电机

近日，国际市场调研组织MR发布了一份报告，预估2022年全球微电机销售额有望突破400亿美元，预估在未来10年增长率有望达到6.9%，其中无刷直流电机的需求将引爆电机市场。

近年来无刷直流电机凭借着轻、便、小等优点，在市场上得到了广泛的应用，那么未来电机行业有望进入“无刷时代”吗？

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<strong>直流无刷主流化</strong>

生活水平的提高、办公自动化的发展，人们对家用电器等设备要求越来越趋向于智能化、便携化，而作为执行元件的重要组成部分，电机必须具备快速、精准、高效等特点，直流无刷电机的应用也因此而迅速增长。

ADI凭借在优化系统级信号处理性能方面的成熟经验和种类丰富的产品，为开发人员提供针对商用大飞机的解决方案。ADI解决方案提供此应用相关的系列产品，如用于飞机导航子系统、通信子系统、雷达与监控子系统、电源与推进子系统、机仓娱乐子系统的产品等等。

<strong>ADI侧重支持的商用航空领域</strong>

ADI拥有一支由营销和应用设计成员组成的团队，致力于支持航空业。目前侧重支持以下五个领域：

01、航空电子——航姿参考系统

＊ MEMS惯性测量单元(IMU)
＊ 接口驱动器和隔离器
＊ 用于模拟输入的高速数据转换器

02、航空电子—通信

＊ 收发器解决方案
＊ 空对地
＊ 空对空
＊ 放大器、滤波器、隔离器和模块
＊ 低功耗无线监控

03、电源和推进

＊ 高温/增强性能
＊ 电源管理和监控
＊ 驱动和控制

04、安全和监控

＊ 雷达
＊ 监控和天气
＊ 障碍物探测
＊ HUMS
＊ 加速度计、转换器和DSP
＊ ADS-B/无线监控

电机和电源控制逆变器设计人员都会遇到相同的问题，即如何将控制和用户接口电路与危险的功率线路电压隔离。隔离最主要的要求是方式功率线路电压损坏控制电路，更重要的是，保护用户受到危险电压伤害。系统必须符合相应国际标准规定的安全要求，例如涵盖电机驱动和太阳能逆变器的IEC 61800和IEC62109。这些标准主要注重符合性测试。标准的符合性测试会如何赋予工程师自由度？标准会在安全性方面为工程师提供指导，但如何赋予工程师自由度，以便可以选择符合目标系统规格以及标准的相应架构、电路和元件呢？这些是由电路满足在效率、带宽和精度方面提供系统所需性能，同时又满足安全隔离要求来决定的。设计创新系统的难题是，为现有架构、电路和元件制定的设计规则可能不再适用。因此，工程师需要花时间认真评估新电路或元件符合EMC和安全性标准的能力。某些地区工程师的责任更大，一旦所设计系统的安全功能失效并导致伤害，工程师可能需要承担个人责任。本文探讨了系统架构选择对电源和控制电路设计以及系统性能的影响。本文还将说明最新可用隔离元件的性能提升如何帮助替代架构在不影响安全性的前提下提升系统性能。

随着汽车产业的快速发展，各国都面临汽车与能源供应、环境与空气污染等社会承载能力之间矛盾的新课题。近年来，我国迅速增加的汽车保有量不仅对燃油供应带来巨大压力，而且汽车尾气排放也达到了令人难以承受的地步。“十一五”国家提出节能和新能源汽车战略，在“十二五”规划纲要中将新能源汽车产业确定为战略性新兴产业，并以前所未有的力度推进发展，调整汽车产业结构、大力发展新能源汽车是我国今后汽车产业发展的重要战略要点。目前，以油电驱动的混合动力汽车（HEV）和纯电动汽车（BEV）等为代表的新能源汽车陆续问世并投放市场。

1 新能源汽车特征与研发驱动电机制造装备的紧迫性

新能源汽车以节能环保为基本特征，其驱动电机由于功率及功率密度较大、定子铁心外形尺寸大、定子槽数多、电磁漆包线线径较粗、定子嵌线通道槽口小、定子槽满率较高、定子冲片较薄且槽形较深、定子叠厚较高、绕组分布形式为三相同心式，所以常规的小功率、分马力电机定子绕组制造装备无法适应新能源汽车驱动电机定子绕组生产制造要求。

随着电机行业的不断发展，电机产品的外延和内涵也不断拓展，电机产品广泛应用于冶金、电力、石化、煤炭、矿山、建材、造纸、市政、水利、造船、港口装卸等各个领域。电机的通用性逐渐向专用性方向发展，打破了过去同样的电机分别用于不同负载类型、不同使用场合的局面。

小电机制造行业向规模化、标准化和自动化方向发展，而大中型电机制造行业却向单机容量不断增大、要求特殊化、多样化、定制化的方向发展。同时，高效节能也是整个行业的发展趋势。

资源向优势企业集中技术水平决定利润水平和竞争者数量

1、从整个电机行业来讲，平均利润水平呈U形分布，竞争者数量呈倒U形的分布。目前，电机行业市场化程度高，电机企业数量众多，整个行业处于整合、优化的变革过程当中。

微型电机、大型电机包括部分特种电机由于技术难度高、前期投入较大、技术门槛较高，处于整个U型曲线的最高端，平均利润水平较高、竞争者数量较少；小功率电机、小中型电机处于整个U型曲线的中间，竞争者数量较多，平均利润水平较低。

产品单机容量不断增大企业向高压大中型电机行业靠拢

2、随着现代化工业生产规模的逐步增大，与之相配套的生产设备也向着集成化、大型化、规模化方向发展，拖动大型机械设备的电动机功率也随之越来越大，高电压等级、大容量、高性能电机成为最重要的方向。

很高兴有机会跟大家分享一下关于电力电子方面的问题。我在这里主要是讲电机对这方面的需求。精进电动最近在电力电子方面做了很多的工作，一半是在国内做的、还有一半是在美国做的，是美国团队做的，我跟大家讲讲我们做了什么。

能源向轻量化发展，所以汽车向电动化发展，汽车和能源两个结合到一起才是中国国家发展的大旗。以某知名品牌电动车为例，他现在二氧化碳的排放远远超过了燃油车，所以电动车也不应该鼓励超大和超豪华的方向发展。

这是我们大家都熟悉的一些法规方面的问题，没有电动化是不可能达到油耗指标的、也不可能达到我们国家特别规划出来的双积分的政策。

还有一个原理方面的问题，传统汽车的能量转换是单向的，电动化的汽车能量转换传递是双向的，这是一个原理的问题，这是为什么电动车节能的一个主要的原因。电机既能把电能变成机械能、也能把机械能变成电能，而传统的发动机和变速箱变成机械能以后再想变回去是不可能的，如果不用的话全部浪费掉。电驱动和总成的发展，是以电机和电力电子为技术总成的。我们国家的“十三五”科技发展规划，最开始的时候我就跟欧阳老师商量把这个字改了，原来叫“电机系统”，把它改成了“电机和电力电子”，更明确的说明了电力电子在这方面的重要性。

市场需求的刺激下，技术和资本频繁涌入机器人市场。从炫酷的汽车人变形金刚到精准操作的机器人医生，各大机器厂商的业务已涵盖医疗、服务、运输、建筑等各大领域。

1、机器人变形金刚

近日，土耳其Letvision公司宣布，像电影中一样可自由变身的变形金刚已成为现实，该公司成功打造出一个能够由汽车变身成机器人再恢复到汽车形态的变形金刚。据介绍，这款变形金刚名叫Letrons，由一辆1比1原尺寸大小的宝马轿车打造，这辆改造后的宝马汽车无法让人坐进去驾驶，主要通过遥控器控制，而且变形速度还有很大提升空间。目前Letrons还处于原型阶段，不过Letrons变形后可以移动它的手臂、手、手指、头部以及颈部。此外，Letvision的工程师还为Letrons加入了雾效、声效以及灯光效果，同时具备WiFi无线连接功能。

2、机器人建筑工

HadrianX是巨型卡车山建筑机器人，它用近30米长的机械臂1个小时内可砌砖1000块，并能够长时间保持某个特定姿势。HadrianX能够连续24小时工作，因此只需要2天时间就能建起整栋住宅。它被安装在卡车背上，因此能够在建筑工地内自由行动。HadrianX研发人皮瓦克表示，他无意针对泥瓦匠，只是希望能够改变建造住宅的过程，HadrianX将帮助吸引更多年轻人到机器人领域。

如果说电池系统是电动汽车的血液，电控系统是电动汽车的大脑，那么电机系统则是电动汽车的肌肉。电动汽车三大核心技术——整车控制器（VCU）、电机控制器（MCU）、电池管理系统（BMS）的默契配合是电动汽车得以正常行驶的重要原因。

<strong>新能源汽车需求推动驱动电机需求</strong>

对于电动汽车而言，驱动电机必不可少。以新能源乘用车为例，分析2017年1-5月中国新能源乘用车趋势图可知，目前驱动电机在中国有非常大的需求量。

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<center>图一 制图：VehicleTrend车势 数据来源：乘联会</center>

“由于电力问题，包括电源波动和电压扰动，美国大型工业设施每年损失超过1000 亿美元。”——美国电力研究院（EPRI）)最新研究报告

其实，细微的电源质量事件常常越过传统保护网络而不被察觉，造成设备性能随着时间推移而降低。为了克服电源质量挑战，有必要监控输入以及负载产生的扰动。

电源质量指的是提供给用电客户的电力的各种变化情况，涉及接线问题、接地问题、开关瞬变、负载变化和谐波生成。电源质量不良会导致设备停机，维修作业增加，使用寿命缩短，最终产生经济损失。接下来的内容将从工业设备的视角分析电源质量不良的影响，并说明如何使机器保持最佳运行状态。

<strong>电源质量扰动源于何处？</strong>

图1a是电力研究院在全美24家电厂针对配电质量展开的研究总结。大部分 (85%) 电源质量事故源于电源突降或突升、谐波和接线以及接地问题。图1b显示了欧洲电源质量调研的结果。据估计，在欧盟25个国家中，电源质量问题造成的经济损失每年超过1560亿美元（1500亿欧元）。

电机系统运行效率低，节能技术和装备水平相对落后，造成了中国电力大量浪费。虽然政府采取了财政补贴等众多政策推动节能，但是受制于市场的需求，高能效产品占比仍然较低。

“2016年，中国电机容量是20亿千瓦，用电量3.6万亿千瓦时左右，约占全社会用电量的60%。2016年，电机系统的能效水平平均提升了近20%，累计节电约8000亿千瓦时，相当于节能2.7亿吨标准煤，为全国节能顺利完成目标发挥了重要的作用。尽管如此，中国电机能效的整体水平比国际先进的电机水平仍低10%左右，还有很大的提升空间。”国家发改委资环司副司长王善成在“推动节能之未来：结合国际能源署的观点——电机及水业系统节能潜力研讨会”上表示。

<strong>提高电机节能势在必行</strong>

我国以煤为主的能源结构、能源消费大幅度增长和低效利用导致环境污染严重、生态破坏加剧。

“每年仅煤炭开采破坏地下水资源就达80亿吨以上，采煤沉陷区累计达100万公顷左右，未来10年，每年还将新增4-5万公顷左右，煤矸石堆积大量占用土地、污染土壤。”国家发改委环资司能评处调研员金明红在上述会议上表示。