天津電機是一種將電(dian)能(neng)轉換為機(ji)(ji)械(xie)能(neng)的(de)裝置。大多(duo)數電(dian)機(ji)(ji)通過電(dian)流在(zai)(zai)導線繞組中與磁場(chang)的(de)相互作用(yong)來(lai)產生扭(niu)矩，作用(yong)在(zai)(zai)電(dian)機(ji)(ji)軸上形成力(li)。電(dian)機(ji)(ji)應用(yong)場(chang)景眾多(duo)，在(zai)(zai)消費市場(chang)、工業、車載等都有應用(yong)。

下面(mian)我們首先(xian)通過(guo)復盤海外高端(duan)電(dian)(dian)機(ji)(ji)廠商的發(fa)展歷(li)程，了解率先(xian)布局(ju)高壁壘/新興領域+掌握一(yi)體化技(ji)術、掌握先(xian)發(fa)優勢是維(wei)持(chi)電(dian)(dian)機(ji)(ji)企業(ye)高利潤(run)的關鍵。當前電(dian)(dian)機(ji)(ji)行業(ye)競(jing)爭(zheng)激烈，人形機(ji)(ji)器人蓄(xu)勢待發(fa)，驅動電(dian)(dian)機(ji)(ji)廠商抓(zhua)住技(ji)術更新迭(die)代(dai)的機(ji)(ji)遇(yu)，及時布局(ju)伺服電(dian)(dian)機(ji)(ji)、空心(xin)杯電(dian)(dian)機(ji)(ji)、無(wu)框電(dian)(dian)機(ji)(ji)等，真正(zheng)實現國產(chan)替代(dai)沖出重(zhong)圍，在下一(yi)階段(duan)競(jing)爭(zheng)中(zhong)搶占先(xian)機(ji)(ji)。

01電機行業概述

1.電機定義及組成

電(dian)機(ji)(ji)是一種(zhong)(zhong)利(li)用(yong)(yong)電(dian)與磁相互作用(yong)(yong)從而實現能(neng)量轉換與傳(chuan)遞的機(ji)(ji)械(xie)電(dian)磁裝置(zhi)。廣(guang)義的電(dian)機(ji)(ji)包括電(dian)動(dong)機(ji)(ji)、發(fa)電(dian)機(ji)(ji)和特(te)種(zhong)(zhong)電(dian)機(ji)(ji)。電(dian)動(dong)機(ji)(ji)從電(dian)系(xi)統(tong)吸(xi)收(shou)電(dian)能(neng)，向(xiang)(xiang)機(ji)(ji)械(xie)系(xi)統(tong)輸出機(ji)(ji)械(xie)能(neng)，各(ge)類(lei)型的電(dian)機(ji)(ji)廣(guang)泛應(ying)用(yong)(yong)于我國經(jing)濟生產(chan)各(ge)部(bu)門(men)以及(ji)家用(yong)(yong)電(dian)器中，主要(yao)作為驅(qu)動(dong)各(ge)種(zhong)(zhong)機(ji)(ji)械(xie)設備的動(dong)力；發(fa)電(dian)機(ji)(ji)從機(ji)(ji)械(xie)系(xi)統(tong)吸(xi)收(shou)機(ji)(ji)械(xie)能(neng)，向(xiang)(xiang)電(dian)系(xi)統(tong)輸出電(dian)能(neng)，發(fa)電(dian)機(ji)(ji)和相關設備的技術(shu)進步，使人們能(neng)夠利(li)用(yong)(yong)熱能(neng)、水(shui)能(neng)、核能(neng)以及(ji)風(feng)能(neng)、太(tai)陽能(neng)、生物質能(neng)等(deng)能(neng)源發(fa)電(dian)，向(xiang)(xiang)國民經(jing)濟各(ge)部(bu)門(men)和廣(guang)大城鄉居民提供所(suo)需電(dian)能(neng)；特(te)種(zhong)(zhong)電(dian)機(ji)(ji)主要(yao)是指使用(yong)(yong)環境、生產(chan)工藝(yi)、技術(shu)標準(zhun)等(deng)比較特(te)殊而區別于普通電(dian)機(ji)(ji)的電(dian)機(ji)(ji)。

從結構(gou)上來(lai)看，不同(tong)類型電(dian)機結構(gou)雖(sui)然不同(tong)，但一般都是由三大部(bu)分組成，即固定(ding)部(bu)分、轉(zhuan)(zhuan)動部(bu)分和(he)(he)輔(fu)助部(bu)分。固定(ding)部(bu)分主要由定(ding)子(zi)機座、機架、定(ding)子(zi)鐵心、定(ding)子(zi)繞組、端蓋(gai)及底板等導磁、導電(dian)和(he)(he)支撐(cheng)固定(ding)等結構(gou)部(bu)件(jian)組合；電(dian)機的轉(zhuan)(zhuan)動部(bu)分包括(kuo)轉(zhuan)(zhuan)軸(zhou)、轉(zhuan)(zhuan)子(zi)鐵心、轉(zhuan)(zhuan)子(zi)支架、轉(zhuan)(zhuan)子(zi)繞組、集電(dian)環、換(huan)向器(qi)和(he)(he)風扇(shan)等部(bu)件(jian)；輔(fu)助部(bu)分包括(kuo)軸(zhou)承、電(dian)刷和(he)(he)冷卻器(qi)等。

2.電機分類

電(dian)機(ji)有多種(zhong)分(fen)類方式，按(an)照應用領域分(fen)為動力(li)電(dian)機(ji)和控制電(dian)機(ji)；按(an)照電(dian)源(yuan)類型分(fen)為直流(liu)電(dian)機(ji)和交流(liu)電(dian)機(ji)。

（1）按照應用領域分為動力電機和控制電機

動(dong)力(li)電(dian)機輸出功率較大，注重電(dian)機的驅動(dong)、運行(xing)及制(zhi)動(dong)性(xing)能(neng)，主要(yao)應用(yong)于(yu)汽車(che)、家電(dian)、小型機床等領(ling)域。控制(zhi)電(dian)機側重電(dian)機輸出量的幅頻(pin)特(te)性(xing)、相頻(pin)特(te)性(xing)及輸出特(te)性(xing)的精度(du)、靈(ling)敏(min)度(du)、穩定(ding)性(xing)、線性(xing)度(du)等指標，精度(du)高、響應速度(du)快，主要(yao)在自動(dong)控制(zhi)系統中承擔執行(xing)、檢測和解算功能(neng)。

1）動力電機

按照運動(dong)方式(shi)進一(yi)步分為旋轉(zhuan)電機(ji)和直(zhi)(zhi)線(xian)電機(ji)。直(zhi)(zhi)線(xian)電機(ji)可看作(zuo)由(you)旋轉(zhuan)電機(ji)展(zhan)平(ping)而得，其(qi)(qi)定子叫(jiao)初級、轉(zhuan)子叫(jiao)次級，其(qi)(qi)優勢在于可以(yi)直(zhi)(zhi)接將電能(neng)轉(zhuan)換為直(zhi)(zhi)線(xian)運動(dong)的(de)機(ji)械能(neng)，而無需再借助中間(jian)轉(zhuan)換裝(zhuang)置。常(chang)見的(de)直(zhi)(zhi)線(xian)電機(ji)可分為U型槽(cao)式(shi)、平(ping)板式(shi)和管式(shi)。其(qi)(qi)主要應用(yong)于自動(dong)控制(zhi)系(xi)統、短距離需要巨大直(zhi)(zhi)線(xian)運動(dong)能(neng)的(de)裝(zhuang)置或作(zuo)為長期連續運行的(de)驅動(dong)電機(ji)，例如用(yong)于磁懸浮(fu)列車以(yi)及無鋼絲繩電梯(ti)的(de)驅動(dong)。

2）控制電機

按照控制方式進一步分為步進電機、伺服電機、力矩(ju)電機。

步進電(dian)機是一(yi)種把電(dian)脈沖信(xin)號(hao)轉換(huan)成角(jiao)位移的(de)電(dian)動機，每輸(shu)入一(yi)個(ge)脈沖信(xin)號(hao)，步進電(dian)機就按照設定的(de)方(fang)向轉動一(yi)個(ge)固(gu)定的(de)角(jiao)度(du)。其結(jie)構簡單但效率和(he)精度(du)較低，多(duo)用(yong)于辦公自(zi)動化、通信(xin)設備、印(yin)刷設備等領域。 

伺(si)服電(dian)機(ji)(ji)相較于步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)(ji)增(zeng)加了編(bian)碼器(qi)與反(fan)饋(kui)機(ji)(ji)制，使得驅(qu)動器(qi)可以根據(ju)目標值與編(bian)碼器(qi)的(de)(de)反(fan)饋(kui)信號之間的(de)(de)差(cha)異來調整轉子轉動的(de)(de)角度，從而可實現更(geng)精(jing)密的(de)(de)控(kong)制，主要(yao)適用于半(ban)導(dao)體(ti)、光伏、鋰電(dian)、工業自動化、機(ji)(ji)器(qi)人等對(dui)于控(kong)制精(jing)度、速度響應、過載能力及穩定性要(yao)求高(gao)的(de)(de)領域。空心(xin)杯電(dian)機(ji)(ji)是一(yi)種(zhong)特(te)殊(shu)的(de)(de)伺(si)服電(dian)機(ji)(ji)，采用無鐵(tie)芯轉子，呈空心(xin)的(de)(de)杯狀結(jie)構，內部環繞著(zhu)繞組(zu)和磁鐵(tie)。

力(li)矩(ju)(ju)(ju)電(dian)(dian)(dian)機(ji)是以扭矩(ju)(ju)(ju)為控制方向(xiang)的(de)電(dian)(dian)(dian)機(ji)，采(cai)用(yong)開環控制。當(dang)負載轉(zhuan)矩(ju)(ju)(ju)增大時(shi)能自動(dong)降低轉(zhuan)速(su)(su)，同時(shi)加大輸出轉(zhuan)矩(ju)(ju)(ju)，當(dang)負載轉(zhuan)矩(ju)(ju)(ju)為一定值時(shi)改(gai)變(bian)電(dian)(dian)(dian)機(ji)端電(dian)(dian)(dian)壓便可調速(su)(su)。在(zai)電(dian)(dian)(dian)動(dong)機(ji)低速(su)(su)甚至堵轉(zhuan)（轉(zhuan)子無(wu)法(fa)轉(zhuan)動(dong)）時(shi)仍能持續(xu)運(yun)轉(zhuan)，不會造成(cheng)電(dian)(dian)(dian)動(dong)機(ji)的(de)損壞，并提供穩定的(de)力(li)矩(ju)(ju)(ju)給負載，具(ju)有(you)低轉(zhuan)速(su)(su)、大扭矩(ju)(ju)(ju)、過(guo)載能力(li)強、響應快(kuai)、特性線性度好等優點(dian)。力(li)矩(ju)(ju)(ju)電(dian)(dian)(dian)機(ji)分為有(you)框力(li)矩(ju)(ju)(ju)電(dian)(dian)(dian)機(ji)和無(wu)框力(li)矩(ju)(ju)(ju)電(dian)(dian)(dian)機(ji)。

（2）按照電(dian)源類(lei)型分為(wei)直流(liu)電(dian)機和交流(liu)電(dian)機

直流(liu)電機由(you)直流(liu)電源驅(qu)(qu)動(dong)(dong)，交流(liu)電機由(you)交流(liu)電源驅(qu)(qu)動(dong)(dong)。直流(liu)電機調速(su)性能好、啟動(dong)(dong)力矩大，適(shi)用于(yu)在(zai)重負載下啟動(dong)(dong)或需(xu)要(yao)均(jun)勻調節轉速(su)的機械。交流(liu)電機效率高、噪音低，常(chang)用于(yu)家用電器中(zhong)。

1）直流電機

按照電(dian)刷(shua)的有(you)(you)無進(jin)一步分為有(you)(you)刷(shua)電(dian)機(ji)與無刷(shua)電(dian)機(ji)。對(dui)于直流電(dian)機(ji)，為使轉子轉動需要不斷改變(bian)電(dian)流方(fang)向(xiang)。

有刷(shua)電(dian)(dian)機(ji)采(cai)用機(ji)械換(huan)向(xiang)，內部的電(dian)(dian)樞和換(huan)向(xiang)器一起旋轉，而(er)外部的磁極和電(dian)(dian)刷(shua)都不動(dong)。通過(guo)換(huan)向(xiang)器與電(dian)(dian)刷(shua)的交替接觸，電(dian)(dian)機(ji)運行時(shi)電(dian)(dian)流的方(fang)向(xiang)就會不斷改(gai)變，從而(er)改(gai)變電(dian)(dian)機(ji)的運動(dong)方(fang)向(xiang)。其優(you)勢在(zai)于啟(qi)動(dong)快速、制(zhi)動(dong)及時(shi)、調速平穩，并且啟(qi)動(dong)電(dian)(dian)流大、在(zai)低(di)(di)速時(shi)扭矩大，因(yin)而(er)能(neng)帶很重的負荷，常用在(zai)電(dian)(dian)鉆等日常電(dian)(dian)動(dong)工具中(zhong)。但由于換(huan)向(xiang)器與電(dian)(dian)刷(shua)之間存在(zai)摩擦(ca)，因(yin)而(er)電(dian)(dian)刷(shua)易損耗、壽命短(duan)，并且效率較低(di)(di)。

無刷(shua)電(dian)(dian)機(ji)采用電(dian)(dian)氣換(huan)向，以霍爾元件等電(dian)(dian)子(zi)換(huan)向器替(ti)代了機(ji)械電(dian)(dian)刷(shua)裝置，其線圈不動而(er)磁極(ji)旋轉(zhuan)。其原理是通(tong)過(guo)霍爾元件感知永磁體磁極(ji)的(de)位置，從而(er)適時(shi)切換(huan)線圈中(zhong)電(dian)(dian)流(liu)的(de)方向，以產生正(zheng)確方向的(de)磁力來驅動電(dian)(dian)機(ji)。無刷(shua)電(dian)(dian)機(ji)的(de)優勢在于故障率低(di)、使(shi)用壽命長、運行時(shi)間和電(dian)(dian)壓比較(jiao)穩定。

2）交流電機

交流電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)按照(zhao)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)類型(xing)分(fen)為(wei)單相(xiang)(xiang)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)與三(san)(san)(san)相(xiang)(xiang)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)。單相(xiang)(xiang)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)采(cai)用(yong)單相(xiang)(xiang)交流電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)供(gong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)，定(ding)子(zi)僅含一個(ge)繞(rao)組(zu)，需(xu)借助(zhu)啟動線圈或運行電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容器(qi)等以產生(sheng)旋轉(zhuan)磁場。特(te)點是結構簡單、維修方便，多應用(yong)于小型(xing)家用(yong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)器(qi)等生(sheng)活(huo)場景。三(san)(san)(san)相(xiang)(xiang)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)采(cai)用(yong)三(san)(san)(san)相(xiang)(xiang)交流電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)供(gong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)，定(ding)子(zi)繞(rao)組(zu)分(fen)為(wei)三(san)(san)(san)組(zu)，通入(ru)互差120°的交流電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)就可產生(sheng)旋轉(zhuan)磁場。三(san)(san)(san)相(xiang)(xiang)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)效(xiao)率(lv)高、功率(lv)大、可靠性和精度高，多用(yong)于水泵、機(ji)床等工業(ye)領(ling)域。

交流電機按照轉子轉速與定子旋轉磁場的轉速是否相同，交流電機分為同步電機與異步電機。同步電機的轉速恒定，而異步電機的轉速可以隨著負載的變化而調節。常見的電力拖動機械大多由異步電機驅動，如空氣壓縮機、鼓風機、大型起重設備等。而同步電機主要適用于要求轉速恒定的大功率生產機械，如連續式軋鋼機、球磨機等，由于其造價昂貴、維修困難而應用較少。