此文是雅科贝思精密机电(上海)有限公司电机研发经理印欣博士在12月17日“智能制造&中国运动控制/直驱行业发展高峰论坛直驱分论坛的主题演讲《创新永不止步——直驱电机的应用与创新》整理。

正文|关创新永不止步——直驱电机的应用与创新

雅科贝思2004年在新加坡成立，专注于研发、生产、销售直线电机以及高精密运动平台解决方案，微米、纳米级精密运动控制，研发部门位于新加坡、上海、北京、杭州，销售遍布欧美和亚洲，全球各国家和地区。

雅科贝思简介

雅科贝思主营产品，最早是电机零件，行业内称之为无框电机。第二个是模组和平台产品，第三个是和客户共同研发的系统性的一些产品。

雅科贝思的设计能力表现在电磁设计、力学设计以及控制算法上。

产品出来之后需要进行检测，在产品机械特性鉴定与与验证上，我们有激光测量和校准、震动测量和管理以及系统辨识和优化。

自创立之初，雅科贝思始终致力于对新技术和解决方案的创新与研发，依托强大可靠的技术团队、公司一如既往地为客户提供电机和系统的研发定制，产品被广泛应用于半导体制造与检测、光学、工业自动化、新能源、医疗以及高端数控机床等领域。

我们的销售网络遍布全球，这个也带给我们实实在在的好处，相当于我们把鸡蛋放在不同的篮子里面，就更加稳定。行业也是一定的道理。我们不会专门做某个行业，我们是争取做更多的行业。

公司最早是2004年成立，到现在很少参与奖项的评比。我们第一次参与新加坡前50杰出公司的评选，就获得第九名的成绩。

用我们ceo的话说，这些是告诉我们走过的路，取得的小小成绩，对我们有一个鞭策作用。

直线电机原理与应用

传统运动转化为直线运动，比如说高铁通过轮子转化为直线运动。还有超级高铁，直接采用直线电机产生直线运动，不需要转化环节。转化环节多，能量损耗越多，所以越直接越好。

关于直线电机发展的历史，其实直线电机在十九世纪二十年代就已经被提出了，但是一百多年都没有得到很好的应用和发展，阻碍原因之一是电力电子技术的瓶颈。就好比新能源汽车受制于电池、充电设备的发展，这个瓶颈如果不突破的话，就很难真正意义地铺开。

讲完历史，我们讲一下它的基本原理，以及设计分析方法。

这个是电机能量转化的装置环节，是把电能转化为机械能。只有在一些非常高端的设备，比如说光刻机，必须要考虑损耗带来的扰动。

为什么我们关注永磁同步直线电机，因为它有高效率、高可靠性。结构方面有平板型的，方形和圆筒型直线电机，磁路方面，有槽的和无槽的选择要结合应用到底是点对点的，还是做扫描的。磁通的话，我们有纵向磁通，还有横向磁通的。

前面有这么多的种类和这么多的产品，每个都有它的应用。关于直线电机的应用，列举一些比较常见的，比如说轨道交通、半导体行业、数控机床、工业自动化、激光应用、电磁弹射、电磁轨道炮，虽然都是直线电机，但是概念不一样，设计理念也不一样。还有物流传送、立体车库，光学对准。大家都很关注的苹果12，这里面就有4个小的直线电机。海洋发电，还有燃烧发电，电动移门，这些属于比较高端的应用。

技术创新案例

上面都是一些基本原理，今天的主题是创新。

创新的目的

创新第一个问题，我们不是为了创新而创新。我们创新的目的，本质上是为了提高企业的竞争力。怎么样提高呢？

创新带来几个好处，提升了产品性能，降低了产品的成本。降低成本:比如说卖到欧洲市场的其中一个产品，通过工艺改进，成本降低一半。这时候同样价格卖出去，利润就降低了。产品性能提升:在同样体积条件下，进行电磁优化，可以把推力再提高30%，最终提升客户体验。

创新的驱动力，到底是什么推动我们创新

第一点就是科技的进步，这一点非常重要。直线电机在19世纪就提出了，为什么没有应用，因为我们有技术瓶颈。还有现在的永磁体，中国是永磁大国。以前我们是没有永磁体，大部分是用感应电机，所以这是科技带来的创新。

第二是市场变化，比如说中国市场越来越大，遇到疫情之类的突发事件，我们要跟随市场进行创新。

第三是应用要求，举例来说，手机速度越来越快，客户的要求越来越高，我们的应用就要使得加工设备越来越快，精度越来越高。

最后是政策导向，我们的新能源补贴，半导体政策等。

创新的思路

创新的级别，首先是颠覆性的创新，苹果出了第一款手机，大家觉得非常漂亮，大家都用这款手机。后面是改进型创新，比如说摄像头越来越快，屏幕越来越好，这也是创新。

第二个是创新的分类。我个人分为三类，第一个是原理创新。我们的基础科学。第二个是产品创新。第三个是应用创新，就是我们一线销售工作师、技术工程师结合客户的应用，我们用什么样的方案去匹配，这也是一个创新。

另外一个思路是讲究协同创新。光是驱动器的创新，或者是电机创新是不够的，需要整个产业链进行创新。我们和做电机的，做驱动和软件的一起来创新。

创新的投入与产出

创新需要有投入的，不是说又要马儿跑，又不让马吃草，不现实。我司三年研发投入占总营收比13%，本科以上学历是30%，硕士和博士越来越多。不计子类别，现在共有145种电机种类，平均每月研发新电机数量7.8个，获得国内外公开或授权专利62项。

创新案例

首先是原理方面的创新。电机是非常成熟的学科，但是现在还是有非常多人在研究电机，包括磁性齿轮电机，磁性丝杆等。齿轮箱是风机里面损害率故障相当高的部件，如果使用雌性齿轮的电机，就可以降低故障率，提高投入产出比。

还有超导电机，我在工业展会上看到工业平台出现，超导体越来越近了，还有我们的风力发电里面用到超导体。我们的高温超导还是需要液氮进行冷却的，这是科技瓶颈的限制，虽然目前还没有大规模应用，但我相信这是未来是比较有意思的研究方向。

关于应用创新。第一个是超级高铁，不知道大家是否熟悉。它的速度是达到1千公里/小时，这是相当恐怖的数字，它使用的是磁线电机驱动和真空管道，因为风阻特别大。多轿箱无绳电梯，是运用直线电机来推动的。以后寸土寸金，这个应用就非常具有价值和前景。

接下来讲比较具体一点的，比如说公司内部的创新达到什么样的效果？2004年之后，精度达到10微米就很厉害。现在达到0.5微米，未来达到纳米级别，光刻机的级别不会是非常远的数字。

直线电机最大优点是速度可以提高。比如说5米/秒比较快，但是有些电磁炮是需要40米/秒，这个就需要创新的电磁设计，包括动力系统、储能系统都需要进行创新。

加速度正常是10个g以内，现在大家都不满足了，需要更快，出品率要更高，现阶段是35g，以后可能做40g，我认为这个非常容易，只是看大家是否愿意配合做这个事情。

对于一些高精密的场合，温升不可能太高，5度以内。

速度波动，常规是1%的水平，有些非常精密的场合，需要千分之一，万分之一。不光是电磁，机械等，这些都需要进行创新。

图：演讲人雅科贝思精密机电(上海)有限公司电机研发经理印欣博士

最后我引用习大大的一句话结尾：创新是引领发展的第一动力，抓创新就是抓发展，谋创新就是谋未来。

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