步进马达市场总结分析及发展趋势

　对于一些低功率应用、内在控制简单的场合，微电机及驱动器、高密度转矩步进系统构成了除伺服电机外可行的选择。
　步进是唯一可以在开环情况下运行，而不需位置反馈的运动控制方法。这使得步进电机系统比伺服运动系统简单得多，
成本较低也增添了步进电机的吸引力。再加上其它不断改进设计，如硬件小型化和高密度力矩，使得步进系统在很多要求
较低速度和定位精度运动应用中保持着较强的竞争力。基于步进的运动系统可以达到0.75千瓦（1马力）的功率，但对大
多数应用来说，都是在较低输出功率中运行的。大批厂商关注于这个市场。
　步进马达优势体现
　美国Parker Hannifin公司观点认为体积小和操作简单是步进系统显著的优点，价格便宜是步进系统与伺服运动竞争的
又一优势。“步进系统在不增加任何费用的情况下可以做的非常小。即便有一些迷你伺服系统，但它们并不那么小，价格
还更贵，且更多部件又需要加以微型化。”
　以“合理的价格”继续改进尺寸并保持性能。Parker指出这种趋势和昂贵的高端步进系统是有所区别的，它不能和低价
伺服系统相竞争。为了满足尺寸和成本要求，Parke的机电自动化部门正在引入步进驱动/控制器,它是一个微型步进单元，
提供了可编程序控制器及集成输入/输出端口。    　
　 根据Shinano Kenshi(日本信浓公司)的研究电机小型化，高密度转矩和低噪音、低振动是保证步进运动控制相关的改进
办法。SKC提出在进行这些方面的改进时，应控制（降低）步进电机的价格。据称，新的或重新设计的转子和定子叠片已
经优化了内部空间和NEMA17、13步进系统的结构。
　步进马达发展趋势
　除了传统的旋转步进电机，还存在线性步进电机系统。Baldor Electric公司表示应用和设计工程师对这些线性运动产品越
来越感兴趣。它引用旋转电机（伺服）的优点，如减少零部件，几乎没有磨损或维修，并且易于结合机器使用。“线性步进
电机是非常适合应用在轻负载的情况下，提供优良的开环性能等, 较高的加速度和比旋转更高的速度，”　　
　日本东方马达Oriental Motor公司称，新的步进电机和驱动系统的开发是“一个提高性能参数和整合各部件的过程”。该过程
由好几个趋势组成：
　1.高密度转矩：通过使用更高的能源产品（强度）的钕铁硼（Nd-Fe-B）稀土永磁材料定期重新设计，加上结构上的改变，
如较大的转子直径，已经提高了电机转矩性能。获益的OM产品包括高转矩的2相PK-HT系列混合式步进电机及CRK系列5相电机。
　2.改善步进角精度和传动平稳性：一种先进的微步进方法是通过控制电流来获得更高的步进精度。例如，OrientalMotor的RK
系列，五相微动驱动器结合一种特殊的ASIC，专有软件，和电流传感器在很宽的速度范围内控制电流。电流传感器和控制软
件还进一步保证了平滑驱动功能，在操作时抑制了振动和噪声，独立于驱动器的输入频率，
　3.更多微型尺寸：“小型化是开环步进电机及其相关驱动器总的发展趋势，便携式医疗仪器和工业仪器在很多应用场合中需
要使用较小的电机。”为了满足这一要求，OM已经开发了8inch和11inch 尺寸CRK五相电机和11和14in PK两相步进电机。新
的紧凑型CRK微步进驱动器尺寸仅为0.98 *1.77*2.56 in，并且在每一相位最大可控制1.4A CRK电机。
　系统和市场分析
　东方公司的另一打算是将各种步进电机/驱动器部件组成一个系统解决方案。这包括安装板、弹性联轴器、减振器、控制器，
这进一步增强了和伺服运动的竞争力。步进运动市场的总体规模，包括商业和汽车行业是相当大的。据Motion Tech Trends
(MTT)最新的市场研究，核心工业部门－工厂自动化（FA）代表了一个相对小的但是稳固的市场, 在北美，步进电机和控制年
消费大约为156万美元。FA市场包括机床，机器人系统，各种OEM的生产设备（包括半导体设备，印刷，纺织，塑胶等）。
据MTT粗略估计，欧洲和日本分别占步进电机市场的15%和50%，高于美国。MTT分析师Muhammad Mubee的研究表明，两
种步进电机的设计主导FA应用（见“市场”图表）。它们分别是大量生产的tin-can型（又名“can-stack”）和永磁步进电机。
Berger Lahr运动技术公司 (施耐德电气子公司)认为：集成化，操作简便，网络化工作是步进电机的主要发展趋势。减小驱动和
电机尺寸有助于缩小控制柜和机器空间的需求，而系统设置，可以在不到一个小时内通过设定DIP和旋转开关来完成。项目经理
Sam Bandy解释说：步进驱动无需调试软件。然而一些带有嵌入功能的步进系统需要配置带有屏幕的软件系统用于数据输入。
可进行网络化工作的步进电机通过开环，现场总线，以太网等进行驱动，可多轴控制，与更高级别的控制器进行通信和系统状态
数据采集。
　与伺服系统竞争市场
Bandy指出，结合了驱动电机的步进系统和伺服运动的不同在于它不需要调整。“它不需要专家对其进行调试而且减少了建立
时间”Bandy说，步进系统的另一个优点在于响应速度快。通过伺服技术，闭环PID控制，纠错基于错误的内容，这是预设动作
和实际状态的区别。“采用被动的滞后跟踪法获取参考位置在一些应用中如贴标机中显得太慢了”Bandy 说：“在步进系统中没有迟滞。
主动响应不取决于实际状态,可以由控制独立执行”。
SKC信浓公司的Bergsma认为步进运动系统和伺服运动系统的竞争在于电机的价格。“伺服电机仍不能和步进的价格相抗衡。由
于步进电机的价格在不断下降，而他们可能永远也不会”他说。此外步进电机本身的产量高，从而降低了单位成本。它们所提供
的商业价值优于伺服电机。
他将“完整的操作系统”称为需求，使用步进或伺服电机的数量是不多的。像这种使用一个或两个电机的应用通常使用“黑匣子”
驱动器/分度器控制器，有时会因功能过多而导致价格过高。相比之下，“现在的大部分电机都融入个性化和标准化的应用，这样
就需要大量的电机”，Bergsma说。
大多数的运动都是靠步进系统驱动的，这些价格敏感的系统利用步进控制较低的生产成本，使用现有驱动芯片。“伺服驱动系统经常
用于OEM设备中，但只是少量/中等数量，仅适用于闭环反馈和加速/减速，这些都是伺服可以做到的”，Bergsma补充说。
　 步进马达自身缺陷
　GE Fanuc控制系统业务总监Connie Chick,  再次重申步进系统只适用于精度不高，最终定位精度不太重要的运动系统。对于
一些简单的轴，例如：进刀量，导轨，和终点挡板等标定系统，步进系统可以很好的运行。“伺服电机转速快转矩大，步进系统
在精度要求高和转矩大的高速机器中是不适用的”Chick说。

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