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揭秘国内外机器人伺服电机的发展现状和技术瓶颈

时间:2023-09-15   访问量:0

作为国内机器人伺服电机,三大核心部件之一,一直是机器人关于该行业复杂性的长篇大论。

伺服电机是指控制伺服系统中机械部件运转的发动机,是一种辅助电机间接传动装置。

伺服电机可以使控制速度和位置精度非常精确,可以将电压信号转换成转矩和速度来驱动被控对象。伺服电机的转子速度由输入信号控制,响应速度快。在自动控制系统中,用作执行元件,具有机电时间常数小、线性度高、启动电压高等特点,能将接收到的电信号转换成角位移或角速度输出在电机轴上。

伺服电机分为DC和交流伺服电机。它们的主要特点是信号电压为零时没有旋转现象,转速随着转矩的增大匀速下降。

伺服电机的发展现状及市场前景

2015年,中国伺服电机市场已经达到122亿元,其中工业机器人占比8.7%,市场规模约为10.6亿元。

工业机器人而数控机床的快速增长也在一定程度上刺激了伺服电机市场的发展。

目前,工业机器人使用伺服电机的技术难点主要表现在以下几个方面:

1.工作系统与发热

工业机器人一般是在频繁加速和启停的情况下运行。由于这种特殊的运行方式,其伺服电机受温度的限制很大,不仅仅是额定转矩点的温度特性。工业机器人伺服电机非常重要,整个运行空间的运行温度由加减速力矩和维持力矩的工作系统决定。

2.转动惯量

伺服电机的转动惯量是伺服驱动中一个非常重要的关键点。当机械系统加速运行时,伺服电机不仅要提供负载加速转矩,还要提供自身的加速转矩。因此,伺服电机转动惯量和系统转动惯量的协调非常重要。

3.扭矩质量

工业机器人伺服电机要求转矩平滑,转矩脉动小,转矩常数稳定。稳定的转矩常数通常要求伺服电机具有较高的抗饱和能力,要仔细考虑铁损和摩擦损耗对转矩常数的影响。通常需要对伺服电机进行合理精巧的电磁和结构设计,以满足转矩质量要求。

4.高响应性

工业伺服电机系统追求更高的响应能力,影响伺服系统响应能力的因素一般包括电机转动惯量、减速比、加减速转矩、电机结构、控制策略等。反应能力高也与电机发热密切相关。

5、磁钢退磁

为了使伺服电机具有高性能,目前广泛采用钕铁硼永磁体提供磁场,但其对温度敏感,在高温环境下容易发生不可逆退磁。工业机器人伺服电机需要高过载能力和高电枢反应,所以在转子永磁体上感应的涡流损耗通常较大,永磁体容易发热,所以对伺服电机的温度计算和永磁体保护要求较高。

随着工业机器人市场蓬勃发展,中国伺服系统与国外知名品牌企业的明显差距成为制约中国的因素。工业机器人行业的瓶颈。从技术上来说,国产伺服电机主要存在以下缺陷:

1.外观一般较长,比较粗糙,很难用在一些高档产品上。机器人在上面。尤其是在6kg左右的轻载桌面上。机器人在,由于机器人手臂的安装空间非常狭窄,对伺服电机的长度有严格的要求。

2.信号连接器的可靠性有待提高,需要向小型化、高密度、与伺服电机本体一体化设计方向设计,便于安装、调试和更换。

3.另一项核心技术是高精度编码器,尤其是机器人国际上使用的多圈绝对值编码器严重依赖进口,制约了我国的高档化。机器人发展的一大瓶颈。编码器的小型化也是伺服电机小型化的核心技术。

4.缺乏基础研究,包括绝对式编码器技术、高端电机工业化制造技术、生产技术的突破、性能指标的实际验证和考核标准的制定。

5.缺乏伺服系统各部分的工业配合和协作,很难做好伺服电机和驱动系统的整体性能。

中国机器人这个行业正处于一个大变革的时代。根据众所周知的行业数据机构IDC预测,到2020年,中国。机器人市场规模将达到594亿美元,中国市场将占据全球。机器人超过总市场的30%。同时,目前中国已经取代德国成为全球最大的数控机床市场。根据相关政府报告,未来中国高端数控机床市场将继续增长。到2020年,中国数控机床行业资产规模将达到2700亿元。

2015-2019年全球工业机器人伺服电机行业报告显示,从2013年开始,中国已经成为世界第一。工业机器人市场:2014年,伺服电机在中国市场的销量已经飙升至伺服电机全球销量的55%。

根据研究和市场预测,90%工业机器人使用伺服电机,同时,每个工业机器人装配伺服电机一般,所以考虑到2014年我国伺服电机数量增加23.1万台,预计到2019年我国伺服电机需求量将达到73.7万台。

面对如此大的蛋糕,伺服电机行业内部竞争激烈。就国内情况来看,外资企业在电机市场占据绝对优势,其中日系品牌凭借良好的产品性能,极具竞争力价格垄断中小型OEM(设备制造)市场。2014年伺服系统市场前15名厂商中,前三名均为日系品牌,合计份额为45%。西门子、博世、施耐德等欧洲品牌占据高端,整体市场份额在30%左右。国内企业整体份额不到10%。

国外知名代表企业

楞次(德国)

伦茨是世界上著名的机电传动产品制造商。其主要产品包括DC调速装置、交流变频器、交流伺服系统、各种电机、小型变速器、变速箱、变速器、制动器和离合器。应该公司主动产品MCM同步伺服电机是主要产品。机器人市场,结构紧凑,良好的负载和电机惯性比,光滑的外壳,简单易用,适合包装,搬运以及其他应用场景。

博世力士乐(德国)

BoschRexroth是德国博世集团的全资子公司。公司是全球性的。工业技术市场领先的供应商,在传动和控制领域享有良好的声誉。应该公司其产品种类繁多,主要集中在高品质的电控、液压、气动、机电一体化元件和系统。

Rust(德国)

Lust是Kolb集团的一部分,专注于机器人/机床制造业提供通用一类、可编程、多轴运动控制的伺服驱动产品及相关解决方案的生产和贸易企业。广泛的标准产品,包括通用A型、可编程型和多轴运动控制型,广泛应用于各种工业机械和机床。

贝夫(德国)

作为一种开发理念,倍福基于PC的新自动化技术是由工业PC机、现场总线模块、驱动产品和TwinCAT自动化软件构成了一个完整兼容的控制系统,可以为各种工业控制领域提供开放的自动化系统和完整的解决方案。

西门子(德国)

西门子是世界上最大的电气和电子公司。公司第一,在150年的繁荣之后,公司我们的业务主要集中在六大领域:信息与通信、自动化与控制、电力、交通、医疗系统和照明。西门子伺服电机种类丰富,结构紧凑,可实现优异的动态特性和运行效率,性能级别齐全,安装规格多样。

SIMOTICS 1FT7永磁同步电机

欧洲伺服系统的特点是过载能力高、动态响应好、驱动器和总线接口(包括现场总线)的开放性强。工业以太网甚至无线网络技术。但是价格价格昂贵且体积庞大。虽然目前的高速伺服总线大多是开放标准,但其技术是国际化的。公司受到控制。尤其是基于工业以太网技术,如EtherCAT、Profinet、EtherNet/IP、SERCOS III等。,都在改善。工业机器人高性能的专用交流伺服系统起着重要的作用。德国公司Beckhoff推出的EtherCAT近年来发展迅速,已经成为大多数高性能驱动系统的首选网络标准。安川国外伺服厂商,如楞次,已经采用EtherCAT总线作为下一代产品的总线标准。)

松下(日本)

松下是一家大型跨国企业,产品覆盖家电、数码视听电子、办公产品、航空等多个领域。松下松下汽车公司主要从事机电服务,其中公司市场上流行小型交流伺服电机和驱动器,其中大惯量系列适用于数控机床,中惯量系列适用于。机器人(最大转速3000r/min,扭矩0.016~0.16N.m)。

安川(日本)

安川电机是世界一流的传动产品制造商,也是日本第一台伺服电机。公司其产品以稳定、高性价比著称,是全球销量最大、使用行业最多的伺服品牌。来自将军工业从机械到半导体和电子零件制造设备,安川可以提供最匹配的适合各种用途的伺服和控制器产品。

三菱(日本)

三菱不是一家独立的公司。公司,而是由许多独立的公司一个应该公司涉及采矿、造船、银行、保险、仓储、贸易、造纸、钢铁、玻璃、电气设备、飞机、石油和房地产等许多领域的,都是日本人。工业巨人队。三菱电机一直致力于提高产品性能。FA产品系列涵盖可编程控制器(PLC)、人机界面(HMI)、交流伺服系统、变频器、工业机器人和低压配电产品。

三洋(日本)

三洋是日本松下旗下的电器。公司,瞄准中端市场。自2012年4月1日起,该品牌停止运营。三洋的Denki交流伺服驱动系统是国内最早的伺服系统之一。以性能优异、高速、准确、灵活、寿命长、性价比高著称。可实现不同控制模式的切换、全闭环控制、输出检测功能、自动滤波功能和实时自整定功能,广泛应用于冶金高炉印刷机械、包装机械、纺织机械、塑料机械、医疗器械、自动化生产线等领域。

日本伺服电机价格比较低,体积小,重量轻。但缺点也很明显,就是动态响应能力比较弱,开放性差。

ELMO(以色列)

Elmo运动控制是一家专业研发紧凑型大功率伺服电机的公司,25年来致力于各种恶劣条件。工业在该环境下设计了伺服驱动器,并提供了先进的网络运动控制器和完整的运动控制解决方案。应该公司它号称是世界上最好的伺服电机。

SERVOTRONIX(美容)

Servotronix专注于运动控制领域,也是一家专业开发高性能伺服驱动器系列和运动控制解决方案的企业。应该公司已被美的收购,未来将成为库卡。机器人伺服电机的主要供应商。

AMC(美国)

AMC(高级运动控制)是一个可靠的高性能运动控制系统。公司成立于1987年,几十年来一直保持着小规模,只有300多名员工,其中40%是工程师。应该公司目标是成为最好的伺服。公司所以只生产伺服驱动领域的产品。依靠高超的制造水平和先进的研发能力,在过去的七年里公司客户留存率高达91%。

科普利(美国)

像AMC一样,科普利控制是一家专注于伺服驱动的公司。公司,主要针对广泛的工业Application提供高性能运动控制解决方案,拥有超过25年的OEM合作经验。应该公司产品的应用领域主要包括半导体、生命科学、自动化设备、机器人、测试/测量和COTS军事工业。

在这些家庭之上公司是伺服控制技术的领导者,虽然他们的产品在市场上份额不大,但代表了伺服控制技术的发展方向。

国内知名代表企业

三角洲(台湾省)

台达是中国知名自动化品牌,在全球自动化领域占据独特地位。90年代初,台达采用自主研发,开始进军。工业自动化领域。台达基于在电力电子领域的积累,从变频器产品起家,再到PLC、伺服、HMI、CNC数控系统,再到基于PC的PAC控制器、传感器、机器视觉、工业机器人全系列自动化产品,如最终锁驱动、运动、控制三大领域。

士林(台湾省)

士林成立于1955年,主要开发重电、电装、机械、自动化等领域的相关产品。应该公司与日本三菱公司密切合作,厦门建立合资企业公司据说产品的用户体验堪比三菱电机。以士林SDH交流伺服系列为例。该系列电机采用台湾省最好的编码器,响应速度台湾第一。

台湾品牌好用,性能接近日系,但是价格相比日系品牌更便宜,性价比更高,在中低端市场发展迅速。

创新

深圳汇川主要从事自动化和新能源相关领域的产品研发,是本土企业中伺服电机市场占有率最高的品牌。汇川在智能设备、工业机器人该领域已经引入了变频器、伺服系统、控制系统,工业视觉系统、传感器、电气解决方案等一系列核心部件。工业自动化产品已成为中国最大的中低压变频器和伺服系统供应商。汇川旗下多个伺服电机支持Ethercat以太网通讯协议。

高古

固高科技是中国领先的自动控制产品供应商公司自主研发的基于PC的开放式运动控制器、嵌入式运动控制器、网络运动控制器和计算机可编程自动化控制器产品和系统达到国际一流水平,填补了国内同行业多项空白。立体高度主要是机器人运动控制提供系统。

华中数控

华中数控背靠中国科学技术大学,拥有卓越的R&D能力,是中国最大的中高档数控系列制造商。其车床伺服电机达到了国际中档水平。应该公司GK6、GK7系列永磁同步交流伺服电机和GM7系列交流伺服主轴已批量生产。目前是国内唯一拥有成套核心技术自主知识产权和自主配套能力的企业。

广州数字控制

广州CNC面向数控机床行业、自动化控制领域和注塑制品行业。是国内最大的机床数控系统制造商,产业链完整、规模庞大的突出优势。应该公司伺服系统主要用于机床、包装机械等。

英威腾

2011年,搞活收购皇家动力,将品牌打造成为纺织机械伺服系统领先细分领域。Invigor主要为纺织机械企业提供整体解决方案,提供业内最全面的预防伺服系统。目前,这公司我们的伺服产品广泛应用于纺织机械、包装机械、数控车床、点胶机、LED分束贴装机等机器,具有很高的性价比。

埃斯顿

南京埃斯顿拥有十多年的数字化生产和销售传播经验。通用交流伺服驱动器和电机的历史,产品广泛应用于各种数控机床和自动化设备。公司2012年圆满完成863计划重大专项。工业机器人交流伺服系统驱动器和电机开发”,有自己的品牌。机器人特殊交流伺服系统。目前,公司全部机器人采用的交流伺服系统全部自产,实现了国产核心部件的突破。公司也研制成功机器人特殊的“一拖六”交流伺服系统,为开发更经济高效的国产机器人提供了基础。

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