绿色制造,电机行业发展之路
时间：2023-06-02 10:50:29 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
岑国建 张晓斌 陈云夫
（1.宁波中大力德智能传动股份有限公司 宁波 315301；
2.杭州汉德质量认证服务有限公司 杭州 313000；
3.爱尔达电气有限公司 台州 317500）
电机是工业机器装备中重要核心部件之一。特别是高端机床、加工中心、机械人配套过去长期依赖进口，国内经过十多年发展，取得了长足进步。目前除产品本身质量与进口知名品牌产品确实存在一定差距外，重要原因是产品在设计、制造过程存在差距，特别是设计、研发的优势更不明显[1-5]，随着国家推广数字化设计、绿色制造，作为工业机器装备的重要核心部件，在国内电机制造业推广绿色制造显得越来越多重要。
1.1 瑞士 ABB
成立于1988年的ABB集团位于瑞典 （瑞士），是一个业务遍及全球的电气工程集团。ABB公司产品覆盖输配电和电气驱动，产品包括电力变压器，交流和直流高、中、低压开关柜，电力系统自动装置，工业机器人和仿真系统，电机拖动系统。产品广泛应用于工农业、商业、发配电和智能化控制等场合。ABB（中国）有限公司于1995年正式成立，拥有近20 000名员工，在全国不同城市开着业务。ABB(中国)有限公司2020年的销售额接近60亿美元，中国作为ABB全球第一大市场。
ABB集团重视产品技术研发，其发明了全球第一套三相输配电系统、第一台自冷式变压器和第一台工业化机器人。虽然中国作为ABB全球第一大销售市场，但其产品研究院设置在总部。
1.2 德国西门子
成立于1847年西门子公司（SIEMENS）是世界最大的机电装备制造公司之一，总部位于德国慕尼黑。西门子公司在全球二大证券交易市场上市（法兰克福证券交易所和纽约证券交易所），在全球180以上国家和地区雇用员工近500 000人，全球业务销售收入近3 000亿欧元。西门子在电气工程和电子领域拥有完善的业务组合。国际性业务包括：如发电、输配电、医疗系统和交通技术等。
作为世界级公司，西门子及其重视技术创新及产品研发，公司有近50 000名设计、研发人员。在知识产权方面，西门子在德国高居榜首，拥有近9 000项发明。近年来，西门子把增值服务、整体解决方案作为未来的发展方向，同时在产品系列化、集成化方面进一步完善。
1.3 日本安川
有近100年历史的日本安川电机株式会社成立于1915 年，公司重视产品研发，1958年发明DC伺服电机和Minertia电机，1977年 制造垂直多关节工业机器人MOTOMAN-L10，1978年矢量控制变频器产品化，1988年开发真空机器人，2009年开发混合动力汽车用驱动系统，2010年大型风力发电用系统电机[Enewin]产品化。安川公司产品范围包括变频器、伺服电机、机器人等产品，成为全球知名的驱动控制、运动控制、系统控制的整体方案解决商。
2010年日本安川电机株式会社在中国沈阳建立首个制造基地，开始生产伺服马达，目前在国内共有5家独资企业。
1.4 卧龙集团
创立于1984年卧龙控股集团，经过近40年的发展，已成为中国最大的电驱动制造商。公司2021年销售规模近200亿元，拥有4家国内外上市公司（卧龙电气（600580SH）、卧龙地产（600173SH）、卧龙-ATB（000061783AT）、卧-LJ（LIJO.SI）），目前为中国大陆不多的综合性跨国企业集团。
2019中国制造业企业500强榜单发布，卧龙控股集团有限公司名列第227位。2020年9月16日，入选由中国机械工业联合会、中国汽车工业协会主办的第16届中国机械工业百强名单，排名第11。公司产品覆盖高压变频器、家用电器用电机、防爆高低压电机、新能源汽车电机、机器人等。目前成为国内电驱动行业龙头，2021年全年销售规模在全球电驱动领域排名第二。
随着互联网大数据和智能智造的高速发展，数字革命也将成为电机行业未来发展必然面对的课题。卧龙控股集团有限公司成立“电机产业大脑平台”，立足于电机及驱控系统产业，利用大数据及5G通信，采用云计算、区块链等新一代数字技术与制造技术深度融合，提供数字设计、智能制造、检验认证及标准化服务的整体解决方案。同时在电机智能制造领域，卧龙控股集团建立国内第一的家用电器用电机和新能源汽车电机无人制造车间。
1.5 宁波中大力德
中大力德始创于1998年，2017年深交所A股上市。是一家集精密减速机、电机驱动、微特电机、齿轮设计研发、制造、销售、服务于一体的国家高新技术企业。公司拥有日本关东、美国芝加哥分公司，在上海成立研究院。目前员工1 800余人，注册资本10 400万元，近年来起草和参与国家标准、行业标准、浙江制造团体标准共18项，拥有国家授权专利109项，其中发明11项。主导产品为：摆线针轮精密减速器、谐波齿轮减速器、精密行星减速电机、微型电滚筒、微型交流减速电机、小型伺服电机及驱动器、机器人等，其小模数齿轮减速电机销售规模国内排名第一。
综上，中国已成为国际知名电机制造企业主要集中区域，制造企业特点为提供电驱动整体解决方案。未来产品的供应商，不再仅仅是一个独立的零件（部件）供应商，而是一个环节的集成供应商，具备资源整合解决方案的能力，电机、驱动器实现完美结合，同时各制造商在绿色制造方面定制差异化、个性化产品，避免同质化竞争[6-12]。
2.1 建立数字化研发设计平台
绿色制造首先涉及到设计研发，在产品设计、工艺设计、试验设计等环节中应用数字化技术，建设协同、虚拟、绿色、并行、动态的数字化设计平台，采用自上而下、模块化、标准化、虚拟仿真、面向全生命周期的基于大数据分析/知识工程等设计方法，实现设计的数字化、网络化、智能化，降低开发成本，加快开发流程，缩短上市周期，实现最佳设计目标。
1）设计研发首先应符合GB/T 24256 产品生态设计通则的规定，同时倡导数字化设计。在设计研发采用的手段有：
采用计算机辅助软件，开展电机的电磁场优化设计；
采用计算机辅助软件，开展电机结构设计及仿真优化；
采用计算机辅助软件，开展电机结构重要零部件强度优化设计；
采用计算机辅助软件，开展电机驱动控制器优化设计；
采用“潜在失效模式和后果分析（FMEA）”工具，开展产品设计和过程分析，并进行可靠性验证。
2）设计研发应输入的信息有：
产品执行的国内外标准或规范（包括安全、能效、有害物质、电磁兼容性等）；
产品使用环境要求（包括电源电压及频率、环境温度、相对湿度、海拔高度、防护等级、噪声限值等）；
产品配套设备特性（包括工作制、起动力距、过载能力、服务系数等）；
产品配套设备其它要求（包括安装方式及尺寸、连接方式及尺寸、冷却方式、绝缘等级等）。
3）设计研发时，针对电机高效节能最基本要求，以下几方面看考虑（但不限于）：
①电磁设计方案：
合理分布定转子齿、轭部磁密。局部磁密过大会增大激磁电流，降低电机功率因数和效率。所以，设计时保证定转子齿、轭部磁密相近，有利于利用迭厚、匝数和线径，优化电机参数。
增加定子槽满率（低压小电动机效果较好），尽量缩短定子绕组端部长度。
采用正弦绕组、分布绕组和双层短距绕组，可大大降低高次谐波。
采用导磁性能好、厚度薄（如：0.25mm）的冷轧硅钢片。
优秀的流体力学和传热学设计（风扇和散热机壳）。
减小电机气隙，有利于减小激磁电流，提高电机功率因数和效率。
减小零部件切削余量，有利于减小加工用电，减少二氧化碳排放。
②工艺改进方案：
采用自粘式铁芯，对定转子铁芯进行退火处理，减少电涡流损耗。
使用高精度轴承和高效润滑及润滑剂，降低机械摩擦耗。
转子采用离心浇铸（大电动机效果较好），降低转子损耗。
转子铝浇铸、定子浸漆、工件热处理等高能耗工艺过程，采用天然气加热，合理安排工作时和节凑，节能并降低加工过程的二氧化碳排放。
提高机壳、端盖、转轴加工精度，采用磁性槽泥或磁性槽楔，降低杂散损
4）设计阶段应开展产品属性指标论证，检验检测作为其必要的手段。
2.2 采用智能制造装备及工艺
1）电机制造主要工序流程见图1。
图1 电机制造工艺流程
2）制造工艺及装备，主要体现在：
机壳及端盖金加工：采用数控机床或专用加工中心加工附自动机械人上下料，机壳加工须采用一次装夹，机壳二端面及止口一次加工成型，端盖的端面、止口及轴承室采用一次加工成型，轴承室采用挤压工艺。
定转子铁芯加工：电机冲片优先采用高速级进冲工艺及装备，高速、新能源汽车推荐电机定、转子铁芯采用自粘结工艺，同时对定、转子铁芯采用退火处理工艺。
绕线及嵌线：采用自动绕线机，自动或半自动嵌线装备。
绝缘处理：小功率电机采用连续浸漆工艺及装备，中小型电机采用真空浸漆工艺加烘箱干燥工艺。
转子铸铝：小功率电机建议采用压力浇铸工艺，中小型电机采用离心浇铸工艺。
成品装配：电机转子铁芯与转轴装配采用数控中频感应加热热套工艺及流水线式装备。
3）加工工艺的科学、合理，配置智能化加工装备，满足电机制造高质量及稳定性，上述工艺及装备体现加工高效、节省能源、智能化加工的特点。
2.3 建立自动化检验检测平台
针对出厂检验要求测试时间短，准确，装卸简便等特点，采用微机控制自动化出厂检验设备，保证出厂成品百分之百符合技术标准规范。
为满足设计验证及型式试验需要，采用微机控制自动化型式检验设备，建立EMC实验室、噪声消声室及ROHS实验室。保证电机产品符合绿色高效、环境保护（无线电干扰、噪声及有害物质限值）要求。
电机寿命试验时采用能量回收装置，节约电能50 %以上。电机寿命试验时，电机需长时间满负荷工作，会大量消耗电能，并转化为热能，影响工作环境。能量回收装置原理如图2所示，市电整流后，单向送到直流小母线上，小母线上并联1 个或多个变流装置，控制相应的试验电机进行寿命试验。
图2 试验装置原理图
每个试验电机联轴一个直流发电机作为的负载，用电流控制型Boost电路控制发电机的输出电流（负载转矩）的大小，并将电能升压到小母线上，从而减小从市电消耗的电能。
2.4 绿色原材料使用
电机绿色制造包含使用的主要材料符合环境保护要求，其使用的主要材料质量特性：
整机有害物质含量的限值应符合欧盟RoHS指令2011/65/EU及其修订指令（EU）2015/863的规定。
绝缘处理采用符合GB/T 1981.6电气绝缘用漆 第 6部分：环保型水性浸渍漆。
铁芯采用符合T/CEEIA 261-2017 高效率电动机用冷轧无取向电工钢带（片）。
1）制造商应按照GB/T 24001《环境管理体系 要求及使用指南》要求建立体系，符合GB/T 36132《绿色工厂评价通则》的评价要求。
2）固废
电机加工过程产生的硅钢片、铁削废料，应根据材料属性，进行分类、回收处理。其它绝缘材料废料、油漆桶等进行分类、统一送达环保处理中心。
3）废液
电机加工过程产生的冷却液、清洗液，推荐采用低温真空浓缩，进行中水回用及浓缩液集中处理。其它油类液体进行分类、集中送达环保处理中心。
电机绿色制造涉及数字化设计、绿色制造、产品生命周期评价、绿色供应链管理等，在国内外制造业已形成共识。本文重点介绍了电机数字化设计要点、电机使用环保、无有害物质的主要原材料、制造工艺流程控制、工艺装备及检验检测设备选择、固体、液体废物处理方案。本论文介绍，对于国内电机制造同行具有一定的指导参考价值。
猜你喜欢 电机工艺产品 《防爆电机》期刊防爆电机(2022年3期)2022-06-17某压力容器模拟锻件制造工艺一重技术(2021年5期)2022-01-18泵用电机水润滑轴承选择与应用防爆电机(2021年3期)2021-07-21关于电机滚动轴承的选择与计算防爆电机(2021年3期)2021-07-21小方坯连铸无塞杆保护浇注工艺实践昆钢科技(2021年1期)2021-04-13瞻望电机的更新换代防爆电机(2021年1期)2021-03-29工艺的概述及鉴定要点收藏界(2019年2期)2019-10-12石油化工工艺的探讨山东工业技术(2016年15期)2016-12-012015产品LOOKBOOK直击Coco薇(2015年1期)2015-08-13新产品玩具(2009年10期)2009-11-04
