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中国伺服电机项目投资前期市场深度调研及投资前景预测报告(节选)

君略研究报告网  2012-04-19  浏览:


  1990年以前,国内伺服电机主要集中在机床和国防军工业。1990年以后,进口永磁交流伺服电机系统逐步进入中国。20世纪末,国产交流伺服电机及其全数字式伺服驱动器基本自主开发成功,但由于产业化滞后,产品的应用还需依靠进口。2003年7家国外伺服供应商瓜分了我国83%的市场份额。


  根据机械工业信息研究院产业与市场研究所对伺服电机的用户进行调查,表明目前我国市场上覆盖面最广的十个品牌,他们分别是西门子、三菱、安川、兰州电机、松下、FANUC、华中数控、ABB、和利时和AB。由于伺服电机在我国的品牌很分散,因此各类品牌的覆盖面并不是很广。西门子和三菱在30%以上;安川、兰州电机、松下、FANUC、华中数控、ABB和和利时在10%-20%之间;AB为3.7%;其他品牌均在3%以下。


  国产伺服主要由华中数控、兰州电机、和时利电机、广州数控、南京苏强电机、深圳雷赛电机等生产厂商。


  第三章伺服电机项目所应用技术工艺及主体设备调查


  第一节伺服电机项目所涉及工艺流程


  1.工艺流程图


  1.1交流电机产品工艺流程图


  图表交流电机产品工艺流程图


  1.2直流无刷电机产品工艺流程图


  图表直流无刷电机产品工艺流程图


  2.工艺特点介绍


  根据伺服电机生产基本工艺要求,按照流水线方式进行生产,因此转子、定子、转轴、端盖等相关部件的生产及后续处理至关重要,这些部件的质量将直接影响到整台产品的性能和质量。


  3.不同地区条件的适用性


  伺服电机生产工艺方法具有普遍适用性,但是考虑到原材料以及用水的需求,生产企业一般都分布在东部资源丰富的地区。


  第二节伺服电机项目主要设备介绍


  图表伺服电机项目主体设备

序号

设备名称

1

精密高速冲床及附属设备

2

冷室压铸机及附属设备

3

电机绕嵌线生产线

4

注塑成型机

5

浸漆机

6

数控车床、铣床、磨床

7

绕线机

8

嵌线机

9

绑线机

10

装配检测线测试系统

11

生产流水线




  第三节伺服电机项目技术工艺发展历程


  20世纪80年代以来,随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展,永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展,各国著名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机,并不断完善和更新。


  德国MANNESMANN的Rexroth公司的Indra-mat分部在1978年汉诺威贸易博览会上正式推出MAC永磁交流伺服电动机和驱动系统,这标志着此种新一代交流伺服技术已进入实用化阶段。到20世纪80年代中后期,各公司都已有完整的系列产品。整个伺服装置市场都转向了交流系统。早期的模拟系统在诸如零漂、抗干扰、可靠性、精度和柔性等方面存在不足,尚不能完全满足运动控制的要求,近年来随着微处理器、新型数字信号处理器(DSP)的应用,出现了数字控制系统,控制部分可完全由软件进行的永磁交流伺服系统。


  到目前为止,高性能的电伺服系统大多采用永磁同步型交流伺服电动机,控制驱动器多采用快速、准确定位的全数字位置伺服系统。典型生产厂家如德国西门子、百格拉,美国科尔摩根和日本松下、三菱及安川等公司。下面来介绍他们的产品和规格。


  1.日本安川电机的交流伺服电动机


  日本安川电机制作所推出的小型交流伺服电动机,其中D系列适用于数控机床(最高转速为1000专r/rain,力矩为0.25~2.8N·m),R系列适用于机器人(最高转速为3000r/rain,力矩为0.016~0.16N·m),之后又推出M、F、S、H、C、G六个系列。安川系列的伺服电机的最高转速可达5000r/rain,力矩0.0955-95.4N·m,瞬间最大转矩0.286~221N·m,功率范围0.03~15kw,可以采用最高17位(32768脉冲/转)的增量式或绝对式编码器。重量最小可达0.3kg,最大可达86kg。


  20世纪90年代先后推出了新的D系列和R系列。由旧系列矩形波驱动、8051单片机控制改为正弦波驱动、80C、154CPU和门阵列芯片控制,力矩波动由24%降低到7%,并提高了可靠性。这样,只用了几年时间形成了八个系列(功率范围为0.05~6kW)较完整的体系,满足了工作机械、搬运机构、焊接机械人、装配机器人、电子部件、加工机械、印刷机、高速卷绕机、绕线机等的不同需要。


  2.三菱伺服电动机(HC-KFS、HC-MFS、HC-SFS、HC-RFS和HC-UFS系列)


  这些电机所用的速度位置检测器分辨率:131072脉冲/转,绝对、增量方式共用,17位解码器,海拔1000m下,都用MR-J2S系列的驱动器。伺服电机的功率范围0.05~7.0kW,额定转矩范围0.16-33.4N·m,最大转矩范围0.48~100N·m,重量0.4~38kg,最大电流可以达到84A,转速最高可达4500r/rain,重量0.7-11kg。


  3.德国百格拉伺服电机


  德国百格拉公司生产的SER系列,额定转矩0.6~10.8N·m,最大转矩4.0~48N·m。功率0.38~2.2kW,重量2.2~l3kg,DSM伺服电机也能产生很大的扭矩,抗冲击扭矩是静扭矩的五倍。功率从0.20~9.7kW,静扭矩范围0.34~50N·m,额定扭矩0.32~42N·m,最大扭矩1.7~175N·m,重量1.0~44kg。


  4.德国博世(BOSCH)生产的伺服电机


  德国博世(BOSCH)公司生产铁氧体永磁的SD系列(17个规格)和稀土永磁的SE系列(8个规格)交流伺服电动机。额定转矩为0.5-36N·m,转速最高可以达到9000r/rain,保护等级IP40、IP65两一种,可带抱闸。此种伺服电机提供五种法兰尺寸,55mm,70mm,100mm,140mm和205mm通过集成在电机内的温度检测器提供热保护。单圈或多圈Sin-Cos编码器,光轴或带键轴器。伺服电机装有高分辨率接口绝对值编码器SinCosHiperface单圈(128点)或多圈(128点·4096圈),保证轴的角位置精度不小于±1.3弧分。重量0.8-3kg,功率0.4-6kW,供电从100~480V不等。


  5.日本松下伺服电机


  近年日本松下公司推出的全数字型MINAS系列交流伺服系统,其中永磁交流伺服电动机有MA-MA系列超小惯量型,功率0.1-0.75kW,共4种规格;小惯量有MSMD、MQMA、MSMA三个系列,共18种规格,功率从0.05~5kW;中惯量型有MDMA、MGMA、MFMA三个系列,功率0.75~4.5kW,共23种规格;大惯量有MHMA、MHMD两个系列,电动机的功率范围0.2-5kW,有10种规格。额定转矩可以0.16~42.9N·m,最大转矩0.48~107N·m,额定转速1000~6000r/rain。测速可用l7位(分辨率131072)7线制增量式编码器/绝对式,也可以用5线增量式,2500p/r(分辨率10000)。重量0.32~39.5kg,配套驱动器MINASA4有A、B、C、D、E、F型,供电方式100V和200V两种系列,可实现位置、速度和转矩控制用RS232以/RS485通讯接口,可使用7线制绝对式编码器,也可使用5线制增量式编码器。


  6.其它公司的伺服电机


  以生产机床数控装置而闻名的日本法奴克(Fanuc)公司,在20世纪80年代中期也推出了S系列(13个规格)和L系列(5个规格)的永磁交流伺服电动机。L系列有较小的转动惯量和机械时间常数,适用于要求特别快速响应的位置伺服系统。日本其他厂商,例如:东芝精机(SM系列)、大隈铁工所(BL系列)、三洋电气(BL系列)、立石电机(S系列)等众多厂商也进入了永磁交流伺服系统的竞争行列。


  德国力士乐公司(Rexroth)的Indramat分部的MAC系列交流伺服电动机共有7个机座号92个规格。德国西门子(Siemens)公司的IFT5系列三相永磁交流伺服电动机分为标准型和短型两大类,共8个机座号98种规格。据称该系列交流伺服电动机与相同输出力矩的直流伺服电动机IHU系列相比,重量只有后者的1/2,配套的晶体管脉宽调制驱动器6SC61系列,最多可供6个轴的电动机控制。


  美国著名的伺服装置生产公司Gettys曾一度作为Cmuld电子公司一个分部(MotionControlDivision),生产M600系列的交流伺服电动机和A600系列的伺服驱动器。后合并到AEG,恢复了Gettys名称,推出A700全数字化的交流伺服系统。美国A-B(ALLEN-BRADLEY)公司驱动分部生产1326型铁氧体永磁交流伺服电动机和1391型交流PWM伺服控制器。电动机包括3个机座号共30个规格。


  I.D.(IndustrialDrives)是美国著名的科尔摩根(Kollmorgen)的工业驱动分部,曾生产BR-210、BR-310、BR-510三个系列共41个规格的无刷伺服电动机和BDS3型伺服驱动器。自1989年起推出了全新系列设计的金线(Goldline)永磁交流伺服电动机,包括B(小惯量)、M(中惯量)和EB(防爆型)三大类,有l0、20、40、60、80五种机座号,每大类有42个规格,全部采用钕铁硼永磁材料,力矩范围为0.84~111.2N·m,功率范围为0.54-l5.7kW。配套的驱动器有BDS4(模拟型)、BDS5(数字型、含位置控制)和SmartDrive(数字型)三个系列,最大连续电流55A。Goldline系列代表了当代永磁交流伺服技术最新水平。


  法国Alsthom集团在巴黎的Parvex工厂生产LC系列(长型)和GC系列(短型)交流伺服电动机共14个规格。


  原苏联为数控机床和机器人伺服控制开发了两个系列的交流伺服电动机。其中By系列采用铁氧体永磁,有两个机座号,每个机座号有3种铁心长度,各有两种绕组数据,共l2个规格,连续力矩范围为7~35N·m。2By系列采用稀土永磁,6个机座号l7个规格,力矩范围为0.1~170N·m。


  韩国三星公司近年开发的全数字永磁交流伺服电动机及驱动系统,其中FAGA交流伺服电动机系列有多种型号,功率从15W~5kW。


  现在常采用功率比(Powerrate)这一综合指标作为伺服电动机的品质因数,衡量对比各种交直流伺服电动机和步进电动机的动态响应性能。功率变化率表示电动机连续(额定)力矩和转子转动惯量之比。按功率变化率进行计算分析可知,永磁交流伺服电动机技术指标以美国I.D的Goldline系列为最佳,德国Siemens的IFT5系列次之。


  第四节伺服电机项目国内外技术工艺对比


  国内技术相对落后,生产关键技术水平不高,研发集中在生产条件改进、效率提高等方面;国外公司大多发展较早,技术成熟,拥有关键技术专利,研发主要集中在新工艺开发,新产品研发等方面。


  图表国内外生产技术对比

 


  第五节技术人员集散地调研


  由于伺服电机技术门类的多样性,对产品开发、设计和管理人员的专业素质要求较高,专业人才的缺乏成为制约我国伺服电机行业发展的瓶颈之一。相对于目前已经具备一定规模和经营历史的业内企业,对于欲进入本行业的企业来说,人才的吸收和积累更加困难,而技术和知识经验的积累更需要较长的时间。


  第六节技术人员的培训途径


  人才是培育企业核心竞争力、实现可持续发展的关键。企业要想发展,就应该按照现代企业人力资源管理要求,着眼于现有人员的培训、深造,并吸纳高素质的技术、管理专业人才和复合型人才。


  在人才培训途径方面,主要通过专业培训、师徒指导等积累理论知识和实践经验,通过企业内部的部门交流使用、专业培养以及现场实践积累感性认识和实践经验,使人才在尽可能短的时间内达到公司所需要求。


  此外,企业还应与国内外大专院校、科研院所、跨国公司、中介机构合作,以短期聘用、兼职、顾问等各种形式扩充专业人才。同时聘请咨询公司、专业机构对公司的管理、营销、科研、技术人员进行定期和不定期的专业培训和咨询,强化人才培养力度,优化人才结构,采取多种方式加快科研开发人员、管理人员、市场营销人员知识的更新和业务素质的提高。


  第四章伺服电机项目最终产品市场调查


  第一节伺服电机项目产品分类规格与主要用途


  伺服电机是在伺服系统中控制机械元件运转的发动机,是一种补助马达间接变速装置。伺服电机是可以连续旋转的电-机械转换器。作为液压阀控制器的伺服电机,属于功率很小的微特电机。


  伺服电机的分类:直流伺服电机和交流伺服电机。


  直流伺服电机的输出转速与输入电压成正比,并能实现正反向速度控制。具有起动转矩大,调速范围宽,机械特性和调节特性的线性度好,控制方便等优点,但换向电刷的磨损和易产生火花会影响其使用寿命。近年来出现的无刷直流伺服电机避免了电刷摩擦和换向干扰,因此灵敏度高,死区小,噪声低,寿命长,对周围电子设备干扰小。


  直流伺服电机的输出转速/输入电压的传递函数可近似视为一阶迟后环节,其机电时间常数一般大约在十几毫秒到几十毫秒之间。而某些低惯量直流伺服电机(如空心杯转子型、印刷绕组型、无槽型)的时间常数仅为几毫秒到二十毫秒。


  小功率规格的直流伺服电机的额定转速在3000r/min以上,甚至大于10000r/min。因此作为液压阀的控制器需配用高速比的减速器。而直流力矩伺服电机(即低速直流伺服电机)可在几十转/分的低速下,甚至在长期堵转的条件下工作,故可直接驱动被控件而不需减速


  直流伺服电机分为有刷和无刷电机。


  有刷电机成本低,结构简单,启动转矩大,调速范围宽,控制容易,需要维护,但维护方便(换碳刷),产生电磁干扰,对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。


  无刷电机体积小,重量轻,出力大,响应快,速度高,惯量小,转动平滑,力矩稳定。控制复杂,容易实现智能化,其电子换相方式灵活,可以方波换相或正弦波换相。电机免维护,效率很高,运行温度低,电磁辐射很小,长寿命,可用于各种环境。


  交流伺服电机也是无刷电机,分为同步和异步电机,目前运动控制中一般都用同步电机,它的功率范围大,可以做到很大的功率。大惯量,最高转动速度低,且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。


  第二节主要产品分类价格水平调查


  1.2006-2009年价格走势分析


  图表2006-2009年中国伺服电机价格走势图

 


  从上图可以看出,近几年伺服电机加工呈现上升的趋势,主要是由于原料价格的上涨带动了伺服电机的价格变动,到2008年已经达到5813元/台。


  2.影响价格走势主要因素分析


  当前通过市场经销的伺服电机既有国内厂商产品也由国外产品,产品的技术指标、价格多种多样。通过仔细的分析比较,我们发现以下因素对价格的影响比较大。


  2.1政策因素分析


  伺服电机的进出口政策对于国内外的产品价格都有影响,国家限制进口必然会提升进口伺服电机的价格,而鼓励出口则会使国内产品的外销价格下降,外销份额提升国内的满足率就相对下降,其价格会有所提升。


  2.2市场因素分析


  国内外产品的供需对于价格的影响是显而易见的,需求不足会导致产品积压,价格下跌,供给不足则使得产品价格飙升。


  2.3技术因素分析


  不同的生产工艺使得产品的成本相差较大,这决定了产品价格的基本水平。


  2.4突发事件因素分析


  一些突发事件的发生也同样会影响伺服电机的价格变化。


  2.5其他因素分析


  影响伺服电机的因素还有产地因素、运输费用等,不同产地的生产成本不同,进口产品价格要高于国内产品,国内不同地区也存在一定的价格差。


  产商到经销市场的运输费用也会造成价格波动,不同地域市场的供给价格受到其进货运输成本的影响。


  图表2008-2009年我国伺服电机市场不同因素的价格影响力对比

 


  从上图可以看到,在伺服电机的价格影响因素中,市场因素、技术因素的影响力份额较大,其中市场因素的影响最高达到28.6%,技术因素的影响居于其次,占到27.4%,政策因素和突发事件的影响力相当,分别为13.2%、12.5%。其他因素比如产品产地和运输费用的影响也较大占到18.3%。可见我国伺服电机市场的价格决定因素较多,市场因素、技术因素是企业和下游消费客户应该重点关心的因素。


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