電機(jī)“拳頭”打向何處
http://www.debgrams.com 2013-05-07 10:51 來源：電氣中國
談及中小電機(jī)，聯(lián)想到的往往是笨重的鑄鐵殼、簡(jiǎn)單的定轉(zhuǎn)子組合、眾多工人熟練地繞線工作、“白菜”般的銷售價(jià)格以及高能耗用電大戶。
新的年份何不試著發(fā)散思維，想想中小電機(jī)將會(huì)在今后的日子里有什么發(fā)展可能？是否低能效電機(jī)將在今年徹底退出市場(chǎng)？傳統(tǒng)電機(jī)材料是否將在今年被新材料全面替代？電機(jī)市場(chǎng)格局是否被打破……
我們不妨開始發(fā)現(xiàn)中小電機(jī)發(fā)展的各種可能。
低能效電機(jī)或?qū)氐淄顺?/strong>
2013年1月30日召開的國務(wù)院常務(wù)會(huì)議，研究部署了控制能源消費(fèi)總量工作，業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，能源總量控制實(shí)質(zhì)上是通過能源約束來推動(dòng)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變和經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的調(diào)整。目前，整個(gè)能源消費(fèi)量中70%是由工業(yè)所消費(fèi)，所以工業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)以及大力推進(jìn)工業(yè)節(jié)能是關(guān)鍵。
據(jù)數(shù)據(jù)顯示，我國電機(jī)年用電量已超過2萬億千瓦時(shí)，約占全國用電量的60%和工業(yè)用電量的80%,高效電機(jī)推廣顯得格外重要；另一方面, 中國電機(jī)出口具有廣闊的商機(jī)，現(xiàn)在歐美等發(fā)達(dá)國家從事傳統(tǒng)電機(jī)生產(chǎn)的企業(yè)已經(jīng)越來越少，中國的電機(jī)企業(yè)就有可能成為他們的進(jìn)口商。但是，笨重大型的電機(jī)并不受歐美等發(fā)達(dá)國家所歡迎。國外的電機(jī)都朝著輕便、簡(jiǎn)約化發(fā)展，我國的大型高效電機(jī)出口是沒有優(yōu)勢(shì)的。中國的電機(jī)企業(yè)應(yīng)該增加電機(jī)制造的國際競(jìng)爭(zhēng)力。
雖然我國已成為電機(jī)制造大國，掌握了高效及超高效節(jié)能電機(jī)生產(chǎn)技術(shù)，但從整體看，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力仍然較弱。電機(jī)用量大、能效水平低，制約了我國國民經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展。
隨著“十二五”提出大力發(fā)展七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，而電機(jī)產(chǎn)業(yè)作為節(jié)能環(huán)保、新能源、新能源汽車、高端裝備制造業(yè)的先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，必然受到國家政策的大力支持。代表節(jié)能環(huán)保的高效電機(jī)推廣力度不斷加大。
與此同時(shí),我國一直在積極研究出臺(tái)推廣高效電機(jī)的激勵(lì)政策。為了促進(jìn)高效電機(jī)的推廣，國家從2010年6月開始對(duì)高效電機(jī)實(shí)施財(cái)政補(bǔ)貼；為了完成2011年度推廣3177萬千瓦高效電機(jī)的目標(biāo)，當(dāng)年3月提高補(bǔ)助標(biāo)準(zhǔn)； 2012年，工信部出臺(tái)了工業(yè)系統(tǒng)節(jié)能“十二五”規(guī)劃，在此規(guī)劃中，把IE2的增長(zhǎng)目標(biāo)定在2015年整個(gè)IE2的電機(jī)將會(huì)達(dá)到整個(gè)電機(jī)市場(chǎng)的80%以上。而GB18613-2012《中小型三相異步電動(dòng)機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施更是將高效電機(jī)推廣推向了新的起點(diǎn)，隨之而來的是低能效電機(jī)的退出。
與此同時(shí)，相關(guān)部門還發(fā)布了多批次《高耗能落后機(jī)電設(shè)備(產(chǎn)品)淘汰目錄》，以推動(dòng)淘汰落后機(jī)電設(shè)備的進(jìn)度。
不難看出，國家正是采用補(bǔ)貼和強(qiáng)制相結(jié)合的方式，不斷提升電機(jī)能效標(biāo)準(zhǔn)，鼓勵(lì)高效節(jié)能電機(jī)市場(chǎng)的發(fā)展。
綜合國內(nèi)外電機(jī)行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)和市場(chǎng)需求，大型電機(jī)應(yīng)走系統(tǒng)化節(jié)能的路線，即對(duì)整個(gè)電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化和改造，比如增加變頻器等，就可以使節(jié)能效果非常明顯；小型電機(jī)則是堅(jiān)定地推行高效電機(jī)的路線，因?yàn)樾∪萘侩姍C(jī)適當(dāng)增加材料用量很容易提高電機(jī)效率。我國的電機(jī)企業(yè)不能只為了國家的補(bǔ)貼，而忽視中小電機(jī)的發(fā)展。
因此，有專家建議，除了做好補(bǔ)貼工作外，還應(yīng)建立高效電機(jī)推廣的新機(jī)制。既從生產(chǎn)端入手，也從需求端著眼，多種手段推廣發(fā)展高效電機(jī)。
通過良好的補(bǔ)貼形式以及嚴(yán)格的退出機(jī)制，同時(shí)加以有效的第三方檢測(cè)，同時(shí)拓展海外市場(chǎng)，低能效電機(jī)或?qū)⒑芸鞆闹行‰姍C(jī)市場(chǎng)中銷聲匿跡。
電動(dòng)車電機(jī)或?qū)⒊蔀槠髽I(yè)追逐的熱點(diǎn)
電動(dòng)汽車無疑是時(shí)下最為“熱門”的產(chǎn)品之一，世界各大知名汽車生產(chǎn)廠商都在奮力角逐這一“新鮮事物”，當(dāng)然國內(nèi)企業(yè)也不甘落后，而電動(dòng)車整車組配過程中，電機(jī)的好壞又直接決定了整車性能的高低，據(jù)專家介紹，我國電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展與國外差距正在拉大，其中電機(jī)的差距尤為明顯。
由于新能源汽車的發(fā)展，目前純電動(dòng)汽車所用電機(jī)市場(chǎng)已經(jīng)成為重點(diǎn)銷售方向，雖然很多國內(nèi)企業(yè)都宣稱自己擁有全產(chǎn)業(yè)鏈的科研實(shí)力，但是真正好的電機(jī)一定是需要長(zhǎng)期的技術(shù)積累，然后才能試制、測(cè)試，最終才能走向批量生產(chǎn)。
業(yè)內(nèi)人士指出：“國內(nèi)真正有實(shí)力做新能源電機(jī)的整車企業(yè)很少，尤其是在乘用車領(lǐng)域，在各企業(yè)大力宣揚(yáng)擁有核心自主的背景下，大家都不愿對(duì)外展示作為新能源汽車核心部件之一的電機(jī)環(huán)節(jié)仍處于受制于人的境況。”
在中國號(hào)稱做新能源電機(jī)的企業(yè)很多，但是專業(yè)做新能源電機(jī)的企業(yè)很少，很多企業(yè)都是從做傳統(tǒng)的機(jī)械、船舶等傳統(tǒng)工業(yè)電機(jī)領(lǐng)域轉(zhuǎn)行進(jìn)入新能源驅(qū)動(dòng)電機(jī)領(lǐng)域，幾無研發(fā)、生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。
雖然傳統(tǒng)工業(yè)電機(jī)與新能源汽車電機(jī)在原理上是相通的，但是在實(shí)際制造上還是存在不小區(qū)別的。目前新能源汽車所用電機(jī)分為異步電機(jī)和永磁電機(jī)兩種，前者主要用于公交、客運(yùn)等商用車，而后者主要用于乘用車。
有業(yè)內(nèi)人士對(duì)記者表示，由于異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子無繞組，也無電刷，沒有磁感應(yīng)，功率轉(zhuǎn)換效率低，構(gòu)造也簡(jiǎn)單，價(jià)格也比較便宜，主要應(yīng)用于大型客車；而永磁電機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)子有繞組，有電刷向轉(zhuǎn)子供電，功率轉(zhuǎn)換效率大，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價(jià)格也貴，主要用于對(duì)轉(zhuǎn)速要求嚴(yán)厲的環(huán)境，比如純電動(dòng)乘用車。
工信部網(wǎng)站《節(jié)能與新能源汽車示范推廣應(yīng)用工程推薦車型目錄》共計(jì)有35批次新能源車型，共計(jì)484款。工信部出臺(tái)的車型越多，意味著電機(jī)市場(chǎng)越大，這對(duì)電機(jī)企業(yè)來說，是個(gè)碩大的蛋糕，面對(duì)著“觸手可及”的誘人市場(chǎng)，電機(jī)生產(chǎn)企業(yè)是否做好了準(zhǔn)備呢？
在此過程中為了很多電機(jī)配套企業(yè)都是急忙上馬，將傳統(tǒng)工業(yè)電機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)單的技術(shù)改進(jìn)，當(dāng)新能源汽車電機(jī)提供給整車廠。
但在國外，生產(chǎn)新能源汽車電機(jī)存在著多項(xiàng)嚴(yán)格的技術(shù)指標(biāo)。新能源汽車，尤其是純電動(dòng)汽車在爬坡、下坡、平坦路面、顛簸路面等不同路況行駛時(shí)，電機(jī)的輸出功率不一樣。國內(nèi)很多電機(jī)廠僅僅是在傳統(tǒng)工業(yè)電機(jī)的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)上稍加改進(jìn)，完全沒有考慮到新能源汽車電機(jī)的使用環(huán)境，會(huì)大大縮短使用壽命，且易造成局部過熱、線路短路等危險(xiǎn)情況。
既然都意識(shí)到電動(dòng)汽車電機(jī)今后將有廣闊的市場(chǎng)，何不嚴(yán)格的從電機(jī)的研發(fā)、試驗(yàn)、投產(chǎn)進(jìn)行把控，盡早進(jìn)行基礎(chǔ)性研究，“靜下心來”從零做起，真正形成電動(dòng)汽車電機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈，以健全的姿態(tài)面對(duì)觸手可得的機(jī)遇。
稀土材料或?qū)⒈惶娲?/strong>
在元素周期表上，鏑（Dy）和釹（Nd）的確是不被常人所熟知的元素，這兩種元素均是來自稀土礦中的稀有金屬元素。就如同其名字所暗示的那樣，可供開采的鏑礦和釹礦非常稀少。
自上世紀(jì)70年代初期稀土永磁電機(jī)出現(xiàn)后，由于稀土永磁體的高磁能積和高矯頑力(特別是高內(nèi)稟矯頑力)，使得稀土永磁電機(jī)具有體積小、重量輕、效率高、特性好等一系列優(yōu)點(diǎn)，成為新能源汽車電機(jī)行業(yè)重要發(fā)展方向，被各國看好。
中國是全球稀土的主要產(chǎn)地，其產(chǎn)量占世界供應(yīng)量的95%左右，這在其它國家來看中國“壟斷”了稀土市場(chǎng)，所以，發(fā)明一種不需要鏑和釹的電動(dòng)機(jī)將會(huì)有很大的利潤(rùn)。
開關(guān)磁阻式電動(dòng)機(jī)恰恰不依賴稀土資源，電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)推陳出新，由性能強(qiáng)大、可快速轉(zhuǎn)換的半導(dǎo)體芯片構(gòu)成，操控磁阻電動(dòng)機(jī)的電控系統(tǒng)運(yùn)行更為精密，開關(guān)磁阻式電動(dòng)機(jī)由此獲得了新生。
據(jù)了解，開關(guān)磁阻式電動(dòng)機(jī)與普通電動(dòng)機(jī)的主要區(qū)別在于是否使用永久磁鐵。對(duì)普通的直流電動(dòng)機(jī)而言，其由兩部分組成：運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子和固定的定子。定子通常做外殼，永久磁鋼安裝在定子內(nèi)。轉(zhuǎn)子運(yùn)行于電機(jī)外殼內(nèi)，其上環(huán)繞著銅線繞組，作為電磁體。線圈內(nèi)電流周期性換向，電機(jī)因此運(yùn)行。線圈電流換向?qū)е码姶朋w極性轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)子在永久磁場(chǎng)和旋轉(zhuǎn)的電磁場(chǎng)之間的推力和拉力的作用下旋轉(zhuǎn)運(yùn)行。
普通電動(dòng)機(jī)通過旋轉(zhuǎn)開關(guān)即換向器實(shí)現(xiàn)電流換向：換向器上的導(dǎo)條與碳刷接觸，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)導(dǎo)電條在碳刷下方運(yùn)行，線圈繞組經(jīng)由導(dǎo)電條連接電刷通電。盡管現(xiàn)代化的電動(dòng)機(jī)使用了電子控制系統(tǒng)來代替換向器，但其基本的運(yùn)行原理與換向器一樣。
開關(guān)磁阻式電動(dòng)機(jī)與傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的換向原理是一致的，但其除了沒有電刷以外，還不需要永久磁鐵，也不需要使用稀土等類似的材料。這都是因?yàn)樵诠ぷ髟砩祥_關(guān)磁阻式電動(dòng)機(jī)采用了最小磁阻原理。
磁阻和電阻比較類似。正如電流會(huì)沿著最小的電阻路徑流通，而磁通（即磁力線）也會(huì)選擇最小磁阻的磁路。鐵恰是又便宜又好的低磁阻材料。
比如說將其應(yīng)用與電動(dòng)車當(dāng)中，當(dāng)電動(dòng)車在高速行駛中，開關(guān)磁阻式電動(dòng)機(jī)不像永磁鐵電動(dòng)機(jī)那樣快的失去扭矩，這對(duì)超車加速過程有利。在發(fā)動(dòng)機(jī)失靈時(shí)候，也更加安全。對(duì)于永磁鐵電動(dòng)機(jī)來說，如果失去動(dòng)力，轉(zhuǎn)速會(huì)迅速下降，將會(huì)造成不可預(yù)期的剎車后果，而且也會(huì)損傷發(fā)動(dòng)機(jī)。與之形成鮮明對(duì)比的是，開關(guān)磁阻式電動(dòng)機(jī)在失去動(dòng)力的時(shí)候?qū)?huì)靠慣性滑行。
除此之外，與電動(dòng)車內(nèi)的永磁鐵電動(dòng)機(jī)一樣，開關(guān)磁阻式電動(dòng)機(jī)制動(dòng)減速過程中也可充當(dāng)發(fā)電機(jī)。基本上，發(fā)電機(jī)將運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為電，而電動(dòng)機(jī)正好相反將電轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)斷電減速時(shí)所發(fā)的電恰好可補(bǔ)充電動(dòng)機(jī)在剎車時(shí)電池所耗費(fèi)的能量具有這么多的優(yōu)勢(shì)，不難想象，更高效的開關(guān)磁阻式電動(dòng)機(jī)很快就將出現(xiàn)。雖然這并不意味著該設(shè)計(jì)可以馬上商業(yè)化，但起碼對(duì)于鏑和釹元素的需求會(huì)有顯著下降，而對(duì)于稀土這一“貴”金屬的依賴逐漸減少或許將有更多的材料替換方案出現(xiàn)在我們的事業(yè)當(dāng)中，對(duì)于新材料以及新技術(shù)的不斷追求能更為切實(shí)的刺激電機(jī)行業(yè)的發(fā)展，如此看來，何不取而代之。
高溫超導(dǎo)電機(jī)或?qū)?ldquo;大行其道”
高溫超導(dǎo)材料在低溫環(huán)境下具有零電阻特性，其載流能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于普通銅導(dǎo)線，采用超導(dǎo)材料的電機(jī)與常規(guī)電機(jī)相比，具有重量輕、體積小、效率高、噪音小、易維護(hù)、操作靈活、單機(jī)極限容量大等優(yōu)點(diǎn)，大容量高溫超導(dǎo)電機(jī)體積和重量分別為常規(guī)電機(jī)的二分之一和三分之一。
高溫超導(dǎo)應(yīng)用技術(shù)是21世紀(jì)重大高新技術(shù)，逐步將高溫超導(dǎo)電機(jī)技術(shù)推廣運(yùn)用到電氣傳動(dòng)和發(fā)電領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)該領(lǐng)域的新變革。高溫超導(dǎo)電機(jī)作為船舶電力推進(jìn)和風(fēng)力發(fā)電的重要研究方向，近年來成為高溫超導(dǎo)應(yīng)用領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，隨著高溫超導(dǎo)材料技術(shù)的不斷發(fā)展，超導(dǎo)電機(jī)技術(shù)在工程化應(yīng)用，都將產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
2012年7月，中國第一臺(tái)兆瓦級(jí)高溫超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)研制成功，中船重工七一二所研制的兆瓦級(jí)高溫超導(dǎo)電機(jī)實(shí)現(xiàn)滿負(fù)載穩(wěn)定運(yùn)行，標(biāo)志著我國首臺(tái)兆瓦級(jí)高溫超導(dǎo)電機(jī)研制成功，成為國際上少數(shù)幾個(gè)掌握高溫超導(dǎo)電機(jī)關(guān)鍵技術(shù)的國家之一。
正常情況下，電子在金屬中運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)發(fā)生能量損耗，即有電阻。而超導(dǎo)狀態(tài)下，電子能毫無羈絆地前行。高溫超導(dǎo)是指材料在某個(gè)相對(duì)較高的臨界溫度，電阻突降至零。
上世紀(jì)80年代，高溫超導(dǎo)技術(shù)取得“零”的突破。此后，美、德等國耗巨資研發(fā)高溫超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)，并在本世紀(jì)初先后研制成功。
鑒于高溫超導(dǎo)電機(jī)的體積只有普通電機(jī)的二分之一，重量只有其三分之一，噪音也小得多。使用高溫超導(dǎo)電機(jī)后，可節(jié)約空間，縮小尺寸，減輕重量，減少油耗，對(duì)于其技術(shù)的掌握以及應(yīng)用，很大程度上來說電機(jī)行業(yè)新材料的應(yīng)用以及電機(jī)設(shè)計(jì)方面都有著重要的意義，如果能將其合理的應(yīng)用于電機(jī)生產(chǎn)過程中，或許今后的電機(jī)不論從體積以及外觀同時(shí)還有性能上都將不可小覷。
自動(dòng)化生產(chǎn)或?qū)⒃跇I(yè)界普及
廉價(jià)勞動(dòng)力一直是中國制造業(yè)賴以高速增長(zhǎng)的基礎(chǔ)，但最新人口普查數(shù)據(jù)顯示，中國“人口紅利窗口”或?qū)⒃谖磥砣觋P(guān)閉，其中勞動(dòng)力的主力軍，年齡在25-34歲的人口將出現(xiàn)較大幅度的下降。
已經(jīng)到來的用工短缺和勞動(dòng)力成本上漲的壓力，使得中國制造業(yè)優(yōu)勢(shì)漸漸消失，而對(duì)于電機(jī)行業(yè)來說，這一勞動(dòng)密集型生產(chǎn)模式所遭受到的人力成本上漲以及用工短缺很大程度上降低了電機(jī)產(chǎn)品的附加值，同時(shí)生產(chǎn)精度無法保證也從另一個(gè)方面制約了電機(jī)產(chǎn)品的價(jià)值量。
面對(duì)這種狀況，工業(yè)自動(dòng)化的應(yīng)用顯得頗為重要。
作為制造大國，中國的制造業(yè)涵蓋領(lǐng)域很廣，對(duì)自動(dòng)化產(chǎn)品的需求是多樣化的。隨著用工成本上升，一些大企業(yè)掀起使用工業(yè)機(jī)器人的風(fēng)潮。公開資料顯示，2009年，比亞迪公司耗資數(shù)億元引進(jìn)了13臺(tái)ABB噴涂機(jī)器人，可全自動(dòng)完成整個(gè)車身的油漆噴涂工作，油漆膜厚誤差控制在2微米以內(nèi)，涂料的用量可減少30%左右。富士康今年開始減少招工，據(jù)說是因?yàn)榇罅渴褂脵C(jī)器人替代人工。富士康董事長(zhǎng)郭臺(tái)銘曾表示，公司將增加生產(chǎn)線上的機(jī)器人數(shù)量以完成簡(jiǎn)單重復(fù)的工作。
目前，工業(yè)機(jī)器機(jī)器人市場(chǎng)發(fā)展廣闊，據(jù)IFR統(tǒng)計(jì)，中國將會(huì)在2014年成為工業(yè)機(jī)器人全球需求量最大的國家。這不僅給民族工業(yè)機(jī)器人企業(yè)帶來機(jī)遇的同時(shí)，也帶來挑戰(zhàn)。誰能夠搶占裝備至高點(diǎn)，誰便能得工業(yè)機(jī)器人天下，借助機(jī)器人的高效率，高精度生產(chǎn)，其運(yùn)用到電機(jī)生產(chǎn)過程中無疑將帶來全新的生產(chǎn)體驗(yàn)。
另一方面，電機(jī)部件以及鑄件的生產(chǎn)過程中越來越多自動(dòng)化因素的滲入也會(huì)很大程度上拉升電機(jī)行業(yè)的生產(chǎn)水平，智能控制機(jī)床以及自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅減少了用工成本，同時(shí)也提高了生產(chǎn)效率。
不難想象，機(jī)器人的加入，智能生產(chǎn)設(shè)備的穩(wěn)固運(yùn)行都將為中小電機(jī)的生產(chǎn)過程帶來全新的變革，對(duì)于生產(chǎn)設(shè)備的更新將成為電機(jī)生產(chǎn)企業(yè)今后追逐的又一熱點(diǎn)，同時(shí)也將成為企業(yè)制勝的一大利器，或許以后談及電機(jī)生產(chǎn)，人們想到的是一臺(tái)臺(tái)忙碌的機(jī)器人裝配工，以及飛速運(yùn)轉(zhuǎn)的智能機(jī)床。
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工控原創(chuàng)
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