永磁無(wú)刷電機(jī)目前是微特電機(jī)的發(fā)展主流

　　永磁無(wú)刷電機(jī)是永磁無(wú)刷直流電機(jī)、永磁無(wú)刷交流同步電機(jī)、永磁無(wú)刷直線(xiàn)電機(jī)和永磁無(wú)刷力矩電機(jī)的總稱(chēng)。面對(duì)能源緊張、環(huán)境污染和機(jī)器人的快速發(fā)展，21世紀(jì)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(diǎn)的微特電機(jī)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(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，永磁無(wú)刷電機(jī)具有上述特點(diǎn)，因此它已是目前微特電機(jī)的發(fā)展主流。

　　永磁無(wú)刷電機(jī)迅速發(fā)展的原因
　　技術(shù)進(jìn)步推動(dòng)永磁無(wú)刷電機(jī)的發(fā)展
　　面向21世紀(jì)，滿(mǎn)足與地球環(huán)境共存、與網(wǎng)絡(luò)結(jié)合、機(jī)器人要求的微特電機(jī)將得到更快發(fā)展，并將構(gòu)筑起“微特電機(jī)的新時(shí)代”。與地球環(huán)境共存要求電機(jī)高效節(jié)能、高出力省材料、靜音舒適、無(wú)害無(wú)污染等。與網(wǎng)絡(luò)結(jié)合要求電機(jī)小型化、片狀化、高速(High Speed)化、輕量化、高精度、高性能等。機(jī)器人用電機(jī)要求高出力、低慣量、低速大力矩、智能化等。為了滿(mǎn)足上述要求，國(guó)外微特電機(jī)制造公司，尤其是主要制造商，十分重視永磁無(wú)刷電機(jī)和驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)的研究、開(kāi)發(fā)。電機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，合理選擇參數(shù)，減少力矩脈動(dòng)和噪音，擴(kuò)大調(diào)速范圍；多極集中繞組，減少繞組端部長(zhǎng)度，拼塊式或鉸鏈?zhǔn)诫姌袥_片提高槽滿(mǎn)率，高效率高性能驅(qū)動(dòng)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(kāi)發(fā)使永磁無(wú)刷電機(jī)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(diǎn)，也使永磁無(wú)刷電機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展和成熟。

　　市場(chǎng)(Rialto)拉動(dòng)加速永磁無(wú)刷電機(jī)的發(fā)展
　　永磁無(wú)刷電機(jī)已得到廣泛應(yīng)用，并將進(jìn)一步拓寬使用領(lǐng)域，需求量的增加，有力地拉動(dòng)了永磁無(wú)刷電機(jī)的發(fā)展。

　　網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域使用的微特電機(jī)數(shù)量約占整個(gè)微特電機(jī)的38%，HDD主軸電機(jī)、打印機(jī)主軸電機(jī)、復(fù)印機(jī)主軸電機(jī)、計(jì)算機(jī)風(fēng)機(jī)、高檔DVD主軸電機(jī)都是采用永磁無(wú)刷電機(jī)，而且是精密永磁無(wú)刷電機(jī)，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(lèi)永磁無(wú)刷電機(jī)）、整片電樞沖片、多極集中繞組、外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。手機(jī)用的振動(dòng)電機(jī)，不論是圓柱形還是鈕扣式振動(dòng)電機(jī)絕大部分還是采用有刷直流電機(jī)，但也有無(wú)刷振動(dòng)電機(jī)，目前沒(méi)有得到廣泛使用。

　　家電領(lǐng)域使用的電機(jī)約占整個(gè)微特電機(jī)的15%。空調(diào)器、洗衣機(jī)、電冰箱等主要家電最早使用單相異步電動(dòng)機(jī)，但效率低、利用率低。為了節(jié)能，90年代初家電開(kāi)始采用變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)。目前日本90%以上的空調(diào)器采用永磁無(wú)刷直流電機(jī)，替代異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速。我國(guó)空調(diào)器制造廠(chǎng)也開(kāi)始采用永磁無(wú)刷直流電機(jī)，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(dòng)機(jī)的體積和重量為100%，則永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)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(jī)永磁體采用燒結(jié)釹鐵硼，電樞沖片采用拼塊式或鉸鏈?zhǔn)剑�多極集中繞組，根據(jù)用戶(hù)使用要求電機(jī)可做成外轉(zhuǎn)子或內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。空調(diào)器、洗衣機(jī)、電冰箱等為主的家電領(lǐng)域?qū)⒃絹?lái)越多地采用永磁無(wú)刷電機(jī)。

　　電動(dòng)車(chē)用的微特電機(jī)約占整個(gè)微特電機(jī)的17%。2004年我國(guó)生產(chǎn)電動(dòng)自行車(chē)675.71萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)69.05%，其驅(qū)動(dòng)電機(jī)大部份采用有刷直流電機(jī)。但由于直流有刷電機(jī)有壽命短，維修難的缺點(diǎn)，隨著永磁無(wú)刷直流電機(jī)價(jià)格的下降及控制器可靠性的提高，采用永磁無(wú)刷電機(jī)越來(lái)越多。由于能源緊張和環(huán)境污染日益加強(qiáng)，電動(dòng)汽車(chē)顯示出強(qiáng)勁的生命力，被汽車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)和消費(fèi)者普遍看好。有資料顯示，到2010年，電動(dòng)汽車(chē)將占全球汽車(chē)需求量的四分之一，總量將達(dá)到2000萬(wàn)輛。

　　美國(guó)通用、日本豐田(TOYOTA)、法國(guó)雪鐵龍等大汽車(chē)公司都將電動(dòng)汽車(chē)作為發(fā)展方向。我國(guó)也高度重視，電動(dòng)汽車(chē)已經(jīng)被科技部列為“十五”期間國(guó)家重大攻關(guān)項(xiàng)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(chē)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)電機(jī)有有刷直流電機(jī)和永磁無(wú)刷電機(jī)，電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)有有刷直流電機(jī)、變頻異步電機(jī)和永磁無(wú)刷電機(jī)，但它們的發(fā)展趨勢(shì)都是永磁無(wú)刷電機(jī)，尤其是日本汽車(chē)制造商都采用永磁無(wú)刷電機(jī)。凡是電動(dòng)車(chē)中涉及安全等重要系統(tǒng)中用的電機(jī)采用永磁無(wú)刷電機(jī)替代有刷直流電機(jī)將是一個(gè)趨勢(shì)。電機(jī)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(jī)結(jié)構(gòu)有外轉(zhuǎn)子和內(nèi)轉(zhuǎn)子兩種。至于汽車(chē)中用的一般電機(jī)目前仍然是有刷直流電機(jī)為主。

　　工業(yè)領(lǐng)域中各類(lèi)加工機(jī)械設(shè)備、IC設(shè)備、電梯等伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，最初用的是有刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。70年代后，變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)不斷替代有刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，因?yàn)樽冾l調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)的性?xún)r(jià)比優(yōu)于有刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、干擾小、維護(hù)少、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。由于永磁無(wú)刷電機(jī)具有比異步電動(dòng)機(jī)體積更小，重量更輕，效率更高等優(yōu)點(diǎn)，中小功率異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)正在逐步被永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)取代，如日本富士公司有0.4-300kW無(wú)刷電機(jī)系列。目前精密加工機(jī)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(dòng)機(jī)伺服控制系統(tǒng)，一般工業(yè)機(jī)械采用永磁無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。電機(jī)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(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)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(diǎn)，又容易實(shí)現(xiàn)減速直接驅(qū)動(dòng)，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(dòng)機(jī)調(diào)速和異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速，適合在無(wú)機(jī)旁電梯中使用，因此永磁無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)得到各大電梯公司的青睞。

　　高速(High Speed)高精度加工機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)，目前主要還是用傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)加精密高速(High Speed)滾珠絲桿結(jié)構(gòu)。上世紀(jì)九十年代初開(kāi)始應(yīng)用直線(xiàn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，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(dá)10g，剛度提高7倍等一系列優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)然直線(xiàn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)也存在一些缺點(diǎn)和問(wèn)題，如控制難度大、磁干擾、成本較高等，但是總的發(fā)展趨勢(shì)是直線(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)占比重會(huì)越來(lái)越大，很有可能將來(lái)成為機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)的主體。由于永磁無(wú)刷同步式直線(xiàn)伺服電機(jī)具有效率高，推力密度大，可控性好等優(yōu)點(diǎn)，盡管其對(duì)隔磁防塵要求高和裝配較困難，但現(xiàn)在已成為機(jī)床用直線(xiàn)電機(jī)的主流。
其他領(lǐng)域包括武器裝備、機(jī)器人、宇航等用微特電機(jī)。這些使用領(lǐng)域選用各類(lèi)電機(jī)，品種規(guī)格繁多，如美國(guó)軍用微特電機(jī)有5000多個(gè)品種，年生產(chǎn)量只有300萬(wàn)臺(tái)。

　　隨著機(jī)器人、宇航事業(yè)的發(fā)展，對(duì)微特電機(jī)的需求量將增加，要求也將提高。這些領(lǐng)域的伺服驅(qū)動(dòng)類(lèi)電機(jī)也向永磁無(wú)刷電機(jī)發(fā)展，如美國(guó)研制和生產(chǎn)軍用、宇航用微特電機(jī)骨干單位科爾摩根(Morgan)公司，有兩個(gè)永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)系列，M系列有5個(gè)機(jī)座號(hào)，47個(gè)品種，功率從0.54kW-15.7kW，轉(zhuǎn)速?gòu)?00r/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(gè)機(jī)座號(hào)，24個(gè)品種，功率從0.231kW-6.7kW，轉(zhuǎn)速?gòu)?500r/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(dòng)慣量更小，接線(xiàn)插頭可旋轉(zhuǎn)，進(jìn)一步提高了武器裝備的快速性、小型化、可靠性和可維性，滿(mǎn)足了武器裝備伺服控制系統(tǒng)要求，廣泛用于雷達(dá)、宇航等領(lǐng)域。美國(guó)已將永磁無(wú)刷電機(jī)用于裝甲車(chē)作為驅(qū)動(dòng)源，代替有刷直流電機(jī)，提高了裝甲車(chē)性能。德國(guó)西門(mén)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(wú)刷電機(jī)已經(jīng)使用在豪華(Regal)游輪、破冰船、工程船等吊艙式推進(jìn)器，現(xiàn)正在推廣到潛艇，替代有刷直流電動(dòng)機(jī)，提高潛艇性能。

　　相關(guān)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步為永磁無(wú)刷電機(jī)發(fā)展提供了基礎(chǔ)
　　永磁無(wú)刷電機(jī)是集新型永磁材料、電力電子、集成電路、計(jì)算機(jī)及電機(jī)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(wú)刷電機(jī)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(wú)刷電機(jī)提供高剩磁感應(yīng)強(qiáng)度、高矯頑力、高磁能積的永磁體，其溫度系數(shù)大，居里點(diǎn)低，容易氧化生銹的不足，得到不斷的改進(jìn)提高，現(xiàn)釹鐵硼永磁材料最高的工作溫度可達(dá)180℃，一般也可達(dá)到150℃，通過(guò)涂覆處理解決氧化生銹問(wèn)題。永磁無(wú)刷電機(jī)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(dá)到2.3萬(wàn)噸，我國(guó)生產(chǎn)1.4萬(wàn)噸，預(yù)計(jì)2010年全球產(chǎn)量將達(dá)到9萬(wàn)噸，我國(guó)生產(chǎn)5萬(wàn)噸。

　　隨著電力電子技術(shù)和產(chǎn)品換代更新，半導(dǎo)體開(kāi)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(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)已有不少電機(jī)專(zhuān)用集成塊，近幾年出現(xiàn)了專(zhuān)門(mén)用于電機(jī)控制的高性能、低價(jià)位的數(shù)字信號(hào)處理器DSP。集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展對(duì)永磁無(wú)刷電機(jī)控制技術(shù)起到有力的推動(dòng)作用，為永磁無(wú)刷電機(jī)的發(fā)展提供了基礎(chǔ)。

　　我國(guó)應(yīng)重視永磁無(wú)刷電機(jī)的研究、開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化
　　我國(guó)改革開(kāi)放后，經(jīng)濟(jì)得到了迅速發(fā)展，但是，我國(guó)每生產(chǎn)價(jià)值一萬(wàn)美元的商品，消耗的原材料是日本的7倍，美國(guó)的6倍，甚至比印度還高2倍。2004年我國(guó)對(duì)世界(Mondi)經(jīng)濟(jì)的總貢獻(xiàn)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(guó)已經(jīng)成為世界(Mondi)第二大能源消費(fèi)國(guó)，能源消費(fèi)約占世界(Mondi)的11%，石油對(duì)外依存度已超過(guò)40%，預(yù)計(jì)到2010年將達(dá)到57%。

　　為了落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀(guān)，黨的十六屆五中全會(huì)通過(guò)的《中共中央關(guān)于制定國(guó)民(National)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃的建議》提出了“十一五”期末單位國(guó)內(nèi)總產(chǎn)值能源消耗降低20％左右的目標(biāo)。為了建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，國(guó)家發(fā)改委編制的中期能源節(jié)約規(guī)劃中將永磁電機(jī)作為節(jié)能推廣產(chǎn)品（電力的60%左右消耗在電機(jī)上）。因此我們應(yīng)該積極加速各類(lèi)永磁無(wú)刷電機(jī)的研究、開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。

　　我國(guó)是稀土材料儲(chǔ)藏大國(guó)，鄧小平同志南巡講話(huà)時(shí)指出“中東有石油，我國(guó)有稀土”，江澤民同志視察包頭時(shí)題詞“搞好稀土開(kāi)發(fā)應(yīng)用，把資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)”。我們理應(yīng)加強(qiáng)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(jià)出售的局面，將豐富的資源變成高科技產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)科學(xué)發(fā)展觀(guān)。

　　我國(guó)除有稀土永磁材料豐富的優(yōu)勢(shì)外，還有永磁無(wú)刷電機(jī)人才資源，政府應(yīng)制定相應(yīng)的優(yōu)惠政策，實(shí)現(xiàn)政府推動(dòng)下的產(chǎn)學(xué)研的聯(lián)合，充分發(fā)揮各方面人才優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行聯(lián)合開(kāi)發(fā)、聯(lián)合攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，一定能趕上世界(Mondi)永磁無(wú)刷電機(jī)先進(jìn)技術(shù)水平，打造出有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的各類(lèi)永磁無(wú)刷電機(jī)品牌。

　　我國(guó)使用的精密永磁交流伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)絕大部份依賴(lài)進(jìn)口，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)每年進(jìn)口費(fèi)用2億美元左右，我們有責(zé)任迅速實(shí)現(xiàn)各類(lèi)永磁無(wú)刷電機(jī)產(chǎn)業(yè)化，形成真正的商品，替代進(jìn)口，改變依賴(lài)進(jìn)口的局面，使我國(guó)不僅是微特電機(jī)生產(chǎn)大國(guó)，還要成為微特電機(jī)技術(shù)強(qiáng)國(guó)。