我国微特电机产业现状和发展探讨

在世纪之交的重要时期，我国微特电机行业如何抓住机遇，跟随世界微特电机产品发展趋势，加速我们自己的微特电机产业发展，使我国成为微特电机生产和技术的大国强国，不仅满足国内市场需求，而且成为出口继续高速增长的行业，这是我国微特电机行业的重要任务。
　　1我国微特电机产业的现状
　　1.1多种经济成份并存，独资企业发展最快
　　微特电机产业是基础行业，除军用微特电机之外，是对外完全开放和实行较充分的市场经济的行业。 目前，我国微特电机制造生产厂商可分成三大块，一是外国独资企业(几乎没有合资企业)，随着微特电机生产销售全球化进度加快，竞争激烈，外国微电机厂商，尤其是日本的微电机大公司都在我国大陆投资建厂，实现规模化大生产，在我国微特电机产业中发展最快，但研究开发仍然在日本国内。二是不少国有微电机厂，改革开放后，由于体制和机制不适应市场经济，缺乏市场经济的竞争能力，破产兼并，经营状况困难处于萎缩状态。三是民营企业，由于体制精简和机制灵活，生产效率较高，成本较低，产品有竞争力，但规模不大。L 2我国是微特电机生产大国，但不是强国。
　　 在我国大陆的独资微特电机厂，1999年的产量约12亿台，主要集中在日本的万宝至有限公司的六个工厂，电产有限公司的电产大连有限公司，三协精机制作所的三个工厂等。中国香港微电机制造企业1999年产量约14亿台，主要集中在德昌有限公司、新生电机科技集团等，绝大部分在广东地区组织生产。中国台湾地区有小电机制造厂约50家，1999年产量约1.8亿台。大陆国企和民企微电机制造厂1999年产量约2.5亿台。我国(包括香港；台湾地区)1999年微电机总生产量约30亿台，占世界总产量约60％左右。但我国不是生产和技术强国，国企和民企生产的产品档次不高，属中、低档产品。独资企业的产品属中档产品，真正技术含量较高的产品，如光盘驱动器用的精密无刷主轴电动机、高精度步进电机、片状电机、高精密高性能伺服电机以及新结构、新原理电机等都没有转移到我国大陆内的独资企业生产。
　　1.3微特电机出口快速增长，以独资企业为主导
　　据我国海关统计，微特电机出口额1996年为7．5亿美元，1997年为9．8亿美元，1998年为11．6亿美元，1999年近13亿美元，每年以两位数快速增长，其出口额1998年是我国整个电子元件行业第一位，1999年占第二位。因此微特电机已是电子元件行业出口的主要行业，预计今后随着我国加入WTO后也将继续快速增长。
　　 另一方面，我国微特电机的进口也在快速增长，1995年进口额为2．46亿美元，1 998年为7．28亿美元，每年递增43．4％，这说明我国微特电机产品结构不合理，高档精密微电机依赖于进口。
　　1.4制造生产体系水平较低
　　我国微特电机产品已形成较完善的制造生产体系，从原材料到制成品的生产都具备了一定的生产能力，例如国家已将发展永磁材料列为国家高新技术，我国永磁材料必将会高速发展，磁性材料、绝缘材料也都基本满足使用要求；微特电机零部件制造厂商引进了不少先进的微电机生产的前道冲制设备；微特电机通用加工设备、专用设备和测试设备的开发和生产立足于国内生产；模具制造和水平对微特电机制造和产品质量起着重要的作用，模具设计和制造已有专业化单位；微特电机成品制造和组装已具备组织规模化生产的管理能力；从原材料、零部件到微特电机整机厂都在加强管理，有的已通过了IS09000质量保证体系的认证。但是，与国标先进制造水平相比差距较大。微特电机产品档次和质量有待提高，须结合我国特点提高生产自动化程度；零部件品质和规模化生产要上一个新的台阶；原材料性能要进一步提高；模具设计和制造与国外差距较大，精密普通加工设备、先进专用设备和测试设备目前有的还需从国外进口。
　　1.5研究开发力量较强，但产学研结合不够
　　电机专业是一个老专业，从事微特电机的研究、开发、试制、检测的高等院校和部属地方电机研究所，力量较强，国内外都有一定的知名度。但是，产学研的结合总体而言不够，没有发挥大学、研究所和企业的特点和优势，大学和研究所没有很好以市场需求定准自己的研究开发项目，缺乏市场经济观念和机制，开发进展慢，成果商品化率低。台湾地区发展微电机的组织模式可以借鉴，当消费电子产品用直流有刷电机绝大部分转移到大陆生产后，台湾地区生产量直线下降，因此转向生产CD-ROM和DVD等产品用的高档无刷直流电机，这些电机的开发和生产是台湾工业研究院与有关制造厂联合进行，工业研究院以开发为主，生产转到工厂，研究结合较好，目前已有自主产权的CD-ROM和DVD主轴永磁无刷电机进入批量生产，提升了台湾地区的微电机产品档次。我国民营企业，开发能力不强，成果较少，产品更新换代慢。若我们能实现产学研紧密结合，大学以理论和新技术研究为主，研究所以应用研究为主，并与企业有机地紧密结合，将自主产权产品实现批量生产，必将促进我国自主产权的微特电机产品的开发和生产，促进新产品不断形成，有力地推进微特电机产业整体水平的提高，加速我国建成微特电机生产和技术强国。
　　2我国微特电机产业发展探讨
　　2．1民营企业能力提升、国企重组、组建大集团公司，提高我国微特电机产业的竞争能力。
　　我国民营微特电机生产企业普遍规模较小，加入WTO后，激烈的市场经济对企业提出了更高要求，民营微特电机生产企业急需通过技术改造和加强管理进行二次创业。通过技术改造扩大生产规模，实行规模化生产，进一步降低成本，提高产品质量。国有全资微特电机厂要加快改革和调整的步伐，通过改制和重组，实行资源优化配置，充分利用设备，尤其是引进设备，内部深化改革，重振旗鼓。在全球兼并浪潮一个接一个的情况下，我国微特电机生产厂商，能否探讨组建大集团公司，甚至可以利用二岸三地优势，实行强强联合和合资，建立大集团公司，多渠道筹集资金。一方面加强研究开发力量，瞄准潜在市场，开发高新产品；另一方面加大技术改造的力度，实施现有产品的规模化生产，不断提高产品质量，提高生产效率，以优质低价创立自己的名牌产品，并加强营销，开拓国内外市场。
　　2．2紧跟支柱和高新产业的发展需求，调整产品结构，提高产品档次和质量，实现产业升级
　　 微特电机是服务于各行业产业的配套产品，因此要根据支柱和高新产业的发展需求，调整产品结构，提高产品档次和质量，实现产业升级。
　　(1)家电配套电机；我国是家电生产大国，空调机、冰箱、微波炉、电风扇、排烟机的生产量已是世界第一，家电用电机市场很大。经过引进、消化、吸收和创新，我国家电技术水平和产品质量与国际水平相当，为了不断满足用户要求和适应信息时代的需求，实现节能化、舒适化、网络化、智能化，甚至提出网络家电(或叫信息家电)，家电的更新换代周期很快，对为其配套的电机提出了高效率、低噪声、低振动、低价格，可调速和智能化的要求。因此，家电电机制造厂要高度重视家电的发展信息和趋势，了解国内独资企业生产家电电机的性能和水平，在生产现有产品的同时，紧跟家电发展对电机提出的新要求，开发新产品，提升产品档次和质量。家电电机的发展趋势。
　　①永磁无刷电动机将逐步替代单相异步电动机。永磁无刷电动机集有刷直流电机和交流异步电动机的优点于一体，效率高，调速方便，有利于实现家电智能化和网络化。随着电力电子技术高速发展和磁性材料性能不断提高，价格不断降低，替代步伐会加快。日本在五年前已开发家电用的永磁无刷电机，现不少公司已批量生产。我国近一、两年才开发，有的虽已批量生产，但品种规格少，产品绝大部分是仿制型。我们应加强开发，增加品种，并扩展到家用风扇、排烟机、吸尘器、健身器等小家电领域。
　　②进行优化设计，提高产品固有质量和效率。为了提高产品竞争能力，适应产品寿命周期越来越短，国外大公司都采用CAD优化设计，缩短开发时间，实现样机一次成功，以不断满足家电发展的要求。我国微特电机行业要提高和深化水平，不仅解决制图，而且要实现电磁、结构、冷却的优化设计，甚至达到仿真，提高产品的固有质量和效率。
　　⑧采用新结构、新工艺，提高电机效率和生产效率。例如：采用外转子结构，便于与家电结构上的配套。铁心冲片采用带料冲制或拼块结构，绕组采用集中绕组，自动制作，可提高导线的槽满率，达到提高生产效率和产品效率的目的。同时这种结构节省磁性材料，降低成本。　
　　(2)信息产业配套电机：信息产业和信息技术是以微电子技术为核心，通信与网络为先锋，计算机及软件为基础。信息产业在国内外都得到高度重视和获得高速发展，微型计算机(PC机)年产量2000年约1亿台，2005年预计2亿台。与其配套的外部设备也随之高速发展，软盘驱动器、硬盘驱动器、光盘驱动器2000年预计分别为1．2亿台、3亿台、1．8亿台。打印机、传真机、复印机也以两位数增长。为其配套的关键部件微电机需求量大，要求越来越高，这类电机绝大部份是精密永磁无刷电动机、精密步进电机，它的特点和发展方向：
　　①高投资类产品 这类电机使用要求很高，如硬盘驱动器用的主轴永磁无刷电动机以高速带动磁头盘片旋转，对盘片上的数据执行读写功能的磁头离盘片表面只有o．1-0．3Pm处作悬浮运动，对驱动盘片高速旋转的主轴永磁无刷电动机的要求高，尤其直接安装盘片的电动机端面转盘跳动度要求很严，转速也要稳定，否则无法工作，因此对零部件的加工精度、精洁度、组装场地以及控制驱动线路、电力电子元器件有很高要求，保证电机达到
我国微特电机产业现状和发展探讨高速、稳速、可靠运转。所以这类电机是先进制造技术和新兴电力电子技术结合的高技术、高投资类产品，国际上也集中在大公司开发和生产。　　
　　②小型化、片状化。 为了满足信息产品小型化和随身携带的需求，对其配套电机提出了小型化和片状化的要求，如手机、BP机用的振动电机，圆柱形电机的外形尺寸为①4×lOmm，并在研制①3mm的振动电机，片状振动电机外形尺寸为①12×3mm，更小型的片状振动电机也在研制。小型存储驱动器用的主轴无刷电动机外形尺寸为①16×L 37mm。因此信息产业用的电机小型化、片状化是发展趋势。　　
　　③高速化 随着计算机外设存储密度的不断提高，要求为其配套的主轴无刷电动机在8000r／min以上高速运转，国外已在开发和生产动压轴承电机，以保证电动机在高速运转下仍然能运转平稳、抖晃小、噪声小、寿命长。日本大的微电机厂商十分重视动压轴承电机的开发和生产。
　　(3)电动车配套电机：2000年世界汽车产量约5400万辆，其平均每辆用15台电机，则全球需要8．1亿台，我国2000年汽车产量将达到300万辆，其中轿车150万辆。我国是摩托车、自行车生产大国，汽车、摩托车、机动车的排气污染是全球环保需解决的重要问题，因此，各国都在研究、开发电动汽车(EV)和混合型汽车(HEV)，电动摩托车和踏板车，电动自行车。这类电机技术发展重点： 　　
　　①高效率、高出力、节能型。 通过高速化、高性能磁性材料选用，高效率冷却手段和提高控制器驱动器效率等措施，目前电动汽车用的驱动电机的出力已超过lkW／kg，不远的将来可超过燃油机的出力。25kW到30kW的驱动电机效率可达到90％一95％。汽车用的其它电机，原先采用铁氧体逐步向钕铁硼永磁材料过渡。电动自行车和电动摩托车的驱动电动机也要求高出力和高效率，以减轻整车重量和提高一次充电后行驶距离。　　
　　②智能化 对电动车用的驱动电动机和控制器要实现智能化，使电动汽车和混合型汽车运行在最佳状态，达到能耗最少。智能型电动自行车驱动电动机和控制器，可实现人力和电力(蓄电池)的合理使用，以满足上坡行驶和增大行驶距离的要求。
　　2．3跟踪微特电机产品的发展趋势，开发和生产高新产品，挤身于国际水平
　　2．3．1重视永磁无刷电机的开发和生产
　　无刷电动机是微特电机的发展方向，已使用于各个领域，如前所述用于信息、家电、音视、交通工具等产业。随着永磁材料和电力电子技术的快速发展，性能不断提高，价格不断降低，无刷电动机必将得到进一步的发展，需求量将越来越大。我们应根据不同产业对电机提出的不同使用需求，开发不同用途的无刷电机。如工业用的一般无刷电动机是以提高效率为重点，在各国电力总消耗中的50％一60％是电机耗电，现在一般工业用的电机大量使用的还是异步电动机，为了节能，一方面在不断提高异步电动机的效率，如日本三菱电机株式会社生产的SF-HR型和SF-HRCA型封闭异步电动机，效率和噪声性能均有较大提高。另一方面，日本开发了一般工业用永磁无刷电机MINAS--HY-PER系列，功率从0．2-3．7kW，为了实现高效、节能，采用"MINAS分割铁芯加工法"提高绕组的槽满率；实现最佳的磁场设计；开发专用换流器等措施，该无刷电机同一般异步电动机相比较，耗电下降了30％一35％，达到了高效、节能、小型、轻量。无刷电机虽然成本价格高于异步电动机，但由于耗电下降，运行成本降低，从节省能源的观点来看，普及无刷电机肯定是方向。世界各大公司在无刷电机领域展开了激烈的竞争，因此随着元器件、材料性能的提高，无刷电机的性能也会大幅度提高，技术开发的速度竞争将更突出。
　　无刷电机控制器和驱动器中最重要的、且价格贵的是集成电路，现我们较多选用国外公司生产的集成电路，我国微电子工业与国外的差距很大，微特电机行业要在开发无刷电机的同时，与微电子行业一起开发自主产权的专用集成电路，改变全部依赖于国外的现状。
　　2．3．2小型化、片状化微型电机的开发和生产
　　随着信息产品和消费类电子产品向微轻薄方向的发展，对其配套的电机提出了小型化、片状化的要求。日本早在70年代就进行研究、开发，80年代进入生产。日本的松下电器株式会社、东芝公司、佳能精机株式会社、勤业机器公司等都生产小型化、片状化微型电机。这类微型电机广泛用于小型扁平存储驱动器、微型摄象机、数码相机、微型立体声耳机、微型收录机、移动通讯手机、BP机等，市场前景很大。小型化、片状化电机都是永磁直流电机，几乎都是无刷电机，其原理与传统电动机一样，而其结构和制造工艺有特殊性，定子为扁平扇形绕组，采用精密光刻或切片技术制作，也有用导线绕制的。转于是旋转磁极结构，大多选用高磁性能的
钕铁硼永磁材料。片状电机我国曾立项开发，但水平低，未形成生产，我国有自主开发和生产手机、BP机用的微型振动电机，现能生产直径4mm的振动电机。微特电机行业首先对有市场的手机、BP机振动电机小型化要进一步加强研究开发，攻制造关键技术，实现高合格率和高品质的批量生产。同时，根据市场需求，争取与整机用户合作，积极开发其他用途的小型化、片状化微型电机。
　　2．3．3超声波电动机
　　超声波电动机是利用压电陶瓷的逆压电效应而获得机械力的新原理组件，不同于利用电磁原理而获得机械力的传统电动机。与传统电动机比较，它有一系列的优点：结构简单，它的基本构成是振动部件和运动部件；单位体积转矩大，是相同体积的传统电动机的10倍；低速性能好，可以将转速调节到零，能在低速直接输出大转矩，制动转矩大，不需要附加制动器；机械时间常数小，快速反应性能好；没有磁场和电场，无电磁干扰和电磁噪声等。不少国家，尤其是日本很多公司已取得商业实用化。佳能、松下、日立等多家公司的超声波电动机新产品已用于高级照相机、摄象机、光学仪器。目前超声波电动机技术的主攻方向是提高效率。
　　我国有多家大学和研究所开展超声波电动机技术的研究、开发，并已多家试制了样机，但没有达到实用化。当前的主要任务是继续攻克设计技术、制造技术、调频控制技术和提高效率，进人生产阶段。同时，加强与国外的技术交流和技术座谈，了解国外情况，获得有用信息。
　　2．3．4高速动压轴承电动机
　　随着信息产品向高效高密度和微轻薄方向发展，为其配套的精密永磁无刷电动机转速高达8000-50000r／min。为了解决高速引起的诸多技术问题，日本不少公司在前几年就从事动压轴承电动机的研究、开发和生产，美国Seagate公司于1997年10月与日本三协精机制作所、精工工具共同开发、批量生产动压轴承的HDD用主轴电机，1998年开始批量生产，用于台式计算机用的3．5英寸HDD上。日立制作所和松下电器株式会社开发DVD装置上用的动压轴承电机，1998年已开始批量生产。动压轴承与滚珠、滑动轴承相比较，有以下
　　 ④轴承发出的噪声减小
　　动压轴承电动机有流体和空气两种型式，一般转速较低用流体动压轴承，高速用空气动压轴承。但存在进一步解决的技术问题，如轴和轴承上形成许多均一的细槽技术，流体动压轴承防油飞溅而造成污染，但是，高速动压轴承电动机是发展方向已是被制造厂和用户确认。
　　我国在陀螺电机中研究和开发了空气动压轴承，但在一般电机中未开展这方面的工作。我们应加强与国外的交流，了解发展动态，探索与国外合作的可能性，采取引进和自主创新相结合或者实现产学研相结合自主开发动压轴承电动机，填补国内在该领域上的空白。
　2．3．5直线电机
　　随着自动控制技术的高速发展，对各类自动控制系统的定位精度要求越来越高，传统的旋转电机再加上一套变换机构组成直线运动装置已远不能满足精度要求，直接直线驱动是现代伺服驱动技术研究的内容之一，其中直线电机是关键技术之一，直线电机应用领域也是广泛的，在需要直线运动的装置上，采用直接驱动的直线电机将优于旋转电机，可省去变换机构。2．3．6超微电动机
　　超微电动机是利用70年代末至80代初发展起来的微电子机械系统技术(MEMS)，是一种新型高技术领域，其特点是基于半导体材料硅的微加工技术，用来制造尺寸从毫米到微米范围内的具有能量转换及传输功能的器件。MEMS技术的出现，使传统的机械制造技术产生一次革命性的飞跃。美国、日本、俄罗斯、德国等投入大量的人力、物力、财力开展这项新技术的研究和应用，并取得了很大进展，有的达到实用。美国在1988年用静电原理工作研制的超微电动机成功，转子外径100／zm，厚度2pm，但是驱动力矩小、驱动电压高(100V)，限制了它的应用范围。
　　1990年以后，致力于电磁型超微电动机的研究、开发，由于电磁结构的体积较大，不能做到与静电原理一样小。德国于1996年推出直径为2mm，高4mm的超微电动机，日本东芝公司研制出电机重量为40mg，转速60一1000r／min，电压1．7V，直径为0．8mm世界上最小的电磁超微电动机，美国也研制了直径为1-2mm的超微电动机。由于电磁型超微电动机比静电原理超微电动机力矩大、转换效率高、寿命长，它已在许多领域如内窥镜、微机器人等中得到应用，美国用巨资推广应
　　我国微特电机产业现状和发展探讨用于军事领域。
　　我国的大学和研究所开展了该电机技术研究和产品开发，上海交大1995年成功研制出直径为2mm，高0．7mm的较高转换效率的电磁型超微电动机，现正在研制直径为lmm的超微电动机。由于超微电动机的制造不同于一般电机，是属先进的纳米制造技术，投资强度极大，在研究开发阶段必须有国家支持。2．4促进零部件和原材料专业化、规模化生产是提高微特电机产品质量、降低成本和实现规模化生产的有效途径
　　①专业化、规模化：我国现有的微特电机零部件和材料生产厂商，规模化生产不够，尚未形成某个零部件专业化、规模化主导生产厂。在"十?quot;期间要使重要零部件和关键材料能形成骨干主导厂。
　　②高品质：微特电机的制造质量，很大程度上决定于零部件质量和原材料性能，因此在实行专业化、规模化生产的同时，要把提高质量和一致性放在首位，建立有效的持续的质量保证体系。
　　③抓机遇：国外零部件和原材料制造厂为降低生产成本，抢占国内市场，正在实现零部件和原材料就地化工作。为此，我国零部件和原材料生产厂家要抓住机遇，争取成为外国公司的外协件定点生产厂，既达到上量又促进质量提升。
　　④重优化：零部件和关键材料专业《L规模化、高品质生产，必须要有加工和测试设备给予保证。根据我国微特电机行业的现状要优化资源配置，减少投资，提高效益。2．5加强国际交流和合作，引进和创新相结合，促进我国微特电机产业发展。