永磁無刷電機目前是微特電機的發(fā)展主流

　　永磁無刷電機是永磁無刷直流電機、永磁無刷交流同步電機、永磁無刷直線電機和永磁無刷力矩電機的總稱。面對能源緊張、環(huán)境污染和機器人的快速發(fā)展，21世紀應(yīng)發(fā)展具有高效率低能耗、高出力省材料、高性能高可靠、小尺寸輕重量等特點的微特電機產(chǎn)品，由于磁性材料、電力電子技術(shù)、集成電路技術(shù)和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，永磁無刷電機具有上述特點，因此它已是目前微特電機的發(fā)展主流。

　　永磁無刷電機迅速發(fā)展的原因
　　技術(shù)進步推動永磁無刷電機的發(fā)展
　　面向21世紀，滿足與地球環(huán)境共存、與網(wǎng)絡(luò)結(jié)合、機器人要求的微特電機將得到更快發(fā)展，并將構(gòu)筑起“微特電機的新時代”。與地球環(huán)境共存要求電機高效節(jié)能、高出力省材料、靜音舒適、無害無污染等。與網(wǎng)絡(luò)結(jié)合要求電機小型化、片狀化、高速(High Speed)化、輕量化、高精度、高性能等。機器人用電機要求高出力、低慣量、低速大力矩、智能化等。為了滿足上述要求，國外微特電機制造公司，尤其是主要制造商，十分重視永磁無刷電機和驅(qū)動控制技術(shù)的研究、開發(fā)。電機進行優(yōu)化設(shè)計，合理選擇參數(shù)，減少力矩脈動和噪音，擴大調(diào)速范圍；多極集中繞組，減少繞組端部長度，拼塊式或鉸鏈式電樞沖片提高槽滿率，高效率高性能驅(qū)動控制技術(shù)的研究，高性能永磁材料的采用，提高了效率，節(jié)省了材料，縮小了體積，減輕了重量，這些技術(shù)的研究和開發(fā)使永磁無刷電機具有高效節(jié)能、高出力省材料、高可靠高性能、體積小重量輕等優(yōu)點，也使永磁無刷電機技術(shù)迅速發(fā)展和成熟。

　　市場(Rialto)拉動加速永磁無刷電機的發(fā)展
　　永磁無刷電機已得到廣泛應(yīng)用，并將進一步拓寬使用領(lǐng)域，需求量的增加，有力地拉動了永磁無刷電機的發(fā)展。

　　網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域使用的微特電機數(shù)量約占整個微特電機的38%，HDD主軸電機、打印機主軸電機、復(fù)印機主軸電機、計算機風(fēng)機、高檔DVD主軸電機都是采用永磁無刷電機，而且是精密永磁無刷電機，由于精度要求高，均采用粘結(jié)釹鐵硼（日本83%的粘結(jié)釹鐵硼用于該類永磁無刷電機）、整片電樞沖片、多極集中繞組、外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。手機用的振動電機，不論是圓柱形還是鈕扣式振動電機絕大部分還是采用有刷直流電機，但也有無刷振動電機，目前沒有得到廣泛使用。

　　家電領(lǐng)域使用的電機約占整個微特電機的15%。空調(diào)器、洗衣機、電冰箱等主要家電最早使用單相異步電動機，但效率低、利用率低。為了節(jié)能，90年代初家電開始采用變頻調(diào)速異步電動機。目前日本90%以上的空調(diào)器采用永磁無刷直流電機，替代異步電動機變頻調(diào)速。我國空調(diào)器制造廠也開始采用永磁無刷直流電機，以獲得更好的節(jié)能效果和節(jié)省材料。在相同的額定功率和額定轉(zhuǎn)速下，如果單相異步電動機的體積和重量為100%，則永磁無刷直流電動機的體積為38%，重量為34.8%，用銅量為20.9%，用鐵量為36.5%，效率提高10%以上。

　　為了盡可能提高效率，電機永磁體采用燒結(jié)釹鐵硼，電樞沖片采用拼塊式或鉸鏈式，多極集中繞組，根據(jù)用戶使用要求電機可做成外轉(zhuǎn)子或內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)�？照{(diào)器、洗衣機、電冰箱等為主的家電領(lǐng)域?qū)⒃絹碓蕉嗟夭捎糜来艧o刷電機。

　　電動車用的微特電機約占整個微特電機的17%。2004年我國生產(chǎn)電動自行車675.71萬輛，同比增長69.05%，其驅(qū)動電機大部份采用有刷直流電機。但由于直流有刷電機有壽命短，維修難的缺點，隨著永磁無刷直流電機價格的下降及控制器可靠性的提高，采用永磁無刷電機越來越多。由于能源緊張和環(huán)境污染日益加強，電動汽車顯示出強勁的生命力，被汽車生產(chǎn)廠和消費者普遍看好。有資料顯示，到2010年，電動汽車將占全球汽車需求量的四分之一，總量將達到2000萬輛。

　　美國通用、日本豐田(TOYOTA)、法國雪鐵龍等大汽車公司都將電動汽車作為發(fā)展方向。我國也高度重視，電動汽車已經(jīng)被科技部列為“十五”期間國家重大攻關(guān)項目，也是“十一五”規(guī)劃中發(fā)展綠色交通的重要內(nèi)容之一。汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的驅(qū)動電機有有刷直流電機和永磁無刷電機，電動汽車驅(qū)動電機有有刷直流電機、變頻異步電機和永磁無刷電機，但它們的發(fā)展趨勢都是永磁無刷電機，尤其是日本汽車制造商都采用永磁無刷電機。凡是電動車中涉及安全等重要系統(tǒng)中用的電機采用永磁無刷電機替代有刷直流電機將是一個趨勢。電機永磁體采用燒結(jié)釹鐵硼，繞組形式有集中繞組和分布繞組兩種，電機結(jié)構(gòu)有外轉(zhuǎn)子和內(nèi)轉(zhuǎn)子兩種。至于汽車中用的一般電機目前仍然是有刷直流電機為主。

　　工業(yè)領(lǐng)域中各類加工機械設(shè)備、IC設(shè)備、電梯等伺服驅(qū)動系統(tǒng)，最初用的是有刷直流電動機調(diào)速系統(tǒng)。70年代后，變頻調(diào)速異步電動機不斷替代有刷直流電動機調(diào)速系統(tǒng)，因為變頻調(diào)速異步電動機的性價比優(yōu)于有刷直流電動機調(diào)速系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、干擾小、維護少、壽命長的特點。由于永磁無刷電機具有比異步電動機體積更小，重量更輕，效率更高等優(yōu)點，中小功率異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)正在逐步被永磁無刷電動機取代，如日本富士公司有0.4-300kW無刷電機系列。目前精密加工機械、IC制造設(shè)備絕大部份采用數(shù)字式永磁交流同步電動機伺服控制系統(tǒng)，一般工業(yè)機械采用永磁無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)。電機永磁體采用燒結(jié)釹鐵硼，繞組形式有集中繞組和分布繞組兩種，主要是內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。

　　電梯采用永磁無刷同步電動機伺服控制系統(tǒng)后，不僅具有體積小、節(jié)能、控制性能好的優(yōu)點，又容易實現(xiàn)減速直接驅(qū)動，消除齒輪減速裝置，低噪聲、平層精度和舒適性都優(yōu)于以前的有刷直流電動機調(diào)速和異步電動機變頻調(diào)速，適合在無機旁電梯中使用，因此永磁無刷同步電動機驅(qū)動得到各大電梯公司的青睞。

　　高速(High Speed)高精度加工機床的進給驅(qū)動，目前主要還是用傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)伺服電機加精密高速(High Speed)滾珠絲桿結(jié)構(gòu)。上世紀九十年代初開始應(yīng)用直線電機直接驅(qū)動，其與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，有速度(Tempo)提高30倍，加速度(Tempo)提高10倍，最大達10g，剛度提高7倍等一系列優(yōu)點。當然直線電機直接驅(qū)動也存在一些缺點和問題，如控制難度大、磁干擾、成本較高等，但是總的發(fā)展趨勢是直線電機驅(qū)動占比重會越來越大，很有可能將來成為機床進給驅(qū)動的主體。由于永磁無刷同步式直線伺服電機具有效率高，推力密度大，可控性好等優(yōu)點，盡管其對隔磁防塵要求高和裝配較困難，但現(xiàn)在已成為機床用直線電機的主流。
其他領(lǐng)域包括武器裝備、機器人、宇航等用微特電機。這些使用領(lǐng)域選用各類電機，品種規(guī)格繁多，如美國軍用微特電機有5000多個品種，年生產(chǎn)量只有300萬臺。

　　隨著機器人、宇航事業(yè)的發(fā)展，對微特電機的需求量將增加，要求也將提高。這些領(lǐng)域的伺服驅(qū)動類電機也向永磁無刷電機發(fā)展，如美國研制和生產(chǎn)軍用、宇航用微特電機骨干單位科爾摩根(Morgan)公司，有兩個永磁交流伺服電動機系列，M系列有5個機座號，47個品種，功率從0.54kW-15.7kW，轉(zhuǎn)速從900r/min-12000r/min，連續(xù)轉(zhuǎn)矩從0.89N·m-115N·m，峰值轉(zhuǎn)矩從2.41N·m-326.8N·m；MT系列有4個機座號，24個品種，功率從0.231kW-6.7kW，轉(zhuǎn)速從1500r/min-6000r/min，連續(xù)轉(zhuǎn)矩從0.44N·m-46.8N·m，峰值轉(zhuǎn)矩從1.25N·m-115.4N·m。MT系列產(chǎn)品比M系列產(chǎn)品體積更小，效率更高，轉(zhuǎn)動慣量更小，接線插頭可旋轉(zhuǎn)，進一步提高了武器裝備的快速性、小型化、可靠性和可維性，滿足了武器裝備伺服控制系統(tǒng)要求，廣泛用于雷達、宇航等領(lǐng)域。美國已將永磁無刷電機用于裝甲車作為驅(qū)動源，代替有刷直流電機，提高了裝甲車性能。德國西門子公司和芬蘭ABB公司生產(chǎn)的額定功率3820kW，額定電壓2800V，額定轉(zhuǎn)速135r/min的永磁無刷電機已經(jīng)使用在豪華(Regal)游輪、破冰船、工程船等吊艙式推進器，現(xiàn)正在推廣到潛艇，替代有刷直流電動機，提高潛艇性能。

　　相關(guān)行業(yè)的技術(shù)進步為永磁無刷電機發(fā)展提供了基礎(chǔ)
　　永磁無刷電機是集新型永磁材料、電力電子、集成電路、計算機及電機技術(shù)于一體的產(chǎn)品，相關(guān)行業(yè)的技術(shù)發(fā)展，是永磁無刷電機發(fā)展的基礎(chǔ)。80年代初釹鐵硼稀土永磁材料的出現(xiàn)及高速(High Speed)發(fā)展，為永磁無刷電機提供高剩磁感應(yīng)強度、高矯頑力、高磁能積的永磁體，其溫度系數(shù)大，居里點低，容易氧化生銹的不足，得到不斷的改進提高，現(xiàn)釹鐵硼永磁材料最高的工作溫度可達180℃，一般也可達到150℃，通過涂覆處理解決氧化生銹問題。永磁無刷電機大部份采用粘結(jié)或燒結(jié)釹鐵硼，釹鐵硼永磁材料2005年全球產(chǎn)量將達到2.3萬噸，我國生產(chǎn)1.4萬噸，預(yù)計2010年全球產(chǎn)量將達到9萬噸，我國生產(chǎn)5萬噸。

　　隨著電力電子技術(shù)和產(chǎn)品換代更新，半導(dǎo)體開關(guān)器件性能不斷提高，容量不斷增大，成本不斷降低。隨著大規(guī)模集成電路和計算機技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)已有不少電機專用集成塊，近幾年出現(xiàn)了專門用于電機控制的高性能、低價位的數(shù)字信號處理器DSP。集成電路和計算機技術(shù)的快速發(fā)展對永磁無刷電機控制技術(shù)起到有力的推動作用，為永磁無刷電機的發(fā)展提供了基礎(chǔ)。

　　我國應(yīng)重視永磁無刷電機的研究、開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化
　　我國改革開放后，經(jīng)濟得到了迅速發(fā)展，但是，我國每生產(chǎn)價值一萬美元的商品，消耗的原材料是日本的7倍，美國的6倍，甚至比印度還高2倍。2004年我國對世界(Mondi)經(jīng)濟的總貢獻是4.3%，但是，我們消耗了全球30%的煤炭，27%的鋼鐵，25%的鋁材和40%的水泥。我國已經(jīng)成為世界(Mondi)第二大能源消費國，能源消費約占世界(Mondi)的11%，石油對外依存度已超過40%，預(yù)計到2010年將達到57%。

　　為了落實科學(xué)發(fā)展觀，黨的十六屆五中全會通過的《中共中央關(guān)于制定國民(National)經(jīng)濟和社會發(fā)展第十一個五年規(guī)劃的建議》提出了“十一五”期末單位國內(nèi)總產(chǎn)值能源消耗降低20％左右的目標。為了建設(shè)節(jié)約型社會，國家發(fā)改委編制的中期能源節(jié)約規(guī)劃中將永磁電機作為節(jié)能推廣產(chǎn)品（電力的60%左右消耗在電機上）。因此我們應(yīng)該積極加速各類永磁無刷電機的研究、開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。

　　我國是稀土材料儲藏大國，鄧小平同志南巡講話時指出“中東有石油，我國有稀土”，江澤民同志視察包頭時題詞“搞好稀土開發(fā)應(yīng)用，把資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟優(yōu)勢”。我們理應(yīng)加強稀土永磁材料的應(yīng)用研究，提高稀土材料的性能，改變目前稀土材料低價出售的局面，將豐富的資源變成高科技產(chǎn)品，實現(xiàn)科學(xué)發(fā)展觀。

　　我國除有稀土永磁材料豐富的優(yōu)勢外，還有永磁無刷電機人才資源，政府應(yīng)制定相應(yīng)的優(yōu)惠政策，實現(xiàn)政府推動下的產(chǎn)學(xué)研的聯(lián)合，充分發(fā)揮各方面人才優(yōu)勢，進行聯(lián)合開發(fā)、聯(lián)合攻關(guān)，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，一定能趕上世界(Mondi)永磁無刷電機先進技術(shù)水平，打造出有自主知識產(chǎn)權(quán)的各類永磁無刷電機品牌。

　　我國使用的精密永磁交流伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)絕大部份依賴進口，據(jù)不完全統(tǒng)計每年進口費用2億美元左右，我們有責(zé)任迅速實現(xiàn)各類永磁無刷電機產(chǎn)業(yè)化，形成真正的商品，替代進口，改變依賴進口的局面，使我國不僅是微特電機生產(chǎn)大國，還要成為微特電機技術(shù)強國。