中国工业机器人伺服电机行业市场格局及国内外产品对比

中国工业机器人伺服电机行业市场格局及国内外产品对比

伺服电机由伺服驱动器、伺服电机、编码器三部分组成，是工业机器人主要的动力来源。伺服驱动器负责将从控制器接收到的信息分解为单个自由度系统能够执行的命令，再传递给执行机构（伺服电机），伺服电机将收到的电流信号转化为转矩和转速以驱动控制对象，实现每一个关节的角度、角速度和关节转矩的控制。编码器作为伺服系统的反馈装置，很大程度上决定伺服系统精度。编码器安装在伺服电机上，与电机同步旋转，电机转一圈编码器也转一圈，转动的同时将编码信号送回控制器，控制器据以判断伺服电机的转向、转速、位置信息。一般来说，工业机器人的每个关节都会搭配一个伺服电机，即一台六轴工业机器人搭配6套伺服电机。

一、市场格局

伺服电机在工业自动化中发挥着重要作用，广泛用于机械、冶金、电力、石油化工、船舶制造、航空航天、建筑、交通、科研试验等多个领域。其中，机床工具、电子设备制造和工业机器人等行业伺服应用比例较高。2018年机器人占伺服电机下游应用的10%，且高启动转矩、大转矩、低惯量的交、直流伺服电机在工业机器人中应用较为普及。随着未来机器人零部件实现突破，我国工业机器人行业将迎来快速发展期，伺服电机的应用领域也将继续向电子设备制造、工业机器人等新兴领域深入。

《2020-2026年中国工业机器人伺服电机行业市场专项调查及投资规模预测报告》数据显示：2018年，中国工业机器人产量为14.77万台，同比增长12.7%。2010年以来，中国企业在伺服电机领域研发投入整体呈现上升趋势，相关专利申请及公开数量实现稳定增长。2018年，伺服电机行业相关专利申请数量达到25177件，同比增长37.4%，专利公开数量为24028件，同比增长76.4%。

国内伺服电机的参与者众多，可以分为日系、欧美系、台系以及国产系四类厂商。目前我国伺服电机中高端市场主要被国外企业垄断，进口产品在我国工业机器人伺服市场上占有率达70%以上。以西门子、施耐德、博世力士乐等为代表的欧美品牌产品过载能力高，动态响应好，驱动器开放性强，但价格昂贵，体积重量大，在高端设备和生产线方面比较有竞争力。日系品牌产品以小功率和中功率为主，以松下、安川、三菱、三洋等为代表的日系品牌技术和性能水平比较符合中国用户的需求，以良好的性价比和较高的可靠性获得了稳定且持续的客户源，占据50%以上国内市场份额。台系以台达电子为代表，其性能接近日系，价格介于国产与日系之间，性价比高，在中低端市场发展较快，市场占有率约10%。

国产伺服电机尽管技术相对落后，产品主要在中低端领域，但国内多家企业均已开发了机器人使用的伺服电机，国产化进程加速。目前我国企业在中低端伺服领域已经可以实现大规模量产，以性价比的优势满足中小型和经济型用户的需求，例如汇川技术、埃斯顿、英威腾、华中数控、广州数控等企业的伺服驱动器及电机产品已相继进入批量化生产阶段。尽管暂时无法像日系品牌一样提供全功率段系统选型方案，但汇川和埃斯顿等国内伺服第一梯队的企业都纷纷针对机器人研发了机器人用伺服电机，国产伺服品牌的市场占有率有明显提升。

二、国内外产品对比

对比国内外主要伺服电机产品，我国伺服电机与日系和欧美品牌相比仍然存在不足，具体表现为快速响应性、功率密度、稳定性和工作精度等指标差距较大，电机的惯量、电流、扭矩输出等参数往往不能做到最优化，国产机器人为了满足最大负载和速度参数，使用的电机都比日系选型要大，负载自重比大。

在快速响应能力上，国产伺服电机与日系及欧美品牌差距明显。伺服电机的快速响应性能由响应带宽指标来体现，带宽越大，快速响应性能越好。对比安川电机与国产电机同型号低惯量系列，国产电机速度环带宽为1-2kHz左右，安川电机能够实现3.1kHz。

在功率密度上，伺服电机对体积、重量要求较高，比如轻载6kg的桌面型机器人手臂安装空间非常狭小，对伺服电机的长度、质量有着严格要求。受限于国内厂商的设计与制造能力，国产电机外形尺寸偏大，能量密度较小，较难适应工业机器人电机狭小的安装空间。

在工作精度上，伺服电机的工作精度主要由编码器决定编码器相当于关节模组的神经，时刻地把关节运动的位置数据反馈给控制器，从而实现精准的控制。编码器核心在于芯片与码盘设计，国内主流厂商采取的做法为芯片外购，在此基础上开发自有解码技术，并且高精度编码器仍然依赖进口。电机编码器芯片依赖进口是导致国产伺服电机不能完全替代进口产品的主要原因。国产主流伺服电机编码器分辨率最高仅达到23位绝对值，而日系及欧美品牌已经突破24位，因此目前国产编码器存在一定的精度不足问题。

在稳定性及可靠性隐性指标上，由于伺服电机要进行十分频繁的正反向和加减速运动，并在短时间内承受数倍过载，因此要求伺服电机必须在苛刻的运行环境下保持良好的稳定性。日系产品