ii. 在机器人领域,无刷永磁伺服系统得到大量应用。工业机器人拥有多个自由度,每台工业机器人需要的电机数量在10 台以上。目前世界范围内工业机器人拥有量超过100 万台,机器人的需求量年增长在30%以上。国际上工业机器人采用的伺服系统属专用系统,多轴合一,模块化,特殊的散热结构,特殊的控制方式,对可靠性要求极高。国际机器人巨头都有自己的专属伺服系统配套,比如安川、松下和ABB,这方面国内差距明显。国产工业机器人厂家仍然在采用标准的进口交流伺服系统,国产伺服系统想进入工业机器人配套领域,就更加遥远。不过,我们也看到在一些特殊机器人领域,比如反恐防爆机器人、矿井救灾机器人等轻便移动机器人,采用了国产基于低压直流供电的微型无刷伺服系统,比如和利时电机的蜂鸟系列就获得了成功。当然,在更广泛的机器人领域,需要的不仅仅是交流伺服电机,还包括各种其他微特电机,如直流伺服电机、直线电机、测速发电机、旋转变压器、力矩电机等。
iii. 纺织行业当前应用伺服的比例很低,但却是未来交流伺服大批量应用的重要行业之一。从90 年代初期至今已经15 年,纺织行业技术进步主要是依靠变频化、PLC 化。只有少量纺织机械采用了高档伺服技术,用于提高精度和效率,目前已有高档梳棉机、带自调匀整的并条机、新型粗纱机、数控细纱机、分条整经机、浆纱机、园网印花机等设备应用了交流伺服。无梭织机上已经开始采用带交流伺服的电子送经和电子卷取,印染设备上也要用到伺服系统。这些设备每年的伺服用量在2、3 万套左右,且几乎全部是进口产品,如Lenze、Danaher、Siemens 和Baumuller,还有三菱和松下等。价格是制约交流伺服大面积普及的主要因素,国产产品虽然在价格上有一定竞争优势,但是性能指标、可靠性和环境适应性等方面存在欠缺,还需要在品牌塑造、服务、交货期等方面不断改进。在如下两个方面,我们可以看到国产伺服厂家的成功案例,一个是在工业缝纫机上,近几年国产伺服控制器逐渐取代台湾和其他进口品牌变成市场主流,凭借低成本的电机、简单的低线数编码器,以及集成控制和驱动,在解决了批量稳定性之后,象上海鲍麦克斯这样的国内品牌获得了成功。每年数十万台的产量,这可能是未来几年里,低档伺服最大的市场了。另外一个紧密结合用户需求进行创新开发的案例,可以举和利时电机开发的络丝机控制系统。“络丝机”是属于织造前工序的精密工艺设备,将各种天然丝络成各种规格的柱状、宝塔形、双锥形筒子,供用于染色、整经、针织等后道工序。该公司充分利用自己在步进、无刷、伺服、运动控制、网络通讯等方面的综合技术,通过和国内最大纺机集团的密切合作,开发成功了精密络丝机控制系统,其核心是利用高动态的伺服横动电机以及数字卷绕技术,取代传统的机械传动而实现单锭化和数字化,每锭之间依靠CAN 总线联系,是无轴技术应用的典范。该产品的研发成功充分体现了国内厂商的竞争能力,为国产伺服厂商开辟了参与市场竞争的新路。
iv. 无轴(电子轴)传动技术在印刷机上应用,也是目前全球印刷企业和机械制造商的焦点。无轴传动就是用多个单独的伺服电机取代传统的机械传动链,伺服驱动器之间依靠高速现场总线进行联系,通过软件保证各伺服轴对内部的虚拟数字电子轴保持严格同步。采用无轴传动技术为印刷机的生产制造、为印刷业服务革命带来了最佳解决方案,目前欧洲50%的凹印机采用了无轴技术,日本也有30%以上采用。其他采用无轴传动的机械包括卷筒纸印刷机、柔印机、上光机、烫金机、模切机等各类印刷设备。这一领域最顶级的伺服控制解决方案提供商是来自德国的博世力士乐、伦茨、日本的住友和奥地利的贝加莱。国内目前仅有北人和松德等个别厂家进行无轴传动印刷机的开发,部分规格的性能指标接近国际水平,但是其采用的电子轴传动伺服系统和套准控制系统均来自日本和欧洲,国内相关伺服厂家还鲜有涉足。国产伺服和控制系统要达到这个领域的要求,需要顶级的技术水平和对这个行业的透彻理解,看来还有漫长的路要走。
v. 包装设备上,采用伺服控制可以提高单位时间的产量、提高资源利用率、增加品种适应性和提高产品质量,因此交流伺服在包装机械上的广泛使用只是时间问题。采用数字伺服技术的电子齿轮和电子凸轮将代替传统机械部件,随着价格的下降,成本也逐渐接近纯机械的方案。欧洲有个Elau 公司专门针对包装机械设计开发数字伺服和运动控制解决方案,在大型连续包装设备方面居于领先地位,而我国尚没有出现如此专业的解决方案提供商。
vi. 这几年出现的新型电梯曳引机,采用永磁同步伺服电机做无齿轮直接驱动,取代变频异步驱动,具有更高的控制精度、动态特性、高效率、低噪声,已经成为国际和国内主要电梯厂的热点产品,促进了电梯产业的革命。国内已有宁波申菱、沈阳博林特等电梯厂家研制出了自己的曳引机电机产品,配进口矢量控制变频器或伺服驱动器。
iii. 国际范围内,政府和国际标准的不断发展给伺服产业带来深远影响,比如美国的能源法案EPactII 对电机系统能效的规定,美国的UL、NEC(NFPA)标准对安全的规定,欧盟的RoHS、WEEE 和CE 标准对环保和安全的规定等。
iv. 交流伺服系统的市场范围不断扩大,越来越多取代机械传动、液压和气动传动系统;交流伺服不断取代直流伺服的市场份额,导致直流伺服在整个伺服市场的占有率从目前的不到15%每年大约下降0.5%;同时交流伺服成本和尺寸不断缩小,也在蚕食高端步进电机的市场,但是步进电机本身也在不断提高自己的竞争能力,不断延伸市场空间,因此在收到冲击的同时市场也在扩大,只是速度可能不如交流伺服这么快而已。我们相信,在中国交流伺服市场发展的过程中,一定会出现强势的国产品牌,国际厂商也必然从中获益;在诸强博弈中让广大客户受益,最终促进整个行业的成熟.