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步进电机,典型的运动控制电机,是信息化、自动化控制系统中的执行元件。步进电机原理是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件,根据脉冲信号,步进电机按设定方向转动固定角度(步矩角),通过控制脉冲个数来控制角位移量,可达到准确定位目的。步进电机具有较多优点,如:具有无刷结构,相比传统电机可靠性高;易于启停和反转,动态响应快;停止时能够自锁,保持转矩等。步进电机为小型运动控制电机,是信息化、自动化控制系统中的主要执行元件,其基本原理为将电脉冲信号转换成线位移或角位移,以达到位置和速度精确控制的目的。步进电机下游应用广泛,包括工业自动化、办公自动化、电脑、通信设备、银行设备等传统领域,并在逐步渗入3D打印、汽车应用、太阳能发电、医疗设备、智能探测控制等其他相关领域。2017-2022年,我国步进电机制造行业市场规模将保持7~13%左右的年增长速度,其中,工业自动化领域,年均增速将维持在20%以上;办公自动领域,保持在0-10%之间;印刷设备制造领域,保持在6~10%的水平;家用电器制造领域,增速将会放缓;中长期,数控机床行业的产量将会有所回升,应用在数控机床上的步进电机将有所增长。
步进电机可分为反应式(VR,VariableReluctance)、永磁式(PM,PermanentMagnet)和混合式(HB,Hybrid)三类。其中,VR步进电机定子上由绕组、转子由软磁材料组成,结构简单,成本低,但动态性能差,效率低,发热大,已逐步被欧美国家淘汰;PM步进电机的转子由永磁材料制成,动态性能好,输出力矩大,但精度较差,步距角大;HB步进电机综合了前两者的优点,定子上有多相绕组,转子上使用永磁材料,转子和定子上有多个小齿以提高步矩精度,输出力矩大,动态性能好,步距角小,但结构相对复杂,成本相对较高。步进电机有较广泛应用范围,如办公自动化、工厂自动化、医疗器械、计量仪器、银行ATM设备、汽车、娱乐设备、通信设备、舞台灯光等领域。新兴行业的崛起,如3D打印、太阳能发电、汽车电机应用等创造了新的市场空间。步进电机未来的发展方向是从开环走向闭环,与驱动器和伺服系统集成一体化发展。步进电机与驱动器一体化发展、与BIDCM(稀土永磁无刷直流电机)交流伺服电动机系统结合发展是两个重要潮流,步进电机已逐步使用全闭环式控制,具备伺服电机的功能。未来,步进电机体积更小巧、性能更优越、性价比更高,将在家庭机器人、民用智能化设备等民用设备中批量化使用。 近年来,全年步进电机市场保持了稳步增长。细分来看,据统计,2013-2015 年全球HB步进电机出货量达到7780万台、7900万台(yoy 1.54%)、8000 万台(yoy 1.27%)。2013-2015年全球PM步进电机出货量为12.88亿台、13.52亿台(yoy 5.04%)、14.21亿台(yoy 5.11%)。 对于我国而言,由于正处在产业转型升级过程中,步进电机作为机电一体化关键部件,而扮演着重要角色。据数据显示2017-2022年,我国步进电机制造业市场规模将保持 7%-13%左右年增长速度。其中,工业自动化领域,年均增速在 20%以上;办公自动化领域,保持在 0-10%之间;印刷设备制造领域,保持在6%-10%之间;家用电器领域增速放缓。据中金企信国际咨询公布的《2020-2026年中国步进电机行业发展前景及投资战略预测咨询报告》统计数据显示:2018-2023年,我国步进电机制造行业市场规模将保持5.1%左右的年均增速。乐观预计,到2023年,行业市场规模有望突破180亿元。
总体上看,步进电机的生产量和需求量巨大。步进电机是除直流电动机和交流电动机以外应用最广泛的第三类电动机,在开环高分辨率的定位系统中,至今还没有发现更适合取代它的产品,特别是在一些功率小的系统中,步进电机具有不可替代的主流地位,因而一直保有较大的市场需求量。同时步进电机的下游应用领域正不断深化,并衍生出新的市场需求。