中国微电机行业技术工艺发展分析Word文档下载推荐.docx
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格便宜，但性能不如日本和德国的设备。
意大利的
Axis
公司生产的直流永磁电动机生产线是世界上比较先进的、美国
Golbe
公
司也是世界知名的生产微电机专用设备厂家。
生产动平衡机比较知名的公司有德国申克公
司和日本国际计测器公司。
为提高生产效率，国外越来越多地在微电机生产中采用机器人作业。
例如，以生产机
床进给用伺服电动机和主轴电机而闻名的日本
FANUC
公司，1997
年建成一家新的伺服电机
装配厂，新厂的特点是使用了新式的机器人和直线电机，用于装配电动机。
新厂人数为
46
人，但机器人使用量达到
236
台，使伺服电动机月产量从
1.5
万台提高
5
万台。
定子绕线、
浸漆和上漆生产线使用了
50
台机器人，装配与检测生产线使用
26
台机器人，全部交流主
轴电机系列生产线使用的机器人超过
110
台，最新水平的集成装配检验生产线使用了
42
台
机器人。
它可以把从定子绕组到探测器的所有零部件都装配到伺服电动机上，并对成品检
验，生产周期缩短
30%，自动化程度达到
90%，可以生产近
2000
种不同规格的电机。
对于微电机的生产工艺及生产手段，一般认识是国外先进于国内，但也有一些国外企
业，生产设备也不一定十分先进，而国内有许多企业，由于生产量极大，从国外引进了许
多先进的生产技术和生产线及自动化设备，反而在生产手段上超过国外有些企业。
国外对于控制微电机而言，由于是小批量，多品种，且电机精度要求极高，采用人工
操作工艺的也不少。
国外一般的概念是，对于超过百万台级的产品，必须采用全自动生产
线生产，对小批量生产多采用单机自动化，而对于多品种、小批量，则采用人工联机操作。
二、测试技术现状
检验是微电机生产过程中一项最重要的步骤。
为了保证质量，国外微电机生产企业总
是要求零配件供应者对零配件做全面的检验，这样可以免去电机生产企业对零配件的评价，
省钱又省力，而反过来零配件供应企业也要求电机生产企业对其产品做出合适的评价，以
便提供最合适的产品给电机装配企业。
而最重要的是对产品的最终测试。
对此，国外微电机行业现在基本上都采用计算机控
制的自动测试系统。
最着名的生产企业有美国的
Magtrol
公司，日本管源、横河和国际计
测器公司。
公司的
HD
系列磁滞测功机从
18.N.m
到最大为
56N.m，共
18
个规格，
其中
56N.m
测功机由
个
14N.m
制动器串联而成，价格要
2～3
万美元一台。
最近
Magtrol
公司开发出最新的采用
DSP
的测功机系统，自动加载速度不到
10s，高速采样，采样过程
自动计算惯量。
因为
是高速采样，并及时进行惯性量补偿，达到电机的高精度，高速
自动测试。
在操作界面上由
DOS
界面，发展到
Windows
界面，有集中
n=f（U、T、W、M、P、
cosφ、η）的特性曲线，也有同时显示
n=f（U）、n=f（I）...n=f（η）等六个特性曲线
的
界面。
另外，国外也有全虚拟仪器的电机测试系统，设有显示仪，控制器和功率仪，用软件
代替大部分硬件，实现计算机全虚拟化测试。
现在，对于大多数产品，国外已采用
100%试验，在制造结束采用随机抽样试验已不允
许。
试验的范围也不断扩大，除了性能试验外，还要进行其他试验，如安全试验、噪音试
验、振动试验等。
因为诸如机械损伤、齿轮缺陷、轴承振动和磨损等，在电气性能试验中
不能被检测出来，但它要产生噪声。
德国申克公司研制的利用参数认定法进行电机测试的新设备。
该参数认定法的基本思
想是通过建立数学模型，仅测量近似空载下（或电机轴上一惯性飞轮）的电流和电压，从
而获得电机性能指标；
又通过磁头和试验装置联接，测量振动声，用图形识别法判断电机
噪声。
其基本原理是被测样机，包括法兰盘、电扇和齿轮，原则上由一个相应的数字模型
来描绘，模型系数直接反应了样机的物理参数，如绕线电阻和摩擦力矩，其他物理参数由
数字模型间接确定。
该装置是通过一个磁头和被测试电机联接，利用一个标准的工业用加速度传感器来测
试电机噪声。
方法是噪声数据由一个信号控制，可以用曲线表示。
试验期间，将实测曲线
与不同误差等级的标准曲线（标准曲线是噪声质量好的电机噪声曲线）相比较，得出噪声
类别，如无误差、轴承噪声、转子摩擦噪声、不平衡产生的噪声等。
该设备结构简单，可靠性高，检测时间短，是一种全新的微电机检测设备。
三、工业发达国家向国外转移微电机生产的方式
一般认为实现经济全球化有三个阶段：
第一个阶段，以产品直接出口为主要贸易手段；
第二阶段，是在目标市场投资建厂，实现本土化生产；
第三个阶段，是更广泛地利用全球
生产制造资源，实行业务外包。
这三个阶段或三种方式不一定是循环渐进的，而是由利益
所决定，也可以是同时并存的。
对于微电机生产而言，尤其是对那些量大面广、劳动密集型，而且价格低廉的产品，
国外厂家一般采取以下方式来争夺市场或争得利益：
1、产品直接出口的方式
这种方式通常受到关税、许可证以及技术壁垒的制约，同时也要求市场需求能力，价
格和产品质量等方面的优势。
这是较长一段时间工业发达国家微电机进入发展中国家的主
要方式。
对于中国而言，随着微电机产业的快速发展，引进国外先进技术和消化吸收，在
已建立了比较完善的生产技术体系的今天，这种直接出口的方式会越来越少；
但对一些工
业不发达国家和地区，仍不失为一种手段。
而对一些技术含量较高的品种，如伺服电动机
驱动控制器产品，高性能的汽车用微电机新产品，由技术先进的国家向不先进国家直接出
口微电机依然会长期存在。
2、在国外投资建厂实现产品本土化生产
这种方式的目的是绕过贸易壁垒，降低生产成本，提高产品竞争力，尤其是90
年代以
后，许多国外公司多采取这种方式，尤其是日本，在东南亚各国，这种方式很多，并取得
了很好的效果。
我国广东、福建等沿海地区，这种独资的微电机企业十分多，即为一例。
还有一种情况就是直接在国外投资建厂生产微电机零配件和材料，这种情况也会越来越多。
3、以合资合作生产的方式取得利润
这种方式前几年已经很多，并取得一定效果，今后若干年，这种方式仍会继续下去，
但估计增长速度会很慢，原因是合资双方经常会发生摩擦，所以，近年独资企业较合资企
业增加为多。
产品特点
一、控制类微电机
此类电机包括自整角机、旋转变压器、测速度发电机、感应移相器、伺服电动机等产
品，主用于军事装备和自动控制中。
这类微电机除了强调小型化、高精度、快速反应、高
可靠性及对恶劣环境适应性以外，还具有以下特点：
1、品种多，数量小。
军事装备门类多，要求各异，又不断更新换代，决定了这类电机
的这一特点。
如美国
kearfortt
公司可供国防部选用的品种规格达
5000
种以上，但年产量
仅
100
INLAND
公司工业生产直流力矩电机，产品机座最小仅
2in，最大
2m，品种
500
多种。
2、标准化、系列化水平高。
西方国家为了达到武器设备的互换性和三军使用的统一性，
长期以来在军用微电机标准化和系列化方面，不惜重金开展了多方研究工作，形成了以美
军标准为基础的统一标准。
如英国
DEF-148、法国
170-510、日本
NDS5340
等标准，均注明
与美军标准同类产品可互换。
前苏联和东欧国家则按前苏联国家标准（
TOCT）中有关军用
等级生产。
美军标准代表世界先进水平。
3、生产高度垄断，技术严格封锁。
军事装备中用的微电机大多属于精密控制电机，且
在装备中起着关键作用。
另外，要求较多的精密加工设备和检测设备，特别是现代微电机
技术集电机、微电子、精密加工和计算机技术于一身，一般企业难以承担生产和开发新品
任务。
根据统计，目前世界上生产军用微电机的厂家仅数十个，其中着名的厂家美国占
1/3
（12
个），英国有
个，法国、日本、意大利各有
个，形成高度垄断局面，并受政府的
重视和保护。
美军在
1986～1990
年间投资
10
亿美元专款，用于开发各类数字系统用微电
机及控制装置。
北约组织长期以来，将军用微电机列入贸易控制物资名单中。
以下为国外几个主要工业发达国家军用控制微电机的发展近况。
美国军用微电机制造
业具有较长的历史，其科研和产品水平处于世界领先地位。
长期以来，西方国家军事装备
和电子装置中应用的各类微电机绝大部分一直由美国几个主要公司供给。
微电机美军标准
已成为具有国际标准的地位。
英国具有较好的电机工业基础，军用微电机工业水平亦较高，
其产品除供本国军方选用外，也向北约组织国供应。
法、日、德等国的军用微电机工业起
步较晚，其产品技术水平低于美国，品种规格也少。
法国和德国均依赖本国技术特点，开
发部分新产品，形成具有特色的专门技术产品。
如法国的位置传感产品，西德的无刷电动
机和步进电机等，均达到或接近美国水平。
前苏联的微电机工业有较长的发展历史并形成
了独立的科研和生产体系，采取封闭集中式生产，由少数大型军工骨干企业承担，特别重
视产品质量和可靠性，但其产品性能水平和新品开发与美国相比有一定的差距。
这类微电机今后的技术发展应继续提高和完善传统产品的性能，开发能满足特殊要求
的新品种。
如开发粗、中、精三通道位置传感器，精度可达角秒级，分辨率超过
21bit。
开发各类直接驱动电动伺服机构用的低速交流和直流力矩电动机，多极印制绕组盘式电动
机，片状微电机，以逐步取代传统结构产品。
继续完善与微电机配套的电子元器件的功能，
开发专用微处理器芯片及集成电路，研究电机控制的新原理和新方法。
二、微型永磁直流电动机
世界上最早的电机原型就是永磁电机，只是当时永磁材料性能不良，而被电磁式电机
占了主流。
铝镍钴永磁体的问世使永磁电机开始发展，但由于其价格比较高，所以铝镍钴
永磁电动机应用面并不广。
自从廉价铁氧体的出现才使永磁电动机的应用量大幅度增加，
应用面从玩具电机、音像电机、汽车微电机到工业用的小功率驱动和伺服驱动等。
其中，
500W
以下的直流电机中永磁电动机占
92%以上，其中绝大多数是铁氧体永磁电动机。
铁氧
体使用至今，但由于其磁性较差，不适合高性能电机的需要，因而
20
世纪
60
年代出现了
稀土钐钴永磁体，其最大磁能积是铝镍钴的四倍多，是铁氧体的五倍多。
钐钴永磁体的出
现使高性能伺服电动机得到实现，
但由于钐钴永磁体价格过高，限制了其应用。
80
年代出现钕铁硼永磁材料，
除了工作温度和磁温度系数不及钐钴永磁体外，其他性能都超过了钐钴，而且钕铁硼永磁
体远比钐钴价格低得多。
高性能永磁体的出现和性能不断提高，将会引起电机行业的巨大
改变。
预计各种伺服电动机，不论是直流和交流，还是步进电机最终都将过渡到永磁电机，
甚至于应用领域很广的交流异步电机也最终要被各类型的永磁电机所代替。
1、经济型永磁直流电动机
微型永磁直流电动机向经济型和高性能型两个方向发展。
所谓经济型，主要是指音响
声像设备中使用的微型直流电动机，如各种录音机，录像机、组合音响、电唱机、随身听、
收音机、激光唱机、数字激光视盘机及汽车音响等。
其特点是数量极大，价格低廉，一般
每只几元。
日本万宝至公司是世界生产经济永磁直流电动机最多的企业，每年产量数十亿
台。
但由于日元升值，日本本土现在基本不生产这种电动机，大部分转移中国大陆和东南
亚各国。
如万宝至马达公司在大连设立的万宝至马达大连有限公司和万宝至马达瓦房店有
限公司以及万宝至香港公司在东莞设立的来料加工工场，其产量已占总公司的绝大部分。
日本三洋电机株式会社在蛇口设立的公司，投资
1
亿港元，其中微型直流电动机年产量
6000
日本三协精机公司在厦门和广东设立的独资企业，年产各种微型直流电动机达到
2
亿台。
香港德昌电机有限公司年产各种微电机
亿台以上，其中大部分是用于汽车电器中
的微型直流电机。
该公司还正在筹建年产量达
亿台的音响设备用小电机生产加工基地。
日本美之美电机有限公司在珠海设立的珠海三美电机有限公司，年产微型直流电动机
亿
台左右。
这些电机基本上都是廉价的电机。
我国大陆先后从日本引进了
9
条音响声像电机
生产线，不仅抵御了进口电机的冲击，而且成为此类电机生产大国。
如阜阳市青峰机械厂，
先后从日本三协公司和万宝至公司引进电子稳速永磁直流电动机生产线及生产技术，又在
深圳合资创办了深圳发发微电机公司，在合肥创办了三维电子有限公司，加上本厂一起月
产量达
300
万台，另外浙江海山集团公司，常州微特电机总厂等厂家也先后从国外引进生
产线。
目前国内企业经济型微型直流电动机产量在
亿台，而独资企业产量估计在
亿台
左右，所以在中国大陆生产的经济型微型直流电动机占了全世界总量的绝大部分。
这种经
济型电机在技术上难度不大，但是生产必须有规模，年产百万台级别是不行的，必须达到
千万台产量的数量级，所以设备投资巨大。
经济型直流电动机的发展趋势是随着其使用的要求而发展的，比如对于音响电机，是
随着整机对电动机追求更加小型、超薄、高速、高精度和低噪声而不断满足其需要。
因此
这类电机的发展趋势是：
（1）扁平轻小化。
如录音机、电唱机、随身听、录音机等设备、片状电机受到青睐。
（2）无刷化。
如录像机，对磁鼓和主轴电机提出较高要求，而它是确保质量的关键元
件，所以现在大多采用无刷直流电机，以提高工作可靠性、高效率和降低低噪声。
（3）高转速化。
三协、佳能、松下等公司的
DVD
主轴电机，CD-ROM
电机，转速都在
2000r/min
以上，为了克服高速状态下的轴承和噪声问题，采用了动压轴承结构。
利用空
气和油的动压轴承与滚珠轴承相比，在体积、速度、噪声和清洁度方面均有改进，且生产
成本低，其应用领域在逐步扩大。
（4）高精度化。
如录音机电机的稳速误差要求不大于
0.755，噪声不大于
32dB，抖晃
率不大于
0.03%。
又如鼓电机是录像机磁鼓伺服系统的主要部件，要求鼓电机的力矩波动
小，噪声低，机械安装精度高，动态特性好。
对
主轴电机要求与盘片配合的电机端面
转盘加工精度和配装精度很高，转盘端面跳动不大于
20μm。
要求微型永磁电动机高精度
化是今后必然趋势。
2、高性能稀土永磁直流电机
稀土永磁材料的研制开发对微电机的发展起了极大的推动作用。
在美国、日本和西欧
等发达国家，稀土永磁材料在电机中的应用已占稀土永磁总销售额
60%以上。
稀土永磁材
料具有高的剩磁和矫顽力及磁能积，且具有良好的动态回复特性，尤其适合于高性能的微
电机。
各向同性
NdFeB
粘结永磁体具有一些深受生产者和用户喜爱的优点，例如从电机生产
者的角度看，这种粘结永磁体的优点是：
（1）尺寸、重量、性能上比粘结铁氧体好几倍；
（2）制作过程中工件不磁化，在计算机外围设备应用中有较少的污染；
（3）各向同性磁化可去掉转子铁心，降低转子的转动惯量和制作成本；
（4）在多极电机设计中的高抗退磁能力；
（5）在动态负载下稳定的电机性能；
（6）在
Hcj
的温度系数比各向异性
粘结永磁体低。
在国外，钕铁硼电机的应用越来越多。
德国西门子公司年产数控机床，工业机器人用
永磁电动机
万台以上。
美国通用汽车公司对汽车用稀土永磁电机的发展极为乐观，该公
司年需钕铁硼电机达
亿台之多。
欧共体决定拨专款委托美国菲尔德大学专题研制钕铁硼
日本是生产钕铁硼永磁体的大国，一直垄断永磁电动机市场。
近年国外开发了一种可实现小型低速、大转矩化的电动机，即便
电机（High
Density
Motor），它采用高性能稀土永磁材料和特殊磁回路的
DD
电动机（Direct
Drive
Motor）与
小型高性能伺服驱动器组合而成。
电机为外转子结构，由电动机部分、轴承、转子位置输
出部分构成，直接和转子连接。
在HD
电机的磁回路中，外转子铁心槽中嵌有片状的高性能
稀土永磁，在电机内藏有电磁减速齿轮，达到低速大转矩的目的。
与传统的直接驱动电机
比较，其铁心利用率提高了
倍多，输出转矩高
倍。
这种电机在立式磨床的主轴驱动、
工业机器人等领域有广泛应用。
稀土永磁电机的发展方向是微型化和超薄型化。
由于钕铁
硼的最大磁能积高，特别是能制成超薄型，从而使过去难以做到的超微薄型结构电机得以
实现。
如国外用在小型立体声单放机，薄型录像机中的片状无刷直流电机，整个电机外型
厚度仅
4.3mm，转子采用钕铁硼，磁场方向为轴向，控制部分印制在一块板上，实现了高
度集成化模块，大大提高了电机可靠性。
在高温、高真空等特殊环境下，钐钴永磁电机的应用仍占主导地位。
钐钴永磁体由于
具有工作温度高，温度系数小以及耐腐蚀性强的特点，因而在宇航设备、原子能设备、水
下机器人、NC
机床等特殊环境下应用广泛。
英国
MuiheadVaetric
公司开发的潜水艇雷达
无线驱动用永磁电机，其绝缘等级为
H
级（180℃），电机由带有霍尔传感器的无刷直流电
机，编码器和温度传感器三部分组成，功率达
800W，在转速
80r/min
的情况下，峰值力矩
达
40N.m。
美国西蒙兹精密产品公司用小型钐钴永磁发电机作为航空点火系统及发动机控
制系统的电源，以满足航空发动机严格的振动及高温环境要求，在
F-15
战斗机和
F-100
喷
气发动机上均有应用。
德国西门子公司研制开发的用于数控机床进给系统的驱动电机就是
钐钴永磁电机。
瑞士
Interelectric
公司研制的高性能空心杯转子永磁直流电动机有
S、A、
RE、F
四大系列，功率从
2.5W
至
250W，直径从
10～75mm，品种达数千种，并配有精密齿
轮和编码器、测速机等各类组合电机。
三、无刷直流电动机
无刷直流电动机是电动机技术和电子技术结合的机电一体化新型微电机。
它是一种最
有前途的电动机。
无刷直流电动机的主要特征是具有与普通有刷直流电流电动机相似的机
械特性以及必须有电子换向电路。
由于无刷直流电动机彻底取消了机械换向器和电刷，而
又具备传统直流电动机相同的线性机械特性，调速范围宽，起动力矩大，效率高等优点，
又具有如下特点：
（1）高可靠性、长寿命，工作时限主要决定于轴承及润滑，高性能电动机的使用寿命
可达数万小时；
（2）不必经常维护；
（3）无电气接触火花，安全、防爆性好，无线电干扰小；
（4）机械噪声低；
（5）可工作于高真空，有腐蚀性气体介质和液体介质环境中，例如宇航设备；
（6）可工作于高速或超高速。
已有
100000r/min
产品；
（7）采用摾锓铍（inside-out）结构，绕组在定子上，易于散热，转子采用永磁体
励磁，无通电绕组，几乎无损耗和发热；
（8）与电子电路结合，有更大的使用灵活性。
例如：
利用小功率逻辑控制信号可控制
电动机的起停，正反转或调节转速，适于数字控制，易于与微机接口。
正由于此，无刷直
流电动机在工业和家用及国防等领域获得了广泛的应用。
在航空航天领域，由于高真空，无刷直流电动机的优势是最明显的。
如宇宙飞船中用
的各种泵，使用了许多无刷电动机。
四、永磁交流伺服电动机
年代以来，随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展，
永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展，各国着名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动
机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新。
交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的
主要发展方向，使原来的直流伺服面临被淘汰的危机。
90
年代以后，世界各国已经商品化
了的交流伺服系统是采用全数字控制的正弦波电动机伺服驱动。
交流伺服驱动装置在传动
领域的发展日新月异。
永磁
升级会员 