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

按照步進壓力機轉(zhuǎn)子分類，有 3 種類型：反應式（VR 型）、永磁式（PM 型）、混合式（HB型）。1）反應式（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。按照步進壓力機定子上繞組來分類：有二相、三相、五相等系列。具有兩個定子的電機成為二相電機，具有五個定子的電機稱為五相電機。步進壓力機的相數(shù)和拍數(shù)越多，精確度越高。

HB 電機可實現(xiàn)非常精確的小增量步距運動，而 PM 電機一般控制精度要求不高。HB 電機可達到復雜、精密的線性運動控制要求。PM 電機轉(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。HB 步進壓力機主要應用于新興行業(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)：紡織機械、食品包裝。從生產(chǎn)工藝及電機控制精度上看，HB 步進壓力機較 PM 步進壓力機較高端。

步進壓力機與伺服壓力機都為運動控制產(chǎn)品，但在產(chǎn)品性能上有所不同。步進壓力機是一種離散運動的裝置，接到一個命令就執(zhí)行一步。步進壓力機把輸入的脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰?。當步進壓力機驅(qū)動器收到一個脈沖信號，驅(qū)動步進壓力機按設定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度。伺服壓力機是指在伺服系統(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。

?步進壓力機、伺服壓力機在低頻特性、矩頻特性、過載能力方面都有較大不同：

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

? 低頻特性：步進電機在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象，這種由步進電機工作原理決定的低頻振動現(xiàn)象對機器的正常運轉(zhuǎn)不利，一般采用阻尼技術克服低頻振動現(xiàn)象；交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機械的剛性不足。運轉(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：步進電機的輸出力矩隨轉(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：步進電機不具有過載能力；伺服電機有較強過載能力。

? 響應性能：步進電機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。

? 運行性能：步進電機為開環(huán)控制，啟動頻率過高、負載過大易出現(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)動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣，一般不會出現(xiàn)步進電機丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更可靠。

新興行業(yè) 1：3D 打印在研發(fā)技術上不斷突破，在下游應用場景不斷拓寬，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，將材料逐層堆積，制造出實體物品。電機是 3D 打印機上重要的動力部件，電機的精度影響 3D 打印效果的好壞，一般 3D 打印采用步進電機。

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)模達到 208 億元，同比增長 32%。新興行業(yè) 2：移動機器人由計算機控制，具有移動、自動導航、多傳感器控制、網(wǎng)絡交互 等功能，在實際生產(chǎn)中最主要的用途是搬運，非標準化程度較高。

步進電機應用于移動機器人的傳動模塊上，主要傳動結構由驅(qū)動電機、減速齒輪（齒輪箱）組裝而成。國內(nèi)工業(yè)機器人行業(yè)雖然相對于國外起步較晚，但在移動機器人領域領先于國外。目前移動機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，中國移動機器人市場規(guī)模約 62 億元，同比增長 45%。軟銀機器人集團推出的專業(yè)清掃機器人，清潔效率大幅增加。在推出人形機器人”Pepper”之后，于2018年11月宣布推出第二臺機器人”Whiz”。”Whiz”為智能商用吸塵機器人，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)運行 3 小時，清掃面積可達 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上，增加吸塵清掃的頻次。Whiz 每月收費僅 499 美金，預計不到美國清潔工人工資二分之一。

Whiz 每月訂閱費 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，機器人收費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，電機需求數(shù)量也相應增加。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 應用由于需要覆蓋傳統(tǒng)手機通訊及物聯(lián)網(wǎng)通訊應用，因此基站和天線數(shù)量進一步增加。鳴志電器生產(chǎn)的加齒輪箱組件的控制電機產(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。

4G 基站數(shù)量 2019 年新增 172 萬個，5G 建設有望開啟新周期。2019 年，中國移動電話基站數(shù)達到 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，主要原因為 1）網(wǎng)絡擴容，覆蓋農(nóng)村地區(qū)盲點。2）提升核心網(wǎng)能力，為 5G 網(wǎng)絡建設打下基礎。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 1 萬個基站計算，一年基站建設數(shù)量超過 52 萬個，5G基站建設進入新周期，拉動電機需求數(shù)量。

新興行業(yè)5：醫(yī)療器械是步進電機的主要應用場景之一，是公司深耕的細分領域之一。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)療器械廠家為達到精度要求采用伺服電機生產(chǎn)，但由于步進電機相比伺服經(jīng)濟性較高、體積更小，且精度可以滿足部分醫(yī)療設備，因此步進電機應用于醫(yī)療器械制造行業(yè)，甚至替代部分伺服電機。

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電機需求提升。

伺服壓力機的市場口空間

2018 年中國伺服市場規(guī)模為 148億元，而國內(nèi)步進電機市場規(guī)模為 8.6 億元，約為步進電機的 17 倍。由步進壓力機切入伺服壓力機，打開數(shù)十倍市場空間，且伺服領域有較大的國產(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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