此文是雅科貝思精密機電(上海)有限公司電機研發(fā)經(jīng)理印欣博士在12月17日“智能制造&中國運動控制/直驅行業(yè)發(fā)展高峰論壇直驅分論壇的主題演講《創(chuàng)新永不止步——直驅電機的應用與創(chuàng)新》整理。

正文|關創(chuàng)新永不止步——直驅電機的應用與創(chuàng)新

雅科貝思2004年在新加坡成立，專注于研發(fā)、生產(chǎn)、銷售直線電機以及高精密運動平臺解決方案，微米、納米級精密運動控制，研發(fā)部門位于新加坡、上海、北京、杭州，銷售遍布歐美和亞洲，全球各國家和地區(qū)。

雅科貝思簡介

雅科貝思主營產(chǎn)品，最早是電機零件，行業(yè)內稱之為無框電機。第二個是模組和平臺產(chǎn)品，第三個是和客戶共同研發(fā)的系統(tǒng)性的一些產(chǎn)品。

雅科貝思的設計能力表現(xiàn)在電磁設計、力學設計以及控制算法上。

產(chǎn)品出來之后需要進行檢測，在產(chǎn)品機械特性鑒定與與驗證上，我們有激光測量和校準、震動測量和管理以及系統(tǒng)辨識和優(yōu)化。

自創(chuàng)立之初，雅科貝思始終致力于對新技術和解決方案的創(chuàng)新與研發(fā)，依托強大可靠的技術團隊、公司一如既往地為客戶提供電機和系統(tǒng)的研發(fā)定制，產(chǎn)品被廣泛應用于半導體制造與檢測、光學、工業(yè)自動化、新能源、醫(yī)療以及高端數(shù)控機床等領域。

我們的銷售網(wǎng)絡遍布全球，這個也帶給我們實實在在的好處，相當于我們把雞蛋放在不同的籃子里面，就更加穩(wěn)定。行業(yè)也是一定的道理。我們不會專門做某個行業(yè)，我們是爭取做更多的行業(yè)。

公司最早是2004年成立，到現(xiàn)在很少參與獎項的評比。我們第一次參與新加坡前50杰出公司的評選，就獲得第九名的成績。

用我們CEO的話說，這些是告訴我們走過的路，取得的小小成績，對我們有一個鞭策作用。

直線電機原理與應用

傳統(tǒng)運動轉化為直線運動，比如說高鐵通過輪子轉化為直線運動。還有超級高鐵，直接采用直線電機產(chǎn)生直線運動，不需要轉化環(huán)節(jié)。轉化環(huán)節(jié)多，能量損耗越多，所以越直接越好。

關于直線電機發(fā)展的歷史，其實直線電機在十九世紀二十年代就已經(jīng)被提出了，但是一百多年都沒有得到很好的應用和發(fā)展，阻礙原因之一是電力電子技術的瓶頸。就好比新能源汽車受制于電池、充電設備的發(fā)展，這個瓶頸如果不突破的話，就很難真正意義地鋪開。

講完歷史，我們講一下它的基本原理，以及設計分析方法。

這個是電機能量轉化的裝置環(huán)節(jié)，是把電能轉化為機械能。只有在一些非常高端的設備，比如說光刻機，必須要考慮損耗帶來的擾動。

為什么我們關注永磁同步直線電機，因為它有高效率、高可靠性。結構方面有平板型的，方形和圓筒型直線電機，磁路方面，有槽的和無槽的選擇要結合應用到底是點對點的，還是做掃描的。磁通的話，我們有縱向磁通，還有橫向磁通的。

前面有這么多的種類和這么多的產(chǎn)品，每個都有它的應用。關于直線電機的應用，列舉一些比較常見的，比如說軌道交通、半導體行業(yè)、數(shù)控機床、工業(yè)自動化、激光應用、電磁彈射、電磁軌道炮，雖然都是直線電機，但是概念不一樣，設計理念也不一樣。還有物流傳送、立體車庫，光學對準。大家都很關注的蘋果12，這里面就有4個小的直線電機。海洋發(fā)電，還有燃燒發(fā)電，電動移門，這些屬于比較高端的應用。

技術創(chuàng)新案例

上面都是一些基本原理，今天的主題是創(chuàng)新。

創(chuàng)新的目的

創(chuàng)新第一個問題，我們不是為了創(chuàng)新而創(chuàng)新。我們創(chuàng)新的目的，本質上是為了提高企業(yè)的競爭力。怎么樣提高呢？

創(chuàng)新帶來幾個好處，提升了產(chǎn)品性能，降低了產(chǎn)品的成本。降低成本:比如說賣到歐洲市場的其中一個產(chǎn)品，通過工藝改進，成本降低一半。這時候同樣價格賣出去，利潤就降低了。產(chǎn)品性能提升:在同樣體積條件下，進行電磁優(yōu)化，可以把推力再提高30%，最終提升客戶體驗。

創(chuàng)新的驅動力，到底是什么推動我們創(chuàng)新

第一點就是科技的進步，這一點非常重要。直線電機在19世紀就提出了，為什么沒有應用，因為我們有技術瓶頸。還有現(xiàn)在的永磁體，中國是永磁大國。以前我們是沒有永磁體，大部分是用感應電機，所以這是科技帶來的創(chuàng)新。

第二是市場變化，比如說中國市場越來越大，遇到疫情之類的突發(fā)事件，我們要跟隨市場進行創(chuàng)新。

第三是應用要求，舉例來說，手機速度越來越快，客戶的要求越來越高，我們的應用就要使得加工設備越來越快，精度越來越高。

最后是政策導向，我們的新能源補貼，半導體政策等。

創(chuàng)新的思路

創(chuàng)新的級別，首先是顛覆性的創(chuàng)新，蘋果出了第一款手機，大家覺得非常漂亮，大家都用這款手機。后面是改進型創(chuàng)新，比如說攝像頭越來越快，屏幕越來越好，這也是創(chuàng)新。

第二個是創(chuàng)新的分類。我個人分為三類，第一個是原理創(chuàng)新。我們的基礎科學。第二個是產(chǎn)品創(chuàng)新。第三個是應用創(chuàng)新，就是我們一線銷售工作師、技術工程師結合客戶的應用，我們用什么樣的方案去匹配，這也是一個創(chuàng)新。

另外一個思路是講究協(xié)同創(chuàng)新。光是驅動器的創(chuàng)新，或者是電機創(chuàng)新是不夠的，需要整個產(chǎn)業(yè)鏈進行創(chuàng)新。我們和做電機的，做驅動和軟件的一起來創(chuàng)新。

創(chuàng)新的投入與產(chǎn)出

創(chuàng)新需要有投入的，不是說又要馬兒跑，又不讓馬吃草，不現(xiàn)實。我司三年研發(fā)投入占總營收比13%，本科以上學歷是30%，碩士和博士越來越多。不計子類別，現(xiàn)在共有145種電機種類，平均每月研發(fā)新電機數(shù)量7.8個，獲得國內外公開或授權專利62項。

創(chuàng)新案例

首先是原理方面的創(chuàng)新。電機是非常成熟的學科，但是現(xiàn)在還是有非常多人在研究電機，包括磁性齒輪電機，磁性絲桿等。齒輪箱是風機里面損害率故障相當高的部件，如果使用雌性齒輪的電機，就可以降低故障率，提高投入產(chǎn)出比。

還有超導電機，我在工業(yè)展會上看到工業(yè)平臺出現(xiàn)，超導體越來越近了，還有我們的風力發(fā)電里面用到超導體。我們的高溫超導還是需要液氮進行冷卻的，這是科技瓶頸的限制，雖然目前還沒有大規(guī)模應用，但我相信這是未來是比較有意思的研究方向。

關于應用創(chuàng)新。第一個是超級高鐵，不知道大家是否熟悉。它的速度是達到1千公里/小時，這是相當恐怖的數(shù)字，它使用的是磁線電機驅動和真空管道，因為風阻特別大。多轎箱無繩電梯，是運用直線電機來推動的。以后寸土寸金，這個應用就非常具有價值和前景。

接下來講比較具體一點的，比如說公司內部的創(chuàng)新達到什么樣的效果？2004年之后，精度達到10微米就很厲害。現(xiàn)在達到0.5微米，未來達到納米級別，光刻機的級別不會是非常遠的數(shù)字。

直線電機最大優(yōu)點是速度可以提高。比如說5米/秒比較快，但是有些電磁炮是需要40米/秒，這個就需要創(chuàng)新的電磁設計，包括動力系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)都需要進行創(chuàng)新。

加速度正常是10個G以內，現(xiàn)在大家都不滿足了，需要更快，出品率要更高，現(xiàn)階段是35G，以后可能做40G，我認為這個非常容易，只是看大家是否愿意配合做這個事情。

對于一些高精密的場合，溫升不可能太高，5度以內。 

速度波動，常規(guī)是1%的水平，有些非常精密的場合，需要千分之一，萬分之一。不光是電磁，機械等，這些都需要進行創(chuàng)新。

圖：演講人雅科貝思精密機電(上海)有限公司電機研發(fā)經(jīng)理印欣博士

最后我引用習大大的一句話結尾：創(chuàng)新是引領發(fā)展的第一動力，抓創(chuàng)新就是抓發(fā)展，謀創(chuàng)新就是謀未來。