伺服電機的概述及分類

伺服電動機又稱執(zhí)行電動機，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把收到的電信號轉換成電動機軸上的角位移或角速度輸出，分為直流和交流伺服電動機兩大類，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。

無論是伺服還是調速領域，目前交流系統(tǒng)正在逐漸代替直流系統(tǒng)。與直流系統(tǒng)相比，交流伺服電機具有高可靠性、散熱好、轉動慣量小、能工作于高壓狀態(tài)下等優(yōu)點。因為無電刷和轉向器，故交流私服系統(tǒng)也成為無刷伺服系統(tǒng)，用于其中的電機是無刷結構的籠型異步電機和永磁同步型電機。

直流伺服電機分為有刷和無刷電機

有刷電機成本低，結構簡單，啟動轉矩大，調速范圍寬，控制容易，需要維護，但維護方便（換碳刷），產生電磁干擾，對使用環(huán)境有要求，通常用于對成本敏感的普通工業(yè)和民用場合；

無刷電機體積小重量輕，出力大響應快，速度高慣量小，力矩穩(wěn)定轉動平滑，控制復雜，智能化，電子換相方式靈活，可以方波或正弦波換相，電機免維護，高效節(jié)能，電磁輻射小，溫升低壽命長，適用于各種環(huán)境。

不同類型伺服電機的特點

直流伺服電機的優(yōu)點和缺點優(yōu)點：速度控制精確，轉矩速度特性很硬，控制原理簡單，使用方便，價格便宜。

缺點：電刷換向，速度限制，附加阻力，產生磨損微粒（無塵易爆環(huán)境不宜）

交流伺服電機的優(yōu)點和缺點優(yōu)點：速度控制特性良好，在整個速度區(qū)內可實現平滑控制，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（取決于編碼器精度），額定運行區(qū)域內，可實現恒力矩，慣量低，低噪音，無電刷磨損，免維護（適用于無塵、易爆環(huán)境）。缺點：控制較復雜，驅動器參數需要現場調整PID參數確定，需要更多的連線。

伺服電機的產業(yè)鏈結構

工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)和自動化產品主要涉及伺服電機、減速機、控制器和傳感器等。伺服電機是工業(yè)機器人的動力系統(tǒng)，一般安裝在機器人的“關節(jié)”處，是機器人運動的“心臟”。

目前，機器人的關節(jié)驅動離不開伺服系統(tǒng)，關節(jié)越多，機器人的柔性和精準度越高，所要使用的伺服電機的數量就越多。機器人對伺服系統(tǒng)的要求較高，必須滿足快速響應、高起動轉矩、動轉矩慣量比大、調速范圍寬，要適應機器人的形體做到體積小、重量輕、加減速運行等條件，且需要高可靠性和穩(wěn)定性。目前，工業(yè)機器人使用的較多的是交流伺服系統(tǒng)。

伺服電機的市場規(guī)模

伺服電機競爭激烈，目前外資掌握話語權。伺服電機在機器人中用作執(zhí)行單元，是影響機器人工作性能的主要因素。機器人行業(yè)應用最多的是交流伺服，約占65%伺服電機。

伺服系統(tǒng)外資企業(yè)占據絕對優(yōu)勢。目前，在中國工業(yè)機器市場，主流的供應商包括，日本松下、安川、三菱，以及歐洲和美國的倫茨和博世力士樂。日系品牌憑借良好的產品性能與極具競爭力的價格壟斷了中小型OEM(設備制造業(yè))市場。近幾年，伺服系統(tǒng)市場TOP15廠商中，前三名均為日系品牌，總份額達到45%。西門子、博世、施耐德等歐系品牌占據高端，整體市場份額在30%左右。國內企業(yè)整體份額低于10%左右。

當前我國中低端伺服系統(tǒng)已經能夠實現大規(guī)模量產，但高端伺服系統(tǒng)尚未形成商品化和批量生產能力，國內對精密伺服電機控制系統(tǒng)的需求主要依賴進口。機器人產業(yè)發(fā)展風生水起，隨著扶持政策對機器人產業(yè)的推進，以及國產伺服技術的不斷提升，我國伺服系統(tǒng)進口替代的步伐將加快。

中國伺服電機產量分析

控制器和伺服系統(tǒng)關聯緊密，用戶選擇的排序分別是可靠穩(wěn)定性、價格、服務，從服務和性價比入手是國內企業(yè)突破的方向。但這需要對運動控制領域長期深入的研究，大量資金投入和長時間的市場驗證，對技術、資金、人才要求都較高，國內上市公司如新松、新時達、匯川技術、廣州數控、埃斯頓等具備類似的條件。

伺服電機的知名企業(yè)

倫茨

倫茨(LenzeAG)是德國前沿的工業(yè)創(chuàng)新型企業(yè)之一，在全球擁有約3200名員工。在德國大約有300名員工從事研發(fā)工作。主要側重于用于機械和電子驅動的產品、解決方案、系統(tǒng)和服務。公司的總部位于德國哈梅林，于1947年由漢斯倫茨成立。

倫茨的產品范圍包括變頻器、伺服驅動器、減速機、電機、制動器和離合器。此外，它還采用集成了軟件、可視化和控制，以及系統(tǒng)工程、耦合技術和服務的自動化解決方案。

倫茨MCS同步伺服電機

倫茨MCS同步伺服電機用于可精確控制的運動，轉矩范圍從0.5至190Nm(0.25至15.8kW)，尤其適用于高動態(tài)性高精度及最小尺寸要求的應用狀況。具有高過載能力，高旋轉加速度，采用插件技術，快速安裝，簡易適用。電子銘牌，易于調試。

科爾摩根

科爾摩根是一家大型、穩(wěn)定、擁有本地支持能力的跨國公司，科爾摩根擁有超過2000名員工，分布于全球20個分支機構，而且擁有Fortive公司（NYSE：FTV.WI）作為后盾，Fotive是一個全球知名品牌，在現場儀表、交通運輸、檢測、產品實施、自動化和專業(yè)化以及特許分銷等領域處于領先地位。

科爾摩根的電機、驅動器和控制器件已經用于火星和太空探索、艦艇和潛艇、石油天然氣鉆井和計量、外科手術機器人和激光眼科手術，甚至用于人工心臟。

科爾摩根AKM系列伺服電機

AKM伺服電機具有業(yè)內領先的性能和功率密度，低嵌齒、低諧波保證運轉的平穩(wěn)性，容易使用，可即插即用，和AKD驅動器配合自動調諧，擁有廣泛的標準產品并可以提供聯合研發(fā)定制。

三菱

三菱電機是制造和銷售電氣與電子產品和系統(tǒng)的世界領先品牌企業(yè)之一，其產品和系統(tǒng)在眾多領域和應用中得到廣泛使用。作為一家全球領先的綠色環(huán)保公司，三菱應用自己的技術在全球為社會和人們的日常生活做出貢獻。

三菱電機HG-KR伺服電機

三菱電機MELSERVO-J4系列伺服采用獨家高速伺服控制結構的專用執(zhí)行引擎，最高響應頻率2.5KHZ，結合其自主研發(fā)的高分辨率絕對位置編碼器(4，194，304p/rev)，大幅度提高了處理速度。MELSERVO-J4旋轉型伺服電機包括HG-KR(小容量，低慣性)、HG-MR(小容量，超低慣性)、HG-SR(中容量，中慣性)三個系列。

博世力士樂

博世力士樂（BoschRexroth）是全球領先的傳動與控制技術專家，致力于為各類機械和系統(tǒng)設備提供安全、精準、高效以及高性價比的傳動與控制技術。公司融合全球的應用經驗，研發(fā)創(chuàng)新的產品，為行走機械、機械應用與工程、工廠自動化及可再生能源每一個細分市場的客戶量身定制系統(tǒng)解決方案及服務。博世力士樂同時為客戶提供各種液壓、電子傳動與控制、氣動、齒輪、線性傳動及組裝技術。公司業(yè)務遍及全球80多個國家，擁有37500多名專業(yè)員工，2012年全球的銷售額近65億歐元。

博世力士樂MSK同步伺服電機

MSK系列電機顯著特點就是功率范圍較寬，尺寸大小分級很細。這些同步伺服電機具有高扭矩密度，最大扭矩可達495Nm(自冷卻)。根據所需的精度水平，提供兩種型號的編碼器。此外，還具備鍵槽、制動閘等各種附加選件，同心度增大、IP65防護等級等，使系統(tǒng)可與風扇、水冷裝置和ATEX配合使用。

安川

安川電機是世界一流的傳動產品制造商。安川電機（中國）有限公司是有近100年歷史的，日本安川電機株式會社全額投資的外商獨資企業(yè)，于1999年4月在上海注冊成立，注冊資金3110萬美金。經營范圍：安川品牌的變頻器、伺服電機、控制器、機器人、各類系統(tǒng)工程設備、附件等機電一體化產品。

安川電機是運動控制領域專業(yè)的生產廠商，是日本第一個做伺服電機的公司，其產品以穩(wěn)定快速著稱，性價比高，是全球銷售量最大，使用行業(yè)最多的伺服品牌。從一般工業(yè)用機械到半導體、電子零部件制造設備，安川都能提供適合于各種用途的最匹配的伺服、控制器產品。

安川∑-Ⅴ系列伺服電機

安川∑-Ⅴ系列(旋轉型)伺服電機，具有配線可靠、防油、防塵等優(yōu)點，放大器響應性高，大大縮短了整定時間，為其公司以往產品的1/12。通過增加和改進振動抑制功能，可提高跟隨性能并縮短整定時間。另外還能減少驅動時的振動(音)以及停止時機械前端的振動，通過組合中慣量電機來提高機械性能。

西門子

西門子是世界上最大的電氣和電子公司之一，歷經150年來常盛不衰，其營業(yè)收入在2003年列財富500強第21位，在電子電氣類公司中更是名列榜首。西門子是一家大型國際公司，公司的業(yè)務主要集中于6大領域：信息和通訊、自動化和控制、電力、交通、醫(yī)療系統(tǒng)和照明。

西門子工業(yè)業(yè)務領域能夠提供全球獨一無二的自動化技術、工業(yè)控制和驅動技術以及工業(yè)軟件，能夠滿足生產企業(yè)的所有需求，涵蓋整個價值鏈——從產品設計和開發(fā)，到產品生產、銷售和服務。

西門子1FT7伺服電機

1FT7電機是適用于高性能應用的緊湊型同步電機，滿足精度、動態(tài)特性、轉速設定范圍以及防護等級和堅固性等方面的嚴格要求。配有最新的編碼器技術，針對同西門子的全數字式驅動與控制系統(tǒng)一起使用進行了優(yōu)化。冷卻方式分為自然冷卻、外部冷卻或水冷卻。

伺服電機行業(yè)的發(fā)展趨勢

數字化：數字控制技術取代模擬控制電路在伺服系統(tǒng)中是一種必然趨勢；

智能化：智能化主要是指伺服驅動器智能化；

簡易化：簡易化不是簡單，而是精簡，是根據用戶情況，將用戶使用的伺服功能予以強化，使之專而精，而將不使用的一些功能予以精簡，從而降低伺服系統(tǒng)的成本，為客戶創(chuàng)造更多的收益，嘗試從客戶的實際需求出發(fā)，形成簡易模塊化編程操作，使用戶使用簡便快捷。

網絡化：即構建網絡型、總線型私服系統(tǒng)?，F場總線是一種應用于生產現場，在現場設備之間、現場設備和控制裝置之間實行雙向、串形、多節(jié)點的數字通訊技術，構建總線型伺服是實現工業(yè)物聯網的必要途徑之一。

高效化：伺服系統(tǒng)將會采用更精度的編碼器，提高系統(tǒng)的采樣精度，同時提高伺服驅動器的產品性能，不斷優(yōu)化逆變器驅動電路，提供更快數據處理速度和伺服系統(tǒng)的加減速性能。