機(jī)器人核心技術(shù)之控制電機(jī)的應(yīng)用

隨著國內(nèi)中高端制造業(yè)不斷發(fā)展，越來越多地需要使用伺服系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品制造高質(zhì)量和高精度的目的，這一需求促使國內(nèi)伺服系統(tǒng)市場呈現(xiàn)快速增長趨勢(shì)。伺服系統(tǒng)的基本組成部分包括電機(jī)、編碼器、驅(qū)動(dòng)器、控制器等。其中，伺服電機(jī)被稱為“工業(yè)機(jī)器人的心臟”，成本占比約35%，一般安裝在機(jī)器人的“關(guān)節(jié)”處，為工業(yè)機(jī)器人提供精準(zhǔn)的控制效果。伺服電機(jī)廣泛應(yīng)用于先進(jìn)制造業(yè)，替代需求+新增需求，推動(dòng)伺服市場規(guī)模穩(wěn)步增長。伺服電機(jī)在新興產(chǎn)業(yè)應(yīng)用規(guī)模也不斷增長。據(jù)工控網(wǎng)數(shù)據(jù)，2022年中國伺服電機(jī)市場規(guī)模達(dá)181億元，預(yù)計(jì)2023年中國伺服電機(jī)市場規(guī)模將增長至195億元。

伺服電機(jī)行業(yè)概覽

“伺服”表示電機(jī)在閉環(huán)控制系統(tǒng)中運(yùn)行，該系統(tǒng)使用來自編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器（通常集成到電機(jī)或安裝在電機(jī)上）的反饋來比較電機(jī)的實(shí)際位置、速度或扭矩與指令的差距，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)精確運(yùn)動(dòng)，屬于機(jī)器人核心技術(shù)之一。

伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)出信號(hào)給伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)伺服電機(jī)中的編碼器將伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)反饋給伺服驅(qū)動(dòng)器，伺服驅(qū)動(dòng)器再對(duì)信號(hào)進(jìn)行匯總、分析、修正。

伺服電機(jī)是執(zhí)行器，編碼器通常嵌入于伺服電機(jī)，用于測(cè)量運(yùn)動(dòng)參數(shù)和實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。

伺服電機(jī)通常有直流和交流伺服電動(dòng)機(jī)之分。

直流伺服電動(dòng)機(jī)，分為有刷直流伺服電機(jī)和無刷直流伺服電機(jī)。

交流伺服電動(dòng)機(jī)，包括同步型交流伺服電動(dòng)機(jī)及異步型交流伺服電動(dòng)機(jī)等。

直流無刷電機(jī)和交流伺服系統(tǒng)亦為控制電機(jī)的重要發(fā)展方向。

隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機(jī)也越來越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。

高性能的伺服系統(tǒng)大多采用永磁同步型交流伺服電動(dòng)機(jī)，控制驅(qū)動(dòng)器多采用快速、準(zhǔn)確定位的全數(shù)字位置伺服系統(tǒng)，如西門子、科爾摩根、松下、安川等。

伺服電機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈和市場格局

伺服電機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈涉及稀土磁材、電子元器件、伺服系統(tǒng)制造、機(jī)器人等。上游主要是稀土磁材和電子零部件等其他材料，稀土磁材是伺服電機(jī)制造過程中必需的重要原材料；中游除伺服電機(jī)制造以外，伺服系統(tǒng)還包括伺服驅(qū)動(dòng)器制造以及數(shù)控系統(tǒng)研發(fā)等環(huán)節(jié)。我國伺服系統(tǒng)市場主要分為日韓品牌、歐美品牌和國產(chǎn)品牌三大陣營，由于需要的技術(shù)水平較高，伺服系統(tǒng)市場一直為外資品牌主導(dǎo)。

近年來，國產(chǎn)伺服系統(tǒng)進(jìn)口替代的步伐加快，內(nèi)資品牌在伺服系統(tǒng)的崛起之勢(shì)愈發(fā)明顯。國產(chǎn)伺服電機(jī)在額定轉(zhuǎn)矩、負(fù)載特性和編碼器分辨率上已經(jīng)與國外主流廠商伺服電機(jī)技術(shù)水平相當(dāng)，伺服電機(jī)技術(shù)已達(dá)國際先進(jìn)水平。隨著國內(nèi)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，以匯川技術(shù)為代表的中國大陸企業(yè)在技術(shù)水平上不斷接近海外龍頭公司，匯川自主研發(fā)的編碼器已達(dá)到國際水平，其余中國大陸品牌也正在逐步追趕，國產(chǎn)替代加速。從市場占有份額看，除匯川技術(shù)外，其余為日本品牌安川、松下、三菱和臺(tái)灣品牌臺(tái)達(dá)份額較大。國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈布局廠商主要包括江特電機(jī)、江蘇雷利、雷賽智能、昊志機(jī)電等。

資料來源：行行查 隨著國產(chǎn)機(jī)器人廠商崛起，控制電機(jī)內(nèi)資份額逐年提升。國內(nèi)廠商通過引進(jìn)、消化吸收國際先進(jìn)技術(shù)等舉措，不斷加強(qiáng)伺服系統(tǒng)相關(guān)的技術(shù)研發(fā)和生產(chǎn)能力，逐漸打破了外資壟斷伺服市場的局面，國產(chǎn)替代進(jìn)一步加速，行業(yè)空間廣闊。