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金智创新:国产伺服电机发展迅速但据国际先进水平仍有差异

日期:2019-03-09 11:49

  伺服电机是工业机器人三大核心零部件之一。通常安装在机器人的“关节”处,是驱动工业机器人运动的核心元件。本文从伺服电机类型、性能、国内外伺服电机主要技术差距、国内外伺服电机主要产品等维度,对伺服电机技术进行了分析。

  伺服电机是类似马达的间接变速装置,相当于伺服系统中用于控制机械元件运转的发动机,能够实现电压信号向转矩和转速转换,能够调控速度和位置精度。

  伺服系统是一个脉冲发出及收回的闭合回路,通过统计伺服电机接收及反馈回来的脉冲数量控制电机精准转动。伺服需要依靠脉冲来实现精准定位,当伺服电机接收到1个脉冲信号时,电机旋转1个脉冲对应的角度,从而实现精准位移,精度可以达到0.001mm。伺服电机主要分为直流伺服电机和交流伺服电机两类。

  近年来,我国伺服电机发展迅速,但国内外伺服电机核心技术差距仍然显著。截至2017年,以松下、三菱、安川为代表的日系品牌,占国内伺服电机市场总份额达的45%,以西门子、博世、施耐德等欧系品牌占据高端市场,整体市场份额约30%,美国品牌市场份额占比约15%,国产伺服电机市场份额占比不足10%。

  截至2019年年初,我国工业机器人伺服电机自主配套能力显著提升。现阶段我国大部分自主伺服电机产品功率在22kW以内,产品技术路线基本与日系伺服电机相似,目前国内外伺服电机生产商主要包括埃斯顿、汇川技术、数控设备、安川电机、发那科、松下、博乐士、西门子等。

  近年来,我国伺服电机发展迅速,但国内外伺服电机核心技术差距仍然显著。截至2017年,以松下、三菱、安川为代表的日系品牌,占国内伺服电机市场总份额达的45%,以门子、博世、施耐德等欧系品牌占据高端市场,整体市场份额约30%,美国品牌市场份额占比约15%,国产伺服电机市场份额占比不足10%。

  截至2019年年初,我国工业机器人伺服电机自主配套能力显著提升。现阶段我国大部分自主伺服电机产品功率在22kW以内,产品技术路线基本与日系伺服电机相似,目前国内外伺服电机生产商主要包括埃斯顿、汇川技术、数控设备、安川电机、发那科、松下、博乐士、西门子等。

  现阶段工业机器人对伺服电机产品的主要要求体现在以下几个方面:一是,工业机器人要求伺服电机必须具有迅速、高效的反应能力,这意味着从伺服电机接收到脉冲信号到伺服电机转子精确转动到对应的角度,需要在较短的时间内完成。脉冲信号指令传递时间越短,伺服电机转动的效率越高,工业机器人的快速反应能力越强;二是,伺服电机要具有较大的起动转矩、较小的转动惯量,才能有效驱动工业机器人实现负载运动;三是,由于工业机器人运转过程中,脉冲信号不断变化,为保证控制精度,伺服电机在实现控制功能的同时要保证连贯性和稳定性;伺服电机需要保证足够小的体积、足够小的质量、足够短的尺寸进而实现与机器形态的匹配;四是,工业机器人在运行过程中时长出现变向运转、加减速运行,能否在短时间内承受多倍过载是衡量伺服电机的重要指标。

  从上述工业机器人伺服电机要求的匹配程度来看,国内外伺服电机技术的差距及国内伺服电机未来需要突破的重点方向包括以下几方面:一是,相较于国外工业机器人伺服电机,我国工业机器人伺服电机通常尺寸较大、质量较高、外观比较粗糙,一方面导致国产伺服电机很难应用到高端工业机器人产品上,另一方面影响了国产伺服电机与工业机器人产品的匹配程度,因为大多数工业机器人产品对伺服电机尺寸有着严格的要求;二是,相较于国外工业机器人伺服电机,国产脉冲信号接收装置在稳定性能、接收效率方面需要不断改进,进而满足工业机器人产品对迅速反应能力的要求;三是,目前我国工业机器人伺服电机所使用的高精度编码器主要源于国外企业,突破多圈绝对值编码器、缩小编码器尺寸是我国工业机器人伺服电机领域需要突破的关键技术;四是,相对于国外工业机器人伺服电机,我国在高端电机量产化、生产工艺优化、性能指标及考核指标标准化方面存在一定程度的缺失。

  伺服电机是工业机器人的核心部件,我国自主工业机器人伺服电机技术发展迅速,核心技术领域突破显著,但在小型化、高精度、标准化等方面仍有较大的提升空间。

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