電機(jī)只有3-5個微米。我們電機(jī)厚度是20個毫米，也是做得很薄。有的公司能做到16毫米、13毫米，我們目前雖然還做不到，但對于絕大部分應(yīng)用場景來說，這樣的厚度，這樣的參數(shù)，是可以用的。

對于軸的精度偏擺的問題，我們嘗試將軸進(jìn)行處理，其他競品公司是沒有這種處理方式的。我們現(xiàn)在已經(jīng)申請專利，包括所有的電機(jī)結(jié)構(gòu)，控制、驅(qū)動、算法都已經(jīng)申請專利。今年在電機(jī)及驅(qū)動器上總共申請專利技術(shù)有60項。60項有十幾項是發(fā)明專利，已經(jīng)授權(quán)的專利是達(dá)到四至五項。一至兩款驅(qū)動器，一共是80、90項專利，多少人完成呢？我們只用7、8個人來完成，這是公司目前的研發(fā)團(tuán)隊對公司新產(chǎn)品的開發(fā)和知識層面的保護(hù)。

我們跟競品精度做了一個對比，這個軸偏擺精度是正負(fù)3個微米，我們在直線旋轉(zhuǎn)電機(jī)方面還是比較靠前。目前在國內(nèi)做直線旋轉(zhuǎn)電機(jī)不多，但是我們發(fā)現(xiàn)已經(jīng)有很多公司開始布局，對這方面進(jìn)行了開發(fā)。

我們前面講的這些東西都是兩個電機(jī)拼湊在一起，形成一個直線旋轉(zhuǎn)的運動形式。未來的旋轉(zhuǎn)電機(jī)是什么樣，其實應(yīng)該是一體式的直線旋轉(zhuǎn)電機(jī)。

我在讀書期間對直線旋轉(zhuǎn)電機(jī)做過一些開發(fā)和研究，我發(fā)現(xiàn)一體式的直線旋轉(zhuǎn)電機(jī)會更加緊湊，一體式裝配的零件越少，裝配的誤差就越少，同樣電機(jī)整體的裝配誤差、公差、推測誤差等，從理論上來講，更容易達(dá)到高精度。

這是我原來做的一個功率很大的一體式直線旋轉(zhuǎn)電機(jī)，它既可以做直線運動，也可以做旋轉(zhuǎn)運動。

我們把電機(jī)優(yōu)化之后，做成體積更小一些的直線旋轉(zhuǎn)電機(jī)，國奧第二代電機(jī)分為內(nèi)外兩層，外面一層負(fù)責(zé)直線運動，里面負(fù)責(zé)旋轉(zhuǎn)運動。

這是我們做的第二代一體式直線旋轉(zhuǎn)電機(jī)的視頻。同樣做了力控制的測試。當(dāng)時我們力控在0.1N，現(xiàn)在已經(jīng)可以做到0.01N。

我們也取得了一些檢測的報告，這是深圳計量院幫我們打的精度，取得的相關(guān)報告。

這是今年在一體式直線旋轉(zhuǎn)電機(jī)方面做的更小重量的直線旋轉(zhuǎn)電機(jī)，直徑為40mm。前面兩個個頭比較大，用于實際生產(chǎn)和設(shè)備里面并不太多，未來我們力求將這個產(chǎn)品做得更小、更緊密。

我們?yōu)橹本€旋轉(zhuǎn)電機(jī)開發(fā)了相應(yīng)的驅(qū)動。此驅(qū)動器第一個特點就是集成了兩個軸，主流驅(qū)動一般有兩個驅(qū)動，一個負(fù)責(zé)直線，一個負(fù)責(zé)旋轉(zhuǎn)。我們是一個驅(qū)動帶兩個維度的運動。這個驅(qū)動器的性能不亞于現(xiàn)在市面上的主流驅(qū)動器，而成本是它的一半。

這個驅(qū)動器可以支持PMSM、音圈電機(jī)、BLDC直流有刷/無刷電機(jī)。我們也有相關(guān)的軟著陸、自抗擾、參數(shù)自動辨識等算法。還有獨特精準(zhǔn)力控補(bǔ)償算法?，F(xiàn)在力控精度在0.01N這個范圍已經(jīng)非常高。

那么要把力控的精度做高，可能需要將電機(jī)要設(shè)計得好，還有通過驅(qū)動控制算法要把力控進(jìn)行補(bǔ)償。我這里分享一下我們做的一個力控的補(bǔ)償。

電機(jī)力控補(bǔ)償需要辨識很多參數(shù)的變化，包括動子質(zhì)量、摩擦力、電流的紋波、線圈溫度等。相信如果做成直線旋轉(zhuǎn)電機(jī)的話，最終的競爭點會在這里，這個適合高校和研究院做這個事情，這個是需要花點時間。目前很多公司在做應(yīng)用方面的改變和拓展，真正做核心研發(fā)的公司非常少。我們?yōu)槭裁醋?，關(guān)于算法的開發(fā)，我們覺得這一塊是可以實現(xiàn)的，未來就是一個趨勢。力推算法就需要對電機(jī)溫度、質(zhì)量辨識，電阻電感這些東西很容易辨識，但是需要更準(zhǔn)確、更高效的辨識及控制算法。

剛才說了，我們公司的電機(jī)，包括驅(qū)動器，在今年一年，跟電機(jī)相關(guān)的就增加了60多項專利，其中發(fā)明專利19項。這個成績不是30、40個人去做，我們只是7、8個人做，所以這個工作強(qiáng)度很大

未來

直線旋轉(zhuǎn)電機(jī)發(fā)展目標(biāo)和前景

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未來的話，我相信不管是直線電機(jī)，還是直線旋轉(zhuǎn)電機(jī)，首先在結(jié)構(gòu)上會有新突破，電機(jī)的結(jié)構(gòu)只是一部分，結(jié)構(gòu)優(yōu)化對電機(jī)出力只能提高多少呢？如果優(yōu)化好的話，可以提高5%至10%。

還有一個是新材料，這個突破比電機(jī)機(jī)構(gòu)上突破要更難。對于新材料的話，如果這一塊性能更好，我相信電機(jī)方面有質(zhì)的突破。比如說電機(jī)散熱的材料，結(jié)構(gòu)件，導(dǎo)軌或承軌的鋼等，這些東西我們公司研發(fā)不了，這些東西的研發(fā)是屬于比較大的公司考慮的或一些國家戰(zhàn)略，新材料是很重要的。