摘要：伺服電機(jī)與減速器、控制器被認(rèn)為是工業(yè)機(jī)器人三大核心零部件，也是制約我國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要瓶頸。其中，伺服電機(jī)是一種補(bǔ)充馬達(dá)間接變速的裝置，可將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速信號(hào)，以控制機(jī)器人的具象表現(xiàn)，是工業(yè)機(jī)器人的動(dòng)力系統(tǒng)及運(yùn)動(dòng)的“心臟”。本文以工業(yè)機(jī)器人伺服電機(jī)的市場(chǎng)現(xiàn)狀和技術(shù)難點(diǎn)為基礎(chǔ)，分析了其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。
2018年工業(yè)機(jī)器人的總成本中，伺服電機(jī)、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(jī)在工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的地位從技術(shù)和成本上，均為不可或缺的一環(huán)，隨著工業(yè)自動(dòng)化和“智能制造”的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域不斷延伸，優(yōu)化伺服電機(jī)技術(shù)的同時(shí)，降低成本是增強(qiáng)國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的必然途徑。
圖1 工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)及成本占比 (資料來(lái)源：公開(kāi)資料)
依托工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展
應(yīng)用市場(chǎng)增速迅猛
在市場(chǎng)上，伺服電機(jī)作為工業(yè)機(jī)器人的配套部件，與工業(yè)機(jī)器人出貨量比例為1:1，根據(jù)國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)(IFR)數(shù)據(jù)顯示，2018年國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人伺服電機(jī)裝機(jī)量為15.64萬(wàn)套，市場(chǎng)規(guī)模為23.2億元，近三年的平均復(fù)合增長(zhǎng)率為33%，增速迅猛。
圖2 2015～2019年國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人控制器市場(chǎng)規(guī)模及預(yù)測(cè)
(資料來(lái)源：金智創(chuàng)新行業(yè)研究中心)
市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈
國(guó)產(chǎn)向上突圍難度大
目前，國(guó)內(nèi)伺服電機(jī)系統(tǒng)供貨商主要分為歐美系、日系、臺(tái)系和國(guó)產(chǎn)品牌四大陣營(yíng)。其中，日系憑借良好的產(chǎn)品性能與極具競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格壟斷了中小型OEM(設(shè)備制造業(yè))市場(chǎng);歐美品牌以大型機(jī)械市場(chǎng)為主，占據(jù)高端領(lǐng)域;臺(tái)灣品牌產(chǎn)品價(jià)格和技術(shù)水平定位于外資品牌和國(guó)產(chǎn)品牌之間。
國(guó)產(chǎn)企業(yè)技術(shù)路線上與日系產(chǎn)品接近，但由于發(fā)展較晚，相比日本技術(shù)水平還有待提高，向上突圍還需時(shí)日。
圖3 國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人伺服電機(jī)市場(chǎng)格局
(資料來(lái)源：金智創(chuàng)新行業(yè)研究中心)
國(guó)產(chǎn)企業(yè)以匯川技術(shù)、埃斯頓、廣州數(shù)控為代表，產(chǎn)品功率范圍多在22KW以?xún)?nèi)，近年來(lái)整體競(jìng)爭(zhēng)力在不斷提高。
表1 國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人伺服電機(jī)主要企業(yè)
(資料來(lái)源：金智創(chuàng)新行業(yè)研究中心)
小型集成和大功率應(yīng)用是國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品兩大短板
工業(yè)機(jī)器人中，伺服電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的關(guān)節(jié)，對(duì)功率質(zhì)量比、扭矩慣量比、高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩等要求較高，造成伺服電機(jī)的小體積集成和大功率的應(yīng)用成為技術(shù)的關(guān)鍵核心。
國(guó)內(nèi)伺服電機(jī)起步較晚，早期研究主要對(duì)標(biāo)中小型設(shè)備制造業(yè)的日系產(chǎn)品，與日系產(chǎn)品有較強(qiáng)的趨同性，產(chǎn)品以5.5～15kW功率的中小型功率產(chǎn)品為主，導(dǎo)致國(guó)產(chǎn)大功率伺服電機(jī)產(chǎn)品的研究滯后，并且在小型化集成方面的技術(shù)上尚不及日系產(chǎn)品。這兩個(gè)方向是國(guó)內(nèi)企業(yè)亟需完善的方向。
表2 國(guó)產(chǎn)伺服電機(jī)產(chǎn)品與國(guó)外對(duì)比
(資料來(lái)源：金智創(chuàng)新行業(yè)研究中心)
國(guó)內(nèi)以補(bǔ)齊大功率和小型集成短板為方向
提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力
工業(yè)機(jī)器人是推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)發(fā)展的重要支持手段，伺服電機(jī)作為機(jī)器人中的執(zhí)行單元，是影響工業(yè)機(jī)器人性能的主要因素，未來(lái)國(guó)內(nèi)伺服電機(jī)市場(chǎng)受益于產(chǎn)業(yè)升級(jí)需要的市場(chǎng)增容影響，將繼續(xù)保持較快的增長(zhǎng)速度，國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品進(jìn)口替代的空間依然巨大，生產(chǎn)與大功率機(jī)器人配套的伺服電機(jī)和優(yōu)化小型、高密集成路徑，是國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品的主要發(fā)展方向。
小結(jié)
伺服電機(jī)將控制器給出的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速信號(hào)，控制機(jī)器人的具象表現(xiàn)，是工業(yè)機(jī)器人的動(dòng)力系統(tǒng)及運(yùn)動(dòng)的“心臟”。工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)成本中伺服電機(jī)占22%，是技術(shù)和成本中重要的一環(huán)。
近年來(lái)，伺服電機(jī)依托工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展，應(yīng)用市場(chǎng)增速迅猛，但市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈、總體穩(wěn)定，國(guó)產(chǎn)向上突圍難度大，目前小型集成和大功率應(yīng)用是國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品的兩大短板，未來(lái)國(guó)內(nèi)以補(bǔ)齊大功率和小型集成短板為方向，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。