磁悬浮技术(英文:electromagnetic levitation,electromagnetic suspension)简称EML技术或EMS技术,是指利用磁力克服重力使物体悬浮的一种技术。悬浮技术主要包括磁悬浮、光悬浮、声悬浮、气流悬浮、电悬浮、粒子束悬浮等,其中磁悬浮技术比较成熟。

磁悬浮技术的系统,是由转子、传感器、控制器和执行器4部分组成,其中执行器包括电磁铁和功率放大器两部分。假设在参考位置上,转子受到一个向下的扰动,就会偏离其参考位置,这时传感器检测出转子偏离参考点的位移,作为控制器的微处理器将检测的位移变换成控制信号,然后功率放大器将这一控制信号转换成控制电流,控制电流在执行磁铁中产生磁力,从而驱动转子返回到原来平衡位置。因此,不

论转子受到向下或向上的扰动,转子始终能处于稳定的平衡状态。

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磁悬浮列车工作示意图

近年来,随着市场需求增长和技术创新升级,磁驱输送系统市场涌现出越来越多的中国公司身影。尽管智能输送系统国产厂家仍不算多,但他们的入场也在某种程度上预示着中国智造正在进阶的路上,具有里程碑意义。同时,这也为我国新的生产、制造方式带来了更多的想象空间。

国内厂家入局

严格意义上来说,目前市场上大多数产品名为“磁悬浮”输送系统的产品,本质是“磁驱”输送系统。的区别关键在于是否“悬浮”,即动子是否在完全不借助其他机械外力的情况下,仅使用电磁力来实现非接触式悬浮运动,从参数上来看即悬浮高度。

但从泛概念上来看,无论是磁悬浮平面输送系统,还是磁驱输送系统,都属于以电磁等技术为核心的智能输送系统产品范畴。2020-2023年,全球磁悬浮柔性输送线市场规模以年均26%的增幅快速增长,2023年全球市场规模首次超过10亿元。磁悬浮柔性输送线2019年在国内初步形成规模,2021-2022是行业的第一个爆发期,受疫情、项目周期等因素影响,部分项目订单延期到2023年交付,导致2023年迎来了产品交付的实际增长高峰。

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一、磁驱输送系统

磁驱输送系统,没有“悬浮高度”参数的是磁驱输送系统,以直线电机技术为核心,有直线、环形、接驳型、U型、L型等多种形态。

环形产品也称为磁驱环形线,在市面上较为常见。磁驱环形线是由多个动子组成的模组沿着设有导轨的环形轨道上进行单自由度的输送运动。磁驱输送系统可单独控制每个定子,使其实现异步移动。用一位业内人士的话来说,可以将磁驱环形线近似理解为铁路系统中的列车。

从全球市场情况来看,国外厂商仍然占据绝大多数市场份额。就当前而言,全球磁驱输送系统市场大致呈现出“2+1+N”的格局,倍福和罗克韦尔共同占据近一半的市场份额,ABB旗下的贝加莱位列第三,此外还有雅马哈、西门子与费斯托、博世力士乐、LS电气、雅科贝思等。

1)倍福

倍福(Beckhoff)是一家专注于自动化新技术的德资企业,创立于 1980 年,总部位于德国威尔市。作为全球自动化技术的驱动者,倍福定义了自动化领域的许多标准,是国际标准的制定者和推动者。公司所生产的工业 PC、现场总线模块、驱动产品和 TwinCAT 自动化软件构成了一套完整的、相互兼容的控制系统,可为各个工控领域提供开放式自动化系统和完整的解决方案。经过 40 年的发展和努力,倍福已在世界各地设立 30 多家分支机构,加上全球的合作伙伴,业务遍及 70 多个国家和地区。

其是市场上最早推出磁驱输送系统产品的玩家,早在2012年,就推出了首款磁驱柔性输送系统产品XTS,替代传统输送线。据了解,XTS磁驱柔性输送系统可以选用不同的圆弧电机模块,形成L型、U型、正方形等不同形状的产线,较传统输送线更加灵活、智能。XTS主要应用于食品、包装、医疗、日化等行业。

在粉针剂药品分装领域,倍福深刻洞察行业应用“痛 点”,他们在国内领先的专业粉针剂制药设备厂商——上海英华实业有限公司的粉针剂分装设备上,创新地导入了倍福XTS磁驱柔性输送系统,以替代传统的皮带输送系统,从而从根本上解决了粉针剂分装过程中倒瓶、定位不准、效率不高等难题,成功打造了具有国际领先水平的粉针剂分装标杆产线。

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国内的磁驱输送系统公司主要有果栗智造、大寰机器人、纵苇科技、凌翔磁浮、莫洛奇、烽禾升、云驰时代、中有精密、敏行智控、博众精工等。虽然国内企业起步稍晚,但以果栗为代表的国产企业凭借媲美国际品牌的产品迅速成长,中国品牌的份额呈现明显增长趋势,国内厂商更聚焦于打通锂电、3C、汽车、半导体等工业制造市场。

2)果栗智造

果栗智造技术股份有限公司成立于2015年,拥有实力雄厚的研发中心和制造中心,专注于磁悬浮驱动传输技术的研发与创新,是行业领先的智能柔性传输系统解决方案供应商。为最早一批推出磁驱输送系统的国产厂商之一,在2017年11月的第19届工博会上正式展出了首款“iTS智能柔性循环线”。据其官网显示,目前果栗智造已推出了环形、方形、圆形、变轨、水平接驳、上下接驳等多类型产品,主要应用于锂电、3C、医疗等行业,并且在CATL电芯外观检项目实现量产。

以方壳电芯组装线应用为例,果栗科技配合客户实现电芯传输工艺及设备升级,推出iLS高速物流传输线,整体效率翻倍提升,且可根据客户要求实现快速平稳传输物料、快速上下料等功能。

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3)大寰机器人

大寰机器人科技有限公司,是一家专注于为机器人与自动化行业提供电动夹爪与智能抓取方案的高新技术企业。大寰团队通过自主研发高性能伺服驱动器、力控抓取算法、通讯协议、机电一体化设计等,为国内外用户提供稳定、安全、简易集成和高性价比的产品,满足先进制造与精益生产的柔性化、智能化需求,提高抓取过程安全性与投资效益。

其在探索iFM智能柔性运动系统与工业机器人之间的配合可能性,主要针对激光焊接、激光扫描、拧螺丝、打磨检测场景。

在24年9月的工博会上正式推出了iFM 智能柔性运动系统,主要可用于锂电、3C电子、医疗、汽车、半导体、食品等行业。iFM 智能柔性运动系统最大速度为4m/s,最大加速度为4G,最高重复定位精度可达±5μm,可承载50kg以上的物体。

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大寰机器人此前在接受高工机器人调研时曾介绍道,当一个工站完成一个生产,即可直接通过传感器传达信息给下一个工站,有空位即可补上,节约了工艺时间。另外,iFM智能柔性运动系统的输送速度比传统输送线更快,解决了锂电、医疗设备等行业对生产节拍的核心诉求。

二、磁悬浮输送系统

相对于磁驱输送系统,有“悬浮高度”参数的就是磁悬浮平面输送系统。它以磁悬浮平面电机技术为核心,通过磁悬浮技术,无需减速机,也无需导轨等机械结构支撑,即可实现非接触式多自由度精密运动系统。磁悬浮等磁悬浮平面输送系统则可以近似理解为,在能够自由扩展的公路网络上自动智能地规划最优路线,并在多车道系统中实现自由的分流与合流的小车,有“悬浮高度”参数的是从磁悬浮平面输送系统。磁悬浮平面输送系统区别于传统的平面电机技术,它以磁悬浮平面电机技术为核心,通过磁悬浮技术,无需减速机,也无需导轨等机械结构支撑,即可实现非接触式多自由度精密运动系统。

磁悬浮智能柔性传输线由定子线圈、动子磁铁、控制器、驱动器、导轨、配套软件等构成。目前主要用于高端制造领域的产线生产环节,如锂电、3C电子、汽车、医疗、半导体、光伏等行业。

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磁悬浮平面电机“悬浮”于水平面

非接触式意味着零摩擦、零磨损,也就无需润滑,也不会产生污染,因而磁悬浮平面输送系统天生适用于食品、药品、化妆品、半导体等对洁净度要求较高的生产场景,磁悬浮平面电机技术早期被用于光刻机等超精密定位平台中。

相较于磁驱输送系统,磁悬浮平面输送系统无论是产品名称,还是产品形态,都给人更强的“黑科技”感觉。磁悬浮平面输送系统具有更高的控制技术门槛,对磁场的控制算法和工业通讯等技术的要求更高,是一项较早期的前沿科技产品。哪怕是PMI、贝加莱、倍福等国外头部厂商,他们的产品也是在近五年的时间里陆续推出的。

4)增广智能

增广智能科技有限公司‌是一家集研发、生产及销售于一体的国家级高新技术企业,专注于精密运动控制系统及执行器核心零部件的研发和生产。公司成立于2018年,总部位于广东省佛山市,并在深圳、苏州、上海设有分公司,主要从事精密运动控制技术的研发和应用‌。

增广智能通过自主研发掌握了精密运动控制核心技术,特别是SoftForce®高精度力量控制技术,并于2023年创立了“RM增广”品牌,RM是一款有别于传统电机或传统机械结构、创新灵活、智能强大的精密位移、柔性传输系统;2024年增广智能正式推出了第二代磁悬浮魔毯RM MagiFloater(RM-MFT),在国内开创了6自由度磁悬浮平面电机产品“先河”。磁悬浮魔毯悬浮高度0-10mm, 位置精度达±0.005mm,可以进行R轴倾斜旋转等方向的高速精准运动。

基于增广智能突破性的控制算法和运动控制技术,以及极具优势的主流工业总线通讯支持,RM磁悬浮魔毯利用高集成度的定子平面模块产生可精确调节的电磁场,使动子模块磁悬浮于定子之上,进行自由灵活的六自由度精准位移运动。高度集成化的设计不仅简化了机械机构设计和安装工作量,还显著缩小了设备的占地面积,可实现自由精准的位移传输和自适应精密装配、检测等工艺工序。

在3C、半导体等产线应用中,流水线不再局限于单向的传输,产线的“智能性”提升了,磁悬浮魔毯还可以实现柔性智能传输+主动精密装配、精密检测等复杂工艺,实现真正的智能生产。在日化行业,市场需求存在着极大不确定性,因而要求产线能够迅速响应需求变化。磁悬浮魔毯产线可以实现产能的灵活调度和快速转产,通过智能算法规划能自动计算每个动子的最优工艺路径,满足多品类产品混线生产需求等,帮助企业提高产线利用率,更好地应对市场的不确定性,同时降低库存成本和提高生产效率,磁悬浮魔毯与工业机器人的契合正在改变传统产线传输和装配检测等工艺的既有模式。

5)PMI

Planar Motor Inc.(简称“PMI”)成立于 2017 年,是磁悬浮 Planar Motors 的全球领导者。Planar Motor System 以其前所未有的灵活性、精确性、可重新配置性、可扩展性和可追溯性重新定义了智能生产线,为欧盟、亚洲和北美 十 多个国家和地区发明、设计、制造、销售和支持基于平面电机的智能输送系统。

PMI推出的Planar Motor System(中文:磁悬浮智能机器人系统)由一个或多个XBot(移动器)和一个由模块化Flyways(静态器)组成的固定表面构成。单个Xbot的负载范围从0.6到14.4kg,磁悬浮高度为0.4-4mm。每个XBot都是独立控制和悬挂的,能够以六个自由度运行。

据PMI官网显示,磁悬浮智能机器人系统中的动子悬浮于定子上方,无摩擦,无需任何润滑,也不会产生污染,适合食品、化妆品、药品制造等对洁净度要求较高的应用场景。此外,磁悬浮智能机器人系统达到了IP67&IP69K防水防尘等级,可以在环境恶劣的行业中进行作业。

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10月18日,上海平面魔方自动化有限公司(下文简称“平面魔方自动化”)正式成立,引人注意的是他的股东:天眼查官网显示,平面魔方自动化由加拿大磁悬浮平面电机研发制造商Planar Motor Inc.((下文简称“PMI”)全资控股,其法定代表人LU XIAODONG(鹿笑冬)同时也是PMI的总裁、联合创始人,他本人是麻省理工学院博士,曾获得曾获得国际生产工程学院的 F.W. Taylor奖和麻省理工学院的Carl G. Sontheimer奖等。

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2021年,ABB与PMI建立战略合作伙伴关系,全面升级贝加莱 B&R 的柔性设备方案,并将 PMI 的磁悬浮平面电机技术整合到其开放的柔性制造系统中,贝加莱推出的ACOPOS 6D产品正是基于PMI的平面磁悬浮技术,实现将带有集成永磁体的动子托盘悬浮在电磁电机定子模组表面上。

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与机器人共探新生产模式

不少智能输送系统领域的玩家都在探索智能输送系统与机器人的融合应用,实际落地案例也逐渐增多。

贝加莱将SuperTrak、ACOPOStrak等智能输送系统产品结合机器视觉、机器中心的机器人(MCR)和在CPG包装设备领域的优势,打造了“自适应制造”体系,改善产线的OEE。

此外,贝加莱的磁悬浮平面输送系统产品ACOPOS 6D已完全集成在贝加莱生态系统中。这意味着,ACOPOS 6D的动子托盘可以与伺服轴、机器人、轨道系统和机器视觉相机之间实现微秒级精度的同步。

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曾广智能借助磁悬浮魔毯高速灵活、精准多自由度的位移输送,以及特有的高力控精度,与各类机器人、末端执行器、视觉系统等相结合,不仅能大大简化产线的设备组成,自动补偿末端精度,还能提升产线利用率、调度能力和生产效率。3C、日化、医疗领域已有多条新型智能平面产线已经小批量交付,正在为大批量交付做冲刺。

相关人士表示:“磁驱输送系统与磁悬浮平面输送系统并非竞争关系,而是互补关系,不同的场景可以选择不同的输送系统来提升生产效率。对于整个工业自动化行业而言,两者都为更智能、更柔性的输送解决方案提供了方向。”

磁悬浮未来还将渗透至智能仓储物流、智能工程等领域。磁悬浮智能柔性传输线是新一代工业底盘技术,拥有极其广阔的市场前景。