工業(yè)行業(yè)傳動系列二：電氣傳動靈活多面手

工業(yè)傳動系列二：電氣傳動-靈活多面手華泰研究機(jī)械設(shè)備增持(維持)2023年10月01日│中國內(nèi) 專題研究通用機(jī)械增持(維持)研究員倪正洋電氣傳動：靈活多面手，應(yīng)用廣闊市場分散電氣傳動為機(jī)械設(shè)備三大傳動方式之一，其使用電動機(jī)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，帶動各類型生產(chǎn)機(jī)械、交通車輛及運動物品。電動機(jī)是指依據(jù)電磁感應(yīng)定律實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換或傳遞的一種電磁裝置。電動機(jī)行業(yè)呈現(xiàn)競爭格局分散，下游應(yīng)用廣泛的特點，其復(fù)雜性在于技術(shù)路徑多樣，對應(yīng)電機(jī)不同的特性，適用于下游不同場景。本報告系統(tǒng)闡述了電氣傳動行業(yè)市場概況、電動機(jī)六大技術(shù)路徑選擇，并以人形機(jī)器人、礦山機(jī)械、數(shù)控機(jī)床應(yīng)用為例分析電氣傳動系統(tǒng)在主要產(chǎn)品中的應(yīng)用，以及未來定子扁線化和碳化硅應(yīng)用對電機(jī)性能的提升，全面覆蓋電氣傳動原理、市場、應(yīng)用分析。電機(jī)六大技術(shù)路線選擇排列組合，順勢而生各有千秋我們總結(jié)電機(jī)有六大關(guān)鍵技術(shù)選擇，分別是交流直流、同步/異步、永磁/電磁、單相三相、控制方式步進(jìn)伺服、直線旋轉(zhuǎn)。各種電動機(jī)產(chǎn)品是不同技術(shù)路線排列組合后的產(chǎn)物。不同技術(shù)路徑組合的電機(jī)各有所長，適用于不同應(yīng)用場景。直流電機(jī)調(diào)速簡單，變頻器發(fā)展提升交流電機(jī)調(diào)速能力；永磁電機(jī)一般表現(xiàn)同步特性，高功率高效率且低速運行表現(xiàn)好，異步交流電機(jī)無需永磁體成本較低，性價比高應(yīng)用廣泛；伺服電機(jī)相比步進(jìn)控SACNo.S0570522100004 nizhengyang@SFCNo.BTM566 +(86)212897研究員 史俊奇SACNo.S0570522110002 shijunqi@SFCNo.BTM901 +(86)212897研究員 楊云逍SACNo.S0570523070001 +(86)2128972228研究員 楊任重SACNo.S0570522110003yangrenzhong@+(86)2128972228聯(lián)系人 王自SACNo.S0570123070064wangzi022582@+(86)2128972228聯(lián)系人 張瑤珈SACNo.S0570122090160 +(86)75582492388制精度更高，永磁同步伺服控制簡單且效率較高，成為主流之選。直線電機(jī)可視為旋轉(zhuǎn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)變形，線性運動中需傳動裝置，響應(yīng)快精度高。典例：人形機(jī)器人/礦山機(jī)械/數(shù)控機(jī)床中多種電機(jī)“各司其職”人形機(jī)器人執(zhí)行器主要使用無框力矩電機(jī)和空心杯電機(jī)。人形機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)緊湊、關(guān)節(jié)扭矩大的特點，因此目前身體關(guān)節(jié)選用無框力矩電機(jī)；而手部電機(jī)要求體積小、精度高，主流應(yīng)用為直流永磁伺服的空心杯電機(jī)。礦山機(jī)械行業(yè)中高性價比的交流電機(jī)主要用于傳輸設(shè)備，直流電機(jī)調(diào)節(jié)簡單，主要用于挖掘機(jī)械，而永磁同步電機(jī)憑借其優(yōu)良綜合性能及節(jié)能特性應(yīng)用場景逐漸增多。數(shù)控機(jī)床方面，交流異步電機(jī)為主軸電機(jī)主流應(yīng)用，而機(jī)床進(jìn)給電機(jī)精度控制要求較高，永磁伺服電機(jī)為主流應(yīng)用。進(jìn)給電機(jī)

行業(yè)走勢圖機(jī)械設(shè)備 通用機(jī)械(%) 滬深2517102(6)Oct-22 Feb-23 Jun-23 Sep-23證券研究報告的新方案為直線電機(jī)驅(qū)動數(shù)控工作臺，可達(dá)到高效率快響應(yīng)目的。 證券研究報告資料來源：，未來：定子扁線化與碳化硅應(yīng)用成為提升電機(jī)能效新方向電機(jī)未來向著更高功率和效率不斷發(fā)展，定子扁線化和碳化硅的應(yīng)用是熱門方向。扁線定子設(shè)計通過增加槽滿率提升電機(jī)效率、功率密度、散熱能力，目前主要應(yīng)用于新能源汽車。多個企業(yè)已經(jīng)布局扁線業(yè)務(wù)，但扁線電機(jī)工藝復(fù)雜、設(shè)備精度要求高，大規(guī)模量產(chǎn)存在一定難度。碳化硅為電機(jī)提升能效提供新方向，其屬于寬禁帶材料，介電擊穿強(qiáng)度和熱導(dǎo)率高，開關(guān)速度更快，能夠大大提高電機(jī)的效率和功率密度，有望成為電機(jī)逆變器的主流材料。風(fēng)險提示：電機(jī)技術(shù)路徑發(fā)生改變，電機(jī)上游原材料價格波動風(fēng)險，未來技術(shù)迭代不及預(yù)期。正文目錄電氣傳動：靈活多面手，應(yīng)用廣闊市場分散 5電氣傳動系統(tǒng)概覽：靈活多面手 5電機(jī)行業(yè)格局分散，國內(nèi)電機(jī)“量增”到“質(zhì)提”走向高端 6電機(jī)六大技術(shù)路線選擇排列組合，順勢而生各有千秋 9直流or交流：換向調(diào)速為核心問題，霍爾元件/變頻器助推無刷替代有刷 9永磁or勵磁：交替并行發(fā)展，高性能永磁體提升電機(jī)功率和效率 13同步or異步：同步電機(jī)節(jié)能高效高功率，異步電機(jī)具有成本優(yōu)勢 16單相or三相：三相電機(jī)穩(wěn)定高效，單相電機(jī)需使用電容器罩極啟動 19步進(jìn)or伺服：伺服閉環(huán)相較步進(jìn)開環(huán)控制精度較高，經(jīng)濟(jì)性較低 21旋轉(zhuǎn)or直線：直線電機(jī)可視為旋轉(zhuǎn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)變形，高速響應(yīng)高精度 24典例：人形機(jī)器人礦山機(jī)械數(shù)控機(jī)床中多種電機(jī)“各司其職” 26人形機(jī)器人：無框力矩電機(jī)用于旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，空心杯電機(jī)為靈巧手核心部件 26礦山機(jī)械：交流電機(jī)為主流，永磁電機(jī)節(jié)能特性順應(yīng)“綠色礦山” 28數(shù)控機(jī)床：主軸多用感應(yīng)電機(jī)，進(jìn)給電機(jī)中永磁伺服為主流 31未來：定子扁線化與碳化硅應(yīng)用成為提升電機(jī)能效新方向 33報告提及公司 36風(fēng)險提示 36圖表目錄圖表1：電動機(jī)是指依據(jù)電磁感應(yīng)定律實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換或傳遞的一種電磁裝置 5圖表2：電氣傳動在運動控制及精確度方面優(yōu)勢顯著，廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)械 6圖表3：2020年全球電機(jī)市場1427億美元，汽車占比最高 6圖表4：預(yù)計21-28年全球電機(jī)市場CAGR=6.4%,交流電機(jī)占比最大 6圖表5：臥龍電驅(qū)主要電機(jī)產(chǎn)品 7圖表6：大洋電機(jī)主要電機(jī)產(chǎn)品 7圖表7：外資品牌為國內(nèi)電機(jī)生產(chǎn)商第一梯隊，國內(nèi)龍頭在各自側(cè)重領(lǐng)域走向高端 7圖表8：2022年中國電機(jī)進(jìn)口金額為42.34億美元，同比下降6.2% 8圖表：2年中國主要電機(jī)出口產(chǎn)品結(jié)構(gòu)（按金額（單位：） 8圖表10：電動機(jī)技術(shù)路徑和結(jié)構(gòu)不斷更新，多種類型適應(yīng)下游多種應(yīng)用場景 9圖表直流電機(jī)與交流電機(jī)由于供電電源不同使得結(jié)構(gòu)差異較大 10圖表12：直流有刷電機(jī)率先流行，交流電普及和控制元件發(fā)展使得交流電機(jī)和直流無刷快速發(fā)展成為主流 10圖表13：直流有刷電機(jī)通過換向器跟電刷的連接，實現(xiàn)線圈電流方向變化，實現(xiàn)線圈受力方向變化 圖表14：周圍磁通密度超過閾值時霍爾傳感器會檢測到并產(chǎn)生電壓 圖表15：霍爾效應(yīng)傳感器可判斷出電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極的相對位置 圖表16：交直交變頻器主電路工作原理 12圖表17：變頻技術(shù)可分為交直交變頻技術(shù)和交交變頻技術(shù) 13圖表18：電機(jī)磁場的提供方式經(jīng)過低性能磁鐵—電磁體—高性能永磁體與電磁并行三個發(fā)展階段 13圖表19：高性能永磁電機(jī)效率高功率大，勵磁電機(jī)制作成本低但效率較低 14圖表20：電機(jī)常用永磁材料抗腐蝕性能、最高工作溫度、加工性能、退磁曲線形狀、價格對比 14圖表21：直流電機(jī)勵磁方式分為他勵、并勵、串勵、復(fù)勵，主要區(qū)別為勵磁繞組和電樞繞組供電方式的關(guān)系 15圖表22：永磁體與勵磁繞組均位于轉(zhuǎn)子的混合勵磁電機(jī) 15圖表23：永磁體位于轉(zhuǎn)子，勵磁繞組位于定子的混合勵磁電機(jī) 15圖表24：異步電機(jī)與同步電機(jī)區(qū)別在于轉(zhuǎn)子是否產(chǎn)生磁場、速度與定子旋轉(zhuǎn)磁場速度是否一致 16圖表25：同步電機(jī)功率密度與效率更高，異步電機(jī)成本低應(yīng)用廣泛 17圖表26：磁阻電機(jī)遵循磁通總是沿著磁阻最小路徑閉合的原理形成磁阻轉(zhuǎn)矩，性能較好且成本較低 18圖表27：多家公司布局同步磁阻電機(jī)產(chǎn)品 18圖表28：磁滯電機(jī)利用磁滯材料所制成轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的磁滯轉(zhuǎn)矩起動和運行，目前應(yīng)用場景較少 18圖表29：三相電機(jī)采用相位差120度三相交流電源推轉(zhuǎn)子 19圖表30：主流單相電機(jī)有主副兩個線圈，互相垂直推動旋轉(zhuǎn) 19圖表31：單相電機(jī)使用方便應(yīng)用偏生活化，三相電機(jī)穩(wěn)定高效工業(yè)場景應(yīng)用居多 19圖表32：裝配電容器單相電機(jī)的運行原理 20圖表33：使用罩極法單相電機(jī)的運行原理 20圖表34：六相雙Y移30°繞組空間分布圖 21圖表35：六相電機(jī)可實現(xiàn)低電壓大功率，相同負(fù)載轉(zhuǎn)矩六相電流小 21圖表36：步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖 21圖表37：伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)圖 21圖表38：伺服電機(jī)閉環(huán)控制，將編碼器檢所得信息反饋給控制器來控制位置，步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制無反饋過程 22圖表39：步進(jìn)電機(jī)相較伺服電機(jī)可靠性與控制精度較低，經(jīng)濟(jì)性較高 22圖表40：西門子1FK系列永磁同步伺服電機(jī)訂貨最大功率7.5kW 23圖表41：西門子1PH系列交流異步伺服電機(jī)最大功率45kW 23圖表42：伺服電機(jī)閉環(huán)控制，將編碼器檢所得信息反饋給控制器來控制位置，步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制無反饋過程 23圖表43：直線電機(jī)可認(rèn)為是旋轉(zhuǎn)電機(jī)徑向剖開后的變形，結(jié)構(gòu)及運行原理與感應(yīng)電機(jī)相似 24圖表44：直線電機(jī)具有高響應(yīng)速度、高精度、加減速快等優(yōu)勢 24圖表45：短初級直線感應(yīng)電機(jī)在城市軌道交通車輛的應(yīng)用 25圖表46：直線電機(jī)用于激光微加工平臺 25圖表47：多家公司布局直線電機(jī)業(yè)務(wù) 25圖表48：特斯拉Optimus旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器中使用無框電機(jī) 26圖表49：特斯拉Optimus的手部模組 26圖表50：無框電機(jī)多采用大尺寸中空設(shè)計 26圖表51：Maxon無框電機(jī)套件外徑僅為43至90mm，極其緊湊 26圖表52：步科股份第三代無框電機(jī)可對標(biāo)國際領(lǐng)先產(chǎn)品 27圖表53：無框電機(jī)市場主要參與者 27圖表54：單個1.5萬元協(xié)作機(jī)器人關(guān)節(jié)中無框電機(jī)價值量約為千元 27圖表55：空心杯電機(jī)的優(yōu)勢 27圖表56：有刷空心杯電機(jī)結(jié)構(gòu)圖 28圖表57：無刷空心杯電機(jī)結(jié)構(gòu)圖 28圖表58：空心杯電機(jī)用途廣泛，包括工業(yè)控制、機(jī)器人、高端機(jī)床等 28圖表59：傳統(tǒng)電機(jī)與空心杯電機(jī)結(jié)構(gòu)及線圈差異 28圖表60：直流電機(jī)，交流異步電機(jī)，永磁同步電機(jī)三種礦山機(jī)械應(yīng)用電機(jī)對比 29圖表61：佳電股份礦用機(jī)械電機(jī)中三相異步電動機(jī)為主流，部分場景嘗試永磁電機(jī) 29圖表62：大功率礦井提升機(jī)為代表的礦山電力傳動發(fā)展歷程 30圖表63：ABB礦井提升機(jī) 30圖表64：永磁內(nèi)裝式礦井提升機(jī)驅(qū)動原理 30圖表65：數(shù)控機(jī)床電動機(jī)可分為進(jìn)給電機(jī)和主軸電機(jī)，進(jìn)給電機(jī)主流為永磁伺服，主軸電機(jī)主流為感應(yīng)電機(jī) 31圖表66：臥龍電驅(qū)電主軸電機(jī)產(chǎn)品大多為交流異步電機(jī) 31圖表67：Akribis機(jī)床專用直線電機(jī)AKM系列 32圖表68：直驅(qū)伺服響應(yīng)速度更快 32圖表69：相比于傳統(tǒng)的伺服電機(jī)+滾珠絲桿/齒輪齒條的驅(qū)動方式，直線電機(jī)驅(qū)動在機(jī)床方面應(yīng)用優(yōu)勢明顯 32圖表70：傳統(tǒng)圓線繞組存在較大空隙 33圖表71：矩形扁線繞組空間利用率更高 33圖表72：多家企業(yè)布局扁線業(yè)務(wù) 33圖表73：扁線電機(jī)工藝復(fù)雜、設(shè)備精度要求高 34圖表74：博世（Bosch）的逆變器采用碳化硅半導(dǎo)體 35圖表75：安森美半導(dǎo)體650VSiCMOSFET 35圖表76：碳化硅寬禁帶優(yōu)勢 35圖表77：報告提及公司 36電氣傳動：靈活多面手，應(yīng)用廣闊市場分散電氣傳動系統(tǒng)概覽：靈活多面手電氣傳動使用電動機(jī)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，帶動各類型生產(chǎn)機(jī)械、交通車輛及運動物品。電動機(jī)是指依據(jù)電磁感應(yīng)定律實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換或傳遞的一種電磁裝置，主要結(jié)構(gòu)為定子和轉(zhuǎn)子，其中定子為靜止部分，包含定子鐵心（電機(jī)磁路的一部分，并在其上放置定子繞組、定子繞組（電動機(jī)的電路部分，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場）和機(jī)座（固定定子鐵心與前后端蓋以支撐轉(zhuǎn)子，并起防護(hù)、散熱等作用；轉(zhuǎn)子為旋轉(zhuǎn)部分，包括轉(zhuǎn)子鐵心（作為電機(jī)磁路的一部分以及在鐵心槽內(nèi)放置轉(zhuǎn)子繞組、轉(zhuǎn)子繞組（切割定子旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生感應(yīng)電動勢及電流，并形成電磁轉(zhuǎn)矩而使電動機(jī)旋轉(zhuǎn)。圖表1：電動機(jī)是指依據(jù)電磁感應(yīng)定律實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換或傳遞的一種電磁裝置資料來源：電工電氣學(xué)習(xí)公眾號，電氣應(yīng)用公眾號，電氣傳動在運動控制及精確度方面優(yōu)勢顯著，廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)械。相較于其他傳動方式，電氣傳動的優(yōu)點主要包括：1）易于實現(xiàn)自動化與遠(yuǎn)程控制，精確度高：電氣傳動根據(jù)設(shè)定參數(shù)實現(xiàn)精確控制，在高精度傳感器、計算機(jī)技術(shù)支持下，控制精度大大超過其他控制方式。2）節(jié)省能源：電能的獲得和轉(zhuǎn)換比較經(jīng)濟(jì)，傳輸和分配比較便利。3）改善環(huán)保水平：由于使用能源品種的減少及其優(yōu)化的性能，減少污染源。4）降低噪音。5）節(jié)約成本：去除液壓油的成本和引起的麻煩，沒有硬管或軟喉，無須對液壓油冷卻，大幅度降低了冷卻水成本。但電動機(jī)運動平穩(wěn)性較差，易受外界負(fù)載的影響；慣性大、換向慢；元件可能要耗用大量有色金屬成本高；受溫度、濕度、振動、腐蝕等環(huán)境影響較大。圖表2：電氣傳動在運動控制及精確度方面優(yōu)勢顯著，廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)械資料來源：《液壓傳動-機(jī)械大力士》（華泰機(jī)械，2023年8月8日），電機(jī)行業(yè)格局分散，國內(nèi)電機(jī)“量增”到“質(zhì)提”走向高端202070%。GrandviewResearch的研究數(shù)據(jù)顯示，2020年全球電機(jī)市場規(guī)模為1427億美元，其中交流電機(jī)市場占比70.7%。預(yù)計2021-2028年全球電機(jī)市場規(guī)模復(fù)合增長率將達(dá)到6.40%。2020年下游細(xì)分市場中汽車占比最高，占40.5%，其次為工業(yè)機(jī)械、設(shè)備（供熱、通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)、空調(diào)、運MordorIntelligence公布的數(shù)據(jù)，2021214.12028240.9億美元。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，2021年中國工業(yè)電機(jī)市場規(guī)模為765億元，占中國整體電機(jī)市場18%。圖表3：2020年全球電機(jī)市場1427億美元，汽車占比最高 圖表4：預(yù)計21-28年全球電機(jī)市場CAGR=6.4%,交流電機(jī)占比最大資料來源：GrandviewResearch， 資料來源：GrandviewResearch，電機(jī)行業(yè)總量大但單品產(chǎn)量小，定制屬性強(qiáng)，機(jī)型及應(yīng)用行業(yè)較分散。電機(jī)行業(yè)雖總量較大、但單品產(chǎn)量較小且定制屬性較強(qiáng)，標(biāo)準(zhǔn)化的單品批量生產(chǎn)較少，各公司深耕于各個細(xì)分領(lǐng)域，應(yīng)用于不同場景，占據(jù)不同細(xì)分市場份額，整體競爭格局高度分散。電機(jī)行業(yè)公司策略主要可以分為兩類：1）深耕技術(shù)路徑：同一種技術(shù)路徑的電機(jī)應(yīng)用于不同場景，部分公司深耕某種技術(shù)路徑的電機(jī)，如空心杯電機(jī)或同步永磁電機(jī)，再根據(jù)場景進(jìn)行調(diào)整和定制化；2）深耕行業(yè)：相同行業(yè)應(yīng)用機(jī)型選擇多，分別占據(jù)一定細(xì)分市場份額，部分公司瞄準(zhǔn)單品銷量較大的下游行業(yè)，如汽車電機(jī)、工程機(jī)械電機(jī)、洗衣機(jī)電機(jī)等，生產(chǎn)行業(yè)中主流應(yīng)用電機(jī)，公司產(chǎn)品具有性價比優(yōu)勢。兩種策略形成相同結(jié)果，即電機(jī)市場中產(chǎn)品多樣，機(jī)型及應(yīng)用行業(yè)都較為分散，各公司覆蓋產(chǎn)品繁多。圖表5：臥龍電驅(qū)主要電機(jī)產(chǎn)品 圖表6：大洋電機(jī)主要電機(jī)產(chǎn)品資料來源：臥龍電驅(qū)官網(wǎng)，前瞻產(chǎn)業(yè)研究院， 資料來源：大洋電機(jī)官網(wǎng)，外資企業(yè)占據(jù)高端位置，國內(nèi)龍頭在各自側(cè)重領(lǐng)域走向高端。目前國內(nèi)電機(jī)行業(yè)市場參與者數(shù)量眾多，競爭激烈。市場第一梯隊為以西門子、ABB和Maxon為代表的外資工業(yè)電機(jī)品牌生產(chǎn)商，其技術(shù)成熟并積累了豐富的客戶資源，主要占據(jù)工業(yè)控制、航空航天、軍工、精密醫(yī)療器械等領(lǐng)域的中高端市場。第二梯隊為國內(nèi)匯川技術(shù)、臥龍電驅(qū)、大洋電機(jī)、鳴志電器等龍頭企業(yè)，各生產(chǎn)廠商在其側(cè)重的領(lǐng)域占據(jù)部分中端市場并逐步走向高端，不斷向第一梯隊進(jìn)發(fā)。第三梯隊為以中小企業(yè)為主的中國本土工業(yè)電機(jī)生產(chǎn)商。該類企業(yè)所生產(chǎn)工業(yè)電機(jī)產(chǎn)品價格低廉，產(chǎn)品同質(zhì)化相對嚴(yán)重，產(chǎn)品穩(wěn)定性相對差。圖表7：外資品牌為國內(nèi)電機(jī)生產(chǎn)商第一梯隊，國內(nèi)龍頭在各自側(cè)重領(lǐng)域走向高端資料來源：觀研報告網(wǎng)《中國工業(yè)電機(jī)行業(yè)發(fā)展深度研究與投資趨勢預(yù)測報告（2022-2029年）》，我國工業(yè)電機(jī)行業(yè)長期呈現(xiàn)貿(mào)易順差，但出口產(chǎn)品較為低端。據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院統(tǒng)計海關(guān)2017137.382020139.47億美元，2020年受疫情影響同比減少1.66%；2017-2019年貿(mào)易順差呈現(xiàn)擴(kuò)大趨勢，從61.971.08億美元，202066.67億美元。隨著國產(chǎn)電機(jī)技術(shù)不斷進(jìn)步，我國電機(jī)行業(yè)貿(mào)易順差有望繼續(xù)保持?jǐn)U大趨勢。從出口產(chǎn)品來看，2020年出口金額占比最大的產(chǎn)品是直流電動機(jī)及直流發(fā)電機(jī)，輸出功率≤750W，出口金額為27.35億美元，占出口總額的比例達(dá)到26.54%。其他單相交流電動機(jī)出口金額占比排名第二；而較為高端的多相交流電動機(jī)和微電機(jī)出口占比較小。圖表8：2022年中國電機(jī)進(jìn)口金額為42.34億美元，同比下降6.2% 圖表9：2022年中國主要電機(jī)出口產(chǎn)品構(gòu)（按金額）（單位：%）資料來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院， 資料來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院，電機(jī)六大技術(shù)路線選擇排列組合，順勢而生各有千秋電動機(jī)核心為技術(shù)路線和結(jié)構(gòu)的排列組合，多種類型適應(yīng)下游多種應(yīng)用場景。自1821年法拉第首次利用電流磁效應(yīng)將電能轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運動的機(jī)械能以來，電動機(jī)在下游需求和技術(shù)突破的不斷推動下，從最初誕生時的簡單結(jié)構(gòu)，發(fā)展到現(xiàn)在運用各種材料，不同原理的產(chǎn)品。各種技術(shù)路徑的電機(jī)都有其優(yōu)勢及劣勢，適用于下游不同的應(yīng)用場景。我們總結(jié)電機(jī)技術(shù)有六大關(guān)鍵技術(shù)選擇，分別是交流/直流、同步/異步、永磁/電磁、單相/三相、控制方式步進(jìn)/伺服、直線/旋轉(zhuǎn)。各種電動機(jī)產(chǎn)品其實是不同技術(shù)路線排列組合后的產(chǎn)物，對于一個電機(jī)產(chǎn)品，首先需要結(jié)合應(yīng)用場景進(jìn)行排列，決定其最重要的性能要求；之后選擇多種技術(shù)路線的組合達(dá)到其最優(yōu)方案。圖表10：電動機(jī)技術(shù)路徑和結(jié)構(gòu)不斷更新，多種類型適應(yīng)下游多種應(yīng)用場景資料來源：SMM電機(jī)資訊公眾號，直流or交流：換向/調(diào)速為核心問題，霍爾元件/變頻器助推無刷替代有刷直流電機(jī)與交流電機(jī)由于供電電源不同，結(jié)構(gòu)差異較大。直流電機(jī)使用直流電作為電源，而交流電機(jī)使用交流電作為電源。電動機(jī)需要改變電流方向，產(chǎn)生交變的磁場獲得力矩以維持電機(jī)的連續(xù)旋轉(zhuǎn)。目前電機(jī)有三種方式達(dá)到該目的：1）直流電+換向器電刷完成機(jī)械換向，對應(yīng)直流有刷電機(jī)；2）直流電輸入電子換向器使直流電變?yōu)榻涣麟娡瓿呻娮訐Q向，對應(yīng)直流無刷電機(jī)；3）直接將交流電通入定子繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場并作用于轉(zhuǎn)子形成磁電動力旋轉(zhuǎn)扭矩，對應(yīng)交流電機(jī)。不同原理使三種電機(jī)結(jié)構(gòu)不同，直流有刷電機(jī)磁場固定不動，洛倫茲力驅(qū)動電機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，配有電刷和換向器；直流無刷與交流電機(jī)結(jié)構(gòu)相似，外圍線圈通入交流電形成旋轉(zhuǎn)磁場帶動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，直流無刷以霍爾元件取代碳刷換向。圖表11：直流電機(jī)與交流電機(jī)由于供電電源不同使得結(jié)構(gòu)差異較大直流有刷電機(jī)直流無刷電機(jī)交流電機(jī)直流有刷電機(jī)直流無刷電機(jī)交流電機(jī)有刷電機(jī)采用機(jī)械換向，磁極不動，線圈傳動原理旋轉(zhuǎn)。電刷與換向器不斷接觸摩擦，在轉(zhuǎn)動中起到導(dǎo)電和換相作用。原理圖包含結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)子、子、刷和向器構(gòu)造圖

無刷直流電機(jī)通過霍爾元件，感知永磁體磁極的位置，根據(jù)這種感知，使用電子線路，適時切換線圈中電流的方向，保證產(chǎn)生正確方向的磁力，來驅(qū)動電機(jī)。電子換向器（位置傳感器和電子開關(guān)線路）、轉(zhuǎn)子、定子

交流電機(jī)通過交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子繞組在變化磁場中產(chǎn)生感應(yīng)電流，隨著旋轉(zhuǎn)的磁場轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)子、定子優(yōu)點 能產(chǎn)生大的矩（轉(zhuǎn)力）

1、高功率密度，相比有刷電機(jī)性能更加穩(wěn)定可靠；2、零部件磨損少，壽命長，不用更換刷子；3、能夠以較高轉(zhuǎn)速運動，轉(zhuǎn)速沒有限制；4、具有高效率和較小的尺寸體積，適合于輕型、小型、高速模塊化和集成化應(yīng)用。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有碳刷作為機(jī)械接觸點，壽命有限的恒功率范圍，控制復(fù)雜，大多數(shù)與永控制較為復(fù)雜，需要較為精準(zhǔn)的控制算法和高缺點短、產(chǎn)生噪聲及灰塵

磁體結(jié)合使用價格較高

精度傳感器信息輸入廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、金屬切削機(jī)床、輕工機(jī)應(yīng)用場景

對功耗要求不高的應(yīng)用場景：比如兒童電工業(yè)投料機(jī)等輕工業(yè)、汽車空調(diào)、雨刮器、

械、礦井提升機(jī)、水泵、加工機(jī)械及日常生活動玩具、電動牙刷、電動剃須刀等資料來源：智能建筑電氣技術(shù)雜志公眾號，

醫(yī)療器械、家用吸塵器、攪拌機(jī)

器具。直流電源率先產(chǎn)生賦予直流電動機(jī)“先發(fā)優(yōu)勢”，交流電機(jī)受益于交流電系統(tǒng)和控制元件發(fā)展，后來居上成為主流。直流電源的發(fā)明使直流電機(jī)率先被研制完成，1832年英國物理學(xué)家威廉·斯特金發(fā)明了換向器并制造了有刷直流電機(jī)，但由于其低功率輸出，應(yīng)用上受到嚴(yán)重限制。1834年達(dá)文波特發(fā)明了第一臺電池供電的直流電機(jī)，但仍無法擺脫功率和效率問題。19世紀(jì)80年代直流輸電技術(shù)發(fā)展遇阻，交流電系統(tǒng)因為傳輸損耗小、易變壓等原因逐漸成為主流，交流電機(jī)也應(yīng)運而生。1885年特斯拉根據(jù)旋轉(zhuǎn)磁場理論制成了第一臺兩相感應(yīng)電動機(jī)。1889年第一臺三相鼠籠式感應(yīng)電動機(jī)誕生。同時隨著各種新型功率半導(dǎo)體器件和計算機(jī)控制技術(shù)的進(jìn)步替代機(jī)械換向，無刷直流電機(jī)得到快速發(fā)展。圖表12：直流有刷電機(jī)率先流行，交流電普及和控制元件發(fā)展使得交流電機(jī)和直流無刷快速發(fā)展成為主流資料來源：《電機(jī)史話》（戴慶忠，2016），華秋商城公眾號，直/交流核心問題一：直流電機(jī)需完成換向，電刷從核心到桎梏限制直流電機(jī)應(yīng)用場景。直流電機(jī)可以采用電刷完成機(jī)械換向，形成直流有刷電機(jī)；也可以使用電子換向器代替電刷形成直流無刷電機(jī)，換相的工作交由控制器中的控制電路（一般為霍爾傳感器+控制器，更先進(jìn)的技術(shù)是磁編碼器）來完成。而交流電機(jī)直接產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場無需換向器。直流電機(jī)的電刷面臨磨損和噪音的問題，限制其應(yīng)用場景。電刷和集電環(huán)之間存在機(jī)械摩擦，增加了工人的檢修維護(hù)量，壽命短，需頻繁更換刷子；磨損意味著直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速受到限制，無法滿足高速運轉(zhuǎn)的條件；此外機(jī)械換向會產(chǎn)生火花，打火不僅會造成電刷和換向器的燒蝕還會帶來噪聲，使直流電機(jī)無法應(yīng)用在部分需要防爆、靜音的工況中。圖表13：直流有刷電機(jī)通過換向器跟電刷的連接，實現(xiàn)線圈電流方向變化，實現(xiàn)線圈受力方向變化資料來源：電機(jī)驅(qū)動探索者公眾號，取代電刷完成電子換向需要精確獲得轉(zhuǎn)子位置，霍爾元件提供低成本、易操作方案。20世紀(jì)中葉半導(dǎo)體與集成電路技術(shù)的發(fā)展推動了霍爾傳感器發(fā)展，1962年無刷直流電動機(jī)隨之產(chǎn)生，其利用電子開關(guān)線路和霍爾傳感器來代替有刷直流電機(jī)電刷和換向器，具有直流電機(jī)的良好調(diào)速性能，又具有交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、無換向火花的優(yōu)勢。無刷直流電機(jī)需要監(jiān)測轉(zhuǎn)子位置以便按照通電次序給相應(yīng)的定子線圈通電維持旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子的位置是由嵌入到定子的霍爾傳感器感知的。多數(shù)無刷直流電機(jī)在非驅(qū)動端上的定子中嵌入三個霍爾傳感器，轉(zhuǎn)子磁極掠過霍爾元件時，根據(jù)轉(zhuǎn)子當(dāng)前磁極的極性霍爾元件會輸出對應(yīng)的高或低電平，根據(jù)電平時序就可以判斷當(dāng)前轉(zhuǎn)子的位置，并相應(yīng)的對定子繞組進(jìn)行通電。圖表14：周圍磁通密度超過閾值時霍爾傳器會檢測到并產(chǎn)生電壓 圖表15：霍爾效應(yīng)傳感器可判斷出電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極的相對位置 資料來源：《磁場檢測系統(tǒng)及其電源管理的研究與設(shè)計》（趙競翔，2022），

資料來源：《霍爾效應(yīng)傳感器設(shè)計》（吳顏飛，2022），直交流核心問題二：直流電機(jī)方便調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，變頻技術(shù)發(fā)展提升交流電機(jī)調(diào)速性能。直流電機(jī)可以方便地通過改變電壓調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，并可以提供較大的轉(zhuǎn)矩，適用于需要頻繁調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的負(fù)載，如鋼廠的軋機(jī)，礦山的提升機(jī)等。但隨著變頻技術(shù)的發(fā)展，交流電機(jī)同樣可以通過改變頻率來實現(xiàn)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，使交流電機(jī)得到和直流調(diào)速一樣優(yōu)異的調(diào)速性能，并且其功率還不存在換向器的限制。變頻器是把固定電壓、固定頻率的交流電變換為可調(diào)電壓、可調(diào)頻率的交流電的變換器。變頻技術(shù)可分為交直交變頻技術(shù)和交交變頻技術(shù)，其中交直交變頻器由整流器（交流變直流、濾波系統(tǒng)和逆變器（直流變交流）三部分組成。交-交變頻電路由正、負(fù)兩組相控整流器組成。圖表16：交直交變頻器主電路工作原理資料來源：《電氣傳動中變頻器應(yīng)用技術(shù)研究》（許健，2020），PWM逆變?yōu)橹髁?，交交變頻效率較高。交直交變頻器一般采用不控制整流器整流、脈寬調(diào)制（PWM）PWM逆變可以減少輸出諧波，PWM逆變器使用IGBT和碳化硅器件后可提高開關(guān)頻率。交直交變頻控制簡單，所用晶閘管元件少，利用率高，且頻率調(diào)節(jié)范圍寬，適合應(yīng)用于要求精度高、調(diào)速性能較好、頻率調(diào)節(jié)范圍寬的場合。交-當(dāng)?shù)南辔豢刂?，使兩組整流器輪流導(dǎo)通，正、負(fù)組整流器分別流過負(fù)載中的正向和反向輸出電流。交交變頻技術(shù)只通過一次變流，省略了直流轉(zhuǎn)換的步驟，效率較高；但該技術(shù)調(diào)節(jié)頻率最大輸出頻率較低，適合于低速大容量的調(diào)速系統(tǒng)，如軋鋼、水泥、牽引等場景。圖表17：變頻技術(shù)可分為交直交變頻技術(shù)和交交變頻技術(shù)資料來源：《淺談變頻器及其采用的技術(shù)》（韓笑，2010），永磁or勵磁：交替并行發(fā)展，高性能永磁體提升電機(jī)功率和效率電機(jī)磁場的提供方式經(jīng)過低性能磁鐵—電磁體—高性能永磁體與電磁并行三個發(fā)展階段。永磁電機(jī)由永磁體提供電機(jī)的磁場，勵磁電機(jī)由勵磁線圈提供磁場。1821年法拉第制造的第一臺電機(jī)是由永磁體產(chǎn)生勵磁磁場的永磁電機(jī)。但其使用的永磁材料天然磁鐵礦石磁能密度低，制成電機(jī)體積龐大，不久被電勵磁電機(jī)所取代。電磁直流電機(jī)1834年由雅各比發(fā)明并在1880年普及，它的出現(xiàn)讓性能不佳的永磁電機(jī)發(fā)生歷史停頓，但同樣存在功率密度偏低的問題。20世紀(jì)30年代出現(xiàn)的鋁鎳鈷永磁（最大磁能積可達(dá)85kJ/m3）和50年代出現(xiàn)的鐵氧體永磁（最大磁能積可達(dá)40kJ/m3）大大提升了磁體磁性能，提升電機(jī)功率和效率。隨著釹鐵硼等材料性能的提高和價格的降低，永磁電機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。圖表18：電機(jī)磁場的提供方式經(jīng)過低性能磁鐵—電磁體—高性能永磁體與電磁并行三個發(fā)展階段資料來源：智研咨詢，深圳市海特力智能裝備公眾號，高性能永磁電機(jī)高效率大功率但成本較高，勵磁電機(jī)易于調(diào)節(jié)但效率較低。永磁電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、體積小、用銅量少質(zhì)量輕、損耗小、效率高等顯著特點，并且其形狀和尺寸可以靈活多樣，應(yīng)用范圍較為廣泛。高性能釹鐵硼永磁具有較高的磁性能指標(biāo)，高剩磁及高矯頑力，可提升電機(jī)的電能轉(zhuǎn)化效率。永磁同步電機(jī)能在低速情況下產(chǎn)生較大扭矩，功率系數(shù)高，在相同的功率和扭矩情況下重量和體積更小。但永磁體價格較為昂貴，根據(jù)中鎢在線數(shù)據(jù)，202383055N235元/千克；且高溫退磁、磁場不可調(diào)節(jié)等問題限制了永磁電機(jī)在特定場合中的應(yīng)用。勵磁電機(jī)更易于調(diào)節(jié)，功率因數(shù)可控性好，但勵磁損耗的存在一方面降低了電機(jī)效率，另一方面增大了溫升過高的風(fēng)險。圖表19：高性能永磁電機(jī)效率高功率大，勵磁電機(jī)制作成本低但效率較低資料來源：ittbank公眾號，稀土永磁高剩磁密度、高矯頑力提升電機(jī)效率與功率。永磁體根據(jù)材料不同主要可以分為鐵氧體永磁、鋁鎳鈷永磁、稀土永磁。根據(jù)一覽眾咨詢數(shù)據(jù)，鋁鎳鈷永磁的矯頑力偏低（36-160kA/m，鐵氧體永磁的剩磁密度不高（0.2-0.44T，限制了它們在電機(jī)中的應(yīng)用范圍。稀土永磁主要包括稀土鈷永磁和釹鐵硼永磁，具有高剩磁密度、高矯頑力、高磁能積和線性退磁曲線的優(yōu)異磁性能，體積更小效率更高，廣泛應(yīng)用于大型電站、礦山、石油、化工等行業(yè)所需的兆瓦級電機(jī)。未來永磁體可能向納米復(fù)合永磁體等超材料方向發(fā)展。圖表20：電機(jī)常用永磁材料抗腐蝕性能、最高工作溫度、加工性能、退磁曲線形狀、價格對比性能鋁鎳鈷鐵氧體稀土鈷釹鐵硼剩磁/T1.30.421.051.16矯頓力/(Ka/m)60200780850退磁曲線形狀彎曲上部直線、下部彎曲直線直線(高溫下彎曲)剩磁溫度系數(shù)/(%/K)-0.02-0.18-0.03-0.12抗腐蝕性能強(qiáng)強(qiáng)強(qiáng)易氧化充磁安裝后充磁充磁后安裝(也有安裝后充磁)充磁后安裝充磁后安裝最高工作溫度(°C)550200300150加工性能少量磨削、電火花加工特殊道具切片和少量磨加工少量電火花加工加工性能好價格中等低很高高應(yīng)用場合儀器儀表類等要求溫度穩(wěn)定性高的場合性能和體積要求不高，價格要求低的場合高性能、高溫、高溫度穩(wěn)定性，價格不是主要考慮因素的場合高性能、體積要求高，溫度不高的場合資料來源：一覽眾車公眾號，不同電磁勵磁方式具有不同機(jī)械特性，串勵過載能力較強(qiáng)。電磁直流電動機(jī)的勵磁方式主要有四種：1）串勵：內(nèi)部的勵磁繞組與轉(zhuǎn)子繞組之間通過電刷和換向器串聯(lián)；2）并勵：內(nèi)部的勵磁繞組和轉(zhuǎn)子繞組之間并聯(lián)；3）他勵：內(nèi)部的勵磁繞組接到獨立的勵磁供電，勵磁電流較為恒定；4）復(fù)勵：定子磁極上除有并勵繞組外，還裝有與轉(zhuǎn)子繞組串聯(lián)的串勵繞組。并勵和復(fù)勵電動機(jī)的機(jī)械特性較硬，而串勵電動機(jī)具有軟機(jī)械特性，輕載時轉(zhuǎn)速增高，重載時轉(zhuǎn)速降低，有較大的過載能力，有利于生產(chǎn)率的提高。串勵電機(jī)沒有理想空載轉(zhuǎn)速，不能用于再生制動。但通過將串勵電動機(jī)的勵磁電路改接成并勵或復(fù)勵接法，可以獲得較理想的空載轉(zhuǎn)速機(jī)械特性，但勵磁電路損耗也會增大。圖表21：直流電機(jī)勵磁方式分為他勵、并勵、串勵、復(fù)勵，主要區(qū)別為勵磁繞組和電樞繞組供電方式的關(guān)系資料來源：萬泰電機(jī)官網(wǎng)，新興混合勵磁電機(jī)結(jié)合永磁與電勵磁優(yōu)勢，寬調(diào)速應(yīng)用場合前景廣闊。美國科學(xué)家最早在1985年提出混合勵磁概念，混合勵磁電機(jī)是永磁電機(jī)和電勵磁電機(jī)的有機(jī)結(jié)合，通過改變永磁電機(jī)的局部結(jié)構(gòu)，放入電勵磁繞組，從而能夠靈活地調(diào)節(jié)氣隙磁場?；旌蟿畲烹姍C(jī)既有永磁電機(jī)功率密度高的優(yōu)點，又可實現(xiàn)調(diào)節(jié)電機(jī)內(nèi)磁場的目的，解決永磁電機(jī)調(diào)磁困難，恒功率調(diào)速范圍窄的問題。但目前混合勵磁電機(jī)仍然處于研究和發(fā)展階段，電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜，制造工藝過程復(fù)雜，由于電機(jī)結(jié)構(gòu)和勵磁方式的多樣性，使得混合勵磁電機(jī)的數(shù)學(xué)模型復(fù)雜多樣，電機(jī)的控制過程中，可控變量增加，數(shù)學(xué)模型更加復(fù)雜，為使電機(jī)的控制更加靈活，同時控制算法也變得更復(fù)雜。圖表22：永磁體與勵磁繞組均位于轉(zhuǎn)子的合勵磁電機(jī) 圖表23：永磁體位于轉(zhuǎn)子，勵磁繞組位于子的混合勵磁電機(jī) 資料來源：驅(qū)動視界公眾號， 資料來源：驅(qū)動視界公眾號，同步or異步：同步電機(jī)節(jié)能高效高功率，異步電機(jī)具有成本優(yōu)勢異步電機(jī)與同步電機(jī)區(qū)別在于轉(zhuǎn)子是否產(chǎn)生磁場、速度與定子旋轉(zhuǎn)磁場速度是否一致。同步電機(jī)和異步電機(jī)最大的區(qū)別在于它們的轉(zhuǎn)子速度與定子旋轉(zhuǎn)磁場是否一致，電機(jī)的轉(zhuǎn)子速度與定子旋轉(zhuǎn)磁場相同稱為同步電機(jī)，反之則稱為異步電機(jī)。同步電機(jī)和異步電機(jī)的定子側(cè)結(jié)構(gòu)完全相同，都包含有定子鐵心和定子三相對稱繞組，區(qū)別為轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)不同。異步電機(jī)(感應(yīng)電機(jī))轉(zhuǎn)子中并不直接產(chǎn)生磁場，其通過定子的旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子閉合導(dǎo)體中激發(fā)感應(yīng)電流，進(jìn)而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，其中只有轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速小于同步速(小于同步速的差值是轉(zhuǎn)差率)才能提供轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流；同步電機(jī)轉(zhuǎn)子本身產(chǎn)生固定方向的磁場(用永磁鐵或電勵磁產(chǎn)生)，定子旋轉(zhuǎn)磁場“拖著”轉(zhuǎn)子磁場(轉(zhuǎn)子)轉(zhuǎn)動，因此轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速等于同步速。圖表24：異步電機(jī)與同步電機(jī)區(qū)別在于轉(zhuǎn)子是否產(chǎn)生磁場、速度與定子旋轉(zhuǎn)磁場速度是否一致資料來源：中升奔馳遠(yuǎn)程診斷中心公眾號，同步電機(jī)運行速度與負(fù)載無關(guān)精度更高，異步電機(jī)成本較低應(yīng)用廣泛。同步電機(jī)以同步速度運行，與負(fù)載無關(guān)，rpm(轉(zhuǎn)速)＝120f(電源頻率)/p(極對數(shù))；異步電機(jī)的速度取決于它的負(fù)載，隨負(fù)載增加而降低，且總是小于同步速度。rpm=120f/p-s，s代表滑差。同步電機(jī)的精度高、效率高，但造工復(fù)雜、造價高、維修相對困難。異步電機(jī)雖然反應(yīng)慢，但易于安裝、使用，同時價格便宜。因此同步電機(jī)用于功率因數(shù)校正，恒速負(fù)載服務(wù)，傳輸線的電壓調(diào)節(jié)，精密伺服機(jī)構(gòu)等，也用于驅(qū)動大型機(jī)械如軋鋼機(jī)、壓縮機(jī)、球磨機(jī)等。異步電動機(jī)其容量從幾十瓦到千瓦不等，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)等行業(yè)驅(qū)動機(jī)械負(fù)載，比如工業(yè)傳動中的中小型軋鋼設(shè)備、金屬切削機(jī)床、傳送帶，混合機(jī)，礦井提升機(jī)和通風(fēng)機(jī)。圖表25：同步電機(jī)功率密度與效率更高，異步電機(jī)成本低應(yīng)用廣泛永磁同步電機(jī)交流異步電機(jī)過載能力弱強(qiáng)峰值效率95%-97%94%-95%10%負(fù)荷時效率90-92%79%-85%成本較高較低功率密度較高較低轉(zhuǎn)速范圍4000-1000012000-20000電動機(jī)重量和體積較小較大滑差01%～6%節(jié)能效果部分負(fù)載能耗分析

三級能效的異步交流YX3電機(jī)比傳統(tǒng)的普通Y2電機(jī)具有更高的效率和功率因數(shù)，而永磁同步電機(jī)比三級能效的YX3電機(jī)的效率和功率因數(shù)還要高，因此節(jié)能效果更好。Y280%20%～120%負(fù)載之間基本保持較高的效率和功率因數(shù)、在部Y250%。機(jī)床、中小型軋鋼設(shè)備、風(fēng)機(jī)、水泵、輕工機(jī)械、冶金和礦山機(jī)械等采新能源汽車、大型機(jī)械如軋鋼機(jī)、壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、球磨機(jī)等的驅(qū)動電應(yīng)用機(jī)、電網(wǎng)的調(diào)相機(jī)調(diào)節(jié)電網(wǎng)無功功率

用三相異步電動機(jī)；電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)器等家用電器廣泛使用單相異步電動機(jī)。圖示圖示資料來源：物業(yè)工程社區(qū)，磁易購資訊，中升奔馳遠(yuǎn)程診斷中心公眾號，RIO電驅(qū)動公眾號，電器商城公眾號，同步電機(jī)中永磁、磁阻和磁滯電機(jī)分別應(yīng)用永磁轉(zhuǎn)矩、磁阻轉(zhuǎn)矩和磁滯轉(zhuǎn)矩驅(qū)動電機(jī)。同步電機(jī)可分為永磁、磁阻、磁滯電機(jī)，其中磁阻電機(jī)、磁滯電機(jī)運行原理與永磁電機(jī)等傳統(tǒng)的交直流電動機(jī)有根本區(qū)別。磁阻同步電機(jī)遵循磁通總是沿著磁阻最小路徑閉合的原理，通過轉(zhuǎn)子在不同位置引起的磁阻變化產(chǎn)生磁拉力（即磁阻轉(zhuǎn)矩）驅(qū)動電動機(jī)旋轉(zhuǎn)。磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子由鋼片（鐵磁性材料以及非鐵磁性材料交替組成）沖壓疊制而成，呈凸極形狀，沒有繞組或永磁材料，成本與異步機(jī)相當(dāng)，但具有高效率高可靠性、節(jié)能、調(diào)速范圍廣等多Model3IPM-SynRM電機(jī)是同步磁阻電機(jī)。磁滯電動機(jī)是利用磁滯材料所制成轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的磁滯轉(zhuǎn)矩起動和運行的小功率同步電動機(jī)，運行安靜操作可靠。圖表26：磁阻電機(jī)遵循磁通總是沿著磁阻最小路徑閉合的原理形成磁阻轉(zhuǎn)矩，性能較好且成本較低資料來源：科匯股份公眾號，圖表27：多家公司布局同步磁阻電機(jī)產(chǎn)品公司名字 磁阻電機(jī)產(chǎn)品描述臥龍電驅(qū) 有同步磁阻電機(jī)產(chǎn)品。新時達(dá) 持續(xù)研發(fā)，攻克噪聲抑制、超高速控制、超高效電機(jī)控制、同步磁阻電機(jī)控制等系列難題孚日股份 已經(jīng)成功開發(fā)IE5超高效同步磁阻電動機(jī)，并已開始推向船用電機(jī)市場。佳電股份 公司與上海電科所聯(lián)合開發(fā)的同步磁阻電機(jī)，正在樣機(jī)試制階段。偉創(chuàng)電氣 永磁同步電機(jī)和同步磁阻電機(jī)驅(qū)動器等產(chǎn)品都已在海外市場得到推廣及應(yīng)用科匯股份 同步磁阻電機(jī)功率范圍為5.5-132kW資料來源：各公司公告，圖表28：磁滯電機(jī)利用磁滯材料所制成轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的磁滯轉(zhuǎn)矩起動和運行，目前應(yīng)用場景較少資料來源：ElectricalAcademia官網(wǎng)，《FastTorqueComputationofHysteresisMotorsandClutchesUsingMagneto-staticFiniteElementSimulation》（G.Gallicchio，2019）單相or三相：三相電機(jī)穩(wěn)定高效，單相電機(jī)需使用電容器/罩極啟動三相電機(jī)和單相電機(jī)區(qū)別在于所供交流電的相位。三相電機(jī)需要三相交流電源，而單相電機(jī)則只需要單相交流電源。1889年，世界上第一臺三相鼠籠式感應(yīng)電動機(jī)誕生；同年特斯拉設(shè)計帶輔助相的單相感應(yīng)電動機(jī)，解決了單相感應(yīng)電動機(jī)的啟動問題。運行原理方面，三相電機(jī)沒有電容器，采用三相交流電源。定子繞組通入相位差為120°的三相交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)磁場中受到電磁力旋轉(zhuǎn)。目前主流單相電機(jī)需要電容器，擁有相位相差90?的主副線圈，通過電容器移相使得正弦交流電相位一前一后給主副線圈供電，使線圈產(chǎn)生一前一后的磁場力發(fā)生旋轉(zhuǎn)。圖表29：三相電機(jī)采用相位差120度三相交流電源推轉(zhuǎn)子 圖表30：主流單相電機(jī)有主副兩個線圈，相垂直推動旋轉(zhuǎn)資料來源：電氣時代公眾號， 資料來源：電氣時代公眾號，單相電機(jī)使用方便應(yīng)用偏生活化，三相電機(jī)穩(wěn)定高效工業(yè)場景應(yīng)用居多。單相電機(jī)需要啟動電容，啟動電流大，三相電機(jī)直接啟動，啟動電流小。三相電機(jī)更具有耐用性、可靠性和穩(wěn)定性，因此能夠帶來高功率和高速度的表現(xiàn)，一般被用于大型工業(yè)設(shè)備中，例如機(jī)床、中小型軋鋼設(shè)備、風(fēng)機(jī)、水泵、輕工機(jī)械、冶金和礦山機(jī)械等。單相電動機(jī)只需要單相交流電，具有使用方便、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、噪聲小、安裝方便、對無線電系統(tǒng)干擾小等優(yōu)點，但是功率和速度受限，適用場景相對狹窄，常用在功率不大的電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)器等家用電器和小型動力機(jī)械中。圖表31：單相電機(jī)使用方便應(yīng)用偏生活化，三相電機(jī)穩(wěn)定高效工業(yè)場景應(yīng)用居多三相電機(jī)三相電機(jī)機(jī)械制造領(lǐng)域：三相電機(jī)的高轉(zhuǎn)矩和高效率帶來了很好的驅(qū)動源，在機(jī)床、鋼鐵、礦山等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。消防與物流領(lǐng)域：三相電機(jī)適用于驅(qū)動一些重型設(shè)備，例如：水泵、風(fēng)扇、壓縮機(jī)等。環(huán)保與節(jié)能領(lǐng)域：三相電機(jī)在新能源設(shè)備、電動汽車、太陽能光伏等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。單相電機(jī)家用電器領(lǐng)域：單相電機(jī)在制冷、空調(diào)、洗衣機(jī)、照明等小型家電領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。商業(yè)辦公領(lǐng)域：單相電機(jī)在音響設(shè)備、打印機(jī)、掃描儀等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用?？蒲信c教育領(lǐng)域：單相電機(jī)在實驗室、教學(xué)、科研環(huán)境中得到廣泛應(yīng)用，例如：攪拌器、真空泵、離心機(jī)等。電機(jī)類型 應(yīng)用領(lǐng)域 圖示資料來源：德力西電氣e電工公眾號，目前使用電容器或罩極法兩種路線解決單相電機(jī)啟動問題。直流電機(jī)和三相電機(jī)加電后可以自行啟動，并不需要專門的啟動策略和裝置。單相電機(jī)啟動難度較大，因此直到1889年特斯拉發(fā)明單相電動機(jī)的起動方法后才被生產(chǎn)出來。單相正弦電流通過定子繞組時，電機(jī)會產(chǎn)生交變磁場，該磁場的強(qiáng)弱和方向隨時間作正弦規(guī)律變化，但在空間方位上是固定的，可分解為兩個以相同轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)方向互為相反的旋轉(zhuǎn)磁場，當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時，這兩個旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生兩個大小相等、方向相反的轉(zhuǎn)矩，使得合成轉(zhuǎn)矩為零，所以電機(jī)無法旋轉(zhuǎn)。目前主要使用安裝電容器的方法或者罩極法使電機(jī)啟動并持續(xù)旋轉(zhuǎn)。圖表32：裝配電容器單相電機(jī)的運行原理資料來源：電氣時代公眾號，圖表33：使用罩極法單相電機(jī)的運行原理資料來源：東莞市奇為電機(jī)科技有限公司公眾號，多相電機(jī)可使用低功率等級器件進(jìn)一步實現(xiàn)低壓大功率調(diào)速。在冶金軋鋼、礦井提升、機(jī)車牽引、船舶推進(jìn)等應(yīng)用場合，對于調(diào)速傳動功率的需求不斷增大，通常采用的手段是提高電壓、增大電流。然而，受到功率開關(guān)器件耐壓及耐流值的限制，一般需要采用多電平技術(shù)或者開關(guān)器件串、并聯(lián)技術(shù)來實現(xiàn)大功率的三相變頻調(diào)速。實現(xiàn)大功率傳動的另外一種解決思路是增加電機(jī)的相數(shù)，降低對逆變器每相容量的要求。由于電力電子變頻器的廣泛應(yīng)用，電機(jī)驅(qū)動完全可以不受三相供電系統(tǒng)限制，采用多相（相數(shù)多于三相）逆變器供電同樣可以實現(xiàn)大功率交流傳動。多相電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)可以使用低功率等級器件實現(xiàn)低壓大功率調(diào)速，減小電機(jī)的轉(zhuǎn)動波動，此外多相電機(jī)的控制資源更多，控制靈活度更高。圖表34：六相雙Y移30°繞組空間分布圖 圖表35：六相電機(jī)可實現(xiàn)低電壓大功率，同負(fù)載轉(zhuǎn)矩六相電流小資料來源：電氣時代公眾號， 資料來源：電氣時代公眾號，步進(jìn)or伺服：伺服閉環(huán)相較步進(jìn)開環(huán)控制精度較高，經(jīng)濟(jì)性較低伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)主要結(jié)構(gòu)差別在于有無編碼器。伺服電機(jī)是工業(yè)自動化行業(yè)中應(yīng)用最廣的電機(jī)。伺服來自英文servo，指系統(tǒng)跟隨外部指令進(jìn)行人們所期望的運動，實現(xiàn)對位置、速度、加速度和力矩的精準(zhǔn)控制。伺服電機(jī)需要伺服驅(qū)動器及編碼器，驅(qū)動器根據(jù)編碼器反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，驅(qū)動伺服電機(jī)調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度，達(dá)到伺服控制的目的。步進(jìn)電機(jī)源于自英語單詞“te（轉(zhuǎn)子軸）并不連續(xù)旋轉(zhuǎn)，而是以一定的旋轉(zhuǎn)角度間歇旋轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)根據(jù)脈沖信號，收到一次脈沖旋轉(zhuǎn)對應(yīng)的一個步距角，并可調(diào)整脈沖頻率(一秒鐘發(fā)送的脈沖個數(shù))，精確地控制軸的旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)速度。但步進(jìn)電機(jī)不需要編碼器進(jìn)行反饋，屬于開環(huán)控制。圖表36：步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖 圖表37：伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)圖 資料來源：鳴志電器官網(wǎng)， 資料來源：鳴志電器官網(wǎng)，步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)都可作為控制系統(tǒng)使用。伺服電機(jī)是閉環(huán)控制，通過控制脈沖時間長短控制轉(zhuǎn)動角度。步進(jìn)電機(jī)則屬于開環(huán)控制，通過控制脈沖個數(shù)以實現(xiàn)控制轉(zhuǎn)動角度的目的，一個脈沖對應(yīng)一個步距角。伺服電機(jī)在接收一個脈沖過程中,將旋轉(zhuǎn)一個脈沖對應(yīng)角度,以此達(dá)到實現(xiàn)位移的效果。伺服電機(jī)通過編碼器（旋轉(zhuǎn)檢測器）檢測出旋轉(zhuǎn)位置，并將編碼器檢測到的信息反饋給控制器來控制位置。因此能夠?qū)崿F(xiàn)高精度停止，即使是在旋轉(zhuǎn)過程中停止，如果位置有偏差也能返回原來的位置。步進(jìn)電機(jī)是把電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的一種開環(huán)控制元件，其旋轉(zhuǎn)角度與脈沖數(shù)成正比，驅(qū)動器通過從控制器接收脈沖信號來控制位置。因此步進(jìn)電機(jī)不需要檢測位置的機(jī)構(gòu)，也無法識別位置偏差，可能會因意外的負(fù)載波動等原因而發(fā)生失步（指示的旋轉(zhuǎn)角度與電機(jī)旋轉(zhuǎn)不同步的狀態(tài)。圖表38：伺服電機(jī)閉環(huán)控制，將編碼器檢所得信息反饋給控制器來控制位置，步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制無反饋過程資料來源：艾斯湃納官網(wǎng)，步進(jìn)伺服電機(jī)伴隨自動化需求及工業(yè)機(jī)器人進(jìn)步快速發(fā)展。伺服電機(jī)技術(shù)隨著工業(yè)機(jī)器人2050年代起重視工廠的自動化，并開始了以皮帶輸送機(jī)、自動化裝置、工業(yè)機(jī)器人等為代表的自動化進(jìn)程。初期自動化裝置和工業(yè)機(jī)器人的執(zhí)行器使用液壓和氣壓定位，存在精度、使用穩(wěn)定性、漏油漏氣等問題。2060年代后直流伺服電機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展開始用于工業(yè)機(jī)器人，以替代液壓和氣壓機(jī)構(gòu)。2080年代交流伺服電機(jī)出現(xiàn)，順應(yīng)機(jī)器人更小更輕的趨勢，如今交流伺服電機(jī)因其較高的實用性幾乎應(yīng)用在所有工業(yè)領(lǐng)域的設(shè)備類產(chǎn)品上。步進(jìn)電機(jī)同樣隨著數(shù)字電路發(fā)展在1977年步進(jìn)電機(jī)相較伺服電機(jī)可靠性與控制精度較低，經(jīng)濟(jì)性較高。步進(jìn)電機(jī)精度略低，可靠性較低；低速存在共振區(qū)，運行噪音較高；無過載能力，易失步；能量轉(zhuǎn)化效率低，自身損耗及發(fā)熱較高；動態(tài)響應(yīng)慢，加減速低；但其調(diào)試較為簡單，成本更低。伺服電機(jī)具有響應(yīng)速度快、定位控制精度高、加減速度快、速度不受負(fù)載影響等優(yōu)點，且轉(zhuǎn)速范圍寬、高速性能好、低速運行平穩(wěn)，同時抗過載能力強(qiáng)，適用于對有瞬間負(fù)載波動和要求快速起動的場合。但伺服電機(jī)需使用昂貴的旋轉(zhuǎn)編碼器和伺服驅(qū)動器，成本比步進(jìn)電機(jī)更高。因此，伺服電機(jī)更適用于要求高效率、高速高響應(yīng)、高可靠性的場合，如工業(yè)機(jī)器人和精密機(jī)械的控制；步進(jìn)電機(jī)用于要求不高、成本敏感的場合，如復(fù)印機(jī)、光盤驅(qū)動器等。圖表39：步進(jìn)電機(jī)相較伺服電機(jī)可靠性與控制精度較低，經(jīng)濟(jì)性較高伺服電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)伺服電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)控制方式 控制沖間長控轉(zhuǎn)角的 通過控制脈沖的個數(shù)控制動角度，一個脈沖對應(yīng)一個步距角，可通過制沖率行速控制系統(tǒng) 閉環(huán)統(tǒng)便自化制 開環(huán)統(tǒng)動不控工作流程 伺服電機(jī)為一個供電電源開關(guān)(繼電器開關(guān)或繼電器板卡)，一個驅(qū)步進(jìn)電機(jī)是一個脈沖發(fā)生器，一個步進(jìn)電機(jī)，一個驅(qū)動器(驅(qū)動器設(shè)定動器、一個伺服電機(jī)。

步距角角度，如設(shè)定步距角為0.45°，這時給一個脈沖，電機(jī)走0.45°)。低頻特性 交流服機(jī)轉(zhuǎn)常穩(wěn)即低速也會現(xiàn)動象。步進(jìn)機(jī)低時出低振象。矩頻特性 交流伺服電機(jī)為恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速(一般為2000或

300~600r/min。過載能力 交流服機(jī)有強(qiáng)過能。 步進(jìn)機(jī)般具過能。速度響應(yīng)性能交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，以松下MSMA400W交流伺服電步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速(一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn))需要機(jī)為例，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速3000r/min。僅需幾ms，可用200~400ms。于要求快速啟停的控制場合。價格 價格高 價格廉應(yīng)用場景 自動販賣機(jī)、售票機(jī)、復(fù)印機(jī)、機(jī)器人、光盤驅(qū)動器（Blu-工業(yè)機(jī)器人的關(guān)節(jié)、人形類人）器人的關(guān)節(jié)、機(jī)械的控制置、電ray/DVD等）、激光打印機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、空調(diào)導(dǎo)風(fēng)板資料來源：工業(yè)機(jī)器人公眾號，

動車輛等的自動門、液晶和半導(dǎo)體的檢查裝置等的X-Y工作臺、沖壓和輥式給料機(jī)、機(jī)床和檢查裝置的旋轉(zhuǎn)工作臺伺服電機(jī)中交流逐漸替代直流，永磁同步交流伺服為主流之選。伺服技術(shù)持續(xù)由直流伺服系統(tǒng)轉(zhuǎn)向交流伺服系統(tǒng)。目前國際市場幾乎所有的新產(chǎn)品都是交流伺服系統(tǒng)。在交流伺服系統(tǒng)中，電機(jī)的類型有永磁同步交流伺服電機(jī)（M）和感應(yīng)異步交流伺服電機(jī)（其中永磁同步電機(jī)具備優(yōu)良的低速性能，可以實現(xiàn)弱磁高速控制，調(diào)速范圍寬廣，動態(tài)特性和效率都很高，已經(jīng)成為伺服系統(tǒng)的主流之選。而異步伺服電機(jī)雖然結(jié)構(gòu)堅固、制造簡單、價格低廉，但是在特性上和效率上存在差距，只在低成本或大功率場合得到重視。例30kW1FK、1FT系列，而功率在30kW1PH異步電機(jī)。圖表40：西門子1FK系列永磁同步伺服電機(jī)訂貨最大功率7.5kW 圖表41：西門子1PH系列交流異步伺服電機(jī)最大功率45kW資料來源：西門子官網(wǎng)， 資料來源：西門子官網(wǎng)，永磁同步電機(jī)伺服控制原理較交流異步電機(jī)更加簡單。伺服驅(qū)動器通過采用磁場定向的控制原理和坐標(biāo)變換實現(xiàn)矢量控制，同時結(jié)合正弦波脈寬調(diào)制控制模式對電機(jī)進(jìn)行控制。永磁同步電動機(jī)的矢量控制一般通過檢測或估計電機(jī)轉(zhuǎn)子磁通的位置及幅值來控制定子電流或電壓，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩便只和磁通、電流有關(guān)，與直流電機(jī)的控制方法相似，可得到很高的控制性能。對于永磁同步電機(jī)，轉(zhuǎn)子磁通位置與轉(zhuǎn)子機(jī)械位置相同，通過檢測轉(zhuǎn)子的實際位置就可得知電機(jī)轉(zhuǎn)子的磁通位置；而對于異步電機(jī)而言，編碼器采集的轉(zhuǎn)子機(jī)械速度或位置信號并不是旋轉(zhuǎn)磁場速度，不能代表磁通位置，因此無法直接進(jìn)行磁場定向完成閉環(huán)控制，需要考慮轉(zhuǎn)差。因此永磁同步電機(jī)的矢量控制比起異步電機(jī)的矢量控制有所簡化。圖表42：伺服電機(jī)閉環(huán)控制，將編碼器檢所得信息反饋給控制器來控制位置，步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制無反饋過程資料來源：《交流異步電機(jī)伺服系統(tǒng)設(shè)計與研究》（王秀蓮等，2012），萬泰電機(jī)公眾號，旋轉(zhuǎn)or直線：直線電機(jī)可視為旋轉(zhuǎn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)變形，高速響應(yīng)高精度直線電機(jī)可認(rèn)為是旋轉(zhuǎn)電機(jī)徑向剖開后的變形，結(jié)構(gòu)及運行原理與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相似。電機(jī)誕生以來一直以旋轉(zhuǎn)電機(jī)形式存在，本篇報告此前部分都基于旋轉(zhuǎn)電機(jī)進(jìn)行分類。直線電機(jī)是近年來快速發(fā)展的一種新型電機(jī)，直線電機(jī)運動形式是沿直線運動,不同于旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動直線運動時需要螺紋傳動裝置。直線電機(jī)主要由定子（初級、動子（次級、滑動導(dǎo)軌、位置測量系統(tǒng)和工作臺組成。直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)可以看作是將一臺旋轉(zhuǎn)電機(jī)沿徑向剖開，并將電機(jī)的圓周展開成直線而形成的。其中定子相當(dāng)于直線電機(jī)的初級，轉(zhuǎn)子相當(dāng)于直線電機(jī)的次級，當(dāng)初級通入電流后，在初級和次級之間的氣隙中產(chǎn)生行波磁場，在行波磁場與次級永磁體的作用下產(chǎn)生驅(qū)動力，從而實現(xiàn)運動部件的直線運動。圖表43：直線電機(jī)可認(rèn)為是旋轉(zhuǎn)電機(jī)徑向剖開后的變形，結(jié)構(gòu)及運行原理與感應(yīng)電機(jī)相似資料來源：《直線電機(jī)原理及其在精密工作臺中的應(yīng)用》（張乾等，2017），直線電機(jī)在線性運動中無需傳動環(huán)節(jié)，可以達(dá)到高響應(yīng)速度和高精度。旋轉(zhuǎn)電機(jī)在實際運用到線性運動中時，需要一系列中間傳動環(huán)節(jié)，如聯(lián)軸節(jié)、絲杠等，這些部件在啟動、加減速、反轉(zhuǎn)、停車等動作時產(chǎn)生彈性變形、摩擦、反向間隙等，造成運動的滯后和非線性誤差，產(chǎn)生電能消耗。此外，這些中間環(huán)節(jié)也加大了系統(tǒng)的慣性質(zhì)量，影響了對運動指令的快速響應(yīng)。直線電機(jī)取消了從電機(jī)到工作臺之間的一切中間傳動環(huán)節(jié)，在做線性運動時無需將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為線性運動附加裝置，簡化了電機(jī)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)“直接傳動”，也就是“零傳動”，排除中間環(huán)節(jié)造成的各樣誤差，減少了電能損耗，因此直線電機(jī)在性能上有原旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動方式無法達(dá)到的高精度、高速度、高加速度等性能指標(biāo)和優(yōu)點。圖表44：直線電機(jī)具有高響應(yīng)速度、高精度、加減速快等優(yōu)勢資料來源：電機(jī)新視界公眾號，直線電機(jī)主要應(yīng)用于高精度高端場景。直線電機(jī)憑借本身高精度、高速度、高加速度等方面的性能優(yōu)勢，主要應(yīng)用于高精度或節(jié)拍要求較高的場景，高速磁懸浮列車是直線電機(jī)實際應(yīng)用中最典型的例子。選擇發(fā)展直線電機(jī)的設(shè)備企業(yè)都采用揚長避短的手法，一是將直線電機(jī)應(yīng)用在面向大批量生產(chǎn)、定位運動多、方向頻繁轉(zhuǎn)變的場合，如汽車零部件加工機(jī)床，快速原型機(jī)及半導(dǎo)體生產(chǎn)機(jī)等；二是用于荷載低、工藝范圍大的場合，例如電加工機(jī)床、等離子切割機(jī)、水切割機(jī)等。從應(yīng)用行業(yè)角度來看，直線電機(jī)在3C、半導(dǎo)體、鋰電池、激光加工機(jī)床等領(lǐng)域應(yīng)用較多，醫(yī)療（生命科學(xué)、醫(yī)療設(shè)備等、航空（飛行控制系統(tǒng)、飛行員反饋系統(tǒng)等）等領(lǐng)域也可看到直線電機(jī)的應(yīng)用。圖表45：短初級直線感應(yīng)電機(jī)在城市軌道通車輛的應(yīng)用 圖表46：直線電機(jī)用于激光微加工平臺 資料來源：《直線電機(jī)在軌道交通中的應(yīng)用與關(guān)鍵技術(shù)綜述》（呂剛，2020），

資料來源：新日升傳動公司公眾號，圖表47：多家公司布局直線電機(jī)業(yè)務(wù)廠商 直線電機(jī)業(yè)務(wù)Akribis雅科貝思 AWM系列、AXD-ERA系列直線電機(jī)等。公司于2005年引進(jìn)優(yōu)秀海外團(tuán)隊組建而成，參與《永磁式直線電動機(jī)通用技術(shù)條件》GB/T34115-2017

國家標(biāo)準(zhǔn)起草與制定，是大族激光的核心業(yè)務(wù)板塊之一。產(chǎn)品有外部驅(qū)動式直線步進(jìn)電機(jī)（包含螺紋絲桿和滾珠絲桿），貫穿軸式直線步進(jìn)電機(jī)，推桿式直線步進(jìn)電機(jī)，永磁式直線步進(jìn)電機(jī)。最大推力可達(dá)1100N，標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)程從0.6到25.4mm，最高速度可達(dá)254mm/s。德康威爾 DA-A60系列直線電機(jī)、DA-A82系列直線電機(jī)等。智贏制造 公司以直線電機(jī)、直線電機(jī)模組、DD馬達(dá)(力矩電機(jī))、精密平臺、工業(yè)機(jī)器人為主導(dǎo)產(chǎn)品泰科貝爾 LMU無鐵芯直線電機(jī)系列、LMT有鐵芯直線電機(jī)系列。資料來源：電機(jī)新視界公眾號，典例：人形機(jī)器人/礦山機(jī)械/數(shù)控機(jī)床中多種電機(jī)“各司其職”人形機(jī)器人：無框力矩電機(jī)用于旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，空心杯電機(jī)為靈巧手核心部件人形機(jī)器人執(zhí)行器中主要使用無框力矩電機(jī)和空心杯電機(jī)。旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器、線性執(zhí)行器、靈巧手共同構(gòu)建人形機(jī)器人全身關(guān)節(jié)，目前人形機(jī)器人驅(qū)動主流方案都需電機(jī)完成電氣傳動。相比液壓驅(qū)動方案，電氣傳動方案可靠性和精度高、安靜、高效、成本低。人形機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)緊湊、關(guān)節(jié)扭矩大的特點，因此目前身體關(guān)節(jié)選用無框力矩電機(jī)，無框力矩電機(jī)一般為直流或交流的永磁電機(jī)；而手部電機(jī)要求體積小、精度高，主流應(yīng)用為空心杯電機(jī)。圖表48：特斯拉Optimus旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器中用無框電機(jī) 圖表49：特斯拉Optimus的手部模組 資料來源：TeslaAIDay2022， 資料來源：TeslaAIDay2022，無框電機(jī)因其效率高、體積小、單位體積扭矩高適合用在旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)中。無框電機(jī)多采用大尺寸中空直徑和低重量高功率密度的設(shè)計，只有轉(zhuǎn)子和定子兩個部件，企業(yè)可以由此設(shè)計出自重輕，中空走線的關(guān)節(jié)。轉(zhuǎn)子通常是內(nèi)部部件，由帶永磁體的旋轉(zhuǎn)鋼圓環(huán)組件構(gòu)成，直接安裝在機(jī)器軸上。定子是外部部件，齒輪外部環(huán)繞鋼片和銅繞組，以產(chǎn)生緊密攀附在機(jī)器殼體內(nèi)的電磁力。從性能特點來看：無框電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、機(jī)械效率較高；高精度、高動態(tài)響應(yīng)、小型化、大負(fù)載；轉(zhuǎn)子不動時，也可以提供穩(wěn)定扭矩。因此無框力矩電機(jī)被運用于需要小空間內(nèi)高力矩輸出的機(jī)器人關(guān)節(jié)內(nèi)部。但無框電機(jī)運行時加熱嚴(yán)重，需要散熱，對機(jī)器人散熱系統(tǒng)提出考驗。圖表50：無框電機(jī)多采用大尺寸中空設(shè)計 圖表51：Maxon無框電機(jī)套件外徑僅為43至90mm，極其緊湊資料來源：科爾摩根官網(wǎng)， 資料來源：Maxon官網(wǎng)，國內(nèi)企業(yè)無框電機(jī)已達(dá)到國際水平，單個價值量在千元左右。無框力矩電機(jī)相較于標(biāo)準(zhǔn)伺服電機(jī)技術(shù)難度更高，因為無框力矩電機(jī)屬于低壓電機(jī)，但其要求輸出的功率較大，同時又要求體積較小，便于安裝和節(jié)約空間。無框力矩電機(jī)主要應(yīng)用在協(xié)作機(jī)器人領(lǐng)域，對整體安裝、固定的工藝及設(shè)計具有較高的要求。國外參與企業(yè)主要是科爾摩根、Moog、MaxonMotor等，國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)主要是步科股份和昊志機(jī)電。目前步科股份的第三代無框力矩電機(jī)產(chǎn)品已可以對標(biāo)國際領(lǐng)先產(chǎn)品并具備一定優(yōu)勢。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院測算，無框電機(jī)在1.5萬元的單個協(xié)作機(jī)器人關(guān)節(jié)中成本占比約為7%，價值量約為千元。圖表52：步科股份第三代無框電機(jī)可對標(biāo)國際領(lǐng)先產(chǎn)品公司步科股份科爾摩根型號FMC085TBM2G-08513額定扭矩（N·m）1.81.65額定轉(zhuǎn)速（rpm）30005300定子外徑（mm）8585定子內(nèi)徑（mm）5842.5資料來源：《人形機(jī)器人迭代下供應(yīng)鏈的新機(jī)遇》（華泰機(jī)械，2023年6月20日），圖表53：無框電機(jī)市場主要參與者 圖表54：單個1.5萬元協(xié)作機(jī)器人關(guān)節(jié)中框電機(jī)價值量約為千元8.0%

電機(jī)7.0% 傳感器.剎車科爾摩根MoogMaxon步科股份昊志機(jī)電簡介公司1949科爾摩根MoogMaxon步科股份昊志機(jī)電簡介公司1951年公司前身穆格閥門成立。與1961年成立，Maxon公式是全球領(lǐng)先的高精度驅(qū)動系統(tǒng)供應(yīng)商。2022年，步科股份基于更多用戶痛點推出了第三代無框力矩電機(jī)FMC系列公司有無框力矩電機(jī)和諧波減速器產(chǎn)品。

減速器19.0%控制器57.0%資料來源：《人形機(jī)器人迭代下供應(yīng)鏈的新機(jī)遇》（華泰機(jī)械，2023620日），

資料來源：《人形機(jī)器人迭代下供應(yīng)鏈的新機(jī)遇》（華泰機(jī)械，2023年6月20日），空心杯電機(jī)屬于直流永磁伺服電機(jī)，體積小響應(yīng)快，是靈巧手的核心部件。空心杯電動機(jī)在結(jié)構(gòu)上突破了傳統(tǒng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式，采用的是無鐵芯轉(zhuǎn)子，也叫空心杯型轉(zhuǎn)子。這種新穎的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)徹底消除了由于鐵芯形成渦流而造成的電能損耗。同時其重量、體積和轉(zhuǎn)動慣量大幅降低，從而減少了轉(zhuǎn)子自身的機(jī)械能損耗。由于轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)變化而使電機(jī)的運轉(zhuǎn)特性得到了較大改善，不但具有突出的節(jié)能特點，更為重要的是具備了鐵芯電機(jī)所無法達(dá)到的控制和拖動特性。響應(yīng)極快，時間可以在微秒級別，所圖表55：空心杯電機(jī)的優(yōu)勢特點 優(yōu)勢無齒槽效應(yīng) 低俗平穩(wěn)運行；低震動、低噪音；轉(zhuǎn)子可控制在任意位置。結(jié)構(gòu)緊湊 磁路設(shè)計更優(yōu)；功率密度更高；溫升低、效率高低電感 高動態(tài)響應(yīng)；高加速度資料來源：鳴志電器官網(wǎng)，圖表56：有刷空心杯電機(jī)結(jié)構(gòu)圖 圖表57：無刷空心杯電機(jī)結(jié)構(gòu)圖 資料來源：鳴志電器官網(wǎng)， 資料來源：鳴志電器官網(wǎng)，空心杯電機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，大批量生產(chǎn)為難點。空心杯電機(jī)用途廣泛，包括工業(yè)控制、軍202331日披露的投資者調(diào)研紀(jì)要，德國FaulhaberMaxon銷售的空心杯電機(jī)+齒輪箱+32億歐元，產(chǎn)品主要面向軍工和工業(yè)市場?？招谋姍C(jī)核心技術(shù)難點在于大批量生產(chǎn)和精密齒輪箱減速器。國內(nèi)眾多廠商采用手工繞線的方式生產(chǎn)，在生產(chǎn)效率、產(chǎn)品壽命、精度方面存在劣勢。目前國內(nèi)生產(chǎn)空心杯電機(jī)的廠家主要有鳴志電器、江蘇雷利和偉創(chuàng)電氣。圖表58：空心杯電機(jī)用途廣泛，包括工業(yè)制、機(jī)器人、高端機(jī)床等 圖表59：傳統(tǒng)電機(jī)與空心杯電機(jī)結(jié)構(gòu)及線差異 資料來源：鳴志電器官網(wǎng)， 資料來源：《PermanentmagnetDCmotorwithcorelesswinding》(Maxon,2010)，礦山機(jī)械：交流電機(jī)為主流，永磁電機(jī)節(jié)能特性順應(yīng)“綠色礦山”礦山機(jī)械行業(yè)中主要使用高性價比感應(yīng)電機(jī)，永磁電機(jī)因其節(jié)能屬性逐步開始應(yīng)用。礦山機(jī)械傳輸設(shè)備主要使用同步或異步的交流電機(jī)。在礦井提升機(jī)為代表的礦山高性能調(diào)速應(yīng)用中，交流同步電機(jī)的交-直-交變頻調(diào)速方案占據(jù)主要市場。鼠籠電機(jī)的交-直-交變頻調(diào)速系統(tǒng)更容易實現(xiàn)防爆設(shè)計，適應(yīng)礦山開采現(xiàn)場大量灰塵，空氣潮濕的惡劣環(huán)境，所以在控制性能要求不高的井下皮帶輸送、暗井提升、水泵和輔助運輸系統(tǒng)中占據(jù)主流。開關(guān)磁阻電機(jī)變頻傳動主要應(yīng)用于采煤機(jī)牽引和矸石山絞車等應(yīng)用中。永磁同步電機(jī)因其節(jié)能特性及其他優(yōu)異性能，在礦井皮帶機(jī)、刮板輸送機(jī)和輔助運輸膠輪車等得到初步應(yīng)用。圖表60：直流電機(jī)，交流異步電機(jī)，永磁同步電機(jī)三種礦山機(jī)械應(yīng)用電機(jī)對比資料來源：電氣傳動公眾號，圖表61：佳電股份礦用機(jī)械電機(jī)中三相異步電動機(jī)為主流，部分場景嘗試永磁電機(jī)資料來源：佳電股份官網(wǎng)，礦山電力傳動由低調(diào)速能力交流傳動到直流傳動再到“交直交變頻調(diào)速”交流電動機(jī)主導(dǎo)，變頻器發(fā)展助推演變過程。我國礦山電力傳動系統(tǒng)發(fā)展歷程主要包括：階段一：十九世紀(jì)五、六十年代，我國礦山大功率電力傳動系統(tǒng)一般采用交流傳動方式。優(yōu)點是技術(shù)簡單，設(shè)備及安裝費用低，建筑面積小，運行維護(hù)容易。缺點是電氣調(diào)速性能差，需要另外增設(shè)傳動裝置，增加設(shè)備投資和系統(tǒng)的復(fù)雜性。階段二：十九世紀(jì)七十年代后，礦井規(guī)模變大深度變深，交流傳動控制方法不成熟且受到電動機(jī)和控制設(shè)備制造容量的限制，所以對提升容量大、速度快的大型礦井，一般采用直流傳動裝置。礦山大功率直流傳動系統(tǒng)主要采用晶閘管變流器—電動機(jī)傳動方式，動作速度快、調(diào)速平滑穩(wěn)定，但它產(chǎn)生較大的起動壓降，對電網(wǎng)的無功沖擊大；運行功率因數(shù)低效率低；電機(jī)費用高。階段三：隨著微電子技術(shù)、交流傳動控制理論的進(jìn)一步發(fā)展，礦山大功率傳動的發(fā)展方向開始重新轉(zhuǎn)向交流傳動，交流變頻傳動正式開始占據(jù)市場主體。我國從1985年起引進(jìn)交-交變頻設(shè)備，主要用于軋機(jī)和礦井提升機(jī)。三相交-交變頻的同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是低速、大功率、高性能傳動領(lǐng)域的選擇方案之一，并取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。但交-交變頻器需要為數(shù)眾多的晶閘管，在深控時功率因數(shù)低，對電網(wǎng)注入大量諧波，影響礦井電網(wǎng)質(zhì)量，需要附加濾波器進(jìn)行無功補(bǔ)償，增加了投資成本、占地面積和維護(hù)量。階段四：隨著交-直-交功率變換拓?fù)淇刂撇呗缘某墒煲约案邏捍蠊β嗜仄骷M(jìn)入商品化時代，性能更為優(yōu)異的交-直-交大功率中高壓變頻器作為交-交變頻器的替代者并迅速確立其主導(dǎo)位置。單元串聯(lián)型多電平高壓變頻器及中點箝位型三電平NPC變頻器助推交流電機(jī)傳動逐漸成為礦山電氣傳動的主流方案。圖表62：大功率礦井提升機(jī)為代表的礦山電力傳動發(fā)展歷程資料來源：電氣傳動雜志公眾號，礦井提升機(jī)：變頻調(diào)速助力下，交流電機(jī)憑借低成本和高安全性逐漸成為主流應(yīng)用。起升機(jī)構(gòu)的基本要求是速度平穩(wěn)、轉(zhuǎn)速范圍低、初始成本低、加減速特性平滑、起動和拉出力矩大、可靠性好。電礦井提升系統(tǒng)一般使用直流或三相感應(yīng)電機(jī)作為驅(qū)動器，如何選擇取決于礦井提升要求、電力供應(yīng)和成本，其中感應(yīng)電機(jī)更為主流。直流電機(jī)可接受獨立加載，適應(yīng)礦井提升機(jī)速度和轉(zhuǎn)矩的多樣性。感應(yīng)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、堅固、施工成本低，魯棒性好，可靠性高，鼠籠感應(yīng)電機(jī)更易進(jìn)行防爆設(shè)計。感應(yīng)電機(jī)在礦井提升機(jī)應(yīng)用中的調(diào)速問題隨變頻器發(fā)展得到解決，2006NPC中壓變頻調(diào)速系統(tǒng)首先在礦井提升機(jī)領(lǐng)域得到應(yīng)用，TKD系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)速方案。目前部分礦井也使用性能更加優(yōu)良、節(jié)能屬性突出但成本昂貴的永磁內(nèi)裝式礦井提升機(jī)。圖表63：ABB礦井提升機(jī) 圖表64：永磁內(nèi)裝式礦井提升機(jī)驅(qū)動原理 資料來源：ABB官網(wǎng)， 資料來源：《永磁內(nèi)裝式礦井提升機(jī)應(yīng)用技術(shù)研究》（李玉強(qiáng)等，2019），數(shù)控機(jī)床：主軸多用感應(yīng)電機(jī)，進(jìn)給電機(jī)中永磁伺服為主流驅(qū)動電動機(jī)是數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行元件，用來完成進(jìn)給運動和主軸驅(qū)動。機(jī)床所使用的驅(qū)動電動機(jī)大致可以分為進(jìn)給電動機(jī)和主軸電動機(jī)兩類，當(dāng)幾個坐標(biāo)的進(jìn)給聯(lián)動時，可以完成定位、直線、平面曲線和空間曲線的加工。用于驅(qū)動數(shù)控機(jī)床各個坐標(biāo)軸進(jìn)給運動的稱為進(jìn)給電動機(jī)，操縱相應(yīng)的手柄和轉(zhuǎn)盤，即可獲得所需要的進(jìn)給量。而主軸電動機(jī)通常是旋轉(zhuǎn)運動，不需要絲杠或其他直線運動裝置。一般進(jìn)給電機(jī)需要對刀具進(jìn)行精準(zhǔn)控制，使用步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)；主軸電機(jī)主要使用三相交流異步電動機(jī)，部分也使用直流電動機(jī)。圖表65資料來源：沈陽中捷眾創(chuàng)智能裝備有限公司公眾號，臥龍電驅(qū)官網(wǎng)，登奇機(jī)電官網(wǎng)，交流異步電機(jī)性價比較高，為主軸電機(jī)主流應(yīng)用。主軸電機(jī)強(qiáng)調(diào)力量，轉(zhuǎn)速高，較多情況沒有位置控制要求，速度精度要求不高。主軸電機(jī)主要需要滿足：1）電動機(jī)功率大，并且在大的調(diào)速范圍內(nèi)，速度要穩(wěn)定；2）在斷續(xù)負(fù)載下，電動機(jī)轉(zhuǎn)速波動要小；3）調(diào)速范圍較高但低于進(jìn)給電機(jī)，保證數(shù)控機(jī)床合用于各種不同的刀具、加工材質(zhì)；4）過載能力較強(qiáng)。目前機(jī)床主軸和主軸電機(jī)通常打包生產(chǎn)，融合后稱為電主軸，其中主軸電機(jī)大多使用性價比較高且具有過載能力的交流異步電機(jī)。但因為和伺服系統(tǒng)的適配以及良好性能，高速永磁交流伺服在部分高端機(jī)床應(yīng)用上開始逐步取代異步變頻驅(qū)動，提高效率和速度。圖表66：臥龍電驅(qū)電主軸電機(jī)產(chǎn)品大多為交流異步電機(jī)資料來源：臥龍電驅(qū)官網(wǎng)，機(jī)床進(jìn)給電機(jī)精度控制要求較高，永磁伺服電機(jī)為主流應(yīng)用。進(jìn)給電機(jī)更強(qiáng)調(diào)精度與效率，突出高速、高精、高動態(tài)、高剛性的特點。進(jìn)給電機(jī)主要要求有：1）機(jī)械特性要求伺服電機(jī)的速降小、剛度大；2）快速響應(yīng)，在輪廓加工，特別對曲率大的加工對象進(jìn)行高速加工時要求較嚴(yán)格；3）調(diào)速范圍大，使數(shù)控機(jī)床合用于各種不同的刀具、加工材質(zhì)，適應(yīng)各種不同的加工工藝；4）一定的輸出轉(zhuǎn)矩，并要求一定的過載轉(zhuǎn)矩。因此高端數(shù)控機(jī)床進(jìn)給電機(jī)主要使用高功率密度永磁伺服電機(jī)，滿足高速、高精、高響應(yīng)、高密度的裝備需求。進(jìn)給電機(jī)的新方案為直線電機(jī)驅(qū)動數(shù)控工作臺，達(dá)到高效率快響應(yīng)目的。根據(jù)雅科貝思數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)的“旋轉(zhuǎn)電機(jī)+30-48m/min，反響間隙大于等于3μm，難以滿足部分高速高精度情況的加工需要。直線電機(jī)驅(qū)動工作臺做直線運動時無需機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)，降低誤差和磨損，提升精度、響應(yīng)速度和壽命，其速度大于60m/min010年；直線電機(jī)直接驅(qū)動的工作臺無反向工作死區(qū)；由于電機(jī)慣量小，由其構(gòu)成的直線伺服系統(tǒng)可以達(dá)到較高的頻率響應(yīng)。圖表67：Akribis機(jī)床專用直線電機(jī)系列 圖表68：直驅(qū)伺服響應(yīng)速度更快資料來源：Akribis公眾號， 資料來源：Akribis公眾號，圖表69：相比于傳統(tǒng)的伺服電機(jī)+滾珠絲桿/齒輪齒條的驅(qū)動方式，直線電機(jī)驅(qū)動在機(jī)床方面應(yīng)用優(yōu)勢明顯對比項傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)直線電機(jī)快移速度36-48m/min≥60m/min定位精度0.005-0.1mm0.002-0.005mm反響間隙≥3μm≈0機(jī)床精度壽命2-3年10年資料來源：Akribis公眾號，華泰研究未來：定子扁線化與碳化硅應(yīng)用成為提升電機(jī)能效新方向扁線定子設(shè)計通過增加槽滿率提升電機(jī)效率、功率密度、散熱能力。傳統(tǒng)的永磁同步電機(jī)使用圓線電機(jī)，圓線電機(jī)中線圈繞組在電機(jī)內(nèi)部線圈槽內(nèi)，相鄰三根圓線之間會有空隙，空間利用率低，功率密度偏低，動力偏弱。扁線電機(jī)定子繞組所用的導(dǎo)線形態(tài)發(fā)生變化，從多根細(xì)的圓線轉(zhuǎn)變成幾根粗的矩形導(dǎo)線，根據(jù)匯川聯(lián)合動力數(shù)據(jù)，相比圓線電機(jī)，扁線20%2022年在論文《電動汽車用扁線永磁電機(jī)交流銅耗計算與分析研究》中提到，采用不同截面配比的扁線纏繞可1000Hz23.5%的銅耗。綜合相比傳統(tǒng)原線電機(jī)，扁線電機(jī)具NVH性能（電磁噪音低圖表70：傳統(tǒng)圓線繞組存在較大空隙 圖表71：矩形扁線繞組空間利用率更高 資料來源：《電動汽車用扁線永磁電機(jī)交流銅耗計算與分析研究》（胡昊波，2022），

資料來源：《電動汽車用扁線永磁電機(jī)交流銅耗計算與分析研究》（胡昊波，2022），扁線電機(jī)目前主要應(yīng)用于新能源汽車，多企業(yè)布局扁線業(yè)務(wù)。扁線電機(jī)還沒有進(jìn)入大規(guī)模應(yīng)用階段，當(dāng)前主要應(yīng)用為電動汽車市場，其中特斯拉、廣汽、蔚來、比亞迪、吉利、上汽等相繼采用扁線電機(jī)。2020ONEES6等車型開始采用扁銅線繞組永磁同步電機(jī)，2023U8NE時代數(shù)據(jù)，2022276.247.6%。目前由于研發(fā)能力及技術(shù)水平的不同，各個廠家在扁線電機(jī)的布局進(jìn)度不盡相同，扁線電機(jī)廠商中按照出貨量排序，弗迪動力領(lǐng)先，特斯拉、聯(lián)合電子排名二、三名。國內(nèi)匯川技術(shù)、方正電機(jī)、大洋電機(jī)等企業(yè)都在持續(xù)研發(fā)扁線繞組技術(shù)，目前都已量產(chǎn)出貨。圖表72：多家企業(yè)布局扁線業(yè)務(wù)企業(yè) 扁線業(yè)務(wù)發(fā)展情況弗迪動力 2015年啟動扁線電機(jī)技術(shù)自主研究，2017年扁線電機(jī)首樣成功，國內(nèi)率先實現(xiàn)6層扁線設(shè)計，次年實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，現(xiàn)如今已實現(xiàn)扁線電機(jī)研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)工藝的自主化。特斯拉中國 特斯拉擁有5種型號的驅(qū)動電機(jī)，包括3臺圓線電機(jī)和2臺扁線電機(jī)。2021年，特斯拉換裝國產(chǎn)扁線機(jī)3D6，帶動滲透率大幅提升。方正電機(jī) 2018年，方正電機(jī)引入牛名奎博士后，系統(tǒng)開發(fā)了扁線電機(jī)以及自動化生產(chǎn)設(shè)備，目前已經(jīng)小批量供應(yīng)。聯(lián)合電子 2021年，聯(lián)合電子首次提出X-Pin繞組概念，并于2023年6月率先實現(xiàn)批產(chǎn)應(yīng)用，首批500件X-Pin樣件在聯(lián)合電子太倉工廠下線。大洋電機(jī) 2021年7月，大洋電機(jī)在投資者互動平臺上表示，扁線電機(jī)技術(shù)已在48VBSG總成產(chǎn)品上實現(xiàn)應(yīng)用和量產(chǎn)。匯川聯(lián)合動力 蘇州匯川聯(lián)合動力扁線電機(jī)已在多個客戶車型上批量，2022年發(fā)貨20萬臺以上。資料來源：行家說動力總成公眾號，扁線電機(jī)工藝復(fù)雜、設(shè)備精度要求高，限制大規(guī)模量產(chǎn)。扁線電機(jī)雖然性能較強(qiáng)但大規(guī)模應(yīng)用不易，主要因為扁線電機(jī)制造工藝復(fù)雜、設(shè)備精度要求高，必須依賴專業(yè)的高端設(shè)備才能實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。扁線電機(jī)裝配可分為定子、轉(zhuǎn)子、合裝三大工藝環(huán)節(jié)，其中轉(zhuǎn)子線和合裝線相對簡單，而定子裝配線有多道復(fù)雜工序，對設(shè)備精度和工藝一致性要求極高。PIN成型（裁斷、移載以后，通過折彎或沖壓的方式制成繞組，主要為制成H、扭轉(zhuǎn)（將插好PIN的定子端部的PIN腳按照先外層后內(nèi)層的順序進(jìn)行交錯扭轉(zhuǎn)變形、動平衡（對電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行動平衡檢測并切削加工工藝定義難點解決方案（以匯川技術(shù)為例）圖表73：扁線電機(jī)工藝復(fù)雜、設(shè)備精度要求高工藝定義難點解決方案（以匯川技術(shù)為例）PIN成型 PIN成型指將扁漆包線放卷、難點在于放卷張力控制和沖壓矯直、去漆皮、去毛刺、牽引、裁斷、移載以后，通過折彎或沖壓的方式制成HPin。

成型要求高精度；去漆皮、去毛刺、牽引、裁斷要求既保證功能實現(xiàn)，又需要盡可能降低機(jī)械沖擊和伺服負(fù)載率。扭轉(zhuǎn)PINPIN電機(jī)定子一般有484~8層扁線。扭轉(zhuǎn)過程中，Z保持一定同步關(guān)系。動平衡 動平衡即對電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行動平

工藝難點在于根據(jù)