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電機“拳頭”打向何處?

在國內,談及中小型電機,聯想到的往往是笨重的鑄鐵殼、簡單的定轉子組合、眾多工人熟練地繞線工作、“白菜”般的銷售價格以及高能耗用電大戶。

新的年份何不試著發散思維,想想中小型電機將會在今后的日子里有什么發展可能?是否低能效電機將在今年徹底退出市場?傳統電機材料是否將在今年被新材料全面替代?電機市場格局是否被打破……

我們不妨開始發現中小型電機發展的各種可能。

低能效電機或將徹底退出

2013年1月30日召開的國務院常務會議,研究部署了控制能源消費總量工作,業內人士認為,能源總量控制實質上是通過能源約束來推動發展方式的轉變和經濟結構的調整。目前,整個能源消費量中70%是由工業所消費,所以工業的轉型升級以及大力推進工業節能是關鍵。

據數據顯示,我國電機年用電量已超過2萬億千瓦時,約占全國用電量的60%和工業用電量的80%,高效電機推廣顯得格外重要;另一方面, 中國電機出口具有廣闊的商機,現在歐美等發達國家從事傳統電機生產的企業已經越來越少,中國的電機企業就有可能成為他們的進口商。但是,笨重大型的電機并不受歐美等發達國家所歡迎。國外的電機都朝著輕便、簡約化發展,我國的大型高效電機出口是沒有優勢的。中國的電機企業應該增加電機制造的國際競爭力。

雖然我國已成為電機制造大國,掌握了高效及超高效節能電機生產技術,但從整體看,行業競爭力仍然較弱。電機用量大、能效水平低,制約了我國國民經濟的健康發展。

隨著“十二五”提出大力發展七大戰略性新興產業,而電機產業作為節能環保、新能源、新能源汽車、高端裝備制造業的先導產業,必然受到國家政策的大力支持。代表節能環保的高效電機推廣力度不斷加大。

與此同時,我國一直在積極研究出臺推廣高效電機的激勵政策。為了促進高效電機的推廣,國家從2010年6月開始對高效電機實施財政補貼;為了完成2011年度推廣3177萬千瓦高效電機的目標,當年3月提高補助標準; 2012年,工信部出臺了工業系統節能“十二五”規劃,在此規劃中,把IE2的增長目標定在2015年整個IE2的電機將會達到整個電機市場的80%以上。而GB18613-2012《中小型三相異步電動機能效限定值及能效等級》標準的實施更是將高效電機推廣推向了新的起點,隨之而來的是低能效電機的退出。

與此同時,相關部門還發布了多批次《高耗能落后機電設備(產品)淘汰目錄》,以推動淘汰落后機電設備的進度。

不難看出,國家正是采用補貼和強制相結合的方式,不斷提升電機能效標準,鼓勵高效節能電機市場的發展。

綜合國內外電機行業的發展趨勢和市場需求,大型電機應走系統化節能的路線,即對整個電機系統進行系統優化和改造,比如增加變頻器等,就可以使節能效果非常明顯;小型電機則是堅定地推行高效電機的路線,因為小容量電機適當增加材料用量很容易提高電機效率。我國的電機企業不能只為了國家的補貼,而忽視中小型電機的發展。

因此,有專家建議,除了做好補貼工作外,還應建立高效電機推廣的新機制。既從生產端入手,也從需求端著眼,多種手段推廣發展高效電機。

通過良好的補貼形式以及嚴格的退出機制,同時加以有效的第三方檢測,同時拓展海外市場,低能效電機或將很快從中小型電機市場中銷聲匿跡。

電動車電機或將成為企業追逐的熱點

電動汽車無疑是時下最為“熱門”的產品之一,世界各大知名汽車生產廠商都在奮力角逐這一“新鮮事物”,當然國內企業也不甘落后,而電動車整車組配過程中,電機的好壞又直接決定了整車性能的高低,據專家介紹,我國電動汽車產業發展與國外差距正在拉大,其中型電機的差距尤為明顯。

由于新能源汽車的發展,目前純電動汽車所用電機市場已經成為重點銷售方向,雖然很多國內企業都宣稱自己擁有全產業鏈的科研實力,但是真正好的電機一定是需要長期的技術積累,然后才能試制、測試,最終才能走向批量生產。

業內人士指出:“國內真正有實力做新能源電機的整車企業很少,尤其是在乘用車領域,在各企業大力宣揚擁有核心自主的背景下,大家都不愿對外展示作為新能源汽車核心部件之一的電機環節仍處于受制于人的境況。”

在中國號稱做新能源電機的企業很多,但是專業做新能源電機的企業很少,很多企業都是從做傳統的機械、船舶等傳統工業電機領域轉行進入新能源驅動電機領域,幾無研發、生產經驗。

雖然傳統工業電機與新能源汽車電機在原理上是相通的,但是在實際制造上還是存在不小區別的。目前新能源汽車所用電機分為異步電機和永磁電機兩種,前者主要用于公交、客運等商用車,而后者主要用于乘用車。

有業內人士對記者表示,由于異步電機的轉子無繞組,也無電刷,沒有磁感應,功率轉換效率低,構造也簡單,價格也比較便宜,主要應用于大型客車;而永磁電機電機的轉子有繞組,有電刷向轉子供電,功率轉換效率大,結構較復雜,價格也貴,主要用于對轉速要求嚴厲的環境,比如純電動乘用車。

工信部網站《節能與新能源汽車示范推廣應用工程推薦車型目錄》共計有35批次新能源車型,共計484款。工信部出臺的車型越多,意味著電機市場越大,這對電機企業來說,是個碩大的蛋糕,面對著“觸手可及”的誘人市場,電機生產企業是否做好了準備呢?

在此過程中為了很多電機配套企業都是急忙上馬,將傳統工業電機進行簡單的技術改進,當新能源汽車電機提供給整車廠。

但在國外,生產新能源汽車電機存在著多項嚴格的技術指標。新能源汽車,尤其是純電動汽車在爬坡、下坡、平坦路面、顛簸路面等不同路況行駛時,電機的輸出功率不一樣。國內很多電機廠僅僅是在傳統工業電機的生產經驗上稍加改進,完全沒有考慮到新能源汽車電機的使用環境,會大大縮短使用壽命,且易造成局部過熱、線路短路等危險情況。

既然都意識到電動汽車電機今后將有廣闊的市場,何不嚴格的從電機的研發、試驗、投產進行把控,盡早進行基礎性研究,“靜下心來”從零做起,真正形成電動汽車電機產業鏈,以健全的姿態面對觸手可得的機遇。

稀土材料或將被替代

在元素周期表上,鏑(Dy)和釹(Nd)的確是不被常人所熟知的元素,這兩種元素均是來自稀土礦中的稀有金屬元素。就如同其名字所暗示的那樣,可供開采的鏑礦和釹礦非常稀少。

自上世紀70年代初期稀土永磁電機出現后,由于稀土永磁體的高磁能積和高矯頑力(特別是高內稟矯頑力),使得稀土永磁電機具有體積小、重量輕、效率高、特性好等一系列優點,成為新能源汽車電機行業重要發展方向,被各國看好。

中國是全球稀土的主要產地,其產量占世界供應量的95%左右,這在其它國家來看中國“壟斷”了稀土市場,所以,發明一種不需要鏑和釹的電動機將會有很大的利潤。

開關磁阻式電動機恰恰不依賴稀土資源,電動機的結構設計推陳出新,由性能強大、可快速轉換的半導體芯片構成,操控磁阻電動機的電控系統運行更為精密,開關磁阻式電動機由此獲得了新生。

據了解,開關磁阻式電動機與普通電動機的主要區別在于是否使用永久磁鐵。對普通的直流電動機而言,其由兩部分組成:運動的轉子和固定的定子。定子通常做外殼,永久磁鋼安裝在定子內。轉子運行于電機外殼內,其上環繞著銅線繞組,作為電磁體。線圈內電流周期性換向,電機因此運行。線圈電流換向導致電磁體極性轉換,轉子在永久磁場和旋轉的電磁場之間的推力和拉力的作用下旋轉運行。

普通電動機通過旋轉開關即換向器實現電流換向:換向器上的導條與碳刷接觸,轉子旋轉時導電條在碳刷下方運行,線圈繞組經由導電條連接電刷通電。盡管現代化的電動機使用了電子控制系統來代替換向器,但其基本的運行原理與換向器一樣。

開關磁阻式電動機與傳統電動機的換向原理是一致的,但其除了沒有電刷以外,還不需要永久磁鐵,也不需要使用稀土等類似的材料。這都是因為在工作原理上開關磁阻式電動機采用了最小磁阻原理。

磁阻和電阻比較類似。正如電流會沿著最小的電阻路徑流通,而磁通(即磁力線)也會選擇最小磁阻的磁路。鐵恰是又便宜又好的低磁阻材料。

比如說將其應用與電動車當中,當電動車在高速行駛中,開關磁阻式電動機不像永磁鐵電動機那樣快的失去扭矩,這對超車加速過程有利。在發動機失靈時候,也更加安全。對于永磁鐵電動機來說,如果失去動力,轉速會迅速下降,將會造成不可預期的剎車后果,而且也會損傷發動機。與之形成鮮明對比的是,開關磁阻式電動機在失去動力的時候將會靠慣性滑行。

除此之外,與電動車內的永磁鐵電動機一樣,開關磁阻式電動機制動減速過程中也可充當發電機。基本上,發電機將動能轉化為電能,而電動機正好相反將電能轉化為動能。電動機斷電減速時所發的電恰好可補充電動機在剎車時電池所耗費的能量具有這么多的優勢,不難想象,更高效的開關磁阻式電動機很快就將出現。雖然這并不意味著該設計可以馬上商業化,但起碼對于鏑和釹元素的需求會有顯著下降,而對于稀土這一“貴”金屬的依賴逐漸減少或許將有更多的材料替換方案出現在我們的事業當中,對于新材料以及新技術的不斷追求能更為切實的刺激電機行業的發展,如此看來,何不取而代之。

高溫超導電機或將“大行其道”

高溫超導材料在低溫環境下具有零電阻特性,其載流能力遠遠優于普通銅導線,采用超導材料的電機與常規電機相比,具有重量輕、體積小、效率高、噪音小、易維護、操作靈活、單機極限容量大等優點,大容量高溫超導電機體積和重量分別為常規電機的二分之一和三分之一。

高溫超導應用技術是21世紀重大高新技術,逐步將高溫超導電機技術推廣運用到電氣傳動和發電領域,實現該領域的新變革。高溫超導電機作為船舶電力推進和風力發電的重要研究方向,近年來成為高溫超導應用領域的研究熱點,隨著高溫超導材料技術的不斷發展,超導電機技術在工程化應用,都將產生顯著的經濟和社會效益。

2012年7月,中國第一臺兆瓦級高溫超導電動機研制成功,中船重工七一二所研制的兆瓦級高溫超導電機實現滿負載穩定運行,標志著我國首臺兆瓦級高溫超導電機研制成功,成為國際上少數幾個掌握高溫超導電機關鍵技術的國家之一。

正常情況下,電子在金屬中運動時,會發生能量損耗,即有電阻。而超導狀態下,電子能毫無羈絆地前行。高溫超導是指材料在某個相對較高的臨界溫度,電阻突降至零。

上世紀80年代,高溫超導技術取得“零”的突破。此后,美、德等國耗巨資研發高溫超導電動機,并在本世紀初先后研制成功。

鑒于高溫超導電機的體積只有普通電機的二分之一,重量只有其三分之一,噪音也小得多。使用高溫超導電機后,可節約空間,縮小尺寸,減輕重量,減少油耗,對于其技術的掌握以及應用,很大程度上來說電機行業新材料的應用以及電機設計方面都有著重要的意義,如果能將其合理的應用于電機生產過程中,或許今后的電機不論從體積以及外觀同時還有性能上都將不可小覷。

自動化生產或將在業界普及

廉價勞動力一直是中國制造業賴以高速增長的基礎,但最新人口普查數據顯示,中國“人口紅利窗口”或將在未來三年關閉,其中勞動力的主力軍,年齡在25-34歲的人口將出現較大幅度的下降。

已經到來的用工短缺和勞動力成本上漲的壓力,使得中國制造業優勢漸漸消失,而對于電機行業來說,這一勞動密集型生產模式所遭受到的人力成本上漲以及用工短缺很大程度上降低了電機產品的附加值,同時生產精度無法保證也從另一個方面制約了電機產品的價值量。

面對這種狀況,工業自動化的應用顯得頗為重要。

作為制造大國,中國的制造業涵蓋領域很廣,對自動化產品的需求是多樣化的。隨著用工成本上升,一些大企業掀起使用工業機器人的風潮。公開資料顯示,2009年,比亞迪公司耗資數億元引進了13臺ABB噴涂機器人,可全自動完成整個車身的油漆噴涂工作,油漆膜厚誤差控制在2微米以內,涂料的用量可減少30%左右。富士康今年開始減少招工,據說是因為大量使用機器人替代人工。富士康董事長郭臺銘曾表示,公司將增加生產線上的機器人數量以完成簡單重復的工作。

目前,工業機器機器人市場發展廣闊,據IFR統計,中國將會在2014年成為工業機器人全球需求量最大的國家。這不僅給民族工業機器人企業帶來機遇的同時,也帶來挑戰。誰能夠搶占裝備至高點,誰便能得工業機器人天下,借助機器人的高效率,高精度生產,其運用到電機生產過程中無疑將帶來全新的生產體驗。

另一方面,電機部件以及鑄件的生產過程中越來越多自動化因素的滲入也會很大程度上拉升電機行業的生產水平,智能控制機床以及自動化控制系統的應用,不僅減少了用工成本,同時也提高了生產效率。

不難想象,機器人的加入,智能生產設備的穩固運行都將為中小電機的生產過程帶來全新的變革,對于生產設備的更新將成為電機生產企業今后追逐的又一熱點,同時也將成為企業制勝的一大利器,或許以后談及電機生產,人們想到的是一臺臺忙碌的機器人裝配工,以及飛速運轉的智能機床。

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