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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。
目前,市场中应用广泛的步进电机是混合式步进电机(Hybrid Stepping Motor,HB步进电机)与永磁式步进电机(Permanent Magnet Stepping Motor,PM步进电机),VR步进电机已基本淘汰。HB步进电机可以实现非常精确的小增量步距运动,可达到复杂、精密的线性运动控制要求;PM步进电机的转矩和体积相对较小,控制精度要求不高,输出力矩较小,是一种成本较为经济的选择。由于技术发展和工业应用需求,PM步进电机细分为直线型和旋转型两类。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。中国处于全球步进电机第三梯度,企业规模整体较小。第一梯度为日本,是高端步进电机绝对强国,控制了全球大部分的市场与技术,日本厂商合计生产全球70%以上的HB步进电机和65%以上的PM步进电机,也是步进电机的最大使用国;第二梯度为德国,掌握相对较少的独特技术;第三梯度为美国、中国、韩国等。目前,中国步进电机制造行业规模以上企业数不超过100家,企业数量、规模、盈利能力整体较小较弱。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%)。 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。据中金企信国际咨询公布的《2020-2026年中国步进电机行业市场分析及投资前景研究预测报告》统计数据显示: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。根据2017年的数据,出货量中网络摄像机占9800万台,高清摄像机2900万台,整体增速约 20%左右。假设 2018-2020 年出货量复合增速约 25%,至 2020 年监控摄像机出货量将达到 2.5 亿台。而随着监控需求的上升,更高自由度的监控摄像机将受到青睐。目前平均每台监控摄像机具有约 0.8 个自由度。假设每年平均自由度数上升 0.1至 2020年平均每台监控摄像机自由度为 1.1。以此估算需要的步进电机数量,预计到2020年需要约 2.75 亿台步进电机。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。
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。