星星之火可以燎原-伺服电机的崛起

摘要：国内的伺服电机起步较晚，但在近几年良好的市场环境刺激下，发展势头迅猛，已有崛起之势，目前规模较大的国产伺服电机企业已经发展到30余家，代表性的企业有汇川技术、埃斯顿、英威腾等。国产伺服电机企业的市场份额也在增加，尤其在中低端领域。国内的伺服电机在功能上与外资企业的伺服电机相差较小，在性能上仍有一定差距。

伺服电机是在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是工业机器人的三大核心零部件之一的执行系统，类似于“肌肉”。伺服电机是影响机器人工作性能的一个重要因素，成本占比24%，市场规模较大，竞争激烈。

结构不同导致应用场合的不同

伺服电机分为直流伺服电机和交流伺服电机，直流电机分为有刷电机和无刷电机；交流电机分为同步电机和异步电机，如图1所示，目前交流电机市场占比65%左右。直流有刷电机的特点包括：成本低、结构简单、启动转矩大、调速范围宽、控制容易、维护不方便（换碳刷）、产生电磁干扰、对环境要求较高。在一些环境要求不苛刻，对成本敏感的行业适用性较强。直流无刷电机的特点包括：体积小、重量轻、动力大、响应快、惯量小、转动平滑、力矩稳定，此外电机免维护（无碳刷）、效率很高、 运行温度低、电磁辐射小、寿命长、适用环境较强。交流伺服电机，分为同步电机和异步电机两种。同步电机功率范围大，可以在大功率下作业；同时惯量较大，最高转动速度较低，速度可以随着功率增大而快速降低，因此适合做低速平稳运行的应用，目前运动控制中使用同步电机较多。异步电机结构简单，成本低，易安装，效率较同步电机低，几乎全用在电动机场合。

图1 伺服电机分类

　　（来源：公开资料，五度易链行业研究中心）

中国市场增长快，国产伺服电机崛起

近年来，随着3C电子和新能源汽车等下游领域的爆发,，工业机器人的销量逐年上升，在中国市场的表现更为显著。从2013年开始，中国成为全球最大的工业机器人市场，并连续几年保持高速增速。在伺服电机领域，国内企业发展很快，截至到2018年，已经有30余家较大的伺服电机企业。国产品牌占比也有一定的提升，根据统计， 2014年伺服电机在国内市场占比超过1%的企业有12家，汇川技术占比3%，埃斯顿占比2%，其余均为外资企业和台资企业。在2016年的数据统计中，汇川与埃斯顿的伺服电机市场占比合计已经超过10%，其中汇川技术占比7%，埃斯顿占比3%，如图2所示。其他国产伺服厂商市场份额均不足1%，但近30余家成规模的厂商竞争潜力很大，显然，国内星星之火般的国产伺服电机制造商已有燎原之势。在功能方面，国产伺服电机基本上能满足下游需求，此外，国内企业在海外并购方面也比较积极，汇川在2017年溢价收购德国POWER AUTOMATION，2019年拟以3倍溢价收购贝思特；埃斯顿两年内入股四家外企，2017年入股服务型机器人伺服电机制造商Barrett Technology（美国）。这些并购的背后都是国内资本市场的支持与机器人企业崛起的真实写照。

图2 2014年和2016年国内伺服电机市场份额占比

　　（资料来源：IFR，五度易链行业研究中心）

国内企业与外企之间的差距

国产伺服电机在功能上与外企制造商的产品已经接近，但在性能上仍有一定差距。对于中高端领域的伺服电机，国外企业占据了80%份额。在焊接、喷涂、重型搬运等高功率、环境变化严苛的领域，国内外伺服电机产品存在很大差距。欧系品牌的伺服电机有以下特点：过载能力强、动态响应性能好、总线技术性能优秀、开发性较好，以西门子、贝加莱、罗克韦尔等为代表，目前主要占据国内市场高端领域；日系品牌的伺服电机体积小、重量轻、动态性能稍差，以松下，安川，三菱为代表，在国内中小OEM企业占比很高。从性能上看，国产伺服电机在动态响应能力、过载能力、自适应能力与国外企业仍有不小的差距，究其原因，功率模块、主芯片、编码器等关键硬件不能自产，依赖进口；信号插件可靠性不够，电机能量密度小，体积大，对于一些有空间和尺寸限制的机器人也会受到局限；功率谱系大多在3KW以下，对高功率环境很难满足。

　　表1 国内伺服电机的现状与国外高端伺服电机的差距

　　（资料来源：公开资料，五度易链行业研究中心）

结语

在中国工业机器人国产化过程中，伺服电机作为机器人三大零部件之一发展较快。目前国产厂商在低端市场的伺服电机领域已经占有相当比例的份额，在细化技术领域和上游供应端行业也有很大进步，星星之火可以燎原，伺服电机的国产化已成定势。然而高性能伺服电机的核心技术仍在外资企业手里，并且很多中低端伺服电机的零件（如FPGA）也需要进口，国产伺服电机在崛起的道路上仍需努力。