2013-2017年中國伺服電機行業新趨勢探析

    一、中國伺服電機行業發展走勢分析

    作為數控系統的重要功能部件，伺服電機的性能直接影響著數控系統性能的發揮。而國內數控系統生產企業采用的伺服電機大多數來自國外知名企業。如果在伺服電機這塊市場進行深耕，國內數控系統的發展還會更進一步。

    伺服電機是機床數控系統的重要組成部分，交流伺服系統也已在很大范圍內取代了直流伺服系統，同時，軟件控制也逐漸取代硬件控制，成為伺服技術發展的趨勢。目前，國內大部分數控系統生產企業仍需要進口伺服電機，這無疑增加了機床數控系統的成本。伺服系統承擔著反饋信號的任務，性能好壞直接決定著數控系統的整體質量。

    至于目前國內數控系統使用電機的現狀，如果功能部件產業不形成規模化的發展，數控產品的可靠性、價格以及機床整機的質量都不會提高。目前國內也出臺了相關政策，強調以市場需求為導向，以數控終端產品為主，以整機帶動數控產業的發展，并重點解決數控系統和相關功能部件的可靠性和生產規模問題。所以，伺服電機作為數控系統的重要功能部件，其發展也必然得到進一步推動。在技術方面，直線電機驅動所占的比重會越來越大，所以直線電機驅動在高速、高精加工機床上的應用已進入加速增長期。

    國內數控系統生產企業要在政策上契合、技術上領先，這樣才能使國內機床數控系統功能部件得到更深層次的發展。同時，對于國內機床制造業也會起到極大的推動作用。

    二、中國伺服電機行業技術開發方向

    現代交流伺服系統，經歷了從模擬到數字化的轉變，數字控制環已經無處不在，比如換相、電流、速度和位置控制；采用新型功率半導體器件、高性能DSP加FPGA、以及伺服專用模塊(比如IR推出的伺服控制專用引擎)也不足為奇。國際廠商伺服產品每5年就會換代，新的功率器件或模塊每2～2.5年就會更新一次，新的軟件算法則日新月異，總之產品生命周期越來越短。總結國內外伺服廠家的技術路線和產品路線，結合市場需求的變化，可以看到以下一些最新發展趨勢。

    1、高效率化

    盡管這方面的工作早就在進行，但是仍需要繼續加強。主要包括電機本身的高效率比如永磁材料性能的改進和更好的磁鐵安裝結構設計，也包括驅動系統的高效率化，包括逆變器驅動電路的優化，加減速運動的優化，再生制動和能量反饋以及更好的冷卻方式等。

    2、直接驅動

    直接驅動包括采用盤式電機的轉臺伺服驅動和采用直線電機的線性伺服驅動，由于消除了中間傳遞誤差，從而實現了高速化和高定位精度。直線電機容易改變形狀的特點可以使采用線性直線機構的各種裝置實現小型化和輕量化。 　　•

    3、高速、高精、高性能化

    采用更高精度的編碼器（每轉百萬脈沖級），更高采樣精度和數據位數、速度更快的DSP，無齒槽效應的高性能旋轉電機、直線電機，以及應用自適應、人工智能等各種現代控制策略，不斷將伺服系統的指標提高。 　　•

    4、一體化和集成化

    電動機、反饋、控制、驅動、通訊的縱向一體化成為當前小功率伺服系統的一個發展方向。有時我們稱這種集成了驅動和通訊的電機叫智能化電機（Smart Motor），有時我們把集成了運動控制和通訊的驅動器叫智能化伺服驅動器。電機、驅動和控制的集成使三者從設計、制造到運行、維護都更緊密地融為一體。但是這種方式面臨更大的技術挑戰(如可靠性)和工程師使用習慣的挑戰，因此很難成為主流，在整個伺服市場中是一個很小的有特色的部分。 　　•

    5、通用化

    通用型驅動器配置有大量的參數和豐富的菜單功能，便于用戶在不改變硬件配置的條件下,方便地設置成V/F控制、無速度傳感器開環矢量控制、閉環磁通矢量控制、永磁無刷交流伺服電動機控制及再生單元等五種工作方式，適用于各種場合，可以驅動不同類型的電機，比如異步電機、永磁同步電機、無刷直流電機、步進電機，也可以適應不同的傳感器類型甚至無位置傳感器。可以使用電機本身配置的反饋構成半閉環控制系統，也可以通過接口與外部的位置或速度或力矩傳感器構成高精度全閉環控制系統。 　　•

    6、智能化

    現代交流伺服驅動器都具備參數記憶、故障自診斷和分析功能，絕大多數進口驅動器都具備負載慣量測定和自動增益調整功能，有的可以自動辨識電機的參數，自動測定編碼器零位，有些則能自動進行振動抑止。將電子齒輪、電子凸輪、同步跟蹤、插補運動等控制功能和驅動結合在一起，對于伺服用戶來說，則提供了更好的體驗。 　　•

    7、網絡化和模塊化

    隨著機器安全標準的不斷發展，傳統的故障診斷和保護技術（問題發生的時候判斷原因并采取措施避免故障擴大化）已經落伍，最新的產品嵌入了預測性維護技術，使得人們可以通過Internet及時了解重要技術參數的動態趨勢，并采取預防性措施。比如：關注電流的升高，負載變化時評估尖峰電流，外殼或鐵芯溫度升高時監視溫度傳感器，以及對電流波形發生的任何畸變保持警惕。 　　•

    8、從故障診斷到預測性維護

    隨著機器安全標準的不斷發展，傳統的故障診斷和保護技術（問題發生的時候判斷原因并采取措施避免故障擴大化）已經落伍，最新的產品嵌入了預測性維護技術，使得人們可以通過Internet及時了解重要技術參數的動態趨勢，并采取預防性措施。比如：關注電流的升高，負載變化時評估尖峰電流，外殼或鐵芯溫度升高時監視溫度傳感器，以及對電流波形發生的任何畸變保持警惕。 　　•

    9、專用化和多樣化

    雖然市場上存在通用化的伺服產品系列，但是為某種特定應用場合專門設計制造的伺服系統比比皆是。利用磁性材料不同性能、不同形狀、不同表面粘接結構（SPM）和嵌入式永磁（IPM）轉子結構的電機出現，分割式鐵芯結構工藝在日本的使用使永磁無刷伺服電機的生產實現了高效率、大批量和自動化，并引起國內廠家的研究。

    10、小型化和大型化

    無論是永磁無刷伺服電機還是步進電機都積極向更小的尺寸發展，比如20，28，35mm外徑；同時也在發展更大功率和尺寸的機種，已經看到500kW永磁伺服電機的出現。體現了向兩極化發展的傾向。 　　•

    11、其他動向

    發熱抑制、靜音化、清潔技術等。