???? 目錄 1??電機發展史2??交流伺服概念的引入、基本性能和控制方法3??交流伺服在我國的發展歷史4??交流伺服的技術狀況5??交流伺服市場狀況6??交流伺服的行業應用7??國內外市場發展趨勢 ????????????? 1電機發展史 ???????????? 1800年伏特發明電池，是電氣出現的開端，電動機的誕生和發展在這之后可以分成幾個階段。從1820年一直到整個19世紀末葉，發現了電磁現象以及相關的各種法則，誕生了交流電機的原型，并確立了電機的工業運用。從20世紀開始一直到1970年代，是電動機的成長和成熟期，有刷直流電機、感應電動機、同步電動機和步進電動機等各種電機相繼誕生，半導體驅動技術和電子控制概念引入，帶來變頻驅動的實用化。從1970年代到20世紀末期，計算技術的飛躍發展為發展高性能驅動帶來了機會，隨著設計、評價、測量、控制、功率半導體、軸承、磁性材料、絕緣材料、制造加工技術的不斷進步，電動機本體經歷了輕量化、小型化、化、高力矩輸出、低噪音振動、高可靠、低成本等一系列變革，相應的驅動和控制裝置也更加智能化和程序化。進入21世紀，在以多媒體和互聯網為特征的信息時代，電動機和驅動裝置繼續發揮支撐作用，向節約資源、環境友好、節能運行的方向發展。

永磁無刷直流電機(BrushlessDCMotor)就是隨著永磁材料技術、半導體技術和控制技術的發展而出現的一種新型電機。無刷直流電機誕生于20世紀50年代，并在60年代開始用于宇航事業和軍事裝備，80年代以后，出現了價格較低的釹鐵硼永磁，研發重點逐步推廣到工業、民用設備和消費電子產業。本質上，無刷直流電機是根據轉子位置反饋信息采用電子換相運行的交流永磁同步電機，與有刷直流電機相比具有一系列優勢，近年得到了迅速發展，在許多領域的競爭中不斷取代直流電機和異步電動機。進入90年代之后，永磁電機向大功率、高功能和微型化發展，出現了單機容量超過1000KW，最高轉速超過300000rpm，最低轉速低于0.01rpm，最小體積只有0.8x1.2mm的品種。

實際上，永磁無刷直流電機和本文重點論述的永磁交流伺服電機都屬于交流永磁同步電機。按照反電動勢波形和驅動電流的波形，可以將永磁同步電機分為方波驅動和正弦波驅動型，前者就是我們常說的無刷直流電機，后者又稱為永磁同步交流伺服電機，主要用于伺服控制的場合。那么，伺服是什么含義呢？伺服控制的基本性能如何衡量呢？

2交流伺服概念的引入、基本性能和控制方法 ????????????? 伺服來自英文單詞Servo，指系統跟隨外部指令進行人們所期望的運動，運動要素包括位置、速度和力矩。伺服系統的發展經歷了從液壓、氣動到電氣的過程，而電氣伺服系統包括伺服電機、反饋裝置和控制器。在20世紀60年代，最早是直流電機作為主要執行部件，在70年代以后，交流伺服電機的性價比不斷提高，逐漸取代直流電機成為伺服系統的主導執行電機。控制器的功能是完成伺服系統的閉環控制，包括力矩、速度和位置等。我們通常說的伺服驅動器已經包括了控制器的基本功能和功率放大部分。雖然采用功率步進電機直接驅動的開環伺服系統曾經在90年代的所謂經濟型數控領域獲得廣泛使用，但是迅速被交流伺服所取代。進入21世紀，交流伺服系統越來越成熟，市場呈現快速多元化發展，國內外眾多品牌進入市場競爭。目前交流伺服技術已成為工業自動化的支撐性技術之一。

在交流伺服系統中，電動機的類型有永磁同步交流伺服電機(PMSM)和感應異步交流伺服電機(IM)，其中，永磁同步電機具備十分優良的低速性能、可以實現弱磁高速控制，調速范圍寬廣、動態特性和效率都很高，已經成為伺服系統的主流之選。而異步伺服電機雖然結構堅固、制造簡單、價格低廉，但是在特性上和效率上存在差距，只在大功率場合得到重視。本文討論的重點將放在永磁同步交流伺服系統上。

交流伺服系統的性能指標可以從調速范圍、定位精度、穩速精度、動態響應和運行穩定性等方面來衡量。低檔的伺服系統調速范圍在1:1000以上，一般的在1:5000～1:10000，高性能的可以達到1:100000以上；定位精度一般都要達到±1個脈沖，穩速精度，尤其是低速下的穩速精度比如給定1rpm時，一般的在±0.1rpm以內，高性能的可以達到±0.01rpm以內；動態響應方面，通常衡量的指標是系統最高響應頻率，即給定最高頻率的正弦速度指令，系統輸出速度波形的相位滯后不超過90°或者幅值不小于50％。進口三菱伺服電機MR－J3系列的響應頻率高達900Hz，而國內主流產品的頻率在200～500Hz。運行穩定性方面，主要是指系統在電壓波動、負載波動、電機參數變化、上位控制器輸出特性變化、電磁干擾、以及其他特殊運行條件下，維持穩定運行并保證一定的性能指標的能力。這方面國產產品、包括部分臺灣產品和世界先進水平相比差距較大。

在控制策略上，基于電機穩態數學模型的電壓頻率控制方法和開環磁通軌跡控制方法都難以達到良好的伺服特性，目前普遍應用的是基于永磁電機動態解耦數學模型的矢量控制方法，這是現代伺服系統的核心控制方法。雖然人們為了進一步提高控制特性和穩定性，提出了反饋線性化控制、滑模變結構控制、自適應控制等理論，還有不依賴數學模型的模糊控制和神經元網絡控制方法，但是大多在矢量控制的基礎上附加應用這些控制方法。還有，高性能伺服控制必須依賴高精度的轉子位置反饋，人們一直希望取消這個環節，發展了無位置傳感器技術(SensorlessControl)。至今，在商品化的產品中，采用無位置傳感器技術只能達到大約1:100的調速比，可以用在一些低檔的對位置和速度精度要求不高的伺服控制場合中，比如單純追求快速起停和制動的縫紉機伺服控制，這個技術的高性能化還有很長的路要走。

3交流伺服在我國的發展歷史 ?????????????? 我國從1970年代開始跟蹤開發交流伺服技術，主要研究力量集中在高等院校和科研單位，以軍工、宇航衛星為主要應用方向，不考慮成本因素。主要研究機構是北京機床所、西安微電機研究所、中科院沈陽自動化所等。80年代之后開始進入工業領域，直到2000年，國產伺服停留在小批量、高價格、應用面狹窄的狀態，技術水平和可靠性難以滿足工業需要。2000年之后，隨著中國變成世界工廠、制造業的快速發展為交流伺服提供了越來越大的市場空間，國內幾家單位開始推出自己品牌的交流伺服產品。目前國內主要的伺服品牌或廠家有森創(和利時電機)、華中數控、廣數、南京埃斯頓、蘭州電機廠等。其中華中數控、廣數等主要集中在數控機床領域。 4交流伺服的技術狀況 ?????????????????? 1.當前國內外交流伺服產品的水平

交流伺服系統的相關技術，一直隨著用戶的需求而不斷發展。電動機、驅動、傳感和控制技術等關聯技術的不斷變化、造就了各種各樣的配置。就電動機而言，可以采用盤式電機、無鐵芯電機、直線電機、外轉子電機等，驅動器可以采用各種功率電子元件，傳感和反饋裝置可以是不同精度、性能的編碼器、旋變和霍爾元件甚至是無傳感器技術，控制技術從采用單片機開始，一直到采用高性能DSP和各種可編程模塊，以及現代控制理論的實用化等等。我們從2005年11月在德國紐倫堡舉辦的SPS/IPC/Drives展覽上可以看到世界范圍內電氣驅動、運動控制和相關軟件的最新情況，其中交流伺服產品的亮點很多，代表了當前的國際水平。這里僅僅摘錄幾條，相對應的，國內廠商的研發動向也對比進行說明。

貝加萊(B&R)工業自動化公司推出的AcoposMulti驅動系統采用模塊化的可擴展結構，每個軸模塊可以提供1到2個伺服軸控制，并集成了一個24VDC的輔助電源模塊，為驅動器、控制器和外圍設備提供了一個到直流總線的鏈接，來獲得開路、短路和過載保護。其他特性包括通過空氣，油或水進行冷卻的模塊化設計，通過一個能量再生系統確保環境的安全性。在國內，我們還沒有看到有廠商進行類似的模塊式設計，并在產品中融入機器安全概念。

艾默生控制技術(EmersonControlTechniques)公司展出了Unidrive及其他交、直流驅動器產品。Unidrive驅動器覆蓋功率范圍從0.55～675kW，變換不同的控制軟件可以驅動異步電機、永磁同步伺服電機和無刷直流電機。額定輸出功率為0.25～11kW的Varmeca型集成可變速度電機與可變速度驅動器(VSD)，具有閉環矢量與分布式(Proxdrive)兩個版本。值得注意的是適合在潛在爆燃性氣體中工作的VSD系統(ATEX)。而額定輸出功率為0.55～400kW的FLSD驅動器，則據稱能在IIB類或IIC區1類2分類氣體中工作。相對應的，國內伺服驅動器廠商的產品功率范圍多在10KW以下，而且沒有特殊防護等級的商品化產品面世，這方面國內外的差距很大，也是未來國內伺服廠商差異化競爭的方向。

RockwellAutomation公司展出了PowerFlex驅動技術。PowerFlex的發展路線圖顯示，將于2006～07年出現的“公共工業協議(CIP)運動應用協議”，有望無縫同步在同一系統中運行的多軸伺服與變頻驅動器中。在適合運動控制的工業協議方面，我們還看到Beckhoff的EtherCAT，B&R的PowerLink,Danaher下面的MEI開發的SynqNet，Siemens的ProfiNet，還有久負盛名的Sercos已經發展到SercosIII。這些通訊協議都為多軸實時同步控制提供了可能性，也被一些高端伺服驅動器集成進去。在國內，甚至CAN這樣的中低端總線也沒有變成伺服驅動器的標準配置，采用高性能實時現場總線的商品化驅動器還沒有出現。這一方面是因為我們的伺服基本性能還沒有達到相應的水準，另一方面也是因為市場還沒有發育到這個程度?？上驳氖?，我們已經看到一些單位進行了有益的研發實踐，一方面消化國外的先進技術，一方面嘗試推出自己的總線標準。和利時電機預計在自己的下一代伺服產品中集成多種可選的通訊模塊，其中包括CAN、USB、Fireware和Sercos，還有和利時電機和北航聯合開發的CANsmc(用于多軸同步運動控制的總線)，基于藍牙無線通訊的模塊也在研發中。中科院沈陽高檔數控研發中心等個別單位也研發了自己的運動控制總線協議。

施奈德電氣(SchneiderElectric)這次展出的Lexium05型伺服控制器具有和VFD變頻器一樣外形，目標是低成本應用。實際上，利用變頻器的批量生產能力推出低端伺服，已經成為一些廠商的競爭手段。該公司旗下的BergerLahr品牌在其展臺上隨處可見。其智能、集成電機與控制器產品(Icla)主要有以下三個電機版本:步進電機、交流伺服電機與三相無刷直流電機。Icla(來源于“集成、閉環、執行器”的首字母縮寫)將電機、位置控制、功率電子與反饋集成在一個緊湊單元中。這種一體化設計的思路在美國的Animatics等公司身上也體現得很明顯，來自德國的AMK公司也有類似的產品。這是真正的機電一體化產品，為設計者帶來了一系列的工程挑戰，包括電磁兼容、熱控制、元器件小型化、特殊的結構設計等。在國內，沒有見到有廠商推出自主知識產權的產品。

包米勒(Baumuller)公司提供的帶集成行星齒輪傳動系的高性能伺服電機，擁有高達98％的效率和很低的噪音；直接驅動型高力矩伺服電機，可以在100～300rpm范圍內輸出13500Nm。在國內，我們看到和利時電機公司在其海豚系列低壓無刷伺服電機系列中提供了類似的帶集成行星齒輪減速器的產品，深圳步進也宣稱可以提供帶減速器的步進化伺服電機。在直接驅動力矩電機市場，成都精密電機廠可以提供定制化的電機組件，但是需要客戶另外加裝反饋裝置和第三方驅動器。

安川電機歐洲公司(YaskawaElectricEurope，YEE)展出了其廣受歡迎的通用SigmaII型伺服電機。YEE的其他進展包括正在開發中的額定功率0.5～5kW防爆及遵循ATEX標準的交流伺服電機。安川公司的另一項開發成果是輸出功率高達500kW的高功率伺服電機。該項目的商品化預計將于2007年完成。從中我們可以看到國際大廠向專用化、大型化伺服發展的動向。

2.技術發展方向

現代交流伺服系統，經歷了從模擬到數字化的轉變，數字控制環已經無處不在，比如換相、電流、速度和位置控制；采用新型功率半導體器件、高性能DSP加FPGA、以及伺服專用模塊(比如IR推出的伺服控制專用引擎)也不足為奇。國際廠商伺服產品每5年就會換代，新的功率器件或模塊每2～2.5年就會更新一次，新的軟件算法則日新月異，總之產品生命周期越來越短。總結國內外伺服廠家的技術路線和產品路線，結合市場需求的變化，可以看到以下一些最新發展趨勢。

·率化

盡管這方面的工作早就在進行，但是仍需要繼續加強。主要包括電機本身的率比如永磁材料性能的改進和更好的磁鐵安裝結構設計，也包括驅動系統的率化，包括逆變器驅動電路的優化，加減速運動的優化，再生制動和能量反饋以及更好的冷卻方式等。

·直接驅動

直接驅動包括采用盤式電機的轉臺伺服驅動和采用直線電機的線性伺服驅動，由于消除了中間傳遞誤差，從而實現了高速化和高定位精度。直線電機容易改變形狀的特點可以使采用線性直線機構的各種裝置實現小型化和輕量化。

·高速、高精、高性能化

采用更高精度的編碼器(每轉百萬脈沖級)，更高采樣精度和數據位數、速度更快的DSP，無齒槽效應的高性能旋轉電機、直線電機，以及應用自適應、人工智能等各種現代控制策略，不斷將伺服系統的指標提高。

·一體化和集成化

電動機、反饋、控制、驅動、通訊的縱向一體化成為當前小功率伺服系統的一個發展方向。有時我們稱這種集成了驅動和通訊的電機叫智能化電機(SmartMotor)，有時我們把集成了運動控制和通訊的驅動器叫智能化伺服驅動器。電機、驅動和控制的集成使三者從設計、制造到運行、維護都更緊密地融為一體。但是這種方式面臨更大的技術挑戰(如可靠性)和工程師使用習慣的挑戰，因此很難成為主流，在整個伺服市場中是一個很小的有特色的部分。

·通用化

通用型驅動器配置有大量的參數和豐富的菜單功能，便于用戶在不改變硬件配置的條件下,方便地設置成V/F控制、無速度傳感器開環矢量控制、閉環磁通矢量控制、永磁無刷交流伺服電動機控制及再生單元等五種工作方式，適用于各種場合，可以驅動不同類型的電機，比如異步電機、永磁同步電機、無刷直流電機、步進電機，也可以適應不同的傳感器類型甚至無位置傳感器?？梢允褂秒姍C本身配置的反饋構成半閉環控制系統，也可以通過接口與外部的位置或速度或力矩傳感器構成高精度全閉環控制系統。

·智能化

現代交流伺服驅動器都具備參數記憶、故障自診斷和分析功能，絕大多數進口驅動器都具備負載慣量測定和自動增益調整功能，有的可以自動辨識電機的參數，自動測定編碼器零位，有些則能自動進行振動抑止。將電子齒輪、電子凸輪、同步跟蹤、插補運動等控制功能和驅動結合在一起，對于伺服用戶來說，則提供了更好的體驗。

·網絡化和模塊化

隨著機器安全標準的不斷發展，傳統的故障診斷和保護技術（問題發生的時候判斷原因并采取措施避免故障擴大化）已經落伍，最新的產品嵌入了預測性維護技術，使得人們可以通過Internet及時了解重要技術參數的動態趨勢，并采取預防性措施。比如：關注電流的升高，負載變化時評估尖峰電流，外殼或鐵芯溫度升高時監視溫度傳感器，以及對電流波形發生的任何畸變保持警惕。

·從故障診斷到預測性維護

隨著機器安全標準的不斷發展，傳統的故障診斷和保護技術(問題發生的時候判斷原因并采取措施避免故障擴大化)已經落伍，最新的產品嵌入了預測性維護技術，使得人們可以通過Internet及時了解重要技術參數的動態趨勢，并采取預防性措施。比如：關注電流的升高，負載變化時評估尖峰電流，外殼或鐵芯溫度升高時監視溫度傳感器，以及對電流波形發生的任何畸變保持警惕。

·專用化和多樣化

雖然市場上存在通用化的伺服產品系列，但是為某種特定應用場合專門設計制造的伺服系統比比皆是。利用磁性材料不同性能、不同形狀、不同表面粘接結構(SPM)和嵌入式永磁(IPM)轉子結構的電機出現，分割式鐵芯結構工藝在日本的使用使永磁無刷伺服電機的生產實現了率、大批量和自動化，并引起國內廠家的研究。

·小型化和大型化

無論是永磁無刷伺服電機還是步進電機都積極向更小的尺寸發展，比如20，28，35mm外徑；同時也在發展更大功率和尺寸的機種，已經看到500kW永磁伺服電機的出現。體現了向兩極化發展的傾向。

·其他動向

發熱抑制、靜音化、清潔技術等。

5交流伺服市場狀況

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?????????????? 1.歐美和國內市場規模以及基本走勢

根據ARC2001年的報告，當年全球伺服驅動的市場規模是20.67億美元，01年到06年的復合增長率在7％以上，預計全球伺服系統的市場規模在2006年會達到29億美金左右(這個預測包括了交流伺服和步進電機)。現在回過頭來看，恐怕已經不止這個數據，這中間經歷了911等因素造成的02、03年的市場衰退和04年之后的恢復性增長。預計未來幾年增長率會有所提高。

國內交流伺服的市場規模2006年估計在20億人民幣左右，市場規模近3年一直保持了大于25％的年復合增長率，在所有自動化產品中當屬發展最快之列。而且隨著世界制造業加速向中國轉移，國產數控裝備在國家政策的扶持下快速向高性能、高附加值發展，國產交流伺服系統的性價比快速提高，交流伺服系統的市場會繼續保持快速增長的勢頭，預計從2007到2010年，年平均增長率會維持在20％以上。但是平均單價也將隨著競爭加劇不斷下降，每年大約下降10％。

中國伺服產品的用戶區域主要分布在華東、華南和華北，其中華東市場(上海、江浙和山東)占45％，以廣東為主的華南和以京津為主的華北各為15％左右。華中和東北大約是10％。華東市場是伺服最大的消費市場，而且這個趨勢會持續下去。

伺服驅動廠商面臨用戶和OEM廠家不斷變化的需求的挑戰，伺服驅動器的上位機可以是CNC系統、通用運動控制器和PLC，還有各種嵌入式控制器，他們必須不斷推出多樣化的產品，滿足所有運動控制領域的要求。從功率范圍上，當前100W～2000W是主流，大約占整個伺服市場的70％，而10kW以下的品種占到90％。在轉速范圍上，大約50％的用戶需要3000rpm以內的電機，另外40％需要3000～6000轉，不到10％的人需要10000rpm或以上轉速的電機。

分析當前國內用戶的購買因素，占前三位的是穩定可靠性、價格和服務。這也說明目前國內交流伺服市場還處在較低級的階段，對性能和功能的充分利用沒有擺在重要位置。從長遠來看，伺服廠商的關鍵成功因素應該是產品的性價比、可靠性、技術含量、以及市場份額和品牌影響力。

2.國內市場品牌競爭狀況

國內交流伺服市場當前品牌競爭情況和10多年前的變頻器市場非常類似。當時進口(主要是日本富士和三肯)產品占據了90％以上的市場份額，經過10年的奮斗，國產變頻器已經占據了中低端市場，在整個市場份額上與進口產品二分天下，并涌現了利德華福、森蘭等一批有實力、也有技術的廠商，其中利德華福在大功率變頻器細分市場上取得絕對的優勢。

目前，國外品牌占據了中國交流伺服市場85％左右的份額，他們來自日本、德國和美國，日本品牌有安川、發那克(Fanuc)、三菱電機、松下、三洋、富士等；美國有羅克維爾(RockwellAutomation)、達那赫(Danaher)、帕克(Parker)等；德國有西門子(Siemens)、博世力士樂(BoschRexroth)、施奈德(Schneider)等。其中，日本品牌以良好的性能價格比和較高的可靠性占據了超過50％的最大市場份額，在中小型OEM市場上尤其具有壟斷優勢，而且本地化生產的策略進一步增加了在價格和快速交貨方面的籌碼；歐美品牌在高端設備和生產線上比較有競爭力，其市場策略是高性能、高價格，以全套自動化解決方案作為賣點，總的市場占有率大約在35％，最近這些高端品牌也不斷尋找本地合作伙伴力圖打入中低端市場，并不甘心被日本品牌擠壓市場空間。

最近2、3年來自臺灣的伺服廠商在國內設廠，并加大了市場推廣的力度，主要是臺達和東元，其技術水平和價格水平都居于進口中端產品和國產品牌之間，在競爭中主要突出性價比優勢，對國產品牌帶來了新的競爭壓力，市場占有率從幾年前的微不足道提高到大約5％。

中國國內的品牌主要有和利時電機、華中數控、廣數、蘭州電機等，最近出現了南京埃斯頓、上海鄂爾多斯等廠家，粗略計算，宣稱推出交流伺服產品的國產廠家不下20個。其中和利時電機面向整個自動化產業機械市場提供步進、無刷、伺服等系列產品，在技術上和品牌上有一定優勢；華中數控、廣數和蘭電等主要集中在數控機床行業，伴隨著這幾年數控行業的大發展，他們的出貨量也保持了快速增長，積累了相對較強的實力；國產品牌產品功率范圍多在5kW以內，技術路線上與日系產品接近，目前總市場占有率在10％左右。

展望未來，隨著伺服價格的不斷下降、交流伺服的市場接受度不斷上升，中低端市場有非常大的增長空間，因此本土廠商仍將有很大作為；同時臺灣、日本廠商也將在整個市場的擴大中獲益，歐美品牌的市場占有率將逐漸下降，但仍將保持很高的毛利水平。

根據機械工業研究院產業與市場研究所05年做的市場調查，目前國內市場上覆蓋面最廣的10個品牌分別是:西門子、三菱、安川、蘭電、松下、Fanuc、華中數控、ABB、和利時電機和AB(屬于RockwellAutomation)。其中西門子和三菱品牌覆蓋率在30％以上，AB在3.7%，其他品牌均在10～20％之間。調查顯示國產企業比如和利時電機、華中數控、蘭州電機等企業，經過多年的研發推廣，在這個市場中做的有聲有色，在產品覆蓋面上占有一席之地，但是國產品牌的客戶忠誠度和影響力明顯不如進口品牌。用戶選擇進口品牌和國產品牌的比例為大約4:1，國產品牌沒有進入用戶首選品牌的前5名。雖然和利時電機和華中數控分列未來需求品牌的第6位和第7位，但是面臨日本和臺灣產品本地化生產之后日益激烈的競爭，中小功率通用伺服產品價格持續下降，利潤率越來越低。國產品牌不僅在產品的性能、質量與品種上都有所欠缺，在技術儲備、生產能力和資本實力上的巨大差距更不是一兩天可以彌補。國產品牌要想突圍，除了需要耐心和持續投入之外，還需要在競爭策略方面走差異化路線。總之，中國品牌廠商同時面臨巨大的挑戰和發展機會，任重而道遠。

6交流伺服的行業應用

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?????????????????? 現代交流伺服系統最早被應用到宇航和軍事領域，比如火炮、雷達控制。逐漸進入到工業領域和民用領域。工業應用主要包括高精度數控機床、機器人和其他廣義的數控機械，比如紡織機械、印刷機械、包裝機械、醫療設備、半導體設備、郵政機械、冶金機械、自動化流水線、各種專用設備等。其中伺服用量最大的行業依次是：機床、食品包裝、紡織、電子半導體、塑料、印刷和橡膠機械，合計超過75％。

在數控機床中使用永磁無刷伺服電機代替步進電機做進給已經成為標準，部分高端產品開始采用永磁交流直線伺服系統。在主軸傳動中采用高速永磁交流伺服取代異步變頻驅動來提率和速度也成為熱點。90年代以來，歐、美、日各國爭相開發應用新一代高速數控機床，高速電主軸單元轉數在30000rpm～100000rpm，工作臺的進給速度在分辨率為1μm時達到100m/min，甚至200m/min以上,在分辨率為0.1μs時，在24m/min以上。當今數控機床突出高速、高精、高動態、高剛性的特點，對位置系統的要求包括:定位速度和輪廓切削進給速度；定位精度和輪廓切削精度；精加工的表面粗糙度；在外界干擾下的穩定性。這些要求的滿足主要取決于伺服系統的靜態、動態特性。我們已經看到國產伺服系統比如廣數的產品在經濟型數控機床上的廣泛應用，但是在中高檔數控機床上采用國產伺服系統仍然面臨困難，性能是一個重要方面，還有就是穩定性和可靠性，或許品牌效應也是難以短時間逾越的障礙。

在機器人領域，無刷永磁伺服系統得到大量應用。工業機器人擁有多個自由度，每臺工業機器人需要的電機數量在10臺以上。目前世界范圍內工業機器人擁有量超過100萬臺，機器人的需求量年增長在30％以上。國際上工業機器人采用的伺服系統屬專用系統，多軸合一，模塊化，特殊的散熱結構，特殊的控制方式，對可靠性要求極高。國際機器人巨頭都有自己的專屬伺服系統配套，比如安川、松下和ABB，這方面國內差距明顯。國產工業機器人廠家仍然在采用標準的進口交流伺服系統，國產伺服系統想進入工業機器人配套領域，就更加遙遠。不過，我們也看到在一些特殊機器人領域，比如反恐防爆機器人、礦井救災機器人等輕便移動機器人，采用了國產基于低壓直流供電的微型無刷伺服系統，比如和利時電機的蜂鳥系列就獲得了成功。當然，在更廣泛的機器人領域，需要的不僅僅是交流伺服電機，還包括各種其他微特電機，如直流伺服電機、直線電機、測速發電機、旋轉變壓器、力矩電機等。

紡織行業當前應用伺服的比例很低，但卻是未來交流伺服大批量應用的重要行業之一。從90年代初期至今已經15年，紡織行業技術進步主要是依靠變頻化、PLC化。只有少量紡織機械采用了高檔伺服技術，用于提高精度和效率，目前已有高檔梳棉機、帶自調勻整的并條機、新型粗紗機、數控細紗機、分條整經機、漿紗機、園網印花機等設備應用了交流伺服。無梭織機上已經開始采用帶交流伺服的電子送經和電子卷取，印染設備上也要用到伺服系統。這些設備每年的伺服用量在2、3萬套左右，且幾乎全部是進口產品，如Lenze、Danaher、Siemens和Baumuller，還有三菱和松下等。價格是制約交流伺服大面積普及的主要因素，國產產品雖然在價格上有一定競爭優勢，但是性能指標、可靠性和環境適應性等方面存在欠缺，還需要在品牌塑造、服務、交貨期等方面不斷改進。在如下兩個方面，我們可以看到國產伺服廠家的成功案例，一個是在工業縫紉機上，近幾年國產伺服控制器逐漸取代臺灣和其他進口品牌變成市場主流，憑借低成本的電機、簡單的低線數編碼器，以及集成控制和驅動，在解決了批量穩定性之后，如上海鮑麥克斯這樣的國內品牌獲得了成功。每年數十萬臺的產量，這可能是未來幾年里，低檔伺服最大的市場了。另外一個緊密結合用戶需求進行創新開發的案例，可以舉和利時電機開發的絡絲機控制系統。“絡絲機”是屬于織造前工序的精密工藝設備，將各種天然絲絡成各種規格的柱狀、寶塔形、雙錐形筒子，供用于染色、整經、針織等后道工序。該公司充分利用自己在步進、無刷、伺服、運動控制、網絡通訊等方面的綜合技術，通過和國內最大紡機集團的密切合作，開發成功了精密絡絲機控制系統，其核心是利用高動態的伺服橫動電機以及數字卷繞技術，取代傳統的機械傳動而實現單錠化和數字化，每錠之間依靠CAN總線聯系，是無軸技術應用的典范。該產品的研發成功充分體現了國內廠商的競爭能力，為國產伺服廠商開辟了參與市場競爭的新路。

無軸(電子軸)傳動技術在印刷機上應用，也是目前全球印刷企業和機械制造商的焦點。無軸傳動就是用多個單獨的伺服電機取代傳統的機械傳動鏈，伺服驅動器之間依靠高速現場總線進行聯系，通過軟件保證各伺服軸對內部的虛擬數字電子軸保持嚴格同步。采用無軸傳動技術為印刷機的生產制造、為印刷業服務革命帶來了最佳解決方案，目前歐洲50％的凹印機采用了無軸技術，日本也有30％以上采用。其他采用無軸傳動的機械包括卷筒紙印刷機、柔印機、上光機、燙金機、模切機等各類印刷設備。這一領域最頂級的伺服控制解決方案提供商是來自德國的博世力士樂、倫茨、日本的住友和奧地利的貝加萊。國內目前僅有北人和松德等個別廠家進行無軸傳動印刷機的開發，部分規格的性能指標接近國際水平，但是其采用的電子軸傳動伺服系統和套準控制系統均來自日本和歐洲，國內相關伺服廠家還鮮有涉足。國產伺服和控制系統要達到這個領域的要求，需要頂級的技術水平和對這個行業的透徹理解，看來還有漫長的路要走。

包裝設備上，采用伺服控制可以提高單位時間的產量、提高資源利用率、增加品種適應性和提高產品質量，因此交流伺服在包裝機械上的廣泛使用只是時間問題。采用數字伺服技術的電子齒輪和電子凸輪將代替傳統機械部件，隨著價格的下降，成本也逐漸接近純機械的方案。歐洲有個Elau公司專門針對包裝機械設計開發數字伺服和運動控制解決方案，在大型連續包裝設備方面居于地位，而我國尚沒有出現如此專業的解決方案提供商。

這幾年出現的新型電梯曳引機，采用永磁同步伺服電機做無齒輪直接驅動，取代變頻異步驅動，具有更高的控制精度、動態特性、率、低噪聲，已經成為國際和國內主要電梯廠的熱點產品，促進了電梯產業的革命。國內已有寧波申菱、沈陽博林特等電梯廠家研制出了自己的曳引機電機產品，配進口矢量控制變頻器或伺服驅動器。

7國內外市場發展趨勢

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???????????????? 國際交流伺服市場處于恢復性增長狀態，而國內市場在未來3～5年仍將維持高速增長。

國外運動控制廠商通過購并和聯盟迅速擴大自己的實力，謀求一站式解決方案提供商的地位，比如Danaher自從1995年以來連續收購了超過40家運動控制廠商，包括我們非常熟悉的一些品牌，如Kollmorgen,API,PacificScientific,SuperiorElectric,Dover,NEAT,Thomson,Giddings&Lewis,WarnerMotion,InMotion,Bautz,Micron和Siedel等。Parker也按照相同的思路在擴展，最近的例子是收購了Bayside，而Schneider收購了BergerLahr。許多新生的小企業具備獨特的技術或其他核心能力，也會找到屬于自己的生存空間，并因此得到更多投資。

國際范圍內，政府和國際標準的不斷發展給伺服產業帶來深遠影響，比如美國的能源法案EPactII對電機系統能效的規定，美國的UL、NEC(NFPA)標準對安全的規定，歐盟的RoHS、WEEE和CE標準對環保和安全的規定等。

交流伺服系統的市場范圍不斷擴大，越來越多取代機械傳動、液壓和氣動傳動系統；交流伺服不斷取代直流伺服的市場份額，導致直流伺服在整個伺服市場的占有率從目前的不到15％每年大約下降0.5%；同時交流伺服成本和尺寸不斷縮小，也在蠶食高端步進電機的市場，但是步進電機本身也在不斷提高自己的競爭能力，不斷延伸市場空間，因此在收到沖擊的同時市場也在擴大，只是速度可能不如交流伺服這么快而已。

我們相信，在中國交流伺服市場發展的過程中，一定會出現強勢的國產品牌，國際廠商也必然從中獲益；在諸強博弈中讓廣大客戶受益，最終促進整個行業的成熟。

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