大力开发节能环保产品 车用微特电机市场前景乐观
2019-12-12 来源：-- 作者：肖军
由于日益严峻的能源危机和环境污染问题,汽车向着低油耗、低排放的方向发展,作为理想零排放或低排放的新能源汽车已引起全世界的高度关注。汽车在如今人们的生活中所扮演的角色越来越重要，其重要组成部分——微特电机也在飞速发展，种类增多，需求量急剧增大。现代汽车的微特电机使用范围越来越大，在一些轿车ABS系统、电控悬挂系统、电控助力方向机和电子油门都要使用到微特电机。随着汽车电子化发展，微特电机也愈加重要。微特电机在汽车上的应用十分广泛。在汽车上除了启动发动机的起动机外，其余分布在车上各个地方的电动机都是微特电动机。以前汽车微电机仅作为雨刮器、档风玻璃洗涤器、电动油泵、自动天线等部件总成的动力源，数量比较少。而现在的轿车着力追求乘用舒适性和自动操纵性，微特电机已成为现代轿车不可缺少的部件。汽车微特电机前景十分广阔。作为世界第一汽车制造和消费大国，我国汽车业未来5～10年将保持10～15％的复合增长率,而随着汽车电子化程度进一步加大,汽车微特电机市场容量增速可长期维持在15％以上。因此近年来,资本对汽车微特电机市场也十分的青睐。
1.汽车微特电机的市场空间和发展前景
微特电机,全称微型特种电机,简称微电机,是指直径小于160mm或额定功率小于750W或具有特殊性能、特殊用途的微特电机微特电机常用于控制系统中，实现机电信号或能量的检测、解算、放大、执行或转换等功能，或用于传动机械负载，也可作为设备的交、直流电源。
微特电机是微型电机和特殊电机的统称，电机的纵向尺寸从几毫米到1米以上，功率从几瓦到几千瓦，转速从几小时1转到每分钟30万转以上。按供电方式，可分为交流微特电机和直流微特电机；按功能，可分为伺服驱动电机和信号电机。日前，世界著名的美国汽车行业杂志Wardsauto公布，目前，世界汽车保有量已突破十五亿。美国是目前最大的汽车拥有国，中国次之。目前，全球汽车平均拥有量为1：6.75，中国也已达到1：17.2。我国汽车产销总量达到世界第一，我国汽车市场呈现平稳增长态势，全年汽车销售超过3000 万辆，刷新全球历史纪录。世界汽车产量及保有量也在不断升高，而随着汽车技术的发展，车用微特电机技术也将提升，其需求量也将大量增加。汽车越高级，则其微特电机数量种类越多，因此对微特电机的需求大量增加，快速膨胀。由此可见，汽车工业已成为国民经济的支柱产业。
汽车微特电机具有能积小、重量轻、效率高、特性好等优点。由于采用永磁磁场,使微型电机摆脱一般直流电机的传统设计和结构，满足各种应用市场的要求,并向着省铜节材、制造简便的方向发展。永磁磁场的发展与永磁材料的应用密切相关，第三代永磁材料的应用，促使微型电机向高效率、小型化、节能方向迈进。随着汽车技术的不断发展,汽车对微特电机的需求量不断增长。现在汽车大量的采用新机械新设备,很大地促进了汽车中微特电机的应用。
为了提高汽车使用的舒适度,拓展汽车增值空间,过去利用手动控制的机械装置,例如汽车门锁、车窗、座椅转向、后视镜等系统,都可以改为电机驱动,逐步实现汽车控制装置的机电一体化。将微特电机应用在转向系统中，电动助力转向系统可替代传统的液压助力转向系统，让行车省力又安全，并节省能源。此外，电动汽车的开发为微特电机提供了新的应用领域。随着电子技术广泛应用于汽车，微特电机在汽车上的应用会更加宽广，如信息系统、导航系统、汽车音响、电视娱乐系统、车载通信系统、上网系统等，其应用数量也将随之增加。从某种程度上讲，微特电机帮助汽车不断实现升级换代。随着科学技术的发展和网络时代的来临,给微特电机带来了巨大的商机。伴随着汽车领域中微特电机的应用加大,其市场潜力巨大。
众所周知，电动车的电机最早就是内置电机的天下，后来随着轮毂电机的出现，由于省掉了机械传动部分，就杜绝了机械传动噪音，内置电机逐渐被占掉了大部分市场，因此，轮毂电机自然成了业内老大。但是，事情的发展往往是令人难以预料的。金属材料价格飞涨，包括铜材在内的金属价格飞涨最终会影响到电动车电机的发展方向。轮毂电机固然有静音的优势，但是，材料消耗多却是它的劣势，从电机的设计、加工工艺来看，相同输出功率的轮毂电机中置电机电机相比较，中置电机消耗的铜材只有轮毂电机的30％，其它的材料诸如：永磁材料、铝合金、铁等都有较大的节省。因此，大力发展中置电机型电动车是企业应对材料飞涨和价格战的一个发展方向。采用中置电机的电动车确实存在着传动噪音等缺点，而且“中置”这个词的由来就是因为电机放在中间的原因。将中置电机后移到后轮的轮毂外缘，仿造助力摩托车的方式，让电机经过减速后直接带动后轮转动，这样就既减少了传动部分的机械噪音，又可以降低整车成本。采用的电机可以是普通的有刷电机，也可以采用新型的无刷电机，但是，从节省材料、降低成本来考虑，都是切实可行的方案。
2.汽车微特电机的类型和结构特点
微特电机门类繁多，大体可分为直流电动机、交流电动机、自态角电机、步进电动机、旋转变压器、轴角编码器、交直流两用电动机、测速发电机、感应同步器、直线电机、压电电动机、电机机组、其他特种电机等13大类。微特电机的结构一般可以分为：
电磁式大体可分为3 种基本组成与普通电机相似，包括定子、转子、电枢绕组、电刷等部件，但结构格外紧凑。组合式常见的有两种：上述各种微电机的组合；微电机与电子线路的组合。例如直流电动机与传感器的组合，X 方向与 Y 方向直线电动机的组合等。非电磁式外形结构与电磁式一样，如旋转类产品作成圆柱形，直线类产品作成方形，但内部结构因其工作原理不同而差别很大。
车用直流电动机。汽车中的微特电机80%属于永磁直流电动机，如暖风、雨刮、电动摇扇、门锁、电动座椅、电动天线。空调散热和液压动力装置等。直流电动机结构很复杂，可以分为定子和转子两大部件。其中定子由主磁极、机座、换向器、端盖和电刷装置组成。而转子是机械能和电能转化装置，主要包括了电枢铁芯、点数绕组、换向器等。有刷直流电动机采用的是机械换向，因此控制器相对较简单。提高其质量的一个关键因素是提升零件和材料的品质，解决这个问题的措施便是实现汽车微特电机零部件的专业化生产。既降低成本，也要实现其规模化生产。汽车用直流电机已经有很多中小企业涉足。随着汽车技术的发展进步，产品数量与种类也都会增加。
车用无刷直流电动机。无刷直流电动机的结构简单，与有刷直流电动机控制特性相似，但是其结构不同。无刷直流电动机的定子是由电枢绕组、位置传感器和机壳构成，而转子主要由永久磁钢组成。这是一种先进的电子驱动电机，较一般的有刷直流电动机有着无可比拟的优越性能。随着汽车高效节能、环保、长时间工作的可靠性以及舒适化、个性化的要求不断升高，用永磁无刷直流电动机代替永磁直流电动机是一个发展方向。也正是凭借着无刷直流电动机特有的不可代替的技术优势，汽车微特电机产品向智能化、小型化、长寿命、高可靠性、节能性、电磁兼容性等方向发展，在飞速发展的电力电子技术、新材料技术、微电子技术支持下越来越受到人们的关注重视。
车用步进电机。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
车用步进电机有永磁式步进电机和混合式应用电机两种，它们应用的场合如下：发动机节油阀门；车轮转向控制；电动里程表；电动转速表；座椅缓冲器；雾灯；空调器风门。
其他电机技术。除了上述三种，还有两种比较常用的电机结构如下:
开关磁阻电机。它也是一项已经比较成熟的电机技术，但是其真正应用的场合并不多。这类电机的定子转子结构都很简单，同时造价低，且电子线路可靠性较好。但是缺点是力矩波动大，噪音震动的问题很严重。因此这种电机很难用于对噪音震动有要求的场合。
异步电机。普通的异步电机价格相当便宜，而且工艺和生产技术较成熟。德国ZF 公司曾经将矢量控制的异步电机用于汽车动力转向系统。但这种电机的速度响应比较慢，力矩波动也比较大，且噪音也比无刷直流和交流伺服大，因此ZF 公司也放弃了对异步电机的开发。
常见汽车微特电机一般都有如下的特点：
低电压、大电流。汽车上的电源是由发动机驱动交流发电机后向蓄电池充电获得，电压一般为直流14V，因此汽车微特电机大部分是低电压的直流电动机，其工作电流都较大。
工作电压波动大。汽车上使用了种类繁多的电器和电子系统均由蓄电池供电，但是在不同时间内蓄电池供电的电压变化范围大，因此要求电机在电源电压8～16V 范围内也能正常地工作。
环境条件苛刻。汽车微特电机与工业用、家用电器用微特电机相比较，环境条件更为苛刻，应满足耐热、耐冲击振动、防水、防腐蚀等要求，并且能在环境-40～+80℃下正常工作。
“四防”性能好。汽车是一种交通工具，因此要求电机具有良好的防潮、防霉、防盐雾及防尘的性能。
有消除无线电干扰的措施。直流电动机因换向器和电刷摩擦产生的火花会造成无线电干扰，所以常采取消除干扰的措施，如接入滤波电容器。
随着耗电量的增加，发动机的负载也增加了，从而使耗电量上升。据报道，当耗电量增加10W 时，汽车的耗油成本增加0.3%～0.6%。为了节约耗油量，就要求汽车微特电机效率高、功率重量比大。汽车微特电机的这些应用特点，使得它们在设计、工艺、材料、生产技术和装备等方面面临着技术挑战。
3.微特电机在汽车中的应用是关键零部件之一给行业发展带来机遇
汽车微特电机行业既是一个技术密集型的行业，也是劳动密集型的行业，该行业综合了电机、微电子、电力电子、计算机、自动控制、精密机械、新材料等等诸多门类学科的高新技术行业。其中电子技术与新材料技术的应用促进了汽车微特电机技术的进步。据了解，汽车微特电机是汽车中的关键元件，离开电机，汽车的先进性将无法评估。现代汽车尤其是高档轿车大量采用新机械、新设备，极大地促进了汽车微电机的应用。微特电机是汽车上的关键零部件之一，配置的微特电机越多，汽车采用电机驱动控制代替机械控制的部位越多，汽车的电控自动化程度越高，驾驶操控汽车就更方便，汽车配置更显舒适豪华。汽车用微特电机主要分布于汽车的发动机、底盘、车身三大部位及附件中，并将逐步成为汽车的动力系统。
汽车发动机部件上的应用主要是在汽车起动机、电喷控制系统、发动机水箱散热器及发电机中的应用。这些部件中应用多台直流电动机。
汽车底盘车架上的应用主要是在汽车电子悬架控制系统、电动助力转向装置、汽车稳定性控制系统、汽车巡行控制系统、防抱死控制系统及驱动动力控制系统的应用。其中广泛应用永磁式直流电动机或永磁式步进电动机。例如汽车没有助力转向时，高速行驶时方向盘转向很容易，而缓速转弯时，打方向盘却很吃力。采用的电动助力转向系统可替代传统的液压助力转向系统，让行车省力又安全，并节省能源。传统汽车助力转向系统一般是由阀体和液压动力气缸所组成的液压助力转向系统，为了保证系统可靠地工作，始终要对发动机连续施加一个小负载，即使在不需要助力转向的时候，这个小负载也要施加在发动机上。目前正在开发和开始采用无接触式旋转变压器来代替阀体、采用伺服电动机来代替液压动力气缸的汽车电动助力转向系统，它仅在需要助力转向的时候，才需要吸取电能，与前者相比可以节省3%～5%的能源。同时，电动助力转向系统还具有机械结构简单、可靠性高、路感好、反应灵敏、安全性高等优点。汽车电动助力转向系统用精密伺服电动机和无接触式旋转变压器是汽车电动助力转向系统的核心部件，精密伺服电动机可选用有刷直流伺服电动机或无刷直流伺服电动机。
汽车车身部件上的应用主要是在中央门锁装置、电动后视镜、自动升降天线、电动天窗、自动前灯、系列电动窗有关产品——车窗智能关闭器，车窗自动升降器，车窗防夹装置。
近些年，尤其是轿车大量使用永磁直流电动机，在一些阀门、节气门、速度表中也应用了永磁步进电动机，在电动助力转向系统中还应用了旋转变压器和无刷力矩电动机。随着汽车部件的电动化、自动化不断地提高和对汽车微特电机的噪音、电磁兼容、效率的高要求，将采用永磁无刷直流电动机替代有刷的永磁直流电动机。目前在汽车上应用的电机产品主要有如下：发动机冷却风扇电机；启动电动机；刮水器用电动机；空调器电动机；座椅自动调节用电动机；清洗泵电机；电动速度表电动机；中央闭锁装置用电动机；转向系统用步进电机；轴向连动雾灯用电机；鼓风机电动进风箱用电机；电动后视镜用电机；电动安全带用电机。此外，汽车上还有玻璃升降电动机、天线电动机、电动后窗隐蔽器电动机、自动车灯电动机、油泵电动机、风窗映像显示系统电动机，调压式刮水器臂用电动机、自动天窗用电机等高性能电机，由此可以提高乘坐汽车的舒适性，汽车行车时的稳定性和可靠性，从而提高了汽车的整体性能。随着汽车技术的不断发展，微特电机驱动也逐步取代了传统的机构系统。如今的汽车每台至少需要微特电机5台，一般轿车最少也是有15台微特电机，高级或是豪华轿车使用多达40～80台。
为了保护环境,节约日益贫乏的石油资源,世界各国汽车制造商都十分重视电动汽车的开发和商品化。电动汽车主要有纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池电动汽车三种。目前混合动力电动汽车已商业化,燃料电池电动汽车产业化的研制也将完成,但不论哪一种电动汽车,都是电机驱动的动力系统。
在电动车发展初期,多采用直流电动机。在试制大客车时用串励电动机，在小客车及小货车上用并励、复励电动机。随着永磁材料的发展，永磁直流电动机也有所应用。直流电动机的优点是有比较好的控制特性。但它重量大，效率低，价格贵，而且由于电刷和滑环的存在，需要维护，电刷磨损又会造成不安全工作。因此，随着电力电子器件的发展，交流电动机逐渐成熟，直流电动机逐渐被交流电动机所取代。以永磁同步电动机和无刷直流电动机为代表的交流永磁电动机以其低重量、高效率这一特别的优势而在电动车领域被广泛应用。国内外都高度重视驱动电机及其控制系统的研究开发，技术发展快、高效率、高可靠电机和控制系统将不断涌现。微特电机广阔的市场前景吸引了越来越多的企业投入其中，这其中也包括一些国外汽车电机电器公司。他们纷纷在中国设立合资企业，这同时也加剧了中国汽车微特电机市场的竞争。
车用微特电机的市场繁荣给行业发展带来机遇。目前,国外生产汽车发电机、起动机厂商主要有：日本日立公司、电装公司和三菱公司，德国博世公司、法国法雷奥公司、美国德尔福公司。这些公司已在中国投资(合资)开办企业,如长沙日立公司、常州三菱公司，成都华川电装品公司、天津电装公司、常州博世公司、上海法雷奥公司、湖北德尔福公司、锦州汉拿电机有限公司。它们在我国汽车发电机、起动机产业占据了举足轻重的位置。除上述厂商以外，中汽长电股份有限公司、北京曙光电机厂、北京汽车起动机厂、博山电机集团公司、湖北神电汽车电机有限公司、芜湖万通电机有限责任公司，在汽车发电机、起动机市场，也占有一席之地。除汽车发电机、起动机外，随着汽车向着舒适化、人性化的要求发展，应用了大量不同规格的永磁直流电动机，如散热器风扇、洗涤器、雨刮器、玻璃升降器、汽车空调器、燃油泵、后视镜、电动天窗、电动座椅、门锁、音响产品等配套总成产品。这些企业中具有相当规模的有40～50家。
中国一汽大众、上海大众、上海通用等著名轿车生产企业，都相应采购外方在其本国的零部件供应商在中国的投资企业所生产的电机或按外方技术要求所生产的电机。例如，上海桑塔纳轿车的发电机、起动机由上海法雷奥汽车电器系统有限公司提供，散热器风扇总成由上海日友一友捷汽车电气有限公司提供，电动摇窗机、门锁总成由上海实业交通电器有限公司提供，空调器风机、天线总成由上海舒航汽车电器有限公司提供，雨刮器总成由上海法雷奥雨刮系统有限公司提供。由此可见，这些企业产品的品牌在汽车产业具有很高的知名度，其产品质量完全获得外方技术总管的认可，已经形成了非常稳固的汽车微特电机供应链。这些汽车微特电机企业相对集中在整车厂所在地，如上海大众在上海嘉定安亭正在建设的“汽车城”。
当下，汽车技术正在迅速地发展，而微特电机作为汽车电动化的一个重要组成部分，必须超前汽车技术高速发展这一发展趋势，以汽车微特电机新技术为先导，不断发展以满足汽车领域日益增长的需要。我国微特电机市场前景广阔，这将会使得汽车用微特电机不断发展进步。
4.汽车用微特电机发展趋势
未来十年是中国由制造大国向制造强国转变，实现由中国制造向中国创造、中国智造转变关键时期。随着我国工业制造业对车用微电机产品的需求日益增长，产业向更加规模化集中化就成为了其一个发展方向。未来我国车用电机驱动系统及其控制技术发展将具有以下趋势。
集成化。电机驱动系统的集成化包括两个方面。一是机电集成，包括车用电机与燃油发念头集成混合动力发念头，以及车用电机与变速箱集成，前者例如本田的ISA系统，后者例如丰田混合动力系THS。这种集成可以减小整个系统的重量和体积，有效地降低系统制造本钱。二是将电动汽车驱动控制器的开关器件、电路、控制、传感器、电源和无源器件都集成到尺度模块中构成电力电子组件。这种集成可以较好地解决不同工艺电路之间的组合和高电压隔离等题目，具有较高的集成度，也可以有效地减小体积和重量；但目前还存在分布参数、电磁兼容、传热等具有较高难度的技术题目，而且还不能有效地降低本钱，达到更高的可靠性。
轻薄短小化：汽车微特电机的形状正向着扁平、盘式、轻巧和短小的方向发展，以适应汽车特定环境的需要。国内外已开发出盘式的线绕转子和印制绕组转子的直流永磁电动机，也可应用于发动机水箱和空调器冷凝器的冷却通风。扁平式的永磁步进电动机可应用于汽车速度表、计价器等多种电子设备中。
永磁化。采用永磁化技术的永磁电机具有效率高、比功率大、功率因数高、可靠性高和便于维护等长处；采用矢量控制的变频调速系统，可使永磁电念头具有宽阔的调速范围。因此，丰田、本田等国际汽车厂商和一汽、春风、长安、奇瑞等海内汽车厂商均在其电动汽车中采用了永磁电机技术方案，推动了车用电机向永磁化方向发展。
无刷化。按照汽车控制与驱动自动化和降低故障率、消除无线电干扰等要求，在高性能永磁材料和电力电子技术、微电子技术的支承下，汽车中大量应用的各种规格永磁直流电动机将向无刷化方向发展。
高效化。比如刮水器电机经过对减速器结构的改进，大大降低了电机轴承上的负荷，体积缩小、重量减轻36%、电机转矩提高25%。目前，大多数汽车微特电机采用铁氧体磁钢，随着钕铁硼磁钢性价比提高，将替代铁氧体磁钢，必将使汽车微特电机更轻量化、高效化。
适应双电压系统需求化。随着汽车电子化、电动化的推进，以及满足人们对燃油经济性、降低排放保护环境、行车安全、乘员舒适性等要求，汽车将应用双电压14/42V 系统。
全数字化。跟着微电子学及计算机技术的逐步发展，高速、高集成度、低本钱的微机专用芯片以及DSP等广泛应用，全数字系统控制成为可能。这种用软件代替硬件、进行数字化驱动和控制的全数字化包括了驱动控制的数字化、驱动到数控系统接口的数字化等，不仅可以使改变控制策略、修正控制参数和模型更加简便易行，进步控制系统的可靠性和实用性，还可以具有保护、故障监督、自诊断等其它功能，完善车辆的整体运行状况。
智能化。智能化是微特电机技术发展一个重要方向。车用微特电机给人们生产生活带来极佳便利。智能化技术在车用微特电机的开发中日益得到重视。智能化技术在车用电机控制领域的应用，将使系统结构更加简化、响应更加迅速、抗干扰力加强，以此提升整个系统的综合机能。
多品种。随着汽车产品技术的更新周期的缩短，电子与自动化技术在汽车产品上的应用将会来越广泛。轿车越高级,则其使用的微特电机越多。目前的高级轿车使用微特电机每辆高达40 台以上。从车摇窗、电动反光镜,到自动门锁、座椅调整装置等,都用上了微特电机。而起在豪华轿车及未来的轿车中，汽车传真，自动驾驶系统等等应用到微特电机将越来越多。目前车用微特电机的一个很重要的发展趋势是多品种，拥有更多类型的微特电机，有更复杂更便捷的应用，汽车性能将不断提升。在十三五期间，国家将会重点督促制造业迈向高端化，车用微特电机企业必须通过加大新品开发力度来提高产品技术含量和附加值，形成自己特殊，使企业成功转型，锁住高端消费市场，实现向客户转移成本压力目，提高企业市场竞争力。
大批量。汽车已成为我国国民经济的支柱产业，我国汽车的产量也在不断提升目前已位居世界第一。由此，汽车领域对微特电机的需求也在逐年大量增加，因此，汽车用微特电机的另一个发展趋势便是向大批量方向发展。在微特电机种类性能接近的情况下，大批量生产微特电机将能获得极大地经济效益。
发达工业虽然给人们提供了丰富、舒适物质生活，但也给环境造成了严重污染。所以，哥本哈根会议掀起了环境热潮，十三五节能减排运动，更是促生企业迈向绿色化生产，在十三五期间绿色化已成时代趋势。机电企业应该加大绿色投入使产品在设计、制造、使用和销毁生命过程中，符合特定环境保护和人类健康要求，生产出对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高绿色微特电机产品。微特电机是中国出口经济有力支撑，随着近年来行业洗牌速度加快，国内机电企业为了提高自身实力，更快地拓展国际市场，将透过过多种手段加快和国外企业融合来提高产品质量、提高竞争力。外资型企业在与国际接轨速度日益加快形势下，产品更新换代越来越快，新产品、新技术不断涌现，实力越来越强。
我国已经是汽车微特电机的生产大国，国外知名公司都在中国投资生产，其中大部分将出口，汽车微特电机已经是全球化的市场；汽车是我国的支柱产业，随着轿车开始进入千家万户，因此，微特电机行业为汽车工业配套服务，大力发展微特电机技术，必定是大有作为的。
5.结束语
随着科学技术进步，社会经济发展，人类生活质量的提升，应用的领域不断扩大，应用领域的排序会不断更新，新的应用领域又会产生新的品种。由市场牵动产业的发展，由科学进步促进技术更新满足市场的需要，这就是当今微特电机制造业发展前进之路。在今后的科学发展，微特电机将不断进步，人们的生活也将不断升级。目前国内有大量汽车微特电机生产厂，但技术大多落后于国外，外资进入微特电机行业导致国内外微特电机厂之间的竞争加大，但这也将大大加快微特电机的发展，有利于人类生活的进步。车用微特电机市场的前景光明，发展任重而道远。
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