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机器人四大核心零部件之伺服电机

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-05-16  浏览次数:561
核心提示:机器人四大核心零部件之伺服电机的概述分类及市场分析

伺服电机的概述及分类

伺服电动机又称执行电动机,在自动控制系统中,用作执行元件,把收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出,分为直流和交流伺服电动机两大类,交流伺服电动机又分为异步伺服电动机和同步伺服电动机。

无论是伺服还是调速领域,目前交流系统正在逐渐代替直流系统。与直流系统相比,交流伺服电机具有高可靠性、散热好、转动惯量小、能工作于高压状态下等优点。因为无电刷和转向器,故交流私服系统也成为无刷伺服系统,用于其中的电机是无刷结构的笼型异步电机和永磁同步型电机。

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,对使用环境有要求,通常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,力矩稳定转动平滑,控制复杂,智能化,电子换相方式灵活,可以方波或正弦波换相,电机免维护,高效节能,电磁辐射小,温升低寿命长,适用于各种环境。


不同类型伺服电机的特点


直流伺服电机的优点和缺点优点:速度控制精确,转矩速度特性很硬,控制原理简单,使用方便,价格便宜。

缺点:电刷换向,速度限制,附加阻力,产生磨损微粒(无尘易爆环境不宜)

交流伺服电机的优点和缺点优点:速度控制特性良好,在整个速度区内可实现平滑控制,几乎无振荡,90%以上的高效率,发热少,高速控制,高精确度位置控制(取决于编码器精度),额定运行区域内,可实现恒力矩,惯量低,低噪音,无电刷磨损,免维护(适用于无尘、易爆环境)。缺点:控制较复杂,驱动器参数需要现场调整PID参数确定,需要更多的连线。

伺服电机的产业链结构

工业机器人的控制系统和自动化产品主要涉及伺服电机、减速机、控制器和传感器等。伺服电机是工业机器人的动力系统,一般安装在机器人的“关节”处,是机器人运动的“心脏”。

目前,机器人的关节驱动离不开伺服系统,关节越多,机器人的柔性和精准度越高,所要使用的伺服电机的数量就越多。机器人对伺服系统的要求较高,必须满足快速响应、高起动转矩、动转矩惯量比大、调速范围宽,要适应机器人的形体做到体积小、重量轻、加减速运行等条件,且需要高可靠性和稳定性。目前,工业机器人使用的较多的是交流伺服系统。


伺服电机的市场规模

伺服电机竞争激烈,目前外资掌握话语权。伺服电机在机器人中用作执行单元,是影响机器人工作性能的主要因素。机器人行业应用最多的是交流伺服,约占65%伺服电机。

伺服系统外资企业占据绝对优势。目前,在中国工业机器市场,主流的供应商包括,日本松下、安川、三菱,以及欧洲和美国的伦茨和博世力士乐。日系品牌凭借良好的产品性能与极具竞争力的价格垄断了中小型OEM(设备制造业)市场。近几年,伺服系统市场TOP15厂商中,前三名均为日系品牌,总份额达到45%。西门子、博世、施耐德等欧系品牌占据高端,整体市场份额在30%左右。国内企业整体份额低于10%左右。

当前我国中低端伺服系统已经能够实现大规模量产,但高端伺服系统尚未形成商品化和批量生产能力,国内对精密伺服电机控制系统的需求主要依赖进口。机器人产业发展风生水起,随着扶持政策对机器人产业的推进,以及国产伺服技术的不断提升,我国伺服系统进口替代的步伐将加快。

控制器和伺服系统关联紧密,用户选择的排序分别是可靠稳定性、价格、服务,从服务和性价比入手是国内企业突破的方向。但这需要对运动控制领域长期深入的研究,大量资金投入和长时间的市场验证,对技术、资金、人才要求都较高,国内上市公司如新松、新时达、汇川技术、广州数控、埃斯顿等具备类似的条件。

伺服电机的知名企业

伦茨

伦茨(LenzeAG)是德国前沿的工业创新型企业之一,在全球拥有约3200名员工。在德国大约有300名员工从事研发工作。主要侧重于用于机械和电子驱动的产品、解决方案、系统和服务。公司的总部位于德国哈梅林,于1947年由汉斯伦茨成立。

伦茨的产品范围包括变频器伺服驱动器减速机、电机、制动器和离合器。此外,它还采用集成了软件、可视化和控制,以及系统工程、耦合技术和服务的自动化解决方案。

伦茨MCS同步伺服电机

伦茨MCS 同步伺服电机用于可精确控制的运动,转矩范围从 0.5 至190 Nm (0.25 至 15.8 kW),尤其适用于高动态性高精度及最小尺寸要求的应用状况。具有高过载能力,高旋转加速度,采用插件技术,快速安装,简易适用。电子铭牌,易于调试。

科尔摩根

科尔摩根是一家大型、稳定、拥有本地支持能力的跨国公司,科尔摩根拥有超过2000名员工,分布于全球 20个分支机构,而且拥有Fortive公司(NYSE:FTV.WI)作为后盾,Fotive是一个全球知名品牌,在现场仪表、交通运输、检测、产品实施、自动化和专业化以及特许分销等领域处于领先地位。

科尔摩根的电机、驱动器和控制器件已经用于火星和太空探索、舰艇和潜艇、石油天然气钻井和计量、外科手术机器人和 激光眼科手术,甚至用于人工心脏。

科尔摩根AKM系列伺服电机

AKM伺服电机具有业内领先的性能和功率密度,低嵌齿、低谐波保证运转的平稳性,容易使用,可即插即用,和AKD驱动器配合自动调谐,拥有广泛的标准产品并可以提供联合研发定制。

三菱

三菱电机是制造和销售电气与电子产品和系统的世界领先品牌企业之一,其产品和系统在众多领域和应用中得到广泛使用。作为一家全球领先的绿色环保公司,三菱应用自己的技术在全球为社会和人们的日常生活做出贡献。

三菱电机HG-KR伺服电机

三菱电机MELSERVO-J4 系列伺服采用独家高速伺服控制结构的专用执行引擎,最高响应频率2.5KHZ,结合其自主研发的高分辨率绝对位置编码器(4,194,304p/rev),大幅度提高了处理速度。MELSERVO-J4旋转型伺服电机包括HG-KR(小容量,低惯性)、HG-MR(小容量,超低惯性)、HG-SR(中容量,中惯性)三个系列。

博世力士乐

博世力士乐(BoschRexroth)是全球领先的传动与控制技术专家,致力于为各类机械和系统设备提供安全、精准、高效以及高性价比的传动与控制技术。公司融合全球的应用经验,研发创新的产品,为行走机械、机械应用与工程、工厂自动化及可再生能源每一个细分市场的客户量身定制系统解决方案及服务。博世力士乐同时为客户提供各种液压、电子传动与控制、气动、齿轮、线性传动及组装技术。公司业务遍及全球80多个国家,拥有37500多名专业员工,2012年全球的销售额近65亿欧元。

博世力士乐MSK同步伺服电机

MSK 系列电机显著特点就是功率范围较宽,尺寸大小分级很细。这些同步伺服电机具有高扭矩密度,最大扭矩可达495 Nm(自冷却)。根据所需的精度水平,提供两种型号的编码器。此外,还具备键槽、制动闸等各种附加选件,同心度增大、IP65防护等级等,使系统可与风扇、水冷装置和 ATEX配合使用。

安川

安川电机是世界一流的传动产品制造商。安川电机(中国)有限公司是有近100年历史的,日本安川电机株式会社全额投资的外商独资企业,于1999年4月在上海注册成立,注册资金3110万美金。经营范围:安川品牌的变频器、伺服电机、控制器、机器人、各类系统工程设备、附件等机电一体化产品。

安川电机是运动控制领域专业的生产厂商,是日本第一个做伺服电机的公司,其产品以稳定快速著称,性价比高,是全球销售量最大,使用行业最多的伺服品牌。从一般工业用机械到半导体、电子零部件制造设备,安川都能提供适合于各种用途的最匹配的伺服、控制器产品。

安川∑-Ⅴ系列伺服电机

安川∑-Ⅴ系列(旋转型)伺服电机,具有配线可靠、防油、防尘等优点,放大器响应性高,大大缩短了整定时间,为其公司以往产品的1/12。通过增加和改进振动抑制功能,可提高跟随性能并缩短整定时间。另外还能减少驱动时的振动(音)以及停止时机械前端的振动,通过组合中惯量电机来提高机械性能。

西门子

西门子是世界上最大的电气和电子公司之一,历经150年来常盛不衰,其营业收入在2003年列财富500强第21位,在电子电气类公司中更是名列榜首。西门子是一家大型国际公司,公司的业务主要集中于6大领域:信息和通讯、自动化和控制、电力、交通、医疗系统和照明。

西门子工业业务领域能够提供全球独一无二的自动化技术、工业控制和驱动技术以及工业软件,能够满足生产企业的所有需求,涵盖整个价值链——从产品设计和开发,到产品生产、销售和服务。

西门子 1FT7 伺服电机

1FT7电机是适用于高性能应用的紧凑型同步电机,满足精度、动态特性、转速设定范围以及防护等级和坚固性等方面的严格要求。配有最新的编码器技术,针对同西门子的全数字式驱动与控制系统一起使用进行了优化。冷却方式分为自然冷却、外部冷却或水冷却。

伺服电机行业的发展趋势

数字化:数字控制技术取代模拟控制电路在伺服系统中是一种必然趋势;

智能化:智能化主要是指伺服驱动器智能化;

简易化:简易化不是简单,而是精简,是根据用户情况,将用户使用的伺服功能予以强化,使之专而精,而将不使用的一些功能予以精简,从而降低伺服系统的成本,为客户创造更多的收益,尝试从客户的实际需求出发,形成简易模块化编程操作,使用户使用简便快捷。

网络化:即构建网络型、总线型私服系统。现场总线是一种应用于生产现场,在现场设备之间、现场设备和控制装置之间实行双向、串形、多节点的数字通讯技术,构建总线型伺服是实现工业物联网的必要途径之一。

高效化:伺服系统将会采用更精度的编码器,提高系统的采样精度,同时提高伺服驱动器的产品性能,不断优化逆变器驱动电路,提供更快数据处理速度和伺服系统的加减速性能。

 
关键词: 伺服电机 智能化 三菱 安川 西门子
 
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