伺服電機由伺服驅動器、伺服電機、編碼器三部分組成，是工業機器人主要的動力來源。伺服驅動器負責將從控制器接收到的信息分解為單個自由度系統能夠執行的命令，再傳遞給執行機構（伺服電機），伺服電機將收到的電流信號轉化為轉矩和轉速以驅動控制對象，實現每一個關節的角度、角速度和關節轉矩的控制。編碼器作為伺服系統的反饋裝置，很大程度上決定伺服系統精度。編碼器安裝在伺服電機上，與電機同步旋轉，電機轉一圈編碼器也轉一圈，轉動的同時將編碼信號送回控制器，控制器據以判斷伺服電機的轉向、轉速、位置信息。一般來說，工業機器人的每個關節都會搭配一個伺服電機，即一臺六軸工業機器人搭配6套伺服電機。

    工業機器人伺服電機組成

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    一、市場格局

    伺服電機在工業自動化中發揮著重要作用，廣泛用于機械、冶金、電力、石油化工、船舶制造、航空航天、建筑、交通、科研試驗等多個領域。其中，機床工具、電子設備制造和工業機器人等行業伺服應用比例較高。2018年機器人占伺服電機下游應用的10%，且高啟動轉矩、大轉矩、低慣量的交、直流伺服電機在工業機器人中應用較為普及。隨著未來機器人零部件實現突破，我國工業機器人行業將迎來快速發展期，伺服電機的應用領域也將繼續向電子設備制造、工業機器人等新興領域深入。

    2018年我國伺服電機下游應用

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    2012-2018年我國伺服電機市場規模及增速

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    智研咨詢發布的《2020-2026年中國工業機器人伺服電機行業市場專項調查及投資規模預測報告》數據顯示：2018年，中國工業機器人產量為14.77萬臺，同比增長12.7%。2010年以來，中國企業在伺服電機領域研發投入整體呈現上升趨勢，相關專利申請及公開數量實現穩定增長。2018年，伺服電機行業相關專利申請數量達到25177件，同比增長37.4%，專利公開數量為24028件，同比增長76.4%。

    2010-2018年伺服電機市場專利申請及公開數量（單位：件）

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    2014-2018年中國工業機器人產量

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    國內伺服電機的參與者眾多，可以分為日系、歐美系、臺系以及國產系四類廠商。目前我國伺服電機中高端市場主要被國外企業壟斷，進口產品在我國工業機器人伺服市場上占有率達70%以上。以西門子、施耐德、博世力士樂等為代表的歐美品牌產品過載能力高，動態響應好，驅動器開放性強，但價格昂貴，體積重量大，在高端設備和生產線方面比較有競爭力。日系品牌產品以小功率和中功率為主，以松下、安川、三菱、三洋等為代表的日系品牌技術和性能水平比較符合中國用戶的需求，以良好的性價比和較高的可靠性獲得了穩定且持續的客戶源，占據50%以上國內市場份額。臺系以臺達電子為代表，其性能接近日系，價格介于國產與日系之間，性價比高，在中低端市場發展較快，市場占有率約10%。

    國產伺服電機盡管技術相對落后，產品主要在中低端領域，但國內多家企業均已開發了機器人使用的伺服電機，國產化進程加速。目前我國企業在中低端伺服領域已經可以實現大規模量產，以性價比的優勢滿足中小型和經濟型用戶的需求，例如匯川技術、埃斯頓、英威騰、華中數控、廣州數控等企業的伺服驅動器及電機產品已相繼進入批量化生產階段。盡管暫時無法像日系品牌一樣提供全功率段系統選型方案，但匯川和埃斯頓等國內伺服第一梯隊的企業都紛紛針對機器人研發了機器人用伺服電機，國產伺服品牌的市場占有率有明顯提升。

    2018年我國伺服電機市場格局

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    二、國內外產品對比

    對比國內外主要伺服電機產品，我國伺服電機與日系和歐美品牌相比仍然存在不足，具體表現為快速響應性、功率密度、穩定性和工作精度等指標差距較大，電機的慣量、電流、扭矩輸出等參數往往不能做到最優化，國產機器人為了滿足最大負載和速度參數，使用的電機都比日系選型要大，負載自重比大。

    在快速響應能力上，國產伺服電機與日系及歐美品牌差距明顯。伺服電機的快速響應性能由響應帶寬指標來體現，帶寬越大，快速響應性能越好。對比安川電機與國產電機同型號低慣量系列，國產電機速度環帶寬為1-2kHz左右，安川電機能夠實現3.1kHz。

    在功率密度上，伺服電機對體積、重量要求較高，比如輕載6kg的桌面型機器人手臂安裝空間非常狹小，對伺服電機的長度、質量有著嚴格要求。受限于國內廠商的設計與制造能力，國產電機外形尺寸偏大，能量密度較小，較難適應工業機器人電機狹小的安裝空間。

    在工作精度上，伺服電機的工作精度主要由編碼器決定編碼器相當于關節模組的神經，時刻地把關節運動的位置數據反饋給控制器，從而實現精準的控制。編碼器核心在于芯片與碼盤設計，國內主流廠商采取的做法為芯片外購，在此基礎上開發自有解碼技術，并且高精度編碼器仍然依賴進口。電機編碼器芯片依賴進口是導致國產伺服電機不能完全替代進口產品的主要原因。國產主流伺服電機編碼器分辨率最高僅達到23位絕對值，而日系及歐美品牌已經突破24位，因此目前國產編碼器存在一定的精度不足問題。

    在穩定性及可靠性隱性指標上，由于伺服電機要進行十分頻繁的正反向和加減速運動，并在短時間內承受數倍過載，因此要求伺服電機必須在苛刻的運行環境下保持良好的穩定性。日系產品表現非常優秀，而部分國產產品即使初始性能優越，但當面臨過載等較為的復雜工況環境時，其性能大打折扣。國產伺服電機在實際使用環境下的性能指標與實驗室性能指標無法匹配，這是阻礙國產伺服電機進軍高端市場的重要原因之一。

    主要工業機器人伺服電機產品對比

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