返回首頁 hi, 歡迎來到機器人在線 請登錄/ 免費注冊 訂閱郵件
有疑問,咨詢在線客服

揭秘國內外機器人伺服電機的發展現狀和技術瓶頸

時間:2019-12-12 來源:機器人在線 閱讀:951


作為國產機器人三大核心部件之一的伺服電機,一直是機器人行業的老道長談。


伺服電機(servo motor)是指在伺服系統中控制機械元件運轉的發動機,是一種補助馬達間接變速裝置。


伺服電機可使控制速度,位置精度非常準確,可以將電壓信號轉化為轉矩和轉速以驅動控制對象。伺服電機轉子轉速受輸入信號控制,并能快速反應,在自動控制系統中,用作執行元件,且具有機電時間常數小、線性度高、始動電壓等特性,可把所收到的電信號轉換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。


伺服電機分為直流和交流伺服電動機兩大類,其主要特點是,當信號電壓為零時無自轉現象,轉速隨著轉矩的增加而勻速下降。


伺服電機的發展現狀和市場展望


2015年,中國伺服電機市場規模已達到122億元,其中工業機器人占比8.7%,市場規模約為10.6億元。



工業機器人和數控機床的快速增長也在一定程度上刺激了伺服電機市場的發展。


目前,工業機器人用伺服電機的技術難點主要表現在以下幾個方面:


1、工作制與發熱


工業機器人一般運行在頻繁加速、啟停的情況下,由于這種特殊的運行方式’其伺服電機很大程度上受到了溫度的限制,不僅僅是額定轉矩點的溫度特性對工業機器人伺服電機來說很重要,整個運行空間的運行溫度由加減速轉矩與維持轉矩的工作制運行來決定。


2、轉動慣量


伺服電機的轉動慣量是伺服驅動中非常重要的關鍵點,在機械系統加速運行的時候,伺服電機不僅要提供給負載加速轉矩,而且要提供給自身加速轉矩,所以伺服電機的轉動慣量和系統的轉動慣量的配合十分重要。


3、轉矩質量


工業機器人伺服電機要求轉矩的平滑性,要求電機具有比較低的轉矩脈動以及較平穩的轉矩常數。平穩的轉矩常數通常需要伺服電機有比較高的抗飽和能力,而且要細致考慮鐵耗與摩擦損耗對轉矩常數的影響,一般需要合理精致的伺服電機電磁與結構的設計才能滿足轉矩質量要求。


4、高響應能力


工業伺服電機系統追求比較高的響應能力,影響伺服系統的響應能力的因素一般有電機轉動慣量、減速比、加減速轉矩、電機結構、控制策略等,高響應能力還與電機的發熱密切相關。


5、磁鋼退磁


為了使伺服電機具有高性能,目前普遍使用釹鐵硼永磁體來提供磁場,但它對溫度比較敏感,在高溫環境下容易發生不可逆退磁。工業機器人用伺服電機需要有高過載能力,更需要較高的電樞反應,因此轉子永磁體上感應出的渦流損耗通常很大,永磁體易升溫,所以對伺服電機的溫度計算和永磁體保護的要求比較高。


隨著工業機器人市場掀起熱潮,我國伺服系統與國外名牌企業的明顯差距已成為制約我國工業機器人產業的“瓶頸”。從技術上看,國產伺服電機主要有以下幾個缺陷:


1、外形普遍較長,外觀粗糙,很難應用在一些高檔機器人上面。尤其是在輕載6kg左右的桌面型機器人上,由于機器人手臂的安裝空間非常狹小,對伺服電機的長度有嚴格要求。


2、信號接插件的可靠性需要改進,而且需要朝小型化、高密度化以及與伺服電機本體的集成設計的方向設計,方便安裝、調試、更換。


3、另一個核心技術就是高精度的編碼器,尤其機器人上用的多圈絕對值編碼器,嚴重依賴進口,是制約我國高檔機器人發展的很大瓶頸。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。


4、缺失基礎性研究,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。


5、伺服系統各部分產業協同聯合不夠,導致伺服電機和驅動系統整體性能難以做好。


中國機器人產業正處于大變革時代。據知名行業數據機構IDC預測,到2020年,中國機器人市場規模將達到594億美元,中國市場將占全球機器人市場總量的30%以上。同時,目前中國已經取代德國,成為全球最大的數控機床市場,據政府相關報告,未來我國中高端數控機床市場仍將繼續保持增長,到2020年,我國數控機床行業的資產規模將到達2700億元。


《2015-2019年全球工業機器人伺服電機行業報告》顯示,2013年開始,中國成為世界最大的工業機器人市場,2014年,中國市場上伺服電機的銷量已飆升到全球伺服電機銷量的55%。


按Researchand Markets的預測,90%的工業機器人使用伺服電機,同時,每個工業機器人裝配的伺服電機都是平均量,那么以2014年中國所增加的231000臺伺服電機數量來考量,到2019年,中國的伺服電機需求量將有望達到737000臺。


面對這樣一塊大蛋糕,伺服電機行業內部競爭激烈。就國內情況而言,外資企業在電機市場上占據絕對優勢,其中日系品牌憑借良好的產品性能與極具競爭力的價格壟斷了中小型OEM(設備制造業)市場。2014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、施耐德等歐系品牌占據高端,整體市場份額在30%左右。國內企業整體份額低于10%左右。


國外知名代表性企業


倫茨(德國)


倫茨(lenze)是世界上著名的機電傳動產品制造商,主要產品有直流調速裝置、交流變頻器、交流伺服、各類電動機、小型傳動轉置、減速箱、變速器、制動器、離合器等。該公司現役的產品MCM同步伺服電機主打機器人市場,結構緊湊、負載與電機慣量比佳、外殼平滑、簡單易用,適合包裝、搬運等應用場景。


博世力士樂(德國)


博世力士樂(BoschRexroth)作為德國博世集團的全資子公司.是全球工業技術市場的領先供應商,在傳動和控制領域聲譽卓著。該公司旗下產品種類繁多,主要集中在高質量電控、液壓、氣動、機電一體化元件和系統等領域。


路斯特(德國)


路斯特(lust)隸屬于柯爾柏集團,專注于向機器人/機床制造業提供通用型、可編程型及多軸運動控制型伺服驅動產品及相關解決方案的生產和貿易性企業。 標準產品譜寬,涵蓋通用型、可編程型、多軸運動控制型,它們被廣泛的應用于各類產業機械和機床。


倍福(德國)


倍福(Beckhoff)基于PC的自動化新技術作為發展理念,所生產的工業PC、現場總線模塊、驅動產品和TwinCAT自動化軟件構成了一套完整的、相互兼容的控制系統,可為各個工控領域提供開放式自動化系統和完整的解決方案。


西門子(德國)


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,公司的業務主要集中于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。西門子的伺服電機種類豐富、結構緊湊,可實現卓越的動態特性和運行效率,性能等級全,安裝規格多樣。


SIMOTICS 1FT7永磁同步電機


歐系伺服特點是過載能力高,動態響應好,驅動器開放性強,且具有總線接口,包括現場總線、工業以太網甚至無線網絡技術。但價格昂貴,體積重量大。(目前的高速伺服總線雖大多為開放標準,但技術都被國際化大公司所掌控。尤其是基于工業以太網技術,如EtherCAT、 Profinet、 EtherNet/IP、SERCOS III等,在提升工業機器人專用交流伺服系統的高性能方面起到了舉足輕重的作用。德國公司Beckhoff推出的EtherCAT近年來發展勢頭迅猛,成為大多數高性能驅動系統首選的網絡標準,安川、倫茨等國外伺服廠商已將EtherCAT 總線,作為下一代產品的總線標準。)


松下(日本)


松下是一家大型跨國企業,經營產品涉及家電、數碼視聽電子、辦公產品、航空等諸多領域。松下旗下的松下電機主營電氣機電類服務,該公司推出的小型交流伺服電動機和驅動器頗受市場歡迎,其中大慣量系列適用于數控機床,中慣量系列適用于機器人(最高轉速為3000r/min,力矩為0.016~0.16N.m)。


安川(日本)


安川電機是世界一流的傳動產品制造商,也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、電子零部件制造設備,安川都能提供適合于各種用途的最匹配的伺服、控制器產品。


三菱(日本)


三菱不是一家獨立的公司,而是由眾多的獨立公司組成的團體,該公司涉足采礦、造船、銀行、保險、倉儲、貿易、紙、鋼鐵、玻璃、電氣設備、飛機、石油和房地產等諸多領域,是日本的工業巨頭。三菱電機一直致力于提高產品性能,FA產品陣容涵蓋在亞洲占主導地位的可編程控制器(PLC)、人機界面(HMI)、交流伺服系統、變頻器、工業機器人以 及低壓配電產品。


三洋(日本)


三洋是是日本松下旗下的電器公司,瞄準中端市場。2012年4月1日起,該品牌被停止營運。三洋的Denki交流伺服驅動系統是最早進入國內的伺服系統之一,以其卓越的性能高速精確靈活使用壽命長性價比高等特點聞名于世,可以實現不同控制方式的切換、全閉環控制、具有輸出檢測功能、自動濾波功能、實時自整定功能,廣泛應用于冶金高爐印刷機械、包裝機械、紡織機械、塑膠機械、醫療設備、自動化生產線等領域。


日系伺服電機價格相對低,體積小,重量輕。但缺點也很明顯,就是動態響應能力相對弱,開放性較差。


ELMO(以色列)


Elmo Motion Control是一家專業開發緊湊型、高功率伺服電機的企業,25年來一直致力于為各種惡劣工業環境設計了伺服驅動器,同時提供先進的網絡運動控制器和完整的運動控制解決方案。該公司號稱自己打造的是全球最好的伺服電機。


SERVOTRONIX(美的)


servotronix(高創)專注于運動控制領域業務,也是一家專業開發高性能伺服驅動器系列和運動控制解決方案的企業。該公司已被美的收購,未來將成為庫卡機器人伺服電機的主要供應商。


AMC(美國)


AMC(ADVANCED Motion Controls)是一家提供可靠和高性能運動控制系統的公司,創立于1987年,幾十年來一直保持小體量,只有300多名員工,其中40%是工程師。該公司的目標是成為最好的伺服公司,因此只生產伺服驅動領域的產品。依靠精湛的制造水平和先進的研發能力,近7年來,該公司客戶存留率高達91%。


COPLEY(美國)


和AMC一樣,Copley Controls也是一家專注于伺服驅動的公司,主要為廣泛的工業應用提供高性能運動控制解決方案,擁有超過25年的OEM合作經驗。該公司產品的應用領域主要有半導體、生命科學、自動化裝備、機器人、測試/測量以及COTS軍工等。


以上這幾家公司是伺服控制技術的領軍者,它們的產品雖然在市場上份額不大,但代表伺服控制的技術發展導向。


國內知名代表性企業


臺達(臺灣)


臺達是知名華人自動化品牌,在全球自動化領域占據獨特地位。90年代初期,臺達采取自主研發的方式,開始進軍工業自動化領域。基于其在電力電子領域的積累,臺達從變頻器產品起步,到后來PLC、伺服、HMI、CNC數控系統,再到基于PC-Based的PAC控制器、傳感器、機器視覺、工業機器人等全系列自動化產品,最后鎖定驅動、運動、控制三大領域。


士林(臺灣)


士林電機(shihlin)創立于1955年,主要開發重電、電裝、機器、自動化領域的相關產品。該公司和日本三菱合作密切,在廈門建有合資公司,據傳產品的用戶體驗與三菱電機不相上下。以士林SDH交流伺服系列為例,這系列電機采用臺灣最好的編碼器,響應速度全臺第一。


臺系品牌使用簡單,性能接近日系,但價格比日系品牌低廉,性價比高,在中低端市場發展較快。


匯川


深圳匯川主要從事自動化、新能源相關領域產品研發,是本土企業中伺服電機市場占有率最高的品牌。匯川在智能裝備、工業機器人領域推出了變頻器、伺服系統、控制系統、工業視覺系統、傳感器等核心部件及電氣解決方案等一系列工業自動化產品,目前已成為國內最大的中低壓變頻器與伺服系統供應商。匯川旗下幾款伺服電機都支持Ethercat以太網通訊協議。


固高


固高科技是國內技術領先的自動控制產品供應商,該公司自主研發的基于PC的開放式運動控制器、嵌入式運動控制器、網絡式運動控制器、計算機可編程自動化控制器產品與系統,綜合性能已達到了國際一流水平,填補了國內同行業的多項空白。固高主要為機器人運動控制提供系統。


華中數控


華中數控背靠中科大,研發能力出色,是國內最大的中高檔數控系列生產企業,旗下的車床伺服電機已達到國際中端水平。該公司的GK6、GK7全系列永磁同步交流伺服電機和GM7系列交流伺服主軸已實現批量生產,是目前全國唯一擁有成套核心技術自主知識產權和自助配套能力的企業。


廣州數控


廣州數控面向數控機床行業、自動化控制領域、注塑制品行業,是全國最大的機床數控系統研發廠商,突出優勢是產業鏈齊全、規模龐大。該公司的伺服系統主要用于機床、包裝機械等方面。


英威騰


2011年,英威騰收購御能動力,并把該品牌打造成了紡織機械伺服系統的細分龍頭。英威騰主要為紡織機械企業提供整體解決方案,并在業內提供系列型號最為全面的防止伺服系統,目前該公司的伺服產品在紡織機械、包裝機械、數控車床、點膠機、LED分光編帶機貼片機等機器上有廣泛應用,性價比較高。



埃斯頓


南京埃斯頓有十幾年生產和銷售交流全數字化通用交流伺服驅動器和電機的歷史,產品廣泛應用于各類數控機床和自動化設備。公司于2012年成功完成了863計劃重大專項“工業機器人交流伺服系統驅動器和電機開發”,擁有了自主品牌的機器人專用交流伺服系統。目前,公司所有機器人使用的交流伺服系統均為自產,實現了國產核心零部件的突破。公司還成功開發了機器人專用“一拖六”交流伺服系統,為研制更經濟高效的國產機器人提供了基礎。


好的文章,需要您的鼓勵

10

  • 最新文章
  • 精品案例
  • 現貨產品
延伸閱讀 熱門要聞

今晚生肖会开什么特马