步進(jìn)壓力機(jī)是離散的運(yùn)動裝置，相對伺服壓力機(jī)具有低價優(yōu)勢電機(jī)是機(jī)械能與電能之間轉(zhuǎn)換的裝置。由機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的電機(jī)，稱作“發(fā)電機(jī)”；把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的電機(jī)，稱作“電動機(jī)”。步進(jìn)壓力機(jī)、伺服壓力機(jī)都屬于運(yùn)動控制產(chǎn)品，能對自動化設(shè)備的運(yùn)動軌跡以及運(yùn)動方式進(jìn)行精確定位，主要應(yīng)用于自動化設(shè)備制造領(lǐng)域。

按照步進(jìn)壓力機(jī)轉(zhuǎn)子分類，有 3 種類型：反應(yīng)式（VR 型）、永磁式（PM 型）、混合式（HB型）。1）反應(yīng)式（VR 型）：帶有轉(zhuǎn)子齒的齒輪。2）永磁式（PM 型）：帶有永久磁鐵的轉(zhuǎn)子。3）混合式（HB 型）：同時具有永久磁鐵和轉(zhuǎn)子齒的齒輪。按照步進(jìn)壓力機(jī)定子上繞組來分類：有二相、三相、五相等系列。具有兩個定子的電機(jī)成為二相電機(jī)，具有五個定子的電機(jī)稱為五相電機(jī)。步進(jìn)壓力機(jī)的相數(shù)和拍數(shù)越多，精確度越高。

HB 電機(jī)可實(shí)現(xiàn)非常精確的小增量步距運(yùn)動，而 PM 電機(jī)一般控制精度要求不高。HB 電機(jī)可達(dá)到復(fù)雜、精密的線性運(yùn)動控制要求。PM 電機(jī)轉(zhuǎn)矩和體積相對較小，一般控制精度要求不高，成本更為經(jīng)濟(jì)。HB 步進(jìn)壓力機(jī)主要應(yīng)用于新興行業(yè)：光伏發(fā)電、3D 打印等；較新興行業(yè)：安防監(jiān)控；傳統(tǒng)行業(yè)：紡織機(jī)械、食品包裝。從生產(chǎn)工藝及電機(jī)控制精度上看，HB 步進(jìn)壓力機(jī)較 PM 步進(jìn)壓力機(jī)較高端。

步進(jìn)壓力機(jī)與伺服壓力機(jī)都為運(yùn)動控制產(chǎn)品，但在產(chǎn)品性能上有所不同。步進(jìn)壓力機(jī)是一種離散運(yùn)動的裝置，接到一個命令就執(zhí)行一步。步進(jìn)壓力機(jī)把輸入的脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰?。?dāng)步進(jìn)壓力機(jī)驅(qū)動器收到一個脈沖信號，驅(qū)動步進(jìn)壓力機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度。伺服壓力機(jī)是指在伺服系統(tǒng)中將電信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速以驅(qū)動控制對象，可控制速度、位置精度。

?步進(jìn)壓力機(jī)、伺服壓力機(jī)在低頻特性、矩頻特性、過載能力方面都有較大不同：

控制精度：步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)、排數(shù)越多，精確度越高；交流伺服電機(jī)的控制精度由電機(jī)軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證，編碼器刻度越多，精度越高。

? 低頻特性：步進(jìn)電機(jī)在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象，這種由步進(jìn)電機(jī)工作原理決定的低頻振動現(xiàn)象對機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)不利，一般采用阻尼技術(shù)克服低頻振動現(xiàn)象；交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機(jī)械的剛性不足。運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。

? 矩頻特性：步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，因此其最高工作轉(zhuǎn)速在300-600RPM；伺服電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速以內(nèi)（一般為 2000-3000RPM）都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。

? 過載能力：步進(jìn)電機(jī)不具有過載能力；伺服電機(jī)有較強(qiáng)過載能力。

? 響應(yīng)性能：步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速（每分鐘幾百轉(zhuǎn)）需 200-400 毫秒；交流伺服加速性能更優(yōu)，可用于要求快速啟停的控制場合。以松下 MASA 400W 交流伺服為例，靜止加速到額定轉(zhuǎn)速 3000RPM 僅需幾毫秒。

? 運(yùn)行性能：步進(jìn)電機(jī)為開環(huán)控制，啟動頻率過高、負(fù)載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象，停止時轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖現(xiàn)象；交流伺服為閉環(huán)控制，驅(qū)動器可直接對電機(jī)編碼器反饋信號進(jìn)行采樣，一般不會出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更可靠。

新興行業(yè) 1：3D 打印在研發(fā)技術(shù)上不斷突破，在下游應(yīng)用場景不斷拓寬，國內(nèi)外市場規(guī)模都有約 30%的增速。3D 打印以數(shù)字模型為基礎(chǔ)，將材料逐層堆積，制造出實(shí)體物品。電機(jī)是 3D 打印機(jī)上重要的動力部件，電機(jī)的精度影響 3D 打印效果的好壞，一般 3D 打印采用步進(jìn)電機(jī)。

2019 年，全球 3D 打印產(chǎn)業(yè)規(guī)模為 120 億美元，同比增長 30%；國內(nèi) 3D 打印行業(yè)規(guī)模達(dá)到 208 億元，同比增長 32%。新興行業(yè) 2：移動機(jī)器人由計算機(jī)控制，具有移動、自動導(dǎo)航、多傳感器控制、網(wǎng)絡(luò)交互 等功能，在實(shí)際生產(chǎn)中最主要的用途是搬運(yùn)，非標(biāo)準(zhǔn)化程度較高。

步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用于移動機(jī)器人的傳動模塊上，主要傳動結(jié)構(gòu)由驅(qū)動電機(jī)、減速齒輪（齒輪箱）組裝而成。國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人行業(yè)雖然相對于國外起步較晚，但在移動機(jī)器人領(lǐng)域領(lǐng)先于國外。目前移動機(jī)器人核心部件以國產(chǎn)為主，目前國內(nèi)企業(yè)基本上已達(dá)到各方面精度要求，且國外競爭企業(yè)較少。

2019 年，中國移動機(jī)器人市場規(guī)模約 62 億元，同比增長 45%。軟銀機(jī)器人集團(tuán)推出的專業(yè)清掃機(jī)器人，清潔效率大幅增加。在推出人形機(jī)器人”Pepper”之后，于2018年11月宣布推出第二臺機(jī)器人”Whiz”。”Whiz”為智能商用吸塵機(jī)器人，安裝有多個感測器，可以檢測障礙物、樓梯和人體移動。充電一次后可連續(xù)運(yùn)行 3 小時，清掃面積可達(dá) 1500 平方米。”Whiz”可替代清潔人員絕大部分日常工作量，并可以在原有清潔工作的基礎(chǔ)上，增加吸塵清掃的頻次。Whiz 每月收費(fèi)僅 499 美金，預(yù)計不到美國清潔工人工資二分之一。

Whiz 每月訂閱費(fèi) 499美元起，而美國 2019 年最低工資為 7.25 美元/小時，以每天 8 小時，一個月 4 周計算，一個清潔工人每月薪水約 1160 美金，機(jī)器人收費(fèi)不到一個清潔工人薪水的一半。2019 年 5月開始在日本商業(yè)提供 Whiz，隨后在香港、澳門、新加坡、美國推出。截至 2020 年 3 月，全球已銷售 6000 多臺”Whiz”；截至 2020 年 6 月，“Whiz”累計銷售量達(dá)到 10000 件。

新興行業(yè) 3：隨著 5G 推廣，通訊基站天線數(shù)量增加，電機(jī)需求數(shù)量也相應(yīng)增加。一般情 況下，普通通訊基站需配置 3 面天線，4G 基站需配置 4-6 面天線，而 5G 應(yīng)用由于需要覆蓋傳統(tǒng)手機(jī)通訊及物聯(lián)網(wǎng)通訊應(yīng)用，因此基站和天線數(shù)量進(jìn)一步增加。鳴志電器生產(chǎn)的加齒輪箱組件的控制電機(jī)產(chǎn)品為國內(nèi)主流的基站天線廠定制開發(fā)。每面電調(diào)天線配套使用一臺加齒輪箱的控制電機(jī)。

4G 基站數(shù)量 2019 年新增 172 萬個，5G 建設(shè)有望開啟新周期。2019 年，中國移動電話基站數(shù)達(dá)到 841 萬個，其中 4G 基站數(shù)量 544 萬個，占比 65%。2019 年，新增 4G 基站數(shù)量172 萬個，為 2015 年來新增最多，主要原因?yàn)?1）網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容，覆蓋農(nóng)村地區(qū)盲點(diǎn)。2）提升核心網(wǎng)能力，為 5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)打下基礎(chǔ)。中國 5G 商用牌照于 2019 年 6 月發(fā)布，到 2020年 5 月，全國開通 5G 基站超過 25 萬個。

工信部統(tǒng)計顯示，我國 5G 基站數(shù)量以每周增加1 萬多個的數(shù)量在增長。以每周建設(shè) 1 萬個基站計算，一年基站建設(shè)數(shù)量超過 52 萬個，5G基站建設(shè)進(jìn)入新周期，拉動電機(jī)需求數(shù)量。

新興行業(yè)5：醫(yī)療器械是步進(jìn)電機(jī)的主要應(yīng)用場景之一，是公司深耕的細(xì)分領(lǐng)域之一。從金屬到塑料，醫(yī)療器械在生產(chǎn)時對精度的要求較高。很多醫(yī)療器械廠家為達(dá)到精度要求采用伺服電機(jī)生產(chǎn)，但由于步進(jìn)電機(jī)相比伺服經(jīng)濟(jì)性較高、體積更小，且精度可以滿足部分醫(yī)療設(shè)備，因此步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用于醫(yī)療器械制造行業(yè)，甚至替代部分伺服電機(jī)。

2019 年，全球醫(yī)療器械銷售額 4519 億美元，同比增長 6%，中國醫(yī)療器械市場規(guī)模 6285 億元，同比增長 18%。全球醫(yī)療器械規(guī)模增速目前在個位數(shù)增速，而國內(nèi)醫(yī)療器械市場每年增速近 20%。醫(yī)療器械的增長有望帶動步進(jìn)電機(jī)需求提升。

伺服壓力機(jī)的市場口空間

2018 年中國伺服市場規(guī)模為 148億元，而國內(nèi)步進(jìn)電機(jī)市場規(guī)模為 8.6 億元，約為步進(jìn)電機(jī)的 17 倍。由步進(jìn)壓力機(jī)切入伺服壓力機(jī)，打開數(shù)十倍市場空間，且伺服領(lǐng)域有較大的國產(chǎn)替代空間。2018 年伺服市場規(guī)模 148 億元，同比增長 4.7%，市占率前三分別為松下、安川、三菱，市占率分別為 13%、12%、12%，CR3 約為 37%。目前國內(nèi)伺服市場多為外資企業(yè)，國產(chǎn)替代空間較大。

作者：孫瀟雅

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