國(guó)產(chǎn)伺服電機(jī)有待加速
日前，格力從功率密度、齒槽轉(zhuǎn)矩、電流環(huán)設(shè)計(jì)等三方面入手，自主研發(fā)出工業(yè)機(jī)器人用高性能伺服電機(jī)，該電機(jī)被科技成果鑒定會(huì)專家組評(píng)審為：總體技術(shù)達(dá)到“國(guó)際先進(jìn)”水平，其功率密度、過載能力等性能指標(biāo)達(dá)到“國(guó)際領(lǐng)先”水平。
伺服電機(jī)一般安裝在機(jī)器人的“關(guān)節(jié)”處，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，需要使用的伺服電機(jī)的數(shù)量也就越多。2003-2017年，全球工業(yè)機(jī)器人持續(xù)快速增長(zhǎng)。2013年以來，我國(guó)一躍成為全球最大的工業(yè)機(jī)器人消費(fèi)國(guó)。隨著機(jī)器人的廣泛應(yīng)用，助力機(jī)器人實(shí)現(xiàn)精確定位和運(yùn)動(dòng)的伺服電機(jī)也迎來了迅猛發(fā)展。
近年來，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈業(yè)獲得了長(zhǎng)足發(fā)展，主要集中在本體和集成端，其核心零部件仍大部分依靠進(jìn)口，這極大地制約了我國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。據(jù)世界機(jī)器人聯(lián)合會(huì)統(tǒng)計(jì)，減速器、控制器和伺服電機(jī)三大核心零部件是工業(yè)機(jī)器人最重要的組成部分，成本占比分別為36%、12%、24%。
伺服電機(jī)是一種補(bǔ)助馬達(dá)間接變速裝置，在伺服系統(tǒng)中控制機(jī)械元件的運(yùn)轉(zhuǎn)，可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，可以將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象，相當(dāng)于工業(yè)機(jī)器人的“神經(jīng)系統(tǒng)”。
工業(yè)機(jī)器人對(duì)伺服電機(jī)有著極為嚴(yán)格的要求：快速響應(yīng)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩慣量比大，控制特性的連續(xù)性和直線性，體積小、質(zhì)量小、軸向尺寸短，能經(jīng)受苛刻的運(yùn)行條件等。
目前，工業(yè)機(jī)器人使用的較多的是交流伺服系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)伺服電機(jī)高端市場(chǎng)主要被日本伺服電機(jī)和歐美的外企占據(jù)。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，國(guó)外品牌在中國(guó)交流伺服市場(chǎng)份額達(dá)到了80%左右。其中，日系伺服產(chǎn)品以50%左右的市場(chǎng)份額居首，歐系伺服品牌整體市場(chǎng)份額在30%左右，而國(guó)內(nèi)企業(yè)整體份額不足10%。
由于日系伺服電機(jī)的技術(shù)和性能都比較貼合我國(guó)客戶的需求，國(guó)產(chǎn)伺服電機(jī)大多是仿制日系伺服電機(jī)設(shè)計(jì)，功率多在3kW以內(nèi)，以中小功率居多，而5.5~15kW的中大功率伺服電機(jī)則比較少。
近年來，受益于產(chǎn)業(yè)升級(jí)的影響，我國(guó)伺服電機(jī)自主配套能力已現(xiàn)雛形，產(chǎn)品功率范圍大多在22kW以內(nèi)，較大規(guī)模的伺服品牌有20余家。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年我國(guó)伺服電機(jī)行業(yè)相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)量達(dá)14058項(xiàng)，相較于2010年，其年復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)31.68%。
《2015-2019年全球工業(yè)機(jī)器人伺服電機(jī)行業(yè)報(bào)告》預(yù)計(jì)到2019年，中國(guó)市場(chǎng)對(duì)伺服電機(jī)的需求將達(dá)到18.2萬臺(tái)。行業(yè)專家預(yù)計(jì)，到2020年我國(guó)工業(yè)機(jī)器人用伺服系統(tǒng)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)47億元左右，未來5年復(fù)合增長(zhǎng)率約達(dá)35%。
有專家表示，信號(hào)接插件的可靠性是伺服電機(jī)的核心技術(shù)之一。因此，國(guó)產(chǎn)伺服需要持續(xù)改進(jìn)接插件可靠性技術(shù)，朝著小型化、高密度化與伺服電機(jī)本體的集成設(shè)計(jì)方向發(fā)展，以方便安裝、調(diào)試、更換。
高精度的編碼器也是伺服電機(jī)的核心技術(shù)之一，尤其工業(yè)機(jī)器人上用的多圈絕對(duì)值編碼器技術(shù)大多依賴進(jìn)口，嚴(yán)重制約著我國(guó)高檔伺服系統(tǒng)的發(fā)展。同時(shí)，高檔機(jī)器人要求伺服電機(jī)朝著小型化方向發(fā)展，因此編碼器的小型化也將是發(fā)展趨勢(shì)之一。
此外，國(guó)內(nèi)正逐步加強(qiáng)伺服系統(tǒng)的基礎(chǔ)性研究，包括絕對(duì)值編碼器技術(shù)、高端電機(jī)的產(chǎn)業(yè)化制造技術(shù)、生產(chǎn)工藝的突破、性能指標(biāo)的實(shí)用性驗(yàn)證和考核標(biāo)準(zhǔn)的制定、伺服系統(tǒng)各部分產(chǎn)業(yè)協(xié)同聯(lián)合等，這些都需要國(guó)內(nèi)伺服系統(tǒng)行業(yè)的核心零部件企業(yè)去創(chuàng)新、改進(jìn)和完善。
《中國(guó)制造2025》規(guī)劃總體部署了機(jī)器人伺服電機(jī)的目標(biāo)：到2020年，性能、精度、可靠性達(dá)到國(guó)外同類產(chǎn)品水平。因此，在國(guó)內(nèi)伺服電機(jī)的自主研發(fā)方面，我國(guó)還需加大對(duì)關(guān)鍵技術(shù)的投入和研發(fā)，提高零部件自給率，整合現(xiàn)有研發(fā)資源，盡快形成一批技術(shù)研發(fā)實(shí)驗(yàn)室、工程中心、企業(yè)技術(shù)中心、整機(jī)及關(guān)鍵零部件檢測(cè)中心等，同時(shí)培育自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)品牌，將國(guó)內(nèi)伺服電機(jī)產(chǎn)業(yè)做大做強(qiáng)。