第一節(jié) 交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 行業(yè) 宏觀經(jīng)濟(jì)環(huán)境 分析

交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)水平和實(shí)力直接影響并決定著其他產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，是一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力的重要體現(xiàn)。尤其是重大成套技術(shù)裝備的制造能力和制造水平，是一個(gè)國(guó)家科技、經(jīng)濟(jì)、工業(yè)現(xiàn)代化水平的綜合體現(xiàn)。世界各工業(yè)強(qiáng)國(guó)，無(wú)一例外都是重大裝備制造業(yè)的強(qiáng)國(guó)。

2005年-2011年前三季度我國(guó)GDP增長(zhǎng)變化圖

單位：億元

2009-2011年我國(guó)CPI指數(shù)同比增長(zhǎng)變化情況

我國(guó)經(jīng)濟(jì)的平穩(wěn)快速發(fā)展為交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 行業(yè) 的發(fā)展創(chuàng)造了良好的外部宏觀環(huán)境。

第二節(jié) 交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 行業(yè) 相關(guān)政策及影響 分析

在國(guó)家大力振興裝備制造業(yè)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、關(guān)鍵大型設(shè)備自主化、替代能源、節(jié)能減排等多項(xiàng)政策影響下，我國(guó)的重大技術(shù)裝備類交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)品迎來(lái)了新一輪發(fā)展機(jī)遇。

近些年國(guó)家出臺(tái)的政策中，值得引起交流伺服市場(chǎng)注意的是：國(guó)發(fā)〔2009〕《紡織工業(yè)調(diào)整和振興 規(guī)劃 》、《電子信息產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興 規(guī)劃 》、《汽車產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興 規(guī)劃 》，三份 規(guī)劃 的 規(guī)劃 期均為2009—2011年。

《紡織工業(yè)調(diào)整和振興 規(guī)劃 》針對(duì) 規(guī)劃 的目標(biāo)中所提到的“科技支撐力顯著提高、節(jié)能減排取得明顯成效。、淘汰落后取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。”具體到：“高新技術(shù)產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用取得顯著進(jìn)展，具有國(guó)際先進(jìn)水平的紡織技術(shù)裝備比重提高到50%左右，”、“全 行業(yè) 實(shí)現(xiàn)單位增加值能耗年均降低5%、水耗年均降低7%、廢水排放量年均降低7%。”、“到2011年，淘汰75億米高能耗、高水耗、技術(shù)水平低的印染能力，淘汰230萬(wàn)噸化纖落后產(chǎn)能，加速淘汰棉紡、毛紡落后產(chǎn)能。”

《電子信息產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興 規(guī)劃 》中提到，“加速 行業(yè) 解決方案的開(kāi)發(fā)和推廣，組織開(kāi)展 行業(yè) 應(yīng)用試點(diǎn)示范工程，支持RFID（電子標(biāo)簽）、汽車電子、機(jī)床電子、醫(yī)療電子、工業(yè)控制及檢測(cè)等產(chǎn)品和系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)制定。支持信息技術(shù)企業(yè)與傳統(tǒng)工業(yè)企業(yè)開(kāi)展多層次的合作，進(jìn)一步促進(jìn)信息化與工業(yè)化融合。”

《汽車產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興 規(guī)劃 》中關(guān)于“推廣使用節(jié)能和新能源汽車”中提到，“啟動(dòng)國(guó)家節(jié)能和新能源汽車示范工程，由中央財(cái)政安排資金給予補(bǔ)貼，支持大中城市示范推廣混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車、燃料電池汽車等節(jié)能和新能源汽車?？h級(jí)以上城市人民政府要制訂 規(guī)劃 ，優(yōu)先在城市公交、出租、公務(wù)、環(huán)衛(wèi)、郵政、機(jī)場(chǎng)等領(lǐng)域推廣使用新能源汽車；建立電動(dòng)汽車快速充電網(wǎng)絡(luò)，加快停車場(chǎng)等公共場(chǎng)所公用充電設(shè)施建設(shè)。”

紡織 行業(yè) ，交流伺服應(yīng)用份額占8%左右，預(yù)計(jì)2010年可以增長(zhǎng)到3億元的市場(chǎng)規(guī)模，特別在印染方面，加上國(guó)家對(duì)淘汰落后產(chǎn)能的政策，此方面的增長(zhǎng)應(yīng)當(dāng)是今年紡織應(yīng)用 行業(yè) 的主要增長(zhǎng)點(diǎn)之一。

電子專用設(shè)備方面，交流伺服占據(jù)近9個(gè)點(diǎn)的應(yīng)用市場(chǎng)， 規(guī)劃 中提到的相關(guān)的 行業(yè) 中，機(jī)床、醫(yī)療等 行業(yè) 中，機(jī)床是交流伺服應(yīng)用市場(chǎng)中最重要的組成部分，醫(yī)療器械 行業(yè) 是交流伺服未來(lái)發(fā)展的重要潛力 行業(yè) ，而增加應(yīng)用于電子專用設(shè)備產(chǎn)品的同時(shí)，也可以視為是增加在機(jī)床及醫(yī)療器械 行業(yè) 中的應(yīng)用份額。2010年在此范圍的市場(chǎng)應(yīng)用規(guī)模預(yù)估在3.2億元左右。

汽車 行業(yè) ，近幾年在大家的視線中，無(wú)論提到“節(jié)能減排”，還是提到“國(guó)家優(yōu)惠政策”均少不了政府對(duì)汽車 行業(yè) 的提及，可見(jiàn)是重視再重視。雖然從目前來(lái)看交流伺服目前應(yīng)用于汽車 行業(yè) 的不足3%的份額，但各地政府積極采購(gòu)新能源汽車作為市政采購(gòu)的一部分，可見(jiàn)未來(lái)五年中，應(yīng)用于新能源汽車的交流伺服市場(chǎng)將會(huì)較現(xiàn)在的市場(chǎng)規(guī)模翻一番。

第三節(jié) 交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 行業(yè) 技術(shù)工藝 發(fā)展 分析

伺服系統(tǒng)伴隨著伺服電動(dòng)機(jī)的發(fā)展而發(fā)展，主要經(jīng)歷了三個(gè)主要發(fā)展階段：第一個(gè)發(fā)展階段是20世紀(jì)60年代以前，以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的液態(tài)伺服電動(dòng)機(jī)或以功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)為中心，伺服系統(tǒng)的控制為開(kāi)環(huán)系統(tǒng)。第二個(gè)發(fā)展階段是20世紀(jì)六七十年代，直流伺服電動(dòng)機(jī)誕生并全盛發(fā)展，由于直流電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速性能，被很多高性能驅(qū)動(dòng)裝置采用，伺服系統(tǒng)的位置控制也由開(kāi)環(huán)系統(tǒng)發(fā)展成為閉環(huán)系統(tǒng)。第二三個(gè)發(fā)展階段是20世紀(jì)80年代至今，以機(jī)電一體化時(shí)代為背景。與其相適應(yīng)的伺服驅(qū)動(dòng)裝置也經(jīng)歷了模擬式、數(shù)?；旌鲜胶腿珨?shù)字化式階段。其中數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)更符合數(shù)字化控制模式的潮流，且調(diào)試、使用簡(jiǎn)單，因而倍受青睞。

20世紀(jì)80年代以來(lái)，隨著集成電路、電力電子技術(shù)和交流可變速驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，永磁交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)有了突出的發(fā)展，各國(guó)著名電氣廠商相繼推出各自的交流伺服電動(dòng)機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器系列產(chǎn)品并不斷完善和更新。交流伺服系統(tǒng)已成為當(dāng)代高性能伺服系統(tǒng)的主要發(fā)展方向，使原來(lái)的直流伺服面臨被淘汰的危機(jī)。90年代以后，世界各國(guó)已經(jīng)商品化了的交流伺服系統(tǒng)是采用全數(shù)字控制的正弦波電動(dòng)機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)。交流伺服驅(qū)動(dòng)裝置在傳動(dòng)領(lǐng)域的發(fā)展日新月異。永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)同直流伺服電動(dòng)機(jī)比較，主要優(yōu)點(diǎn)有：

1、無(wú)電刷和換向器，因此工作可靠，對(duì)維護(hù)和保養(yǎng)要求低。

2、定子繞組散熱比較方便。

3、慣量小，易于提高系統(tǒng)的快速性。

4、適應(yīng)于高速大力矩工作狀態(tài)。

5、同功率下有較小的體積和重量。

自從德國(guó)MANNESMANN的Rexroth公司的Indramat分部在1978年漢諾威貿(mào)易博覽會(huì)上正式推出MAC永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，這標(biāo)志著此種新一代交流伺服技術(shù)已進(jìn)入實(shí)用化階段。到20世紀(jì)80年代中后期，各公司都已有完整的系列產(chǎn)品。整個(gè)伺服裝置市場(chǎng)都轉(zhuǎn)向了交流系統(tǒng)。早期的模擬系統(tǒng)在諸如零漂、抗干擾、可靠性、精度和柔性等方面存在不足，尚不能完全滿足運(yùn)動(dòng)控制的要求，近年來(lái)隨著微處理器、新型數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）的應(yīng)用，出現(xiàn)了數(shù)字控制系統(tǒng)，控制部分可完全由軟件進(jìn)行，分別稱為永磁交流伺服系統(tǒng)。

到目前為止，高性能的電伺服系統(tǒng)大多采用永磁同步型交流伺服電動(dòng)機(jī)，控制驅(qū)動(dòng)器多采用快速、準(zhǔn)確定位的全數(shù)字位置伺服系統(tǒng)。典型生產(chǎn)廠家如德國(guó)西門(mén)子、美國(guó)科爾摩根和日本松下及安川等公司。

日本安川電機(jī)制作所推出的小型交流伺服電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)器，其中D系列適用于數(shù)控機(jī)床（最高轉(zhuǎn)速為1000r/min，力矩為0.25～2.8N.m），R系列適用于機(jī)器人（最高轉(zhuǎn)速為3000r/min，力矩為0.016～0.16N.m）。之后又推出M、F、S、H、C、G 六個(gè)系列。20世紀(jì)90年代先后推出了新的D系列和R系列。由舊系列矩形波驅(qū)動(dòng)、8051單片機(jī)控制改為正弦波驅(qū)動(dòng)、80C、154CPU和門(mén)陣列芯片控制，力矩波動(dòng)由24％降低到7％，并提高了可靠性。這樣，只用了幾年時(shí)間形成了八個(gè)系列（功率范圍為0.05～6kW）較完整的體系，滿足了工作機(jī)械、搬運(yùn)機(jī)構(gòu)、焊接機(jī)械人、裝配機(jī)器人、電子部件、加工機(jī)械、印刷機(jī)、高速卷繞機(jī)、繞線機(jī)等的不同需要。

以生產(chǎn)機(jī)床數(shù)控裝置而著名的日本法奴克（Fanuc）公司，在20世紀(jì)80年代中期也推出了S系列（13個(gè)規(guī)格）和L系列（5個(gè)規(guī)格）的永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)。L系列有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和機(jī)械時(shí)間常數(shù)，適用于要求特別快速響應(yīng)的位置伺服系統(tǒng)。

日本其他廠商，例如：三菱電動(dòng)機(jī)（HC-KFS、HC-MFS、HC-SFS、HC-RFS和HC-UFS系列）、東芝精機(jī)（SM系列）、大隈鐵工所(BL系列）、三洋電氣（BL系列）、立石電機(jī)（S系列）等眾多廠商也進(jìn)入了永磁交流伺服系統(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)行列。

德國(guó)力士樂(lè)公司（Rexroth）的Indramat分部的MAC系列交流伺服電動(dòng)機(jī)共有7個(gè)機(jī)座號(hào)92個(gè)規(guī)格。

德國(guó)西門(mén)子（Siemens）公司的IFT5系列三相永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)分為標(biāo)準(zhǔn)型和短型兩大類，共8個(gè)機(jī)座號(hào)98種規(guī)格。據(jù)稱該系列交流伺服電動(dòng)機(jī)與相同輸出力矩的直流伺服電動(dòng)機(jī)IHU系列相比，重量只有后者的1／2，配套的晶體管脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)器6SC61系列，最多的可供6個(gè)軸的電動(dòng)機(jī)控制。

德國(guó)寶石（BOSCH）公司生產(chǎn)鐵氧體永磁的SD系列（17個(gè)規(guī)格）和稀土永磁的SE系列（8個(gè)規(guī)格）交流伺服電動(dòng)機(jī)和Servodyn SM系列的驅(qū)動(dòng)控制器。

美國(guó)著名的伺服裝置生產(chǎn)公司Gettys曾一度作為Gould電子公司一個(gè)分部（Motion Control Division），生產(chǎn)M600系列的交流伺服電動(dòng)機(jī)和A600 系列的伺服驅(qū)動(dòng)器。后合并到AEG，恢復(fù)了Gettys名稱，推出A700全數(shù)字化的交流伺服系統(tǒng)。

美國(guó)A-B（ALLEN-BRADLEY）公司驅(qū)動(dòng)分部生產(chǎn)1326型鐵氧體永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)和1391型交流PWM伺服控制器。電動(dòng)機(jī)包括3個(gè)機(jī)座號(hào)共30個(gè)規(guī)格。

I.D.（Industrial Drives）是美國(guó)著名的科爾摩根（Kollmorgen）的工業(yè)驅(qū)動(dòng)分部，曾生產(chǎn)BR-210、BR-310、BR-510 三個(gè)系列共41個(gè)規(guī)格的無(wú)刷伺服電動(dòng)機(jī)和BDS3型伺服驅(qū)動(dòng)器。自1989年起推出了全新系列設(shè)計(jì)的（Goldline）永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)，包括B（小慣量）、M（中慣量）和EB（防爆型）三大類，有10、20、40、60、80五種機(jī)座號(hào)，每大類有42個(gè)規(guī)格，全部采用釹鐵硼永磁材料，力矩范圍為0.84～111.2N.m，功率范圍為0.54～15.7kW。配套的驅(qū)動(dòng)器有BDS4（模擬型）、BDS5（數(shù)字型、含位置控制）和Smart Drive（數(shù)字型）三個(gè)系列，最大連續(xù)電流55A。Goldline系列代表了當(dāng)代永磁交流伺服技術(shù)最新水平。

愛(ài)爾蘭的Inland原為Kollmorgen在國(guó)外的一個(gè)分部，現(xiàn)合并到AEG，以生產(chǎn)直流伺服電動(dòng)機(jī)、直流力矩電動(dòng)機(jī)和伺服放大器而聞名。生產(chǎn)BHT1100、2200、3300三種機(jī)座號(hào)共17種規(guī)格的SmCo永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)和八種控制器。

法國(guó)Alsthom集團(tuán)在巴黎的Parvex工廠生產(chǎn)LC系列（長(zhǎng)型）和GC系列（短型）交流伺服電動(dòng)機(jī)共14個(gè)規(guī)格，并生產(chǎn)AXODYN系列驅(qū)動(dòng)器。

原蘇聯(lián)為數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人伺服控制開(kāi)發(fā)了兩個(gè)系列的交流伺服電動(dòng)機(jī)。其中ДBy系列采用鐵氧體永磁，有兩個(gè)機(jī)座號(hào)，每個(gè)機(jī)座號(hào)有3種鐵心長(zhǎng)度，各有兩種繞組數(shù)據(jù)，共12個(gè)規(guī)格，連續(xù)力矩范圍為7～35N.m。2ДBy系列采用稀土永磁，6個(gè)機(jī)座號(hào)17個(gè)規(guī)格，力矩范圍為0.1～170N.m，配套的是3ДБ型控制器。

近年日本松下公司推出的全數(shù)字型MINAS系列交流伺服系統(tǒng)，其中永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)有MSMA系列小慣量型，功率從0.03～5kW，共18種規(guī)格；中慣量型有MDMA、MGMA、MFMA三個(gè)系列，功率從0.75～4.5kW，共23種規(guī)格,MHMA系列大慣量電動(dòng)機(jī)的功率范圍從0.5～5kW，有7種規(guī)格。

韓國(guó)三星公司近年開(kāi)發(fā)的全數(shù)字永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中FAGA交流伺服電動(dòng)機(jī)系列有CSM、CSMG、CSMZ、CSMD、CSMF、CSMS、CSMH、CSMN、CSMX多種型號(hào)，功率從15W～5kW。

現(xiàn)在常采用Powerrate這一綜合指標(biāo)作為伺服電動(dòng)機(jī)的品質(zhì)因數(shù)，衡量對(duì)比各種交直流伺服電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。功率變化率表示電動(dòng)機(jī)連續(xù)（額定）力矩和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之比。

按功率變化率進(jìn)行計(jì)算 分析 可知，永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)技術(shù)指標(biāo)以美國(guó)I.D 



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