永磁無刷電機目前是微特電機的發展主流

　　永磁無刷電機是永磁無刷直流電機、永磁無刷交流同步電機、永磁無刷直線電機和永磁無刷力矩電機的總稱。面對能源緊張、環境污染和機器人的快速發展，21世紀應發展具有高效率低能耗、高出力省材料、高性能高可靠、小尺寸輕重量等特點的微特電機產品，由于磁性材料、電力電子技術、集成電路技術和計算機技術的迅速發展，永磁無刷電機具有上述特點，因此它已是目前微特電機的發展主流。

　　永磁無刷電機迅速發展的原因
　　技術進步推動永磁無刷電機的發展
　　面向21世紀，滿足與地球環境共存、與網絡結合、機器人要求的微特電機將得到更快發展，并將構筑起“微特電機的新時代”。與地球環境共存要求電機高效節能、高出力省材料、靜音舒適、無害無污染等。與網絡結合要求電機小型化、片狀化、高速(High Speed)化、輕量化、高精度、高性能等。機器人用電機要求高出力、低慣量、低速大力矩、智能化等。為了滿足上述要求，國外微特電機制造公司，尤其是主要制造商，十分重視永磁無刷電機和驅動控制技術的研究、開發。電機進行優化設計，合理選擇參數，減少力矩脈動和噪音，擴大調速范圍；多極集中繞組，減少繞組端部長度，拼塊式或鉸鏈式電樞沖片提高槽滿率，高效率高性能驅動控制技術的研究，高性能永磁材料的采用，提高了效率，節省了材料，縮小了體積，減輕了重量，這些技術的研究和開發使永磁無刷電機具有高效節能、高出力省材料、高可靠高性能、體積小重量輕等優點，也使永磁無刷電機技術迅速發展和成熟。

　　市場(Rialto)拉動加速永磁無刷電機的發展
　　永磁無刷電機已得到廣泛應用，并將進一步拓寬使用領域，需求量的增加，有力地拉動了永磁無刷電機的發展。

　　網絡領域使用的微特電機數量約占整個微特電機的38%，HDD主軸電機、打印機主軸電機、復印機主軸電機、計算機風機、高檔DVD主軸電機都是采用永磁無刷電機，而且是精密永磁無刷電機，由于精度要求高，均采用粘結釹鐵硼（日本83%的粘結釹鐵硼用于該類永磁無刷電機）、整片電樞沖片、多極集中繞組、外轉子結構。手機用的振動電機，不論是圓柱形還是鈕扣式振動電機絕大部分還是采用有刷直流電機，但也有無刷振動電機，目前沒有得到廣泛使用。

　　家電領域使用的電機約占整個微特電機的15%。空調器、洗衣機、電冰箱等主要家電最早使用單相異步電動機，但效率低、利用率低。為了節能，90年代初家電開始采用變頻調速異步電動機。目前日本90%以上的空調器采用永磁無刷直流電機，替代異步電動機變頻調速。我國空調器制造廠也開始采用永磁無刷直流電機，以獲得更好的節能效果和節省材料。在相同的額定功率和額定轉速下，如果單相異步電動機的體積和重量為100%，則永磁無刷直流電動機的體積為38%，重量為34.8%，用銅量為20.9%，用鐵量為36.5%，效率提高10%以上。

　　為了盡可能提高效率，電機永磁體采用燒結釹鐵硼，電樞沖片采用拼塊式或鉸鏈式，多極集中繞組，根據用戶使用要求電機可做成外轉子或內轉子結構。空調器、洗衣機、電冰箱等為主的家電領域將越來越多地采用永磁無刷電機。

　　電動車用的微特電機約占整個微特電機的17%。2004年我國生產電動自行車675.71萬輛，同比增長69.05%，其驅動電機大部份采用有刷直流電機。但由于直流有刷電機有壽命短，維修難的缺點，隨著永磁無刷直流電機價格的下降及控制器可靠性的提高，采用永磁無刷電機越來越多。由于能源緊張和環境污染日益加強，電動汽車顯示出強勁的生命力，被汽車生產廠和消費者普遍看好。有資料顯示，到2010年，電動汽車將占全球汽車需求量的四分之一，總量將達到2000萬輛。

　　美國通用、日本豐田(TOYOTA)、法國雪鐵龍等大汽車公司都將電動汽車作為發展方向。我國也高度重視，電動汽車已經被科技部列為“十五”期間國家重大攻關項目，也是“十一五”規劃中發展綠色交通的重要內容之一。汽車電動助力轉向系統中的驅動電機有有刷直流電機和永磁無刷電機，電動汽車驅動電機有有刷直流電機、變頻異步電機和永磁無刷電機，但它們的發展趨勢都是永磁無刷電機，尤其是日本汽車制造商都采用永磁無刷電機。凡是電動車中涉及安全等重要系統中用的電機采用永磁無刷電機替代有刷直流電機將是一個趨勢。電機永磁體采用燒結釹鐵硼，繞組形式有集中繞組和分布繞組兩種，電機結構有外轉子和內轉子兩種。至于汽車中用的一般電機目前仍然是有刷直流電機為主。

　　工業領域中各類加工機械設備、IC設備、電梯等伺服驅動系統，最初用的是有刷直流電動機調速系統。70年代后，變頻調速異步電動機不斷替代有刷直流電動機調速系統，因為變頻調速異步電動機的性價比優于有刷直流電動機調速系統，具有結構簡單、可靠性高、干擾小、維護少、壽命長的特點。由于永磁無刷電機具有比異步電動機體積更小，重量更輕，效率更高等優點，中小功率異步電動機變頻調速系統正在逐步被永磁無刷電動機取代，如日本富士公司有0.4-300kW無刷電機系列。目前精密加工機械、IC制造設備絕大部份采用數字式永磁交流同步電動機伺服控制系統，一般工業機械采用永磁無刷直流電機驅動系統。電機永磁體采用燒結釹鐵硼，繞組形式有集中繞組和分布繞組兩種，主要是內轉子結構。

　　電梯采用永磁無刷同步電動機伺服控制系統后，不僅具有體積小、節能、控制性能好的優點，又容易實現減速直接驅動，消除齒輪減速裝置，低噪聲、平層精度和舒適性都優于以前的有刷直流電動機調速和異步電動機變頻調速，適合在無機旁電梯中使用，因此永磁無刷同步電動機驅動得到各大電梯公司的青睞。

　　高速(High Speed)高精度加工機床的進給驅動，目前主要還是用傳統的旋轉伺服電機加精密高速(High Speed)滾珠絲桿結構。上世紀九十年代初開始應用直線電機直接驅動，其與傳統結構相比，有速度(Tempo)提高30倍，加速度(Tempo)提高10倍，最大達10g，剛度提高7倍等一系列優點。當然直線電機直接驅動也存在一些缺點和問題，如控制難度大、磁干擾、成本較高等，但是總的發展趨勢是直線電機驅動占比重會越來越大，很有可能將來成為機床進給驅動的主體。由于永磁無刷同步式直線伺服電機具有效率高，推力密度大，可控性好等優點，盡管其對隔磁防塵要求高和裝配較困難，但現在已成為機床用直線電機的主流。
其他領域包括武器裝備、機器人、宇航等用微特電機。這些使用領域選用各類電機，品種規格繁多，如美國軍用微特電機有5000多個品種，年生產量只有300萬臺。

　　隨著機器人、宇航事業的發展，對微特電機的需求量將增加，要求也將提高。這些領域的伺服驅動類電機也向永磁無刷電機發展，如美國研制和生產軍用、宇航用微特電機骨干單位科爾摩根(Morgan)公司，有兩個永磁交流伺服電動機系列，M系列有5個機座號，47個品種，功率從0.54kW-15.7kW，轉速從900r/min-12000r/min，連續轉矩從0.89N·m-115N·m，峰值轉矩從2.41N·m-326.8N·m；MT系列有4個機座號，24個品種，功率從0.231kW-6.7kW，轉速從1500r/min-6000r/min，連續轉矩從0.44N·m-46.8N·m，峰值轉矩從1.25N·m-115.4N·m。MT系列產品比M系列產品體積更小，效率更高，轉動慣量更小，接線插頭可旋轉，進一步提高了武器裝備的快速性、小型化、可靠性和可維性，滿足了武器裝備伺服控制系統要求，廣泛用于雷達、宇航等領域。美國已將永磁無刷電機用于裝甲車作為驅動源，代替有刷直流電機，提高了裝甲車性能。德國西門子公司和芬蘭ABB公司生產的額定功率3820kW，額定電壓2800V，額定轉速135r/min的永磁無刷電機已經使用在豪華(Regal)游輪、破冰船、工程船等吊艙式推進器，現正在推廣到潛艇，替代有刷直流電動機，提高潛艇性能。

　　相關行業的技術進步為永磁無刷電機發展提供了基礎
　　永磁無刷電機是集新型永磁材料、電力電子、集成電路、計算機及電機技術于一體的產品，相關行業的技術發展，是永磁無刷電機發展的基礎。80年代初釹鐵硼稀土永磁材料的出現及高速(High Speed)發展，為永磁無刷電機提供高剩磁感應強度、高矯頑力、高磁能積的永磁體，其溫度系數大，居里點低，容易氧化生銹的不足，得到不斷的改進提高，現釹鐵硼永磁材料最高的工作溫度可達180℃，一般也可達到150℃，通過涂覆處理解決氧化生銹問題。永磁無刷電機大部份采用粘結或燒結釹鐵硼，釹鐵硼永磁材料2005年全球產量將達到2.3萬噸，我國生產1.4萬噸，預計2010年全球產量將達到9萬噸，我國生產5萬噸。

　　隨著電力電子技術和產品換代更新，半導體開關器件性能不斷提高，容量不斷增大，成本不斷降低。隨著大規模集成電路和計算機技術的快速發展，現已有不少電機專用集成塊，近幾年出現了專門用于電機控制的高性能、低價位的數字信號處理器DSP。集成電路和計算機技術的快速發展對永磁無刷電機控制技術起到有力的推動作用，為永磁無刷電機的發展提供了基礎。

　　我國應重視永磁無刷電機的研究、開發和產業化
　　我國改革開放后，經濟得到了迅速發展，但是，我國每生產價值一萬美元的商品，消耗的原材料是日本的7倍，美國的6倍，甚至比印度還高2倍。2004年我國對世界(Mondi)經濟的總貢獻是4.3%，但是，我們消耗了全球30%的煤炭，27%的鋼鐵，25%的鋁材和40%的水泥。我國已經成為世界(Mondi)第二大能源消費國，能源消費約占世界(Mondi)的11%，石油對外依存度已超過40%，預計到2010年將達到57%。

　　為了落實科學發展觀，黨的十六屆五中全會通過的《中共中央關于制定國民(National)經濟和社會發展第十一個五年規劃的建議》提出了“十一五”期末單位國內總產值能源消耗降低20％左右的目標。為了建設節約型社會，國家發改委編制的中期能源節約規劃中將永磁電機作為節能推廣產品（電力的60%左右消耗在電機上）。因此我們應該積極加速各類永磁無刷電機的研究、開發和產業化。

　　我國是稀土材料儲藏大國，鄧小平同志南巡講話時指出“中東有石油，我國有稀土”，江澤民同志視察包頭時題詞“搞好稀土開發應用，把資源優勢轉化為經濟優勢”。我們理應加強稀土永磁材料的應用研究，提高稀土材料的性能，改變目前稀土材料低價出售的局面，將豐富的資源變成高科技產品，實現科學發展觀。

　　我國除有稀土永磁材料豐富的優勢外，還有永磁無刷電機人才資源，政府應制定相應的優惠政策，實現政府推動下的產學研的聯合，充分發揮各方面人才優勢，進行聯合開發、聯合攻關，實現產業化，一定能趕上世界(Mondi)永磁無刷電機先進技術水平，打造出有自主知識產權的各類永磁無刷電機品牌。

　　我國使用的精密永磁交流伺服驅動控制系統絕大部份依賴進口，據不完全統計每年進口費用2億美元左右，我們有責任迅速實現各類永磁無刷電機產業化，形成真正的商品，替代進口，改變依賴進口的局面，使我國不僅是微特電機生產大國，還要成為微特電機技術強國。