2018年中國(guó)工業(yè)機(jī)器人伺服電機(jī)行業(yè)市場(chǎng)格局及國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品對(duì)比[圖]

    伺服電機(jī)由伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)、編碼器三部分組成，是工業(yè)機(jī)器人主要的動(dòng)力來源。伺服驅(qū)動(dòng)器負(fù)責(zé)將從控制器接收到的信息分解為單個(gè)自由度系統(tǒng)能夠執(zhí)行的命令，再傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)（伺服電機(jī)），伺服電機(jī)將收到的電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象，實(shí)現(xiàn)每一個(gè)關(guān)節(jié)的角度、角速度和關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩的控制。編碼器作為伺服系統(tǒng)的反饋裝置，很大程度上決定伺服系統(tǒng)精度。編碼器安裝在伺服電機(jī)上，與電機(jī)同步旋轉(zhuǎn)，電機(jī)轉(zhuǎn)一圈編碼器也轉(zhuǎn)一圈，轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)將編碼信號(hào)送回控制器，控制器據(jù)以判斷伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速、位置信息。一般來說，工業(yè)機(jī)器人的每個(gè)關(guān)節(jié)都會(huì)搭配一個(gè)伺服電機(jī)，即一臺(tái)六軸工業(yè)機(jī)器人搭配6套伺服電機(jī)。

    工業(yè)機(jī)器人伺服電機(jī)組成

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    一、市場(chǎng)格局

    伺服電機(jī)在工業(yè)自動(dòng)化中發(fā)揮著重要作用，廣泛用于機(jī)械、冶金、電力、石油化工、船舶制造、航空航天、建筑、交通、科研試驗(yàn)等多個(gè)領(lǐng)域。其中，機(jī)床工具、電子設(shè)備制造和工業(yè)機(jī)器人等行業(yè)伺服應(yīng)用比例較高。2018年機(jī)器人占伺服電機(jī)下游應(yīng)用的10%，且高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、大轉(zhuǎn)矩、低慣量的交、直流伺服電機(jī)在工業(yè)機(jī)器人中應(yīng)用較為普及。隨著未來機(jī)器人零部件實(shí)現(xiàn)突破，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人行業(yè)將迎來快速發(fā)展期，伺服電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域也將繼續(xù)向電子設(shè)備制造、工業(yè)機(jī)器人等新興領(lǐng)域深入。

    2018年我國(guó)伺服電機(jī)下游應(yīng)用

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    2012-2018年我國(guó)伺服電機(jī)市場(chǎng)規(guī)模及增速

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    智研咨詢發(fā)布的《2020-2026年中國(guó)工業(yè)機(jī)器人伺服電機(jī)行業(yè)市場(chǎng)專項(xiàng)調(diào)查及投資規(guī)模預(yù)測(cè)報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示：2018年，中國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)量為14.77萬臺(tái)，同比增長(zhǎng)12.7%。2010年以來，中國(guó)企業(yè)在伺服電機(jī)領(lǐng)域研發(fā)投入整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，相關(guān)專利申請(qǐng)及公開數(shù)量實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定增長(zhǎng)。2018年，伺服電機(jī)行業(yè)相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)量達(dá)到25177件，同比增長(zhǎng)37.4%，專利公開數(shù)量為24028件，同比增長(zhǎng)76.4%。

    2010-2018年伺服電機(jī)市場(chǎng)專利申請(qǐng)及公開數(shù)量（單位：件）

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    2014-2018年中國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)量

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    國(guó)內(nèi)伺服電機(jī)的參與者眾多，可以分為日系、歐美系、臺(tái)系以及國(guó)產(chǎn)系四類廠商。目前我國(guó)伺服電機(jī)中高端市場(chǎng)主要被國(guó)外企業(yè)壟斷，進(jìn)口產(chǎn)品在我國(guó)工業(yè)機(jī)器人伺服市場(chǎng)上占有率達(dá)70%以上。以西門子、施耐德、博世力士樂等為代表的歐美品牌產(chǎn)品過載能力高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，驅(qū)動(dòng)器開放性強(qiáng)，但價(jià)格昂貴，體積重量大，在高端設(shè)備和生產(chǎn)線方面比較有競(jìng)爭(zhēng)力。日系品牌產(chǎn)品以小功率和中功率為主，以松下、安川、三菱、三洋等為代表的日系品牌技術(shù)和性能水平比較符合中國(guó)用戶的需求，以良好的性價(jià)比和較高的可靠性獲得了穩(wěn)定且持續(xù)的客戶源，占據(jù)50%以上國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額。臺(tái)系以臺(tái)達(dá)電子為代表，其性能接近日系，價(jià)格介于國(guó)產(chǎn)與日系之間，性價(jià)比高，在中低端市場(chǎng)發(fā)展較快，市場(chǎng)占有率約10%。

    國(guó)產(chǎn)伺服電機(jī)盡管技術(shù)相對(duì)落后，產(chǎn)品主要在中低端領(lǐng)域，但國(guó)內(nèi)多家企業(yè)均已開發(fā)了機(jī)器人使用的伺服電機(jī)，國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程加速。目前我國(guó)企業(yè)在中低端伺服領(lǐng)域已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，以性價(jià)比的優(yōu)勢(shì)滿足中小型和經(jīng)濟(jì)型用戶的需求，例如匯川技術(shù)、埃斯頓、英威騰、華中數(shù)控、廣州數(shù)控等企業(yè)的伺服驅(qū)動(dòng)器及電機(jī)產(chǎn)品已相繼進(jìn)入批量化生產(chǎn)階段。盡管暫時(shí)無法像日系品牌一樣提供全功率段系統(tǒng)選型方案，但匯川和埃斯頓等國(guó)內(nèi)伺服第一梯隊(duì)的企業(yè)都紛紛針對(duì)機(jī)器人研發(fā)了機(jī)器人用伺服電機(jī)，國(guó)產(chǎn)伺服品牌的市場(chǎng)占有率有明顯提升。

    2018年我國(guó)伺服電機(jī)市場(chǎng)格局

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    二、國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品對(duì)比

    對(duì)比國(guó)內(nèi)外主要伺服電機(jī)產(chǎn)品，我國(guó)伺服電機(jī)與日系和歐美品牌相比仍然存在不足，具體表現(xiàn)為快速響應(yīng)性、功率密度、穩(wěn)定性和工作精度等指標(biāo)差距較大，電機(jī)的慣量、電流、扭矩輸出等參數(shù)往往不能做到最優(yōu)化，國(guó)產(chǎn)機(jī)器人為了滿足最大負(fù)載和速度參數(shù)，使用的電機(jī)都比日系選型要大，負(fù)載自重比大。

    在快速響應(yīng)能力上，國(guó)產(chǎn)伺服電機(jī)與日系及歐美品牌差距明顯。伺服電機(jī)的快速響應(yīng)性能由響應(yīng)帶寬指標(biāo)來體現(xiàn)，帶寬越大，快速響應(yīng)性能越好。對(duì)比安川電機(jī)與國(guó)產(chǎn)電機(jī)同型號(hào)低慣量系列，國(guó)產(chǎn)電機(jī)速度環(huán)帶寬為1-2kHz左右，安川電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)3.1kHz。

    在功率密度上，伺服電機(jī)對(duì)體積、重量要求較高，比如輕載6kg的桌面型機(jī)器人手臂安裝空間非常狹小，對(duì)伺服電機(jī)的長(zhǎng)度、質(zhì)量有著嚴(yán)格要求。受限于國(guó)內(nèi)廠商的設(shè)計(jì)與制造能力，國(guó)產(chǎn)電機(jī)外形尺寸偏大，能量密度較小，較難適應(yīng)工業(yè)機(jī)器人電機(jī)狹小的安裝空間。

    在工作精度上，伺服電機(jī)的工作精度主要由編碼器決定編碼器相當(dāng)于關(guān)節(jié)模組的神經(jīng)，時(shí)刻地把關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的位置數(shù)據(jù)反饋給控制器，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的控制。編碼器核心在于芯片與碼盤設(shè)計(jì)，國(guó)內(nèi)主流廠商采取的做法為芯片外購，在此基礎(chǔ)上開發(fā)自有解碼技術(shù)，并且高精度編碼器仍然依賴進(jìn)口。電機(jī)編碼器芯片依賴進(jìn)口是導(dǎo)致國(guó)產(chǎn)伺服電機(jī)不能完全替代進(jìn)口產(chǎn)品的主要原因。國(guó)產(chǎn)主流伺服電機(jī)編碼器分辨率最高僅達(dá)到23位絕對(duì)值，而日系及歐美品牌已經(jīng)突破24位，因此目前國(guó)產(chǎn)編碼器存在一定的精度不足問題。

    在穩(wěn)定性及可靠性隱性指標(biāo)上，由于伺服電機(jī)要進(jìn)行十分頻繁的正反向和加減速運(yùn)動(dòng)，并在短時(shí)間內(nèi)承受數(shù)倍過載，因此要求伺服電機(jī)必須在苛刻的運(yùn)行環(huán)境下保持良好的穩(wěn)定性。日系產(chǎn)品表現(xiàn)非常優(yōu)秀，而部分國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品即使初始性能優(yōu)越，但當(dāng)面臨過載等較為的復(fù)雜工況環(huán)境時(shí)，其性能大打折扣。國(guó)產(chǎn)伺服電機(jī)在實(shí)際使用環(huán)境下的性能指標(biāo)與實(shí)驗(yàn)室性能指標(biāo)無法匹配，這是阻礙國(guó)產(chǎn)伺服電機(jī)進(jìn)軍高端市場(chǎng)的重要原因之一。

    主要工業(yè)機(jī)器人伺服電機(jī)產(chǎn)品對(duì)比

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