交流伺服驱动系统产品行业发展前景预测分析

第一节 行业发展趋势展望

一、技术发展趋势

现代交流伺服系统，经历了从模拟到数字化的转变，数字控制环已经无处不在，比如换相、电流、速度和位置控制；采用新型功率半导体器件、高性能DSP加FPGA、以及伺服专用模块(比如IR推出的伺服控制专用引擎)也不足为奇。国际厂商伺服产品每5年就会换代，新的功率器件或模块每2～2.5年就会更新一次，新的软件算法则日新月异，总之产品生命周期越来越短。总结国内外伺服厂家的技术路线和产品路线，结合市场需求的变化，可以看到以下一些最新发展趋势。

1、高效率化

尽管这方面的工作早就在进行，但是仍需要继续加强。主要包括电机本身的高效率比如永磁材料性能的改进和更好的磁铁安装结构设计，也包括驱动系统的高效率化，包括逆变器驱动电路的优化，加减速运动的优化，再生制动和能量反馈以及更好的冷却方式等。

2、直接驱动

直接驱动包括采用盘式电机的转台伺服驱动和采用直线电机的线性伺服驱动，由于消除了中间传递误差，从而实现了高速化和高定位精度。直线电机容易改变形状的特点可以使采用线性直线机构的各种装置实现小型化和轻量化。

3、高速、高精、高性能化

采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，无齿槽效应的高性能旋转电机、直线电机，以及应用自适应、人工智能等各种现代控制策略，不断将伺服系统的指标提高。

4、一体化和集成化

电动机、反馈、控制、驱动、通讯的纵向一体化成为当前小功率伺服系统的一个发展方向。有时我们称这种集成了驱动和通讯的电机叫智能化电机(Smart Motor)，有时我们把集成了运动控制和通讯的驱动器叫智能化伺服驱动器。电机、驱动和控制的集成使三者从设计、制造到运行、维护都更紧密地融为一体。但是这种方式面临更大的技术挑战(如可靠性)和工程师使用习惯的挑战，因此很难成为主流，在整个伺服市场中是一个很小的有特色的部分。

5、通用化

通用型驱动器配置有大量的参数和丰富的菜单功能，便于用户在不改变硬件配置的条件下,方便地设置成V/F控制、无速度传感器开环矢量控制、闭环磁通矢量控制、永磁无刷交流伺服电动机控制及再生单元等五种工作方式，适用于各种场合，可以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，也可以适应不同的传感器类型甚至无位置传感器。可以使用电机本身配置的反馈构成半闭环控制系统，也可以通过接口与外部的位置或速度或力矩传感器构成高精度全闭环控制系统。

6、智能化

现代交流伺服驱动器都具备参数记忆、故障自诊断和分析功能，绝大多数进口驱动器都具备负载惯量测定和自动增益调整功能，有的可以自动辨识电机的参数，自动测定编码器零位，有些则能自动进行振动抑止。将电子齿轮、电子凸轮、同步跟踪、插补运动等控制功能和驱动结合在一起，对于伺服用户来说，则提供了更好的体验。

7、网络化和模块化

随着机器安全标准的不断发展，传统的故障诊断和保护技术（问题发生的时候判断原因并采取措施避免故障扩大化）已经落伍，最新的产品嵌入了预测性维护技术，使得人们可以通过Internet及时了解重要技术参数的动态趋势，并采取预防性措施。比如：关注电流的升高，负载变化时评估尖峰电流，外壳或铁芯温度升高时监视温度传感器，以及对电流波形发生的任何畸变保持警惕。

8、从故障诊断到预测性维护

随着机器安全标准的不断发展，传统的故障诊断和保护技术(问题发生的时候判断原因并采取措施避免故障扩大化)已经落伍，最新的产品嵌入了预测性维护技术，使得人们可以通过Internet及时了解重要技术参数的动态趋势，并采取预防性措施。比如：关注电流的升高，负载变化时评估尖峰电流，外壳或铁芯温度升高时监视温度传感器，以及对电流波形发生的任何畸变保持警惕。

9、专用化和多样化

虽然市场上存在通用化的伺服产品系列，但是为某种特定应用场合专门设计制造的伺服系统比比皆是。利用磁性材料不同性能、不同形状、不同表面粘接结构(SPM)和嵌入式永磁(IPM)转子结构的电机出现，分割式铁芯结构工艺在日本的使用使永磁无刷伺服电机的生产实现了高效率、大批量和自动化，并引起国内厂家的研究。

10、小型化和大型化

无论是永磁无刷伺服电机还是步进电机都积极向更小的尺寸发展，比如20，28，35mm外径；同时也在发展更大功率和尺寸的机种，已经看到500kW永磁伺服电机的出现。体现了向两极化发展的倾向。

11、其他动向

发热抑制、静音化、清洁技术等。

二、产品发展趋势

机床、印刷、纺织、包装是大陆交流伺服系统的重点应用行业，机床、电子半导体以及风电太阳能等新能源对交流伺服的需求增长较快，不同细分领域的竞争格局差异较大

现代交流伺服系统最早被应用到宇航和军事领域，比如火炮、雷达控制等，后来逐渐进入到工业领域和民用领域。工业应用伺服用量最大的行业依次是：机床、印刷、纺织、包装、橡塑、电子半导体、电子半导体和风电太阳能，合计超过87.4%。

机床：在机床领域，市场份额排名靠前的厂商在数控系统领域有较大的影响力，并且在数控系统方面的优势有助于其交流伺服产品市场份额的进一步扩大。这些企业早期的数控系统基本上可以与其它品牌的伺服系统兼容，但最近几年各数控系统生产企业开始重点推广整体解决方案，与数控系统搭配的伺服系统主要为自身产品，对其它品牌伺服系统不再兼容。近两年大陆数控机床的产量变化幅度较小，随着大陆宏观经济的回暖，数控机床领域的增长潜力比较大，伺服系统的需求增长预期也比较高。

印刷：目前大陆印刷机械的市场集中度较高，高端设备主要集中在几家领先企业，这些企业比较注重品牌，对价格的敏感度相对较低，其采用的交流伺服系统多为高端品牌。其它中小企业则比较注重价格，以采用中低端品牌为主。印刷机械行业的需求主要来自于印刷机械产量的增加和无轴印刷设备等新产品的发展方面。

纺织：纺织行业采用变频器、PLC等产品较多，因此，在变频器、PLC等领域影响比较大的企业，其伺服产品更易于在纺织行业有效推广。纺织行业受金融危机影响大，2009年行业发展基本跌到谷底，2010年随着宏观经济的好转，行业发展将有大的提升。另外，目前大陆纺织机械行业正面临产品升级，低端的纺织机械逐渐被淘汰，高端纺织机械(能够提高纺织质量的纺织机械)逐渐增多，交流伺服系统的用量也会逐年增大。

包装：包装机械是对交流伺服系统需求最具潜力的一个行业。目前国内包装领域采用的高端设备以进口产品为主，国产相关设备与进口产品相比存在较大差距，可提升的空间较大，而设备的改进将会大量应用伺服系统。

电子半导体：电子半导体设备如打孔机、插件机等主要采用200W、400W等小功率的伺服系统，欧系企业在小功率电机领域的价格比较高，竞争力较弱。因此，该领域主要为日系、台系和国产品牌。2009年，中国规模以上电子信息制造业实现内销产值2.1万亿元，同比增长15.8%，电子半导体行业应用市场成为大陆交流伺服市场增长的一个亮点。

风电太阳能等新能源：当前中国面临着巨大的资源、环境和能源的压力，国家已经明确提出发展风电太阳能等新能源的战略规划。风电场叶轮的变桨控制、太阳能电池板的角度调整等都需要应用到大量的伺服控制产品，而且对伺服的安全防护性能和精度、稳定性方面提出了更高的要求。目前在风电太阳能等新能源领域成功打开市场的仅有西门子、路斯特等少数几家企业。2009年，大陆风电装机容量不断增加，并且保持了较快增长。伺服系统在风电领域需求量的增长与新增风电装机容量的增速基本相同，因此伺服系统在风电领域的需求前景比较看好。

第二节 行业前景展望分析

交流伺服系统由于控制原理的先进性，成本低、免维护，并且控制特性正在全面超越直流伺服系统，势必将在绝大多数应用领域代替传统的直流伺服系统。可以预见，交流伺服系统的研究将继续成为电气传动领域的一个研究热点，并将带动相关产业的迅猛发展。


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