美國無刷直流電動機市場和技術發展動向
胡鴻祥 （上海南洋電機廠）
【摘 要】本文從市場需求、應用領域、運動控制技術及電機的特點出發，指出近年來無刷直流電動機銷售量的增長速度很快，在運動控制技術領域占有較大的比例。無刷直流電動機在工廠自動化設備中應用廣泛，可望取代有刷直流電動機，并向著高速，高性能、低成本的方向發展。
【敘 詞】無刷直流電動機，市場，應用，發展，動向
1概述
與有刷直流電動機相比，無刷直流電動機具有體積小、重量輕、效率高、性能好、使用壽命長和維護少的優點。據美國MTT預測公司的用戶研究報告——《直流無刷運動技術》(1986年～1991年)的分析和預測，在世界范圍內，各種運動控制技術正在不斷發展，許多公司都投入這一技術領域，因此，通過競爭使無刷直流電機技術得到了充分展示。1986年美國各種控制電機及配套裝置的市場銷售額約為17億美元，到1991年將達到31億美元，年增長率為百分之13. 7，其中電機的銷售額1986年占百分之67.8，從1986年～1991年整個時期看，電機銷售額在逐年遞增，這是因為配套裝置更多地采用了半導體元件，使平均戍本降低，而磁鋼及其它電機材料費用則在總體上不斷增加。
2市場的需求
據統計，1986年在美國市場所有的控制電機中，有刷直流伺服電機占有百分之58的市場份額，無刷直流電機僅占百分之15.1，但由于對傳動產品的需求不斷增加，而電子設備的成本又在不斷降低，給有刷直流伺服電機銷售帶來一定影響，1991年它的市場份額將降低至百分41.5之即把步進電機和交流調速電機都包括在其中）在1991年將占到整個市場份額的百分之58以上。表1為美國控制電機和配套裝置的市場消費量。
MTT研究報告指出，就1986年美國市場無刷直流電機本身而言，銷售量為5,6美國無刷直流電動機市場和技術發展動向百萬臺，1.77億美元，在全部電機中占百分之16。 1991年無刷直流電機的消費量可望達到26.5百萬臺，6.3億美元。在全部控制電機中，無刷直流電機1986年占百分之6，增長速度最快。表2列出了美國市場的無刷直流電機在各應用領域所占的份額。
從表中可知，無刷直流電機將在各個運動控制市場占有較大的份額。
①辦公自動化（計算機，商務設備）方面，無刷直流電機增長幅度****，但所占份額較大；
②工廠自動化方面，無刷直流電機采用具有主軸和位置功能的新設計；同時，無刷直流電機也正在進入大功率領域，如液力運動系統；
③國防和航天方面，無刷直流電機要求體積更小，重量更輕、效率更高和適用性更強；
④汽車和家電產品方面增長最快，主要用于增加各種使用和方便功能（如一輛普通汽車中已需25臺輔助電機；****汽車中達70臺輔助電機），無刷直流電機在這一應用頒域將起到重要的替代作用。
在擁有無刷直流電機技術的企業中，沒有．家公司的銷售量超過美國市場的百分之10，或者在任何一個應用領域占有統治地位。銷售量****的有20家公司占據市場銷量的百分之63。其中，FANUC USA公司在工廠自動化領域，Nidec公司在辦公自動化領域，Papst公司在儀器設備領域和Kollmorgen公司在國防和航天領域為最主要的生產廠商。
3應用場合和發展動向
當前，對運動控制起到推動作用的三種最為顯著的技術是電子換向、稀土永磁材料和計算機接口。
目前有刷直流電機技術仍然是最重要的服類型，但是無刷直流電機正在日益顯示出重要性。據報道，步進電機為高精度運動控制提供了******的方法。無刷直流電機與有刷直流伺服電機的不同之處在于，它無需維修、運行速度更高、并且沒有換向限制。因此，應用范圍逐步擴大，使市場需求量有很大增加。由于電氣伺服機構的用途增加，用戶希望通過對伺服技術的選擇，大大改善設備和系統的性能，從而對伺服技術的選擇就變得更為苛刻。鑒于這一原因，伺服電機制造廠急于發展能滿足用戶各種要求的技術。伺服系統及其主要用途如附圖所示。
無刷直流電機在各種工廠自動化設備中應用廣泛，在要求高轉速或要隸伺服機構作為設備和系統的一個運動部件的許多領域中已成為必不可少的產品。在不少應用場合，它可望取代有刷直流伺服電機。但是，由于直流伺服電機生產成本低、控制能力及其它特性良好，仍將繼續保持需求。事實上，無刷直流電機也有其自身不足，包括造價高，難以微型化的復雜控制等。在某些情況下，這些缺點已成為無刷直流電機的發展障礙。目前，電子技術、控制技術和大規模生產技術正在逐步解決這些生產發展技術問題，因此，無刷直流電機的性能和功能可望進一步得到提高。從最近投入市場的產品可以看到，一些制造廠商正在致力于開發高速，高性能的通用型無刷直流電機，并提供****值編碼器和防爆型電機，以擴大產品品種。有關無刷直流電機和有刷直流伺服電機各種技術性能比較見表3。
4結語
無刷直流電機通常用于對一個機構進行加速或減速。為了做到迅速地加速和減速，需要有一個較大的轉矩。在無劂直流電機中，其著重點在于控制特性和效率。作為控制電機，直流伺服電機工作特性好，而得以廣泛應用。但電刷和整流子構成的機械整流裝置是它的主要缺點，這種整流裝置使直流伺服電機在使用中需要經常進行維修檢查。另外它的性能和使用壽命都有一定的限制。無刷直流電機配上伺服驅動裝置后，可實現高速、高功率驅動，且無換向限制。
近年來，伺服技術在數控機床、工業機器人和半導體生產設備中獲得了廣泛的應用。伺服電機、步進電機、速度控制電機等都可作為控制電機使用，然而參于伺服電機對速度、位置和其它指令的快速精確響應性能，令其它電機無可比擬。同時，伺服電機驅動裝置技術正變得日趨成熟。依靠伺服驅動裝置就可通過多相交流電進行驅動，通過變壓變頻使得電機運行在****效率。隨著伺服驅動技術的發展，電機輸出與輸入成線性美國無刷直流電動機市場和技術發展動向關系的控制技術將不斷得到改進。
目前，無刷伺服系統正在通過新的設計逐漸縮小與有刷伺服系統的價格差異；無容置疑，有刷型系統仍然具有明顯的價格優勢。但是在連續轉矩為60—lOO的范圍內，無刷系統在價格上同有刷型系統最有競爭能力。它從高可靠性和無需維修方面獲得的節省額能抵消控制線路所需的費用，而且由于具有轉子慣量小、動態性能好、運行平穩、溫升低，適于連續運行等特點，使用戶在選用中獲益。無刷直流電機是隨著電機控制技術和電子技術的發展而出現的。近年來，無刷直流電機技術雖然發展較快，可是根據分析和研究，今后數年仍不會在所有控制電機中成為最占優勢的電機技術。它的系統價格／性能比使之保持較強的競爭能力，可以預料，有刷直流伺服電機及其它電機將與其繼續進行互相競爭。盡管無刷直流電機提供了許多一流技術，但不能因此而認為它在所有應用領域都是****的選擇。
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