步進(jìn)馬達(dá)市場總結(jié)分析及發(fā)展趨勢
對于一些低功率應(yīng)用、內(nèi)在控制簡單的場合，微電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器、高密度轉(zhuǎn)矩步進(jìn)系統(tǒng)構(gòu)成了除伺服電機(jī)外可行的選擇。步進(jìn)是唯一可以在開環(huán)情況下運(yùn)行，而不需位置反饋的運(yùn)動(dòng)控制方法。這使得步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)比伺服運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)簡單得多，成本較低也增添了步進(jìn)電機(jī)的吸引力。再加上其它不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)，如硬件小型化和高密度力矩，使得步進(jìn)系統(tǒng)在很多要求較低速度和定位精度運(yùn)動(dòng)應(yīng)用中保持著較強(qiáng)的競爭力?；诓竭M(jìn)的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)可以達(dá)到0.75千瓦（1馬力）的功率，但對大多數(shù)應(yīng)用來說，都是在較低輸出功率中運(yùn)行的。大批廠商關(guān)注于這個(gè)市場。
步進(jìn)馬達(dá)優(yōu)勢體現(xiàn)
美國Parker Hannifin公司觀點(diǎn)認(rèn)為體積小和操作簡單是步進(jìn)系統(tǒng)顯著的優(yōu)點(diǎn)，價(jià)格便宜是步進(jìn)系統(tǒng)與伺服運(yùn)動(dòng)競爭的又一優(yōu)勢。“步進(jìn)系統(tǒng)在不增加任何費(fèi)用的情況下可以做的非常小。即便有一些迷你伺服系統(tǒng)，但它們并不那么小，價(jià)格還更貴，且更多部件又需要加以微型化?！币浴昂侠淼膬r(jià)格”繼續(xù)改進(jìn)尺寸并保持性能。Parker指出這種趨勢和昂貴的高端步進(jìn)系統(tǒng)是有所區(qū)別的，它不能和低價(jià)伺服系統(tǒng)相競爭。為了滿足尺寸和成本要求，Parke的機(jī)電自動(dòng)化部門正在引入步進(jìn)驅(qū)動(dòng)/控制器,它是一個(gè)微型步進(jìn)單元，提供了可編程序控制器及集成輸入/輸出端口。
根據(jù)Shinano Kenshi(日本信濃公司)的研究電機(jī)小型化，高密度轉(zhuǎn)矩和低噪音、低振動(dòng)是保證步進(jìn)運(yùn)動(dòng)控制相關(guān)的改進(jìn)辦法。SKC提出在進(jìn)行這些方面的改進(jìn)時(shí)，應(yīng)控制（降低）步進(jìn)電機(jī)的價(jià)格。據(jù)稱，新的或重新設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)子和定子疊片已經(jīng)優(yōu)化了內(nèi)部空間和NEMA17、13步進(jìn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
步進(jìn)馬達(dá)發(fā)展趨勢
除了傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)，還存在線性步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)。Baldor Electric公司表示應(yīng)用和設(shè)計(jì)工程師對這些線性運(yùn)動(dòng)產(chǎn)品越來越感興趣。它引用旋轉(zhuǎn)電機(jī)（伺服）的優(yōu)點(diǎn)，如減少零部件，幾乎沒有磨損或維修，并且易于結(jié)合機(jī)器使用?！熬€性步進(jìn)電機(jī)是非常適合應(yīng)用在輕負(fù)載的情況下，提供優(yōu)良的開環(huán)性能等, 較高的加速度和比旋轉(zhuǎn)更高的速度，日本東方馬達(dá)Oriental Motor公司稱，新的步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的開發(fā)是“一個(gè)提高性能參數(shù)和整合各部件的過程”。該過程由好幾個(gè)趨勢組成：
1.高密度轉(zhuǎn)矩：通過使用更高的能源產(chǎn)品（強(qiáng)度）的釹鐵硼（Nd-Fe-B）稀土永磁材料定期重新設(shè)計(jì)，加上結(jié)構(gòu)上的改變，如較大的轉(zhuǎn)子直徑，已經(jīng)提高了電機(jī)轉(zhuǎn)矩性能。獲益的OM產(chǎn)品包括高轉(zhuǎn)矩的2相PK-HT系列混合式步進(jìn)電機(jī)及CRK系列5相電機(jī)。
2.改善步進(jìn)角精度和傳動(dòng)平穩(wěn)性：一種先進(jìn)的微步進(jìn)方法是通過控制電流來獲得更高的步進(jìn)精度。例如，OrientalMotor的RK系列，五相微動(dòng)驅(qū)動(dòng)器結(jié)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(nèi)控制電流。電流傳感器和控制軟
件還進(jìn)一步保證了平滑驅(qū)動(dòng)功能，在操作時(shí)抑制了振動(dòng)和噪聲，獨(dú)立于驅(qū)動(dòng)器的輸入頻率，
3.更多微型尺寸：“小型化是開環(huán)步進(jìn)電機(jī)及其相關(guān)驅(qū)動(dòng)器總的發(fā)展趨勢，便攜式醫(yī)療儀器和工業(yè)儀器在很多應(yīng)用場合中需要使用較小的電機(jī)。”為了滿足這一要求，OM已經(jīng)開發(fā)了8inch和11inch 尺寸CRK五相電機(jī)和114in PK兩相步進(jìn)電機(jī)。新的緊湊型CRK微步進(jìn)驅(qū)動(dòng)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(jī)。
系統(tǒng)和市場分析
東方公司的另一打算是將各種步進(jìn)電機(jī)/驅(qū)動(dòng)器部件組成一個(gè)系統(tǒng)解決方案。這包括安裝板、彈性聯(lián)軸器、減振器、控制器，這進(jìn)一步增強(qiáng)了和伺服運(yùn)動(dòng)的競爭力。步進(jìn)運(yùn)動(dòng)市場的總體規(guī)模，包括商業(yè)和汽車行業(yè)是相當(dāng)大的。
據(jù)Motion Tech Trends(MTT)最新的市場研究，核心工業(yè)部門－工廠自動(dòng)化（FA）代表了一個(gè)相對小的但是穩(wěn)固的市場, 在北美，步進(jìn)電機(jī)和控制年消費(fèi)大約為156萬美元。FA市場包括機(jī)床，機(jī)器人系統(tǒng)，各種OEM的生產(chǎn)設(shè)備（包括半導(dǎo)體設(shè)備，印刷，紡織，塑膠等）。
據(jù)MTT粗略估計(jì)，歐洲和日本分別占步進(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)的設(shè)計(jì)主導(dǎo)FA應(yīng)用（見“市場”圖表）。它們分別是大量生產(chǎn)的tin-can型（又名“can-stack”）和永磁步進(jìn)電機(jī)。
Berger Lahr運(yùn)動(dòng)技術(shù)公司 (施耐德電氣子公司)認(rèn)為：集成化，操作簡便，網(wǎng)絡(luò)化工作是步進(jìn)電機(jī)的主要發(fā)展趨勢。減小驅(qū)動(dòng)和電機(jī)尺寸有助于縮小控制柜和機(jī)器空間的需求，而系統(tǒng)設(shè)置，可以在不到一個(gè)小時(shí)內(nèi)通過設(shè)定DIP和旋轉(zhuǎn)開關(guān)來完成。項(xiàng)目經(jīng)理Sam Bandy解釋說：步進(jìn)驅(qū)動(dòng)無需調(diào)試軟件。然而一些帶有嵌入功能的步進(jìn)系統(tǒng)需要配置帶有屏幕的軟件系統(tǒng)用于數(shù)據(jù)輸入。可進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化工作的步進(jìn)電機(jī)通過開環(huán)，現(xiàn)場總線，以太網(wǎng)等進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，可多軸控制，與更高級別的控制器進(jìn)行通信和系統(tǒng)狀態(tài)
數(shù)據(jù)采集。
與伺服系統(tǒng)競爭市場
Bandy指出，結(jié)合了驅(qū)動(dòng)電機(jī)的步進(jìn)系統(tǒng)和伺服運(yùn)動(dòng)的不同在于它不需要調(diào)整?！八恍枰獙＜覍ζ溥M(jìn)行調(diào)試而且減少了建立時(shí)間”Bandy說，步進(jìn)系統(tǒng)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于響應(yīng)速度快。通過伺服技術(shù)，閉環(huán)PID控制，糾錯(cuò)基于錯(cuò)誤的內(nèi)容，這是預(yù)設(shè)動(dòng)作和實(shí)際狀態(tài)的區(qū)別?！安捎帽粍?dòng)的滯后跟蹤法獲取參考位置在一些應(yīng)用中如貼標(biāo)機(jī)中顯得太慢了”Bandy 說：“在步進(jìn)系統(tǒng)中沒有遲滯。主動(dòng)響應(yīng)不取決于實(shí)際狀態(tài),可以由控制獨(dú)立執(zhí)行”。
