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國產伺服加速替代進口,核心零部件還需更加完善

2018-01-02 武漢邁信電氣技術有限公司

我們都知道,工業機器人的“三大”核心部件包括伺服電機、減速器和控制器,這也是制約我國機器人發展的重要瓶頸。今天咱們重點談一談工業機器人的伺服電機市場及進口替代。


電動伺服驅動系統是工業機器人的必不可少的關鍵零部件,是利用各種電機產生的力矩和力,直接或間接地驅動機器人本體,以獲得機器人的各種運動的執行機構,通常由伺服電機以及伺服驅動器組成。除了可以進行速度與轉矩控制外,伺服系統還可以進行精確、快速、穩定的位置控制。


伺服電機是指在伺服系統中控制機械元件運轉的發動機,是一種補充馬達間接變速裝置,它將電壓信號轉化為轉矩和轉速,以驅動控制對象,可使控制速度、位置精度非常準確,是工業機器人的動力系統以及機器人運動的“心臟”。


邁信電氣的伺服電機和伺服驅動器產品


伺服電機一般安裝在機器人的“關節”處,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。


工業機器人對關節驅動電機的要求非常嚴格,交流伺服電機在工業機器人中得到了廣泛應用。



工業機器人對伺服電機的嚴格要求體現在:


1. 快速響應性,電伺服系統的靈敏性愈高,快速響應性能愈好。


2. 起動轉矩慣量比大,在驅動負載的情況下,要求機器人的伺服電機的起動轉矩大,轉動慣量小。


3. 控制特性的連續性和直線性,隨著控制信號的變化,電機的轉速能連續變化,有時還需轉速與控制信號成正比或近似成正比,調速范圍寬,能使用于1:1000~1:10000的調速范圍。


4. 體積小、質量小、軸向尺寸短,以配合機器人的體形。


5. 能經受住苛刻的運行條件,可進行十分頻繁的正反向和加減速運行,并能在短時間內承受數倍過載。


交流伺服驅動器因其具有轉矩轉動慣量比高、無電刷及換向火花等優點,在工業機器人中得到廣泛應用。


《2015-2019年全球工業機器人伺服電機行業報告》預計到2019年,中國市場對伺服電機的需求將達到18.2萬臺。


目前,國內伺服電機高端市場主要被國外知名企業所占據,主要來自日本和歐美,未來國產替代空間很大。有統計數據顯示,國外品牌占據了中國交流伺服市場80%左右的市場份額。


其中,日系產品以50%左右的市場份額居首,其著名品牌包括松下、三菱電機、安川、三洋和富士等等(其中,前三名分別為松下、三菱電機和安川,總份額約占45%),以西門子、博世和施耐德為代表的歐系品牌占據國內伺服電機的高端市場,整體市場份額在30%左右,國內企業整體份額不足10%。日系產品的特點是技術和性能水平比較符合中國用戶的需求,以良好的性價比和較高的可靠性獲得了穩定且持續的客戶源,在中小型OEM市場上尤其具有壟斷優勢。



未來5年,我國伺服系統行業受益于產業升級的影響,將保持較快增長,國產替代空間還很大。當前,我國伺服電機自主配套能力已現雛形,產品功率范圍大多在22kW以內,技術線上與日系產品接近,較大規模的伺服品牌有20余家,主要有南京埃斯頓自動化股份有限公司、廣州數控設備有限公司等。


近幾年,國產伺服產品的進口替代正在加速進行。起步相對較早的國產變頻器已經在OEM市場取得較好成績,而國產伺服產品技術正在不斷進步。有分析機構認為,中國伺服產品未來有望復制國產變頻器的發展路線,在OEM進口替代市場取得較大突破。


2010年至今,我國伺服系統的的國產替代開始進行。部分廠家加大推出新一代伺服產品,性能得到大幅提高,市場認可度在逐漸提升。在機床和機械手等自動化設備的應用中,國產伺服系統的進口替代正在加速進行。


有專家表示,伺服電機的核心技術之一是信號接插件的可靠性。國產伺服需要繼續改進,而且接插件的小型化、高密度化也是趨勢,與伺服電機本體的集成設計是個很好的做法,目前日系的伺服電機很多就是這樣設計的,方便安裝、調試、更換。


高精度的編碼器也是伺服電機的核心技術之一,尤其工業機器人上用的多圈絕對值編碼器,目前嚴重依賴進口。高精度編碼器未實現國產化,是制約我國高檔伺服系統發展的重要瓶頸之一。編碼器的小型化也是伺服電機小型化繞不過去的核心技術。縱觀日系伺服電機產品的更迭,都是伴隨著電機磁路和編碼器的協同發展升級。


另外,國內的伺服系統的基礎性研究缺失,包括絕對值編碼器技術、高端電機的產業化制造技術、生產工藝的突破、性能指標的實用性驗證和考核標準的制定等等。這些都需要國內機器人行業的核心零部件企業去完善。


當前,中國機器人產業處于大變革時代,需要快速創新整合,而機器人作為一種高新技術,是推動產業發展的重要支持手段。作為機器人中用作執行單元,伺服電機是影響機器人工作性能的主要因素。因此,在國內機器人技術的自主研發方面,我國還需加大對關鍵技術的投入和研發,提高零部件自給率,整合現有研發資源,盡快形成一批技術研發實驗室、工程中心、企業技術中心、整機及關鍵零部件檢測中心等,同時,培育自主知識產權品牌,將國內工業機器人產業做大做強。


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