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06专题报道SPECIAL REPORT
国产EPS电机产业新变数! 无刷方案还会是主流工艺?
中国EPS(电动助力转向系统)装备需求量已经领跑全球,然而国内EPS电机几乎被国外公司垄断,但在新能源政策-市场双驱动下,我国的EPS电机市场正在崛起!但由于汽车电机产业正发生裂变,中小企业进入门槛将变高,国产EPS电机产业又生变数,无刷电机还会是主流工艺?
中国EPS(电动助力转向系统)装备需求量已经领跑全球,然而国内EPS电机几乎被国外公司垄断,但在新能源政策-市场双驱动下,我国的EPS电机市场正在崛起!但由于汽车电机产业正发生裂变,中小企业进入门槛将变高,国产EPS电机产业又生变数,无刷电机还会是主流工艺?
全球最大EPS市场 多企已在华开启布局
EPS是汽车转向系统的发展方向,德昌电机市场策略部高级副总裁丁计明(Jim Dick)指出:“电动助力转向技术可提高燃油经济性能及令驾驶更舒适。”
据微电机世界网了解,2021年全球汽车电动助力转向市场预计将达到242亿美元,预计从2016年到2021年复合年增长率为6.6%。这个市场增长的主要动力是汽车产量的增加,以及对驾驶舒适性、可靠性和降低油耗的需求。
数据显示,2022年H-EPS的市场将从2017年的78亿美元增至99亿美元左右。这种产品类型市场每年所获得的增长可能会超过其他任何在产品, 包括辅助(R)-EPS,小齿轮辅助(P)-EPS和列辅助(C)-EPS。
从全球各地区来看,2017年,欧洲在收入方面显示出优势,预计复合年增长率为6.0%。除日本以外的亚太地区(APEJ)可能成为全球汽车EPS市场另一个吸引人的地区,预计到2022年将达到8.3亿美元。预计北美将以5.0%的复合年增长率扩张。
中国方面,2016年中国EPS需求量达2812万台,其中乘用车转向系统2442万台,预计到2021年将达到3805万台。
根据Strategy Analytics的预测,到2018年EPS将占据全球转向系统市场份额的50%以上。从2015年开始,中国将超越欧美和日本,成为全球第一大EPS市场。
全球汽车转向系统市场主要由JTEKT、BOSCH、TRW、NSK、Mando、Nexteer等跨国公司占领。在2016年,JTEKT和BOSCH共同占有整个市场三分之一以上(35.4%)的份额。其中三资企业中,以厦门捷太格特的产量规模最大,EPS生产量达到70多万套,其次为日本昭和在国内的两家合资工厂,产量总和位居第二。
尽管如此,中国市场约 35%的 EPS 装备率与日本的80%、欧美的60%相比,水平仍有较大差距。
但考虑到新能源汽车销量的高速增长以及 2020年 5L/100km 的油耗政策目标,我国 EPS 市场拥有广阔的前景。
某企业负责人称:“EPS主要应用在汽车行业,目前的EPS电机驱动系统是当代汽车电气技术领域的重要研究方向,发展潜力大。”
杭州奥蒂电控研发部经理杨朝辉说:“新能源汽车,它是一种新兴产业,国家重点扶持这一块,未来前景不错,目前有实力的一些公司已经进入或者正在进入这个行业了。”
目前国外厂家,如美国德尔福、韩国万都、日本恩斯克等已在中国成立了相关的生产公司,准备进一步抢占中国市场份额。
本土企业势单力薄 EPS电机垄断成事实
日前,浙江浩圣电子科技有限公司对外股权融资3亿时,宣称自己发布了国内首例自主研发、自主生产的EPS电机项目,打破了长久以来EPS电机技术被国外垄断的僵局,为我国EPS电机技术的崛起开启了先河。
然而,微电机世界网发现,2010年江苏超力集团的EPS无刷电机就投产。2001年易力达就进入EPS电机领域,2016年C-EPS无刷电机平台生产线项目在苏州全面启动。2014年,德昌电机就推出大功率汽车EPS电机平台。2015年,阜新德尔汽车部件股份有限公司就融资7954万发展EPS电机技术研发及产业化项目和EPS电机产业化项目。
不过,中国EPS电机被国外企业垄断却是不争的事实。
总体而言,目前中国市场中,外资企业产品占有率过大,本土生产企业发展缓慢。据统计,本土企业EPS市场份额只有9%,其他的均为外方独资或中外合资企业生产的产品所占领。日本电产集团生产的EPS电机占具世界65%的产量。
低成本代工抢势头 发展依托主流市场
据微电机世界网了解,EPS面市的时候,中国才刚刚打开汽车产业国门。90年代末,国外将EPS大量配置于各种车型时,我国却连一家可以生产EPS的零部件企业都没有,国产汽车EPS全部依赖进口。这种情况一直持续到2002年,国内首款自主研发的EPS样机在中航工业南方研制成功才有所好转。
目前国内EPS的厂家主要分为两类:一类是系统供应商,一类是Ecu控制器供应商。国产自主系统供应商主要有三块,恒隆、豫北和易力达,他们都有内制的Ecu,但多数是有刷电机方案,无刷电机方案基本都要向第三方Ecu厂商采购。此外,就是合资外资的企业占据了EPS市场的半壁江山,例如:丰田系的捷泰格特、电装、三菱电机、本田系的昭和电机,还有nsk采埃弗、Trw、蒂森克努伯。
而像贵阳航空电机、上海电机厂、哈尔滨电机厂、东方电机厂、永济电机厂、佳木斯电机厂、淄博电机厂、湘潭电机厂、山西电机厂等的国内EPS电机厂家,很大一部分都是做低端的无刷电机方案,为数不多的是近年才开始做EPS无刷直流电机的。
随着近年来国内的微型车市场增长迅速,情况才有所好转,目前已有不少厂家开始给微车装配EPS系统,如昌河、株洲易力达,湖北恒隆和杭州世宝等,EPS产品已经实现在奇瑞、江淮、昌河、东风和一汽的部分小、微型车上配套,但大多采用的是C-EPS形式,控制功能也比较简单,大部分只能实现基本的助力功能。
可以看出我国的EPS生产模式,是十分典型的代工模式,高端技术都掌握在国外企业手中,而低成本方案已经在国内自主市场形成较为强劲的势头。
杨朝辉说:“目前基本是这个情况,但不仅仅是电机、EPS系统行业,中国普遍都是如此的。”
孙华雷说:“因为国内的厂商配套的都是低价车,往上(高端)做,零部件配套不进去,所以都集中在中低端市场,最后还得靠一些主流市场去配套。”
电机产业裂变加剧 企业进入门槛拉高?
前文中,我们提及新能源大势驱动下,已有不少电机企业加入EPS驱动市场,但这场市场角逐赛是现实残酷的。在高效化、高可靠性、高功率密度、轻量化、低成本等趋势下,进入门槛越来越高成为了所有汽车应用电机的必须面对的现实。
多位电机企业人士透露,不少电机企业担心2018年新能源汽车补贴政策、技术标准等再次调整,并不敢轻易谈产品升级。而且随着电机技术升级,其配套零部件将面临诸多挑战,而一部分配套零部件或将被淘汰。例如,在高压化、高效化等技术趋势下,电机系统耐高温、耐高压等要求提高,传统功率元器件有望被替代。
尼得科驱动系统(KDS)技术总监席荣盛、苏州汇川联合动力系统有限公司研发总监杨睿诚、安徽巨一动力技术总监顾杰在内的多位电机及电控企业资深技术负责人表示,在下一代技术趋势下,电机及电控的工作特性需要重新设计,同时,电机及电控的热管理难度、耐高压、耐高温、EMC、散热等难度将加大。
此外,电机产品生命周期太短、利润较低,加上原材料大幅涨价,且电机及电控尚未实现规模化销售,这一系列因素阻碍了企业进行技术升级。
EPS主要由三大部分组成,包括信号传感装置(包括扭矩传感器、方向盘角度传感器和车速传感器),电子控制单元和转向助力机构(电机、离合器、减速传动机构等)。因此,对于EPS电机而言,要进入这个行业也不是那么容易。
张哲学说:“中小企业进入的话,看各个企业的能力吧!因为EPS主要是由扭矩、车速传感器、减速器等各部件的配合,如果是单纯的电机供应商的话,没有开发能力,最好还是不要进入了。”
益高电动的孙华雷表示,汽车上的任何一个小东西,进入的门槛都是比较高的,这个高不只是说技术高,做这个生意的门槛也比较高,整车的可靠性要求高,但同时价格要求要低,中小公司是很难做的。
目前国内EPS行业头把交椅—易力达,它在2001年就进入EPS市场,是中国首家自主研发生产EPS的企业之一,2016年该公司年产EPS 100万套。但它的EPS样机研发市场拓展中,经历了来自上下游的层层阻碍,2007年差点因积压一批价值3000多万元的产品,导致破产,时隔八年之久,情况才有所好转。
易力达机电总经理傅伟说:“我们走访了三十余家国内外零部件供应商,重点关注了长三角一带的企业。发现国内很多零部件企业,尤其是中小型企业在生产装备、技术水平、质量控制等方面仍然非常落后。如果不尽快提高信息化水平、推动智能化制造,这些企业的产品质量很难提高,与国外一些先进零部件企业的差距将会进一步拉大,很多零部件企业现有的市场将会被外资分食。”
但用八年的时间去拓展,这对于需要中小企业电机来说,是不敢也不能去冒的险。江苏常凯则是通过与外资合作的方式,实现飞跃式发展。
江苏凯宇汽车电器有限公司是一家成立于2001年的民营股份制企业,主要从事汽车电机电器的研发和制造,其中EPS有刷电机2011年销量占全国自主品牌销售总量的92%。
到了2012年6月,日本电产株式会社与江苏凯宇汽车电器有限公司举行合资合作签约仪式。日本电产将注资6000万元人民币溢价收购凯宇汽车电器51%的股份,合资成立日本电产凯宇汽车电器(江苏)有限公司。
经过多年发展,目前电产凯宇已经获得了上汽、北汽、东风、吉利、比亚迪、奇瑞、广汽、长丰等汽车品牌约20多个无刷EPS电机项目。按照规划,2017、2018年公司还将再分别建设2条各100万台的产线,预计到2020年无刷EPS电机实现250万台,5亿元以上的销售规模。
EPS无刷电机取代有刷电机成主流工艺
早期的EPS电机大多采用有刷电机,随着技术的进步,越来越多的厂家选用技术更为先进可靠的无刷电机。但是无刷电机在定子制作上存在较大的难度,为保证定子的内径圆度,同时提升绕线的槽满率,分块式定子铁芯成了几乎所有无刷EPS电机厂家的必选工艺。
无刷EPS电机本身是取代液压的,比较节能,而且可以智能化,特别是随着汽车以后的智能化辅助驾驶,以及电动汽车、自动泊车都需要自动的,电机可以实现自动。从汽车业来讲,要求能源效率更高,更需要用无刷电机,这是一个必然的趋势。
世强胡越强高级经理介绍,有刷电机的成本低,但是无刷电机方案旋转变压器实现转子实时监测,矢量控制算法,正弦波控制,谐波分量小,转矩脉动小,定位精度高,无刷电机的结构紧凑、质量轻、效率高、可靠性强,是现在的新趋势。
与有刷电机技术比较,2014年德昌电机的EPS电机平台转向功率提高了20%,而齿槽转矩降低了10%。电机重量亦降低10%,可提高燃油经济性能。
无刷电机优势明显,但工艺难度高,研发成本与价格让不少企业感到吃力,有不少工程师朋友都提出,未来,拥有价格和性能双优势的永磁同步电机更为理想,发展前景更好。
东莞电机的张哲学说:“永磁同步电机的优势更强一些,整体性能更强一些。”
而常州精睿新能源汽车公司总工赵世明说:“我更看好开关磁阻电机,它的结构简单、起动转矩大,而且稳定性高。”
另一方面,近年长安大学汽车学院科学技术协会发明了双电机EPS系统的仿真模型,引起了行业人士的讨论。
据了解,关于双电机EPS系统,目前汽车市场上也开始投入,但多用于特种车型,普通的汽车暂时还不需要用到双电机。
广东省东莞电机经理张哲学说:“双电机目的是分化效率承担,这就和轮毂电机一样,辅助汽车行驶,使汽车更加安全,设计初衷是好的,若不存在为了噱头而去设计的话,我觉得是没有必要的。”
孙华雷说:“双电机EPS正常的车是不需要的,这是为一些专用车设计的,比如说无人驾驶,它的可靠性比较强,但是对于普通的汽车,没有必要用到双电机。”
总结:
未来,新能源汽车放量将会拉动行业发展,预计到2020年,新能源汽车电机电控的市场空间将达到400亿元,全球EPS渗透率将达到50%,无刷电机是目前汽车市场的大趋势,但随着工艺和成本难度的提高,无刷电机是否还能稳坐主流工艺宝座,还待时间与市场考验。
但眼下,电机企业需注意的是,中国企业同国外企业性质不同,国外是将电机产品研发好了再投入市场卖,而中国企业是边做边卖,在应用中修改和磨合,所以产品不是很成熟,若没有同易力达一样具备历经八年市场洗牌、几近破产的抗压能力,中小企业还是应该谨慎进入。
(完) -
08焦点剖析FOCUS ANATOMY
日企爱上了剥离业务
或有6家电机企业将被收购近日,关于东芝将倒的传闻深入人心,昔日的天王到底因何沦落至将倒的局面?中国企业起内讧争相接手,为的又是什么?业内人士指责中国企业,“怒其不争”,又是为何?对于未来或有六家的日本电机企业将被收购,你又该如何看待?
近日,关于东芝将倒的传闻深入人心,昔日的天王到底因何沦落至将倒的局面?中国企业起内讧争相接手,为的又是什么?业内人士指责中国企业,“怒其不争”,又是为何?对于未来或有六家的日本电机企业将被收购,你又该如何看待?
东芝“一女三嫁”
11月14日,海信集团旗下上市公司海信电器与东芝株式会社联合宣布:东芝映像解决方案公司股权的95%正式转让海信,海信电器将享有东芝电视产品、品牌、运营服务等一揽子业务,并拥有东芝电视全球40年品牌授权。
随后关于东芝将倒的信息疯狂刷屏,也难怪大家会有这样的反应,要知道,东芝可是日本乃至世界科技潮流的引领者,其2016年东芝的电视销量仍位居日本市场前三,如今说转让就转让,着实让人震惊!
但据微电机世界网了解,此次不是东芝首起股权转让案。早在2015年,东芝就把印尼的自主彩电生产工厂出售给中国创维集团;2016年又把以洗衣机等主营白家电业务出售给美的;这次又作价129亿日元出售电视给海信;这么算来,前前后后,两年内就完成了“一女三嫁”,也难怪会有“东芝危机”这一说法了。
东芝倒闭 名不副实
东芝转股,比业内人士更兴奋的应该是各大媒体了,数小时内,关于东芝将倒、出售专利、转让股权等传闻层出不穷。那么,东芝真会倒?
从事该行业有十二年经验的知乎大佬“梅所谓”说:“一个企业剥离某项业务一是因为预期会赚得少乃至亏钱,二是拆东墙补西墙。这就像炒股一样,有人会卖了盈利的买进亏损的,自认是摊低成本;也有人壮士断腕砍掉亏损的,加大盈利标的投入。但从现有资料分析东芝倒闭还是很难倒的。”
确实,拥有142年历史的东芝是全球科技潮流领跑者,虽说近年来电脑和电视业务低迷,但其市场份额仍旧保持着全球前三。此外,有专家分析东芝先后剥离半导体、白家电等业务,是为削弱中国即将推出的《反垄断法》的影响,加大核电领域布局。
2005年,东芝收购美国西屋公司,日美合作欲称霸世界核电市场,但2011年爆发的311福岛核电事故,美国政府加强核电站的建设要求,使东芝核电业务遭受沉重打击,核电比例直接从30%降到2%,还背上几十亿美金的债务。如今轮流爆发巨亏,正是当初东芝用赚钱业务资助新开发未赚钱业务的遗留问题。
按理说,吃过亏的东芝理应退出核电市场,专心专长,但东芝反其道而行,接二连三剥离其他业务,这与日本政策有重大影响。日前日本的核能政策机构发布2011年福岛核电站事故以来的第一份"核能白皮书",白皮书建议2030年日本核电比例不低于20%。由此可见,关于东芝倒闭一说,实则名不副实。
或有6家日企电机将被收购
富士康收购日本夏普公司、海信电器收购日本东芝映像、联想收购富士通电脑业务、创维集团收购东芝印尼的彩电工厂、美的集团收购东芝白家电业务。不难发现,收购日本企业业务的多为中国企业,而吸引中国企业争相接手的原因,主要是看重日本企业的国际品牌形象、运营服务专利和技术。
但有意思的是,中国企业的这种行为让不少业内人士叹气“怒其不争”。我们先看看大家都是怎么说的:
说东芝是“垃圾”“烂公司”过于严重,比较日企的品牌影响力和质量还是有的,但中国企业争抢起哄的做法,确实值得反思。正林行说:“现在是快鱼吃慢鱼的时代,停止学习,固步自封,稍不留神就会被收购或破产。”
东芝衰落,我们可以看热闹,但也要看清真相,日本企业能做到科技领先世界,自然有其“门道”,世界上不可能有天上掉馅饼的好事,大家不妨去了解下30年前冷战时期,日本东芝的“狸猫换太子”事件,那时东芝可把“好基友”老美坑惨了。
而对于电机企业,日本的综合性电机企业,例如松下、东芝、索尼、日立、三菱电机、夏普、三洋等,从2007年以后都陷入了经营危机,传统业务亏损不断,投入巨资发展新能源,结果遭到中韩美的重击。
其中三洋电机被松下合并,夏普公司被鸿海收购,相对强大的东芝如今也是步步为营,业内人士olicon说:“3-5年内这六家日系电机企业还会有大洗牌,能剩下3家就不错了,而且日系电机企业彼此的互补性不强,合并的收益很小,猜测会有两家会改姓“中”。
由此可见,未来几年内,日本电机市场亦或将发生“地震”,东芝等电机企业也将像今日一样,为避免退市、填补漏洞,售出相关电机公司股份,而中国电机企业有是否会像今日一样,争着抢着接手呢?
(完) -
10焦点剖析FOCUS ANATOMY
政策趋严! 靠价格优势存活的单相电机还能撑多久
环保督查工作对单相电机市场造成了沉重打击,近20家电机企业因此停产倒闭,8月份科力尔电机却宣布上市并将近50%的筹募资金用于罩极电机项目,在政策与各式节能电机面前,单相电机可谓“腹背受敌”,但价格优势仍吸引着不少新入者,到底这个市场还有多少空间?靠价格优势的单相罩极电机又还能撑多久呢?
近年来,环保督查工作对单相电机市场造成了沉重打击,今年上半年有近20家电机企业因此停产倒闭,但在8月份,湖南科力尔电机却宣布上市并将近50%的筹募资金用于罩极电机项目,这着实让人感到不解。在政策与各式节能电机面前,单相电机可谓“腹背受敌”,但价格优势仍吸引着不少新入者,到底这个市场还有多少空间?靠价格优势的单相罩极电机又还能撑多久呢?
科力尔上市“重捧”单相罩极电机
近年来,微电机下游应用领域快速发展,巨大的市场需求给行业带来广阔的发展空间,据微电机世界网了解,除应用最为广泛的中小型三相异步电机外,单相电机占据第二市场,罩极电机是单相电机中的一类,也占有一定市场份额。
湖南科力尔电机股份有限公司是中国最大的微特电机制造企业和出口企业之一,外销比例超过60%,罩极电机产销量中国第一,是伊莱克斯、惠而浦、通用电气、松下、三星等知名企业的供应商。
今年8月17日,科力尔正式宣布上市并公开筹集项目资金,包括“罩极电机、贯流风机技改与扩能建设项目”、“直流无刷电机产业化项目”及“3KW及以下伺服电机系统产业化项目”等五个项目,募集金额总计26836万元,其中用于罩极电机项目建设的金额高达11600万元,约占总投资金额的50%。
科力尔负责人称:“未来将分别新增罩极电机产能800万台/年、直流无刷电机产能200万台/年、伺服电机系统产能10万套/年,以满足市场需求。”
据微电机世界网记者了解,2016年科力尔电机销售突破3200万台,公司税后利润6700多万元;今年10月25日公布科力尔三季报,报告显示1-9月公司实现营业收入4.32亿元,同比增长13.17%;
单相罩极电机应用广泛 价格优势明显
单相电机应用领域广泛,主要集中在家用电器,电动工具,医疗器械、IT行业及及工控设备,其中家用电器行业是应用领域最多的行业,所占比例约为65%,其次是电动工具,约有20%应用在电动工具中,且有80%以上的比例均是交直流两用的串激电机,罩极式交流电机占比约为15%左右。
近年来,罩极电机面临着直流电机的竞争,但直流电机因价格偏高,市场推广有难度,目前居民消费还是以中低档产品为主,单相罩极电机依靠其价格优势仍然是最有竞争力的产品。除八月份上市的科力尔外,国内多家大型电机企业在单相电机领域均有涉足。
卧龙电机单相电机产量约为1亿台,其中单相电机应用最多的产品是空调类产品,2016年行业空调一年总销量8000-9000万台,电机用量约2亿台左右,其中60-70%为交流的单相电机,直流电机仅占30-40%。该公司2016年空调用电机共生产2000万台左右,其中单相电机占比约为50%。
威灵电机2016年共生产电机1.5亿台,其中单相电机1.1亿台。2016电机总量比2015年总量多10%,单相电机产量比去年增长约5%,直流电机增长20-30%。
富生电器2016年单相电机产量约为3000万台,其中,冰箱用电机约1600万台,空调用800万台,还有300万台左右是泵用电机。
威海顺意2016年度、2017年1-3月营业收入分别为7364.44万元、2034.68万元;净利润分别为257.59万元、33.62万元。
政策压力下弱势显现
随着人们越来越重视环境保护,相关的法律法规相继出台以限制能源消耗和维护生态平衡,欧盟通过了《京都协议书》,承诺到2020年将二氧化碳排放量减少至少于20%。为实现这一目标,欧盟对能耗产品的要求进行了规定。
单相电机价格优势明显,但各种节能的电机不断出现,单相罩极电机在节能功率等方面的弱势逐渐显现。专家分析,若以每千瓦时0.11欧元的平均能源成本和每千瓦时所消耗的0.6千克的二氧化碳排放量计算,如果同一家超市使用“电子控制”电机而不是相当的罩极电机,那么一年内就能节省68500度电,大约相当于节约了7500欧元(按汇率:7.53,约合人民币56500),能效高达70%并减少了41吨的二氧化碳排放量。
为此,今年上半年的我国中央环保督察局成立最严督查小组,在全国31个省市陆续开展工作,发现问题企业40925家存在不同程度的污染问题,此次环保督查对中国制造业造成沉重打击,据不完全统计全国上下共计两万多家企业被迫停产限产,其中倒闭企业2000多家,电机企业有近三十家。
科力尔作为罩极电机产销量第一的电机企业,必然存在环境污染问题,在2015年-2017年期间多次收到环境保护局的行政处罚通告。2015因未经环境影响评价及环保审批建设铝、支架清洗工序车间未按环评要求配套建设废水处理等原因被罚款10万元;2017年8月7日,科力尔再次收到环保部门处罚,主要原因是公司对环保法律法规的认识和执行上的疏忽所。
而在8月30日,也就是科力尔宣布上市后的第13天,该公司疑因环境污染问题宣布停牌核查,这次停牌对科力尔三季度的营收造成不小影响。据科力尔对外披露了三季报,1-9月,公司实现营业收入4.32亿元,同比增长13.17%;归属于上市公司股东的净利润5333万元,同比下滑4.26%,其中第三季度净利润同比下滑达16.06%,出现了“增收不增利”现象。
由此可见,在政策面前,电机企业想靠价格优势取胜是不成熟的,随着环保整顿力度的加强,高效节能电机才是电机企业的发展方向。
小贴士:如何提高罩极电机效率
1:对于普通罩极电机, 也可以通过改变硅钢片的牌号提高电机的效率,如硅钢牌号由50W800改为50W350后,电机的功率可以由 6. 5W降到5W。
2:目前市场上出现了交直流的罩极电机,通过将BLDC技术应用到罩极电机上, 使功率达到直流电机的水平。
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12焦点剖析FOCUS ANATOMY
注塑市场形势逆转 汇川、三菱等电机企业争相进入
继三菱电机、东芝电机、Bosch Rexroth之后,汇川技术也发布了新一代IPM电机产品,目标直指注塑行业,号称可为用户创造了近10%的节能效益。在政策利好条件下,注塑市场局势开始逆转,电机企业也为之心动,对于这个市场与IPM电机,你有了解多少呢?
继三菱电机、东芝电机、Bosch Rexroth之后,汇川技术也发布了新一代IPM电机产品,目标直指注塑行业,号称可为用户创造了近10%的节能效益。在政策利好条件下,注塑市场局势开始逆转,电机企业也为之心动,对于这个市场与IPM电机,你有了解多少呢?
汇川、三菱推出新款IPM电机
近日,汇川技术发布了新一代IPM电机产品,主打永不退磁 、寿命长、经济节能,可为注塑行业创造可观的经济效益和社会效益。
据汇川技术负责人称,新一代的IPM电机主要通过特殊的电磁设计,结合伺服驱动器的性能算法,最大化利用磁阻转矩,实现电机永不退磁的同时,还可为用户创造了近10%的节能效益。
而这款全新的IPM电机或将为注塑行业带来新生,相比传统电机,IPM电机在超高转速下转矩输出表现优异,有效改善了注塑工作性能,降低次品率,提高设备工作效率和提升能源利用效率的同时,降低了相同配置系统采购成本,实现了行业降本需求。
IPM电机优势明显,除了汇川技术外,三菱、东芝、博世也早有布局。三菱电机的IPM电机产品曾以其世界最高的节能效率等级获得专家们的一致肯定,在6月27日的PCIM Asia 2017展会中,三菱电机推出了针对高端变频器、伺服电机驱动器的第7代IPM,而这款升级换代后的IPM电机被广泛运用在工业应用市场中;Bosch Rexroth推出创新的直接驱动(空心轴)转子内置永磁体同步马达也在电动车上得到应用。
“大而不强”的注塑市场
被汇川技术看好的注塑行业涉足领域广泛,下游行业大到航天、工业、园林建筑,小至汽车、家电、手机、医药设备。微电机世界网了解到,目前在全球塑料成型设备行业市场,欧美国家及日本仍然占据着领先地位,这些发达国家注塑机产量占塑料成型设备总量的比例达到60%-85%,而我国注塑机比例仅为40%。
而注塑设备产品定位上,国内外也有很大的差距,国外注塑市场以高端设备为主,而我国国产注塑机设备则占据了中低端市场。
2016 年注塑机的出口金额有10 亿美元,但进口金额仅为5.33 亿美元,欧洲和日本凭借技术和人才优势,生产的精密注塑机和大型注塑机具有高技术含量、高附加值和高利润率,占据了高端市场,2016 年注塑机进口平均单价达到了10.39 万美元/台,同期注塑机出口平均单价仅为3.97 万美元/台,进口设备以高端设备为主,明显具有大而不强的特征。
市场倾斜、产品定位差异化严重的同时,国内注塑机企业也出现了“杂而不精”的严重问题。据微电机世界网了解,我国的塑料产量居世界第二位,全国的塑料企业超过14万家,品牌众多,日系企业、欧美企业和内资品牌都在行业内占据一席之地,如住友德马格、米拉克龙等等。而未来发展趋势将是在产业集中度上,有竞争优势的企业份额持续扩大,市场集中度不断提高,向有技术优势、品牌优势、和渠道优势的企业集中。
营收喜人 市场格局开始逆转
可喜的是,近年来制造业复苏与产品更新升级让国内注塑机行业竞争力不断增强,我国塑料机械市场的国产化率也在不断提高。2015年国产化率达到81%,同时,2006年至2015年,我国塑料机械出口额逐年增长,贸易逆差不断缩小并在2012年出现贸易顺差,塑料机械生产也在逐渐获得更多是国际市场份额。
注塑市场格局的逆袭很大程度得益于国家政策,据官方提供的数据显示,2014年—2016年,东莞共发放七批、634个电机能效提升和注塑机伺服节能改造项目的2.32亿元财政补贴资金,电机系统改造量和注塑机伺服节能改造量均居全省第一,实现节电量17.8亿千瓦时。
微电机世界网发现在公布的2017年三季度的营收报告中,多家注塑企业数据喜人。伊之密2017年前三季度实现营业收入14.64亿元,同比增长43.07%,;永冠前三季能源类、注塑机及产业机械营收分别为18.6亿、16.38亿及13.62亿元;力劲科技注塑机业务收益为8.49亿港元, 同比增长70.2%;海天塑机集团作为世界上产销量最大的注塑机制造企业,在全球及中国市场占有率分别达27%及40%,为市场提供了二万九千余台注塑机,销售收入逾80亿元,预期注塑机市场2016至2020年复合增长率达4.6%。
而“十九大”报告也明确提出将“加快建设制造强国,加快发展先进制造业”。预计国内塑机行业十三五期间能够实现年均10%的增速,预计我国塑胶机械市场5年内将突破1000亿,其中注塑机约占40%-50%的产值,对应市场空间约500亿元。
伊之密公司负责人表示,公司计划今年生产100台中小型注塑机,明年生产200台中小型注塑机,目前A5系列新一代伺服节能注塑机、DP系列大型二板式注塑机、H系列高性能压铸机等新产品已全面投入市场,未来继续深耕北美市场。
IPM电机助力注塑市场成长
据了解,目前市场上的注塑机多采用IPM电机,同普通的电机相比,拥有IPM模块的电机内含驱动电源欠电压保护和内含过热保护。IPM在各IGBT芯片内设有温度检测元件,对于芯片的异常发热能高速实现OH保护,还可通过向控制IPM的微机输出异常信号,能切实停止系统。
Yaskawa Electric公司此前就把IPM技术应用在高功率伺服马达上,例如他们的大功率SGMBH马达。Yaskawa Electric美国公司的产品市场经理Chris Knudsen说:“SGMBH伺服马达体积小、重量轻的转子降低了离心力,使马达具备很高的加速性能和减速性能,适合于塑料热注塑应用、电动注射成形、自动化包装和其它应用。
但目前为止,注塑行业仍属于劳动密集型和技术分析性的结合阶段,全新的IPM电机也将进一步帮助注塑机降低能耗,提升能源利用效率,应对多变的市场需求及行业内的多种挑战。
小贴士:
关于IPM电机,你该关注哪些:
1. FEM磁力分析、昂贵的高密度稀土磁体和高分辨率编码器是有利于实现马达性能提高、尺寸减小。
2. IPM马达转子磁轭支架形状的设计是另一主要挑战。
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14焦点剖析FOCUS ANATOMY
20多家无人机企业裁员、倒闭 电机企业却还在进入
2017年消费级无人机市场经历喷井式增长之后迎来了资本寒冬,20多家无人机企业的亏损、裁员、退市、倒闭都在告诉企业家们,自带流量的无人机市场并非谁都能玩,但仍有不少企业冒险进入,其中不乏电机企业。
2017年消费级无人机市场经历喷井式增长之后迎来了资本寒冬,20多家无人机企业的亏损、裁员、退市、倒闭都在告诉企业家们,自带流量的无人机市场并非谁都能玩,但仍有不少企业冒险进入,其中不乏电机企业。
国内外市场均陷入资本寒冬
回想2015年,那是无人机行业资本最疯狂的时候,那时无人机天使轮和A轮的投资占比超过了总数的67%,然而2017年无人机行业经历多次监管风波,从成都双流机场“黑飞”事件到民航局出台无人机实名制新政,无人机一步步进入资本寒冬。
据微电机世界网了解,在大量低成本同质化产品以及市场监管力度加大的背景下,国内外多家无人机企业开始陆续倒下。国际上,先是美国无人机老大3DRobotics彻底退出无人机硬件市场,再是今年年初,大疆的竞争对手巴黎Parrot裁员1/3,并放弃消费级无人机转做行业应用。要想3D Robotics当初的成立可是被誉为美国商业无人机领域标志性事件,而Parrot也是全球消费类无人机市场的早期领先者。
国际局势不乐观,国内无人机公司亦经历着类似困境,2016年12月,西安无人机企业斯凯智能因资金链断裂破产倒闭,同时公司还拖欠员工3个月工资未发;与大疆并驾齐驱的亿航无人机日子也先后爆出裁员、产能不足、管理混乱、产品质量不佳等问题;昔日的“无人机明星企业”零度智控在今年元旦闪离134名员工,在上月再度宣布裁员70多人。
被“离职”的零度智控前员工李华(化名)表示,离职原因必须写个人原因,不能写裁员,否则连可能的补偿也不给。另一位前员工表示,目前公司状态不太好,但作为公司的老人,和杨建军一起创业奋斗,目前不想说什么。
除了退市和裁员减压外,不少无人机企业亦面临着亏损问题,天宇长鹰2016年净利润为-119.96万元,2017年1-4月亏损58.98万元;A股上市公司山东矿机无人机子公司2016年亏损428.4万元;广东雪莱特无人机子公司2016年亏损达2640.4万元。
电机企业加盟无人机
尽管市场存在太多不确定因素,不少无人机企业亏损、裁员、倒闭、退市,但依旧有企业不断挤入无人机市场,其中不乏电机企业。
9月25日,在行业内小有名气的信质电机卖掉鑫永电机的全部股份,完成了对天宇长鹰49%的股权收购,并且更名为“长鹰信质”,将无人机业务纳入公司双主业务之一。4月7日,南洋科技以31.36亿元的价格收购彩虹无人机科技有限公司100%股权和航天神舟飞行器有限公司84%股权;
可见,在制造行业中无人机这三个字本身自带着流量,连电机行业也出动抢占市场,尤其是在传统电机市场形势不利的状况下,无人机电机市场还在迅速扩大,无人机已经具备成为微型电机下一个蓝海的前提。
据机构预测,全球消费级无人机规模将由当前的23亿美增长至2025年的100亿美元;预计到2023年全球工业级无人机市场规模将超过300亿美元。
而无人机种类繁多,有无人直升机、固定翼机、多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机等,普通的一个多轴飞行器至少需要用到四至六颗无刷电机来驱动无人机的旋翼,可以预见无人机消的费升级将带动电机行业市场。
而目前电机企业最大的问题不在拥有多少市场,而在掌握多少电机电控技术,阿拉尔市铁漫植保服务有限公司王彬先生表示,现在的无人机一般都是用无刷电机,无人机对电机的要求主要是耐高温,耐磨损等。
直流无刷电机属于永磁电机,在电机结构设计和电机控制算法方面都对技术有一定的要求,也需要严格的性能测试与技术验证体系来保证产品的可靠性。无人机之所以能悬停做航拍,是因为微机电系统可以检测无人机在飞行过程中的俯仰角和滚转角变化,所以电机控制系统对无人机的稳定性至关重要,这也是无人机电机领域的电机企业需要改进的方向。
总结
目前各国相继颁布关于无人机试点政策,但无人机市场到底有多大,一直是一个说不清的问题。有业内人士指出,无人机整机赚钱少,倒是做碳纤维的、做电机的上游企业赚了钱。而且数家企业的失败经历揭示这这个市场的存在太多不确定性,也告示新入者,并不是谁都能像大疆一样,在这个市场风生水起。
贴士:
植保无人机新机遇:今年的十九大会议中,主席提出:“保持土地承包关系稳定并长久不变,第二轮土地承包到期后再延长30年”。土地承包期延长30年,土地流转加速,将催生更多的种粮大户、农业合作社和农资企业,或者说集约经营下的土地将变得更多,而种粮大户、农业合作社和农资企业又是植保无人机真正购买和使用的主力军。
(完) -
17焦点剖析FOCUS ANATOMY
信质电机高买低卖 “玩死”鑫永转战无人机市场
跨界、收购、更名、卖市场...信质电机连续3个月网络热度不减,某公众号称其是“一家能上天入地的小公司”。但小编想说,你一定不知道信质电机真正的身份是“赌王”,多次高买低卖做“慈善”...
跨界、收购、更名、卖市场......信质电机连续3个月网络热度不减,公众号名为“庄家掘墓人老李”称其是“一家能上天入地的小公司”。但据微电机世界网了解,更名公告出来,信质电机便遭到媒体攻击,称其是走形式蹭热度,不过小编想说,你们都误会了,信质电机真正的身份是“赌王”。
全球最大的定子铁芯供应商
信质电机始创于1990年,主要从事各类电机及其核心零部件的研发生产,是Valeo、Bosch、 Remy、日立等世界知名企业的优秀供应商。其汽车定子铁芯占国内市场的80%,国际市场的20%,系全球最大的汽车发电机定子铁芯供应商。
作为一家中小样板企业,信质电机展现出了出色的业务拓展能力。在2010年,就具备了年产4000万台汽车电机铁芯、6000万台微型电机转子、500万台电动车电机铁芯的生产能力。
在全面推广电动化的时代背景下,引进德国ES 公司先进产线的方式拓展扁线电机定子,并将该类产品应用在汽车48V 电源系统中,最大程度降低油耗。在今年前三季度公司营业收入17.18 亿元,同比增长34.99%,实现归母净利1.93 亿元,同比增长8.5%。
赌王:收购天宇长鹰转战“无人机”
2017年6月16日,信质电机宣布拟收购天宇长鹰,8月份便作价4.08亿元完成了对天宇长鹰49%股权的收购,并拟更名。9月25日,信质电机将公司中文名称由“信质电机股份有限公司”变更为“长鹰信质科技股份有限公司”,英文名变更为“Changying Xinzhi Technology Co.,Ltd. ”, 公司证券简称相应变更为“长鹰信质”。
从更名中可以看到,信质电机用“长鹰”的标签代替“电机”,长鹰代表的是公司新进军的无人机业务。信质电机董事会表示,这样能全面地体现公司未来的发展战略,树立公司在新行业中的品牌形象。
但据微电机世界网了解,到目前为止,信质电机仅是持有天宇长鹰49%股权,并没有实现并表。据信质电机董事会透露,接下来公司将通过增资或继续收购等方式,实现取得天宇长鹰的控股权或100%实现收购。
慈善家:高价收购遭媒体“围殴”
对于信质电机更名一事,媒体议论纷纷,有人说是在蹭热点炒作,也有人觉得只是走形式名不副实。但微电机世界网觉得,信质电机这回不只是在蹭热点、走形式,简直就是在搞“慈善”。
在收购天宇长鹰前,信质电机的主要业务是电机,而天宇长鹰主要业务是军工无人机,虽说二者有交叉,但本质上还是两个不同的领域。这次高价收购天宇长鹰,跨界玩市场,虽让人大开眼界,但还暂时可以理解。但看完以下的营业数据,小编只想给信质电机颁个最佳“慈善家”奖。
据市值风云统计,天宇长鹰2016年全年的营业收入仅194.26万元,净利润为-119.96万元;2017年1-4月,天宇长鹰营业收入832.08万元,净利润为-58.98万元;而信质电机2016年的营业收入有17.8亿元,不说亏钱了,就算是盈利,收入也只占信质电机总营收的0.1%。
面对一个不赚钱还亏钱的公司,信质电机却舍得作价4亿收购,而且重点是!!!双方收购资产没有业绩承诺。换个通俗易懂的话,就是天宇长鹰以后业绩不理想,也和原大股东无关。虽有声明说收购天宇长鹰的真实原因是看重背后的靠山“北航”,但小编还是要由衷感慨,这不是慈善家还是啥?
收购狂:高买低卖“玩死”鑫永电机
据微电机世界网了解,收购天宇长鹰不是信质电机首起收购案。早在2014年,信质电机就曾计划拟收购台湾富田电机19.6%的股份,但政治敏感等原因被台湾经济部驳回,不过富田电机同意信质收购鑫永电机的75%股权。
鑫永电机是富田电机在内地的业务合作公司,而富田电机又是美国Tesla的御用电机供应商,为了收购鑫永电机公司共投入了697.5万美元。然而鑫永电机2016年只实现了3.09万元的净利润,本打算依托这层关系切入特斯拉纯电动汽车产业链的信质电机,估计怎么也没料到钱没赚到,还“玩死”了鑫永电机。
在发出收购消息的当天,信质电机发布了另一条《关于拟转让控股子公司股权》的公告。公告显示,根据公司战略发展规划,公司拟将持有鑫永电机75%的股权以不低于1618.68万元的价格对外转让,本次交易完成后,公司不再持有鑫永电机的股权。市值风云估值,此次出售股权将使公司承受大约3100万元的投资损失,同时也把永鑫电机玩得够呛,而未来将由谁接手永鑫电机,前途未卜。
信质电机虽说是中小板企业,但能发展成全球最大的汽车电机定子铁芯供应商,说明在电机业务上有其实力。但如今斥巨资收购关联方的无人机资产,更名“长鹰信质”,还是在刚经历鑫永电机失败的情况下,还签署无业绩承诺,要是未来发展不及预期,损失的将不只是几千万了,甚至有可能会成为下一个鑫永或者狮王电机了。
(完) -
18业界要闻INDUSTEY NEWS
从手机马达技术看线性电机的发展方向
在苹果手机的带动之下,线性马达作为新一代手机用马达技术逐渐被手机厂商所认可,小米6、一加5等手机在2017年先后搭载线性马达。相比于目前主流的传统转子马达,线性马达优势明显,在触觉反馈方面带来的体验大幅提升。
在苹果手机的带动之下,线性马达作为新一代手机用马达技术逐渐被手机厂商所认可,小米6、一加5等手机在2017年先后搭载线性马达。相比于目前主流的传统转子马达,线性马达优势明显,在触觉反馈方面带来的体验大幅提升。
出于对用户体验的重视,苹果在触觉反馈方面一直处于全球领先的地位,从Macbook的Multi‑Touch,到Applewatch的Force Touch,再到iPhone 6s/6s Plus的3D Touch,直到2016年iPhone 7/7 Plus的压感式Home键。越来越真实的触觉体验与Taptic Engine密不可分,苹果的Taptic Engine在振动马达方面锐意创新,从转子马达到定制化高端线性马达,为苹果系列产品真实的触觉体验提供了物理基础。
在苹果手机的带动之下,线性马达作为新一代手机用马达技术逐渐被手机厂商所认可,小米6、一加5等手机在2017年先后搭载线性马达。相比于目前主流的传统转子马达,线性马达优势明显,在触觉反馈方面带来的体验大幅提升。
苹果力推真实触觉反馈,引领智能手机走向线性马达时代
1、苹果力推3D Touch,凭Taptic Engine提供真实触觉反馈
出于对用户体验的重视,苹果在触觉反馈方面一直处于全球领先的地位,早在2014年以前,苹果Macbook便成功采用了Multi‑Touch多指触控技术,可以实现轻点、轻扫、双指开合等触控功能。2014年苹果将Multi‑Touch升级为Force Touch,并应用于新款Macbook、Applewatch等产品上。
Force Touch与传统的Multi‑Touch长按/短按通过时间区分出不同的操作指令不同,Force Touch技术基本原理是通过压电薄膜或压力传感器捕捉压力大小,提取电路的波峰波谷值来进行编码。可以实现没有方向指向的压力信息回馈,从而在功能上可以实现“用力长按”、“加速控制”、“压力感应绘图”等丰富的操作内容。
2015年的iPhone 6s/6s Plus手机中,苹果进一步将Force Touch升级为3D Touch,除了能够感应到轻击和按压不同的两层压力,还能感应到第三层压力——“重压”,按压深度的不同,最终系统判断执行的操作也不尽相同,正是因为这三层压力,苹果才将其称之为“3D”。
但是,仅仅只有指令和屏幕功能变化的触觉技术(Force/3D Touch)远远不能满足手机使用者对物理回馈的需求。如果说Force/3D Touch技术改变了设备的输入体验,那么Taptic Engine改变的则是输出反馈体验,Force/3D Touch与Taptic Engine是相辅相成的协作关系。
Taptic Engine是苹果产品的振动模块,采用LRA线性马达电机,能在短时间内达到振动的最佳状态,还能控制振幅以及频率,这是普通ERM转子马达所做不到的。
Taptic Engine元件最早出现在2015年初发布的New Macbook笔记本电脑上,触摸板应用了Force Touch以检测触摸板受力状况,在此基础上集成了Taptic Engine进行触觉反馈。采用Taptic Engine的苹果版“touch cover”带来的键盘敲击振动反馈比微软 touch cover的零反馈体验要强的多。
随后,在2015年的Apple Watch智能手表中也开始采用Taptic Engine技术。在Apple Watch中,Taptic Engine是设备通知系统的中继,强化声音提醒,给用户带来一个丰富的感官体验。采用线性马达的Taptic Engine不仅可以产生振动,还能控制振幅以及频率,从而产生强弱分明且十分安静的振动,甚至可以模拟出心跳那种频率忽高忽低的振动效果。
在苹果2015年款iPhone 6s和iPhone 6s Plus手机中,同样内置了Taptic Engine,设计上有所升级,能够准确再现点击、触碰以及其他触觉效果,有效地创建了一种引人关注的用户体验。
根据IT之家的拆解,iPhone 6s采用的是直线长条形Taptic Engine,iPhone 6s Plus采用的是方形Taptic Engine,二者的区别在于长条形Taptic Engine体积较大,导致电池体积受到压缩,缩水95mAh,而方形Taptic Engine体积较小,可以尽量少影响电池体积和容量,由于设计难度大一些,成本比长条形Taptic Engine要高。
正是由于iPhone 6s/6s Plus在Taptic Engine方面的升级,使得iPhone 6s/6s Plus的引入了3D Touch功能,能够在原有Force Touch轻按、轻点的基础上,新增了重按这一维度的功能,比Apple Watch上的压力触摸屏技术更加敏感。
2、苹果手机振动马达演变史,从转子马达走向线性马达
事实上,基于对产品用户体验细节的重视,在触觉反馈方面,苹果公司一向引领行业发展趋势。
从iFixit针对iPhone的历代拆解来看,在iPhone 6s/6s Plus之前的iPhone主要采用ERM偏心转子电机的振动马达。iPhone 4 GSM版采用转子振动马达,都有一个偏离中心的转子,在它转动起来以后,就能产生全方位的极致震颤体验。施加正电压电机旋转,施加负电压电机制动。这种执行器的特色在于成本低,而且技术成熟。
实际在iPhone 4s(以及iPhone 4的CDMA版)身上,苹果尝试过LRA线性谐振马达,但由于当时线性马达技术水平的限制,采用的是Z向圆形线性马达,器件的体积较大,基于空间利用率的考量,在iPhone 5、5c、5s、6身上再度回到ERM转子马达。
随着XY向长条形和方形线性马达技术的成熟,在苹果2015年款iPhone 6s和iPhone 6s Plus手机中,重新尝试使用LRA线性马达。
2017年苹果更进一步,在全新一代的iPhone 7和iPhone 7 Plus手机,抛弃了传统的物理按压式Home键,取而代之的是一枚带有压力传感功能的新型Home键。不同于以往的单击、双击、长按三种基本操作,这颗按钮将通过振动触觉反馈为用户提供触感操作。之前的机械式Home键在使用过程中饱受诟病,成为售后返修的重灾区。而压感技术的使用彻底解决这一痛点。
尽管不能物理式按下,但通过细腻的Taptic Engine振动模拟,可以保证模拟的点击手感,获得实时触摸反馈。这要得益于Taptic Engine线性马达技术提供的先进触觉反馈。
配合iOS 10,用户使用旧设备(iPhone 6S/6S Plus)上的线性振动马达和新设备(iPhone 7/7Plus)上的Taptic Engine都可以产生一种新的振动感觉,但是运行同一个振动时,iPhone 7/7Plus明显会振得更“干脆”,也更强劲。能配合相关的动作提供更精确、更好的反馈,最好的例子就是系统设置中调整日期和时间滚轮的振动效果。这与苹果不断升级线性马达技术密不可分。
3、线性马达已经打开市场,被多款创新型手机所采用
手机用传统ERM转子马达技术成熟,成本较低,目前单颗成本在1美元左右,而新型的LRA线性马达加工难度大,成本远高于传统转子马达。根据ZOL和手机报等的分析,目前苹果iPhone 7/7 Plus采用的高端XY向线性马达单颗成本为8-10美元。高昂的价格是阻碍线性马达大规模应用的重要因素,但是正如我们前文的分析,线性马达在振动模式、触觉反馈效果等方面巨大的优势,使得除了苹果之外的其他手机厂也开始尝试使用中低端线性马达产品。
2017年4月,小米发布全新旗舰手机小米6,在微型马达方面开始使用线性马达,尽管出于成本方面的考虑,小米6的线性马达与苹果相比在器件性能方面有较大的差距,iPhone可以通过多级振动+软件算法来实现3D Touch以及模拟Home键的触感,而小米6则在震感以及功能上都有所欠缺,整体触觉反馈效果仍有距离,但是相比于传统的转子马达仍是不小的进步。
2017年6月,一加5发布,采用类似于苹果iPhone 4s所采用的圆形线性马达,与目前苹果线姓马达采用XY轴向振动模式不同,一加5的线性马达属于Z轴向振动模式,在振动细腻度和体验方面不及苹果手机,但是与同档次采用转子马达的手机相比,震感紧凑,即停即止的特点带来优秀的振动反馈,可调节轻度、中等、强烈三挡。
尽管出于成本方面的考虑,目前安卓系智能手机并未大规模使用先进的线性马达,但是以小米6、一加5为代表的新手机已经开始尝试使用线性马达,未来随着线性马达技术的进步,规模效应将得以体现,相应产品的成本价格将逐渐被手机厂所接受,线性马达有望得到大规模应用。
全面屏时代已经到来,线性马达应用空间被打开
1、手机进入全面屏时代,取消Home键大势所趋,线性马达迎来新机遇
自2016年底开始,手机显示屏的竞争在三星、小米、LG等厂商的推动之下,已经向18:9甚至18.5:9、19:9、20:9的长宽比挺近,高屏占比全面屏成为大趋势。
2016年10月小米MIX概念手机的问世彻底激活高屏占比消费者市场。小米MIX采用6.4英寸夏普屏幕,屏占比高达91.3%,是首部屏占比超过90%的商业化智能手机,出色的外观惊艳全球。由于在加工技术难度、良率与成本方面的较大压力,小米MIX并未大规模销售,但是小米MIX成功吸引了全球消费者的眼球,高屏占比开始成为消费者选择手机的重要因素。
2017年3月,三星推出其最新的旗舰型机种Galaxy S8和S8+,标志着“高屏占比”的全面屏已经成为顶级厂商的选择。
作为全球智能手机的领头羊,苹果公司自然不甘人后,最新款iPhone大概率配备高屏占比显示屏。2016年底根据台湾Digitimes的报道,苹果计划在2017年第3季推出的首款AMOLED手机iPhone8,将采用5.8寸18.5:9的长宽比例亮相,面板由三星供应,为全屏幕手机再添风采。
随着智能手机进入全面屏时代,标志性的Home键将被取消。但是机械式Home按键带来的触觉反馈对于手机而言是至关重要的,尤其对于在用户体验方面精益求精的巨头,如苹果、三星等。因此,虚拟按键将与振动马达配合,从而提供媲美甚至超越机械式按键的触觉反馈体验,成为极有吸引力的方案。所以说,全面屏背景下,取消Home键将为振动马达带来新机遇。
2、人机交互体验需要真实触觉反馈的存在,线性马达大有作为
触觉反馈是智能终端全新的升级,是未来智能终端升级的重要方向,这个升级也是人体感官的延伸。PC时代,键盘和鼠标这两大交互设备的出现,极大地推动了计算机在普通消费市场的应用。2007年苹果手机横空出世,配有的大尺寸触控显示屏幕,为消费者带来了前所未有的用户体验,引领越来越多消费者选择智能手机。基于当下展望未来,语音、触觉、体感交互已经成为未来发展的重要方向,语音可以解放双手,体感可以丰富肢体体验,触觉可以进一步增强触摸体验。
未来,智能终端的升级过程主要包括如下几个方面:
1)计算中枢的升级,传统手机计算能力非常有限,智能终端配备的中央处理器已经相当于一台电脑,这是其他一切高级功能的基础。
2)视觉升级,包括两个部分,高像素摄像头和大触摸屏,它们让手机具备了处理图像的能力,同时在显示效果方面更加真实逼真。
3)听觉升级,包括三个部分——耳机,麦克风和音频分析系统,通过MEMS阵列、指向性麦克风等新技术提供三维立体声效果。
4)触觉升级,包括触感,压力感觉和振动反馈。触觉反馈的关键是反馈,也即对触觉的精细感觉(压力感知膜)和多样化的反馈(如线性马达),可以不仅仅是振动,还可以是声音和显示。但是振动是提供贴身终端不可替代的一种反馈,未来的应用空间十分巨大,振动反馈模块未来的空间不仅仅是手机,它可以拓展到很多互动娱乐场景和工具中去。
除了应用于手机上作为触觉反馈的核心部件,微型振动马达在可穿戴设备、游戏机控制器、VR体感手柄、感应手套等设备上也大有作为,线性马达替代传统的转子马达,从而提供更加出色的触觉反馈效果。例如,苹果力推的Appleatch便采用振动马达,提供模拟心跳反馈;日本MIRAISENS公司在2017年3月展示了具有触觉反馈的VR手柄,集成了微型振动马达;日本Exiii公司在2017年4月展示通过振动马达实现触觉反馈的智能手套。
线性马达性能优越,技术壁垒高,掌握先发优势的公司将显著受益
1、线性马达相比于传统转子马达性能优越
手机微型振动马达的作用是让手机产生振动效果。在线性马达(LRA)出现之前,手机采用的微型马达主要为转子马达(ERM),按照结构可以分为圆柱形(Bar)和扁平形(Coin)两种。传统转子马达利用电磁感应原理,电磁力来驱动马达轴心的转动,从而带动偏心铁或偏心锤的转动,产生的离心力使得快速旋转的马达振动。因此,它是通过一个被称作偏心旋转质量传动器(ERM)的小型马达来实现振动。
转子马达没有一个方向性的导向,无法完成复杂的振动。传统马达缺乏振动的指向性,让波频和振幅一起耦合输入控制电压,使马达仅能使用一个变量来产生不同的振动效果,只能得到不同的脉冲或者速度组合。
因此,随着手机应用、触觉反馈、游戏体验的要求不断提高,ERM转子马达已经没办法满足用户的最新需求,特别是在振动的复杂性方面。近年来,一种新型的线性马达(LRA)开始出现。
手机线性马达实际上是一个以线性形式运动的弹簧质量块,将电能直接转换成直线运动机械能而不需通过中间任何转换装置的新型马达。有别于普通旋转离心式马达的旋转运动,线性马达是直线运动的马达,主要由电源输出模块与马达本体两大部分组成。线性马达电源输出为方波交流电,电机内线圈的交变电流产生N-S变化,根据电磁原理带动振子运动产生振动。
由于弹簧常量的原因,线性马达必须围绕共振频率在窄带(±2Hz)范围内驱动,振动性能在2Hz处会下降50%。另外,在共振状态下驱动时,电源电流可锐降50%,因此在共振状态下驱动可以大幅节省系统功耗。
相比转子马达,线性马达的优势非常明显:响应速度快(意味着可以做很细腻的振动反馈),寿命长,振动频率与振幅可控,形成复杂的振动(通过对共振载波振幅进行调制,可以产生各种不同的触觉反馈效果),批量一致性好,弹簧+磁铁的组合可以显著降低功耗。
目前线性马达主要有三种形式:圆形、直线型、方形。其中圆形线性马达振动方式是垂直的(Z向),运动行程很短,不符合手机轻薄化的要求,同时振动的力量,持续时间等等都不如直线型(XY方向)和方形线性马达。直线型和方形的运动行程可以根据用户定制,因此能在保持较高性能的同时,做到轻薄,厚度可以达到2mm以下。因此,直线型和方形线性马达具有更广阔的市场空间。
在前沿技术方面,苹果将线性振动马达技术发展到新高度:一般手机振动马达达到满负荷需要至少10次振动,而Taptic Engine仅需要一个周期就能快速启停,另外一次“mini tap”可以达到10ms的振动微控,和“实时的反馈”已经非常接近。Taptic Engine可以感应Home键上的按压力度,并通过振动来进行力反馈,模拟近似真实的按键效果。
此外,还有一种全新马达——压电马达(也可称之为压电传动器),受到广泛关注,其拥有极短的响应时间,很高的能效,并拥有比ERM和LRA都要小得多的体积,能够带来最为复杂、精细的触觉反馈体验。
压电马达基本上都由一个软片(振动-电压转换器)组成,使用一个很薄的长条或者一个圆盘,让它们弯曲然后再反弹回去,通过在两端施加电压形成振动。压电型触觉技术没有任何频率或者振幅限制,设计人员可以达到比使用LRA和ERM所达不到的波形。在某个设计中嵌入多个压电模块后,可产生高精度的触觉反馈体验,它可以让触摸屏的局部而非全部区域产生振动。
但是压电马达作为新兴技术,在技术方面并不成熟,多数方案要求约100-200伏峰值到峰值(Vp-p)的电压来驱动,这对手机而言存在技术难度。多层压电马达可以将该系统电压降低至50Vp-p,但价格昂贵,并不适合大规模商用。而且要将压电马达放置在触摸屏上,会造成屏幕预留1-2mm的缝隙,会影响手机的整体外观。因此,我们认为压电马达短期内缺乏大规模商用的条件,有待技术的进一步发展。
综上所述,随着手机应用、触觉反馈、游戏体验、手机轻薄化等的要求不断提高,ERM转子马达已经没办法满足用户的最新需求,新型的LRA线性马达在响应速度、功耗、振动模式等各个方面优势非常明显,已经代表着手机用马达的发展趋势。由于更加先进的压电马达在技术、成本、产品设计等方面的较大的难题,因此,我们认为未来智能终端触觉反馈的核心是LRA线性马达。
2、线性马达技术难度大,少数厂商占据先发优势
传统微型马达行业发展成熟,传统大厂逐渐退出。传统手机转子马达的供应商主要来自日本、韩国、中国。其中,日本微型马达产业起步早,厂商技术实力强,主要的供应商有日本电产科宝Nidec、日本思考技研(已退出)、三洋电机(被Nidec并购);韩国微型马达行业是伴随着手机产业而崛起的,主要厂商有三星、LG(已退出);国内的微型马达行业虽然起步较晚,但随着国产智能终端的崛起,发展相当迅速,涌现出一批优秀的企业,如金龙机电、瑞声科技等。
传统手机振动马达获利空间小,马达巨头纷纷转向VCM相机音圈马达。传统手机用振动马达市场由于产品成熟,技术壁垒不高,市场竞争激烈,器件单价低,导致传统转子马达获利空间不大,因此包括思考技研、LG电子等厂商纷纷放弃振动马达业务,转向新兴的手机相机用VCM马达。
相比于传统转子马达,线性马达采用全新的产品原理和结构,制造难度大。线性马达将电能直接转换成直线运动机械能而不需通过中间任何转换装置,而传统马达是基于成熟的电磁感应原理,电磁力来驱动马达轴心的转动,因此线性马达在器件的制作更为复杂,并且工艺方面还不成熟。
设计难度大,定制化特点明显。由于不同的马达在尺寸、频率、装配位置和固定方法等方面都是变量,要根据手机厂商的振动需要设计器件的具体参数,因此器件具有非常明显的定制化特性。例如,苹果在其iPhone 7Plus手机上采用的线性马达,出于节省空间和真实触觉反馈的考虑,便与Nidec进行了深度的合作。
一方面,随着部分传统日韩厂商的退出,具备先进技术能力的手机用振动马达供应商大为减少,另一方面,线性马达较高的技术壁垒、深度定制的设计要求高,因此目前线性马达的供应商并不多。我们认为,未来随着线性马达的逐渐应用,占据先发优势、拥有成熟设计和量产经验的厂商将显著获益。
目前来看,线性马达主要被苹果公司所采用,其他公司采用的还不多,苹果的供应商主要为Nidec、金龙机电、瑞声科技三家,这三家公司也是目前为数不多的掌握线性马达研发和制造能力的公司,已经具有了先发优势。
3、触觉反馈产业链,线性马达制造商地位提升
在手机触觉反馈产业链中,主要可以划分为触觉反馈算法与方案、触控压力传感器、振动马达、马达驱动IC、终端代工厂五大部分。
1)触觉反馈算法与方案,主要是为手机终端厂商提供触觉反馈方案设计,典型的公司为Immersion,该公司通过自己的Touch软件算法,让振动马达在硬件厂商的设备上拥有更优秀的表现,还为硬件厂商提供了端到端的 TouchSense 触觉授权套件,目前在手机厂商中,三星、华为、LG、魅族、金立等多家厂商中都采用了来自Immersion的解决方案。苹果系列产品的触觉反馈方案由其自行设计。
2)触控压力传感器,主要是智能手机所必须的触控模组内压力传感器产品,目前全球范围内供应商众多,苹果公司的供应商为TPK(宸鸿科技)、F-GIS(业成光电)。
3)终端代工厂,主要为富士康、和硕等制造厂,将振动马达、马达驱动IC、触控模组、压力传感器等不同器件组合,进行终端产品的制造。
4)马达驱动IC,主要为振动马达工作所必须的驱动IC芯片,主要供应商有德州仪器、Dongwoon、RadnTech、Imagis等公司。根据Chipworks的拆解报告,苹果触觉反馈驱动IC由德州仪器提供。
5)振动马达制造商,目前全球范围内线性马达成熟供应商不多,苹果产品的供应商为Nidec、金龙机电、瑞声科技。马达的原材料主要为磁性稀土材料(汝铁硼为主)、金属材料(钢条、铜、铝等)、塑料和陶瓷等,马达制造商将电机、外壳、线路等组装。
传统手机用振动马达方案成熟,产品标准化设计,因此马达制造商与终端厂商之间不存在密切依赖关系,马达制造商制造出的转子马达主要划分为圆柱形和扁平形等几种类型,终端企业会根据自家的振动方案进行选择。
但是线性马达普遍需要定制,具体器件的参数、功能需要终端厂商根据自家的触觉反馈方案进行设计,因此在线性马达产业链中,马达制造商的重要性提升,终端厂商会直接与马达制造商进行紧密的合作。例如,在苹果iPhone 7/7 Plus中所使用的线性马达便与以往存在较大差异,苹果公司与Nidec在器件的设计方面进行了深度的合作。
相关企业分析
1、瑞声科技——苹果线性马达重要供应商
瑞声科技依靠声学业务起家,是全球知名声学器件供应商。声学业务涵盖了微型音箱、扬声器、受话器和麦克风, 已具备立体声、防水等性能,市场竞争力一流。在声学器件方面,公司是苹果的重要供应商,并且为三星、华为、OPPO、VIVO、小米、金立等主要手机厂商供货。
公司形成声学、触控马达、射频结构件及光学业务的平台型企业布局,为客户提供一体化解决方案。2013年公司全面开展射频业务,涉及手机天线、NFC、无线充电等领域,随后又布局触控马达业务。公司现有产品种类丰富,涵盖了声学、触控马达、无线射频及光学等最新的微型技术解决方案,广泛应用于智能手机、平板电脑、可穿戴设备及笔记本电脑等多个领域。
公司除了为苹果供应声学元器件以外,也供应触觉反馈线性马达等核心零部件。瑞声科技是触觉反馈市场上少有的规模性企业,目前公司已有横向线性马达及Z方向线性马达两大类产品,线性马达技术成熟,可满足3D Touch触控反馈的高要求,公司还与顶级的驱动器、软件及算法公司合作,以达到触控反馈的最佳表现。
2、歌尔股份——线性马达已经批量出货
歌尔股份是国际领先的以消费电子声学元器件为核心的电子元件提供商。公司以声电器件为核心,发展出了包括光电器件、电子配件和整机类电子产品等硬件产品,并拥有智能穿戴、无人机、机器人等产品的研发和服务能力,主要客户涵盖苹果、三星、索尼、微软、谷歌、Facebook、华为等国际一流终端厂商。
2017年2月,公司在全景网平台公开消息称,独立自主开发的线性振动马达已经量产。包括Z向与X向线性马达,同比其他产品具有尺寸灵活,振感强度优秀,响应速度快,谐振频率低等特点。目前已开发生产四种规格X向线性马达与两款Z向线性马达,配合高端智能产品市场,如:智能手机、智能穿戴、智能遥控器以及智能手柄实现智能振动反馈功能。
多领域领先能力、垂直一体化布局、顶尖设计与制造能力。歌尔经过多年蓄力,已 经从单一的电声器件企业发展为声学、光学、软件等多领域树立领先优势,同时通过垂直一体化布局除电声器件外还深度介入MEMS传感器、马达、摄像头模组、镜头、天线 等关键零部件领域,在自动化生产与精密设计领域更是拥有深厚团队、工艺、设备积淀, 公司已经搭建了世界一流的研发供应平台,具备为客户提供多元化解决方案的能力。
3、金龙机电——苹果线性马达重要供应商
金龙机电是目前国内最大的微特电机生产企业。公司专注于超小型微特电机的研发、生产和销售业务,产品包括Ф4、Ф5、Ф6、Ф7 等系列圆柱型超小微特电机、扁平型超小微特电机、新型变焦马达(VCM)、线性马达等,广泛应用于移动通讯设备、高端日用消费品、医疗设备、智能电动玩具、保健器材、机器人等领域。
公司成功研发全球领先、高附加值的线性马达并且大批量投产,成为苹果系列产品重要供应商。自2014年下半年以来,公司取代了日本三洋电机成为苹果产业链的振动马达供应商,为苹果系列产品提供线性马达。根据公司在全景网互动平台上透露的消息,2016年公司在手机用微特电机行业的市场占有率约为18%。公司生产的触觉反馈线性马达通过富士康、和硕等代工厂给苹果供货。
公司生产的手机用微特电机已获得多家大型手机生产企业的采购认证。核心客户主要包括华为、中兴通讯、OPPO、VIVO、小米、魅族、富士康、比亚迪电子等国内外知名企业。公司在传统马达领域深耕多年,技术水平、产品质量等均处于行业领先地位。
成功收购甲艾马达、博一光电,分别从横向、纵向拓展产品线。整合了微特电机及触摸显示产业链,实现了从移动通讯终端单一部件提供商向多种部件综合系列产品提供商的转变,跻身高端科技企业行列。甲艾马达的马达产品主要用于游戏机手柄、光驱、电动血压计等,与公司现有产品形成互补。博一光电以液晶模组为主要产品,可与公司原有的触摸屏和盖板玻璃产品形成结合,为下游客户提供触控显示一体化产品。
4、欧菲光——有望切入触觉反馈模组制造领域
欧菲光是国内领先的消费电子摄像头与指纹识别模组龙头。公司成立于2001年,当前的主营产品为触摸屏、摄像头模组、指纹识别模组等,并积极布局智能汽车领域。公司2010年布局电容式触控屏,2013-2016年成为全球出货量最大的薄膜式触摸屏供应商;2012年公司进入影像系统领域,2016年底摄像头模组单月出货量全球第一;2014 年公司进入生物识别领域,2016年四季度开始指纹模组单月出货量位居全球第一。
在触摸屏方面,欧菲光是行业龙头,具备进入3D Touch模组制造领域的技术实力。公司触控显示业务涵盖触控sensor、film和glass电容式触摸屏、盖板玻璃、全贴合LCM 组件等,应用领域从手机、平板、笔记本电脑延伸至汽车电子、工业控制和可穿戴设备等领域。公司在触摸屏领域的龙头地位稳固,根据市场调研机构旭日产研的数据,2017年5月公司触摸屏的出货量达到13KK,领先主要竞争对手。根据公司年报,未来在触控领域将重心放大下一代触摸技术,包括3D Touch技术、触觉反馈技术等。
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20业界要闻INDUSTEY NEWS
电机企业应重视专利 双龙电机因知识产权涉及诉讼
1月20日,双龙电机发布涉及诉讼公告。根据公告,原告王乃兵原系本案被告一双龙电机的员工。原告认为本案被告一双龙电机、被告二台州精马机械有限公司侵犯其“一种加工防爆接线盒座接线柱孔的专用装置”发明专利。
11月20日,双龙电机发布涉及诉讼公告。根据公告,原告王乃兵原系本案被告一双龙电机的员工。原告认为本案被告一双龙电机、被告二台州精马机械有限公司侵犯其“一种加工防爆接线盒座接线柱孔的专用装置”发明专利(ZL201510617523.5号),提起诉讼索赔。
原告请求判令被告一停止加工防爆接线盒座接线柱孔,即不得为生产经营目的使用其专利方法以及使用、许诺销售、销售、进口依照该专利方法直接获得的产品,并没收涉案机床归原告处理;判令被告二停止制造、并停止使用通讯设备向客户传送与涉案专利技术方案相同的产品视频或图片许诺销售;判令两名被告支付原告使用费人民币960万元;经济损失人民币2000万元或者判令两被告一次性支付给原告合理的发明专利使用费20年1亿元人民币。
被告答辩表示,未曾实施过任何侵犯原告专利权的行为。原告曾于2016年4月起诉原告侵犯其专利权,但经一审、二审,法院认为被告未侵犯原告实用新型专利前,原告的诉讼请求被全部驳回。原告本次起诉属于第四次起诉,其行为属于滥诉。
本公司于2017年11月17日收到江苏省南京市中级人民法院发出的传票,截止本公告披露日,本案尚未开庭审理。
公开资料显示,双龙电机于2016年1月13日挂牌新三板,主要从事普通用途低压高效三相异步电动机、隔爆型低压三相异步电动机、普通用途高压高效高压三相异步电动机、隔爆型矿用三相异步电机、隔爆型高压三相异步电动机等电动机的设计、制造、销售及产品服务。
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22业界要闻INDUSTEY NEWS
政府都敢欺骗!三菱电机虚报防空研制费遭调查
新华社报道称,日本三菱电机公司虚报导弹和卫星研制费,将受到政府特别调查。30日日本政府启动特别调查;调查结束及三菱电机退还多收的经费前,将暂停与这家制造商签订合同。
1月29日新华社报道称,日本三菱电机公司虚报导弹和卫星研制费,将受到政府特别调查。30日日本政府启动特别调查;调查结束及三菱电机退还多收的经费前,将暂停与这家制造商签订合同。
三菱电机2009财政年度获得陆上自卫队中程地对空导弹研制合同,金额大约336亿日元(约合4.4亿美元)。这些导弹部署在日本首都东京周边,用于防空。
防卫省发现,三菱电机改动作业计划数据,作业时间和人数与实际情况不符,申报经费虚高。
另外,三菱电机承包卫星项目时,采用类似手段。2002年至今,这家制造商赢得多份情报卫星研制合同,每颗卫星合同金额300亿至400亿日元(4亿至5亿美元)。这些项目由日本内阁卫星情报中心委托给日本宇宙航空研究开发机构,继而由三菱电机承包。事件曝光后,宇宙航空开发机构宣布,取消三菱电机竞标资格。
三菱电机承认虚报费用,没有公布数字。
日本内阁官房长官藤村修27日在记者会上说,这一事件“实在遗憾”,政府将要求对方退还虚报的经费。他敦促三菱电机彻底调查,不再重犯。
日本共同社援引一些消息人士的话报道,防卫省和宇宙航空开发机构去年秋季接到举报,从而进入三菱电机位于神奈川县镰仓市的制造工厂,着手调查,听取多名雇员证词,查阅作业计划。
2010财年,防卫省主要装备承包商中,三菱电机所获合同金额仅次于三菱重工,居第二位。防卫省正调查三菱电机何时开始谎报经费及谎报规模。
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24业界要闻INDUSTEY NEWS
电机模型图!全面了解无刷直流电机(BLDC)
换向器和电刷在直流电机中扮演着重要的角色,虽然它可以简化电机控制器的结构,但是,它自身却存在一定的缺点
直流电机主要有直流有刷电机和无刷直流电机两种。
1 有刷直流电机
直流电机以良好的启动性能、调速性能等优点著称,其中属于直流电机一类的有刷直流电机采用机械换向器,使得驱动方法简单,其模型示意图如图 1.2 所示。
电机主要由永磁材料制造的定子、绕有线圈绕组的转子(电枢) 、换向器和电刷等构成。只要在电刷的A和B两端通入一定的直流电流, 电机的换向器就会自动改变电机转子的磁场方向,这样,直流电机的转子就会持续运转下去。
由些可见,换向器和电刷在直流电机中扮演着重要的角色,虽然它可以简化电机控制器的结构,但是,它自身却存在一定的缺点:
1结构相对复杂,增加了制造成本;
2容易被环境(如灰尘等)影响,降低了工作的可靠性;
3换向时会产生火花,限制了使用范围;
4容易损坏,增加了维护成本等。
2 无刷直流电机
无刷直流电机(Brushless Direct Current Motor, BLDCM)的诞生,克服了有刷直流电机的先天性缺陷,以电子换向器取代了机械换向器,所以无刷直流电机既具有直流电机良好的调速性能等特点,又具有交流电机结构简单、无换向火花、运行可靠和易于维护等优点。
图 1.3 所示无刷直流电机模型,它是从图 1.2转化过来的模型。它主要由用永磁材料制造的转子、带有线圈绕组的定子和位置传感器(可有可无)组成。可见,它和直流电机有着很多共同点,定子和转子的结构差不多(原来的定子变为转子,转子变为定子) ,绕组的连线也基本相同。但是,结构上它们有一个明显的区别:无刷直流电机没有直流电机中的换向器和电刷,取而代之的是位置传感器。这样,电机结构就相对简单,降低了电机的制造和维护成本,但无刷直流电机不能自动换向 (相) , 牺牲的代价是电机控制器成本的提高 (如同样是三相直流电机,有刷直流电机的驱动桥需要 4 只功率管,而无刷直流电机的驱动桥则需要 6 只功率管) 。
图 1.3 所示为其中一种小功率三相、星形连接、单副磁对极的无刷直流电机,它的定子在内,转子在外,结构和图 1.2 所示的直流电机很相似。另一种无刷直流电机的结构和这种刚刚相反,它的定子在外,转子在内,即定子是线圈绕组组成的机座,而转子用永磁材料制造。
无刷直流电机有以下的特点:
1无刷直流电机的外特性好,能够在低速下输出大转矩,使得它可以提供大的起动转矩;
2无刷直流电机的速度范围宽,任何速度下都可以全功率运行;
3无刷直流电机的效率高、过载能力强,使得它在拖动系统中有出色的表现;
4无刷直流电机的再生制动效果好,由于它的转子是永磁材料,制动时电机可以进入发电机状态;
5无刷直流电机的体积小,功率密度高;
6无刷直流电机无机械换向器,采用全封闭式结构,可以防止尘土进入电机内部,可靠性高;
7无刷直流电机比异步电机的驱动控制简单。
无刷直流电机的工作原理
无刷直流电机的定子是线圈绕组电枢,转子是永磁体。如果只给电机通以固定的直流电流,则电机只能产生不变的磁场,电机不能转动起来,只有实时检测电机转子的位置,再根据转子的位置给电机的不同相通以对应的电流,使定子产生方向均匀变化的旋转磁场,电机才可以跟着磁场转动起来。
如图 1.4 所示为无刷直流电机的转动原理示意图,为了方便描述,电机定子的线圈中心抽头接电机电源POWER,各相的端点接功率管,位置传感器导通时使功率管的 G极接 12V,功率管导通,对应的相线圈被通电。由于三个位置传感器随着转子的转动,会依次导通,使得对应的相线圈也依次通电,从而定子产生的磁场方向也不断地变化,电机转子也跟着转动起来,这就是无刷直流电机的基本转动原理——检测转子的位置,依次给各相通电,使定子产生的磁场的方向连续均匀地变化。
为了方便理解,本文以下内容统一用如图 1.5 所示的这两种符号作为模型简介,图 A为电机转子和定子在同一圆心上,图B 为不同一圆心上,是为了方便说明电机内部磁场。详细请看下文。
无刷直流电机的驱动方法
无刷直机电机的驱动方式按不同类别可分多种驱动方式,它们各有特点。
1.按驱动波形:方波驱动,这种驱动方式实现方便,易于实现电机无位置传感器控制;
2.正弦驱动:这种驱动方式可以改善电机运行效果,使输出力矩均匀,但实现过程相对复杂。同时,这种方法又有 SPWM 和 SVPWM(空间矢量 PWM)两种方式,SVPWM的效果好于 SPWM。
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26业界要闻INDUSTEY NEWS
关联供应商股东大“换血” 江特电机这回又要搞什么?
距离江特电机向证监会提交非公开发行申请材料审查反馈意见回复的期限只剩下10余日,江特电机方面正积极筹划部分事宜,来减少定增阻碍,公司第一大供应商的股东名单在近期发生了大“换血”...
目前,距离江特电机(002176,SZ)向证监会提交非公开发行申请材料审查反馈意见回复的期限只剩下10余日。江特电机方面正积极筹划部分事宜,来减少定增阻碍。公司第一大供应商江苏金阳光新能源科技有限公司(以下简称金阳光)的股东名单在近期发生了大“换血”,与江特电机存在关联关系的股东悉数退出。江特电机证券事务代表王乐向《每日经济新闻》记者确认,此举是为了给公司定增铺路。
关联供应商股东大“换血”
工商资料显示,金阳光于10月25日发生了股东变更。俞洪泉、朱军、卢顺民、王荣法、樊万顺、欧阳光、刘金锭等自然人股东退出,唯有吴伟保留;徐会军、嵇存富两人新增成为金阳光股东。同时,金阳光法定代表人也由俞洪泉变更为徐会军。朱军、卢顺民为上市公司实控人。
《每日经济新闻》记者注意到,金阳光是江特电机重要的供应商,且此前是公司的关联方。
根据江特电机今年3月发布的《关于公司2017年度预计发生日常关联交易的公告》(以下简称《关联交易公告》)显示,金阳光成立于2016年3月,注册资本2亿元。公司经营范围为新能源汽车电气部件、新能源汽车电池及电池管理系统研发、生产、销售,电池回收再利用技术研发。当时,江特电机实际控制人朱军、卢顺民各持有金阳光20%股权;俞洪泉持股35%,王荣法持股10%,樊万顺持股5%。俞洪泉、王荣法、樊万顺为江特电机并购九龙汽车的交易对手,同时俞洪泉、王荣法亦是九龙汽车的高管。
在成立当年,金阳光便成为江特电机第一大供应商。江特电机向金阳光采购了2.09亿元的动力电池、电机控制器等产品,占上市公司年度采购总额的比例为7.85%。这些产品主要由公司子公司九龙汽车使用。在金阳光成立前,九龙汽车的第一大供应商为深圳市沃特玛电池。江特电机在《关联交易公告》中预计,其与金阳光2017年预计将发生8.9亿元的关联交易。
江特电机证代:为定增铺路
第一大供应商股东的变化,与上市公司正在筹划的非公开发行有莫大关系。
江特电机于去年11月披露非公开发行股票预案,公司拟发行股份募集不超过18.4亿元用于九龙汽车智能制造技改等3个项目。在向证监会提交《非公开发行新股核准》行政许可申请材料后,证监会于今年8月向江特电机下发《反馈意见通知书》,要求公司就有关问题作出书面说明和解释,并在30天内提交书面回复意见。
证监会要求江特电机补充说明:朱军、卢顺民在任公司董事及高管期间,出资参与设立金阳光,是否符合《公司法》第一百四十八条第(五)项的相关规定;江特电机董事、高管与全资子公司董事、高管等人合作设立金阳光原因,是否存在其他利益安排;江特电机与金阳光关联交易金额较大,价格是否公允,是否存在利益输送等损害中小投资者利益的情形;募投项目是否会导致江特电机与金阳光新增关联交易,是否符合《上市公司非公开发行股票实施细则》第二条的规定。
对于向关联方金阳光实施采购的行为,江特电机在《关联交易公告》中解释称,因为纯电动汽车动力电池和电机控制器是关键部件,作为新能源汽车的生产企业,必须自身掌握动力电池和电机控制器的关键技术,目前公司没有纯电动汽车所需动力电池和电机控制器技术,如果由上市公司投资,风险较大,所以公司主要股东投资设立了金阳光,力求自身掌握动力电池和电机控制器的关键技术。
对于证监会的问题,江特电机并未能30日内给予回复。公司于9月18日宣布,由于反馈意见中涉及的内容、材料补充工作等事项尚需一定时间,相关事项还需要进一步落实,公司向证监会申请延期至11月23日之前报送反馈意见的书面回复。记者11月7日致电江特电机证券事务代表王乐了解情况。王乐表示,公司还在准备反馈材料,在截止日(11月23日)之前应该能够提交。对于实际控制人朱军、卢顺民退出金阳光股东名单是否是为了减少上市公司非公开发行障碍的问题,王乐也予以了确认。
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28业界要闻INDUSTEY NEWS
全球最大的电机原材料生产基地,六大下游行业获益
我国是世界钕铁硼磁性材料的主要生产地,目前,我国拥有全球最大的稀土储量和产量...
行业竞争格局
(1)我国是世界钕铁硼磁性材料的主要生产地
生产钕铁硼永磁材料需要采用稀土作为原材料。目前,我国拥有全球最大的稀土储量和产量。因此,我国具有生产钕铁硼永磁材料得天独厚的优势。2016年全球钕铁硼产量13.28万吨,其中我国钕铁硼永磁材料产量为11.28万吨,占比84.94%。
(2)我国钕铁硼永磁材料中、低端产品占比较高
2016年我国高性能钕铁硼永磁材料产量占全球高性能钕铁硼永磁材料产量的55%左右,明显低于稀土永磁材料的占比。我国钕铁硼永磁材料中、低端产品占比较高。
(3)我国钕铁硼永磁材料供应量占比将进一步提高
目前中国境外的钕铁硼永磁材料制造商主要集中在日本和欧洲,包括日立金属、TDK、信越化学和德国VAC。我国有充足的稀土原材料和具备竞争力的劳动力,加上国内新能源和节能环保产业迅速发展,下游领域需求比较大,境外厂商开始在我国建立生产基地,比如2015年6月日立金属与中科三环在江苏南通设立合资公司“日立金属三环磁材(南通)有限公司”,建成后将新增产能8,000.00吨。我国钕铁硼永磁材料的供应量占比将进一步提高。
(4)随着钕铁硼成分专利的到期,我国钕铁硼永磁材料生产企业逐渐参与国际竞争
日本日立金属(NEOMAX)和美国麦格昆磁(Magnequench)在美国、欧洲和日本拥有大部分钕铁硼成分专利,截至2014年7月均已到期。这些成分专利的到期,为我国钕铁硼永磁材料生产企业带来了新的海外市场机遇,并与这些国际领先企业直接竞争。报告期内,我国稀土永磁材料的净出口数量(出口减进口),从2014年的1.9万吨,增加到2016年的2.46万吨,增幅29.59%。
钕铁硼永磁材料上、下游情况
钕铁硼永磁材料行业产业链上游主要是稀土矿开采、稀土冶炼及能源电力行业,下游是消费类电子产品和基础工业等传统应用领域,以及新能源和节能环保等新兴应用领域,包括风力发电、新能源汽车及汽车零部件、节能变频空调、节能电梯、机器人及智能制造。
(1)稀土行业产业政策对本行业的影响
钕铁硼永磁材料是稀土下游最为重要的应用,稀土原材料占钕铁硼永磁材料成本比重较高,稀土价格的波动对本行业具有重要影响。2011年,受国家稀土利用保护政策和更严厉环保政策的影响,以及市场对于稀土保护政策的过度解读,稀土价格出现了非理性上涨,随后稀土价格大幅下跌。2012年以后,国家出台了一系列政策以促进稀土产业健康发展,主要包括:实行稀土矿开采总量控制制度,取消稀土出口配额制度、取消稀土出口关税、明确稀土为出口许可管理货物,支持六大稀土集团对全国所有稀土开采、冶炼离、资源综合利用企业进行整合以提高行业集中度,制定稀土行业规范条件以提高稀土矿开采及稀土冶炼准入条件。
(2)下游应用领域的发展对本行业的影响
高性能钕铁硼永磁材料主要应用于新能源和节能环保领域,包括风力发电、新能源汽车及汽车零部件、节能变频空调、节能电梯、机器人及智能制造。
①风力发电
风力发电是我国目前新能源及节能环保行业对高性能钕铁硼磁钢需求量最大的领域。高性能钕铁硼磁钢主要用于生产永磁直驱风机,与双馈异步风机相比,永磁直驱风电机组具有结构简单、运行与维护成本低、使用寿命长、并网性能良好、发电效率高、更能适应在低风速的环境下运行等特点,因此其市场份额在不断上升。
②新能源汽车
新能源汽车是未来新能源及节能环保行业对高性能钕铁硼磁钢需求量增长最快的领域。新能源汽车主要包括混合动力汽车(HEV)和纯电动汽车(EV),当前我国新能源汽车市场以混合动力汽车为主。高性能钕铁硼永磁材料主要应用于新能源汽车驱动电机。驱动电机是新能源汽车的三大核心部件之一,目前包括永磁同步电机和三相异步电机两种,其中永磁同步电机具有效率高、转矩密高、电机尺寸小、重量轻等优点,成为新能源汽车驱动电机的主流。随着国家陆续出台新能源汽车补贴政策,我国新能源汽车销量大幅增长,2014年销量7.48万辆,2015年销量33.11万辆,2016年销量50.70万辆,工信部牵头编制的《汽车产业中长期发展规划》,明确到2020年我国新能源汽车年产量将达到200万辆,年均复合增长率40.93%。新能源汽车将成为我国高性能钕铁硼磁钢需求量增长最快的领域。
③汽车零部件
汽车零部件中的微特电机会大量使用高性能钕铁硼永磁材料,包括电动助力转向系统(EPS)、防抱死制动系统(ABS)、汽车油泵、点火线圈等,随着我国汽车产量的增加,以及EPS和ABS等零部件在汽车中的渗透率不断提高,汽车零部件领域需要的高性能钕铁硼永磁材料将稳步上升。
④节能变频空调
变频空调是在常规空调的结构上增加了一个变频器。压缩机是空调的心脏,其转速直接影响到空调的使用效率,变频器就是用来控制和调整压缩机转速的控制系统,使之始终处于最佳的转速状态,从而提高能效比。近年来,变频家电正处在全面推广应用的阶段,尤其是变频空调,正以其低频启动、启动电流小、快速制冷制热、节能等特点而受到广大消费者的青睐。
注:我国变频空调中既有使用钕铁硼磁钢,也有使用铁氧体磁钢。
⑤节能电梯
钕铁硼永磁材料在节能电梯中的应用主要是电梯曳引机。电梯曳引机是电梯的动力设备,包括永磁同步曳引机与传统异步曳引机。永磁同步电动机采用高性能永磁材料和特殊的电机结构,具有节能、环保、低速、大转矩等特性。随着国家对节能环保工作的重视,节能电梯的渗透率将会不断提高,从而对钕铁硼永磁材料的需求量稳步提升。
⑥机器人及智能制造
工业机器人是实现智能制造的自动化设备,当前主要指面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人,用于工业生产过程中的搬运、焊接、装配、加工、涂装、清洁生产等。驱动电机是工业机器人的核心部件,永磁同步伺服电机是主流,高性能钕铁硼永磁材料则是永磁同步伺服电机的基础材料。我国作为制造业大国,在工业机器人应用方面一直处于落后地位。除汽车行业外,量大面广的一般制造业对机器人的应用基本上处于自发、分散或零散的状态。未来,随着我国工厂自动化的发展,工业机器人在其它工业行业中也将得到快速推广,如电子、金属制品、橡胶塑料、食品、建材、民爆、航空、医药设备等行业。
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30业界要闻INDUSTEY NEWS
12起电机企业并购案 大洋、方正电机接连上榜!
二年内已完成大小并购交易二十多宗,涉及金额近一百多亿元,一桩桩并购背后,既是行业发展到一定临界点的需求,也是背后资本市场和投资人的一场场博弈。
从2015年6月份大洋电机宣布战略合并上海电驱动开始,“在一起”的并购潮迅速涌向了电机行业各大公司,电机企业自2015年起,二年内已完成大小并购交易二十多宗,涉及金额近一百多亿元。一桩桩并购背后,既是行业发展到一定临界点的需求,也是背后资本市场和投资人的一场场博弈。
并购频繁,引起业界的激烈讨论,有观点称此举为使公司站稳脚跟,而也有人指出,如此频繁的并购意在阻碍市场竞争。
1、大洋电机35亿元收购上海电驱动100%股权
大洋电机的重大资产重组预案显示,公司拟以发行股份及支付现金的方式,作价35亿元收购上海电驱动100%股权,其中,7.99亿元为现金支付,剩余部分公司将以6.34元每股的价格非公开发行不超过4.26亿股的方式募集。
上海电驱动是我国最早从事新能源汽车驱动电机系统研发、生产和销售的企业之一,在商用车和乘用车驱动电机系统领域有着较高的市场份额。
显然,这一标的在大洋电机新能源汽车布局中有着重要位置。根据双方协商评估,上海电驱动的交易估值为35亿元,增值约31.98亿元,增值率为1057.12%。而财务数据显示,上海电驱动2013年、2014年和2015年一季度实现扣非净利润分别为为-1639.98万元、2890.52万元和-791.95万元。
2、德昌电机斥资近8.7亿加元收购世特科国际
香港电动马达生产商--德昌电机控股有限公司,斥资高至8.67亿加元(约6.59亿美元)收购加拿大汽车零部件制造商--世特科国际,料收购将于今年第四季内完成。
世特科国际产品包括精密发动机泵、变速箱泵及粉末金属部件,为汽车原始设备制造商及其一级供应商提供服务。
收购价根据世特科国际的总企业价值8亿加元而厘定,包括预计股权价值2.798亿加元(可调整);7.75%优先抵押票据之本金金额3.825亿美元;其他类似债务之负债承担共1,660万加元。
德昌电机表示,通过收购以取得世特科国际的泵技术及粉末金属专门技术,有助公司于快速增长的汽车业市场部分,为客户提供集成电动机泵解决方案。此外,是次收购能显着增加集团于目前需求强劲的北美地区汽车市场之业务比重,同时提供一个于欧洲和亚洲具吸引力的长期发展平台。
3、郑煤机5.95亿美元收购博世电机
德国博世集团对外宣布,以5.95亿美元将旗下起动机和发电机子公司出售给由中国郑州煤矿机械集团股份有限公司(以下简称“郑煤机”)和崇德投资组成的中资财团,并已于当日签署协议。
受煤炭行业近年来的调整,郑煤机开始跨界转型。据悉,郑煤机以22亿元一次性收购美国资本控制的亚新科旗下6家分涉汽车零部件产业链不同领域的标的公司,正式向汽车零部件领域布局发展。至此,郑煤机形成了以煤矿机械和汽车零部件为主的两大主营业务。
4、江特电机作价6亿元并购米格电机100%股权
江特电机(002176)作价6亿元购买米格电机100%股权,同时募集配套资金不超过1.55亿元。
其中,公司拟向丁阿伟、吴光付、汪冬花三人发行股份及支付现金购买其持有的米格电机100%的股权,并向李威非公开发行股份募资不超过1.55亿元。
米格电机100%股权的评估值为60122.31万元,经交易各方友好协商,米格电机100%股权的交易作价为6亿元;其中,公司以现金方式支付2.4亿元,其余部分以发行股份的方式支付。
5、方正电机13.45亿并购两企业完善新能源汽车产业链
方正电机(002196)6月9日早间披露了重组草案,公司拟以15.39元/股的价格,以非公开发行股份和支付现金相结合的方式,分别向上海海能全体股东和德沃仕全体股东购买其分别持有的上海海能100%股权和德沃仕100%股权。此外,公司拟以16.41元/股的价格,向金石灏汭、自然人张敏和翁伟文非公开发行股份募集配套资金,拟募集资金总额为6.3亿元,用于支付本次交易的现金对价及相关交易费用。
上海海能100%股权和德沃仕100%股权交易价格合计为13.45亿元,其中上海海能100%股权作价11亿元,德沃仕100%股权作价2.45亿元。交易方承诺,上海海能2015年度-2017年度实现净利润分别不低于7600万元、8000万元及8400万元;德沃仕2015年度-2017年度实现净利润分别不低于1650万元、2400万元及3500万元。
6、靠研发并购做大一个企业 “卧龙”锁定全球电机第一
从1994年开始,卧龙集团共进行了20多次并购,先后并购了南阳卧龙、清江电机、奥地利ATB、意大利OLI、意大利SIR等公司,并始终围绕电气主业,拓展主营业务的产业链。为达成全球电机行业NO.1的目标,卧龙控股在2011年开始布局海外市场,五年时间,产业印记遍布全球60多个国家和地区,其大手笔的并购还在继续进行中。
通过“并购之路”,卧龙已经成为一家拥有240亿元资产规模、3家上市公司、54家控股子公司、1.8万余名员工,以制造业为主业、房地产和金融投资为辅业的综合性跨国企业集团。其电气产业链条覆盖国内所有省市,并远销欧美、亚非等50多个国家和地区。
7、舍弗勒收购CompactDynamics电机
汽车和工业产品供应商舍弗勒于2016年12月20日与塞米控集团有限公司签署收购协议,购买高性能电机制造商Com鄄pactDynamics股份有限公司51%的股份。与此同时,舍弗勒和塞米控还将在电力电子系统开发和电力电子元件集成领域展开合作。通过本次收购和合作,舍弗勒成功拓展了其在电机和电力电子领域的技术实力,为电驱动的开发和生产提供了进一步的助力。
舍弗勒集团首席执行官克劳斯·罗森菲尔德表示:“电驱动是公司‘高效驱动,驰骋未来’战略的重要组成部分,也是未来的重大机遇之一。本次收购Com鄄pactDynamics并与塞米控建立合作后,公司的技术能力进一步增强,也为我们创造了未来增长的新机遇。”
8、宁波韵升电机收购日本日兴电机
成立于2010年的宁波韵升斥资亿元对日兴电机的收购。收购日兴电机工业株式会社79.13%的股权,使其成为控股的子公司。
成立于1933年的日兴电机工业株式会社,在日本产业界享有盛名,其电机产品可与德国博世电机相媲美。当宁波韵升成功入主后,曾引发日本媒体广泛关注。
“韵升旗下的电机业务,与日兴电机有很强的互补性。更重要的是,日兴电机在电机方面先进的管理经验、核心技术和广泛的国际品牌美誉度,正是韵升所看重的。”
日兴电机为何会被宁波韵升成功收购?因为一个掷地有声的承诺。收购之初,宁波韵升就向对方表示,收购完成后,通过两家企业的共同努力,让日兴电机这家原先曾非常优秀的日本企业尽快摆脱困境,重塑辉煌。
9、信质电机4亿豪赌关联方资产
以约8.3亿元的估值对价去收购净资产只有385.88万元的关联方资产,信质电机(002664)此次巨额资金收购资产进军无人机领域事宜受到市场关注。与此同时,此次收购资产交易对方并没有给予业绩承诺,这也预示着未来如果标的公司无法产生盈利,信质电机也只能自尝苦果。
根据交易对方在北交所公告的产权转让公告,此次标的资产的挂牌底价约为4.08亿元(具体转让价格以最终结果为准)。根据评估机构天健兴业出具的《资产评估报告》,截至评估基准日2017年3月31日,天宇长鹰股东全部权益估值约为8.32亿元,对比天宇长鹰净资产账面值385.88万元,增值额约为8.28亿元,增值约215倍。
10、ABB宣布收购GE工业系统业务
9月25日,ABB宣布收购GE工业系统业务,即GE全球电气化解决方案业务。GE工业系统业务遍及全球100多个国家,并在ABB全球第一大市场的北美市场拥有庞大的装机量。该业务总部位于美国佐治亚州的亚特兰大,在全球拥有约1.35万名员工,2016年销售收入约为27亿美元,运营息税折旧及摊销前利润率约为8%,运营息税摊销前利润率约为6%。ABB将以26亿美元的价格收购该业务,交易预计将在第一年实现运营收益增长。ABB计划自第五年起,每年创造2亿美元的成本协同效益,这对于该业务实现行业水平的业绩表现至关重要。
作为该交易和整体价值创造的一部分,ABB将与GE建立长期的战略供应商关系,向其提供GE工业系统及其正在采购的ABB产品。
11、步进电机老大鸣志电器拟3亿元收购步进电机老二运控电子
12、西门子收购著名电磁场仿真软件infloytica
释放信号:并购整合将成常态
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31业界要闻INDUSTEY NEWS
国内EPS马达首例自主研发,自主生产的项目
现世界市场上的电动助力转向电机全部由国外公司垄断,国内只有日本电产和常州凯宇(日本电产控股)可以生产该马达,且日本电产集团生产的该马达占具世界65%的产量,目前国内没有一家公司可以生产
现世界市场上的电动助力转向电机全部由国外公司垄断,国内只有日本电产和常州凯宇(日本电产控股)可以生产该马达,且日本电产集团生产的该马达占具世界65%的产量,目前国内没有一家公司可以生产
现中国是汽车生产大国,2016年中国汽车产销均超2800万辆,2016年中国汽车产销呈现较快增长,产销总量再创历史新高,汽车产销分别完成2811.9万辆和2802.8万辆,比上年同期分别增长14.5%和13.7%,高于上年同期11.2和9.0个百分点。
统计显示,2016年中国品牌乘用车销售同比增长20.5%,占乘用车销售总量的43.2%,比上年同期提高2个百分点。与此同时,中国新能源汽车生产51.7万辆,销售50.7万辆,比上年同期分别增长51.7%和53%。
项目介绍:
本项目为国内EPS马达首例自主研发,自主生产的项目,另外生产所用的PQM系统(工程品质监控),NTR系统(追溯管理)、产品组装工艺均为自主研发项目,为国内首创,申报发明专利。
电动助力转向系统(Electric Power Steering,缩写EPS)是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统,与传统的液压助力转向系统HPS(Hydraulic Power Steering)相比,EPS系统具有很多优点。EPS主要由扭矩传感器、车速传感器、电动机、减速机构和电子控制单元(ECU)等组成。
与其它转向系统相比,该系统突出的优势体现在以下优点:
1、只在转向时电机才提供助力,可以显著降低燃油消耗。与液压助力转向系统对比试验表明:在不转向时,电动助力转向可以降低燃油消耗2.5%;在转向时,可以降低5.5%。
2、转向助力大小可以通过软件调整,能够兼顾低速时的转向轻便性和高速时的操纵稳定性,回正性能好。电动助力转向系统还可以施加一定的附加回正力矩或阻尼力矩,使得低速时转向盘能够精确的回到中间位置,而且可以抑制高速回正过程中转向盘的振荡和超调,兼顾了车辆高、低速时的回正性能。
3、结构紧凑,质量轻,生产线装配好,易于维护保养。
4、通过程序的设置,电动助力转向系统容易与不同车型匹配,可以缩短生产和开发的周期。
5.采用"绿色能源",适应现代汽车的要求。
项目优势:
1、全线智能控制优势。生产线采用整合的控制面板及人机界面等智能化和人性化设计,实行操作员登入管理模式,保证了生产出的产品品质始终如一。通过IP地址链接,技术员可以进行远程修改调整设备程序。
2、生产节拍优势。生产线生产速度设备周期节拍21 PCS/秒,这种高速生产线能轻松达到产能要求,从而减少由于客户产能提升而带来的设备投资。
原有一条流水线接近60人,高自动化后控制在20人左右。也减少企业劳动力成本达到LCA人员递减目的。
3、先进技术优势。生产线采用多项先进技术。
市场分析:
2016年中国汽车产量2800万台,比上年同期增长14.5%,2017年预计中国汽车产量在3200万台,以后5年将保持10%以上的增长势态,特别是国内自主品牌车企急需优质且低成本的国产汽车配件以满足高速发展的需求。
目标客户为大量的国内(南京东华(上汽)、新世宝、麦帝龙、新乡豫北、德国博世、捷太格特、韩国万都的转向系统。
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33业界要闻INDUSTEY NEWS
安川电机业绩大幅上调,两大“新”业务功不可没
安川电机两大主力业务的业绩2017财年将大幅扩大。伺服电机等“动作控制”业务和“机器人”业务均表现良好,预计销售额分别为2134亿日元和1683亿日元。
安川电机两大主力业务的业绩2017财年将大幅扩大。伺服电机等“动作控制”业务和“机器人”业务均表现良好,预计销售额分别为2134亿日元和1683亿日元。
日前,日本安川电机大幅上调了2017财年(截至2018年2月)的合并业绩。预计纯利润为390亿日元,比预期增加50%以上。因为主力业务AC伺服电机和机器人等面向中国等市场的业务销势良好。安川电机社长小笠原浩在23日的结算发布会上表示:“(中国的)制造业需求将继续增长,计划稳步推进当地的增产等。”
拉动安川电机实现出色业绩的是中国市场。2017年上半年,面向中国市场的销售额同比增长34%,达到555亿日元。用于智能手机制造相关的AC伺服电机和机器人的销售实现增长。小笠原表示:“从美国苹果之外的公司接到了大量订单”,同时指出:“(中国)当地企业的范围比较广,订单规模也比较大”。
但有观点认为,十九大结束后中国的经济会减速。对此,小笠原认为:“对制造现场几乎不会有影响”,他同时表示:“会慎重确认对基础设施投资(的影响)”。
安川电机两大主力业务的业绩2017财年将大幅扩大。伺服电机等“动作控制”业务和“机器人”业务均表现良好,预计销售额分别为2134亿日元(比2016财年增长24%)和1683亿日元(同比增长20%)。营业利润方面,预计动作控制业务将同比增长82%,达到414亿日元,机器人同比增长83%,达到187亿日元。
动作控制业务方面,不仅是AC伺服电机,嵌入工业机械等使用的逆变器随着中国的基础设施投资复苏也表现良好。面向美国石油天然气开发相关领域的业务也实现增长,盈利能力提高。
另外,机器人方面,面向汽车的业务保持坚挺。因为中国以外的亚洲地区也随着人工费的暴涨等扩大了省力化投资。
安川电机的中期目标是到2018财年的营业利润达到450亿日元,但2017财年的营业利润预测就已经达到570亿日元,远远超过了中期目标值。
小笠原表示:“从中国的人手不足情况和世界的商品动向来看,(工业机械等的需求)没有理由立即减少”,计划继续投放新产品,实施进攻式经营。
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34业界要闻INDUSTEY NEWS
电机行业转守为攻?关键看输出能力
国家统计局数据显示,2017年1~6月,中国家电行业主营业务收入达到8046亿元,同比增长16.02%,下半年数据有望实现再增长。作为空调、冰箱、洗衣机等家电产品的核心驱动力,电机企业也取得了良好发展,仅空调电机就创下了5年内新高。
国家统计局数据显示,2017年1~6月,中国家电行业主营业务收入达到8046亿元,同比增长16.02%,下半年数据有望实现再增长。作为空调、冰箱、洗衣机等家电产品的核心驱动力,电机企业也取得了良好发展,仅空调电机就创下了5年内新高。
一方面是家电增量市场带来了机遇,另一方面是家电消费者个性化需求升级带来了挑战,家电企业如何应对复杂的市场环境,智谋发展,成为行业关注焦点。近日,Welling参加2017年家电技术大会,与国内家电行业的代表企业积极交流电机前沿技术,共同探讨发展,并总结提炼出四大发展着力点。
智造升级
“智能”作为本届家电技术大会的主题之一,受到与会企业代表的热烈讨论,全体大会当天共有17个演讲议题都是围绕智能技术展开。事实上,随着《中国制造2025》、《智能制造发展规划(2016-2020年)》各项智能制造产业政策逐步落实,各界已形成共识,未来智能制造除了带动制造业的整体转型升级外,还将创造新一轮产业机遇。
在这种形势下,家电业纷纷进行提升智造实力,具有前瞻意识的Welling电机目前已经通过引进高精密设备实现了自动化的自动化生产、自动化检测设备,加速融合工厂制造与“互联网+”,尝试数字化、信息化的前沿技术,不断完善智能物流系统,全面提升企业“智造”竞争力。
创新驱动
十九大报告上提出“创新是引领发展的第一动力”,中国家电品牌在国际市场上与国外品牌竞争,需要以创新驱动的制造模式为企业带来全新的发展活力和竞争优势。一如波轮洗衣机,从全球市场角度看来,由于洗涤周期短等优势,波轮洗衣机占据了巨大的市场份额,尤其变频化趋势正成为不可逆转的风口,DDM结构作为后起之秀的发展势头越发明显。然而,市场上传统的波轮洗衣机电机并不能满足消费者对洗衣机高效化、智能化、大容量、低噪音的功能期待。
Welling深刻认识到用户需求带来的产品创新机遇,组织团队对DDM技术进行深度开发,最终研发出5-8KG、6-12KG、12-20KG三类DDM电机及智能化驱动系统,产品覆盖了市场上绝大部分波轮洗衣机的容量需求。
在洗衣机技术分会上,Welling工程师作了《波轮洗衣机DDM电机及智能化驱动系统》报告,详细介绍了DDM结构作为后起之秀的市场趋势愈发明显,并提到截止到目前,Welling就波轮洗衣机DDM电机及智能化驱动系统共计申请专利21项,其中PCT专利2项,中国发明专利2项,充分印证了Welling创新驱动发展战略的推动作用。
品质优胜
中国家电迅速发展的三十年,一方面产品制造实力得到提升,另一方面是消费者的习惯发生改变,为家电产品升级换代带来了大好时机。近年来随着全国居民收入的稳步增长和居民消费的进一步改善,中国消费者已不满足于过去“简单地拥有家电”,转而追求“更高端的品质生活”。正如家用空调,变频节能、静音运行的空调明显更受消费者青睐。Welling分体空调室内风机无刷直流电机作为空调核心零部件,以塑封技术、BMC结构、正弦波空间矢量控制系统等技术实现电机的低振低噪,为空调运行提供高效可靠的源动力。除此之外,Welling电机蓄力在空调、洗衣机产品市场中突破发展,为“中国制造”赋予了新的内涵。
绿色发展
随着绿色发展理念深入人心,符合低碳环保的产品更容易取得市场优势。在家电行业砥砺前行的这些年里,在消费升级、产业结构调整的大背景下,绿色更成为了全球家电产业发展的主旋律。
从行业自身发展来看,当前环保装备制造业正在从高速增长向持续稳定增长的新阶段过渡,传统领域市场趋于饱和,新兴领域市场逐步拓展。Welling电机绿色转型步伐进一步加快,推动冰箱、空调、空气净化器等家电往节能、环保、变频方向发展,将为环保装备制造业发展带来巨大市场空间。如Welling在空净电机上采用无极调速控制技术,让风量的控制细腻平滑,在解决了功能低效、输出不足、噪音污染等问题外,还减少了电量的使用,让人们的生活环境更加绿色环保。
作为行业组织,中国家用电器协会主办的这一场技术大会具有深刻意义,Welling贯彻落实四大发力点,将进一步助力产业发展,推动家电企业逐鹿国际市场,实现“强国”目标。
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35新品速递NEW ARRIVAL
瑞萨电子推出新型可优化屏触超低功耗微控制器
近日,瑞萨电子(中国)有限公司(以下简称“瑞萨电子”)宣布推出R7F0C205L、R7F0C206L、R7F0C206M、R7F0C207M和R7F0C208M等5款新产品,扩充其16位微控制器(MCU)产品线...
近日,瑞萨电子(中国)有限公司(以下简称“瑞萨电子”)宣布推出R7F0C205L、R7F0C206L、R7F0C206M、R7F0C207M和R7F0C208M等5款新产品,扩充其16位微控制器(MCU)产品线,进一步加强对触控式家电设备、智能楼宇、工业自动化和便携式设备应用的开发支持。嵌入式开发人员可以利用新产品在单芯片上同时集成用户界面(包括电容触控键、LED和LCD)和系统控制功能。
该新款MCU继承了RL78系列产品业界领先的低功耗和卓越的电磁兼容性(EMC)等强大性能。电容式触控应用的开发人员能以超低功耗、极低成本利用瑞萨电子最先进的第二代电容式触控技术。此外,嵌入式LCD和LED直接驱动功能,支持多样化的产品设计,并在整个产品线上规范了开发人员MCU平台。MCU还集成了用于驱动LED和LCD的高电流端口,可优化具有LED和LCD显示器的电容式触摸按键应用。新型MCU是瑞萨电子首款在单芯片上支持LCD和LED直接驱动的16位触控式MCU。该新品将以包括MCU、Workbench和图形用户界面(GUI)工具(HMI代码生成器)的解决方案交付,相关评估板和评估套件将另行提供。
新型电容触控 MCU的主要特性:
• 检测多达64个键,低电容触控按键待机电流,高电流端口直接驱动LED:新型MCU可支持复杂的用户界面要求,最多支持64个键。有助于降低添加触控面板时布线的复杂性,简化电路板设计,互感式按键配置可提高防水性能。电容式触控键在待机模式下的平均能耗仅为6微安(uA),可有效支持电池供电和其它具有低能耗要求的便携式设备。MCU的内置大电流驱动端口可以直接驱动LED,适用于大多数LED显示屏和触控按钮控制LED显示应用。MCU还支持大部份通用接口。
• 可提供Workbench、软件和应用笔记,进一步缩短开发时间:通过使用瑞萨电子电容式触控键MCU中配置的Workbench自动校准工具,可以使用图形用户界面(GUI)更轻松、更快速地调整过去受不同电路板布局、跟踪图案、面板材料等因素影响而较难更改的灵敏度和其它设置。结合开发所需的软件和信息,包括应用注释、用户手册和参考软件,Workbench可与MCU样片及评估板一同使用,快速确认和评估系统操作,从而缩短开发时间。
• 电容式触控R7F0C208M评估套件通过IEC61000认证:目前已有三款电容式触控R7F0C208M评估套件通过IEC 61000-4-3和IEC61000-4-6抗噪声认证,即将向市场供应。
• 该新型MCU包含64引脚、80引脚LQFP封装, 48 KB到128 KB闪存,支持消费类和工业类应用。其工业级产品可支持工业应用中复杂的人机界面(HMI)设计。
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36新品速递NEW ARRIVAL
东芝推出新型表面黏着型有刷马达驱动IC
东芝电子(Toshiba)近日宣布推出新一代有刷马达驱动IC--TB67H420FTG,以扩大其小型表面黏着型有刷马达驱动IC产品阵容,其支援高电压、大电流驱动,适用于家用扫地机器人、印表机和其他办公设备。
东芝电子(Toshiba)近日宣布推出新一代有刷马达驱动IC--TB67H420FTG,以扩大其小型表面黏着型有刷马达驱动IC产品阵容,其支援高电压、大电流驱动,适用于家用扫地机器人、印表机和其他办公设备。
实现大功率有刷马达驱动需要高电压输出,因此须要大功率马达驱动器和浪涌电流(为有刷马达特有)支援。採用具备高电压和低导通电阻特性的离散式元件(MOSFET)的组合电路是常见的解决方案。然而,虽然这种方法实现了大功率驱动,但是导致元件数量增加,阻碍了马达小型化。
该驱动IC支援大功率驱动,有助于透过採用小型表面黏着型封装实现节省空间,其还可以控制两个有刷马达(50V、4.5A/两个通道),因为它包含双电桥模式,可在独立的内部输出单元中单独控制每个通道。
除这些改进之外,该新驱动IC不仅包含过热、过电流等基本的内建错误检测功能,而且还整合了最常用的错误检测讯号输出功能,支援利用外部设备对具体错误进行评估。
该公司将新驱动IC定位为其下一代有刷直流马达驱动器的旗舰产品,主要塬因为该产品在实现高电压和大电流驱动方面的卓越能力,以及其更加广泛的应用範围,在这一点上,双电桥模式和错误检测讯号输出功能功不可没。
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37新品速递NEW ARRIVAL
迈来芯推出第二代Triaxis电机位置传感器
2017年11月09日,全球微电子技术公司——迈来芯(Melexis)宣布推出基于其专利Triaxis霍尔磁传感技术的第二代电机位置传感器(解角器)。
2017年11月09日,全球微电子技术公司——迈来芯(Melexis)宣布推出基于其专利Triaxis霍尔磁传感技术的第二代电机位置传感器(解角器)。
新一代MLX90380单芯片解决方案可用于测量电机的绝对角度,适用于包括永磁同步电机(PMSM)和无刷直流电机(BLDC)在内的所有无刷电机。汽车电气化催生了持续增长的相关应用,对此MLX90380提供了理想的解决方案。
该传感器具有的2us输入信号采样率和8us输出信号刷新率,使其非常适用于如汽车电动助力转向(EPS)和增压器类的高速旋转电机应用;MLX90380提供与VDD成比例的正弦和余弦模拟信号输出,支持10mT~70mT的磁场强度工作环境,并可对XYZ三个方向的磁场进行配置。
MLX90380的独到之处在于,其可以安装在转轴末端或者转轴旁侧。通过简单的选择正确的产品代码,并借助于转子轴上的环形磁铁和侧安装的MLX90380,设计人员现在可以在转轴的任何位置测量转子速度和位置。
迈来芯公司产品经理Peter Vandersteegen对MLX90380这一新产品评论道:“这款基于Triaxis的第二代resolver(解角器)表明迈来芯向前迈出了重要一步——特别是在性能和安装灵活性方面。由于设计人员在现代应用中面临狭小空间的挑战,特别是汽车领域,这种紧凑型器件提供了许多选项,使设计人员能够提供高性能旋转角度测量解决方案。”
MLX90380的工作温度为-40℃至+150℃,非常适用于工业和汽车等严苛应用。其标准版本采用SOIC-8小封装供货,全冗余版本则采用SOIC-16封装供货。对于诸如直接安装在电机中的无PCB应用,它提供DMP-4封装。
ISO26262文档可用于支持安全关键型汽车应用。
MLX90380可以与迈来芯的小型驱动器IC MLX81310或MLX81315配合使用,驱动智能阀的运动并对其进行位置检测,从而对电池或发动机进行有效冷却。它还可以配合迈来芯的BLDC电机控制IC MLX81205-06-07-08使用,对智能泵的转子位置进行跟踪,从而以适当的转矩对泵进行有效动态控制。
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38新品速递NEW ARRIVAL
Diodes公司的三相半桥闸极驱动器简化BLDC与PMSM的马达驱动
Diodes 公司推出了 DGD2136,这是一款完全整合的三相闸极驱动器 IC 芯片,专为 BLDC 和 PMSM 马达驱动应用 (常见于家用电器、电动与园艺工具、空调机、缝纫机和工业马达中) 设计。
Diodes 公司推出了 DGD2136,这是一款完全整合的三相闸极驱动器 IC 芯片,用来在半桥配置中驱动 N 信道 MOSFET 或 IGBT。浮点高侧驱动器与靴带式运作,让 DGD2136 能够切换高达 600V;低至 2.4V 的标准逻辑位准输入,则提供简单的控制接口。这款闸极驱动器是专为 BLDC 和 PMSM 马达驱动应用 (常见于家用电器、电动与园艺工具、空调机、缝纫机和工业马达中) 设计。
BLDC 与 PMSM 马达的使用增加,反映出产业的方针:改善电动马达的效率,并实现零维护的目标,将整体拥有成本降到最低。为了满足此要求,DGD2136 针对 3 相应用进行优化,可驱动由 N 信道 MOSFET 或 IGBT 构成的三个半桥。高电压制程让浮点高侧驱动器能够以高达 600V 运作,而驱动器的输出也运用高脉冲电流缓冲器,将驱动器的跨导问题减到最少。
此装置采用多重保护机制:透过外部电阻器来感测过电流,以关闭所有输出;匹配的传输延迟功能运用内部延迟时间与击穿逻辑,可在两种输入值都高时 (故障状态),防止两种输出的值变高;VCC 欠压锁定功能会关闭个别的高侧输出;对于 VS 接脚高 dv/dt 瞬时的内建耐受能力,则可将假触发的风险降到最低。DGD2136 也具备故障讯号输出功能,可用来监控驱动级,并可搭配 RC 输入接脚使用,以提供可调整的重设时间功能。
DGD2136 闸极驱动器采用业界标准的 SO-28 封装。
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39解决方案SOLUTION
瓦锡兰推出预旋定子节约燃料10%
瓦锡兰新推出的EnergoFlow螺旋桨预旋定子设计是一个节能解决方案,通过优化流入、减少螺旋桨滑流产生的功率损耗,可以提高燃油效率达10%,不用两年就能让船舶运营商收回投资。
瓦锡兰新推出的EnergoFlow螺旋桨预旋定子设计是一个节能解决方案,通过优化流入、减少螺旋桨滑流产生的功率损耗,可以提高燃油效率达10%,不用两年就能让船舶运营商收回投资。
据悉,在11月7日荷兰鹿特丹举行的国际海事展上,瓦锡兰将在其推进效率组合中推出这种最新的解决方案。瓦锡兰新推出的EnergoFlow预旋定子是瓦锡兰研发专家多年来在流体动力学、节能推进效率概念和预旋模型研究和试验的结果。
瓦锡兰EnergoFlow预旋定子的设计将引导尾流向与螺旋桨旋转方向相反的方向一侧流动。EnergoFlow预旋定子上多个附着在船体上的翅片(fins)将优化流入螺旋桨的流量并防止功率损耗。曲线型的翅片将在翅片顶端与翅片连接的环将降低每个翅片的峰值应力的同时最小化粘滞阻力(viscous resistance)。
降低燃料成本是船舶运营商优先考虑的事项。由于有了瓦锡兰EnergoFlow预旋定子,就有实现节约燃料高达10%的可能。燃料效率的提高将减少燃油耗,从而降低船舶运行成本。
据瓦锡兰推进系统服务部副总裁Tamara de Gruyter介绍,“瓦锡兰的EnergoFlow预旋定子将有助于精确预旋流的流向。反过来,精确预旋流的流向将通过降低阻力支持我们的用户节省燃料。由于推进效率的提高将带来的节能,瓦锡兰EnergoFlow预旋定子将减少船舶的排放。对能效解决方案的投资将确保节约成本,满足海事规则要求和减少对环境的破坏。”
瓦锡兰EnergoFlow预旋定子对燃油耗的影响对散货船、油船和其他肥线型船是最大的。以散货船为例,可以节省燃料10%。不论船型如何,瓦锡兰EnergoFlow预旋定子的投资将在运行1-2年内收回成本。瓦锡兰EnergoFlow预旋定子的研发将额外关注服务市场。
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40解决方案SOLUTION
18张动图让你真正了解电机
18张动图让你真正了解电机
电机就是一种将电能与机械能相互转换的电磁机械装置。电机一般有两种应用形式:第一种是把机械能转换为电能,称之为发电机;第二种是把电能转换为机械能,称之为电动机。
电机运行原理基于电磁感应定律和电磁力定律。电机进行能量转换时,应具备能作相对运动的两大部件:建立励磁磁场的部件,感生电动势并流过工作电流的被感应部件。这两个部件中,静止的称为定子,作旋转运动的称为转子。定、转子之间有空气隙,以便转子旋转。
电磁转矩由气隙中励磁磁场与被感应部件中电流所建立的磁场相互作用产生。通过电磁转矩的作用,发电机从机械系统吸收机械功率,电动机向机械系统输出机械功率。建立上述两个磁场的方式不同,形成不同种类的电机。
1、按工作电源种类划分
2、按结构和工作原理划分
3、按启动和运行方式划分
4、按转子的结构划分
下面就是期待已久的动图了
直流电机 永磁电机 单相感应电机 三相感应电机 无刷直流电机 永磁直流电机 步进式电机工作原理 平衡式电机 三相电机定子 鼠笼式电机 电机解剖图 电机磁场变化图 (完) -
41解决方案SOLUTION
方案 | 高性能电机电磁仿真方案
常见的永磁同步电机具有结构简单、体积小、质量轻、运行可靠、效率高等优点,随着永磁材料性能的不断提升、价格的逐步降低,以及电力电子的发展,永磁同步电机在各行各业应用越来越广泛。
常见的永磁同步电机具有结构简单、体积小、质量轻、运行可靠、效率高等优点,随着永磁材料性能的不断提升、价格的逐步降低,以及电力电子的发展,永磁同步电机在各行各业应用越来越广泛,不管国防、工农业还是日常生活,永磁同步发电及都不失为一种好的选择。
传统电机设计中通常分为电路和磁路计算,但实际上电和磁均是由电磁场能量所得,再加之材料的非线性特性,传统算法很难得到精确磁路结果,严重影响电机性能。随着数值计算和计算机技术的发展,有限元仿真可获得更精准的电机计算结果,提高研发效率,提升产品性能。
ANSYS高性能电机电磁仿真方案,经历了旋转电机设计专家RMxprt与通用电频电磁场仿真软件Maxwell独立计算,RMxprt一键生成Maxwell有限元仿真模型等多次理论算法与操作上的完善,在电机仿真领域地位不可动摇。
图1为ANSYS Maxwell 2D永磁电机仿真模型,利用边界条件,仿真对象为1/8模型,大大缩短了仿真时间,提高了研发效率。
图1 Maxwell 2D电机仿真(1/8)模型 图2 Maxwell 2D电机仿真场强云图 图2为Maxwell 2D仿真的场强云图,通用的maxwell结果中包含电机的转矩、转速、三相电感、损耗等量。基于提升工程师研发效率、节省研发成本,同时也为了更方便的利用软件处理电机设计中面临的复杂的后处理问题,ANSYS提供了针对电机后处理开发的脚本程序UDO。
1、UDO的Average &RMS Solutions在发电机中的应用
UDO全名User Defined Outputs,即用户自定义输出。是基于开放式的Python语言,用于Maxwell2D和Maxwell 3D瞬态磁场求解器,为电机(电动机和发电机均可)仿真应用开发的专业后处理脚本程序。利用Average&RMS Solutions,可以方便的得到电机输入输出功率,转矩及其波动量,功率因数,DQ轴的电感、电流、磁通量等电磁性能数据。
Average & RMS Solutions的设置路径为Maxwell2D/3D à Results à Create User Defined Solutions àElectric Machines Solutions à R16.2/16.1/16 àAverage & RMS Solutions(不同toolkits版本),界面如图3所示。
图3 Average & RMS Solutions的设置方法 Average & RMS Solutions的结果查看操作为Maxwell2D/3D à Results à Create User Defined Report àRectangular Plot/Data Table/…,界面如图4所示。
图4 Average & RMS Solutions的结果查看操作方法 图5-7为Average & RMS Solutions的部分结果。
图5 不同电流值对应的DQ轴电感值 图6 不同电流值对应的DQ轴电流值 图7 不同电流值对应的转矩及转矩波动量 2、外电路参数化在同步永磁发电机中的应用
永磁发电机省去了滑环,更需要变频器等外电路的配合。发电机的外部电路可以利用Maxwell Circuit外电路编辑器进行编辑(复杂电路需与Simplorer耦合仿真)。电路中器件的参数值可以设置为变量(例如发电机带不同感性负载的工况,可以将电阻或电感值设置为变量),并且该电路变量可以导入Maxwell有限元模型,便于进行发电机不同外部电路工况对电机本体性能影响的参数化/优化分析,并保证仿真精度。
操作方法:首先在外电路中将器件参数设为变量,在传递给Maxwell时,需在导入外电路*.sph时的对话框第4个选项卡的参数框中进行变量的确认与转换,将第三列Value值设置为在Maxwell中对应的变量名称即可,具体设置如图8-9所示,之后便可实现外电路中电信号与Maxwell有限元模型的激励源同步变化的功能。
图8 外电路变量设置 图9 外电路变量传递到Maxwel参数设置方法 利用Average& RMS Solutions和外电路参数化,可以提升发电机工程师研发效率、节省研发成本,更方便的利用软件处理电机设计中面临的复杂的后处理问题。
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42解决方案SOLUTION
迄今最全的无刷电机工作及控制原理分享
先前分享过关于无刷电机的工作原理一些知识,不少朋友表示有点太深看不懂,最近腾出来点时间就给大家从头开始一点一点剖析讲解吧,确保只要有高一物理知识的朋友就能够看得懂,希望有兴趣的朋友耐心往下看,相互学习!
先前分享过关于无刷电机的工作原理一些知识,不少朋友表示有点太深看不懂,最近腾出来点时间就给大家从头开始一点一点剖析讲解吧,确保只要有高一物理知识的朋友就能够看得懂,希望有兴趣的朋友耐心往下看,相互学习!
本人在此抛砖引玉,希望大神或者某些涉及研发工作的朋友出来探讨指点。
首先给大家复习几个基础定则:左手定则、右手定则、右手螺旋定则。别懵逼,我下面会给大家解释。
左手定则,这个是电机转动受力分析的基础,简单说就是磁场中的载流导体,会受到力的作用。
让磁感线穿过手掌正面,手指方向为电流方向,大拇指方向为产生磁力的方向,我相信喜欢玩模型的人都还有一定物理基础的哈哈。
右手定则,这是产生感生电动势的基础,跟左手定则的相反,磁场中的导体因受到力的牵引切割磁感线产生电动势。
让磁感线穿过掌心,大拇指方向为运动方向,手指方向为产生的电动势方向。为什么要讲感生电动势呢?不知道大家有没有类似的经历,把电机的三相线合在一起,用手去转动电机会发现阻力非常大,这就是因为在转动电机过程中产生了感生电动势,从而产生电流,磁场中电流流过导体又会产生和转动方向相反的力,大家就会感觉转动有很大的阻力。不信可以试试。
三相线分开,电机可以轻松转动
右手螺旋定则,用右手握住通电螺线管,使四指弯曲与电流方
向一致,那么大拇指所指的那一端就是通电螺旋管的N极。
这个定则是通电线圈判断极性的基础,红色箭头方向即为电流方向。
看完了三大定则,我们接下来先看看电机转动的基本原理。
第一部分:直流电机模型
我们找到一个中学物理学过的直流电机的模型,通过磁回路分析法来进行一个简单的分析。
状态1 当两头的线圈通上电流时,根据右手螺旋定则,会产生方向指向右的外加磁感应强度B(如粗箭头方向所示),而中间的转子会尽量使自己内部的磁感线方向与外磁感线方向保持一致,以形成一个最短闭合磁力线回路,这样内转子就会按顺时针方向旋转了。
当转子磁场方向与外部磁场方向垂直时,转子所受的转动力矩最大。注意这里说的是“力矩”最大,而不是“力”最大。诚然,在转子磁场与外部磁场方向一致时,转子所受磁力最大,但此时转子呈水平状态,力臂为0,当然也就不会转动了。补充一句,力矩是力与力臂的乘积。其中一个为零,乘积就为零了。
当转子转到水平位置时,虽然不再受到转动力矩的作用,但由于惯性原因,还会继续顺时针转动,这时若改变两头螺线管的电流方向,如下图所示,转子就会继续顺时针向前转动,
状态2 如此不断改变两头螺线管的电流方向,内转子就会不停转起来了。改变电流方向的这一动作,就叫做换相。补充一句:何时换相只与转子的位置有关,而与其他任何量无直接关系。
第二部分:三相二极内转子电机
一般来说,定子的三相绕组有星形联结方式和三角联结方式,而“三相星形联结的二二导通方式”最为常用,这里就用该模型来做个简单分析。
上图显示了定子绕组的联结方式(转子未画出假想是个二极磁铁),三个绕组通过中心的连接点以“Y”型的方式被联结在一起。整个电机就引出三根线A, B, C。当它们之间两两通电时,有6种情况,分别是AB, AC, BC, BA, CA, CB注意这是有顺序的。
下面我看第一阶段:AB相通电 当AB相通电,则A极线圈产生的磁感线方向如红色箭头所示,B极产生的磁感线方向如图蓝色箭头所示,那么产生的合力方向即为绿色箭头所示,那么假设其中有一个二极磁铁,则根据“中间的转子会尽量使自己内部的磁感线方向与外磁感线方向保持一致”则N极方向会与绿色箭头所示方向重合。至于C,暂时没他什么事。
第二阶段:AC相通电 第三阶段:BC相通电 第三阶段:BA相通电 为了节省篇幅,我们就不一一描述CA\CB的模型,大家可以自己类推一下。以下为中间磁铁(转子)的状态图:
每个过程转子旋转60度
六个过程即完成了完整的转动,其中6次换相。
第三部分:三相多绕组多极内转子电机
我们再来看一个复杂点的,图(a)是一个三相九绕组六极(三对极)内转子电机,它的绕组连线方式见图 (b)。从图(b)可见,其三相绕组也是在中间点连接在一起的,也属于星形联结方式。一般而言,电机的绕组数量都和永磁极的数量是不一致的(比如用9绕组6极,而不是6绕组6极),这样是为了防止定子的齿与转子的磁钢相吸对齐。
其运动的原则是:转子的N极与通电绕组的S极有对齐的运动趋势,而转子的S极与通电绕组的N极有对齐的运动趋势。
即为S与N相互吸引,注意跟之前的分析方法有一定的区别。
好吧,还是再帮大家分析一下吧,
第一阶段:AB相通电 第二阶段:AC相通电 第三阶段:BC相通电 第四阶段:BA通电 第五阶段:CA通电 第六阶段:CB通电 以上为六个不同的通电状态,其中经历了五个转动过程。每个过程为20度。
第四部分:外转子无刷直流电机
看完了内转子无刷直流电机的结构,我们来看外转子的。其区别就在于,外转子电机将原来处于中心位置的磁钢做成一片片,贴到了外壳上,电机运行时,是整个外壳在转,而中间的线圈定子不动。外转子无刷直流电机较内转子来说,转子的转动惯量要大很多(因为转子的主要质量都集中在外壳上),所以转速较内转子电机要慢,通常KV值在几百到几千之间。也是航模主要运用的无刷电机
顺便啰嗦一下吧。无刷电机KV值定义为:转速/V,意思为输入电压每增加1伏特,无刷电机空转转速增加的转速值。比如说,标称值为1000KV的外转子无刷电机,在11伏的电压条件下,最大空载转速即为:11000rpm(rpm的含义是:转/分钟)。
同系列同外形尺寸的无刷电机,根据绕线匝数的多少,会表现出不同的KV特性。绕线匝数多的,KV值低,最高输出电流小,扭力大;绕线匝数少的,KV值高,最高输出电流大,扭力小。我先前测试过穿越机2204电机的极限电流,单电机能彪上25A,而2212系列电机15A都上不了。
外转子无刷直流电机的结构:
分析方法也和内转子电机类似,大家可以自己分析一下,根据右手螺旋定理判断线圈的N/S极,转子永磁体的N极与定子绕组的S极有对齐(吸引)的趋势,转子永磁体的S极与定子绕组的N极有对齐(吸引)的趋势,从而驱动电机转动。
经典无刷电机2212 1000kv电机结构分析。
图为DJI 2312S电机和XXD 2212电机的(解剖图) 其结构如下:定子绕组固定在底座上,转轴和外壳固定在一起形成转子,插入定子中间的轴承。
图为xxd2212线圈拆解图 图为12绕组14极(即7对极),电机绕组绕发图 后面画出了6种两相通电的情形,可以看出,尽管绕组和磁极的数量可以有许多种变化,但从电调控制的角度看,其通电次序其实是相同的,也就是说,不管外转子还是内转子电机,都遵循AB->AC->BC->BA->CA->CB的顺序进行通电换相。当然,如果你想让电机反转的话,电子方法是按倒过来的次序通电;物理方法直接对调任意两根线,假设A和B对调,那么顺序就是BA->BC->AC->AB->CB->CA,大家有没有发现这里顺序就完全倒过来了。
AB相通电 AC相通电 BC相通电 BA相通电 CA相通电 CB相通电 要说明一下的是,由于每根引出线同时接入两个绕组,所以电流是分两路走的。这里为使问题尽量简单化,下面几个图中只画出了主要一路的电流方向,还有一路电流未画出,另一路电流的具体情况放在后面进行分析,涉及到电路检测换相位置。
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43解决方案SOLUTION
如何降低成本——电机篇
电机在航模中的位置非常重要,正常情况下,电机不属于“损耗品”,跟螺旋桨、电池甚至机架比较起来,它的寿命更长久一些。所以,如果作为一个刚入门的菜鸟,或者准备攒上一架“二奶”、“三奶”甚至“n奶”的练手机来说,电机的选择最好谨慎一些。因为买来以后,也许你会拥有很长一段时间。
自从第一篇发稿至今,陆陆续续收到有些朋友指出的错误与不足,再次向曾经仔细读过帖子的朋友表示由衷的感谢。
电机在航模中的位置非常重要,正常情况下,电机不属于“损耗品”,跟螺旋桨、电池甚至机架比较起来,它的寿命更长久一些。所以,如果作为一个刚入门的菜鸟,或者准备攒上一架“二奶”、“三奶”甚至“n奶”的练手机来说,电机的选择最好谨慎一些。因为买来以后,也许你会拥有很长一段时间。
另外一方面,如果买好的电机,保养得当,没有炸过飞行次数少的电机,不管一手还是二手,其折旧率也比较低,相对来说比较保值(遇到传家宝系列除外)。
还有需要注意,由于技术更新,老电机逐渐退出主流市场,进入库存货、拆机货和二手货之列。这个时候,你要再去找产品的说明可能会比较困难,甚至当前的卖主都说不清楚电机的性能。这个时候,你就需要有独立判断的能力,以免吃亏。
电机类型选择
有刷还是无刷如果你玩的是车、船、固定翼航模之类的对重量不太敏感的模型,可以选择有刷电机。为什么?因为便宜啊!虽然无刷电机功率大、寿命长,但无刷也架不起两者的价格差距超大的有刷。有朋友会问,现在航模,多半都是无刷了……不,其实很多玩具用的还是有刷,就是因为价格因素!在寿命方面,总体来说,有刷寿命要低于无刷,就是因为那个碳刷不是吗。是的!但是,碳刷的寿命还没弱到飞几个电就会挂掉的程度上。比如:空心杯。其实大部分空心杯的电刷不是磨损坏,是炸坏!而除了空心杯,有刷马达还是有n多种。萝莉大神不也是教导我们尽可能使用有刷马达玩航模么。如果你选择有刷,基本上很少有二手,很多都是库存货,不用上咸鱼,因为一般个人不会卖这个(一共就几块钱,你说还要不要包邮?),直接淘宝搜你所要的型号。不建议买使用过的有刷,只建议购买库存有刷。便宜+量足!常用的有刷马达有:n30,n40,n50,180,370等……用于航模的话,选择钕铁硼……下文再讲为什么,这里先卖个关子。
如果你玩穿越、航拍机,那么只能选择有无刷马达。
因为无刷马达除了功率大之外,还有一个重要的特性:反应迅速。让它快就快,让它慢,它能立刻“刹停”。
用来描述电机的四位数字,前两位代表定子直径,后两位代表定子高度;一般来说,尺寸越大,功率越大。
KV值
这个值代表,每增加一福特电压,电机转速每分钟的转速。例如2700kv的电机,在10v的电压下转速为每分钟27000转(RPM);一般来说KV低的扭矩大,KV高的速度快。Freestyle一般用高KV的配低螺距桨,追求灵活性,竞速一般用低KV的配大螺距桨,追求速度。
磁铁类型所有的电机原理说白了就是电转换为磁,由电感产生磁场与永磁铁的磁场发生作用力,推动转子做功,输出。那么这个永磁铁的磁性,直接决定了在同等电流条件下产生的“功”,也就是效率问题。总结就一句话:磁性越强,电机效率越高。自然,价格越贵。所以,为什么选择钕铁硼选择强磁,道理在这里。
拉力功耗
这个没啥好多聊,数字直接能说明问题。功耗越大,拉力越大;效率越高,电机品质量越高。
轴(尺寸,桨)
在选择电机的时候,一定要留意电机轴的直径,能配什么齿轮或螺旋桨。比如XXD的电机,要装zi蛋头才能上5mm的桨,2212的一些M6轴的电机,只能上自锁桨等等。有刷电机有些待铜齿轮,轴的直径从0.8的空心杯开始,1mm,1.2mm,2mm等;
外观判断
先直接看外表,有没有炸过;炸过,特别是惨炸过的话,你要慎重考虑,还要多跟卖家沟通。如果你是转让自己炸过的电机,最好也根据下面所说的方面进行判断。也好定一个合适的价格。先观察主轴有无弯曲,如果弯了基本就是废品(跟男人一样),没得救的。
转动电机的转子,体会有无明显的“涩感”(注意!是涩涩的感觉,不是顿挫感,顿挫感强反而说明是一个好电机!),如果有,也许是轴承坏了,也算是废品了。除非你运气足够好,可以配到同型号的轴承。以上两类问题的电机,建议不要进行买卖,没专业设备和备件,没得救的。如果手里的电机不幸炸成这样,留着做备件吧,也别卖了坑别人。
观察电机内部,脏不脏。如果只是灰尘,问题不大,拆开了牙刷伺候一下就好。再看线圈,有些好的电机,线圈缠绕整齐,线圈填充满。如果线圈有灼烧痕迹,那么说明电机可能受过伤或者被螺丝顶到导致烧线圈。如果电机还能转,问题就不是很大,但最好是重新绕一下线圈。观察线圈有无断丝,如果只是断掉1根2根铜丝的话,电机没有高负荷工作是看不出来异样的,因为一般绕线圈都用多股铜丝绕。遇到断铜丝的,其实比烧线圈还要严重;必须重新绕线修复;
有些玩家喜欢把电机三相线剪的特别短,加上焊工不行,就让接手的人很纠结和尴尬。但好在这不是什么大问题,再接上一段线,用热缩管封好就行。或者直接拆掉线圈接头重新接上硅胶线。
最后一个问题比较难察觉,除非你对某一款电机很熟悉。那就是检查电机的退磁程度。在所用材料都相同的情况下,电机的效率是否高,主要看电机的永磁铁磁性是否强,越强的磁性效率越高。但是这类强磁有个缺点,遇热容易退磁。如果你一次买了同款的电机2个以上,可以做一个手感对比,就是转动电机,感受磁铁通过定子时产生的那种顿挫感。同型号的电机如果明显手感不同,那么顿挫感弱的电机,一定是退磁了。这种电机已经达不到原有的拉力。退磁的磁铁也是没得救。
卖家不要隐瞒以上这类问题,买家到手也要留意是否有以上的问题。
价格谈判
准新货:8折以下;半新货:5~7折;少许退磁、烧线圈、断丝的:3折以下;严重退磁、转子变形、轴承坏:赠送;
有些名牌的电机,残值率会高一些,因为只要不坏,你也很容易转手。这类电机可以稍微上浮一些价格。
验货
还是那句话,收到东西,不管是新的还是二手的,能不动烙铁就不要动,这样退货换货都好谈。除了上文中提到的“外观判断”的那些点之外,还可以进一步验货。
缺相测试
无刷电机有三相(ABC),如果其中一组线圈开路则会导致电机无法正常启动,有一定概率可以转起来,但输出功率非常低。这里提供给大家一个小技巧,不要任何设备,可以验证电机是否有缺相故障。将电机导线AB,BC,AC,分别短路(手捏一下就行了),用手转动电机,有无明显的“刹车”感,如果有则代表正常,如果没有,说明线圈开路,一定缺相了。
动平衡测试
能不焊就不要焊,电调接上3个鳄鱼夹,夹上电机就能上电测试;动平衡好的电机,启动之后电机是平稳的转动,而且明显有“陀螺效应”。而动平衡被破坏的的电机,则会一直在抖动……
效率测试
效率测试主要是检查电机性能是否良好,这个就要求比较高了。如果有条件可以做一下。用以下设备……
如果是一些小电机,可以这么来
重新整备
强哥在写这个段落的时候写着写着发现似乎这是一件非常大的工程,根这篇文章的主题又似乎有些不符。所以简单略过,未来另外写一篇详细说明。
内部清理
将电机拆开后直接牙刷伺候,如果有条件,可以为轴承上一点黄油。
延长导线
有些电机的三根导线被剪短了,如果用在自己的飞机上不够长,你可以考虑接长或者用香蕉头。
如果是有刷电机,最好配上灭弧电容,这样可以提升电机效率。
动平衡
如果电机震动非常大,那需要做一下动平衡的调整。
重新绕线
这个工程量比较大,但如果淘到了超低价格的电机,没有致命问题的前提下,做一下这个作业也不失为一种乐趣。另写一篇详细介绍。
(完) -
44解决方案SOLUTION
【精华帖】工程师手绘电机原理图
【精华帖】工程师手绘电机原理图,一定要耐心看完!
本文来源:知乎 W冶森 Engineering Enthusiast/电磁换能魔法师/超新静态磁电机体
电磁换能魔法师要布阵了!希望这个回答能给接触电机的朋友们一些帮助,一个新的角度。本文章不含任何公式,从本质上切入问题.所有的电机原理都如下图(纯Visio手绘,轻拍):
上图中,两个灰色的轮子—个是定子,—个是转子,具体哪个做定子,哪个做转子,随意!
所有电机的原理都是这么简单,那就是:转动其中—个轮子,另—个轮子就会跟着转,就是初中物理讲的“异性相吸”啊!可是为什么所有教材讲的都接近于玄幻呢?因为——我国教育擅长学而不擅长教…。如果能上Youtube或者看看有几位IEEE电机祖师爷写的教材,你就会发现他们写的书真的就跟连环画似的,好亲民!
言归正传,参考上图,磁铁都紧紧的吸在了—起,凭直觉,如果错开任何—个角度,比如下图:
就会不稳定啊!有一种如果松手肯定会发生什么的感觉啊有木有。不错!这就是力!力就这么产生了!力乘以距离就是力矩,在这里我们就称之为转矩。如果我用手转动外面的壳,里面的轮子如果能动肯定也会跟着转,这样电机就动起来啦~
重要的事情再重复—遍:所有电机的原理都是这样的!就是这么简单!
OK.所有交流电机都是有—个旋转的磁场带动另—个磁场使之旋转,那个旋转的磁场是三相对称电流产生的。这个发明是意大利的—位物理学家最先提出的,后来被特斯拉发扬光大。从上面的两张图我们能得到一些什么结论呢?
接下来的所有例子中,都是外面那个磁铁在转,里面那个轮子跟着动。那么问题来了,从上面的两张图我们能得到一些什么结论呢?
1.磁铁完全对着的时候(如第—张图)电机转不起来,对的太正了好稳定的感觉。
2.磁铁错开—点的时候(如第二张图)电机可以转起来。
3.磁铁错开太多的时候,貌似力度不够,带不起来。
4.磁铁—开始就转的特别快,而另—个转速为零,貌似也转不起来(因为刚被前面的磁铁吸了一下,后面的磁铁就又上来了,又往后吸了一下,前功尽弃的感觉),所以电机就在那—直震啊震。
于是,你就会想,如果我想控制里面的转子转的漂亮,我就需要有—套有效的控制外面的磁场的转动的方法,不能太快,不能太慢,要根据里面的情况,循序渐进的转动外面的环环——这就是电机控制方法。不要看公式复杂成天书,本质上就是这么简单!
好的,感性认识建立起来了吧~现在,我们来看上面提到过的第3个问题,两个磁铁离得太远不行,离得太近不行,那要成什么位置才会有最大的转矩啊!这就是这个问题问的本质,就有了park变换和DQ轴啦!parks变换就是为了进一步步探讨空间位置对于力的控制。
控制电机,说到底,控制的是神马?其实就是力!磁铁相对于转动轴的距离是固定的,所以转矩直接正比于磁铁之间的电磁力(转矩等于所有力乘以距离,距离都一样)。那么我们谈控制其实就是在控制两个磁铁之间的力。
有人会说电机另—个输出量是转速,也许要控制。对,可是转速是表面现象,控制转速是通过控制力来间接实现的。转矩大了自然会转的更快,转矩小了转速不就降下来了,所以归根到底电机控制其实控制的就是电磁力,就是图上显示的几对磁铁之间的力。
那么,这个力跟什么有关呢?前面我们说了,和两个内外磁铁的空间位置有关:两个磁铁错开太少没有力,错开太多了力又不够,貌似角度错开成某个值的时候有—个最大值的感觉。不错,这个结论的得出是在磁铁磁力不变的前提下得到的,如果磁铁的强弱是可以调节的会发生什么?请看下图:
什么!磁铁怎么这么小?再看原来的图片是不是有一种器大活好的怀旧感?凭直觉,上图所示的电机感觉上力量就比原来的电机弱,因为他磁铁小啊,力不从心啊!
现实中磁场的强弱就是可调节的,因为外部的旋转磁场是由三相电流产生的,所以通过控制正弦电流的幅值你就可以调节磁场的强弱。有的同学可能会有—个问题,那么对于永磁电机来说,里面的磁铁是不是应该保持不变呀?没错,这个问题我们放一放,一会再说。
全综上,我们得到了—个强有力的结论:要想控制电机转的漂亮,有两个因素要把握好:
1.磁铁磁力的强弱
2.内外磁铁的空间相对位置
可是这两个问题耦合在一起就好难分析,因为如果磁铁变大但空间错的很开,那电磁力矩是变大了还是变小了啊?如果磁铁变小但是错开的又近了一些,那力矩到底是小了还是大了啊!?有两个因素都在变,很难单独分析哇。于是我们就想,能不能把这两个因素通过一种简单的方法解耦呢?这就是Park变换和DQ轴出现的大背景啦。来看下图:
你看,内部磁铁在空间有一个磁场,外部磁铁会产生—个磁场,说到底,其实力的产生就是和这两个磁场的大小和方向有关系。
所以(敲黑板状),所有电机,注意是所有电机(包括直流电机和任何类型电机),他们的转矩都是正比于内外两个磁场的叉乘(如上图),就是两个磁场矢量围成的平行四边形的面积。如果两个磁铁方向重合(如最开始的第—张图),那么平行四边形的面积就是零,没有力。如果方向错开一点(比如最开始的第二张图),那么就会有力(因为平行四边形面积不为零啦)。
上面这个公式(电机转矩正比于转子磁场叉乘定子磁场)是电机学最最最最最本质的公式!我不明白为什么我们的中文教科书都不详细讲这—条!!!!
好,接着唠。平行四边形什么的最有意思啦,因为他可以被拆成矩形啊~七巧板的感觉:
你看!—个平行四边形就这么被拆成矩形啦。为什么这么拆?因为好看啊!你不觉得方方的地砖才是正派么?四边形的地砖都是异端啊!上面两个图形的面积是一样的,所以分析起来不必担心。
我们把原来的Bin称之为d轴磁场(d是direct的缩写,意思是直接的:d轴中文翻译为直轴),把新拆出来的垂直于Bin的磁场称之为q轴磁场(q是quadrature的缩写,意思是垂直的、正交的、90度的:q轴中文翻译为交轴)。其实这些原理—开始定义的时候是很好记的!很形象的!哪有那么复杂!1929年,帕克还在波士顿的通用电气苦逼的拧螺丝呢,他哪会起什么复杂的名字,完全是为了自己干活好用好嘛~
再看!两个磁场,Bd和Bq,他们的面积决定了力的大小,决定了电机的输出转矩,控制这两个值,上面我们分析的所有情况都可以被控制啦!那么磁场是什么产生的?电流产生的。磁场和电流的关系是什么?
磁场=电流×电感
又是高中物理啊!你工程再复杂,本质上的物理属性就是这么简单…..
所以帕克就说啦!把电机现实中的三相电感如果能转换成DQ轴的两相电感,世界就美好了。因为电流我可以测出来,只要知道了DQ轴电感,那就知道了两个磁场,然后知道了力,就知道了转矩,就可以通过改变电流控制转矩,然后我就可以通过转矩控制转速啦!
普通青年的思路就像刚才说的这样,有这么—条链条:电流—磁场—力—转矩—速度。
所以我们通过控制电流的D轴分量和Q轴分量就能控制矩形的两条边:Bd和Bq的大小,他们相乘就是转矩,通过速度和(或)位置反馈,我们就能够有效的控制外面的环环使之带动里面的轮子转起来啦。DQ两个分量合成的其实是—个矢量,于是这种方法就叫做矢量控制(VectorControl),也有人称之为FOC(Field Oriented Control)。这种普通青年的正常思路是1970年前后由达姆施塔特工业大学和西门子工程师提出的。
那么你可能会这么问:上面那个链条好繁琐,特别是在电流推磁场的过程中,要用到派克变换,那矩阵太美都不敢看,难道就木有简单的办法吗?
有同学可能就会说,为什么不用—个磁场传感器直接测量磁场呢?这样一来我们不就直接知道了磁场的位置和方向了嘛!原则上来说确实是这样的,可是!!电机内部气隙太小,没法安装啊!
平时大家是怎么测量电机内部磁场的呢?有些人用一根导线在某个定子的齿( tooth)上缠几圈,直接测量感应出来的电压不就好啦,因为电压就是磁场的微分呀。
这时候,两个文艺青年站出来了,说:”给你们厉害的,定子绕组本身就是一个传感器呀”。众人仿佛发现了什么,原来,定子电压直接积分不就是磁通嘛!没办法,晚—步就是晚—步,那两个文艺青年将这种方法注册了专利:直接转矩控制( DTC),后来ABB公司直接买断了这份专利,众人纷纷散场:”算了,还是用矢量控制吧!”
于是,西门子和ABB两大巨头的带领下,电机控制分为了剑宗和气宗,也就是矢量控制和直接转矩控制的阵营。矢量控制要走—个长长的链条,所以计算量大。直接转矩控制简单有效,可惜被买断了…。于是众人只能继续用矢量控制,看到这里,基本上就明白了DQ轴和帕克变换了吧!
我们的特别多的中文教材和很多教授(甚至诸多老教授)喜欢把DQ变换说成“把交流电机变换为直流电机分析”的过程,其实这个类比很容易把学生给带迷糊了,尤其是第一次连直流电机都没弄特别清楚的新生。DQ变换之后的磁场分析和直流电机的磁场可完全不是—个问题,只能类比,只能说长得像,千万不能直接套着用。
以上基本上能够讲明白DQ轴的由来,电机基本原理和电机控制的基本原理。以下将深入一些,涉及到异步、永磁电机的差异,弱磁控制的本质原因和电动汽车电机的自身特点等问题,都是比较热门的问题,不过原理上还是比较简单的。
就像上面说的,电机转动的本质原因是转子磁场和定子磁场的相互作用,再说白一点,就是—个磁铁吸着另—个磁铁,使得另—个磁铁所在的转动件转圈:
这样的话就需要两个磁铁,一个主动旋转的磁铁,—个被动被吸附的磁铁。主动旋转的磁铁我们知道是三相对称电流所产生的旋转磁场。那么被动吸附磁铁是谁?
对于同步电机来说,被动吸附的磁铁是镶嵌在转子上的永磁体或他励线圈产生的“人造永磁体”:对于异步电机来说好像没有被吸附的永磁铁,因为异步电机被吸附的永磁体也是旋转磁场产生的。理解不了的不要看急,其实异步电机的转子是个鼠笼,他经历了一些奇妙的事情:
外面旋转磁场旋转 — 切割了鼠笼的金属导体 — 金属导体产生了电动势 — 由于鼠笼短接所以金属导体就产生了感应电流 — 感应电流产生了—个磁场(转子磁场)
所以,对于异步电机来说,他的“被吸附的永磁体”就这么产生了!异步电机的“被吸附磁体“是自己感应出来的!所以异步电机( Asynchronous Motor)的英文名叫做感应电机( Induction Motor)。好像有点熟悉?没错,这不就是个变压器嘛!原边产生了—个磁场然后副边感应了一个电流,电能就这么传输过去了。只不过普通的变压器是静态的,这个变压器是会动的!也就是说这个变压器的铁芯不是一整块,而是两块拼起来的,所以副边缠绕的那块铁芯就跟着原边缠绕的那块铁芯转起来啦。正因为这样,异步电机的等效电路图其实就是—个变压器,只不过二次侧的有效电阻是—个和转差率相关的动态元件。
如果你还是对异步电机的内外磁铁不能够明白,我就再放—个实际中的异步电机定子转子磁场分布图:
那些线条是磁力线,定子的磁场和转子的磁场形成了—个角度,其实就相当于两个磁铁了,跟前面演示的磁铁图没有任何区别。
这样—来,两种电机的原理基本上就能够理清啦。
再说说说感应电机和永磁电机的磁场控制区别。再次复习一下重点:电机转矩正比于转子磁场和定子磁场的叉乘,即等价于转子磁场和定子磁场围成的平行四边形的面积,亦正比于DQ轴磁场围成的矩形面积。
无论是感应电机还是永磁电机,控制转矩都是通过控制DQ矩形面积来实现的,这一点我们前面说过。可是,由于感应电机和永磁电机的构造有区别,他们的磁场控制策略也是有区别的,这一点尤其重要,因为感应电机和永磁电机是现在工业中中应用最最广泛的两种电机。这两种电机就像交流电和直流电一样,就像直接转矩控制和矢量控制一样,几乎平分了市场,各有优缺点。无论你面试特斯拉,福特还是通用、丰田全电动或混动部,这道面试题是肯定躲不过的。目前所有混合动力汽车的电机都是无刷永磁电机,而目前纯电动车的电机主要是感应电机(因为纯电动特斯拉占了很大比例,而特斯拉全部都是感应电机)。
对于感应电机来说,转子磁场和定子磁场都是由三相电流来决定的,因为感应电机的转子磁场是感应出来的嘛:而对于永磁电机来说,转子磁场有相当—部分是由镶嵌的永磁体决定的,而且这部分磁场是几乎不变的。
对于感应电机来说,转子磁场和定子磁场都可以灵活自如的调节:而对于永磁电机来说,转子磁场的相当一部分是改变不了的(永磁体产生的磁场是恒定不变的)。
通俗点讲就是:感应电机的两个磁铁都可以变大变小:而永磁电机的转子侧磁铁基本上改变不了。如下图:
上图中我已经将磁场分解成了垂直的两个磁铁,其实和前面斜着摆的是一回事。这两个磁铁就分别是总的DQ轴的磁场。由于已经分解了,那么这两个磁场总是垂直的。感觉上是不是感应电机的劲儿大一些呢?因为人家磁铁好大的感觉啊,对!如果真的是按图中所画那样,这个感应电机的功率确实比下面的永磁电机高。所以大家现在还在研究新的永磁体好让图中永磁的转子侧那块的磁铁再大一些。
对于感应电机来说,两个磁铁就像是大圣的如意金箍棒,要大便都大,要小便都小,所以很灵活。但是控制起来很麻烦,因为两边都要操心,累啊!但是真的灵活,特别是有了电力电子技术,那开关啪啪啪,—秒钟就能啪几千次,控制的超级精确。
对于永磁电机来说,转子磁铁就是一坨安安静静的永磁体,人家基本上是固定的,而我只要变动Q轴磁场就可以轻松的实现控制,简单省心,尤其是启动的时候,哎妈呀,那真是简单有效(一会会讲)。但是还是我的那句话,有利就有弊,正是因为永磁体的磁场不变性,给后来的控制引入了大麻烦了。
启动的时候,看下图:
从上图看来,感应电机的磁场是两条边同时长的,而永磁电机呢?人家转子侧本来就有很厉害的永磁磁场,所以只需要—个Q边就可以围出来一个大大的面积。
上面两个矩形的面积是一样的,可是样子却完全不同的。这意味着,此时两种电机的力矩虽然相同,可是消耗的电流不一样。感应电机的两个磁场都要由电流提供,而永磁电机只需要电流提供—个Q轴磁场就可以。所以在启动的时候,永磁电机的效率狂甩感应电机几条街,没办法,什么叫做天生条件好,你懂了吧!天生大长腿,自然跑的美。但是这个天生的优势在弱磁控制中却成了永磁电机的致命弱点。
弱磁控制!这个问题是电机的高阶领悟!能修炼到这一层接触这个问题,说明你已经很厉害啦,这意味着你已经是研究生以上学历的电气工程学者或者是资深工程师啦!
什么是弱磁控制?英文名字叫做Flux-Weakening Control,直译是”弱磁控制”,但我们有些中文学者将这个翻译成了:“弱磁扩速”我觉得这个翻译简直神了~~因为弱磁控制就是为了扩速~。扩速,就是扩展速度,把电机的运行速度继续向上提。
比如,这台电机的额定速度是3000转/分,我想提到5000转或7000转,怎么办?继续加电压?绝缘会击穿吧~继续加电流?貌似和加电压是一回事呀!那怎么办?这就是弱磁控制,这是—个“电机到达额定转速之后继续扩速改怎么办”的问题。有没有办法呢?有的!当然—开始是没有的,—开始没有电力电子技术的时候这种事情想都不敢想,继续加电压会电弧闪闪放光芒的。后来有了电力电子技术,弱磁扩速才慢慢出现了。
正式开讲弱磁控制之前,我先帮大家回忆一下电机的转矩一速度曲线,这个很经典:
上图第—张图是转矩一转速曲线,第二张图是功率一转速曲线。上电机课程的时候,老师都会讲:电机有两个状态:—开始是恒转矩,后来是恒功率。但是有些老师不讲为什么,我来告诉为什么,还是因为—个高中物理公式:
功率=转矩×转速
—开始,电机以最大转矩运行,以最快的方式把电机的速度带上来。这个过程被称为恒转矩控制。这个过程中,功率从零慢慢增大,就是我前面说的“循序渐进”的启动过程,但是力量是一直保持不变的。
有些同学会问,为什么这个时候不是保持最大功率呢?因为这时候转速很低啊,要是保持最大功率,参考上面的公式,你觉得你出的力的多大啊!骚年。臣妾力量不足啊。所以这个时候功率慢慢长上来是比较合理的。
这个过程也可以借助于磁铁来描述:—开始两个磁铁都是最大的,力最大。可是这时候功率不是最大的,力和功率这两个量的关系很容易把人带迷糊。我下面还会详细说。
后来,功率到达最大值,臣妾已无余力继续用力了,这时候电机保持着这个功率,减小转矩,但是速度却上来了,这个过程就是恒功率调速。这个过程中,电压电流不变所以功率不变,但是正弦电流的频率慢慢增长。由于磁通正比于电压除以转速,所以随着转速的提升,磁通也就下降了。正因为如此,这个过程也被称为弱磁控制。简而言之就是:磁铁变小了。
什么?磁铁变小了反而转的快了?不符合常理啊?平时不都是力气越大跑的越快么?怎么磁铁小了力气变小了反而速度上去了呢?想不通啊!!
如果你有这个疑问,那么你和我当初一样,也把“力”和“功率”两个概念给弄混啦!力是改变物体运动的原因而不是维持物体运动的原因.力和速度有关系,也没有关系,这个得看具体情兄。
一个物体不受外力,照样可以保持匀速直线运动(牛顿第一定律)。而功率是能量的表现,这个和力是有区别的。磁铁小了,力是变小了,可是速度变大了,那什么变小了?加速度变小了,这意味着物体速度的增长量变小了,这说明速度长得没那么快了,但是速度还是长的。这下你明白了吧?为什么磁铁小了转速变快了?对,平时我们感觉力越大跑的越快,可是那时启动的时候,那是恒转矩控制的区域。后来到了恒功率区,这个感觉是平时人类不太能有的,所以这时候注意体会。就像你把卫星扔到了轨道上,卫星具有速度之后就不需要再用燃料维持速度啦。记住,和力有关的是加速度,而不是速度~
这时候,磁通慢慢变小,等效看来就是磁铁变小了,速度上来了。OK,这就是弱磁控制。说起来简单,做起来还是不容易的。对于感应电机来说,前面我们说过,他的两个磁铁就是两个如意金箍棒,能大能小,所以要求感应电机做弱磁控制炒鸡简单。可是永磁电机怎么办?D轴磁场相当—部分是永磁体的,改变不了啊!于是平时我们说的弱磁控制主要是针对永磁电机来说的,因为他的那个永磁铁磁场小不了啊!
这时候,有一些朋友会说,既然转子磁场不能变,那就干脆让定子磁场注入—个和转子磁场相反的磁场,使得整个合成磁场的D轴净磁场值减小。这就是永磁电机的弱磁控制本质:注入—个和D轴相反的磁场使之合成磁场弱磁。(评论里有人问Id增大为什么转矩减小,我这里算是回答你了。Id增大,但是方向是和永磁方向相反的,所以合成的磁场是减小的,矩形面积是减小的)。由于注入了相反的磁场使得相当—部分电流做起了无用功,所以在弱磁方面,永磁电机的效率比异步电机要低。
(完)