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伺服电机市场规模和格局分析

时间:2024-02-22

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导语:伺服电机作为现代工业装备中的核心部件,其市场地位日益凸显。本文重点介绍了伺服电机的概况、市场规模和格局及伺服电机未来发展趋势。

  伺服电机作为现代工业装备中的核心部件,其市场地位日益凸显。本文重点介绍了伺服电机的概况、市场规模和格局及伺服电机未来发展趋势。

  一、伺服电机概况

  伺服电机servo motor

  “伺服”一词源于希腊语“奴隶”的意思。伺服英文为 servo,指系统跟随外部 指令进行人们所期望的运动,实现对位置、速度、加速度和力矩的精准控制。 “伺服电机”可以理解为绝对服从控制信号指挥的电机:在控制信号发出之前,转子静止不动;当控制信号发出时,转子立即转动;当控制信号消失时,转子能即时停转。 伺服电机是工业自动化行业中应用最广的电机。伺服电机具有响应速度快、精度高、加减速度快、速度不受负载影响等优点,且转速范围宽、高速性能好、低速运行平稳,同时抗过载能力强,能承受3倍于额定转矩的负载,适用于对有瞬间负载波动和要求快速起动的场合。 伺服电机是一种能够将电能转化为机械能的装置,它可以精确地控制速度和位置,具有反应快速等特点,通常被应用在自动控制系统中执行元件,是伺服系统中的重要组成部分。

  

伺服电机内部结构

  伺服电机的内部结构

  伺服电机的内部结构:伺服电机主要由定子和转子构成。定子上有两个绕组,励磁绕组和控制绕组。其内部的转子是永磁铁或感应线圈,导磁材料,转子在由励磁绕组产生的旋转磁场的作用下转动。同时伺服电机自带编码器,驱动器实时的接受到编码器的反馈信号,再根据反馈值与目标值进行比较来调整转子转动的角度。由此可见,伺服电机的控制精确度很大程度决定于编码器的精度。

伺服电机工作原理

  伺服电机的工作原理

  伺服电机主要由伺服驱动器、电动机和其他相关部件组成。伺服马达用来提供动力,而伺服控制器则负责调整输出速度和位置,并将其转化为电信号发送给执行机构。

  

伺服电机工作原理.gif

  伺服电动机通常由两部分组成:一组感应电动机,另一组是被称为转子的飞轮。当转子旋转时,产生电磁场,带动另一个被称为马达的小型机械零件工作。转子上有两个不同的线圈,它们与吸盘连接在一起。吸盘会把转子上面的线缠绕起来,使整个马达看起来像一把剑。齿轮装置使得转子旋转顺畅,同时也限制了噪音。

伺服电机

  伺服电机的分类

  伺服电机分为直流和交流伺服电动机。 1)直流伺服电机分为有刷和无刷电机: ①有刷电机成本低,结构简单,启动转矩大,调速范围宽,控制容易,需要维护,但维护方便(换碳刷),产生电磁干扰,对使用环境有要求(无尘、易爆环境不宜),通常用于对成本敏 感的普通工业和民用场合; ②无刷电机体积小重量轻,出力大响应快,速度高惯量小,力矩稳定转动平滑,控制复杂,智能化,电子换相方式灵活,可以实现方波或正弦波换相, 电机免维护,高效节能,电磁辐射小,温升低寿命长,适用于各种环境。 2)交流伺服电动机又分为异步伺服电动机和同步伺服电动机。 交流伺服电机优点在于速度控制特性良好, 在整个速度区内可实现平滑控制,几乎无振荡,90%以上的高效率,发热少,高速控制,高精确度位置控制,额定运行区域内可实现恒力矩,惯量低,低噪音,无电刷磨损,免维护。 缺点在于控制较复杂,驱动器参数需要现场调整PID参数确定,需要更多的连线。高性能的伺服系统大多采用永磁同步交流伺服电动机,控制驱动器多采用快速、准确定位的全数字位置伺服系统。

伺服电机品牌

  二、伺服电机市场规模与格局

  伺服电机作为工业自动化的核心零部件,市场规模随产业自动化升级稳步增长。

  1)替代需求:在机床、纺织机械、印刷机械和包装机械等领域,伺服电机相比步进电机具有精 度、扭矩、过载等性能方面的优势,渗透率不断提升; 2)新增需求:工业机器人、电子智造装备等行业对精度性能要求较高,其迅速增长为伺服电机市场贡献较大增量。根据 Grand View Research 与 MIR 数据统计,2020年全球伺服电机市场规模367亿元,预计2026年有望达到539亿元。我国伺服电机起步较晚,尚处于成长阶段,2020年我国伺服电机市场规模149亿元,预计2026年有望达到225亿元。 伺服电机行业65%份额为外资品牌,高端市场基本被外资垄断。根据MIR数据,我国伺服电机竞争格局中外资品牌占65%,国产品牌占35%。根据前瞻产业研究院报告,目前主流品牌可分为欧系、日系和国产品牌等类别,其中欧系日系占据中高端市场,国产主要集中在中低端市场。

  ①欧系品牌占比20%:如西门子、伦茨、博世力士乐等,过载能力高、 动态响应好、驱动器开放性强,但价格昂贵、体积重量大; ②日系品牌占比45%:如安川、 三菱、松下等,品牌性能和价格相对低、体积小、重量轻、可靠性和稳定性强,但动态响 应能力较弱、开放性较差低,总体上性价比更高,最适合中端需求; ③国产伺服占比35%:如台湾台达、汇川技术、华中数控等,产品基本成熟,精度和可靠性较差,中小功率居多, 中低端伺服系统已实现大规模量产,但高端伺服系统尚未形成商品化和批量生产能力。

伺服电机市场份额.jpg

  汇川技术在国内市场份额第一,市占率15.9%,其次为日本安川(11.9%)、台湾台达(8.9%)、日本松下(8.8%)、日本三菱(8.3%),CR5为53.8%,集中度较高。 当前我国中低端伺服系统已经能够实现大规模量产,但高端伺服系统尚未形成商品化和批量生产能力,国内对精密伺服电机控制系统的需求主要依赖进口。机器人产业发展风生水起,随着扶持政策对机器人产业的推进,以及国产伺服技术的不断提升,我国伺服系统进口替代的步伐将加快。如下为大家盘点一下国内伺服电机行业知名厂家。

       三、伺服电机产业链

  作为生产磁性材料的主要原料——稀土,该原料和储量及产量均居世界第一,未来将保持长期宽松供给的状态。上游整体供给相对较为宽松。作为伺服系统必不可少的器件,编码器、传感器受国家政策支持,关键技术取得不断突破。但随着原材料价格的上涨,伺服企业生产制造成本随着上升。 (1)上游为稀土磁材、电子零部件等材料。 (2)中游为伺服系统制造,包括伺服电机、伺服驱动器、数控系统。 (3)下游广泛应用于医疗器械、机器人、汽车制造、工业等领域。

  

  四、中国伺服电机行业展望

  随着时代的不断发展,伺服电机作为重要的动力元件,在机械和电子行业中得到了广泛的应用。根据市场需求和技术发展,伺服电机的发展趋势也会紧跟时代的潮流,未来的发展趋势是:

  1、采用高效功率驱动电路 高效功率驱动电路具有低功耗、高可靠性和稳定性,能够满足各种应用领域的高性能要求,是伺服电机未来发展的重要方向。 2、发展低噪声伺服电机 由于伺服电机无法完全避免噪音,所以发展低噪声伺服电机无疑是企业技术发展中的热点。企业将努力改善结构设计,研发一系列低噪声伺服电机,以满足不同应用场合的需求,提高伺服电机的适应性。 3、发展高性能伺服电机 主流的伺服电机功率不断提高,加上智能控制系统,伺服电机的精度、响应速度和稳定性也得到了显著的改善。未来进一步研究市场需求和技术发展,企业将发展更高性能的伺服电机,从而满足市场的需求。 4、研发更加节能的伺服电机 伺服电机直接耗费的大部分能量是电能,一般情况下,电动机只能转换50%的电能为机械能,其余50%损失为热能。

  伺服系统一般由驱动器、电机、编码器构成。伺服系统属于工业自动化控制产品,技术难点主要在于是否具备自调整功能、伺服驱动器响应速度、电磁设计技术等方面,由于集成度高、产品设计和工艺复杂,需要长时间的经验积累才能生产出可靠性和稳定性高的产品。

  ①伺服驱动器(指令装置)属于驱动层,又称“伺服控制器”、“伺服放大器”,一般通过位置、速度和力矩三种方式对伺服电机 进行控制,实现高精度的传动系统定位;改变控制电压可以变更伺服电机的转速及转向。

  ②伺服电机属于执行层,伺服电机在自动控制系统中作为执行元件,把输入的电压信号变 换成转轴的角位移或角速度输出。

  ③编码器(反馈装置)通常内置在伺服电机末端,用来 测量电机的转角、转速和位置,对控制精度具有关键作用。驱动器根据反馈值与目标值进 行比较,调整转子转动的角度,达到伺服控制的目的。

  香磁磁业生产的磁编码器磁环产品精度高,在工业自动化设备和过程控制、机器人技术、医疗设备、能源、航空航天等领域广泛应用。磁编码器磁环提供基于位置、速度、距离和方向等基本数据,在优化伺服系统的性能中发挥重要作用。


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