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华体会全站官网登录入口:伺服的前史以及开展

伺服的前史以及开展

  伺服的前史以及开展 1. 前史的视点看电机开展 1800 年伏特创造电池,是电气呈现的初步,电动机的诞生和开展在这之后能够分红几个阶 段。从 1820 年一向到整个 19 世纪末叶,发现了电磁现象以及相关的各种规律,诞生了沟通 电机的原型,并确立了电机的工业运用。从 20 世纪开端一向到 1970 时代,是电动机的生长 和老练期,有刷直流电机、感应电动机、同步电动机和步进电动机等各种电机相继诞生,半 导体驱动技能和电子操控概念引进,带来变频驱动的实用化。从 1970 时代到 20 世纪晚期, 核算技能的腾跃开展为开展高功用驱动带来了时机,跟着规划、点评、丈量、操控、功率半 导体、轴承、磁性资料、绝缘资料、制作加工技能的不断进步,电动机本体阅历了轻量化、 小型化、高效化、高力矩输出、低噪音振荡、高牢靠、低本钱等一系列革新,相应的驱动和 操控设备也愈加智能化和程序化。进入 21 世纪,在以多媒体和互联网为特征的信息时代, 电动机和驱动设备继续发挥支撑效果,向节省资源、环境友好、高效节能运转的方向开展。 永磁无刷直流电机(Brushless DC Motor)便是跟着永磁资料技能、半导体技能和操控技能 的开展而呈现的一种新式电机。无刷直流电机诞生于 20 世纪 50 时代,并在 60 时代开端用 于宇航作业和军事配备,80 时代今后,呈现了价格较低的钕铁硼永磁,研制要点逐步推行 到工业、民用设备和消费电子工业。本质上,无刷直流电机是依据转子方位反应信息选用电 子换相运转的沟通永磁同步电机, 与有刷直流电机比较具有一系列优势, 近年得到了敏捷发 展,在许多范畴的竞赛中不断替代直流电机和异步电动机。进入 90 时代之后,永磁电机向 大功率、高功用和微型化开展,呈现了单机容量超越 1000KW,最高转速超越 300000rpm, 最低转速低于 0.01rpm,最小体积只要 0.8x1.2mm 的种类。 实际上,永磁无刷直流电机和本文要点论说的永磁沟通伺服电机都归于沟通永磁同步电机。 依照反电动势波形和驱动电流的波形,能够将永磁同步电机分为方波驱动和正弦波驱动型, 前者便是咱们常说的无刷直流电机, 后者又称为永磁同步沟通伺服电机, 首要用于伺服操控 的场合。那么,伺服是什么意义呢?伺服操控的根本功用怎么衡量呢? 2. 沟通伺服概念引进、根本功用和操控办法 伺服来自英文单词 Servo, 指体系跟从外部指令进行人们所期望的运动, 运动要素包含方位、 速度和力矩。伺服体系的开展阅历了从液压、气动到电气的进程,而电气伺服体系包含伺服 电机、反应设备和操控器。在 20 世纪 60 时代,最早是直流电机作为首要履行部件,在 70 时代今后, 沟通伺服电机的性价比不断进步, 逐步替代直流电机成为伺服体系的主导履行电 机。操控器的功用是完结伺服体系的闭环操控,包含力矩、速度和方位等。咱们一般说的伺 服驱动器现已包含了操控器的根本功用和功率放大部分。 尽管选用功率步进电机直接驱动的 开环伺服体系曾经在 90 时代的所谓经济型数控范畴获得广泛运用,可是敏捷被沟通伺服所 替代。进入 21 世纪,沟通伺服体系越来越老练,商场呈现快速多元化开展,国内外许多品 牌进入商场竞赛。现在沟通伺服技能已成为工业主动化的支撑性技能之一。 在沟通伺服体系中,电动机的类型有永磁同步沟通伺服电机(PMSM)和感应异步沟通伺服 电机(IM),其间,永磁同步电机具有十分优秀的低速功用、能够完结弱磁高速操控,调 速规模广大、动态特性和功率都很高,现已成为伺服体系的干流之选。而异步伺服电机尽管 结构巩固、制作简略、价格低廉,可是在特性上和功率上存在距离,只在大功率场合得到重 视。本文评论的要点将放在永磁同步沟通伺服体系上。 沟通伺服体系的功用方针能够从调速规模、定位精度、稳速精度、动态呼应和运转安稳性等 方面来衡量。等级低的伺服体系调速规模在 1:1000 以上,一般的在 1:5000~1:10000,高 功用的能够到达 1:100000 以上;定位精度一般都要到达± 1 个脉冲,稳速精度,特别是低 速下的稳速精度比方给定 1rpm 时,一般的在± 0.1rpm 以内,高功用的能够到达± 0.01rpm 以 内; 动态呼应方面, 一般衡量的方针是体系最高呼应频率, 即给定最高频率的正弦速度指令, 体系输出速度波形的相位滞后不超越 90 度或许幅值不小于 50%。进口三菱伺服电机 MR- J3 系列的呼应频率高达 900Hz,而国内干流产品的频率在 200~500Hz。运转安稳性方面, 首要是指体系在电压动摇、 负载动摇、 电机参数改动、 上位操控器输出特性改动、 电磁搅扰、 以及其他特别运转条件下,坚持安稳运转并确保必定的功用方针的才能。这方面国产产品、 包含部分台湾产品和世界先进水平比较距离较大。 在操控战略上, 依据电机稳态数学模型的电压频率操控办法和开环磁通轨道操控办法都难以 到达杰出的伺服特性,现在遍及运用的是依据永磁电机动态解耦数学模型的矢量操控办法, 这是现代伺服体系的中心操控办法。 尽管人们为了进一步进步操控特性和安稳性, 提出了反 馈线性化操控、滑模变结构操控、自习惯操控等理论,还有不依托数学模型的含糊操控和神 经元网络操控办法,可是大多在矢量操控的基础上附加运用这些操控办法。还有,高功用伺 服操控有必要依托高精度的转子方位反应, 人们一向期望撤销这个环节, 开展了无方位传感器 技能(Sensorless Control)。至今,在商品化的产品中,选用无方位传感器技能只能到达大 约 1:100 的调速比,能够用在一些等级低的对方位和速度精度要求不高的伺服操控场合中, 比方单纯寻求快速起停和制动的缝纫机伺服操控,这个技能的高功用化还有很长的路要走。 3. 沟通伺服在我国的开展前史 我国从 1970 时代开端盯梢开发沟通伺服技能,首要研讨力气会集在高等院校和科研单位, 以军工、宇航卫星为首要运用方向,不考虑本钱要素。首要研讨组织是北京机床所、西安微 电机研讨所、中科院沈阳主动化所等。80 时代之后开端进入工业范畴,直到 2000 年,国产 伺服停留在小批量、 高价格、 运用面狭隘的状况, 技能水平和牢靠性难以满意工业需求。 2000 年之后, 跟着我国变成世界工厂、 制作业的快速开展为沟通伺服供给了越来越大的商场空间, 国内几家单位开端推出自己品牌的沟通伺服产品。现在国内首要的伺服品牌或厂家有森创 (和利时电机)、华中数控、广数、南京埃斯顿、兰州电机厂等。其间华中数控、广数等 首要会集在数控机床范畴。 技能状况 1. 其时国内外沟通伺服产品的水平 沟通伺服体系的相关技能,一向跟着用户的需求而不断开展。电动机、驱动、传感和操控技 术等相关技能的不断改动、造就了各式各样的配备。就电动机而言,能够选用盘式电机、无 铁芯电机、直线电机、外转子电机等,驱动器能够选用各种功率电子元件,传感和反应设备 能够是不同精度、功用的编码器、旋变和霍尔元件乃至是无传感器技能,操控技能从选用单 片机开端,一向到选用高功用 DSP 和各种可编程模块,以及现代操控理论的实用化等等。 咱们从 2005 年 11 月在德国纽伦堡举行的 SPS/IPC/Drives 展览上能够看到世界规模内电气驱 动、运动操控和相关软件的最新状况,其间沟通伺服产品的亮点许多,代表了其时的世界水 平。这儿仅仅摘抄几条,相对应的,国内厂商的研制意向也比照进行阐明。 贝加莱(B&R)工业主动化公司推出的 AcoposMulti 驱动体系选用模块化的可扩展结构,每 个轴模块能够供给 1 到 2 个伺服轴操控, 并集成了一个 24VDC 的辅佐电源模块, 为驱动器、 操控器和外围设备供给了一个到直流总线的链接,来获得开路、短路和过载保护。其他特性 包含经过空气,油或水进行冷却的模块化规划,经过一个能量再生体系确保环境的安全性。 在国内,咱们还没有看到有厂商进行相似的模块式规划,并在产品中融入机器安全概念。 艾尔默(Elmo)公司展出了一系列伺服驱动器与操控器,包含最新的微型数字伺服驱动器 Whistle。这些火柴盒巨细的驱动器尺度虽仅为:5 x 4.6 x 1.5cm,但却能供给 0.5 kW 的接连 功率(或 1kW 的峰值功率)。为当今商场上最高功率密度与智能的伺服驱动器。相对应的, 国内只要和利时电机公司推出了相似的智能数字伺服操控器 — 蜂鸟系列,该驱动器承受 24V~48VDC 输入,能够供给 250W 的接连功率和 500W 的峰值功率,尺度为 10x8x2cm, 功率密度和 Whistle 比较有距离。可是集成了高功用 32 位 RISC 芯片,供给 RS232、485 串 行通讯操控功用和 32 条运动指令, 包含高级的圆弧插补指令, 选用 14 位肯定值磁性编码器。 07 年估量推出带 16 位肯定编码器的无刷伺服电机和带 CAN 通讯的驱动模块。 艾默生操控技能(Emerson Control Techniques)公司展出了 Unidrive 及其他交、直流驱动器 产品。Unidrive 驱动器掩盖功率规模从 0.55~675 kW,改换不同的操控软件能够驱动异步电 机、永磁同步伺服电机和无刷直流电机。额外输出功率为 0.25~11 kW 的 Varmeca 型集成可 变速度电机与可变速度驱动器(VSD),具有闭环矢量与散布式(Proxdrive) 两个版别。值得注 意的是合适在潜在爆燃性气体中作业的 VSD 体系(ATEX)。而额外输出功率为 0.55~400 kW 的 FLSD 驱动器,则据称能在 IIB 类或 IIC 区 1 类 2 分类气体中作业。相对应的,国内伺服 驱动器厂商的产品功率规模多在 10KW 以下,并且没有特别防护等级的商品化产品问世, 这方面国内外的距离很大,也是未来国内伺服厂商差异化竞赛的方向。 Rockwell Automation 公司展出了 PowerFlex 驱动技能。PowerFlex 的开展道路 年呈现的“公共工业协议(CIP) 运动运用协议”,有望无缝同步在同一体系中运转的 多轴伺服与变频驱动器中。在合适运动操控的工业协议方面,咱们还看到 Beckhoff 的 EtherCAT,B&R 的 PowerLink, Danaher 下面的 MEI 开发的 SynqNet,Siemens 的 ProfiNet, 还有久负盛名的 Sercos 现已开展到 SercosIII。这些通讯协议都为多轴实时同步操控供给了 或许性,也被一些高端伺服驱动器集成进去。在国内,乃至 CAN 这样的中低端总线也没有 变成伺服驱动器的规范配备, 选用高功用实时现场总线的商品化驱动器还没有呈现。 这一方 面是因为咱们的伺服根本功用还没有到达相应的水准, 另一方面也是因为商场还没有发育到 这个程度。可喜的是,咱们现已看到一些单位进行了有利的研制实践,一方面消化国外的先 进技能, 一方面测验推出自己的总线规范。 和利时电机估量在自己的下一代伺服产品中集成 多种可选的通讯模块,其间包含 CAN、USB、Fireware 和 Sercos,还有和利时电机和北航联 合开发的 CANsmc (用于多轴同步运动操控的总线) , 依据蓝牙无线通讯的模块也在研制中。 中科院沈阳高级数控研制中心等单个单位也研制了自己的运动操控总线协议。 施奈德电气(Schneider Electric)这次展出的 Lexium 05 型伺服操控器具有和 VFD 变频器一 样外形,方针是低本钱运用。实际上,运用变频器的批量出产才能推出低端伺服,现已成为 一些厂商的竞赛手段。该公司旗下的 Berger Lahr 品牌在其展台上随处可见。其智能、集成 电机与操控器产品(Icla) 首要有以下三个电机版别:步进电机、沟通伺服电机与三相无刷直 流电机。Icla(来源于“集成、闭环、履行器”的首字母缩写)将电机、方位操控、功率电子 与反应集成在一个紧凑单元中。这种一体化规划的思路在美国的 Animatics 等公司身上也体 现得很显着,来自德国的 AMK 公司也有相似的产品。这是真实的机电一体化产品,为规划 者带来了一系列的工程应战,包含电磁兼容、热操控、元器材小型化、特别的结构规划等。 在国内,没有见到有厂商推出自主知识产权的产品。 包米勒(Baumuller)公司供给的带集成行星齿轮传动系的高功用伺服电机,具有高达 98% 的功率和很低的噪音;直接驱动型高力矩伺服电机,能够在 100 ~ 300rpm 规模内输出 13500Nm。 在国内, 咱们看到和利时电机公司在其海豚系列低压无刷伺服电机系列中供给了 相似的带集成行星齿轮减速器的产品,深圳步进也声称能够供给带减速器的步进化伺服电 机。在直接驱动力矩电机商场,成都精细电机厂能够供给定制化的电机组件,可是需求客户 别的加装反应设备和第三方驱动器。 安川电机欧洲公司(Yaskawa Electric Europe,YEE)展出了其广受欢迎的通用 Sigma II 型 伺服电机。 YEE 的其他开展包含正在开发中的额外功率 0.5~5 kW 防爆及遵从 ATEX 规范的 沟通伺服电机。安川公司的另一项开发效果是输出功率高达 500 kW 的高功率伺服电机。该 项目的商品化估量将于 2007 年完结。从中咱们能够看到世界大厂向专用化、大型化伺服发 展的意向。 2. 技能开展方向 现代沟通伺服体系,阅历了从模仿到数字化的改动,数字操控环现已无处不在,比方换相、 电流、速度和方位操控;选用新式功率半导体器材、高功用 DSP 加 FPGA、以及伺服专用 模块(比方 IR 推出的伺服操控专用引擎)也家常便饭。世界厂商伺服产品每 5 年就会换代, 新的功率器材或模块每 2~2.5 年就会更新一次,新的软件算规律一日千里,总归产品生命 周期越来越短。总结国内外伺服厂家的技能道路和产品道路,结合商场需求的改动,能够看 到以下一些最新开展趋势。 i. 高功率化 尽管这方面的作业早就在进行, 可是仍需求继续加强。 首要包含电机自身的高功率比方永磁 资料功用的改善和更好的磁铁设备结构规划, 也包含驱动体系的高功率化, 包含逆变器驱动 电路的优化,加减速运动的优化,再生制动和能量反应以及更好的冷却方法等。 ii. 直接驱动 直接驱动包含选用盘式电机的转台伺服驱动和选用直线电机的线性伺服驱动, 因为消除了中 间传递差错, 然后完结了高速化和高定位精度。 直线电机简略改动形状的特征能够使选用线 性直线组织的各种设备完结小型化和轻量化。 iii. 高速、高精、高功用化 选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, 无齿槽效应的高功用旋转电机、 直线电机, 以及运用自习惯、 人工智能等各种现代操控战略, 不断将伺服体系的方针进步。 iv. 一体化和集成化 电动机、反应、操控、驱动、通讯的纵向一体化成为其时小功率伺服体系的一个开展方向。 有时咱们称这种集成了驱动和通讯的电机叫智能化电机(Smart Motor),有时咱们把集成 了运动操控和通讯的驱动器叫智能化伺服驱动器。电机、驱动和操控的集成使三者从规划、 制作到运转、保护都更严密地融为一体。可是这种方法面对更大的技能应战(如牢靠性)和 工程师运用习气的应战, 因而很难成为干流, 在整个伺服商场中是一个很小的有特征的部分。 v. 通用化 通用型驱动器配备有很多的参数和丰厚的菜单功用,便于用户在不改动硬件配备的条件下 , 方便地设置成 V/F 操控、无速度传感器开环矢量操控、闭环磁通矢量操控、永磁无刷沟通伺 服电动机操控及再生单元等五种作业方法,适用于各种场合,能够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,也能够习惯不同的传感器类型乃至 无方位传感器。 能够运用电机自身配备的反应构成半闭环操控体系, 也能够经过接口与外部 的方位或速度或力矩传感器构成高精度全闭环操控体系。 vi. 智能化 现代沟通伺服驱动器都具有参数回忆、 毛病自确诊和剖析功用, 绝大多数进口驱动器都具有 负载惯量测定和主动增益调整功用,有的能够主动辨识电机的参数,主动测定编码器零位, 有些则能主动进行振荡遏止。将电子齿轮、电子凸轮、同步盯梢、插补运动等操控功用和驱 动结合在一起,关于伺服用户来说,则供给了更好的体会。 vii. 网络化和模块化 将现场总线和工业以太网技能、 乃至无线网络技能集成到伺服驱动器傍边, 现已成为欧洲和 美国厂商的常用做法。 现代工业局域网开展的重要方向和各种总线规范竞赛的焦点便是怎么 习惯高功用运动操控对数据传输实时性、牢靠性、同步性的要求。跟着国内对大规模散布式 操控设备的需求上升, 高级数控体系的开发成功, 网络化数字伺服的开发现已成为燃眉之急。 模块化不只指伺服驱动模块、电源模块、再生制动模块、通讯模块之间的组合方法,并且指 伺服驱动器内部软件和硬件的模块化和可重用。 viii. 从毛病确诊到猜测性保护 跟着机器安全规范的不断开展, 传统的毛病确诊和保护技能 (问题产生的时分判别原因并采 取办法防止毛病扩展化)现已掉队,最新的产品嵌入了猜测性保护技能,使得人们能够经过 Internet 及时了解重要技能参数的动态趋势,并采纳预防性办法。比方:重视电流的升高, 负载改动时评价尖峰电流, 外壳或铁芯温度升高时监督温度传感器, 以及对电流波形产生的 任何畸变坚持警惕。 ix. 专用化和多样化 尽管商场上存在通用化的伺服产品系列, 可是为某种特定运用场合专门规划制作的伺服体系 举目皆是。 运用磁性资料不同功用、 不同形状、 不同外表粘接结构 (SPM) 和嵌入式永磁 (IPM) 转子结构的电机呈现, 切割式铁芯结构工艺在日本的运用使永磁无刷伺服电机的出产完结了 高功率、大批量和主动化,并引起国内厂家的研讨。 x. 小型化和大型化 无论是永磁无刷伺服电机仍是步进电机都活跃向更小的尺度开展, 比方 20, 28, 35mm 外径; 一起也在开展更大功率和尺度的机种,现已看到 500KW 永磁伺服电机的呈现。表现了向两 极化开展的倾向。 xi. 其他意向 发热按捺、静音化、清洁技能等。 商场状况 1. 欧美和国内商场规模以及根本走势 依据 ARC 2001 年的陈述,当年全球伺服驱动的商场规模是 20.67 亿美元,01 年到 06 年的 复合添加率在 7%以上,估量全球伺服体系的商场规模在 2006 年会到达 29 亿美金左右(这 个猜测包含了沟通伺服和步进电机)。现在回过头来看,恐怕现已不止这个数据,这中心经 历了 911 等要素形成的 02、 03 年的商场阑珊和 04 年之后的恢复性添加。 估量未来几年添加 率会有所进步。 国内沟通伺服的商场规模 2006 年估量在 20 亿人民币左右, 商场规模近 3 年一向坚持了大于 25%的年复合添加率, 在一切主动化产品中当属开展最快之列。 并且跟着世界制作业加快向 我国搬运,国产数控配备在国家方针的扶持下快速向高功用、高附加值开展,国产沟通伺服 体系的性价比快速进步,沟通伺服体系的商场会继续坚持快速添加的气势,估量从 2007 到 2010 年,年均匀添加率会坚持在 20%以上。可是均匀单价也将跟着竞赛加重不断下降,每 年大约下降 10%。 我国伺服产品的用户区域首要散布在华东、 华南和华北, 其间华东商场 (上海、 江浙和山东) 占 45%,以广东为主的华南和以京津为主的华北各为 15%左右。华中和东北大约是 10%。 华东商场是伺服最大的消费商场,并且这个趋势会继续下去。 伺服驱动厂商面对用户和 OEM 厂家不断改动的需求的应战,伺服驱动器的上位机能够是 CNC 体系、通用运动操控器和 PLC,还有各种嵌入式操控器,他们有必要不断推出多样化的 产品,满意一切运动操控范畴的要求。从功率规模上,其时 100W~2000W 是干流,大约占 整个伺服商场的 70%,而 10KW 以下的种类占到 90%。在转速规模上,大约 50%的用户需 要 3000rpm 以内的电机,别的 40%需求 3000~6000 转,不到 10%的人需求 10000rpm 或以 上转速的电机。 剖析其时国内用户的购买要素,占前三位的是安稳牢靠性、价格和服务。这也阐明现在国内 沟通伺服商场还处在较初级的阶段, 对功用和功用的充分运用没有摆在重要方位。 从久远来 看,伺服厂商的要害成功要素应该是产品的性价比、牢靠性、技能含量、以及商场份额和品 牌影响力。 2. 国内商场品牌竞赛状况: 国内沟通伺服商场其时品牌竞赛状况和 10 多年前的变频器商场十分相似。其时进口(首要 是日本富士和三肯)产品占有了 90%以上的商场份额,经过 10 年的斗争,国产变频器现已 占有了中低端商场,在整个商场份额上与进口产品二分全国,并呈现了利德华福、森兰等一 批有实力、 也有技能的厂商, 其间利德华福在大功率变频器细分商场上获得肯定的抢先优势。 现在,国外品牌占有了我国沟通伺服商场 85%左右的份额,他们来自日本、德国和美国, 日本品牌有安川、 发那克 (Fanuc) 、 三菱电机、 松下、 三洋、 富士等; 美国有罗克维尔 (Rockwell Automation)、达那赫(Danaher)、帕克(Parker)等;德国有西门子(Siemens)、博世 力士乐(Bosch Rexroth)、施奈德(Schneider)等。其间,日本品牌以杰出的功用价格比和 较高的牢靠性占有了超越 50%的最大商场份额,在中小型 OEM 商场上特别具有独占优势, 并且本地化出产的战略进一步添加了在价格和快速交货方面的筹码; 欧美品牌在高端设备和 出产线上比较有竞赛力,其商场战略是高功用、高价格,以全套主动化处理计划作为卖点, 总的商场占有率大约在 35%,最近这些高端品牌也不断寻觅本地合作伙伴力求打入中低端 商场,并不甘愿被日本品牌积压商场空间。 最近 2、3 年来自台湾的伺服厂商在国内设厂,并加大了商场推行的力度,首要是台达和东 元, 其技能水平和价格水平都居于进口中端产品和国产品牌之间, 在竞赛中首要杰出性价比 优势,对国产品牌带来了新的竞赛压力,商场占有率从几年前的微乎其微进步到大约 5%。 我国国内的品牌首要有和利时电机、 华中数控、 广数、 兰州电机等, 最近呈现了南京埃斯顿、 上海鄂尔多斯等厂家,大略核算,声称推出沟通伺服产品的国产厂家不下 20 个。其间和利 时电机面向整个主动化工业机械商场供给步进、无刷、伺服等系列产品,在技能上和品牌上 有必定优势;华中数控、广数和兰电等首要会集在数控机床职业,伴跟着这几年数控职业的 大开展,他们的出货量也坚持了快速添加,积累了相对较强的实力;国产品牌产品功率规模 多在 5KW 以内,技能道路上与日系产品挨近,现在总商场占有率在 10%左右。 展望未来,跟着伺服价格的不断下降、沟通伺服的商场承受度不断上升,中低端商场有十分 大的添加空间,因而本乡厂商仍将有很大作为;一起台湾、日本厂商也将在整个商场的扩展 中获益,欧美品牌的商场占有率将逐步下降,但仍将坚持很高的毛利水平。 依据机械工业研讨院工业与商场研讨所 05 年做的商场查询,现在国内商场上掩盖面最广的 10 个品牌分别是:西门子、三菱、安川、兰电、松下、Fanuc、华中数控、ABB,和利时电 机和 AB(归于 Rockwell Automation)。 其间西门子和三菱品牌掩盖率在 30%以上, AB 在 3.7%, 其他品牌均在 10~20%之间。查询显现国产企业比方和利时电机、华中数控、兰州电机等 企业,经过多年的研制推行,在这个商场中做的绘声绘色,在产品掩盖面上占有一席之地, 可是国产品牌的客户忠诚度和影响力显着不如进口品牌。 用户挑选进口品牌和国产品牌的比 例为大约 4:1,国产品牌没有进入用户首选品牌的前 5 名。尽管和利时电机和华中数控分 列未来需求品牌的第 6 位和第 7 位, 可是面对日本和台湾产品本地化出产之后日益剧烈的竞 争,中小功率通用伺服产品价格继续下降,利润率越来越低。国产品牌不只在产品的功用、 质量与种类上都有所短缺, 在技能储备、 出产才能和本钱实力上的巨大距离更不是一两天可 以补偿。国产品牌要想包围,除了需求耐性和继续投入之外,还需求在竞赛战略方面走差异 化道路。总归,我国品牌厂商一起面对巨大的应战和开展时机,任重而道远。 3. 沟通伺服的职业运用 现代沟通伺服体系最早被运用到宇航和军事范畴,比方火炮、雷达操控。逐步进入到工业领 域和民用范畴。工业运用首要包含高精度数控机床、机器人和其他广义的数控机械,比方纺 织机械、印刷机械、包装机械、医疗设备、半导体设备、邮政机械、冶金机械、主动化流水 线、各种专用设备等。其间伺服用量最大的职业依次是:机床、食品包装、纺织、电子半导 体、塑料、印刷和橡胶机械,算计超越 75%。 i. 在数控机床中运用永磁无刷伺服电机替代步进电机做进给现已成为规范, 部分高端产品开 始选用永磁沟通直线伺服体系。 在主轴传动中选用高速永磁沟通伺服替代异步变频驱动来提 高功率和速度也成为热门。90 时代以来,欧、美、日各国争相开发运用新一代高速数控机 床, 高速电主轴单元转数在 30000rpm~100000rpm,作业台的进给速度在分辨率为 1μm 时 到达 100m/min,乃至 200m/min 以上, 在分辨率为 0.1μs 时,在 24m/min 以上。当今数控机 床杰出高速、高精、高动态、高刚性的特征,对方位体系的要求包含:定位速度和概括切削 进给速度;定位精度和概括切削精度;精加工的外表粗糙度;在外界搅扰下的安稳性。这些 要求的满意首要取决于伺服体系的静态、 动态特性。 咱们现已看到国产伺服体系比方广数的 产品在经济型数控机床上的广泛运用, 可是在中高级数控机床上选用国产伺服体系依然面对 困难,功用是一个重要方面,还有便是安稳性和牢靠性,或许品牌效应也是难以短时刻跨越 的妨碍。 ii. 在机器人范畴,无刷永磁伺服体系得到很多运用。工业机器人具有多个自由度,每台工 业机器人需求的电机数量在 10 台以上。现在世界规模内工业机器人具有量超越 100 万台, 机器人的需求量年添加在 30%以上。世界上工业机器人选用的伺服体系属专用体系,多轴 合一,模块化,特别的散热结构,特别的操控方法,对牢靠性要求极高。世界机器人巨子都 有自己的专属伺服体系配套,比方安川、松下和 ABB,这方面国内距离显着。国产工业机 器人厂家依然在选用规范的进流伺服体系,国产伺服体系想进入工业机器人配套范畴, 就愈加悠远。不过,咱们也看到在一些特别机器人范畴,比方反恐防爆机器人、矿井救灾机 器人等简便移动机器人, 选用了国产依据低压直流供电的微型无刷伺服体系, 比方和利时电 机的蜂鸟系列就获得了成功。 当然, 在更广泛的机器人范畴, 需求的不仅仅是沟通伺服电机, 还包含各种其他微特电机,如直流伺服电机、直线电机、测速发电机、旋改动压器、力矩电 机等。 iii. 纺织职业其时运用伺服的份额很低,但却是未来沟通伺服大批量运用的重要职业之一。 从 90 时代初期至今现已 15 年,纺织职业技能进步首要是依托变频化、PLC 化。只要少数 纺织机械选用了高级伺服技能,用于进步精度和功率,现在已有高级梳棉机、带自调匀整的 并条机、新式粗纱机、数控细纱机、分条整经机、浆纱机、园网印花机等设备运用了沟通伺 服。 无梭织机上现已开端选用带沟通伺服的电子送经和电子卷取, 印染设备上也要用到伺服 体系。 这些设备每年的伺服用量在 2、 3 万套左右, 且简直全部是进口产品, 如 Lenze、 Danaher、 Siemens 和 Baumuller,还有三菱和松劣等。价格是限制沟通伺服大面积遍及的首要要素, 国产产品尽管在价格上有必定竞赛优势, 可是功用方针、 牢靠性和环境习惯性等方面存在欠 缺,还需求在品牌刻画、服务、交货期等方面不断改善。在如下两个方面,咱们能够看到国 产伺服厂家的成功事例, 一个是在工业缝纫机上, 近几年国产伺服操控器逐步替代台湾和其 他进口品牌变成商场干流, 凭仗低本钱的电机、 简略的低线数编码器, 以及集成操控和驱动, 在处理了批量安稳性之后, 象上海鲍麦克斯这样的国内品牌获得了成功。 每年数十万台的产 量,这或许是未来几年里,等级低伺服最大的商场了。别的一个严密结合用户需求进行创新开 发的事例,能够举和利时电机开发的络丝机操控体系。“络丝机”是归于编织前工序的精细工 艺设备,将各种天然丝络成各种规范的柱状、宝塔形、双锥形筒子,供用于染色、整经、针 织等后道工序。该公司充分运用自己在步进、无刷、伺服、运动操控、网络通讯等方面的综 合技能,经过和国内最大纺机集团的密切合作,开发成功了精细络丝机操控体系,其间心是 运用高动态的伺服横动电机以及数字卷绕技能,替代传统的机械传动而完结单锭化和数字 化,每锭之间依托 CAN 总线联络,是无轴技能运用的模范。该产品的研制成功充分表现了 国内厂商的竞赛才能,为国产伺服厂商拓荒了参加商场竞赛的新路。 iv. 无轴(电子轴)传动技能在印刷机上运用,也是现在全球印刷企业和机械制作商的焦点。 无轴传动便是用多个独自的伺服电机替代传统的机械传动链, 伺服驱动器之间依托高速现场 总线进行联络, 经过软件确保各伺服轴对内部的虚拟数字电子轴坚持严厉同步。 选用无轴传 动技能为印刷机的出产制作、为印刷业服务革新带来了最佳处理计划,现在欧洲 50%的凹 印机选用了无轴技能,日本也有 30%以上选用。其他选用无轴传动的机械包含卷筒纸印刷 机、柔印机、上光机、烫金机、模切机等各类印刷设备。这一范畴最尖端的伺服操控处理方 案供给商是来自德国的博世力士乐、伦茨、日本的住友和奥地利的贝加莱。国内现在仅有北 人和松德等单个厂家进行无轴传动印刷机的开发, 部分规范的功用方针挨近世界水平, 可是 其选用的电子轴传动伺服体系和套准操控体系均来自日本和欧洲, 国内相关伺服厂家还鲜有 进入。 国产伺服和操控体系要到达这个范畴的要求, 需求尖端的技能水平和对这个职业的透 彻了解,看来还有绵长的路要走。 v. 包装设备上,选用伺服操控能够进步单位时刻的产值、进步资源运用率、添加种类习惯 性和进步产品质量, 因而沟通伺服在包装机械上的广泛运用仅仅时刻问题。 选用数字伺服技 术的电子齿轮和电子凸轮将替代传统机械部件, 跟着价格的下降, 本钱也逐步挨近纯机械的 计划。欧洲有个 Elau 公司专门针对包装机械规划开发数字伺服和运动操控处理计划,在大 型接连包装设备方面居于抢先位置,而我国尚没有呈现如此专业的处理计划供给商。 vi. 这几年呈现的新式电梯曳引机,选用永磁同步伺服电机做无齿轮直接驱动,替代变频异 步驱动,具有更高的操控精度、动态特性、高功率、低噪声,现已成为世界和国内首要电梯 厂的热门产品,促进了电梯工业的革新。国内已有宁波申菱、沈阳博林特等电梯厂家研制出 了自己的曳引机电机产品,配进口矢量操控变频器或伺服驱动器。 4. 国内外商场开展趋势 i. 世界沟通伺服商场处于恢复性添加状况,而国内商场在未来 3~5 年仍将坚持高速添加。 ii. 国外运动操控厂商经过购并和联盟敏捷扩展自己的实力,追求一站式处理计划供给商的 位置,比方 Danaher 自从 1995 年以来接连收买了超越 40 家运动操控厂商,包含咱们十分熟 悉的一些品牌, 如 Kollmorgen, API, Pacific Scientific,Superior Electric, Dover, NEAT, Thomson, Giddings & Lewis, Warner Motion,InMotion, Bautz, Micron 和 Siedel 等。Parker 也依照相同的 思路在扩展,最近的比方是收买了 Bayside,而 Schneider 收买了 Berger Lahr。许多重生的小 企业具有共同的技能或其他中心才能, 也会找到归于自己的生存空间, 并因而得到更多出资。 iii. 世界规模内,政府和世界规范的不断开展给伺服工业带来深远影响,比方美国的动力法 案 EPactII 对电机体系能效的规则,美国的 UL、NEC(NFPA)规范对安全的规则,欧盟的 RoHS、WEEE 和 CE 规范对环保和安全的规则等。 iv. 沟通伺服体系的商场规模不断扩展,越来越多替代机械传动、液压和气动传动体系;交 流伺服不断替代直流伺服的商场份额, 导致直流伺服在整个伺服商场的占有率从现在的不到 15%每年大约下降 0.5%;一起沟通伺服本钱和尺度不断缩小,也在蚕食高端步进电机的市 场,可是步进电机自身也在不断进步自己的竞赛才能,不断延伸商场空间,因而在收到冲击 的一起商场也在扩展,仅仅速度或许不如沟通伺服这么快罢了。 咱们信任,在我国沟通伺服商场开展的进程中,必定会呈现强势的国产品牌,世界厂商也必 然从中获益;在诸强博弈中让广大客户获益,终究促进整个职业的老练。

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