伺服電機(jī)的概述及分類

伺服電動(dòng)機(jī)又稱執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出，分為直流和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類，交流伺服電動(dòng)機(jī)又分為異步伺服電動(dòng)機(jī)和同步伺服電動(dòng)機(jī)。

無論是伺服還是調(diào)速領(lǐng)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(jī)具有高可靠性、散熱好、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、能工作于高壓狀態(tài)下等優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)闊o電刷和轉(zhuǎn)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(jī)是無刷結(jié)構(gòu)的籠型異步電機(jī)和永磁同步型電機(jī)。

直流伺服電機(jī)分為有刷和無刷電機(jī)

有刷電機(jī)成本低，結(jié)構(gòu)簡單，啟動(dòng)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，通常用于對成本敏感的普通工業(yè)和民用場合；

無刷電機(jī)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(dòng)平滑，控制復(fù)雜，智能化，電子換相方式靈活，可以方波或正弦波換相，電機(jī)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。

不同類型伺服電機(jī)的特點(diǎn)

直流伺服電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：速度控制精確，轉(zhuǎn)矩速度特性很硬，控制原理簡單，使用方便，價(jià)格便宜。

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

交流伺服電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：速度控制特性良好，在整個(gè)速度區(qū)內(nèi)可實(shí)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（取決于編碼器精度），額定運(yùn)行區(qū)域內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)恒力矩，慣量低，低噪音，無電刷磨損，免維護(hù)（適用于無塵、易爆環(huán)境）。缺點(diǎn)：控制較復(fù)雜，驅(qū)動(dòng)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。

伺服電機(jī)的產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)

工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)和自動(dòng)化產(chǎn)品主要涉及伺服電機(jī)、減速機(jī)、控制器和傳感器等。伺服電機(jī)是工業(yè)機(jī)器人的動(dòng)力系統(tǒng)，一般安裝在機(jī)器人的“關(guān)節(jié)”處，是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的“心臟”。

目前，機(jī)器人的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)離不開伺服系統(tǒng)，關(guān)節(jié)越多，機(jī)器人的柔性和精準(zhǔn)度越高，所要使用的伺服電機(jī)的數(shù)量就越多。機(jī)器人對伺服系統(tǒng)的要求較高，必須滿足快速響應(yīng)、高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、動(dòng)轉(zhuǎn)矩慣量比大、調(diào)速范圍寬，要適應(yīng)機(jī)器人的形體做到體積小、重量輕、加減速運(yùn)行等條件，且需要高可靠性和穩(wěn)定性。目前，工業(yè)機(jī)器人使用的較多的是交流伺服系統(tǒng)。

伺服電機(jī)的市場規(guī)模

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

伺服系統(tǒng)外資企業(yè)占據(jù)絕對優(yōu)勢。目前，在中國工業(yè)機(jī)器市場，主流的供應(yīng)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(chǎn)品性能與極具競爭力的價(jià)格壟斷了中小型OEM(設(shè)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(dá)到45%。西門子、博世、施耐德等歐系品牌占據(jù)高端，整體市場份額在30%左右。國內(nèi)企業(yè)整體份額低于10%左右。

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(jī)控制系統(tǒng)的需求主要依賴進(jìn)口。機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展風(fēng)生水起，隨著扶持政策對機(jī)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。

中國伺服電機(jī)產(chǎn)量分析

控制器和伺服系統(tǒng)關(guān)聯(lián)緊密，用戶選擇的排序分別是可靠穩(wěn)定性、價(jià)格、服務(wù)，從服務(wù)和性價(jià)比入手是國內(nèi)企業(yè)突破的方向。但這需要對運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域長期深入的研究，大量資金投入和長時(shí)間的市場驗(yàn)證，對技術(shù)、資金、人才要求都較高，國內(nèi)上市公司如新松、新時(shí)達(dá)、匯川技術(shù)、廣州數(shù)控、埃斯頓等具備類似的條件。

伺服電機(jī)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(cè)重于用于機(jī)械和電子驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品、解決方案、系統(tǒng)和服務(wù)。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(chǎn)品范圍包括變頻器、伺服驅(qū)動(dòng)器、減速機(jī)、電機(jī)、制動(dòng)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(shù)和服務(wù)的自動(dòng)化解決方案。

倫茨MCS同步伺服電機(jī)

倫茨MCS同步伺服電機(jī)用于可精確控制的運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)矩范圍從0.5至190Nm(0.25至15.8kW)，尤其適用于高動(dòng)態(tài)性高精度及最小尺寸要求的應(yīng)用狀況。具有高過載能力，高旋轉(zhuǎn)加速度，采用插件技術(shù)，快速安裝，簡易適用。電子銘牌，易于調(diào)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(gè)分支機(jī)構(gòu)，而且擁有Fortive公司（NYSE：FTV.WI）作為后盾，F(xiàn)otive是一個(gè)全球知名品牌，在現(xiàn)場儀表、交通運(yùn)輸、檢測、產(chǎn)品實(shí)施、自動(dòng)化和專業(yè)化以及特許分銷等領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。

科爾摩根的電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器和控制器件已經(jīng)用于火星和太空探索、艦艇和潛艇、石油天然氣鉆井和計(jì)量、外科手術(shù)機(jī)器人和激光眼科手術(shù)，甚至用于人工心臟。

科爾摩根AKM系列伺服電機(jī)

AKM伺服電機(jī)具有業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的性能和功率密度，低嵌齒、低諧波保證運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性，容易使用，可即插即用，和AKD驅(qū)動(dòng)器配合自動(dòng)調(diào)諧，擁有廣泛的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品并可以提供聯(lián)合研發(fā)定制。

三菱

三菱電機(jī)是制造和銷售電氣與電子產(chǎn)品和系統(tǒng)的世界領(lǐng)先品牌企業(yè)之一，其產(chǎn)品和系統(tǒng)在眾多領(lǐng)域和應(yīng)用中得到廣泛使用。作為一家全球領(lǐng)先的綠色環(huán)保公司，三菱應(yīng)用自己的技術(shù)在全球?yàn)樯鐣?huì)和人們的日常生活做出貢獻(xiàn)。

三菱電機(jī)HG-KR伺服電機(jī)

三菱電機(jī)MELSERVO-J4系列伺服采用獨(dú)家高速伺服控制結(jié)構(gòu)的專用執(zhí)行引擎，最高響應(yīng)頻率2.5KHZ，結(jié)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(zhuǎn)型伺服電機(jī)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(gè)系列。

博世力士樂

博世力士樂（BoschRexroth）是全球領(lǐng)先的傳動(dòng)與控制技術(shù)專家，致力于為各類機(jī)械和系統(tǒng)設(shè)備提供安全、精準(zhǔn)、高效以及高性價(jià)比的傳動(dòng)與控制技術(shù)。公司融合全球的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，研發(fā)創(chuàng)新的產(chǎn)品，為行走機(jī)械、機(jī)械應(yīng)用與工程、工廠自動(dòng)化及可再生能源每一個(gè)細(xì)分市場的客戶量身定制系統(tǒng)解決方案及服務(wù)。博世力士樂同時(shí)為客戶提供各種液壓、電子傳動(dòng)與控制、氣動(dòng)、齒輪、線性傳動(dòng)及組裝技術(shù)。公司業(yè)務(wù)遍及全球80多個(gè)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(jī)

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

安川

安川電機(jī)是世界一流的傳動(dòng)產(chǎn)品制造商。安川電機(jī)（中國）有限公司是有近100年歷史的，日本安川電機(jī)株式會(huì)社全額投資的外商獨(dú)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(jīng)營范圍：安川品牌的變頻器、伺服電機(jī)、控制器、機(jī)器人、各類系統(tǒng)工程設(shè)備、附件等機(jī)電一體化產(chǎn)品。

安川電機(jī)是運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域?qū)I(yè)的生產(chǎn)廠商，是日本第一個(gè)做伺服電機(jī)的公司，其產(chǎn)品以穩(wěn)定快速著稱，性價(jià)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(jī)械到半導(dǎo)體、電子零部件制造設(shè)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(chǎn)品。

安川∑-Ⅴ系列伺服電機(jī)

安川∑-Ⅴ系列(旋轉(zhuǎn)型)伺服電機(jī)，具有配線可靠、防油、防塵等優(yōu)點(diǎn)，放大器響應(yīng)性高，大大縮短了整定時(shí)間，為其公司以往產(chǎn)品的1/12。通過增加和改進(jìn)振動(dòng)抑制功能，可提高跟隨性能并縮短整定時(shí)間。另外還能減少驅(qū)動(dòng)時(shí)的振動(dòng)(音)以及停止時(shí)機(jī)械前端的振動(dòng)，通過組合中慣量電機(jī)來提高機(jī)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(jīng)150年來常盛不衰，其營業(yè)收入在2003年列財(cái)富500強(qiáng)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(wù)主要集中于6大領(lǐng)域：信息和通訊、自動(dòng)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(wù)領(lǐng)域能夠提供全球獨(dú)一無二的自動(dòng)化技術(shù)、工業(yè)控制和驅(qū)動(dòng)技術(shù)以及工業(yè)軟件，能夠滿足生產(chǎn)企業(yè)的所有需求，涵蓋整個(gè)價(jià)值鏈——從產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開發(fā)，到產(chǎn)品生產(chǎn)、銷售和服務(wù)。

西門子1FT7伺服電機(jī)

1FT7電機(jī)是適用于高性能應(yīng)用的緊湊型同步電機(jī)，滿足精度、動(dòng)態(tài)特性、轉(zhuǎn)速設(shè)定范圍以及防護(hù)等級和堅(jiān)固性等方面的嚴(yán)格要求。配有最新的編碼器技術(shù)，針對同西門子的全數(shù)字式驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)一起使用進(jìn)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(jī)行業(yè)的發(fā)展趨勢

數(shù)字化：數(shù)字控制技術(shù)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(qū)動(dòng)器智能化；

簡易化：簡易化不是簡單，而是精簡，是根據(jù)用戶情況，將用戶使用的伺服功能予以強(qiáng)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(shí)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(wǎng)絡(luò)化：即構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)型、總線型私服系統(tǒng)。現(xiàn)場總線是一種應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場，在現(xiàn)場設(shè)備之間、現(xiàn)場設(shè)備和控制裝置之間實(shí)行雙向、串形、多節(jié)點(diǎn)的數(shù)字通訊技術(shù)，構(gòu)建總線型伺服是實(shí)現(xiàn)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的必要途徑之一。

高效化：伺服系統(tǒng)將會(huì)采用更精度的編碼器，提高系統(tǒng)的采樣精度，同時(shí)提高伺服驅(qū)動(dòng)器的產(chǎn)品性能，不斷優(yōu)化逆變器驅(qū)動(dòng)電路，提供更快數(shù)據(jù)處理速度和伺服系統(tǒng)的加減速性能。