微电机指直径小于160mm或额定功率小于750W或具有特殊性能、特殊用途的电机。微电机综合了电机、微电子、电力电子、计算机、自动控制、精密机械、新材料等多门学科的高新技术产业,尤其是电子技术和新材料技术的应用促进了微电机技术进步。微电机品种多达5000余种,规格繁杂,市场应用领域十分广泛,涉及国民经济、国防装备、人类生活的各个方面,凡是需要电驱动的场合都可以见到微电机。
一、 世界微电机发展现状
随着工业自动化、办公自动化和家庭自动化的不断发展以及计算机、通信、汽车、家电、玩具产量的不断提高,世界微电机的市场容量正以每年6%的速度增长。日本是世界微电机的最大制造国,2000年其产量达17亿台,产值达5.75亿美元。日本在磁性材料、电子控制和生产工艺上的领先地位,从而使其不仅在微电机的生产方面居世界霸主地位,在技术领域也雄居世界前沿,其微电机产品具有大转矩、小尺寸、高控制精度、低功耗、长寿命和低成本的竞争优势。日本Mabuchi公司是全球最大的微电机制造商,在我国大陆、台湾、马来西亚、越南等地均设有生产厂,产量占全球的50%。
使用微电机的产品中信息技术设备(含通信设备)为最大用户,约占29%(见图)。
在微电机应用领域中,电子信息和通信设备是世界微电机市场用量增长最快的领域,年均增长率高达20%-30%左右,1999年其需求量为13.5亿台,2000年增至18亿台,2001年达到23.2亿台。这主要归功于PC机、VCD(DVD)、CD-ROM驱动器等主轴电机、步进电机、负载电机以及蜂窝移动电话、船呼机振动用无芯和有芯电机的需求。
二、 我国微电机产业的发展状况及趋势
我国微电机行业创建于20世纪50年代末期,从为满足国防武器装备需要开始,经历了仿制、自行设计和研究开发的阶段,至今已有40余年的发展历史,已形成了产品开发、规模化生产和关键零部件、关键材料、专用制造设备、测试仪器配套的完整工业体系。
(一)发展状况
据统计,我国微电机生产及配套厂家在1000家以上,从业人员超过10万人,工业总产值超过100亿元,微电机行业已成为国民经济和国防现代化建设中不可缺少的一个基础产品工业。自20世纪80年代以来,我国已引进50余条生产线,实现25个大类、60个系列、400个品种、2000个规格的微电机大批量、规模化生产。主要产品包括:
(1) 刷永磁直流电动机;
(2) 小功率交流电动机;
(3) 交直流串激电动机;
(4) 罩极电动机;
(5) 步进电机;
(6) 振动电机(手机用)等。
1999年我国微电机产量约30亿台,其中民营和国企的产量约2.5亿台,独资企业的产量约12亿台,香港地区的产量约14亿台,台湾地区的产量约1 .8亿台。2000年生产量约39亿台,占全球总产量的60%。技术含量高的微电机,如精密无刷电动机、高速同步电动机、高精度步进电动机、片状绕组无刷电动机、高性能伺服电动机以及新原理新结构超声波电动机在国内尚未形成商品化或批量生产能力。国内对高精密电机还依赖进口。据海关统计,1995-2000年年均用汇增长26.9%,2001年增长增幅降至14.81%,但还高达11.97亿美元。
我国由于具有磁性材料资源丰富、产量大、价格低、劳动力相对便宜等优势,因此成为世界微电机生产的首选国家。据不完全统计,目前在我国建厂的外商独资或合资微电机生产企业已达20余家,其产量约占我国微电机总产量的80%。自1995-2000年我国微电机出口年均创汇增长18.6%。2001年受美国“911”事件以及世界经济形式不好的影响比2000年减少了6.02%。2001年出口创汇在5000万美元的企业有:青岛三美电机有限公司14134万美元、天津三美电机有限公司12450万美元、珠海三美电机有限公司10803万美元、东芝华强三洋马达有限公司9955万美元、万宝至马达大连有限公司9690万美元、珠海松下马达有限公司8082万美元、三协精机(福建)有限公司7271万美元。
(二)发展趋势
微电机制造工序多、涉及精密机构、精细化、微细加工、磁材料处理、绕组制造、绝缘处理等工艺技术,需要的工艺装备数量大、精度高。为了保证产品的质量还需要一系列精密的测试仪器,既是投资性较强的行业,又是劳动密集型和技术密集型的高新技术产业。国际微电机技术领域主要朝以下几方面发展:
1、 小化、低成本化
主要是针对传统产品性能的提高和产品尺寸的缩小。
2、 约化、自动化
随着国际市场竞争的加剧,微电机产品的市场寿命越来越短,发达国家十分重视电机生产线柔性化生产,这样可以克服以多品种小批量为特点的微电机生产组织上的困难。而生产方式集约化、生产自动化和专业化、生产协作配套网络化则可以使以大批量为特点的微电机生产实现规模化经济。使用CAD/CAM等软件进行计算机辅助设计、辅助制造技术是生产商共同的追求,这样可以大缩短产品研发周期和减少成本。
3、 集成化
电机驱动与控制采用集成电路后,其最大优点是电路简化,有利于电机的轻薄短小化,并使驱动精度和可靠性提高,同时降低成本。
我国“十五”期间微电机行业的重点项目和重点工业围绕产品结构高速进行布置。总体要求:一是中、低档产品通过零部件和材料专业化规模化生产,按市场优化资源配置,组织几个有实力的企业强强联合,形成集团化生产公司,加强内部管理,降低成本,以廉价优质产品参与国内外市场竞争,扩大国内外市场占有率。二是加速新产品开发和产业化,尤其是无刷电机的开发和批量生产,以迅速改变目前我国全靠进口的局面。为国内有关产业配套,替代进口,占领国内市场,同时采取多种合作形式,积极参与国际竞争。重点采取以下几项措施:
●建立微电机通用零部件和关键材料专业化和规模化生产基地。
●计算机外设和办公自动化用的精密无刷直流电机的开发和产业化生产。这类产品目前我国尚属空白,这种产品是先进制造技术与新兴微电子器件结合的高技术产品。“十五”期间列为全行业重点开发项目,并要求迅速形成产业化生产,填补国内空白。
●工业用无刷电机系列化产品开发及产业化生产。
●大力开展电动交通工具用电机和汽车电机的产品开发和产业化生产。
●配合我国移动通信及信息网络业的发展,大力开发微型振动电机及产业化生产。
●计算机外设用步进电机开发及产业化生产。爪极步进电机及永磁步进电机在计算机外设中大量采用,如打字机、扫描仪等。目前我国这类外设产品生产量大并能出口,而应用的步进电机则主要依赖进口。“十五”期间应逐步开发出相应替代产品,满足我国外设制造业的需要。
●加速超声波电机研制及产业化开发。