2024年中國(guó)舵機(jī)行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)分析

• 劉明月 2023年11月23日 來(lái)源：中研研究院 1126 72
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舵機(jī)行業(yè)前景及現(xiàn)狀如何?未來(lái)舵機(jī)市場(chǎng)投資趨勢(shì)怎么樣?目前，舵機(jī)這方面國(guó)內(nèi)某航天研究所處于領(lǐng)先地位，但是其生產(chǎn)的某型電動(dòng)舵機(jī)采用的是直流有刷電機(jī)，導(dǎo)致在要求的同等體積下，與采用直流無(wú)刷電機(jī)相比

舵機(jī)行業(yè)前景及現(xiàn)狀如何?未來(lái)舵機(jī)市場(chǎng)投資趨勢(shì)怎么樣?目前，舵機(jī)這方面國(guó)內(nèi)某航天研究所處于領(lǐng)先地位，但是其生產(chǎn)的某型電動(dòng)舵機(jī)采用的是直流有刷電機(jī)，導(dǎo)致在要求的同等體積下，與采用直流無(wú)刷電機(jī)相比，輸出力矩較小，僅適用于小型的飛行器，不能很好的滿足本課題對(duì)舵機(jī)的性能要求。對(duì)于由無(wú)刷直流電機(jī)構(gòu)成的大輸出力矩的電動(dòng)舵機(jī)系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)在這方面目前基本還處于空白。同時(shí)由于大力矩、高精度的電動(dòng)舵機(jī)具有明顯的軍事用途，因此被西方國(guó)家嚴(yán)格封鎖對(duì)我國(guó)輸入。

中研普華研究報(bào)告《2023-2027年中國(guó)伺服電機(jī)行業(yè)全景調(diào)研及投資規(guī)劃研究報(bào)告》顯示

舵機(jī)作為伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)，最早研發(fā)應(yīng)用于飛機(jī)、導(dǎo)彈、火箭等飛行器，由于這些現(xiàn)代的飛行器要求其控制系統(tǒng)具有高精度、高靈敏度和高可靠性，因此對(duì)舵機(jī)的性能提出了更高的要求，促使舵機(jī)向著質(zhì)量、體積不斷減小，承載能力不斷增強(qiáng)，控制性能不斷提高的方向發(fā)展，于是新型高性能舵機(jī)的研究和開發(fā)引起了各國(guó)軍方和科研機(jī)構(gòu)的極大關(guān)注。近年來(lái)隨著航模用具的不斷發(fā)展，無(wú)人機(jī)以及各種航模舵機(jī)產(chǎn)品不斷豐富。根據(jù)動(dòng)力源的不同,常用的舵機(jī)系統(tǒng)可分為液壓舵機(jī)、氣動(dòng)舵機(jī)及電動(dòng)舵機(jī)，這里的航模舵機(jī)主要為電動(dòng)舵機(jī)。

中國(guó)制造2025力度空前，核心部件的國(guó)產(chǎn)化突破是工控領(lǐng)域下一步發(fā)展的重中之重。2015年5月國(guó)務(wù)院發(fā)布《中國(guó)制造2025》，旨在應(yīng)對(duì)新技術(shù)革命沖擊，推動(dòng)傳統(tǒng)制造業(yè)向高端制造業(yè)跨越式發(fā)展，而核心部件的國(guó)產(chǎn)化突破是提高智能制造水平，實(shí)施工業(yè)強(qiáng)基工程的第一要?jiǎng)?wù)。

在智能制造、工業(yè)4.0等概念的推動(dòng)下，如今工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、智能工廠、機(jī)器人等應(yīng)用為了取代人力，實(shí)現(xiàn)更高效率的生產(chǎn)，成為了關(guān)注熱點(diǎn)。而伺服電機(jī)作為工業(yè)機(jī)器人的“肌肉”， 具有結(jié)構(gòu)緊湊、控制容易、運(yùn)行穩(wěn)定、響應(yīng)速度快等優(yōu)異特性，是工業(yè)機(jī)器人最核心的部件之一。

在印刷機(jī)械、造紙機(jī)械、紡織機(jī)械、工業(yè)機(jī)器人、高速電梯、數(shù)控機(jī)床等工業(yè)應(yīng)用中，舵機(jī)加工技術(shù)和以高速、高精度為基礎(chǔ)的其他技術(shù)逐步普及，也推動(dòng)了伺服電機(jī)的快速發(fā)展。

2024年中國(guó)舵機(jī)行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)分析

舵機(jī)是一種位置(角度)伺服的驅(qū)動(dòng)器，適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的控制系統(tǒng)。目前在高檔遙控玩具，如航模，包括飛機(jī)模型，潛艇模型;遙控機(jī)器人中已經(jīng)使用得比較普遍。舵機(jī)是一種俗稱，其實(shí)是一種伺服馬達(dá)。在機(jī)器人機(jī)電控制系統(tǒng)中，舵機(jī)控制效果是性能的重要影響因素。舵機(jī)可以在微機(jī)電系統(tǒng)和航模中作為基本的輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其簡(jiǎn)單的控制和輸出使得單片機(jī)系統(tǒng)非常容易與之接口。

在無(wú)人機(jī)領(lǐng)域，電動(dòng)舵機(jī)與氣動(dòng)、液壓舵機(jī)相比具有一系列的優(yōu)勢(shì)此外，電動(dòng)舵機(jī)主要分為基于直流有刷電機(jī)和直流無(wú)刷電機(jī)這兩種類型，而基于直流無(wú)刷電機(jī)的電動(dòng)舵機(jī)具有轉(zhuǎn)速快、壽命長(zhǎng)、可靠性高和單位體積輸出力矩大等優(yōu)點(diǎn)此外由于高性能的出現(xiàn)，使得一些復(fù)雜的控制算法得以實(shí)時(shí)在線實(shí)現(xiàn)，這也使得電動(dòng)舵機(jī)的控制精度和性能有了質(zhì)的飛躍和提高。

航模運(yùn)動(dòng)興起于上世紀(jì)90年代，隨著我國(guó)航空事業(yè)的不斷發(fā)展，航空知識(shí)教育日趨受到國(guó)家的重視，1992年82萬(wàn)青少年參加的首屆全國(guó)青少年航空模型競(jìng)賽，給航空模型運(yùn)動(dòng)的普及和發(fā)展增添了新的活力。在最初的幾年，隨著大疆、3DR、Parrot這樣的無(wú)人機(jī)巨頭在消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)市場(chǎng)的成功，讓許多具有電機(jī)、機(jī)架、鋰電池、電子元器件等相關(guān)配套部件生產(chǎn)制造能力的供應(yīng)商看到商機(jī)，迅速進(jìn)入產(chǎn)業(yè)。同時(shí)，新型無(wú)人機(jī)公司亦開始起步進(jìn)入無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)制造行列。上下游協(xié)同發(fā)展，進(jìn)入行業(yè)爆發(fā)期。2020年中國(guó)舵機(jī)產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達(dá)到200億元。

一、我國(guó)舵機(jī)行業(yè)發(fā)展階段

舵機(jī)作為伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)，最早研發(fā)應(yīng)用于飛機(jī)、導(dǎo)彈、火箭等飛行器，由于這些現(xiàn)代的飛行器要求其控制系統(tǒng)具有高精度、高靈敏度和高可靠性，因此對(duì)舵機(jī)的性能提出了更高的要求，促使舵機(jī)向著質(zhì)量、體積不斷減小，承載能力不斷增強(qiáng)，控制性能不斷提高的方向發(fā)展，于是新型高性能舵機(jī)的研究和開發(fā)引起了各國(guó)軍方和科研機(jī)構(gòu)的極大關(guān)注。

近年來(lái)隨著航模用具的不斷發(fā)展，無(wú)人機(jī)以及各種航模舵機(jī)產(chǎn)品不斷豐富。根據(jù)動(dòng)力源的不同,常用的舵機(jī)系統(tǒng)可分為液壓舵機(jī)、氣動(dòng)舵機(jī)及電動(dòng)舵機(jī)，這里的航模舵機(jī)主要為電動(dòng)舵機(jī)。

電動(dòng)舵機(jī)并不是一個(gè)全新的概念。早在二次大戰(zhàn)期間，美國(guó)制造了功能完善的電氣C-1式自動(dòng)駕駛儀(蘇聯(lián)仿制品為AFI-5)，其中就采用了電動(dòng)舵機(jī)。

電動(dòng)舵機(jī)采用電池為能源，徹底摒棄了液壓舵機(jī)油源和氣動(dòng)舵機(jī)氣源帶來(lái)的笨重和維護(hù)修理的嚴(yán)重不便。早期的電動(dòng)舵機(jī)輸出力矩小，響應(yīng)速度慢，控制精度相對(duì)較低。但其結(jié)構(gòu)緊湊，特別適用于對(duì)體積具有嚴(yán)格要求的飛行器，因此，更多的導(dǎo)彈上采用了電動(dòng)舵機(jī)，最有代表性的如美國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)一中遠(yuǎn)程艦空導(dǎo)彈，法國(guó)的中距空空導(dǎo)彈等。世紀(jì)年代以來(lái)，隨著新型稀土永磁材料的出現(xiàn)，電動(dòng)舵機(jī)的功率質(zhì)量比和可靠性大幅度上升，對(duì)于推動(dòng)電動(dòng)舵機(jī)的發(fā)展以及提高飛行器的操控性能具有重要的意義。

如美國(guó)的先進(jìn)中距空空導(dǎo)彈一和戰(zhàn)斧巡航導(dǎo)彈、法國(guó)的響尾蛇地空導(dǎo)彈、飛魚一岸對(duì)艦導(dǎo)彈和飛魚一空對(duì)艦導(dǎo)彈，俄羅斯的“蝗蛇”一等先進(jìn)導(dǎo)彈，都采用了基于新型稀土永磁材料的電動(dòng)舵機(jī)。此時(shí)的電動(dòng)舵機(jī)都是采用有刷電機(jī)，由于電機(jī)中存在電刷和機(jī)械換向器，換向時(shí)會(huì)產(chǎn)生電弧和火花，易產(chǎn)生射頻干擾而且由于換向器是機(jī)械結(jié)構(gòu)的，對(duì)電機(jī)的運(yùn)行速度具有限制，不宜高速運(yùn)行此外由于電刷磨損，使得系統(tǒng)維護(hù)不方便，并且易于出現(xiàn)故障。

八十年代初數(shù)字信號(hào)處理器的出現(xiàn)，也使得舵機(jī)等伺服系統(tǒng)的模塊化和全數(shù)字化更容易實(shí)現(xiàn)，使長(zhǎng)期以來(lái)構(gòu)建在現(xiàn)代控制理論或其它一些復(fù)雜控制算法基礎(chǔ)上的控制原理得以快速在線計(jì)算及進(jìn)行優(yōu)化處理，從而把過(guò)去認(rèn)為只能在理論上成立而在實(shí)際上無(wú)法應(yīng)用的數(shù)字原理實(shí)用化。從而使得電動(dòng)舵機(jī)的控制精度和性能有了質(zhì)的飛躍和提高。

二、我國(guó)舵機(jī)行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)分析

20世紀(jì)90年代，隨著稀土材料的廣泛應(yīng)用和微電子技術(shù)、智能功率集成電路的進(jìn)一步發(fā)展普及以及電力電子技術(shù)、電動(dòng)機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代控制理論等迅速的發(fā)展，無(wú)刷直流電機(jī)得到了廣泛應(yīng)用。

舵機(jī)具有使用壽命長(zhǎng)、體積小、質(zhì)量輕、轉(zhuǎn)速高、可靠性高、散熱容易、出力大、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、余度控制方便等眾多優(yōu)點(diǎn)，將逐步成為電動(dòng)舵機(jī)發(fā)展的主流。在對(duì)舵機(jī)的調(diào)速性能、控制精度、輸出力矩、體積具有特殊要求的航空航天領(lǐng)域，越來(lái)越受到重視;

目前正向超高速、高轉(zhuǎn)矩、大功率、微型化、高功能方向發(fā)展。在無(wú)人機(jī)方面，如美國(guó)的“捕食者”、“全球鷹”,以及法國(guó)的“美洲豹”等，都采用了基于無(wú)刷直流電機(jī)的電動(dòng)舵機(jī);NASA先后在C141運(yùn)輸機(jī)以及F16等新型戰(zhàn)斗機(jī)實(shí)驗(yàn)新型的電動(dòng)舵機(jī),英國(guó)國(guó)防部也制定相應(yīng)的計(jì)劃，在該國(guó)的先進(jìn)軍用飛機(jī)上重點(diǎn)考慮使用電動(dòng)舵機(jī),。此外，歐洲的空客公司、美國(guó)的波音公司等公司也正在聯(lián)合相關(guān)的科研機(jī)構(gòu)探討將電動(dòng)舵機(jī)應(yīng)用于新一代大型民用飛機(jī)的優(yōu)勢(shì)和可行性，并開展了相應(yīng)的研究和驗(yàn)證工作。

雖然國(guó)內(nèi)在電動(dòng)舵機(jī)領(lǐng)域投入了很大的研究力度，也取得了顯著的成果。但與國(guó)外相比，我國(guó)在電動(dòng)舵機(jī)的研究及廣泛應(yīng)用等方面都還存在較大差距，我國(guó)對(duì)直流無(wú)刷電機(jī)的關(guān)鍵性控制技術(shù)的研究直到上世紀(jì)八十年代才開始起步，另外，高精度、大力矩的無(wú)刷直流電機(jī)的制造等精密加工技術(shù)上也與國(guó)外存在較大差距。

值得一提的是，目前航模舵機(jī)在體積質(zhì)量、控制精度以及數(shù)字化方面達(dá)到了較高的水平，目前FUTABA、JR、和HITEC等公司具有多系列、多型號(hào)的航模舵機(jī)。在航模、船模等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但是由于其最大力矩的限制，無(wú)法應(yīng)用在大扭矩的場(chǎng)合。

三、我國(guó)舵機(jī)行業(yè)發(fā)展特點(diǎn)分析

在無(wú)人機(jī)領(lǐng)域，電動(dòng)舵機(jī)與氣動(dòng)、液壓舵機(jī)相比具有一系列的優(yōu)勢(shì)此外，電動(dòng)舵機(jī)主要分為基于直流有刷電機(jī)和直流無(wú)刷電機(jī)這兩種類型，而基于直流無(wú)刷電機(jī)的電動(dòng)舵機(jī)具有轉(zhuǎn)速快、壽命長(zhǎng)、可靠性高和單位體積輸出力矩大等優(yōu)點(diǎn)此外由于高性能的出現(xiàn)，使得一些復(fù)雜的控制算法得以實(shí)時(shí)在線實(shí)現(xiàn)，這也使得電動(dòng)舵機(jī)的控制精度和性能有了質(zhì)的飛躍和提高。

舵機(jī)報(bào)告對(duì)我國(guó)行業(yè)的供需狀況、發(fā)展現(xiàn)狀、子行業(yè)發(fā)展變化等進(jìn)行了分析，重點(diǎn)分析了國(guó)內(nèi)外舵機(jī)行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀、如何面對(duì)行業(yè)的發(fā)展挑戰(zhàn)、行業(yè)的發(fā)展建議、行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，以及行業(yè)的投資分析和趨勢(shì)預(yù)測(cè)等等。舵機(jī)報(bào)告還綜合了行業(yè)的整體發(fā)展動(dòng)態(tài)，對(duì)行業(yè)在產(chǎn)品方面提供了參考建議和具體解決辦法。

想要了解更多舵機(jī)行業(yè)詳情分析，可以點(diǎn)擊查看中研普華研究報(bào)告《2023-2027年中國(guó)伺服電機(jī)行業(yè)全景調(diào)研及投資規(guī)劃研究報(bào)告》。

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