我國微特電機產業現狀和發展探討

在世紀之交的重要時期，我國微特電機行業如何抓住機遇，跟隨世界微特電機產品發展趨勢，加速我們自己的微特電機產業發展，使我國成為微特電機生產和技術的大國強國，不僅滿足國內市場需求，而且成為出口繼續高速增長的行業，這是我國微特電機行業的重要任務。
　　1我國微特電機產業的現狀
　　1.1多種經濟成份并存，獨資企業發展最快
　　微特電機產業是基礎行業，除軍用微特電機之外，是對外完全開放和實行較充分的市場經濟的行業。 目前，我國微特電機制造生產廠商可分成三大塊，一是外國獨資企業(幾乎沒有合資企業)，隨著微特電機生產銷售全球化進度加快，競爭激烈，外國微電機廠商，尤其是日本的微電機大公司都在我國大陸投資建廠，實現規?；笊a，在我國微特電機產業中發展最快，但研究開發仍然在日本國內。二是不少國有微電機廠，改革開放后，由于體制和機制不適應市場經濟，缺乏市場經濟的競爭能力，破產兼并，經營狀況困難處于萎縮狀態。三是民營企業，由于體制精簡和機制靈活，生產效率較高，成本較低，產品有競爭力，但規模不大。L 2我國是微特電機生產大國，但不是強國。
　　 在我國大陸的獨資微特電機廠，1999年的產量約12億臺，主要集中在日本的萬寶至有限公司的六個工廠，電產有限公司的電產大連有限公司，三協精機制作所的三個工廠等。中國香港微電機制造企業1999年產量約14億臺，主要集中在德昌有限公司、新生電機科技集團等，絕大部分在廣東地區組織生產。中國臺灣地區有小電機制造廠約50家，1999年產量約1.8億臺。大陸國企和民企微電機制造廠1999年產量約2.5億臺。我國(包括香港；臺灣地區)1999年微電機總生產量約30億臺，占世界總產量約60％左右。但我國不是生產和技術強國，國企和民企生產的產品檔次不高，屬中、低檔產品。獨資企業的產品屬中檔產品，真正技術含量較高的產品，如光盤驅動器用的精密無刷主軸電動機、高精度步進電機、片狀電機、高精密高性能伺服電機以及新結構、新原理電機等都沒有轉移到我國大陸內的獨資企業生產。
　　1.3微特電機出口快速增長，以獨資企業為主導
　　據我國海關統計，微特電機出口額1996年為7．5億美元，1997年為9．8億美元，1998年為11．6億美元，1999年近13億美元，每年以兩位數快速增長，其出口額1998年是我國整個電子元件行業第一位，1999年占第二位。因此微特電機已是電子元件行業出口的主要行業，預計今后隨著我國加入WTO后也將繼續快速增長。
　　 另一方面，我國微特電機的進口也在快速增長，1995年進口額為2．46億美元，1 998年為7．28億美元，每年遞增43．4％，這說明我國微特電機產品結構不合理，高檔精密微電機依賴于進口。
　　1.4制造生產體系水平較低
　　我國微特電機產品已形成較完善的制造生產體系，從原材料到制成品的生產都具備了一定的生產能力，例如國家已將發展永磁材料列為國家高新技術，我國永磁材料必將會高速發展，磁性材料、絕緣材料也都基本滿足使用要求；微特電機零部件制造廠商引進了不少先進的微電機生產的前道沖制設備；微特電機通用加工設備、專用設備和測試設備的開發和生產立足于國內生產；模具制造和水平對微特電機制造和產品質量起著重要的作用，模具設計和制造已有專業化單位；微特電機成品制造和組裝已具備組織規?；a的管理能力；從原材料、零部件到微特電機整機廠都在加強管理，有的已通過了IS09000質量保證體系的認證。但是，與國標先進制造水平相比差距較大。微特電機產品檔次和質量有待提高，須結合我國特點提高生產自動化程度；零部件品質和規?；a要上一個新的臺階；原材料性能要進一步提高；模具設計和制造與國外差距較大，精密普通加工設備、先進專用設備和測試設備目前有的還需從國外進口。
　　1.5研究開發力量較強，但產學研結合不夠
　　電機專業是一個老專業，從事微特電機的研究、開發、試制、檢測的高等院校和部屬地方電機研究所，力量較強，國內外都有一定的知名度。但是，產學研的結合總體而言不夠，沒有發揮大學、研究所和企業的特點和優勢，大學和研究所沒有很好以市場需求定準自己的研究開發項目，缺乏市場經濟觀念和機制，開發進展慢，成果商品化率低。臺灣地區發展微電機的組織模式可以借鑒，當消費電子產品用直流有刷電機絕大部分轉移到大陸生產后，臺灣地區生產量直線下降，因此轉向生產CD-ROM和DVD等產品用的高檔無刷直流電機，這些電機的開發和生產是臺灣工業研究院與有關制造廠聯合進行，工業研究院以開發為主，生產轉到工廠，研究結合較好，目前已有自主產權的CD-ROM和DVD主軸永磁無刷電機進入批量生產，提升了臺灣地區的微電機產品檔次。我國民營企業，開發能力不強，成果較少，產品更新換代慢。若我們能實現產學研緊密結合，大學以理論和新技術研究為主，研究所以應用研究為主，并與企業有機地緊密結合，將自主產權產品實現批量生產，必將促進我國自主產權的微特電機產品的開發和生產，促進新產品不斷形成，有力地推進微特電機產業整體水平的提高，加速我國建成微特電機生產和技術強國。
　　2我國微特電機產業發展探討
　　2．1民營企業能力提升、國企重組、組建大集團公司，提高我國微特電機產業的競爭能力。
　　我國民營微特電機生產企業普遍規模較小，加入WTO后，激烈的市場經濟對企業提出了更高要求，民營微特電機生產企業急需通過技術改造和加強管理進行二次創業。通過技術改造擴大生產規模，實行規?；a，進一步降低成本，提高產品質量。國有全資微特電機廠要加快改革和調整的步伐，通過改制和重組，實行資源優化配置，充分利用設備，尤其是引進設備，內部深化改革，重振旗鼓。在全球兼并浪潮一個接一個的情況下，我國微特電機生產廠商，能否探討組建大集團公司，甚至可以利用二岸三地優勢，實行強強聯合和合資，建立大集團公司，多渠道籌集資金。一方面加強研究開發力量，瞄準潛在市場，開發高新產品；另一方面加大技術改造的力度，實施現有產品的規?；a，不斷提高產品質量，提高生產效率，以優質低價創立自己的名牌產品，并加強營銷，開拓國內外市場。
　　2．2緊跟支柱和高新產業的發展需求，調整產品結構，提高產品檔次和質量，實現產業升級
　　 微特電機是服務于各行業產業的配套產品，因此要根據支柱和高新產業的發展需求，調整產品結構，提高產品檔次和質量，實現產業升級。
　　(1)家電配套電機；我國是家電生產大國，空調機、冰箱、微波爐、電風扇、排煙機的生產量已是世界第一，家電用電機市場很大。經過引進、消化、吸收和創新，我國家電技術水平和產品質量與國際水平相當，為了不斷滿足用戶要求和適應信息時代的需求，實現節能化、舒適化、網絡化、智能化，甚至提出網絡家電(或叫信息家電)，家電的更新換代周期很快，對為其配套的電機提出了高效率、低噪聲、低振動、低價格，可調速和智能化的要求。因此，家電電機制造廠要高度重視家電的發展信息和趨勢，了解國內獨資企業生產家電電機的性能和水平，在生產現有產品的同時，緊跟家電發展對電機提出的新要求，開發新產品，提升產品檔次和質量。家電電機的發展趨勢。
　?、儆来艧o刷電動機將逐步替代單相異步電動機。永磁無刷電動機集有刷直流電機和交流異步電動機的優點于一體，效率高，調速方便，有利于實現家電智能化和網絡化。隨著電力電子技術高速發展和磁性材料性能不斷提高，價格不斷降低，替代步伐會加快。日本在五年前已開發家電用的永磁無刷電機，現不少公司已批量生產。我國近一、兩年才開發，有的雖已批量生產，但品種規格少，產品絕大部分是仿制型。我們應加強開發，增加品種，并擴展到家用風扇、排煙機、吸塵器、健身器等小家電領域。
　　②進行優化設計，提高產品固有質量和效率。為了提高產品競爭能力，適應產品壽命周期越來越短，國外大公司都采用CAD優化設計，縮短開發時間，實現樣機一次成功，以不斷滿足家電發展的要求。我國微特電機行業要提高和深化水平，不僅解決制圖，而且要實現電磁、結構、冷卻的優化設計，甚至達到仿真，提高產品的固有質量和效率。
　　⑧采用新結構、新工藝，提高電機效率和生產效率。例如：采用外轉子結構，便于與家電結構上的配套。鐵心沖片采用帶料沖制或拼塊結構，繞組采用集中繞組，自動制作，可提高導線的槽滿率，達到提高生產效率和產品效率的目的。同時這種結構節省磁性材料，降低成本?！?
　　(2)信息產業配套電機：信息產業和信息技術是以微電子技術為核心，通信與網絡為先鋒，計算機及軟件為基礎。信息產業在國內外都得到高度重視和獲得高速發展，微型計算機(PC機)年產量2000年約1億臺，2005年預計2億臺。與其配套的外部設備也隨之高速發展，軟盤驅動器、硬盤驅動器、光盤驅動器2000年預計分別為1．2億臺、3億臺、1．8億臺。打印機、傳真機、復印機也以兩位數增長。為其配套的關鍵部件微電機需求量大，要求越來越高，這類電機絕大部份是精密永磁無刷電動機、精密步進電機，它的特點和發展方向：
　?、俑咄顿Y類產品 這類電機使用要求很高，如硬盤驅動器用的主軸永磁無刷電動機以高速帶動磁頭盤片旋轉，對盤片上的數據執行讀寫功能的磁頭離盤片表面只有o．1-0．3Pm處作懸浮運動，對驅動盤片高速旋轉的主軸永磁無刷電動機的要求高，尤其直接安裝盤片的電動機端面轉盤跳動度要求很嚴，轉速也要穩定，否則無法工作，因此對零部件的加工精度、精潔度、組裝場地以及控制驅動線路、電力電子元器件有很高要求，保證電機達到
我國微特電機產業現狀和發展探討高速、穩速、可靠運轉。所以這類電機是先進制造技術和新興電力電子技術結合的高技術、高投資類產品，國際上也集中在大公司開發和生產?！　?
　?、谛⌒突?、片狀化。 為了滿足信息產品小型化和隨身攜帶的需求，對其配套電機提出了小型化和片狀化的要求，如手機、BP機用的振動電機，圓柱形電機的外形尺寸為①4×lOmm，并在研制①3mm的振動電機，片狀振動電機外形尺寸為①12×3mm，更小型的片狀振動電機也在研制。小型存儲驅動器用的主軸無刷電動機外形尺寸為①16×L 37mm。因此信息產業用的電機小型化、片狀化是發展趨勢?！　?
　?、鄹咚倩?隨著計算機外設存儲密度的不斷提高，要求為其配套的主軸無刷電動機在8000r／min以上高速運轉，國外已在開發和生產動壓軸承電機，以保證電動機在高速運轉下仍然能運轉平穩、抖晃小、噪聲小、壽命長。日本大的微電機廠商十分重視動壓軸承電機的開發和生產。
　　(3)電動車配套電機：2000年世界汽車產量約5400萬輛，其平均每輛用15臺電機，則全球需要8．1億臺，我國2000年汽車產量將達到300萬輛，其中轎車150萬輛。我國是摩托車、自行車生產大國，汽車、摩托車、機動車的排氣污染是全球環保需解決的重要問題，因此，各國都在研究、開發電動汽車(EV)和混合型汽車(HEV)，電動摩托車和踏板車，電動自行車。這類電機技術發展重點： 　　
　　①高效率、高出力、節能型。 通過高速化、高性能磁性材料選用，高效率冷卻手段和提高控制器驅動器效率等措施，目前電動汽車用的驅動電機的出力已超過lkW／kg，不遠的將來可超過燃油機的出力。25kW到30kW的驅動電機效率可達到90％一95％。汽車用的其它電機，原先采用鐵氧體逐步向釹鐵硼永磁材料過渡。電動自行車和電動摩托車的驅動電動機也要求高出力和高效率，以減輕整車重量和提高一次充電后行駛距離?！　?
　?、谥悄芑?對電動車用的驅動電動機和控制器要實現智能化，使電動汽車和混合型汽車運行在最佳狀態，達到能耗最少。智能型電動自行車驅動電動機和控制器，可實現人力和電力(蓄電池)的合理使用，以滿足上坡行駛和增大行駛距離的要求。
　　2．3跟蹤微特電機產品的發展趨勢，開發和生產高新產品，擠身于國際水平
　　2．3．1重視永磁無刷電機的開發和生產
　　無刷電動機是微特電機的發展方向，已使用于各個領域，如前所述用于信息、家電、音視、交通工具等產業。隨著永磁材料和電力電子技術的快速發展，性能不斷提高，價格不斷降低，無刷電動機必將得到進一步的發展，需求量將越來越大。我們應根據不同產業對電機提出的不同使用需求，開發不同用途的無刷電機。如工業用的一般無刷電動機是以提高效率為重點，在各國電力總消耗中的50％一60％是電機耗電，現在一般工業用的電機大量使用的還是異步電動機，為了節能，一方面在不斷提高異步電動機的效率，如日本三菱電機株式會社生產的SF-HR型和SF-HRCA型封閉異步電動機，效率和噪聲性能均有較大提高。另一方面，日本開發了一般工業用永磁無刷電機MINAS--HY-PER系列，功率從0．2-3．7kW，為了實現高效、節能，采用"MINAS分割鐵芯加工法"提高繞組的槽滿率；實現最佳的磁場設計；開發專用換流器等措施，該無刷電機同一般異步電動機相比較，耗電下降了30％一35％，達到了高效、節能、小型、輕量。無刷電機雖然成本價格高于異步電動機，但由于耗電下降，運行成本降低，從節省能源的觀點來看，普及無刷電機肯定是方向。世界各大公司在無刷電機領域展開了激烈的競爭，因此隨著元器件、材料性能的提高，無刷電機的性能也會大幅度提高，技術開發的速度競爭將更突出。
　　無刷電機控制器和驅動器中最重要的、且價格貴的是集成電路，現我們較多選用國外公司生產的集成電路，我國微電子工業與國外的差距很大，微特電機行業要在開發無刷電機的同時，與微電子行業一起開發自主產權的專用集成電路，改變全部依賴于國外的現狀。
　　2．3．2小型化、片狀化微型電機的開發和生產
　　隨著信息產品和消費類電子產品向微輕薄方向的發展，對其配套的電機提出了小型化、片狀化的要求。日本早在70年代就進行研究、開發，80年代進入生產。日本的松下電器株式會社、東芝公司、佳能精機株式會社、勤業機器公司等都生產小型化、片狀化微型電機。這類微型電機廣泛用于小型扁平存儲驅動器、微型攝象機、數碼相機、微型立體聲耳機、微型收錄機、移動通訊手機、BP機等，市場前景很大。小型化、片狀化電機都是永磁直流電機，幾乎都是無刷電機，其原理與傳統電動機一樣，而其結構和制造工藝有特殊性，定子為扁平扇形繞組，采用精密光刻或切片技術制作，也有用導線繞制的。轉于是旋轉磁極結構，大多選用高磁性能的
釹鐵硼永磁材料。片狀電機我國曾立項開發，但水平低，未形成生產，我國有自主開發和生產手機、BP機用的微型振動電機，現能生產直徑4mm的振動電機。微特電機行業首先對有市場的手機、BP機振動電機小型化要進一步加強研究開發，攻制造關鍵技術，實現高合格率和高品質的批量生產。同時，根據市場需求，爭取與整機用戶合作，積極開發其他用途的小型化、片狀化微型電機。
　　2．3．3超聲波電動機
　　超聲波電動機是利用壓電陶瓷的逆壓電效應而獲得機械力的新原理組件，不同于利用電磁原理而獲得機械力的傳統電動機。與傳統電動機比較，它有一系列的優點：結構簡單，它的基本構成是振動部件和運動部件；單位體積轉矩大，是相同體積的傳統電動機的10倍；低速性能好，可以將轉速調節到零，能在低速直接輸出大轉矩，制動轉矩大，不需要附加制動器；機械時間常數小，快速反應性能好；沒有磁場和電場，無電磁干擾和電磁噪聲等。不少國家，尤其是日本很多公司已取得商業實用化。佳能、松下、日立等多家公司的超聲波電動機新產品已用于高級照相機、攝象機、光學儀器。目前超聲波電動機技術的主攻方向是提高效率。
　　我國有多家大學和研究所開展超聲波電動機技術的研究、開發，并已多家試制了樣機，但沒有達到實用化。當前的主要任務是繼續攻克設計技術、制造技術、調頻控制技術和提高效率，進人生產階段。同時，加強與國外的技術交流和技術座談，了解國外情況，獲得有用信息。
　　2．3．4高速動壓軸承電動機
　　隨著信息產品向高效高密度和微輕薄方向發展，為其配套的精密永磁無刷電動機轉速高達8000-50000r／min。為了解決高速引起的諸多技術問題，日本不少公司在前幾年就從事動壓軸承電動機的研究、開發和生產，美國Seagate公司于1997年10月與日本三協精機制作所、精工工具共同開發、批量生產動壓軸承的HDD用主軸電機，1998年開始批量生產，用于臺式計算機用的3．5英寸HDD上。日立制作所和松下電器株式會社開發DVD裝置上用的動壓軸承電機，1998年已開始批量生產。動壓軸承與滾珠、滑動軸承相比較，有以下
　　 ④軸承發出的噪聲減小
　　動壓軸承電動機有流體和空氣兩種型式，一般轉速較低用流體動壓軸承，高速用空氣動壓軸承。但存在進一步解決的技術問題，如軸和軸承上形成許多均一的細槽技術，流體動壓軸承防油飛濺而造成污染，但是，高速動壓軸承電動機是發展方向已是被制造廠和用戶確認。
　　我國在陀螺電機中研究和開發了空氣動壓軸承，但在一般電機中未開展這方面的工作。我們應加強與國外的交流，了解發展動態，探索與國外合作的可能性，采取引進和自主創新相結合或者實現產學研相結合自主開發動壓軸承電動機，填補國內在該領域上的空白。
　2．3．5直線電機
　　隨著自動控制技術的高速發展，對各類自動控制系統的定位精度要求越來越高，傳統的旋轉電機再加上一套變換機構組成直線運動裝置已遠不能滿足精度要求，直接直線驅動是現代伺服驅動技術研究的內容之一，其中直線電機是關鍵技術之一，直線電機應用領域也是廣泛的，在需要直線運動的裝置上，采用直接驅動的直線電機將優于旋轉電機，可省去變換機構。2．3．6超微電動機
　　超微電動機是利用70年代末至80代初發展起來的微電子機械系統技術(MEMS)，是一種新型高技術領域，其特點是基于半導體材料硅的微加工技術，用來制造尺寸從毫米到微米范圍內的具有能量轉換及傳輸功能的器件。MEMS技術的出現，使傳統的機械制造技術產生一次革命性的飛躍。美國、日本、俄羅斯、德國等投入大量的人力、物力、財力開展這項新技術的研究和應用，并取得了很大進展，有的達到實用。美國在1988年用靜電原理工作研制的超微電動機成功，轉子外徑100／zm，厚度2pm，但是驅動力矩小、驅動電壓高(100V)，限制了它的應用范圍。
　　1990年以后，致力于電磁型超微電動機的研究、開發，由于電磁結構的體積較大，不能做到與靜電原理一樣小。德國于1996年推出直徑為2mm，高4mm的超微電動機，日本東芝公司研制出電機重量為40mg，轉速60一1000r／min，電壓1．7V，直徑為0．8mm世界上最小的電磁超微電動機，美國也研制了直徑為1-2mm的超微電動機。由于電磁型超微電動機比靜電原理超微電動機力矩大、轉換效率高、壽命長，它已在許多領域如內窺鏡、微機器人等中得到應用，美國用巨資推廣應
　　我國微特電機產業現狀和發展探討用于軍事領域。
　　我國的大學和研究所開展了該電機技術研究和產品開發，上海交大1995年成功研制出直徑為2mm，高0．7mm的較高轉換效率的電磁型超微電動機，現正在研制直徑為lmm的超微電動機。由于超微電動機的制造不同于一般電機，是屬先進的納米制造技術，投資強度極大，在研究開發階段必須有國家支持。2．4促進零部件和原材料專業化、規?；a是提高微特電機產品質量、降低成本和實現規?；a的有效途徑
　?、賹I化、規?；何覈F有的微特電機零部件和材料生產廠商，規?；a不夠，尚未形成某個零部件專業化、規模化主導生產廠。在"十?quot;期間要使重要零部件和關鍵材料能形成骨干主導廠。
　　②高品質：微特電機的制造質量，很大程度上決定于零部件質量和原材料性能，因此在實行專業化、規?；a的同時，要把提高質量和一致性放在首位，建立有效的持續的質量保證體系。
　?、圩C遇：國外零部件和原材料制造廠為降低生產成本，搶占國內市場，正在實現零部件和原材料就地化工作。為此，我國零部件和原材料生產廠家要抓住機遇，爭取成為外國公司的外協件定點生產廠，既達到上量又促進質量提升。
　　④重優化：零部件和關鍵材料專業《L規?；?、高品質生產，必須要有加工和測試設備給予保證。根據我國微特電機行業的現狀要優化資源配置，減少投資，提高效益。2．5加強國際交流和合作，引進和創新相結合，促進我國微特電機產業發展。