舵机行业发展阶段以及市场规模分析

舵机是一种位置（角度）伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。目前在高档遥控玩具，如航模，包括飞机模型，潜艇模型；遥控机器人中已经使用得比较普遍。舵机是一种俗称，其实是一种伺服马达。在机器人机电控制系统中，舵机控制效果是性能的重要影响因素。舵机可以在微机电系统和航模中作为基本的输出执行机构，其简单的控制和输出使得单片机系统非常容易与之接口。

在无人机领域，电动舵机与气动、液压舵机相比具有一系列的优势此外，电动舵机主要分为基于直流有刷电机和直流无刷电机这两种类型，而基于直流无刷电机的电动舵机具有转速快、寿命长、可靠性高和单位体积输出力矩大等优点此外由于高性能的出现，使得一些复杂的控制算法得以实时在线实现，这也使得电动舵机的控制精度和性能有了质的飞跃和提高。

航模运动兴起于上世纪90年代，随着我国航空事业的不断发展，航空知识教育日趋受到国家的重视，1992年82万青少年参加的首届全国青少年航空模型竞赛，给航空模型运动的普及和发展增添了新的活力。在最初的几年，随着大疆、3DR、Parrot这样的无人机巨头在消费级无人机市场的成功，让许多具有电机、机架、锂电池、电子元器件等相关配套部件生产制造能力的供应商看到商机，迅速进入产业。同时，新型无人机公司亦开始起步进入无人机设计制造行列。上下游协同发展，进入行业爆发期。2020年中国舵机产业规模将达到200亿元。

一、我国舵机行业发展阶段

近年来随着航模用具的不断发展，无人机以及各种航模舵机产品不断丰富。根据动力源的不同,常用的舵机系统可分为液压舵机、气动舵机及电动舵机，这里的航模舵机主要为电动舵机。

电动舵机并不是一个全新的概念。早在二次大战期间，美国制造了功能完善的电气C-1式自动驾驶仪（苏联仿制品为AFI-5），其中就采用了电动舵机。

电动舵机采用电池为能源，彻底摒弃了液压舵机油源和气动舵机气源带来的笨重和维护修理的严重不便。早期的电动舵机输出力矩小，响应速度慢，控制精度相对较低。但其结构紧凑，特别适用于对体积具有严格要求的飞行器，因此，更多的导弹上采用了电动舵机，最有代表性的如美国的标准一中远程舰空导弹，法国的中距空空导弹等。世纪年代以来，随着新型稀土永磁材料的出现，电动舵机的功率质量比和可靠性大幅度上升，对于推动电动舵机的发展以及提高飞行器的操控性能具有重要的意义。如美国的先进中距空空导弹一和战斧巡航导弹、法国的响尾蛇地空导弹、飞鱼一岸对舰导弹和飞鱼一空对舰导弹，俄罗斯的“蝗蛇”一等先进导弹，都采用了基于新型稀土永磁材料的电动舵机。此时的电动舵机都是采用有刷电机，由于电机中存在电刷和机械换向器，换向时会产生电弧和火花，易产生射频干扰而且由于换向器是机械结构的，对电机的运行速度具有限制，不宜高速运行此外由于电刷磨损，使得系统维护不方便，并且易于出现故障。

八十年代初数字信号处理器的出现，也使得舵机等伺服系统的模块化和全数字化更容易实现，使长期以来构建在现代控制理论或其它一些复杂控制算法基础上的控制原理得以快速在线计算及进行优化处理，从而把过去认为只能在理论上成立而在实际上无法应用的数字原理实用化。从而使得电动舵机的控制精度和性能有了质的飞跃和提高。

20世纪90年代，随着稀土材料的广泛应用和微电子技术、智能功率集成电路的进一步发展普及以及电力电子技术、电动机技术和现代控制理论等迅速的发展，无刷直流电机得到了广泛应用。它具有使用寿命长、体积小、质量轻、转速高、可靠性高、散热容易、出力大、转动惯量小、余度控制方便等众多优点，将逐步成为电动舵机发展的主流。在对舵机的调速性能、控制精度、输出力矩、体积具有特殊要求的航空航天领域，越来越受到重视，目前正向超高速、高转矩、大功率、微型化、高功能方向发展。在无人机方面，如美国的“捕食者”、“全球鹰”,以及法国的“美洲豹”等，都采用了基于无刷直流电机的电动舵机；NASA先后在C141运输机以及F16等新型战斗机实验新型的电动舵机,英国国防部也制定相应的计划，在该国的先进军用飞机上重点考虑使用电动舵机,。此外，欧洲的空客公司、美国的波音公司等公司也正在联合相关的科研机构探讨将电动舵机应用于新一代大型民用飞机的优势和可行性，并开展了相应的研究和验证工作。

虽然国内在电动舵机领域投入了很大的研究力度，也取得了显着的成果。但与国外相比，我国在电动舵机的研究及广泛应用等方面都还存在较大差距，我国对直流无刷电机的关键性控制技术的研究直到上世纪八十年代才开始起步，另外，高精度、大力矩的无刷直流电机的制造等精密加工技术上也与国外存在较大差距。目前，这方面国内某航天研究所处于领先地位，但是其生产的某型电动舵机采用的是直流有刷电机，导致在要求的同等体积下，与采用直流无刷电机相比，输出力矩较小，仅适用于小型的飞行器，不能很好的满足本课题对舵机的性能要求。对于由无刷直流电机构成的大输出力矩的电动舵机系统，国内在这方面目前基本还处于空白。同时由于大力矩、高精度的电动舵机具有明显的军事用途，因此被西方国家严格封锁对我国输入。

值得一提的是，目前航模舵机在体积质量、控制精度以及数字化方面达到了较高的水平，目前FUTABA、JR、和HITEC等公司具有多系列、多型号的航模舵机。在航模、船模等领域得到了广泛的应用，但是由于其最大力矩的限制，无法应用在大扭矩的场合。

三、我国舵机行业发展特点分析

图表：2010-2016年我国舵机行业市场规模分析

图表：2010-2016年我国舵机行业需求分析

在无人机领域，电动舵机与气动、液压舵机相比具有一系列的优势此外，电动舵机主要分为基于直流有刷电机和直流无刷电机这两种类型，而基于直流无刷电机的电动舵机具有转速快、寿命长、可靠性高和单位体积输出力矩大等优点此外由于高性能的出现，使得一些复杂的控制算法得以实时在线实现，这也使得电动舵机的控制精度和性能有了质的飞跃和提高。