伺服電機的概述及分類

伺服電動機又稱執行電動機，在自動控制系統中，用作執行元件，把收到的電信號轉換成電動機軸上的角位移或角速度輸出，分為直流和交流伺服電動機兩大類，交流伺服電動機又分為非同步伺服電動機和同步伺服電動機。

無論是伺服還是調速領域，目前交流系統正在逐漸代替直流系統。與直流系統相比，交流伺服電機具有高可靠性、散熱好、轉動慣量小、能工作於高壓狀態下等優點。因為無電刷和轉向器，故交流私服系統也成為無刷伺服系統，用於其中的電機是無刷結構的籠型非同步電機和永磁同步型電機。

直流伺服電機分為有刷和無刷電機

  • 有刷電機成本低，結構簡單，啟動轉矩大，調速範圍寬，控制容易，需要維護，但維護方便（換碳刷），產生電磁干擾，對使用環境有要求，通常用於對成本敏感的普通工業和民用場合；
  • 無刷電機體積小重量輕，出力大響應快，速度高慣量小，力矩穩定轉動平滑，控制複雜，智能化，電子換相方式靈活，可以方波或正弦波換相，電機免維護，高效節能，電磁輻射小，溫升低壽命長，適用於各種環境。

不同類型伺服電機的特點

直流伺服電機的優點和缺點 優點：速度控制精確，轉矩速度特性很硬，控制原理簡單，使用方便，價格便宜。

缺點：電刷換向，速度限制，附加阻力，產生磨損微粒（無塵易爆環境不宜）

交流伺服電機的優點和缺點 優點：速度控制特性良好，在整個速度區內可實現平滑控制，幾乎無振蕩，90%以上的高效率，發熱少，高速控制，高精確度位置控制（取決於編碼器精度），額定運行區域內，可實現恆力矩，慣量低，低噪音，無電刷磨損，免維護（適用於無塵、易爆環境）。

缺點：控制較複雜，驅動器參數需要現場調整PID參數確定，需要更多的連線。

伺服電機的產業鏈結構

工業機器人的控制系統和自動化產品主要涉及伺服電機、減速機、控制器和感測器等。伺服電機是工業機器人的動力系統，一般安裝在機器人的「關節」處，是機器人運動的「心臟」。

目前，機器人的關節驅動離不開伺服系統，關節越多，機器人的柔性和精準度越高，所要使用的伺服電機的數量就越多。機器人對伺服系統的要求較高，必須滿足快速響應、高起動轉矩、動轉矩慣量比大、調速範圍寬，要適應機器人的形體做到體積小、重量輕、加減速運行等條件，且需要高可靠性和穩定性。目前，工業機器人使用的較多的是交流伺服系統。

伺服電機的市場規模

伺服電機競爭激烈，目前外資掌握話語權。伺服電機在機器人中用作執行單元，是影響機器人工作性能的主要因素。機器人行業應用最多的是交流伺服，約佔65%伺服電機。

伺服系統外資企業佔據絕對優勢。目前，在中國工業機器市場，主流的供應商包括，日本松下、安川、三菱，以及歐洲和美國的倫茨和博世力士樂。日系品牌憑藉良好的產品性能與極具競爭力的價格壟斷了中小型OEM(設備製造業)市場。近幾年，伺服系統市場TOP15廠商中，前三名均為日系品牌，總份額達到45%。西門子、博世、施耐德等歐系品牌佔據高端，整體市場份額在30%左右。國內企業整體份額低於10%左右。

當前我國中低端伺服系統已經能夠實現大規模量產，但高端伺服系統尚未形成商品化和批量生產能力，國內對精密伺服電機控制系統的需求主要依賴進口。機器人產業發展風生水起，隨著扶持政策對機器人產業的推進，以及國產伺服技術的不斷提升，我國伺服系統進口替代的步伐將加快。

中國伺服電機產量分析

數據來源新材料在線

控制器和伺服系統關聯緊密，用戶選擇的排序分別是可靠穩定性、價格、服務，從服務和性價比入手是國內企業突破的方向。但這需要對運動控制領域長期深入的研究，大量資金投入和長時間的市場驗證，對技術、資金、人才要求都較高，國內上市公司如新松、新時達、匯川技術、廣州數控、埃斯頓等具備類似的條件。

伺服電機的知名企業

倫茨

倫茨(LenzeAG)是德國前沿的工業創新型企業之一，在全球擁有約3200名員工。在德國大約有300名員工從事研發工作。主要側重於用於機械和電子驅動的產品、解決方案、系統和服務。公司的總部位於德國哈梅林，於1947年由漢斯倫茨成立。

倫茨的產品範圍包括變頻器、伺服驅動器、減速機、電機、制動器和離合器。此外，它還採用集成了軟體、可視化和控制，以及系統工程、耦合技術和服務的自動化解決方案。

倫茨MCS同步伺服電機

倫茨MCS 同步伺服電機用於可精確控制的運動，轉矩範圍從 0.5 至190 Nm (0.25 至 15.8 kW)，尤其適用於高動態性高精度及最小尺寸要求的應用狀況。具有高過載能力，高旋轉加速度，採用插件技術，快速安裝，簡易適用。電子銘牌，易於調試。

博世力士樂

博世力士樂（BoschRexroth）是全球領先的傳動與控制技術專家，致力於為各類機械和系統設備提供安全、精準、高效以及高性價比的傳動與控制技術。公司融合全球的應用經驗，研發創新的產品，為行走機械、機械應用與工程、工廠自動化及可再生能源每一個細分市場的客戶量身定製系統解決方案及服務。博世力士樂同時為客戶提供各種液壓、電子傳動與控制、氣動、齒輪、線性傳動及組裝技術。公司業務遍及全球80多個國家，擁有37500多名專業員工，2012年全球的銷售額近65億歐元。

博世力士樂MSK同步伺服電機

MSK 系列電機顯著特點就是功率範圍較寬，尺寸大小分級很細。這些同步伺服電機具有高扭矩密度，最大扭矩可達495 Nm(自冷卻)。根據所需的精度水平，提供兩種型號的編碼器。此外，還具備鍵槽、制動閘等各種附加選件，同心度增大、IP65防護等級等，使系統可與風扇、水冷裝置和 ATEX配合使用。

安川

安川電機是世界一流的傳動產品製造商。安川電機（中國）有限公司是有近100年歷史的，日本安川電機株式會社全額投資的外商獨資企業，於1999年4月在上海註冊成立，註冊資金3110萬美金。經營範圍：安川品牌的變頻器、伺服電機、控制器、機器人、各類系統工程設備、附件等機電一體化產品。

安川電機是運動控制領域專業的生產廠商，是日本第一個做伺服電機的公司，其產品以穩定快速著稱，性價比高，是全球銷售量最大，使用行業最多的伺服品牌。從一般工業用機械到半導體、電子零部件製造設備，安川都能提供適合於各種用途的最匹配的伺服、控制器產品。

安川∑-Ⅴ系列伺服電機

安川∑-Ⅴ系列(旋轉型)伺服電機，具有配線可靠、防油、防塵等優點，放大器響應性高，大大縮短了整定時間，為其公司以往產品的1/12。通過增加和改進振動抑制功能，可提高跟隨性能並縮短整定時間。另外還能減少驅動時的振動(音)以及停止時機械前端的振動，通過組合中慣量電機來提高機械性能。

西門子

西門子是世界上最大的電氣和電子公司之一，歷經150年來常盛不衰，其營業收入在2003年列財富500強第21位，在電子電氣類公司中更是名列榜首。西門子是一家大型國際公司，公司的業務主要集中於6大領域：信息和通訊、自動化和控制、電力、交通、醫療系統和照明。

西門子工業業務領域能夠提供全球獨一無二的自動化技術、工業控制和驅動技術以及工業軟體，能夠滿足生產企業的所有需求，涵蓋整個價值鏈——從產品設計和開發，到產品生產、銷售和服務。

西門子 1FT7 伺服電機

1FT7電機是適用於高性能應用的緊湊型同步電機，滿足精度、動態特性、轉速設定範圍以及防護等級和堅固性等方面的嚴格要求。配有最新的編碼器技術，針對同西門子的全數字式驅動與控制系統一起使用進行了優化。冷卻方式分為自然冷卻、外部冷卻或水冷卻。

新時達

上海新時達電氣股份有限公司是專業研發生產銷售工業控制、傳動控制、運動控制和機器人產品並服務於全球的高新技術企業，創立於1995年。

自創立以來，新時達始終致力於產業自動化控制產物的研發、製造和銷售。基於自身在運動控制和驅動規模的研究成就，新時達確定了運動控制和產業機器人的業務成長偏向。機器人是產業自動化控制的最高端產物之一，是最具有代表性的控制、驅動、執行一體化產物，新時達研發樂成基於乙太網匯流排技術的高性能嵌入式運動控制器和伺服系統等為機器人產物的市場迅速推廣提供了技術實現平台。

華中數控

武漢華中數控股份有限公司創立於1994年，具有自主知識產權的伺服驅動和主軸驅動裝置性能指標達到國際先進水平，自主研製的5軸聯動高檔數控系統已有150多台在汽車、能源、航空等領域成功應用。公司研製的60多種專用數控系統，應用於紡織機械、木工機械、玻璃機械、注塑機械以及雷達、火炮等武器裝備。公司紅外熱像儀產品已廣泛應用於鋼鐵、能源、化工、醫療等行業。

廣州數控

廣州數控設備有限公司--中國南方數控產業基地，國內技術領先的專業成套機床數控系統供應商。主營業務有：數控系統、伺服驅動、伺服電機研發生產，數控機床連鎖營銷、機床數控化工程，工業機器人、精密數控注塑機研製，數控高技能人才培訓。

南京埃斯頓

埃斯頓自動化公司成立於1993年，是國內高端智能機械裝備及其核心控制和功能部件製造業領軍企業之一。

產品包括金屬成型機床數控系統、電液伺服系統、交流伺服系統和工業機器人等，伺服系統收入佔總收入的40%左右，售後服務方面具備一定的優勢，同時產品功能比較豐富。

伺服電機行業的發展趨勢

  • 數字化：數字控制技術取代模擬控制電路在伺服系統中是一種必然趨勢；
  • 智能化：智能化主要是指伺服驅動器智能化；
  • 簡易化：簡易化不是簡單，而是精簡，是根據用戶情況，將用戶使用的伺服功能予以強化，使之專而精，而將不使用的一些功能予以精簡，從而降低伺服系統的成本，為客戶創造更多的收益，嘗試從客戶的實際需求出發，形成簡易模塊化編程操作，使用戶使用簡便快捷。
  • 網路化：即構建網路型、匯流排型私服系統。現場匯流排是一種應用於生產現場，在現場設備之間、現場設備和控制裝置之間實行雙向、串形、多節點的數字通訊技術，構建匯流排型伺服是實現工業物聯網的必要途徑之一。
  • 高效化：伺服系統將會採用更精度的編碼器，提高系統的採樣精度，同時提高伺服驅動器的產品性能，不斷優化逆變器驅動電路，提供更快數據處理速度和伺服系統的加減速性能。

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