做有特色的电机产品 沈建新 浙江大学电气工程学院 /12/22

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1 做有特色的电机产品 沈建新 浙江大学电气工程学院 J_X_Shen@zju.edu.cn， 13516720885 2012/12/22
浙江省电机动力学会2012年会 乌镇，2012/12/21-22 做有特色的电机产品 沈建新 浙江大学电气工程学院 2012/12/22

2 “特色”是产品成败的重要因素之一。

3 一、国内外电机行业现状 1. 概况： 工业自动化、办公自动化、家庭现代化、农业现代化、军事武器装备现代化快速发展。 电机：重要的执行机构或驱动基础元件。对电机的需求不断提高。[1] 我国电机年用电量超过2万亿千瓦时，约占全国用电量的 60%。国外的用电量比重类似。[2] [1] 微特电机行业“十二五”发展展望，施进浩、陈宝。 [2] 靖江市电机行业发展分析研究，黄晓艳。

4 一、国内外电机行业现状 2010年全球微特电机产量超过100亿台。 [1]
我国微特电机产量占全球60%。 [1] 年有2400家企业，85%的年产值少于3000万元。 我国依靠劳动力密集、原材料便宜等优势。这些优势在逐步失去。 日、德、美、瑞士、瑞典、英等国：依靠先进的生产制造设备与经验，以及关键工艺技术。 电机：老行业、大市场、大前景、大作为  新技术 避免在低档次、廉价产品上恶性竞争。 7:3 与 3:7 的对比 国内市场与国外市场的对比

5 一、国内外电机行业现状 2 .国内电机行业 行业概况： 国内电机 行业
原材料 2010年，我国2400家电机制造企业电机总产量为2.2亿千瓦，总产值虽超过600亿元，85%的企业年产值小于3000万元。 2011年上半年，交流电动机产能1.2亿千瓦，比去年同期增长12.5% 行业 概况 国内电机 行业 政策 环境 存在 问题

6 一、国内外电机行业现状 总体产能、销售与利润持续增长 ，但是增长率总体上呈逐年下降趋势。[2] 电机出口呈类似趋势。[1]

7 一、国内外电机行业现状 国内电机 行业 相应能效标准提高 行业 政府财政补贴提高 国家政策环境 各种行业标准的提出 出口政策 人口 资源
概况 国内电机 行业 行业社会 环境 人口 资源 生态 文化 政策 环境 存在 问题 强制性能效标准，于2011年7月1日正式实行，在此规定执行之后，标准效率电机将逐渐退出历史舞台,以后市场销售的只能是高效、超高效、超超高效电机。 国家财政将对购买高效电机的用户，根据电机种类与功率档次进行补贴。

8 一、国内外电机行业现状 国内电机 行业 技术含量低 技术含量相对较低，属于劳动密集型产品，企业的利润较低。 经营理念欠完善
概况 经营理念欠完善 国内电机 行业 对产品的技术、工艺、性能等要求较低，经营理念定位较低 政策 环境 存在 问题 缺乏知名品牌 由于名牌产品少，所以品牌的附加值低，只有通过价格来进行低层次的竞争。

9 一、国内外电机行业现状 几个问题： 原材料大幅涨价严重危害电机企业生产经营和产品出口 其中永磁体材料价格惊人飞涨。
劳动力资源紧缺及成本的上升上升 招工难、留住工人难, 成本增加，由于劳动力的流动性比较大，对电机的质量控制等其他方面也造成了较大的影响。 产品结构不合理，缺乏核心竞争力 大部分产品集中在传统的，标准型的电机。专用的、具有高科技含量的电机产品有，但是占的份额很少。 产能过剩，竞争激烈 品牌知名度低

10 一、国内外电机行业现状 3 .国外电机行业优势 科技创新与新产品开发研究优势 系统化生产优势 生产设备与工艺水平的优势
国外企业电机设计理念先进，采用多种计算机辅助设计与仿真软件。电机产品种类多，设计周期快，专用电机多，国外专用电机与标准电机比例高达7：3。我国不到1：10. 国家知名电机生产公司如西门子、ABB等公司已形成系统化生产模式，电源、变频器/变流器、电机、负载作为一个系统整体进行设计，在不同工厂制造时密切配合、相互协作，系统整体效率高。而我国行业相对比较分散，对于电机应用及其相关领域来说，由于电机、控制系统、被拖动机械（如风机、水泵、压缩机等）三者分别由不同行业企业设计制造，全过程设计、生产环节各自独立完成。因此在性能匹配，整体效率优化上与国外同行业相比差距较大，整体运行效率较低。 国外成熟的制造工艺一方面是由于其硬件设施比较完善，包括先进的制造流程，高精度的加工机床，另一方面是由于国外认真细致的工作态度、明确具体的技术要求、规范化的操作程序。 生产设备与工艺水平的优势 电机质量、精度、效率高

11 二、电机行业的发展趋势 高效 节能 伺服 新能源 交通 高效异步电机 永磁电机 … 高档数控机床 高档家用电器 纺织机械 … 风力发电
核电发电 海洋潮汐能发电 … 交通 轨道交通 电动汽车/混合动力汽车/新能源汽车 高档汽车电机 …

12 二、电机行业的发展趋势 《节能中长期专项规划》（国家发改委2004年）把高效节能电动机列入十一五重点节能推广项目。
《“十一五”十大重点节能工程实施意见》 （国家8部委2006年）将推广高效节能电动机、稀土永磁电动机、高效风机、泵、压缩机、高效传动系统等作为十一五节能工程的主要措施。 12

13 二、电机行业的发展趋势 高效 节能 伺服 新能源 交通 高效异步电机 永磁电机 … 高档数控机床 高档家用电器 纺织机械 … 风力发电
核电发电 海洋潮汐能发电 … 交通 轨道交通 电动汽车/混合动力汽车/新能源汽车 高档汽车电机 … 13

14 二、电机行业的发展趋势 普通空调 变频空调 直流变频空调 180度变频空调 14

15 二、电机行业的发展趋势 高效 节能 伺服 新能源 交通 高效异步电机 永磁电机 … 高档数控机床 高档家用电器 纺织机械 … 风力发电
核电发电 海洋潮汐能发电 … 交通 轨道交通 电动汽车/混合动力汽车/新能源汽车 高档汽车电机 … 15

16 二、电机行业的发展趋势 风力发电 16

17 二、电机行业的发展趋势 高效 节能 伺服 新能源 交通 高效异步电机 永磁电机 … 高档数控机床 高档家用电器 纺织机械 … 风力发电
核电发电 海洋潮汐能发电 … 交通 轨道交通 电动汽车/混合动力汽车/新能源汽车 高档汽车电机 … 17

18 国务院，2012年4月，《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020年）》 工信部，2012年5月，《纯电动乘用车技术条件》。
二、电机行业的发展趋势 1. 高铁 2. EV/HEV/新能源汽车 国务院，2012年4月，《节能与新能源汽车产业发展规划（ 年）》 工信部，2012年5月，《纯电动乘用车技术条件》。 18

19 二、电机行业的发展趋势 针对应用需求，采用新技术，做有特色的电机产品。 高效 节能 伺服 新能源 交通 高效异步电机 永磁电机 …
高档数控机床 高档家用电器 纺织机械 … 伺服 新能源 风力发电 核电发电 海洋潮汐能发电 … 交通 轨道交通 电动汽车/混合动力汽车/新能源汽车 高档汽车电机 … 针对应用需求，采用新技术，做有特色的电机产品。 19

20 二、电机行业的发展趋势 针对应用需求，采用新技术，做有特色的电机产品。 新的设计方法、软件 新的电机结构形式 新的运行控制模式 新的材料
新的生产制造设备 新的生产工艺 20

21 三、做有特色的电机产品 电机发展方向 [3][4] 把握电机发展方向，率先研发，就能做出有特色的产品。 （1）无刷化 （2）直驱化
（3）极速化 （4）调速化 （5）小型、微型化 （6）伺服化 （7）机电一体化 （8）智能化 （1）直流无刷化 （2）电机直驱化 （3）调速变频化 （4）控制智能化 （5）高效节能 （6）高可靠性 （7）以电机为主体的系统不断发生变革 [3] 现代电机发展方向与关键技术，2010年中国小电机技术研讨会。 [4] 微特电机技术研究及发展趋势，2010年中国小电机技术研讨会。 把握电机发展方向，率先研发，就能做出有特色的产品。

22 三、做有特色的电机产品 1. 无刷化 EPS电机 TRW 22

23 三、做有特色的电机产品 1. 无刷化 EPS电机 LG 23 Bracket Ass’y Rotor Ass’y Drive Magnet
Ball Bearing Drive Magnet Stator Core Rotor Ass’y Stator Ass’y Bracket Ass’y LG 23

24 三、做有特色的电机产品 1. 无刷化 EPS电机 DENSO EPS电机：无刷化、伺服化、高可靠、高效节能 24

25 三、做有特色的电机产品 2. 直驱化（旋转运动） 35r/min 3400Nm 12.5kW 7000Nm max.
高效节能：综合节电达54%。 调节方便。 8极50kW异步电机 25

26 三、做有特色的电机产品 2. 直驱化（直线运动） 26

27 三、做有特色的电机产品 2. 直驱化（直线伺服） 美国科尔摩根（Kollmorgen） 21至450 N 连续力
平滑运动，速度可低至每秒1 micron 27

28 三、做有特色的电机产品 3. 极速化：极高速或极低速 高速空气压缩机 电机3kW，100kr/min IMRA-UKRC 28

29 三、做有特色的电机产品 3. 极速化：极高速或极低速 空调高速压缩机： 15kW，60kr/min。 压缩机减重68%，体积亦大大减小。
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30 三、做有特色的电机产品 3. 极速化：极高速或极低速 极速化往往是与直驱化关联的。 全天候智能视频影像系统 监视目标范围10km 云台电机
预置目标速度：水平250º/秒、垂直200º/秒 控制速度：水平0.1º-150º/秒,垂直0.1º-80º/秒 转动须平稳 极速化往往是与直驱化关联的。 30

31 三、做有特色的电机产品 4. 调速化与智能化 屏蔽泵电机: A+能效指标
With AUTOADAPT, the pump constantly analyses the system it’s in and learns from it. • Taking variable speed control to the next level • Making sure the pump fits the system – all by itself • Achieving perfect comfort with minimal energy consumption 格兰富ALPHA2 31

32 三、做有特色的电机产品 5. 小型、微型化 航模电机 Scorpion Power System 天蝎星电机 12个系列的电机
3个系列的电机控制器 HK KV 定子铁心外径45mm 定子铁心叠厚35mm 连续功率6.5kW 峰值功率13kW（2s） 500US$ 32

33 三、做有特色的电机产品 5. 小型、微型化 航模电机 Scorpion Power System 天蝎星电机 12个系列的电机组件
SII-2205 定子铁心外径22mm 定子铁心叠厚5mm 连续功率110W 50US$（整机55US$） 33

34 三、做有特色的电机产品 电机 6. 机电一体化  做系统级产品 汽车发动机的涡轮增压器，转速可达100kr/min以上。 机械式。 34

35 三、做有特色的电机产品 6. 机电一体化  做系统级产品 电辅助涡轮增压器： 电机3kW，120kr/min。 机电一体化
6. 机电一体化  做系统级产品 电辅助涡轮增压器： 电机3kW，120kr/min。 机电一体化 电动与发电双向能量 流动的电子控制器。 发动机尾气能量回收 --国家973计划项目 IMRA-UKRC 35

36 三、做有特色的电机产品 7. 适应极端环境 电机极端环境：高温、低温、强冲击振动、强辐射，等等。
EAT电机须耐高温，尾气入口处温度达180℃以上。 良好的散热条件！ 良好的轴承润滑系统！ IMRA-UKRC 36

37 三、做有特色的电机产品 7. 适应极端环境 电机极端环境：高温、低温、强冲击振动、强辐射，等等。 Capstone 30kW微型燃气轮发电机
可以使用沼气、生物质气等多种燃料。 低排放。 国内售价65万元RMB。 37

38 三、做有特色的电机产品 7. 适应极端环境 Capstone 30kW微型燃气轮发电机： 核心机 + 电控装置 机电一体化产品
电机需要承受高温环境 38

39 三、做有特色的电机产品 7. 适应极端环境 电机极端环境：高温、低温、强冲击振动、强辐射，等等。
IMRA-UKRC 月球车、火星车电机须承受大范围的高、低温循环，以及强辐照，强振动。 39

40 三、做有特色的电机产品 8. 降低成本 依靠科技降低成本。不靠偷工减料。 电机，成本15万元，售价15万元。 抽油机整机，利润好。电机压价。
机电一体化重要性 40

41 三、做有特色的电机产品 8. 降低成本 依靠科技降低成本。不靠偷工减料。 原因分析与采取的措施：
（1）电机所需转矩3400Nm，实际能力超过5000Nm。控制器不合适，无法发挥电机的能力。 重新开发控制器，电机只需3400Nm。 电机减小，材料少，轴承小。 （2）大量永磁体、铜线、铁心产生小量转矩。(端面：材料成本2:3，转矩1:3)  去掉端面永磁与电枢。 41

42 三、做有特色的电机产品 8. 降低成本 依靠科技降低成本。不靠偷工减料。 原因分析与采取的措施：
（3）结构件设计不甚合理、材料选择不甚合理。 例如： 机壳太厚、轴太粗  强度分析后减小 机壳、端盖用Q235钢熔炼（为了导磁）  ZG 轴用Q235钢熔炼、锻造  45#钢管 减少材料用量、用低成本材料代替高成本材料，须有科学依据。 42

43 三、做有特色的电机产品 8. 降低成本 依靠科技降低成本。不靠偷工减料。 重新设计情况： 电机外径：1100mm  800mm
永磁体：1.7万元  0.87万元，降低0.83万元 漆包线： 0.9万元  0.54万元，降低0.36万元 硅钢片： 0.8万元  0.43万元，降低0.37万元 轴： 0.9万元  0.4万元， 降低0.5万元 机壳、端盖、机架、轴承等， 降低0.6万元 总共降低成本约2.7万元，利润 0  22%。 电磁设计 机械设计 电子设计 工艺设计 43

44 三、做有特色的电机产品 新的设计方法、软件 解决关键技术 新的电机结构形式 新的运行控制模式 新的材料 新的生产制造设备 新的生产工艺
电机的开发能力 电机制造过程中的精密加工能力 电机生产工艺 把握电机发展方向，科技引领。 避免恶性、无序竞争。 发挥政府、行业协会、学会的引导作用 产、学、研、用结合 加强人才培养 (1)发挥政府的引导作用 组织协调行业专家，开展电机行业研讨会，加强与高校合作，及时了解国内外电机行业的发展状况与最新的发展趋势，研讨技术发展方向、新技术推广、技术培训。反映企业要求，做好产业政策制订。 (2)产学研结合 依托微特电机国家行业基地，加强政府部门、产、学、研等方面的结合。加速自主创新和科研成果产业化步伐。进行电机行业产业升级，形成电机及其专用设备、零部件和材料完整的具有国际水平的产业结构。 (3)人才培养 建议靖江电机行业协会与相关大学或学校建立联系，根据企业和行业的发展需要，共同办好电机专业进修班，为微特电机行业和制造企业培养专门人才。 政策引导

45 浙江大学电机学科期望与广大企业开展全方位合作。

46 谢 谢！ 46