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工業機器人三大核心部件之一:伺服電機市場現狀

寧洋 2019-10-17 2217 1

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伺服電機與減速器、控制器被認為是工業機器人三大核心零部件,也是制約我國工業機器人產業發展的主要瓶頸。其中,伺服電機是一種補充馬達間接變速的裝置,可將電壓信號轉化為轉矩和轉速信號,以控制機器人的具象表現,是工業機器人的動力系統及運動的“心臟”。本文以工業機器人伺服電機的市場現狀和技術難點為基礎,分析了其未來發展趨勢。

摘要:伺服電機與減速器、控制器被認為是工業機器人三大核心零部件,也是制約我國工業機器人產業發展的主要瓶頸。其中,伺服電機是一種補充馬達間接變速的裝置,可將電壓信號轉化為轉矩和轉速信號,以控制機器人的具象表現,是工業機器人的動力系統及運動的“心臟”。本文以工業機器人伺服電機的市場現狀和技術難點為基礎,分析了其未來發展趨勢。

2018年工業機器人的總成本中,伺服電機、減速器和控制器三大核心部件的比例約為70%,分別為22%、32%和12%,伺服電機在工業機器人產業的地位從技術和成本上,均為不可或缺的一環,隨著工業自動化和“智能制造”的發展,工業機器人的應用領域不斷延伸,優化伺服電機技術的同時,降低成本是增強國產產品競爭力的必然途徑。

  

圖1 工業機器人結構及成本占比

  (資料來源:公開資料)

依托工業機器人產業發展,應用市場增速迅猛

在市場上,伺服電機作為工業機器人的配套部件,與工業機器人出貨量比例為1:1,根據國際機器人聯合會(IFR)數據顯示,2018年國內工業機器人伺服電機裝機量為15.64萬套,市場規模為23.2億元,近三年的平均復合增長率為33%,增速迅猛。

圖2 2015~2019年國內工業機器人控制器市場規模及預測

  (資料來源:五度易鏈行業研究中心)

市場競爭激烈,國產向上突圍難度大

目前,國內伺服電機系統供貨商主要分為歐美系、日系、臺系和國產品牌四大陣營。其中,日系憑借良好的產品性能與極具競爭力的價格壟斷了中小型OEM(設備制造業)市場;歐美品牌以大型機械市場為主,占據高端領域;臺灣品牌產品價格和技術水平定位于外資品牌和國產品牌之間;國產企業技術路線上與日系產品接近,但由于發展較晚,相比日本技術水平還有待提高,向上突圍還需時日。

  

圖3 國內工業機器人伺服電機市場格局

  (資料來源:五度易鏈行業研究中心)

國產企業以匯川技術、埃斯頓、廣州數控為代表,產品功率范圍多在22KW以內,近年來整體競爭力在不斷提高。

  表1 國內工業機器人伺服電機主要企業

  (資料來源:五度易鏈行業研究中心)

小型集成和大功率應用是國產產品的兩大短板

工業機器人中,伺服電機用于驅動機器人的關節,對功率質量比、扭矩慣量比、高啟動轉矩等要求較高,造成伺服電機的小體積集成和大功率的應用成為技術的關鍵核心。

國內伺服電機起步較晚,早期研究主要對標中小型設備制造業的日系產品,與日系產品有較強的趨同性,產品以5.5~15kW功率的中小型功率產品為主,導致國產大功率伺服電機產品的研究滯后,并且在小型化集成方面的技術上尚不及日系產品。這兩個方向是國內企業亟需完善的方向。

  表2 國產伺服電機產品與國外對比

  (資料來源:五度易鏈行業研究中心)

國內以補齊大功率和小型集成短板為方向,提高產品競爭力

工業機器人是推動產業升級發展的重要支持手段,伺服電機作為機器人中的執行單元,是影響工業機器人性能的主要因素,未來國內伺服電機市場受益于產業升級需要的市場增容影響,將繼續保持較快的增長速度,國產產品進口替代的空間依然巨大,生產與大功率機器人配套的伺服電機和優化小型、高密集成路徑,是國產產品的主要發展方向。

小結

伺服電機將控制器給出的電壓信號轉化為轉矩和轉速信號,控制機器人的具象表現,是工業機器人的動力系統及運動的“心臟”。工業機器人生產成本中伺服電機占22%,是技術和成本中重要的一環。近年來,伺服電機依托工業機器人產業發展,應用市場增速迅猛,但市場競爭激烈、總體穩定,國產向上突圍難度大,目前小型集成和大功率應用是國產產品的兩大短板,未來國內以補齊大功率和小型集成短板為方向,提高產品競爭力。


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