沈建新浙江大学电气工程学院 J_X_Shen@zju ， 13516720885

沈建新浙江大学电气工程学院

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做有特色的电机产品做有特色的电机产品

2012/12/22

浙江省电机动力学会 2012 年会乌镇， 2012/12/21-22浙江省电机动力学会 2012 年会乌镇， 2012/12/21-22

“ 特色”是产品成败的重要因素之一。“ 特色”是产品成败的重要因素之一。

一、一、国内外电机行业现状

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. 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]

[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。

[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。


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

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] 2010

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。


国内电机国内电机行业行业

政策环境

存在

问题

2 . 国内电机行业

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：

行业概况


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]

2005-2009年我国电机行业销售总额情况

0

600

1200

1800

2400

3000

3600

2004 2005 2006 2007 2008 2009 20100%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

RMB年销售（亿元）

年增长率

2005-2009年我国电机行业利润总额情况

0

40

80

120

160

200

2004 2005 2006 2007 2008 2009 20100%

10%

20%

30%

40%

50%

RMB年利润（亿元）

年增长率

电机出口呈类似趋势。 [1]



行业概况

存在

问题

相应能效标准提高政府财政补贴提高各种行业标准的提出出口政策

人口资源生态文化

政策环境



政策环境

行业概况

存在

问题

技术含量低技术含量低

经营理念欠完善经营理念欠完善

缺乏知名品牌缺乏知名品牌

技术含量相对较低，属于劳动密集型产品，企业的利润较低。

对产品的技术、工艺、性能等要求较低，经营理念定位较低

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。

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



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

电机质量、精度、效率高

二、电机行业的发展趋势二、电机行业的发展趋势

高效高效节能节能

高效异步电机永磁电机 …

新能源新能源

风力发电核电发电海洋潮汐能发电 …

交通交通

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 …

高档数控机床高档家用电器纺织机械 …

伺服伺服


《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。

《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。




新能源新能源


交通交通



伺服伺服


普通空调变频空调直流变频空调180 度变频空调

普通空调变频空调直流变频空调180 度变频空调




新能源新能源


交通交通



伺服伺服


风力发电风力发电




新能源新能源


交通交通



伺服伺服


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（ 2012-2020 年）》工信部， 2012 年 5 月，《纯电动乘用车技

术条件》。

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（ 2012-2020 年）》工信部， 2012 年 5 月，《纯电动乘用车技

术条件》。


针对应用需求，采用新技术，做有特色的电机产品。针对应用需求，采用新技术，做有特色的电机产品。



新能源新能源


交通交通



伺服伺服


针对应用需求，采用新技术，做有特色的电机产品。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


三、做有特色的电机产品三、做有特色的电机产品

[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。[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。

（ 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）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

（ 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

电机发展方向 [3][4]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。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1. 无刷化

TRWTRW

EPS 电机EPS 电机


1. 无刷化1. 无刷化

Ball BearingBall Bearing

Drive Magnet

Stator Core

Rotor Ass’y

Stator Ass’y

Bracket Ass’y

LGLG

EPS 电机EPS 电机


1. 无刷化1. 无刷化 EPS 电机EPS 电机

DENSODENSO

EPS 电机：无刷化、伺服化、高可靠、高效节能EPS 电机：无刷化、伺服化、高可靠、高效节能


2. 直驱化（旋转运动）2. 直驱化（旋转运动）

35r/min3400Nm12.5kW 7000Nm max.

高效节能：综合节电达 54% 。

调节方便。

35r/min3400Nm12.5kW 7000Nm max.

高效节能：综合节电达 54% 。

调节方便。8 极 50kW 异步电机8 极 50kW 异步电机


2. 直驱化（直线运动）2. 直驱化（直线运动）


2. 直驱化（直线伺服）2. 直驱化（直线伺服）

21 至 450 N 连续力60 至 1600 N 峰值力平滑运动，速度可低至每秒 1 micron

21 至 450 N 连续力60 至 1600 N 峰值力平滑运动，速度可低至每秒 1 micron

美国科尔摩根（ Kollmorgen）美国科尔摩根（ Kollmorgen）


3. 极速化：极高速或极低速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

高速空气压缩机电机 3kW ， 100kr/min

IMRA-UKRC



空调高速压缩机：15kW ， 60kr/min 。压缩机减重 68% ，体积亦大大减小。

空调高速压缩机：15kW ， 60kr/min 。压缩机减重 68% ，体积亦大大减小。



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

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。极速化往往是与直驱化关联的。


4. 调速化与智能化4. 调速化与智能化屏蔽泵电机 : A+ 能效指标屏蔽泵电机 : A+ 能效指标

格兰富 ALPHA2格兰富 ALPHA2

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

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


5. 小型、微型化5. 小型、微型化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-4535-550KV 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$

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-4535-550KV 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$

航模电机航模电机


5. 小型、微型化5. 小型、微型化


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 110W50US$ （整机 55US$ ）


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 110W50US$ （整机 55US$ ）

航模电机航模电机


6. 机电一体化做系统级产品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。

电机电机


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

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

6. 机电一体化做系统级产品6. 机电一体化做系统级产品

IMRA-UKRCIMRA-UKRC


7. 适应极端环境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。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！

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-UKRCIMRA-UKRC




Capstone30kW 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 。

Capstone30kW 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 。



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

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




IMRA-UKRCIMRA-UKRC

www.maxonmotor.ch/e-paper/

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。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。


8. 降低成本8. 降低成本依靠科技降低成本。不靠偷工减料。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

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



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。


（ 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。




（ 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） ZG270-500 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。


（ 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） ZG270-500 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。



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% 。

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

电磁设计机械设计电子设计工艺设计

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

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

政策引导




把握电机发展方向，科技引领。

避免恶性、无序竞争。

把握电机发展方向，科技引领。

避免恶性、无序竞争。

45

浙江大学电机学科期望与广大企业开展全方位合作。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！

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沈建新 浙江大学电气工程学院 J_X_Shen@zju ， 13516720885

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