2013-2017年中国伺服电机行业新趋势探析

    一、中国伺服电机行业发展走势分析

    作为数控系统的重要功能部件，伺服电机的性能直接影响着数控系统性能的发挥。而国内数控系统生产企业采用的伺服电机大多数来自国外知名企业。如果在伺服电机这块市场进行深耕，国内数控系统的发展还会更进一步。

    伺服电机是机床数控系统的重要组成部分，交流伺服系统也已在很大范围内取代了直流伺服系统，同时，软件控制也逐渐取代硬件控制，成为伺服技术发展的趋势。目前，国内大部分数控系统生产企业仍需要进口伺服电机，这无疑增加了机床数控系统的成本。伺服系统承担着反馈信号的任务，性能好坏直接决定着数控系统的整体质量。

    至于目前国内数控系统使用电机的现状，如果功能部件产业不形成规模化的发展，数控产品的可靠性、价格以及机床整机的质量都不会提高。目前国内也出台了相关政策，强调以市场需求为导向，以数控终端产品为主，以整机带动数控产业的发展，并重点解决数控系统和相关功能部件的可靠性和生产规模问题。所以，伺服电机作为数控系统的重要功能部件，其发展也必然得到进一步推动。在技术方面，直线电机驱动所占的比重会越来越大，所以直线电机驱动在高速、高精加工机床上的应用已进入加速增长期。

    国内数控系统生产企业要在政策上契合、技术上领先，这样才能使国内机床数控系统功能部件得到更深层次的发展。同时，对于国内机床制造业也会起到极大的推动作用。

    二、中国伺服电机行业技术开发方向

    现代交流伺服系统，经历了从模拟到数字化的转变，数字控制环已经无处不在，比如换相、电流、速度和位置控制；采用新型功率半导体器件、高性能DSP加FPGA、以及伺服专用模块(比如IR推出的伺服控制专用引擎)也不足为奇。国际厂商伺服产品每5年就会换代，新的功率器件或模块每2～2.5年就会更新一次，新的软件算法则日新月异，总之产品生命周期越来越短。总结国内外伺服厂家的技术路线和产品路线，结合市场需求的变化，可以看到以下一些最新发展趋势。

    1、高效率化

    尽管这方面的工作早就在进行，但是仍需要继续加强。主要包括电机本身的高效率比如永磁材料性能的改进和更好的磁铁安装结构设计，也包括驱动系统的高效率化，包括逆变器驱动电路的优化，加减速运动的优化，再生制动和能量反馈以及更好的冷却方式等。

    2、直接驱动

    直接驱动包括采用盘式电机的转台伺服驱动和采用直线电机的线性伺服驱动，由于消除了中间传递误差，从而实现了高速化和高定位精度。直线电机容易改变形状的特点可以使采用线性直线机构的各种装置实现小型化和轻量化。 　　•

    3、高速、高精、高性能化

    采用更高精度的编码器（每转百万脉冲级），更高采样精度和数据位数、速度更快的DSP，无齿槽效应的高性能旋转电机、直线电机，以及应用自适应、人工智能等各种现代控制策略，不断将伺服系统的指标提高。 　　•

    4、一体化和集成化

    电动机、反馈、控制、驱动、通讯的纵向一体化成为当前小功率伺服系统的一个发展方向。有时我们称这种集成了驱动和通讯的电机叫智能化电机（Smart Motor），有时我们把集成了运动控制和通讯的驱动器叫智能化伺服驱动器。电机、驱动和控制的集成使三者从设计、制造到运行、维护都更紧密地融为一体。但是这种方式面临更大的技术挑战(如可靠性)和工程师使用习惯的挑战，因此很难成为主流，在整个伺服市场中是一个很小的有特色的部分。 　　•

    5、通用化

    通用型驱动器配置有大量的参数和丰富的菜单功能，便于用户在不改变硬件配置的条件下,方便地设置成V/F控制、无速度传感器开环矢量控制、闭环磁通矢量控制、永磁无刷交流伺服电动机控制及再生单元等五种工作方式，适用于各种场合，可以驱动不同类型的电机，比如异步电机、永磁同步电机、无刷直流电机、步进电机，也可以适应不同的传感器类型甚至无位置传感器。可以使用电机本身配置的反馈构成半闭环控制系统，也可以通过接口与外部的位置或速度或力矩传感器构成高精度全闭环控制系统。 　　•

    6、智能化

    现代交流伺服驱动器都具备参数记忆、故障自诊断和分析功能，绝大多数进口驱动器都具备负载惯量测定和自动增益调整功能，有的可以自动辨识电机的参数，自动测定编码器零位，有些则能自动进行振动抑止。将电子齿轮、电子凸轮、同步跟踪、插补运动等控制功能和驱动结合在一起，对于伺服用户来说，则提供了更好的体验。 　　•

    7、网络化和模块化

    随着机器安全标准的不断发展，传统的故障诊断和保护技术（问题发生的时候判断原因并采取措施避免故障扩大化）已经落伍，最新的产品嵌入了预测性维护技术，使得人们可以通过Internet及时了解重要技术参数的动态趋势，并采取预防性措施。比如：关注电流的升高，负载变化时评估尖峰电流，外壳或铁芯温度升高时监视温度传感器，以及对电流波形发生的任何畸变保持警惕。 　　•

    8、从故障诊断到预测性维护

    随着机器安全标准的不断发展，传统的故障诊断和保护技术（问题发生的时候判断原因并采取措施避免故障扩大化）已经落伍，最新的产品嵌入了预测性维护技术，使得人们可以通过Internet及时了解重要技术参数的动态趋势，并采取预防性措施。比如：关注电流的升高，负载变化时评估尖峰电流，外壳或铁芯温度升高时监视温度传感器，以及对电流波形发生的任何畸变保持警惕。 　　•

    9、专用化和多样化

    虽然市场上存在通用化的伺服产品系列，但是为某种特定应用场合专门设计制造的伺服系统比比皆是。利用磁性材料不同性能、不同形状、不同表面粘接结构（SPM）和嵌入式永磁（IPM）转子结构的电机出现，分割式铁芯结构工艺在日本的使用使永磁无刷伺服电机的生产实现了高效率、大批量和自动化，并引起国内厂家的研究。

    10、小型化和大型化

    无论是永磁无刷伺服电机还是步进电机都积极向更小的尺寸发展，比如20，28，35mm外径；同时也在发展更大功率和尺寸的机种，已经看到500kW永磁伺服电机的出现。体现了向两极化发展的倾向。 　　•

    11、其他动向

    发热抑制、静音化、清洁技术等。