伺服電機作為現(xiàn)代工業(yè)裝備中的核心部件，其市場地位日益凸顯。本文重點介紹了伺服電機的概況、市場規(guī)模和格局及伺服電機未來發(fā)展趨勢。

　　一、伺服電機概況

　　伺服電機servo motor

　　“伺服”一詞源于希臘語“奴隸”的意思。伺服英文為 servo，指系統(tǒng)跟隨外部 指令進(jìn)行人們所期望的運動，實現(xiàn)對位置、速度、加速度和力矩的精準(zhǔn)控制。 “伺服電機”可以理解為絕對服從控制信號指揮的電機：在控制信號發(fā)出之前，轉(zhuǎn)子靜止不動;當(dāng)控制信號發(fā)出時，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動;當(dāng)控制信號消失時，轉(zhuǎn)子能即時停轉(zhuǎn)。 伺服電機是工業(yè)自動化行業(yè)中應(yīng)用最廣的電機。伺服電機具有響應(yīng)速度快、精度高、加減速度快、速度不受負(fù)載影響等優(yōu)點，且轉(zhuǎn)速范圍寬、高速性能好、低速運行平穩(wěn)，同時抗過載能力強，能承受3倍于額定轉(zhuǎn)矩的負(fù)載，適用于對有瞬間負(fù)載波動和要求快速起動的場合。 伺服電機是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為機械能的裝置，它可以精確地控制速度和位置，具有反應(yīng)快速等特點，通常被應(yīng)用在自動控制系統(tǒng)中執(zhí)行元件，是伺服系統(tǒng)中的重要組成部分。

　　伺服電機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　伺服電機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：伺服電機主要由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成。定子上有兩個繞組，勵磁繞組和控制繞組。其內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵或感應(yīng)線圈，導(dǎo)磁材料，轉(zhuǎn)子在由勵磁繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的作用下轉(zhuǎn)動。同時伺服電機自帶編碼器，驅(qū)動器實時的接受到編碼器的反饋信號，再根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較來調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。由此可見，伺服電機的控制精確度很大程度決定于編碼器的精度。

　　伺服電機的工作原理

　　伺服電機主要由伺服驅(qū)動器、電動機和其他相關(guān)部件組成。伺服馬達(dá)用來提供動力，而伺服控制器則負(fù)責(zé)調(diào)整輸出速度和位置，并將其轉(zhuǎn)化為電信號發(fā)送給執(zhí)行機構(gòu)。

　　伺服電動機通常由兩部分組成：一組感應(yīng)電動機，另一組是被稱為轉(zhuǎn)子的飛輪。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，產(chǎn)生電磁場，帶動另一個被稱為馬達(dá)的小型機械零件工作。轉(zhuǎn)子上有兩個不同的線圈，它們與吸盤連接在一起。吸盤會把轉(zhuǎn)子上面的線纏繞起來，使整個馬達(dá)看起來像一把劍。齒輪裝置使得轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)順暢，同時也限制了噪音。

　　伺服電機的分類

　　伺服電機分為直流和交流伺服電動機。 1)直流伺服電機分為有刷和無刷電機： ①有刷電機成本低，結(jié)構(gòu)簡單，啟動轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維護(hù)，但維護(hù)方便(換碳刷)，產(chǎn)生電磁干擾，對使用環(huán)境有要求(無塵、易爆環(huán)境不宜)，通常用于對成本敏 感的普通工業(yè)和民用場合; ②無刷電機體積小重量輕，出力大響應(yīng)快，速度高慣量小，力矩穩(wěn)定轉(zhuǎn)動平滑，控制復(fù)雜，智能化，電子換相方式靈活，可以實現(xiàn)方波或正弦波換相， 電機免維護(hù)，高效節(jié)能，電磁輻射小，溫升低壽命長，適用于各種環(huán)境。 2)交流伺服電動機又分為異步伺服電動機和同步伺服電動機。 交流伺服電機優(yōu)點在于速度控制特性良好， 在整個速度區(qū)內(nèi)可實現(xiàn)平滑控制，幾乎無振蕩，90%以上的高效率，發(fā)熱少，高速控制，高精確度位置控制，額定運行區(qū)域內(nèi)可實現(xiàn)恒力矩，慣量低，低噪音，無電刷磨損，免維護(hù)。 缺點在于控制較復(fù)雜，驅(qū)動器參數(shù)需要現(xiàn)場調(diào)整PID參數(shù)確定，需要更多的連線。高性能的伺服系統(tǒng)大多采用永磁同步交流伺服電動機，控制驅(qū)動器多采用快速、準(zhǔn)確定位的全數(shù)字位置伺服系統(tǒng)。

　　二、伺服電機市場規(guī)模與格局

　　伺服電機作為工業(yè)自動化的核心零部件，市場規(guī)模隨產(chǎn)業(yè)自動化升級穩(wěn)步增長。

　　1)替代需求：在機床、紡織機械、印刷機械和包裝機械等領(lǐng)域，伺服電機相比步進(jìn)電機具有精 度、扭矩、過載等性能方面的優(yōu)勢，滲透率不斷提升; 2)新增需求：工業(yè)機器人、電子智造裝備等行業(yè)對精度性能要求較高，其迅速增長為伺服電機市場貢獻(xiàn)較大增量。根據(jù) Grand View Research 與 MIR 數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2020年全球伺服電機市場規(guī)模367億元，預(yù)計2026年有望達(dá)到539億元。我國伺服電機起步較晚，尚處于成長階段，2020年我國伺服電機市場規(guī)模149億元，預(yù)計2026年有望達(dá)到225億元。 伺服電機行業(yè)65%份額為外資品牌，高端市場基本被外資壟斷。根據(jù)MIR數(shù)據(jù)，我國伺服電機競爭格局中外資品牌占65%，國產(chǎn)品牌占35%。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院報告，目前主流品牌可分為歐系、日系和國產(chǎn)品牌等類別，其中歐系日系占據(jù)中高端市場，國產(chǎn)主要集中在中低端市場。

　?、贇W系品牌占比20%：如西門子、倫茨、博世力士樂等，過載能力高、 動態(tài)響應(yīng)好、驅(qū)動器開放性強，但價格昂貴、體積重量大; ②日系品牌占比45%：如安川、 三菱、松下等，品牌性能和價格相對低、體積小、重量輕、可靠性和穩(wěn)定性強，但動態(tài)響 應(yīng)能力較弱、開放性較差低，總體上性價比更高，最適合中端需求; ③國產(chǎn)伺服占比35%：如臺灣臺達(dá)、匯川技術(shù)、華中數(shù)控等，產(chǎn)品基本成熟，精度和可靠性較差，中小功率居多， 中低端伺服系統(tǒng)已實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，但高端伺服系統(tǒng)尚未形成商品化和批量生產(chǎn)能力。

　　匯川技術(shù)在國內(nèi)市場份額第一，市占率15.9%，其次為日本安川(11.9%)、臺灣臺達(dá)(8.9%)、日本松下(8.8%)、日本三菱(8.3%)，CR5為53.8%，集中度較高。 當(dāng)前我國中低端伺服系統(tǒng)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，但高端伺服系統(tǒng)尚未形成商品化和批量生產(chǎn)能力，國內(nèi)對精密伺服電機控制系統(tǒng)的需求主要依賴進(jìn)口。機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展風(fēng)生水起，隨著扶持政策對機器人產(chǎn)業(yè)的推進(jìn)，以及國產(chǎn)伺服技術(shù)的不斷提升，我國伺服系統(tǒng)進(jìn)口替代的步伐將加快。如下為大家盤點一下國內(nèi)伺服電機行業(yè)知名廠家。

       三、伺服電機產(chǎn)業(yè)鏈

　　作為生產(chǎn)磁性材料的主要原料——稀土，該原料和儲量及產(chǎn)量均居世界第一，未來將保持長期寬松供給的狀態(tài)。上游整體供給相對較為寬松。作為伺服系統(tǒng)必不可少的器件，編碼器、傳感器受國家政策支持，關(guān)鍵技術(shù)取得不斷突破。但隨著原材料價格的上漲，伺服企業(yè)生產(chǎn)制造成本隨著上升。 (1)上游為稀土磁材、電子零部件等材料。 (2)中游為伺服系統(tǒng)制造，包括伺服電機、伺服驅(qū)動器、數(shù)控系統(tǒng)。 (3)下游廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器械、機器人、汽車制造、工業(yè)等領(lǐng)域。

　　四、中國伺服電機行業(yè)展望

　　隨著時代的不斷發(fā)展，伺服電機作為重要的動力元件，在機械和電子行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)市場需求和技術(shù)發(fā)展，伺服電機的發(fā)展趨勢也會緊跟時代的潮流，未來的發(fā)展趨勢是：

　　1、采用高效功率驅(qū)動電路 高效功率驅(qū)動電路具有低功耗、高可靠性和穩(wěn)定性，能夠滿足各種應(yīng)用領(lǐng)域的高性能要求，是伺服電機未來發(fā)展的重要方向。 2、發(fā)展低噪聲伺服電機 由于伺服電機無法完全避免噪音，所以發(fā)展低噪聲伺服電機無疑是企業(yè)技術(shù)發(fā)展中的熱點。企業(yè)將努力改善結(jié)構(gòu)設(shè)計，研發(fā)一系列低噪聲伺服電機，以滿足不同應(yīng)用場合的需求，提高伺服電機的適應(yīng)性。 3、發(fā)展高性能伺服電機 主流的伺服電機功率不斷提高，加上智能控制系統(tǒng)，伺服電機的精度、響應(yīng)速度和穩(wěn)定性也得到了顯著的改善。未來進(jìn)一步研究市場需求和技術(shù)發(fā)展，企業(yè)將發(fā)展更高性能的伺服電機，從而滿足市場的需求。 4、研發(fā)更加節(jié)能的伺服電機 伺服電機直接耗費的大部分能量是電能，一般情況下，電動機只能轉(zhuǎn)換50%的電能為機械能，其余50%損失為熱能。

　　伺服系統(tǒng)一般由驅(qū)動器、電機、編碼器構(gòu)成。伺服系統(tǒng)屬于工業(yè)自動化控制產(chǎn)品，技術(shù)難點主要在于是否具備自調(diào)整功能、伺服驅(qū)動器響應(yīng)速度、電磁設(shè)計技術(shù)等方面，由于集成度高、產(chǎn)品設(shè)計和工藝復(fù)雜，需要長時間的經(jīng)驗積累才能生產(chǎn)出可靠性和穩(wěn)定性高的產(chǎn)品。

　　①伺服驅(qū)動器(指令裝置)屬于驅(qū)動層，又稱“伺服控制器”、“伺服放大器”，一般通過位置、速度和力矩三種方式對伺服電機 進(jìn)行控制，實現(xiàn)高精度的傳動系統(tǒng)定位;改變控制電壓可以變更伺服電機的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向。

　?、谒欧姍C屬于執(zhí)行層，伺服電機在自動控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件，把輸入的電壓信號變 換成轉(zhuǎn)軸的角位移或角速度輸出。

　　③編碼器(反饋裝置)通常內(nèi)置在伺服電機末端，用來 測量電機的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速和位置，對控制精度具有關(guān)鍵作用。驅(qū)動器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn) 行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度，達(dá)到伺服控制的目的。

　　香磁磁業(yè)生產(chǎn)的磁編碼器磁環(huán)產(chǎn)品精度高，在工業(yè)自動化設(shè)備和過程控制、機器人技術(shù)、醫(yī)療設(shè)備、能源、航空航天等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。磁編碼器磁環(huán)提供基于位置、速度、距離和方向等基本數(shù)據(jù)，在優(yōu)化伺服系統(tǒng)的性能中發(fā)揮重要作用。