揭秘機器人伺服電機/系統，解讀國內電機發展現狀

隨著工業自動化的發展，越來越多的領域開始使用工業機器人代替人力。對于機器人制造商和機器人消費者而言，選擇合適的伺服電機始終是一項艱難的任務。機器人的關節驅動離不開伺服系統，關節越多，機器人的柔性和精準度越高，所需要使用的機器人伺服電機 數量就越多。伺服電機影響著機器人的手臂控制，如位置、角度和線性運動，它的性能差異將直接影響機器人的能力水平。 深圳市華科星電氣有限公司是工業自動化行業一家有名的技術服務企業,專注進口伺服電機, 機器人伺服電機 / 系統,精密行星減速機,步進電機,PLC等一站式供應，提供免費技術支持和終身維護服務,歡迎來電咨詢:13602631692微信同號，官網:http://www.fzhxkj.cn!

一般來說，工業機器人對伺服電機的性能要求主要有以下幾個方面：

電機轉動的慣量要小：具有低的機械時間常數和電磁時間常數以及高的品質因數，即單位時間內可給出更大的瞬時功率。

足夠寬的調速范圍：在零速度附近可控。低速運轉平穩，力矩波動小。

高的功率/體積比和高的功率/重量比：因為這些伺服控制電機通常裝在機器人運動的關節上，為機器人的負載，所以要求重量輕、體積小。

伺服狀態特性好：為機器人能穩定地進行操作，在伺服定位、電機堵轉時仍能輸出最大的力矩。

外形扁薄小巧美觀：它是機器人外觀的決定性因素之一，不僅要適應與機器人給定的小尺寸，而且伺服電機的外形越復雜，機器人外觀結構設計越困難，同時外形的復雜也使粉塵易于堆積。

全封閉式的構造：伺服電機做成封閉結構主要是為了適應多粉塵、還有腐蝕性物質的生產現場。

環境適應性強：而且輸出的電線、電纜要柔軟。

易于維護：電機要有一定的容錯性和相關保護設備。

隨著電力電子技術的不斷發展，如今電力半導體技術已經由過去的整流二極管、晶閘管、GTO、GTR、P-MOSFET發展到現在的IGBT、IPM等，再加上控制策略的不斷進步，現在工業機器人用伺服電機已經不局限于低頻率和低極數，而是隨著應用的場合可以靈活地改變，以獲取更好的性能和更低的價格。

工作制與發熱：工業機器人一般運行在頻繁加速、啟停的情況下，由于這種特殊的運行方式’其伺服電機很大程度上受到了溫度的限制，不僅僅是額定轉矩點的溫度特性對工業機器人伺服電機來說很重要，整個運行空間的運行溫度由加減速轉矩與維持轉矩的工作制運行來決定。

轉動慣量:伺服電機的轉動慣量是伺服驅動中非常重要的關鍵點，在機械系統加速運行的時候，伺服電機不僅要提供給負載加速轉矩，而且要提供給自身加速轉矩，所以伺服電機的轉動慣量和系統的轉動慣量的配合十分重要。

轉矩質量:工業機器人伺服電機要求轉矩的平滑性，要求電機具有比較低的轉矩脈動以及較平穩的轉矩常數。平穩的轉矩常數通常需要伺服電機有比較高的抗飽和能力，而且要細致考慮鐵耗與摩擦損耗對轉矩常數的影響，一般需要合理精致的伺服電機電磁與結構的設計才能滿足轉矩質量要求。

高響應能力:工業伺服電機系統追求比較高的響應能力，影響伺服系統的響應能力的因素一般有電機轉動慣量、減速比、加減速轉矩、電機結構、控制策略等，高響應能力還與電機的發熱密切相關。

磁鋼退磁:為了使伺服電機具有高性能，目前普遍使用釹鐵硼永磁體來提供磁場，但它對溫度比較敏感，在高溫環境下容易發生不可逆退磁。工業機器人用伺服電機需要有高過載能力，更需要較高的電樞反應，因此轉子永磁體上感應出的渦流損耗通常很大，永磁體易升溫，所以對伺服電機的溫度計算和永磁體保護的要求比較高。

國內知名伺服電機/系統制造商

伴隨這幾年數控化的普及，國內機器人伺服產品的銷量保持了快速增長，伺服系統的自主研發、制造生產及應用已基本成熟，形成了一定的產品系列和自主配套能力，但產品在高性能、高可靠性方面，與國外名牌企業仍存在明顯差距，如國產品牌產品功率范圍多在3KW以內，中小功率居多，技術路線上與日系產品接近。

隨著工業機器人市場掀起熱潮，我國伺服系統與國外名牌企業的明顯差距已成為制約我國工業機器人產業的“瓶頸”。從技術上看，國產伺服電機主要有以下幾個缺陷：

一、外形普遍較長，外觀粗糙，很難應用在一些高檔機器人上面。尤其是在輕載6kg左右的桌面型機器人上，由于機器人手臂的安裝空間非常狹小，對伺服電機的長度有嚴格要求。

二、信號接插件的可靠性需要改進，而且需要朝小型化、高密度化以及與伺服電機本體的集成設計的方向設計，方便安裝、調試、更換。

三、另一個核心技術就是高精度的編碼器，尤其機器人上用的多圈絕對值編碼器，嚴重依賴進口，是制約我國高檔機器人發展的很大瓶頸。編碼器的小型化也是伺服電機小型化繞不過去的核心技術。

四、缺失基礎性研究，包括絕對值編碼器技術、高端電機的產業化制造技術、生產工藝的突破、性能指標的實用性驗證和考核標準的制定。

五、伺服系統各部分產業協同聯合不夠，導致伺服電機和驅動系統整體性能難以做好。

以上五點總結值得一提的是，除了以上五點工藝硬傷，許多國內伺服電機廠商還在繼續采用購買過時技術、硬件打造“國產”電機的做法，這樣生產出來的電機質量、穩定性參差不齊，不僅擾亂市場，還打擊了企業內部自主研發的熱情，不利于長期的可持續發展。目前我國國內較大規模的伺服品牌有20余家，這些制造商的部分產品質量、性能較為突出，可圈可點，顯示出了一定的獨立性和創新性。希望國產電機能早日更上一層樓。

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