淺談我國電機(jī)行業(yè)的發(fā)展

摘 要 電機(jī)的發(fā)展從來都是科學(xué)技術(shù)水平的體現(xiàn)。本文主要圍繞國際、國內(nèi)電機(jī)行業(yè)的發(fā)展和面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，對(duì)電機(jī)行業(yè)的發(fā)展做了簡(jiǎn)單的預(yù)測(cè)。未來的電機(jī)將向高效率、高功率密度、高可靠性、低噪聲以及良好的可維修性和可替換性方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞 電機(jī) 替換性 環(huán)保節(jié)能

中圖分類號(hào)：TM30 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、電機(jī)的發(fā)展

電池的發(fā)明，是電氣出現(xiàn)的開端，電動(dòng)機(jī)的誕生和發(fā)展可分成幾個(gè)階段。電磁現(xiàn)象以及相關(guān)的各種法則，誕生了交流電機(jī)的原型，并確立了電機(jī)的工業(yè)運(yùn)用。在20 世紀(jì)之后的70里，刷直流電機(jī)、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等各種電機(jī)相繼誕生，半導(dǎo)體技術(shù)和電子控制概念的引入，帶來了變頻驅(qū)動(dòng)的實(shí)用化。到20世紀(jì)末期，計(jì)算技術(shù)的飛躍發(fā)展為高性能驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶來了機(jī)會(huì)，隨著設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)、測(cè)量、控制、功率半導(dǎo)體、軸承、磁性材料、絕緣材料、制造加工技術(shù)的不斷進(jìn)步，電動(dòng)機(jī)本體經(jīng)歷了輕量化、小型化、高效化、高力矩輸出、低噪音振動(dòng)、高可靠、低成本等一系列變革，相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)和控制裝置也更加智能化和程序化。進(jìn)入21世紀(jì)，在以多媒體和互聯(lián)網(wǎng)為特征的信息時(shí)代，電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)裝置繼續(xù)發(fā)揮支撐作用，向節(jié)約資源、環(huán)境保護(hù)、高效節(jié)能運(yùn)行的方向發(fā)展。

我國電機(jī)的發(fā)展和生產(chǎn)起步較晚，但發(fā)展迅速。大功率電機(jī)的生產(chǎn)和應(yīng)用可以追溯到文革時(shí)期，驅(qū)動(dòng)電路所有半導(dǎo)體器件和中等耐壓的大功率半導(dǎo)體器件都完全是國產(chǎn)化。改革開放后，我國的電機(jī)發(fā)展迎來高潮。步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分控制國內(nèi)已經(jīng)基本掌握；但與國外水平相差較大，小功率電機(jī)產(chǎn)業(yè)經(jīng)過四十多年的發(fā)展，也取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。總的來講，小功率電機(jī)產(chǎn)業(yè)在我國經(jīng)歷了兩個(gè)發(fā)展階段：第一階段，順應(yīng)我國家電業(yè)的發(fā)展需要，應(yīng)用于家電產(chǎn)業(yè)，國內(nèi)企業(yè)通過技術(shù)引進(jìn)、設(shè)備引進(jìn)吸收逐步縮小同發(fā)達(dá)國家的差距部分產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平，也形成了一些具有廣泛市場(chǎng)知名度的產(chǎn)品品牌；第二階段，伴隨汽車工業(yè)的快速發(fā)展，車用小功率電機(jī)需求量的增加也帶動(dòng)了永磁直流電機(jī)和無刷直流電機(jī)等小功率電機(jī)的興起。

二、電機(jī)行業(yè)的發(fā)展、機(jī)遇與挑戰(zhàn)

（一）電機(jī)行業(yè)的發(fā)展。

電機(jī)行業(yè)是一個(gè)傳統(tǒng)的行業(yè)。經(jīng)過多年的發(fā)展，它已經(jīng)成為現(xiàn)代生產(chǎn)、生活中不可或缺的核心、基礎(chǔ)，是國民經(jīng)濟(jì)中重要的一環(huán)。伴隨著現(xiàn)代高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，電機(jī)技術(shù)已逐漸成熟。作為勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，我國發(fā)展電機(jī)制造業(yè)有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。隨著其它學(xué)科和工程方法的進(jìn)步，如功率電子學(xué)的發(fā)展，高電壓等級(jí)的功率電子器件的出現(xiàn)，新的永磁材料和絕緣材料的出現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)和IT技術(shù)，有限元等分析工具的發(fā)展，日益增長(zhǎng)的環(huán)境意識(shí)和再生能源的使用思想等，使得傳統(tǒng)電機(jī)得到了新的發(fā)展和應(yīng)用。

雖然我國經(jīng)受了全球經(jīng)濟(jì)危機(jī)的影響，部分產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值呈下降趨勢(shì)。但是電機(jī)企業(yè)產(chǎn)量仍突飛猛進(jìn)。其主要原因是，企業(yè)積極實(shí)施國家節(jié)能政策，風(fēng)電生產(chǎn)項(xiàng)目的效果顯著。小型交流電機(jī)同比小幅增長(zhǎng)，大中型電機(jī)增勢(shì)明顯，這與國家經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)拉動(dòng)有關(guān)；直流電機(jī)產(chǎn)量同比降幅加大，主要是用戶如軋鋼機(jī)行業(yè)的需求量減少。隨著交流變頻器電機(jī)技術(shù)的發(fā)展，依靠性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，替代部分直流電機(jī)，使直流電機(jī)市場(chǎng)萎縮。

（二）電機(jī)行業(yè)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

為了緩解漲價(jià)對(duì)生產(chǎn)造成的影響，我國電機(jī)制造企業(yè)應(yīng)適當(dāng)調(diào)整電機(jī)產(chǎn)品價(jià)格，主要還是提升電機(jī)的技術(shù)性能和制造工藝，使其向小型化、精細(xì)化發(fā)展，減少材料使用量。同時(shí)，還應(yīng)提升專業(yè)化水平和專業(yè)化布局，提高企業(yè)的資金利用率，提高零部件的專業(yè)化設(shè)計(jì)和制造水平，集中資源開發(fā)新產(chǎn)品，使產(chǎn)品向多元化發(fā)展，并積極拓展海外電機(jī)市場(chǎng)靈活經(jīng)營。做到這一點(diǎn)需兩大重要因素的配合：管理現(xiàn)代化和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化。企業(yè)必須具備較強(qiáng)的管控能力，要具有很高的零部件通用化程度。

出口電機(jī)雖然保持小幅度增長(zhǎng)，但同比增速大幅回落，原因在于世界經(jīng)濟(jì)增速放緩，人民幣持續(xù)升值，生產(chǎn)成本繼續(xù)加大，導(dǎo)致企業(yè)利潤減少，甚至出口出現(xiàn)虧損，企業(yè)主動(dòng)或被動(dòng)限產(chǎn)自救。

目前，原材料價(jià)格略有起伏，國際原油價(jià)格居高不下，國內(nèi)煤電油資源約束處于緊張狀態(tài)，中小電機(jī)企業(yè)最大的困難仍是成本問題。

三、電機(jī)行業(yè)的發(fā)展趨向

我國電機(jī)行業(yè)無論從國際、國內(nèi)市場(chǎng)前景，還是從產(chǎn)業(yè)配套環(huán)境來講，都有廣闊的發(fā)展空間。未來的電機(jī)將向高效率、高功率密度、高可靠性、低噪聲以及良好的可維修性和可替換性方向發(fā)展。電機(jī)行業(yè)必將隨著電子、信息、汽車以及家電這些應(yīng)用主戰(zhàn)場(chǎng)的興旺而注入更強(qiáng)大的發(fā)展動(dòng)力。由此，電機(jī)行業(yè)的發(fā)展在以下幾個(gè)方面的發(fā)展趨向做出預(yù)測(cè)。

（一）環(huán)保和節(jié)能。

從節(jié)能和環(huán)保出發(fā)，強(qiáng)調(diào)電機(jī)效率，通過應(yīng)用新材料，優(yōu)化設(shè)計(jì)以及改進(jìn)生產(chǎn)工藝來提高電機(jī)效率和質(zhì)量，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模、采用先進(jìn)的工藝設(shè)備和技術(shù)、專業(yè)化協(xié)作生產(chǎn)等措施，降低生產(chǎn)成本，從而提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

因此直線電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕慣性小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、速度和加速度大、精確度高、振動(dòng)和噪聲小等優(yōu)點(diǎn)，成為各類超高速精密機(jī)床的理想傳動(dòng)方式。在各類高速、精密加工設(shè)備上具有廣泛的應(yīng)用前景。另外，加入新的技術(shù)例如高檔的數(shù)控機(jī)床等將會(huì)對(duì)其發(fā)展起明顯的推動(dòng)作用。

與傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)相比，直接驅(qū)動(dòng)的永磁電機(jī)的直接驅(qū)動(dòng)給用戶帶來了更多的好處。去除了傳統(tǒng)的齒輪。降低了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)噪聲、減少了維修費(fèi)用、降低了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)重量、增加了系統(tǒng)可靠性，是未來電機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)和方向之一。

（二）改造更新電機(jī)產(chǎn)品。

在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和品種方面，由于節(jié)約能源的需要和滿足新型產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品配套的需求，特殊專用派生系列產(chǎn)品將會(huì)有更大的發(fā)展。可再生能源和風(fēng)能、太陽能、潮汐能、燃?xì)獾刃履茉窗l(fā)電配套的發(fā)電機(jī)都將得到快速發(fā)展。另外，軌道交通牽引電機(jī)、中型高低壓電動(dòng)機(jī)、高壓大功率潛水電泵需要量也急速增長(zhǎng)。我國風(fēng)能資源儲(chǔ)量居世界首位，且商業(yè)化、規(guī)模化的潛力很大。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的大體趨勢(shì)是單機(jī)容量不斷增長(zhǎng)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)是安裝在十幾米的空中，技術(shù)難度相當(dāng)高，所有的標(biāo)準(zhǔn)都要達(dá)到軍工產(chǎn)品要求。

高溫超導(dǎo)領(lǐng)域的進(jìn)展也同樣為電機(jī)的發(fā)展提供了新的可能性。高溫超導(dǎo)電機(jī)不僅諧波畸變率較傳統(tǒng)電機(jī)低，其過載能力和效率也是傳統(tǒng)電機(jī)所無法企及的。

超聲電機(jī)突破了傳統(tǒng)電磁電機(jī)的概念，沒有電樞繞組和磁路，不依靠電磁相互作用來轉(zhuǎn)換能量，而是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)和超聲振動(dòng)，將材料的微觀變形通過共振放大和摩擦傳動(dòng)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子或動(dòng)子的宏觀運(yùn)動(dòng)。與傳統(tǒng)電機(jī)相比。具有慣性小、響應(yīng)快、控制特性好、噪聲小等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于微型機(jī)械、機(jī)器人、精密儀器儀表、日用家電等領(lǐng)域。

磁懸浮電機(jī)是利用定子和動(dòng)子勵(lì)磁磁場(chǎng)之間“同性相斥、異性相吸”的原理使動(dòng)子懸浮起來，同時(shí)產(chǎn)生推進(jìn)力驅(qū)使動(dòng)子在懸浮狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)。因此，定子與動(dòng)子之間不存在任何機(jī)械接觸，可以產(chǎn)生較高的加速度。機(jī)械磨損小，機(jī)械與電氣保護(hù)容易。維護(hù)、檢修和更換方便，適用于惡劣環(huán)境、極其潔凈無污染環(huán)境和需要的領(lǐng)域。磁懸浮電機(jī)的研究越來越受到科技工作者的重視，其發(fā)展前景令人鼓舞。除此之外，電機(jī)的控制也在向智能化發(fā)展。智能化控制在許多的應(yīng)用領(lǐng)域都獲得應(yīng)用，并獲得良好的控制效果。例如：模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、學(xué)習(xí)控制和居于專家系統(tǒng)的控制等。這些控制方式最大的優(yōu)點(diǎn)是：無需被控對(duì)象進(jìn)行精確的數(shù)學(xué)建模，而且具有很強(qiáng)的魯棒性，非常適合控制電機(jī)這種非線性、變參數(shù)對(duì)象。比較成熟的有模糊控制，它不需要控制對(duì)象精確的數(shù)學(xué)模型，能克服非線性等因素的影響，對(duì)被控對(duì)象參數(shù)變化具有較強(qiáng)的魯棒性。目前，模糊控制已經(jīng)在交直流調(diào)速系統(tǒng)中和伺服系統(tǒng)中取得很好的效果。

（三）以電子技術(shù)提升電機(jī)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

微電機(jī)技術(shù)含量最低，競(jìng)爭(zhēng)最激烈，利潤率也最低。發(fā)展趨勢(shì)為：產(chǎn)品向高性能、輕薄短小化、永磁化、無鐵心化、無刷化、機(jī)電一體化、智能化和組合化方向發(fā)展。而中小型電機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)：產(chǎn)品向多用途、多品種和多適應(yīng)性方向發(fā)展。節(jié)能、高效和優(yōu)質(zhì)的中小型電機(jī)，潛力很大。對(duì)技術(shù)含量較高的電機(jī)的需求，也很大，生產(chǎn)基地也正逐步往中國大陸等地轉(zhuǎn)移。高效節(jié)能電機(jī)將成為開發(fā)重點(diǎn)；可靠性高、壽命長(zhǎng)、噪聲低、重量輕和外形美觀的電機(jī)被市場(chǎng)看好。并且，全面采用國際標(biāo)準(zhǔn)，引進(jìn)先進(jìn)的設(shè)計(jì)軟件、結(jié)構(gòu)及工藝，發(fā)展專用派生系列，提高產(chǎn)品的可靠性，貫徹強(qiáng)制性的安全標(biāo)準(zhǔn)，是今后的工作重點(diǎn)。

（四）發(fā)展特色電機(jī)。

在引導(dǎo)企業(yè)形成專業(yè)化協(xié)作生產(chǎn)的同時(shí)，引導(dǎo)小型企業(yè)生產(chǎn)一些市場(chǎng)總需求量不是很大，但針對(duì)性很強(qiáng)的特色電機(jī)產(chǎn)品。如：低速電機(jī)、超聲波電機(jī)、直線電機(jī)、高速電機(jī)、伺服電機(jī)、防爆電機(jī)、軌道交通牽引電機(jī)等。

伺服電機(jī)，可使控制速度、位置精度非常準(zhǔn)確。將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象，到目前為止，高性能的電伺服系統(tǒng)大多采用永磁同步型交流伺服電動(dòng)機(jī)，控制驅(qū)動(dòng)器多采用快速、準(zhǔn)確定位的全數(shù)字位置伺服系統(tǒng)。

防爆電機(jī)主要用于煤礦、石油天然氣、石油化工和化學(xué)工業(yè)。此外，在紡織、冶金、城市煤氣、交通、糧油加工、造紙、醫(yī)藥等部門也被廣泛應(yīng)用。防爆電機(jī)作為主要的動(dòng)力設(shè)備，通常用于驅(qū)動(dòng)泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和其他傳動(dòng)機(jī)械。

軌道交通電機(jī)主要是用于鐵路干線電力機(jī)車、工礦電力機(jī)車、電力傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車和各種電動(dòng)車輛上用于牽引的電機(jī)。城市軌道交通正面臨一個(gè)快速發(fā)展期。高密度、高效率、寬調(diào)速的車輛牽引電機(jī)及其控制系統(tǒng)既是電動(dòng)汽車的心臟又是電動(dòng)汽車研制的關(guān)鍵技術(shù)之一。作為軌道交通的重要組成部分，牽引電機(jī)的發(fā)展?jié)摿σ彩蔷薮蟮摹?/p>

四、結(jié)束語

縱觀我國電機(jī)發(fā)展的歷史可以發(fā)現(xiàn)，電機(jī)的發(fā)展從來都是科技水平的體現(xiàn)。時(shí)至今日，電機(jī)行業(yè)仍然是科學(xué)家和工程師們十分感興趣的一個(gè)領(lǐng)域。近代科技的進(jìn)步改變了傳統(tǒng)電機(jī)技術(shù)的面貌和內(nèi)涵，注入了最新的內(nèi)容。為了滿足如今多元化的市場(chǎng)需求，電機(jī)行業(yè)的發(fā)展仍然令人期盼。

（作者單位：四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系）

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