本土中高端电机潜力大，半导体引领技术升级

来源:电子产品世界
关键字:半导体,电机
发布时间:2015-08-24 15:47

　　摘要：“中国制造2025”为电机行业带来了动力。本文分析了国内电机尤其是交流伺服电机行业的现状和特点，并阐述了半导体厂商的优势与重要性。本文网络版地址：http：//www.eepw.com.cn/article/277699.htm

　　关键词：电机；交流；伺服；控制器

　　DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2015.7.002

　　电机驱动的三大类

　　从硬件角度看，电机驱动包括变频器、驱动和伺服三大类。区别是：变频器是简单的VF控制，以“处理器+功率模块”为主，再加上一些保护措施。驱动加上了电流检测，电流检测跟扭矩直接相关，参与到整个控制算法。伺服是在驱动器基础之上加上位置和速度。

　　变频器基本上用在建筑机械、港口机械、电动自行车、变频空调，或者泵、风机等中。驱动应用是用在工厂自动化。伺服用于先进制造，例如CNC（数控机床）和机器人等。

　　市场驱动因素

　　有三大原因促进了电机驱动市场。第一是能源效率。据统计，在整个国家的能源消耗中，电机占了约40%的消耗。可见从电机上能够节省出来的能量会是非常巨大的，所以节能需求是电机的一个永恒主题。

　　第二是生产效率，与工厂自动化相关；另外还包含人员的效率，即研发工程师的产出效率。第三是联机、互通性。互通性更多体现在先进制造上，即运动控制系统，或多轴联动系统。工业4.0或工业IoT(物联网)，是基于原有的基础设备做了网络上的提升，所以属于互联互通性。

　　再有，现在我国有强制性的标准，把低效率的电机用高效率的电机进行替换，并有适当的政府补贴，比如注塑机，把由液压控制变成电机控制；电动汽车的采用等。国家政策带来的直接结果，就是电机市场总量的持续攀升。

　　节能与“中国制造2025”政策带来的趋势，就是伺服和驱动器在整个电机控制当中的比例逐步上升。例如，现状是70%-80%的市场还是低端的产品，但先机电机产品的比例会逐步提升，例如机器人产业，国家希望在2025年国产化的比例达到45%。

　　我国电机市场现状

　　工业4.0很热，但工业4.0可能不太符合中国国情。回顾整个工业时代，第一次工业革命（工业1.0）是蒸汽机，第二次是电动机，第三是计算机自动化，第四是网络化。其实中国的现状实际是处在3.0的初级阶段，离4.0还差得很远。即便日本也仅处在3.0的后期。现在对4.0更多是处于概念的探讨，还没有结论。

　　“中国制造2025”才是为中国带来机会的核心驱动力。因为在2025规划中定义了十大应用领域，其中之一是CNC和机器人，它们基于伺服系统，并以其为基础的高端系统级应用。这其中需要用到电机控制。对于ADI等半导体公司来说，机会在伺服控制。

　　以交流伺服为例，我们来看一下当前的市场格局：日系产品（松下、安川、三菱等）占据了市场接近一半的份额；欧系以西门子、施奈德、ABB为代表，占了将近20%；中国台湾系主要是台达，占了近10%的份额。可见，国内厂商全部加在一起可能还不到20%，要实现45%的比例，本土企业上升的潜力是非常巨大的。

　　交流伺服：ADI的重点关注

　　CNC和机器人是系统级产品，其中系统级的软件及主控端的开发是系统制造商的核心竞争力。

　　半导体厂商的机会在哪里？系统设备离不开电机控制(图1)。电机控制部分有很多控制功能(图2)，主要基于半导体元器件来实现，并且这部分市场总量非常明显，因为一个系统会有5、6个轴数，而在主控端一个系统只有1个。

　　电机控制分成三大类：变频、驱动器和伺服，ADI的核心机会是伺服控制(图3)，包括交流同步或者交流异步。整个市场上，交流伺服所占比例大，并且在持续增长，因为交通伺服有多方面的优势，包括控制性能和电机效率提升，而且整个系统生产成本较低。

　　为此，ADI的策略是重视系统方案的推广，第一就是提供一个完整的信号链，以及系统级的解决方案，包括算法、工具等。

　　第二特别针对国内产品研发周期较短的特点，不仅提供产品本身的知识，还要上升到系统层面的知识。例如，针对一个伺服新产品，国内可能是半年或者一年的周期，但是欧美客户可能是一年以上接近两年的时间。这就要求半导体厂商能够跟客户做很多系统层面的探讨，也许客户要求半导体原厂帮助他解决掉元器件相关问题，而客户更多地专注于算法本身，所以半导体厂商是否有非常资深的AE（应用工程）支持网络，对客户也是非常重要的选择。

　　第三，重视系统方案厂商。这是因为产业互相跨界融合的趋势明显，之前很多系统级的集成商把重点放在本身的应用软件和主控板的开发上，但现在系统厂商已经不满足于做系统层面的开发，还开始向下扩展，做控制器，甚至做电机；做控制器的厂家也开始做电机、编码器，尝试做数控机床。因此，第三方特别是有资质、有能力的第三方无疑是非常好的选择。ADI可以把一个完整的第三方方案提供给系统厂商，系统厂商可以直接做系统级的测试，从而决定购买还是做设计。

　　中国电机客户会是哪些？

　　作为ADI公司，第一关注点是国内客户，第二关注点是一些跨国公司在国内的一些研发。同时也在观察着日本客户，因为尽管目前日本客户没有明确研发举动，但接下来可能会走上这条路，否则日本在中国市场会越来越小。

　　在中国的海外客户各有特点。最积极主动的是欧洲和北美在华客户，日本客户相对保守，他们在中国更多偏向于生产，而不太做研发。中国台湾客户以台达为代表，有研发中心，但是更多偏向于电源及相关产品，伺服控制也没有特别多。

　　所以ADI把重点之一放在欧洲和北美客户，特别是欧洲客户，欧洲客户以博世、西门子、施奈德为代表。他们在国内的产品研发更多是满足国内的需求，而不是定位做价格非常便宜的产品，他们着力要做产品性价比刚刚好的产品，但不可否认，即便是这样的产品定位，从他们整个公司垂直产品线来看，也属于中端或中低端产品。相应的高端产品其实还是满足国外的需求。

　　国内本土客户也是类似的现状，国内客户现在即便是市场份额有将近20%，但是更多的份额偏向于低端，正在朝中端过渡。可以预见到2019年、2020年国内客户可以覆盖一部分高端的应用，但是也很难预测它们就能在高端应用上有非常大的体现。原因是电机控制或者工业相关的应用需要成熟、稳定，没有相对的技术积累难以在短时间内突破。

　　中国与先进国家地区的差距在哪？

　　首先第一个很主要的原因，无论西门子还是安川，身为系统提供商，却不单销售控制器，而是完整的系统，即销售CNC或机器人。国内客户跟国外客户相比系统层面的差距更大，如果电机控制器的差距是5个百分点或者五年的差距，可能系统层面就要达到十年的差距。这些国外客户在卖系统的同时一定是用自己的产品，带动了其整个量足够大，这是无法忽视的事实。

　　并且系统层面带来额外的利润/附加值是更高的，对价格的压力也不是那么大。另一方面，对于伺服控制器，国外客户在整个产品级的生产上经验是更丰富的，如果从某一个角度看，可能算法层面国内客户有人做得也很好，但是如果放在整个产品的生产来看，就未必有国外做得好，这包含各种各样的环节，诸如产品故障率、生产流程控制、生产管理等。

　　从驱动向伺服升级面临的难点

　　第一是面临最终用户的接受度问题，国内有一个奇怪的现象，例如欧日客户的产品销售价位二千元，人们一般会认为本土客户卖一千五才合理，即便性能一样，本土客户一旦卖到一千八、一千九，用户肯定首选国外的。

　　第二，伺服类似于针对为某种应用而做的偏定制的产品，其应用并不是特别广泛，因为不同应用对伺服控制器而言要求不一样，因此定制化的需求较为明显，ADI等半导体厂商面临的挑战是要向客户提供相应的服务。当然，挑战同时也是优势，因为本土定制化的服务很灵活，但是欧日客户做不到这么灵活，为本土伺服厂商提供了机会。具体地，国内技术水平提升得非常快，从伺服控制器角度看差距越来越小，但在整个系统层面的差距体现得比较明显，放到集成系统、CNC系统层面差距还是比较明显，控制器本身有差距但已经不是那么明显了。（注：王莹根据ADI“电机发布会”上的讲演整理，未经讲演者确认）

　　参考文献：

　　[1]王莹，叶木子.工业与汽车电子展望[J].电子产品世界，2015(1)：20

　　[2]李乐荣钱伟喆.永磁同步电机交直轴电感工程测量方法的探索[J].电子产品世界，，2014(7)：50

　　[3]于寅虎.电机控制技术的最新进步与发展[J].电子产品世界，2014(9)：8

　　[4]王莹.电机驱动走向高效节能[J].电子产品世界，2013(9)：12

　　[5]王莹，叶雷.工业4.0为元器件厂商带来新机遇[J].电子产品世界，2015(2-3)：7

　　于常涛 ADI亚太区电机与电源控制行业市场部经理（上海 201203）