稀土永磁电机发展现状与市场预测

1、稀土永磁电机发展现状与市场预测 来源： :/ jdzj 机电之家·机电行业电子商务平台！来源：机电论文 | 类别：技术 | 时间：2006-12-13 20:13:20 来源： :/ jdzj 机电之家·机电行业电子商务平台！众所周知，电机是以磁场为媒介进行电能与机械能相互转换的电力机械。磁场可以由电流励磁产生，也可以由永磁体产生。但一般的永磁体,由于磁能密度低，因而所建立的能量转换所必需的气隙磁场强度也较低，所以只能制造一些容量小的永磁电机，如目前大量生产的铁氧体永磁电机。高性能稀土永磁材料，特别是钕铁硼永磁问世后，情况发生了重大变化。高性能钕铁硼磁体产生的磁场，不仅可以

2、达到电流励磁所产生的磁场强度，而且还远远超过电流励磁，因而可以制造出数千kW的大中型电机。高性能稀土永磁电机是许多新技术、高技术产业的基础。它与电力电子技术和微电子控制技术相结合，可以制造出各种性能优异的机电一体化产品，如数控机床，加工中心，柔性生产线，机器人，电动车，高性能家用电器，计算机等等。稀土永磁电机最显著的性能特点是轻型化、高性能化、高效节能。采用稀土永磁体可以明显减轻电机重量，缩小体积。例如10kW发电机，常规发电机重量为220kg，而永磁发电机重量仅为92kg，相当于常规发电机重量的45.8。又如计算机磁盘驱动器，上个世纪60年代采用铁氧体，尺寸为14in，而采用钕铁硼后只有3.

3、5in，现在己达到2.5in。再如，德国制成的六相变频电源供电的1095kW、230rmin稀土永磁电动机，用于舰船的推进，与过去使用的直流电动机相比，体积减少60左右，总损耗降低20左右，而且省去了电刷和换向器，维护方便。荷兰菲利蒲公司以70W微电机作过比较，稀土永磁电机体积为电流励磁电机的1/4，为铁氧体励磁电机的1/2。总之，稀土永磁电机轻型化，是个非常明显的特点。高性能化也是稀土永磁电机的突出优点，有些性能是传统标准电机所不能及的。例如，数控机床用稀土永磁伺服电机，调速比高达1：10000。稀土永磁电机可以实现精密控制驱动，转速控制精度可达到0.1，在机械特性方面，稀土永磁电机可以实现

4、低速大转矩运行，可在负载转矩下直接起动。此外，稀土永磁电机还具有运行精度高（如计算机硬盘驱动器的摆动电机端面与磁盘之间的跳动量要求达到0.10.3）、运行噪声小、平稳性好、过载能力大等特点。稀土永磁电机又是一种高效节能产品，平均节电率高达10以上，专用稀土永磁电机可高达15%20。美国GM公司研制的钕铁硼永磁起动电机，与老式串激直流起动电机相比，不仅重量由原来的6.21kg降低到4.2kg，体积减少了13，而且效率提高了45%。在水泵、风机、压缩机需要无级变频调速的场合，异步变频调速可节电25左右，而永磁变频调速节电率高达30以上。 一、 稀土永磁电机目前情况1.稀土高效节能电动机1983年，

5、日本住友特殊金属公司和美国通用汽车公司各自研制成功钕铁硼(NdFeB)永磁，由于磁性能高于其他永磁材料，价格又低于钐钴永磁材料，国内外研究、开发重点从军用转向工业和民用电机上。1990年西北工业大学与闽东电机厂合作，开发生产0.8kW纺织用同步电动机，效率提高5，节电率10，并己形成年产3万台生产能力，但由于纺织业缺少设备改造资金，织布机改造放慢，年产只有400500台。“九五”期间，协作网重点开发推广油田抽油机电机，节电率高达1520，已在油田应用，效果良好。全国已有闽东电机公司、永济电机厂、株洲电机厂、大庆永磁电机制造公司、博通电机厂、延安电机厂、瑞安电机厂、江苏大中电机公司、沈阳博远电机

6、公司、大安市稀土永磁电机公司组织生产，年生产能力已超过10000台，预计2002年生产5000台，150000kW。钕铁硼用量约45吨。沈阳工业大学与首钢合作，改造300kW电机，节电率达7.2%，所需投资1年内即可收回。现己形成小批量生产条件。沈阳工业大学与沈阳电机厂合作研制出目前国内容量最大的1120kW稀土永磁同步电动机，正在安排使用单位，进行运行试验。2.电动自行车电机目前已在翔宇电器公司、卧龙电器公司、凯杰电器公司等工厂生产，年产量约35万台，5.25万kW，年需永磁材料约129吨，自行车产值7亿元。2003年16月份生产12万台。电动自行车己在全国主要城市建立起销售网点，深受消费者

7、欢迎。3.数控机床用伺服电机数控机床用伺服电机，市场潜力很大，据有关部门统计，2001年从国外进口数控机床、加工中心24亿美元，伺服电机是数控机床关键配套产品。目前生产的单位有兰州电机厂、华中理工大学新型电机厂等，年产量约6200台，需永磁材料4.3吨。4.微特电机微特电机应用领域非常广泛，据1998年统计，微电机行业生产企业为420家，职工人数5万人，大部分企业都生产稀土永磁微特电机，但每个工厂生产的品种、数量却不多。目前生产批量较大的企业有双环全新机电公司、威龙公司、万宝至公司、博山电机厂、西安微电机研究所、长安永磁电机开发公司、21所、兰州电机厂、天丰电器公司、北京微电机总厂、其主要是空

8、心杯电机、步进电机等。年总产量约2500万台，使用永磁材料13.75吨。5.纺织及化纤设备配套电机纺织机械及化纤设备对配套电机除节能的要求外，还要高性能，如高调速精度。因此传统标准电机，难以满足要求。目前主要生产单位有渭南纺织机械厂、浙江调速电机厂、闽东电机厂、曙光电机厂，年产量约1万台，0.5万kW，产值1000万元，永磁材料用量6吨。表1 据不完全统计主要生产厂年生产情况序号 名 称 台数(台) 瓦数(万kW) 产值 (万元) 永磁材料(吨) 1 高效电机 5000 15 7500 45 2 电动自行车 350000 5.25 70000 129 3 伺服电机 6200 0.62 5000

9、 4.3 4 微特电机 25000000 9937 13.75 5 纺织及化纤设备电机 10000 0.5 1000 6 合计 25371200 21.37 93437 198.05 “九五”期间永磁电机的发展很不平衡，有进有退。其中抽油机用稀土永磁同步电机，发展迅速，现己形成年产1万台以上的生产能力，在油田运行情况良好，取得明显技术经济效益。电动自行车发展也很迅速，深受使用者欢迎。现在己在全国各主要城市建立起生产、销售、维修网点。稀土微特电机发展极为迅速，特别是空心杯电机，产量大幅度增长，价格却成倍下降。但在摩托车起动电机方面，由于竞争激烈，三角债等方面原因，铁氧体励磁占据上风，博山电机厂、

10、曙光电机厂形成的40万台生产能力，不得不停止生产。0.8kW纺织专用电机，由于纺织行业不景气，国家强制淘汰部分纺织设备，限制纺织品产量，企业无力投资更换电机，形成闽东电机等厂形成的3万台年生产能力，不能发挥作用，每年只生产几百台产品。“九五”期间稀土永磁电机开发应用的几个特点：1.从主要在试验室开发研制向科研与产业化相结合的方向发展，如油田用抽油机专用电机，电动自行车等。2.以仿制为主向自行设计、自主创新方向发展，如“九五”期间开发的超高效电机、医疗机械用无刷直流电机、化纤设备用高牵入能力同步电机、高防护性钕铁硼电镀技术等，都拥有自己的知识产权。3.从以产品研制为主，向产品研制、工艺及装备开发

11、、标准、试验方法规范化方向发展，形成成套技术。4.从小型电机向大型电机发展，向超微型电机发展，国内最大容量的稀土永磁同步电机为1120kW，空心杯电机外径为4mm。国外微型电机为0.8mm，长1.2mm。二、稀土永磁电机技术发展趋势1. 向高效节能方向发展高效是指满载时效率高，节能是指综合节能效果。如效率相同，但使用对象不同，节电效果也不同。一般的稀土永磁同步电机，平均节电率高达10，某些专用稀土永磁同步电机，如油田抽油机用电机，节电率高达1520。电机节能是一项系统工程，应该从各个方面寻求降低电能消耗的方法。系统输入功率包括配电电源、电动机的控制、电动机本身、电动机与负载的连接以及最终被驱动

12、的负载匹配。例如，根据国家统计局1989年统计，全国各类泵类、风机约有3700多万台，总配套装机容量1.1亿kW，每年耗电量占全国用电量的13。国际先进水平是：风机、水泵本身运行效率一般在85以上，系统运行效率是80左右。而目前我国国产设备的本体设计效率为75，系统运行效率不到30，电源浪费十分严重。这种状况目前并未改变。电动机的节能分两个方面。一方面是改革异步电动机的结构，提高效率和其他性能，异步电动机以其结构简单、价格便宜、适应各种工况条件等优点被广泛应用于工业生产各个领域。其次是发展永磁同步电动机，可以取得更高的节电效果。国外提高电动机效率的主要途径，是通过对异步电动机的优化设计，增加铜

13、、铝、电工钢板等有效材料用量，降低绕组损耗和铁耗；采用较好的磁性材料和工艺，以降低铁耗：合理设计通风结构和选用高性能轴承，降低机械损耗；通过改进设计和工艺，降低杂散损耗，国外己开发出高效异步电机。美国1992年美国前总统布什签署批准了能源政策法。按照该法令，自1997年10月24日以后，美国大部分一般效率的电动机不再生产，而只允许生产高效率的电动机。并提出将电动机推至极限，于2007年生产超高效电动机。据有关资料介绍，160M-4 11kW电机，Y系列效率为88，高效电机为91.8，超高效电机92.4，沈阳工业大学开发的超高效稀土永磁电机为94.7。欧美等工业发达国家，提高电动机效率重点放在异

14、步电动机上，英国三相异步电动机的用电量占电动机总用电量的86。美国和欧盟在37kW以下的电动机台数占总装机台数的95，所以把节能重点放在异步电动机上是理所当然的。根据我国国情，高性能的稀土永磁材料已实现产业化，钕铁硼的产量现已居世界第一位，钕铁硼的价格也趋向合理。计算结果统计资料表明，中小型永磁同步电动机的效率可提高5，节电率10，某些专用永磁同步电机节电达1520。所以发展永磁同步电动机是新世纪电机工业技术发展趋势之一。2.向机电一体化方向发展要提升传统机电产品的水平，必须紧紧抓住机电一体化这个环节。实现机电一体化的基础，是发展各种机电一体化需用的各种高性能稀土永磁电机，如数控机床用伺服电机

15、，计算机用VCM音圈电机。一台60把刀加工中心，要配备30台伺服电机。变频调速稀土永磁同步电机和无刷直流电机是机电一体化的基础。3.向高性能方向发展现代化装备向电机工业提出各种各样的高性能要求，如军事装备要求提供给各种高性能信号电机，移动电站，自动化装备用伺服系统及电机，航空航天用高性能、高可靠性永磁电机，化纤设备用高调速精度变频调速同步电动机，数控机床、加工中心、机器人用高调速比稀土永磁伺服电机，计算机用高精度摆动电机及主轴电机等等。 4.向专用电机方向发展电机所驱动的负载千变万化，如全部采用通用型电动机，在某些情况下，技术经济很不合理。因此国外大力发展专用电机，专用电机约占总产量的80，通

16、用电机占20。而我国恰恰相反，专用电机只占20，通用型电机占80。专用电机是根据不同负载特性专门没计的，如油田用抽油机专用稀土永磁电机，节电率高达20。这方面的节能潜力很大。电机工作者不仅要研究电机本身，更应当研究所驱动负载的特性，设计出性能先进、运行可靠、价格合理的稀土永磁电机产品。5.向轻型化方向发展航空航天产品，电动车辆、数控机床、计算机、视听产品、医疗器械、便携式光机电一体化产品等，都对电机提出体积小、重量轻的严格要求。有些还对产品形状提出要求，如信息产品提出扁平化，世界上最小的电机已达到0.8mm,102mm,用于医疗检测。三、稀土永磁电机发展及产业化设想根据全面建设小康社会的要求，

17、节约能源是一件大事，特别是石油、电力能源尤为重要。1、发展稀土永磁电动机工业生产离不开电动机。目前正在服役的中小型电动机总安装容量约为3亿kW，耗电量约占总发电量60。我国2001年发电量为14780亿kW·h，电动机用电量为8868亿kW·h。在电动机中实现节能，将节约大量能源。电动机节能有两个方面：一方面是减少电动机本身的损耗，提高效率，生产出高效节能电动机，另一方面是改善电动机的运行条件，从提高电动机负载率和通过电动机的调速使系统始终维持在较高的效率等方面着手提高整体系统运行效率。在提高电动机本身效率方面，通过优化设计，合理的增加导体材料，选用并增加高性能硅钢片，提高

18、异步电动机的效率，是国内外电机技术发展方向之一。美国等西方国家重点开发的高效电动机，我国也开发出YX高效电动机，皆属于此类产品。稀土永磁同步电动机，是在异步电动机转子内部安装永磁体以代替异步电动机定子绕组中励磁电流所提供的磁场，制成具有自起动能力的永磁同步电动机。永磁同步电动机在节能方面，有更多更优越的特点。我国自主开发的稀土永磁同步电动机，在稳定运行时转子上没有转子电阻损耗，可以减少总损耗的20%30，因而效率提高2到4个百分点。其次，由于永磁电机的磁场由永磁体产生，不需定子中的无功励磁电流，因此通过合理设计，可以使电机的功率因数很高(可达到0.95-1)，这样便可使电机的定子绕圈中电流显著

19、降低，绕组铜耗明显减小，从而提高了电机的效率。通过以上分析可以看出，永磁同步电动机比异步电动机有明显的优势，美国所谓的超高效电机，宣称把电机的效率推向极限，不管采取何种措施，都不能做到没有转子电阻损耗及励磁电流的电阻损耗。因此在小型电机中，永磁电机总比异步电动机（包括高效电机）效率高2至3个百分点。各种电动机的额定功率效率比较曲线见图1，其中包括传统标准电机、高效节能电机、超高效电机、稀土永磁同步电机、稀土永磁超高效电机、无刷直流电机。从图1可知，电机的功率等级越小，电机的效率越低，如0.18kW的传统标准电机，额定效率只有55。反之，电机功率等级越大，效率越高，如Y系列200L-4 30kW

20、传统标准电机，额定效率为92.2，永磁同步电机为93.65。采用高效电机，在节能效果方面，功率等级越小，节能效果越显著。各种电机额定功率效率对比数据见表2。 -Y系列电机 -高效电机 -超高效电机 -稀土永磁同步电机 -无刷直流电机 -稀土永磁超高效电机图1 各种电动机额定功率曲线 表2 几种电动机性能比较2.合理选择负载率，推广稀土永磁电机，可达到显著的节能效果 电动机在使用时很少在额定点运行，约有半数左右的电动机处于轻载运行。据有关部门对6242台电机使用情况调查，处于75以上负载运行的电动机仅占18.1，5075负载的35.6，49以下的占46.3。据沈阳水泵研究所提供的数据：一台额定功

21、率为5kW的水泵，其选用的电机一般为7.5kW，而水泵通常运行于3kW，大马拉小车的现象严重，整机的运行效率只有38。可见较低的负载率将导致电机的效率和功率因数的大幅度下降。异步电动机经济运行范围为60100，平均68%，永磁同步电动机的经济运行范围却远比异步电动机宽广。图2和图3分别为额定容量为11kW的异步电动机Y160M-4与自起动永磁电动机TYl60-4的效率和功率因数的对比曲线。由两个图中可以看出，永磁同步电动机不仅额定负载时效率较高，而且在25120额定负载的范围内效率都维持较高的值。而异步电动机则在35额定负载附近效率值开始显著下降。永磁同步电动机在14额定负载时功率因数仍可达0

22、.92以上，而异步电动机则从额定负载时的0.85迅速下降到0.47。 图2 效率对比曲线 图3 功率因数对比曲线永磁同步电动机；异步电动机 永磁同步电动机；异步电动机力能指标（效率与功率因数的乘积）更直观地反映出电动机运行的经济效益。图4为前面例子中异步电动机与永磁同步电动机的力能指标的对比曲线。从图中可以看出，异步电动机从额定负载的60%即开始迅速地下降，到25%额定负载时力能指标已下降至30%。永磁同步电动机在22%的额定负载时力能指标仍高达80%，比异步电动机的最大力能指标还高。永磁同步电动机即使轻载甚至空载时的运行经济效益仍很高，是永磁同步电动机一个极为可贵的优点。 图4 力能指标对比

23、曲线 -永磁同步电动机；异步电动机3.发展调速永磁同步电动机和无刷直流电动机，提高电动机的系统效率随着电力电子技术的快速发展和器件价格的不断降低，人们越来越多地采用变频电源和交流电动机组成交流调速系统替代直流电动机调速系统。在交流电动机中，永磁同步电动机的转速在稳定运行时与电源频率保持恒定的关系，这一固有的特性使得它直接用于开环的变频调速系统，尤其适用由同一变频电源供电的多台电机要求准确同步的传动系统中，如化纤设备，这可以简化控制系统，还可以实现无刷运行，而且有较高的效率和功率因数，可以减少价格昂贵配套变频电源的容量，因而在各种调速系统中的应用越来越广泛。这类电机通常可以由变频器的频率逐步升高

24、来起动，在转子上可以不设起动绕组。德国制成5相变频电源供电的1095kW、230rmin稀土永磁同步电动机，最近俄罗斯试制成功3500kW大型稀土永磁同步电机，以上两种产品均用于舰船推进。 变频器供电的永磁同步电动机加上转子位置闭钚控制系统构成自同步永磁电动机，既具有电励磁直流电动机的优异调速性能，又实现了无刷化，这在要求高控制精度和高可靠性的场合，如航空、航天、数控机床、印工中心、机器人、电动车、计算机外围设备和家用电器等方面都获得了广泛应用。其中反电动势波形和供电电流波形都是矩形波的电动机，称为无刷直流电动机；反电动势波形和供电电流波形都是正弦波的电动机，称为正弦波永磁同步电动机，简称永磁

25、同步电动机。美国制成驱动航天飞机升降副翼用的12.6kW、9000rmin稀土永磁无刷直流电动机，效率为95，仅重7.65kg。法国开发的100kW无刷直流电动机，在线圈端侧装入逆变器，总重只有28kg。我国也已批量生产数控机床用的稀土永磁无刷直流电动机，调速比高达1：10000。电动车是当前车辆发展的新方向。电动车种类很多，其中有电动轿车，工矿电机车、清洁车、运动场所和公园交通用电动车等。其中电机和传动系统是电动车的心脏，稀土永磁电动体积小、重量轻、效率高，是电动车的首选方案。在一些生产领域，如油田电力驱动系统、发电厂和钢铁生产企业中，水泵和通风机等负载机械应用数量大。据统计、风机、水泵配套

26、电机占电机总量的55，年消耗电能占发电量的40，风机、水泵各约占20。而目前风机、水泵类产品电能利用率非常低，实际运行效率不到50，系统运行效率不到30，每年浪费电力大约200亿kW·h。在某些负载中需要调节风机、水泵的流量。过去常采用阀门、档板调节流量，这样作系统运行效率明显下降。 （1）水泵 世界上泵产品所消耗的电能约占总发电量20。在农田排灌、油田、城市供水、水力与火力发电、化工、输油管线等领域都发挥重要作用。1999年全国工业泵产量为93万台，年产值60亿元。泵是输送流体的机械，泵的功能是把电动机的机械传递给液体，使液体升高或移动。按作用原理可分为三大类，叶片式泵（或称动力式

27、泵）、容积式泵、特殊泵。降低系统能耗的一种有效方法是应用变频调速技术，其节能效果最显著。电动机驱动的泵长驱动一个注流孔可变的阀门而运行于一个恒定的转速，其流体的流量是通过阀门来调节的。由于电动机恒速运行于高压头，故关小阀门可减少流量，但减少能耗数值甚小。以油田注水泵工作特性为例。其流量Q与转速n的一次方成正比，扬程与转速二次方成正比，功率P与转速的三次方成正比。 图5 调速运行节能原理图图5中A点为注水泵原来的工作，现在假设根据井下地质情况的变化需减少注水量。在图5a中电机转速不变，工作点由A点变到B点，此时的功率为：即当注水量降到原来的80%时，功率仅降为原来的96%，只下降了4个百分点。若

28、通过改变电机的转速来调节流量，如图5b所示，则工作点由A点变为C点，相应的功率为：与节流相比，节电率为40%。可见，通过改变电机的转速来调节注水量，具有十分显著的节电效果。（2）风机风机是排送气体的总称，根据排气压力的高低，分为通风机、鼓风机和透平压缩机。椐上个世纪90年代不完全统计，全国风机的拥有量400万台。椐统计2000年年产量为200万台，产值5.7亿元。这些风机绝大数采用电动机驱动，素有电老虎之称，因而风机的节能具有十分重要的意义。风机在运行时，根据工况要求，需要调节风量。过去调节风量时，常常加装出口档板和进口档板，通过档风板调节风量。采用这种方式，能量损失大。采用调速装置，节能效果

29、显著。调速装置一般有高效型和低效型两种，变频调速属于高效型，变压调速、串电阻调速、电磁滑差离合器调速属于低效型。变频调速有异步电动机变频调速和永磁同步电动机变频调速，前者平均节电25%左右，后者平均节电 30%以上。所以永磁同步电机变频调速（包括无刷直流电机）效果要比异步电机效果好。根据实用机电节能技术手册提供的资料分析，风机的节能措施有多种，其中调速方法最有效。在调速方法中变频调速较理想。在保持管网阻力不变的条件下，通过改变风机转速使风机性能曲线变化的调节方式称为变速调节。由于变频调节方式无附加压力损失。所以是一种高效的调节方法。节能效益最佳。变速前后风机参数按下式计算：流量 （3-1）压力

30、 （3-2）功率 （3-3）（带“”者为变速前的参数）。关于电动机的功率消耗见表3。表3注：1.低效型调速为：（1）转于串电阻：（2）电磁滑差离合器；（3）定子变压调速。2.表3引自实用机电节能技术手册989页。Nn节流调节时输入功率 Nl1低效型调节时的输入功率 NHI高效型调节时输入功率 Ns滑差功率损失 Nc传动机构损失 N理想无损失时输入功率 效率，角标与 的定义同图6 调节时功率及效率变化图注：该图引自实用机电节能技术手册989页，关于电动机功率消耗特性参见表3。从表中可见，当风机流量调节范围在10030时，不同调节装置的节能和电耗差距很大。如以采取出口调节（档板）时的电耗为参考标准

31、，令其为100%，则当流量减少到80%时，采取串电阻调速、电磁滑差离合器等低效调速的耗电为68.3%，节电为31.7%，在同样条件下，采取高效调速方式的耗电为55.2%，节电为44.8%。当流量为90%时，低效型调速方式仅节电16.9%，即使是高效型调速方式节电也不过23.7%；但当流量为50%时，低效型调速方式节电为65.4，而高效型调速方式节电可达82。由此可见调速深度越大，调速装置节电越显著。在表3中，黑线区内是各调节方案的禁用区。因为在这区域内，损耗功率大于输入功率的50以上。从该表分析得出，当流量比(实际流量额定流量)大于90时，高效型、低效型节电相差不大，是否采用调速装置应作经济分

32、析，如大于95则不必考虑。当流量比大于85时，低效型调速装置节能与进口节流相比，其优越性不明显。当流量小于50时，应采用高效型调速装置。采用稀土永磁电机变频调速，比异步电机变频调速。一般情况，节电高5%以上。 水泵、风机运行情况相似，变频调速的节能效果也相近。特别是稀土永磁电机变频调速效果更好。变频调速装置节能实例；对于一台3.5kW的风机年运行7000h，如采用调压调速，每年可节电4140kW·h，而采用变频调速，每年可节电6480kW·h，节电率高达50。如采用变频调速稀土永磁电机，预计每年可节电6600kW·h。1台500kW风机，一年工作7000h，若采用

33、变频调速稀土永磁电机，则年节电将达40万kW·h。节电效果十分显著。(3)家用电器近十几年来，我国家用电器得到了快速发展。1979年以前，我国居民家用电基本上是照明。1979年全国城市居民生活用电约为15亿kW·h，占全国总用电量的0.65。19801981年间，城市居民用生活用电量增至22亿kW·h，占全国总用电量的0.9。1985年城乡居民日用电器耗电量为115亿kW·h，占全国总用电量的3.3。1990年，全国日用电器耗电量激增到296亿kW·h，占全国总用电量的6.1。2001年，全国日用电器耗电量为1672亿kW·h，占全国

34、总用电量的12.4。发展速度之快，实为少见。表4 全国主要日用电器产品 万台年份 家用电冰箱 房间空调器 洗衣机 电风扇 2000 1279 1826.27 1442.98 2001 1351 2333.64 1341.61 9616 2001出口量 405.48 386.57 101.92 11243 注：2001年出口的405.48万台为冷藏冷冻箱 家用电器的节能潜力很大，现在普通的家用电器选用的均为单相小型电机，这类电动机额定效率很低，如0.18kW单相电动机额定效率只有55。相同容量的稀土永磁无槽无刷直流电机，额定效率可达90，相差24。我国家用电器的产量很大，但节能技术水平较低。从全

35、国来说，还存在如下一些问题，首先是一些企业对家用电器节能问题还没有引起足够的重视，对节能技术和新产品的研究开发投入不够。在市场上搞价格大战，现在全国空调器厂有400余家是螺丝刀工厂。从外边购进零件进行组装，装后倾销市场，这样就谈不上节能问题。 世界家电产业技术发展有两大趋势：黑色家电数字化，白色家电绿色化。白色家电绿色化有两大课题：一是氟里昂的替代问题，二是节能问题。欧美各国重视节能要求，通过立法，对白色家电采取粘贴节能标签的做法。例如美国能源部提出2000年空调器能效比(COP值)要达到一个新标准，在产品上贴一个黄色标签作为标志。同样，在电冰箱方面，1989年11月美国能源部制定法规，要求1

36、993年以后生产的电冰箱能耗要比当时的产品能耗降低25。1998年又制定新法规，要求2001年7月1日后生产的电冰箱，节能指标再提高30。今后进入美国空调器、冰箱等家电产品不仅要通过UL安全标准认证，还必须有节能标签。欧洲冰箱已实行能耗分级标志制度。如从德国口的180L西门子冰箱，在冰箱前面用不同颜色标出A、B、C、D、E、F、G七个等级标志。A级年耗电量为292kW·h。以上表明，安全节能已成为发达国家对发展中国家设置的技术壁垒。在我国为正确引导企业采用新技术，降低电冰箱能耗值，促进节能、环保，提高产品在国际市场竞争能力，1999年8月份正式批准新的GB 12021.2家用电冰箱电

37、耗限定值及节能评价值标准。目前国内市场上销售的大部分产品，是按GB 12021国标对每类日用电器规定电耗限定值组织生产和销售的。电冰箱电耗限定值是额定耗电量（kW·h/24）对冷藏箱和冷藏冷冻箱，按容量规格给出不同的电耗额定值（见表5）。表5 电冰箱的电耗额定值电冰箱分类 按相近似的有效容积进行分档(L) 限定值(kW·h/24h) 冷藏箱 (N.TS型) 100以下100129130149150179180209210250 0.50.60.70.80.850.95 冷藏冷冻箱(N.ST) 10013914015916017918020921024925029930035

38、0 1.01.11.21.31.41.51.6 目前在市场上出现一批节能冰箱。如西门子生产的180L节能冰箱，年耗电量为292kW·h，折合日耗电量为0.8kW·h。比表5中限定值1.3kW·h低38。还有几家国产冰箱180L容量，日耗能量为0.851kW·h，比表5中的限定值低3423，节能潜力很大。最近出现一种变频调速冰箱伊来克斯，容量为180L，电机的容量只有90W，日耗电量为0.44kW·h。但销售价较高，4168元。比普通冰箱价格高一倍。在空调器方面，近年国际上出现了变频技术应用的强劲潮流，以日本为例，近年变频空调器已占年产量7080

39、。据不完全统计，我国2002年变频空调约占7.8，其中有40是海信生产的。采用变频调速压缩机，改变制冷量的控制方式。旧式压缩机转速是恒定的，其室温的控制是靠压缩机的开、停来控制制冷量，这样就增加了压缩机开、停时的损耗，降低了压缩机的COP值。而房间空调器的运行工况实际上是随室温高低而变化的，为了保持空调器的能效比值，要求压缩机的制冷量随工况条件而变化，不致造成能量损失。因此，要求压缩机的旋转速度是可调的。这样压缩机的制冷量将随转速而变化，与运行工况(冷却负荷)相适应，可提高压缩机运行时的性能系数，提高空调器运行时的能效比。对于房间空调器电耗限定值，GB-12021规定见表6及表7。表6 房间空

40、调器电耗限定值（制冷性能系数） 名义制冷量 性能系数 (WW) (W) 整体式 分体式 2500 2.2 2.3 28004500 2.26 2.31 >4500 2.32 2.44 表7 房间空调器电耗限值(电热制换消耗功率)电热制换器 电热制换消耗功率(W) 电热制换器 300 热泵辅助电换型 1500 空调器的能耗主要取决于压缩机的能效比和冰箱的运行机制。GB 12021性能系数，分体式为2.32.44；整体式为2.22.32。其性能较低。三菱电机空调器制冷时COP值已达3.11，电热制换时则达到3.54。海信公司采用稀土永磁无刷直流变频调速电机，COP值高达4，节能达25%以上。

41、变频调速将在电机产业广泛推广应用。就家电产品而言，异步电机变频调速，传统直流电机调速、稀土永磁无刷直流电机调速，以无刷直流电机节能效果最为显著。除稀土永磁电机额定效率明显高于交流电机外，在调速过程中，随着转速调低，交流电动机效率明显下降，而稀土永磁电机效率却变化不大，见图7。转速%图7家用电器用电机市场很大，预计2005年家电产量为：房间空调器2 000万台，家用电冰箱1400万台，洗衣机1400万台。根据市场调查，1P变频空调器价格为2599元，比一般空调器高800元，用户可以接受。据有关单位预测变频空调器生产比重将达到总产量30，即600万台。变频电冰箱虽然市场已见到产品，节能效果达50以

42、上，但价格偏高，比相同一般冰箱高出1000元以上，根据永磁电机和变频器的成本有可能降低到只高出500元。这样有可能推广10，即140万台。变频洗衣机虽然在性能方面有所提高，但价格增加幅度大，又加上洗衣机运行时间短，节能效果不突出，将来可以根据国外市场需要，考虑发展，按推广比例5计算，2005年可达70万台。电吸尘器过去主要采用串激电机噪声大，寿命低，如果采取无刷直流电机，性能有明显提高，但价格提高太多，用户难以接受。目前可以进行研制，先把成本降下来。 综上所述，积极发展无刷直流电机，特别是无槽稀土永磁无刷电机，2005年预期可推广740万台。开发研究家用电器电机应当开展技术经济分析，做到技术先

43、进，经济合理，这一点将进行技术经济全面分析。4.微特电机微特电机随着经济、文化的发展，广泛应用于各个领域，2000年全世界微特电机的需求量已达65亿台。市场分布情况和市场动向见图8和表8。 图8 市场分布情况表8 主要小电机市场动向和预测 年份 数量品种 1998 1999 2000 2001(预测) 2002(预测) 2003(预测) 千台 千台 干台 干台 干台 千台 机械稳速电机 电子稳速电机 无铁心电机 无刷电机 2115 065165 09096915591 185 2364 220 163 050 143 770 651 845 2570 250152 720257 650752

44、010 2750 000 148 000 300 000 820 000 2900 000 139 000 370 000 910 000 3000 000 128 000 450 0001030 000 步进电机 PM LS HB 234780158 79552 785 236 920198 33056 770 285 550250 00065 380 310 000300 00061 000 340 000350 00058 000 360 000390 00058 000 轴流风扇电机 DCAC 144 9907450 163 590 6 500 200 020 6 700 215000

45、 6500 240 000 6 500 260 000 6000 异步电机 同步电机 串激电机 75 38057 52019 930 73 950 28 30020630 77 575 23 900 20 550 81 000 21 800 20700 82 700 20900 20 750 84 000 20200 20 700 合 计 3719665 4107 875 4626925 5034000 5329 850 5806 900 该图8、表8引自2001年第六届中国小电机技术研讨会论文集，微特电机市场动向和发展对策(袁海林、施进浩)。 从表8分析，2003年预测全世界58.069亿台

46、微特电机中，有异步电机，属于电励磁结构。其余大部分属于永磁电机。在永磁电机中，高档产品多是稀土永磁电机，中档产品有稀土永磁结构，也有铁氧体永磁结构，低档产品大部分是铁氧体结构。 在表8中，无铁心电机、无刷电机、步进电机多数为稀土永磁电机，2003年预测的产量为22.88亿台，占总产量39.4%。另外，电子稳速电机、轴流风扇直流电机、小容量同步电机等，稀土永磁电机都有发展的广泛空间。所以稀土永磁电机将成为微特电机发展的主流产品。表8的无刷电机，预计2003年全世界产量将达到10.30亿台，占微特电机总产量17.7，而且每年以10以上的速度增长，不仅在小容量的微特电机中发展很快，而且在数百kW的中

47、型电机中也有应用前景。它的应用领域也非常广泛，有家用电器、电动车辆、数控机床、加工中心、机器人、医疗器械、轻工机械、化纤纺织设备、航空航天、舰船设备等。如果说异步电动机是二十世纪电力拖动的主流产品，而变频调速稀土永磁同步电动机和稀土永磁无刷直流电动机则是二十一世纪电动机主流产品。当然随着异步电动机性能的提高，由于其技术成熟，运行可靠，价格低廉，仍会长期存在。 (1)信息产业领域的需求信息产业产品的范围很广泛，我们重点分析与微特电机发展密切的两类产品。一是计算机及其外围设备；二是移动通讯产品。计算机信息产业是我国目前发展最为迅速的产业之一。2000年我国计算机销售量为717万台，比1999年增长

48、了45.1，约占亚太地区计算机市场的36。预计2002年计算机产量将达1000万台，比2000年增长39。随着计算机的快速发展，微特电机在信息电子产品中应用也得以发展，成为新的经济增长点。其主要集中在计算机外围设备中，如硬盘驱动器(HDD)、软盘驱动器(FDD)、光盘驱动器(CD-ROM、CD-RW)等。计算机用主轴电机是无刷直流电机，是集精密机械和电子为一体的机电一体化产品，属高技术、高精密元器件，其作用是驱动磁盘片、光盘、软盘，做高速旋转运行，供磁、光头快速读写数据。国内尚无此种电机生产厂，国外集中在美国、日本少数工业发达国家，且对该主轴电机的技术资料和生产工艺技术严格保密。我国台湾地区也

49、只是在近些年开始生产DVD、VCD、CD-ROM和CD-RW用主轴电机，前一段时间台湾将有刷直流电机(低、中档产品)生产线移植大陆内地后，由台湾工业研究院以开发为主，将研究成果及时转入批量生产。目前已有自主产权的CD-ROM和DVD的主轴电机，并已进入批量生产，极大提高了台湾地区微特电机产品档次。计算机用摆动电机是一种直流伺服直线电机，它不需要任何机械传动，就可将电能直接转换成直线运动。由于运动本身是质量很轻的线圈，因此它具有响应频率高、速度快、推力大、结构简单、无噪声、无机械磨损和控制方便、定位精度高等特点。计算机用摆动电机已广泛应用于计算机外围硬磁盘存储器中驱动磁头作直线运动，实现磁盘快速

50、存储和提取信息功能。因而是硬磁盘驱动器中一个关键元件。近期，由于日美两国劳动力工资较高，已经把某些型软盘、光盘和硬盘驱动器转向海外，主要在东南亚的新加坡、台湾和韩国等地，建立不少小型磁盘机组装工厂，需要大量的主轴电机和摆动电机。而硬盘用主轴电机和摆动电机大部分仍然由美国和日本供应。例如生产钕铁硼永磁材料的日本住友公司，每月生产摆动电机20万台，美国北方磁体公司生产各种类型摆动电机，在北美、日本、欧洲都有代理商，负责销售摆动电机。我国深圳和长城公司也在组装硬盘驱动器，元件由国外进口。2000年据海关统计、硬盘驱动器出口1599.93万只；软盘驱动器5341.15万只；光盘驱动器出口5912.4万

51、只。以上三种出口产品共需主轴电机12813.48万只和摆动电机1559.93万只。通过对计算机用主轴电机、摆动电机头推组合件(HSA)的研究再开发，掌握设计和工艺生产技术，同时对DVD、VCD、CD-ROM和CD-RW和CD-RW用主轴电机产业提供技术支持，是非常紧迫的。 据美国市场分析公司、国际数据公司(1DC)统计，2000年亚太地区(除日本外)的PC机销售达1990万台，按国家和地区统计，2000年中国销售量717万台，2002年计算机生产量已达到1000万台。 按每台PC机至少有一台硬盘驱动器，作储存信息用，1000万台PC机，至少配备10001200万台硬盘驱动器，各需要100012

52、00万只摆动电机和主轴电机。些外，DVD、VCD、CD-ROM和CD-RW用主轴电机也有庞大的市场需求量。台湾在广东东莞建有一家拥有3000名职工的独资企业，投资5亿元人民币，年产DVD、VCD、CD-ROM、CD-RW3000万台，主轴电机全部依靠进口。我们要开发以上两种，不能仿制，必须有自己的知识产权。摆动电机和主轴电机采用高性能钕铁硼。摆动电机用烧结钕铁硼，占总产量的4060。主轴电机采用粉末粘结磁体，其用量约占磁体粉末50。随着我国经济快速发展和人民生活水平的大幅度提高，信息产业的发展势头锐不可当。2000年我国手机产量(包括出口量)已达到5000万台，全年累计用户7650万户，我国手

53、机市场(包括新购手机数量和更换手机数量)1999年为2006万台，2000年为3742台，2001年预计4690万台，2002年预计5520万台。呼机配套电机，主要是空心杯转子微型直流电机，要求小型化、轻型化，以振动电机为例，外型尺寸从中6mm×10mm减到4mm× 8mm。其次要求产品质量可靠，寿命长，过去曾发生过磁体表面防护层脱落质量事故、产品寿命低等质量问题，正在着手解决，主要是提高产品的可靠性。空心转子电动机不仅用于手机用户，还广泛用于仪表、相机、音响、视听产品等，数量巨大，国内多家企业已形成批量生产条件，除满足国内市场需求外，还大批出口。出口产品集中在万宝至等独资

54、企业。(2)高精度伺服电机伺服电机应用领域非常广泛。产品的品种也很多。在国外钕铁硼产量有70用于电机，其中有50用于主轴电机和摆动电机。其次，占第二位的是伺服电机，特别是机床用伺服电机。2001年全国金属切削机产量为25.58万台，其中大型机床2033台，高精度机床943台，数控机床18593台。1999年加工中心年产量303台。根据现有数控机床、加工中心的产量预测，每年需要高精度伺服电机4万台左右。长期以来，基于有刷直流电动机的直流伺服系统在高性能电气伺服系统占主导地位。这是因为该系统具有良好的线性机械特性、起动力矩大、调速范围宽和控制结构简单等优点。但直流电动机由于使用电刷和换向器，其可靠

55、性和维护性差。80年代中期，随着稀土永磁材料、大功率开关元件和微电子技术的迅速发展，稀土永磁交流伺服系统的研究、开发和应用也得到快速发展，显示出明显的优点。稀土永磁交流伺服电机既具有直流电动机良好的调速特性，又无电刷和换向器，提高了系统的可靠性。稀土永磁交流伺服电机与其他伺服电机相比，还具有高性能、轻型化、节能的优点。因此，稀土永磁交流伺服电机系统正在取代直流等其他伺服系统，成为现代伺服技术发展的主流方向。由于稀土永磁交流伺服电机系统的优点突出，使其在航空航天、雷达火炮等军事装备、机器人、数控机床等领域具备广阔的应用前景。稀土永磁交流伺服系统采用稀土永磁交流伺服电动机作为执行元件。按照工作原理

56、、驱动电流波形和控制方式的不同，稀土永磁交流伺服电动机可分为两种基本的运行模式：一种是方波电流驱动的稀土永磁交流伺服电动机，另一种是正弦波驱动的稀土永磁电动机。前者又称为稀土永磁无刷直流伺服电动机，简称为方波电动机；后者又称为稀土永磁无刷交流伺服电动机。 从电机结构上分析，方波电动机与正弦波电动机没有多大差别，但由于它的运行原理不同，使得其在转矩产生方式、控制方法、出力等方面均有很大差异。所以研究交流伺服电机，必须研究其驱动装置，两者不能分割，过去那种机械分工的方法是不可取的。因此要强调发展交流伺服系统，需要解决机电一体化问题。交流伺服装置的发展方向是数字化。伺服电机应用领域广泛。由于应用场合的不同，对伺服电机的控制性能要求也不尽相同。在实际应用中，伺服电动机有各种不同控制方式。例如转矩电流控制、速度控制、位置控制等。伺服电动机系统也经历了直流伺服系统、交流伺服系统、步进电机驱动系统，直至近年来的永磁电机交流伺服系统发展迅速，各类自动化设备、自动加工装置大部分都采用了永磁电机的交流伺服系统。永磁电机交流伺服系统是当前伺服系统的发展方向，但在具体应用对象中，应根据应用对象的技术要求，进行选择。例如，印制绕组和线绕电枢盘式电动机、杯形转子电动机、步进电动机、直线电动机、直接驱动伺服力矩电动机，