当前位置:MFC金属板材成形网 > 正文

步进电机和伺服电机的区别和应用场景

2020-12-09 14:18:30 来源: 网络 侵删
收藏
导读:

步进电机是离散的运动装置,相对伺服具有低价优势电机是机械能与电能之间转换的装置。由机械能转化为电能的电机,称作“发电机”;把电能转换成机械能的电机,称作“电动机”。步进电机、伺服电机都属于运动控制产品,能对自动化设备的运动轨迹以及运动方式进行精确定位,主要应用于自动化设备制造领域。

按照步进电机转子分类,有 3 种类型:反应式(VR 型)、永磁式(PM 型)、混合式(HB型)。1)反应式(VR 型):带有转子齿的齿轮。2)永磁式(PM 型):带有永久磁铁的转子。3)混合式(HB 型):同时具有永久磁铁和转子齿的齿轮。按照步进电机定子上绕组来分类:有二相、三相、五相等系列。具有两个定子的电机成为二相电机,具有五个定子的电机称为五相电机。步进电机的相数和拍数越多,精确度越高。

编辑

HB 电机可实现非常精确的小增量步距运动,而 PM 电机一般控制精度要求不高。HB 电机可达到复杂、精密的线性运动控制要求。PM 电机转矩和体积相对较小,一般控制精度要求不高,成本更为经济。HB 步进电机主要应用于新兴行业:光伏发电、3D 打印等;较新兴行业:安防监控;传统行业:纺织机械、食品包装。从生产工艺及电机控制精度上看,HB 步进电机较 PM 步进电机较高端。

步进电机与伺服电机都为运动控制产品,但在产品性能上有所不同。步进电机是一种离散运动的装置,接到一个命令就执行一步。步进电机把输入的脉冲信号转变为角位移。当步进电机驱动器收到一个脉冲信号,驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度。伺服电机是指在伺服系统中将电信号转化为转矩、转速以驱动控制对象,可控制速度、位置精度。

✓步进电机、伺服电机在低频特性、矩频特性、过载能力方面都有较大不同:

控制精度:步进电机的相数、排数越多,精确度越高;交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证,编码器刻度越多,精度越高。

✓ 低频特性:步进电机在低速时易出现低频振动现象,这种由步进电机工作原理决定的低频振动现象对机器的正常运转不利,一般采用阻尼技术克服低频振动现象;交流伺服系统具有共振抑制功能,可涵盖机械的刚性不足。运转非常平稳,即使在低速时也不会出现振动现象。

✓ 矩频特性:步进电机的输出力矩随转速升高而下降,因此其最高工作转速在300-600RPM;伺服电机在额定转速以内(一般为 2000-3000RPM)都能输出额定转矩,在额定转速以上为恒功率输出。

✓ 过载能力:步进电机不具有过载能力;伺服电机有较强过载能力。

✓ 响应性能:步进电机从静止加速到工作转速(每分钟几百转)需 200-400 毫秒;交流伺服加速性能更优,可用于要求快速启停的控制场合。以松下 MASA 400W 交流伺服为例,静止加速到额定转速 3000RPM 仅需几毫秒。

✓ 运行性能:步进电机为开环控制,启动频率过高、负载过大易出现丢步或堵转现象,停止时转速过高易出现过冲现象;交流伺服为闭环控制,驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样,一般不会出现步进电机丢步或过冲的现象,控制性能更可靠。

编辑

交流伺服在性能方面优于步进电机,但步进电机具有低价优势。交流伺服在响应速度、过载能力、运行性能等方面都优于步进电机,但步进电机因性价比优势在一些要求不高的场景使用。在采用闭环技术后,闭环步进电机能提供出色的精度和效率,既能达到伺服电机的部分性能,又具备低价优势。以雷赛智能的产品为例。2019 步进电机的均价为 120 元/只,而混合伺服、伺服电机的均价分别为 283、633 元/台,约为步进电机均价的 2-5 倍。

编辑

目光前瞻,布局新兴领域。步进电机应用发生结构性变化,传统市场已达到饱和状态,新兴行业不断兴起。公司控制电机及驱动系统产品深度布局医疗仪器、服务机器人、工业自动化、信息通信、安防等新兴产业,在业务总体中占比较大,并且增速较快。步进电机需求与经济、科技、工业自动化水平以及步进电机自身技术发展水平有关。在传统行业如办公自动化、数码相机、家用电器等市场已达到饱和状态,而新兴行业不断涌现,如 3D 打印、太阳能发电、医疗设备、汽车应用等。

编辑

新兴行业 1:3D 打印在研发技术上不断突破,在下游应用场景不断拓宽,国内外市场规

模都有约 30%的增速。3D 打印以数字模型为基础,将材料逐层堆积,制造出实体物品。电机是 3D 打印机上重要的动力部件,电机的精度影响 3D 打印效果的好坏,一般 3D 打印采用步进电机。2019 年,全球 3D 打印产业规模为 120 亿美元,同比增长 30%;国内 3D 打印行业规模达到 208 亿元,同比增长 32%。新兴行业 2:移动机器人由计算机控制,具有移动、自动导航、多传感器控制、网络交互 等功能,在实际生产中最主要的用途是搬运,非标准化程度较高。

步进电机应用于移动机器人的传动模块上,主要传动结构由驱动电机、减速齿轮(齿轮箱)组装而成。国内工业机器人行业虽然相对于国外起步较晚,但在移动机器人领域领先于国外。目前移动机器人核心部件以国产为主,目前国内企业基本上已达到各方面精度要求,且国外竞争企业较少。

2019 年,中国移动机器人市场规模约 62 亿元,同比增长 45%。软银机器人集团推出的专业清扫机器人,清洁效率大幅增加。在推出人形机器人”Pepper”之后,于2018年11月宣布推出第二台机器人”Whiz”。”Whiz”为智能商用吸尘机器人,安装有多个感测器,可以检测障碍物、楼梯和人体移动。充电一次后可连续运行 3 小时,清扫面积可达 1500 平方米。”Whiz”可替代清洁人员绝大部分日常工作量,并可以在原有清洁工作的基础上,增加吸尘清扫的频次。Whiz 每月收费仅 499 美金,预计不到美国清洁工人工资二分之一。

Whiz 每月订阅费 499美元起,而美国 2019 年最低工资为 7.25 美元/小时,以每天 8 小时,一个月 4 周计算,一个清洁工人每月薪水约 1160 美金,机器人收费不到一个清洁工人薪水的一半。2019 年 5月开始在日本商业提供 Whiz,随后在香港、澳门、新加坡、美国推出。截至 2020 年 3 月,全球已销售 6000 多台”Whiz”;截至 2020 年 6 月,“Whiz”累计销售量达到 10000 件。

编辑

新兴行业 3:随着 5G 推广,通讯基站天线数量增加,电机需求数量也相应增加。一般情 况下,普通通讯基站需配置 3 面天线,4G 基站需配置 4-6 面天线,而 5G 应用由于需要覆盖传统手机通讯及物联网通讯应用,因此基站和天线数量进一步增加。鸣志电器生产的加齿轮箱组件的控制电机产品为国内主流的基站天线厂定制开发。每面电调天线配套使用一台加齿轮箱的控制电机。

4G 基站数量 2019 年新增 172 万个,5G 建设有望开启新周期。2019 年,中国移动电话基站数达到 841 万个,其中 4G 基站数量 544 万个,占比 65%。2019 年,新增 4G 基站数量172 万个,为 2015 年来新增最多,主要原因为 1)网络扩容,覆盖农村地区盲点。2)提升核心网能力,为 5G 网络建设打下基础。中国 5G 商用牌照于 2019 年 6 月发布,到 2020年 5 月,全国开通 5G 基站超过 25 万个。

工信部统计显示,我国 5G 基站数量以每周增加1 万多个的数量在增长。以每周建设 1 万个基站计算,一年基站建设数量超过 52 万个,5G基站建设进入新周期,拉动电机需求数量。

新兴行业5:医疗器械是步进电机的主要应用场景之一,是公司深耕的细分领域之一。从金属到塑料,医疗器械在生产时对精度的要求较高。很多医疗器械厂家为达到精度要求采用伺服电机生产,但由于步进电机相比伺服经济性较高、体积更小,且精度可以满足部分医疗设备,因此步进电机应用于医疗器械制造行业,甚至替代部分伺服电机。

2019 年,全球医疗器械销售额 4519 亿美元,同比增长 6%,中国医疗器械市场规模 6285 亿元,同比增长 18%。全球医疗器械规模增速目前在个位数增速,而国内医疗器械市场每年增速近 20%。医疗器械的增长有望带动步进电机需求提升。

编辑

伺服电机的市场口空间

2018 年中国伺服市场规模为 148亿元,而国内步进电机市场规模为 8.6 亿元,约为步进电机的 17 倍。由步进电机切入伺服电机,打开数十倍市场空间,且伺服领域有较大的国产替代空间。2018 年伺服市场规模 148 亿元,同比增长 4.7%,市占率前三分别为松下、安川、三菱,市占率分别为 13%、12%、12%,CR3 约为 37%。目前国内伺服市场多为外资企业,国产替代空间较大。

编辑

作者:孙潇雅

免责声明:本文援引自网络或其他媒体,与本官网无关。其原创性以及文中陈述文字和内容未经本站证实,对本文以及其中全部或者部分内容、文字的真实性、完整性、及时性本站不作任何保证或承诺,请读者仅作参考,并请自行核实相关内容。

《金属板材成形》是MFC金属成形商务咨询(北京)有限公司打造的新型综合媒体平台,旗下有“MFC金属板材成形之家”微信服务号、“冲压与模具工艺”和“钣金加工与焊接喷涂”订阅号、《中国金属板材成形网》(http://www.mfc-china.cn)、“金属成形技术”抖音号、MFC1.7万人群友通讯录,以及在知乎、今日头条、腾讯、搜狐、新浪等平台开设的原创资讯账号,以直邮/电邮、互联网/移动互联网平台和线下的会议和展览等渠道,为中国的冲压和钣金行业上下游企业、政府及行业组织提供行业资讯、技术动态、宏观经济、海外市场、精准定向营销、交流考察、行业数据调查、专题会议、展会快讯等服务,影响到数十万专业人士。

相关阅读: 消息类文章

分享到:

声明: 本网站为冲压和钣金业内信息集合和展示平台,欢迎不同的声音和观点,为行业人士提供参考,文章并不代表MFC的观点。书面刊用本站及MFC《金属板材成形》的原创文章,必须获得MFC的书面授权;电子平台转载,则必须注明作者和出处,对于盗版、冒名和不注明出处等行为以及由此产生的负面后果,MFC保留追究的权利。

我来说两句(共0条评论,0人参与)注册 登录 |

  • 最新评论
    暂无评论

品牌展厅365天全天候线上展厅

推荐专题

  • 一周热点
  • 月点击榜
 

微信公众号

中国冲压钣金门户

扫描或搜索关注