步進馬達市場總結分析及發展趨勢
對于一些低功率應用、內在控制簡單的場合,微電機及驅動器、高密度轉矩步進系統構成了除伺服電機外可行的選擇。步進是唯一可以在開環情況下運行,而不需位置反饋的運動控制方法。這使得步進電機系統比伺服運動系統簡單得多,成本較低也增添了步進電機的吸引力。再加上其它不斷改進設計,如硬件小型化和高密度力矩,使得步進系統在很多要求較低速度和定位精度運動應用中保持著較強的競爭力。基于步進的運動系統可以達到0.75千瓦(1馬力)的功率,但對大多數應用來說,都是在較低輸出功率中運行的。大批廠商關注于這個市場。
步進馬達優勢體現
美國Parker Hannifin公司觀點認為體積小和操作簡單是步進系統顯著的優點,價格便宜是步進系統與伺服運動競爭的又一優勢。“步進系統在不增加任何費用的情況下可以做的非常小。即便有一些迷你伺服系統,但它們并不那么小,價格還更貴,且更多部件又需要加以微型化。”以“合理的價格”繼續改進尺寸并保持性能。Parker指出這種趨勢和昂貴的高端步進系統是有所區別的,它不能和低價伺服系統相競爭。為了滿足尺寸和成本要求,Parke的機電自動化部門正在引入步進驅動/控制器,它是一個微型步進單元,提供了可編程序控制器及集成輸入/輸出端口。
根據Shinano Kenshi(日本信濃公司)的研究電機小型化,高密度轉矩和低噪音、低振動是保證步進運動控制相關的改進辦法。SKC提出在進行這些方面的改進時,應控制(降低)步進電機的價格。據稱,新的或重新設計的轉子和定子疊片已經優化了內部空間和NEMA17、13步進系統的結構。
步進馬達發展趨勢
除了傳統的旋轉步進電機,還存在線性步進電機系統。Baldor Electric公司表示應用和設計工程師對這些線性運動產品越來越感興趣。它引用旋轉電機(伺服)的優點,如減少零部件,幾乎沒有磨損或維修,并且易于結合機器使用。“線性步進電機是非常適合應用在輕負載的情況下,提供優良的開環性能等, 較高的加速度和比旋轉更高的速度,日本東方馬達Oriental Motor公司稱,新的步進電機和驅動系統的開發是“一個提高性能參數和整合各部件的過程”。該過程由好幾個趨勢組成:
1.高密度轉矩:通過使用更高的能源產品(強度)的釹鐵硼(Nd-Fe-B)稀土永磁材料定期重新設計,加上結構上的改變,如較大的轉子直徑,已經提高了電機轉矩性能。獲益的OM產品包括高轉矩的2相PK-HT系列混合式步進電機及CRK系列5相電機。
2.改善步進角精度和傳動平穩性:一種先進的微步進方法是通過控制電流來獲得更高的步進精度。例如,OrientalMotor的RK系列,五相微動驅動器結合一種特殊的ASIC,專有軟件,和電流傳感器在很寬的速度范圍內控制電流。電流傳感器和控制軟
件還進一步保證了平滑驅動功能,在操作時抑制了振動和噪聲,獨立于驅動器的輸入頻率,
3.更多微型尺寸:“小型化是開環步進電機及其相關驅動器總的發展趨勢,便攜式醫療儀器和工業儀器在很多應用場合中需要使用較小的電機。”為了滿足這一要求,OM已經開發了8inch和11inch 尺寸CRK五相電機和114in PK兩相步進電機。新的緊湊型CRK微步進驅動器尺寸僅為0.98 *1.77*2.56 in,并且在每一相位最大可控制1.4A CRK電機。
系統和市場分析
東方公司的另一打算是將各種步進電機/驅動器部件組成一個系統解決方案。這包括安裝板、彈性聯軸器、減振器、控制器,這進一步增強了和伺服運動的競爭力。步進運動市場的總體規模,包括商業和汽車行業是相當大的。
據Motion Tech Trends(MTT)最新的市場研究,核心工業部門-工廠自動化(FA)代表了一個相對小的但是穩固的市場, 在北美,步進電機和控制年消費大約為156萬美元。FA市場包括機床,機器人系統,各種OEM的生產設備(包括半導體設備,印刷,紡織,塑膠等)。
據MTT粗略估計,歐洲和日本分別占步進電機市場的15%和50%,高于美國。MTT分析師Muhammad Mubee的研究表明,兩種步進電機的設計主導FA應用(見“市場”圖表)。它們分別是大量生產的tin-can型(又名“can-stack”)和永磁步進電機。
Berger Lahr運動技術公司 (施耐德電氣子公司)認為:集成化,操作簡便,網絡化工作是步進電機的主要發展趨勢。減小驅動和電機尺寸有助于縮小控制柜和機器空間的需求,而系統設置,可以在不到一個小時內通過設定DIP和旋轉開關來完成。項目經理Sam Bandy解釋說:步進驅動無需調試軟件。然而一些帶有嵌入功能的步進系統需要配置帶有屏幕的軟件系統用于數據輸入。可進行網絡化工作的步進電機通過開環,現場總線,以太網等進行驅動,可多軸控制,與更高級別的控制器進行通信和系統狀態
數據采集。
與伺服系統競爭市場
Bandy指出,結合了驅動電機的步進系統和伺服運動的不同在于它不需要調整。“它不需要專家對其進行調試而且減少了建立時間”Bandy說,步進系統的另一個優點在于響應速度快。通過伺服技術,閉環PID控制,糾錯基于錯誤的內容,這是預設動作和實際狀態的區別。“采用被動的滯后跟蹤法獲取參考位置在一些應用中如貼標機中顯得太慢了”Bandy 說:“在步進系統中沒有遲滯。主動響應不取決于實際狀態,可以由控制獨立執行”。