發表時間:2009-09-16 文章來源:
電子變壓器:與上下游企業共同進步
中國電子學會元件分會電子變壓器技術部秘書長姜德清
近30年來,各種門類的電子產品幾乎都在向著高頻化、高效率、低損耗和高性價比方向發展,使得傳統的EI、C型磁心電子變壓器的生存空間變窄變小。因此,在我國大陸的電子變壓器產量中傳統型仍占很大比例的情況下,必須以改革和創新的精神,加大其更新換代的腳步,否則,內地的電子變壓器行業還會較長時間地處于“打工”地位。
正經歷三個層次更新換代
在某種意義上講,我國的電子變壓器產業正經歷著三個層次的更新換代:第一層次是立體變壓器(即傳統型普通變壓器)向平面型變壓器的革新,平面變壓器的體積重量比傳統型減小了80%,已形成5W-20kW/20kHz~2MHz的產品系列,其效率的典型值可達98%。第二層次更新是片式變壓器的批量生產。片式變壓器的高度進一步降低,基本實現了扁平化。它們適合于電流在100A以上的低壓大電流電源的要求。其結構一般采用一個初級繞組多個磁心代替傳統的一個磁心多個繞組。多個磁心的初級繞組串聯達到降壓與隔離的要求,其內部溫升低于平面變壓器,只有10℃左右;可以安裝在額定溫升高一些的PCB等基板上。第三層次更新則是薄膜變壓器的研制設計成功。由于采用薄膜結構,更好地實現了低高度,一般小于1mm,工作頻率超過1MHz,達10MHz~100MHz。薄膜變壓器可以采用集成電路工藝制造,故成本并不比片式變壓器高,薄膜變壓器是廣泛使用的直流開關電源變壓器的發展方向。
大家已注意到,目前,從傳統型普通立體變壓器發展到平面變壓器、片式變壓器和薄膜變壓器只是一個發展進步過程,它們各自有著自己的應用范圍和市場定位,并非一種類型完全替代了另一類。如目前的普通型電子變壓器的使用量和產量仍然很大;平面變壓器已形成系列和批量,正在推廣使用;片式電子變壓器還處于少量品種的小批量試生產之中;薄膜變壓器則還處于開發研究階段。
與上下游產品共同進步
首先,軟磁材料向高端產品升級換代且逐步規模化發展
高端元器件的開發生產需要高端原材料的支持。影響電子變壓器性能指標的主要原材料是磁性材料。所以,電子變壓器電感器行業十分關注軟磁材料尤其是其高端材料的發展。近幾年來,我國軟磁材料產業有了長足進步,已有一些大中型軟磁企業進入了世界先進行列,軟磁材料總產量和中低檔軟磁產品在國際市場上已占絕對優勢,高檔次軟磁產品也已開始形成國際競爭力,可以說,整個軟磁行業已開始由大向強轉變。
上游原材料產品的發展進步,為電子變壓器行業及產品的升級提供了良好的基礎條件。
其次,國內整機行業及產品正在轉型升級,必將拉動電子變壓器行業與產品的市場與技術發展。
電子變壓器的技術與產品隨整機產品的發展,其應用領域不斷擴大,這就為自身的發展提供了市場與技術空間,例如各種電子計算機及其外圍設備、有線無線與移動通信設備、汽車電子設備、醫用電子設備與儀器等都有寬廣的市場和技術發展空間,而新興的一些行業與技術如高清晰度電視、液晶類產品、數碼產品等等的高速發展態勢已經形成。這些產業領域,都離不開各類電源,因此,電子變壓器技術和市場與它們具有同樣的發展潛力是毫無疑問的。
產品升級換代提出新要求
從使用角度而言,電子產品的設計越來越個性化與多元化,門類、品種、型號多。電子變壓器的設計制造必須適應這種潮流與原則。目前,電子變壓器的設計制造必須注意到如下一些要求:
第一,結構設計,總的趨向是小薄輕,適合于SMT安裝要求。對電子變壓器設計者來說,小薄輕是在三大被動元件中最為困難的。為了達到小型化指標要求,首選措施是提高電源的工作頻率,目前的工作頻率為20kHz~100MHz以上。選擇高的工作頻率,隨之而來的是高頻損耗和電磁噪聲的增大,這就需要采用新的高端磁性材料和抗電磁干擾器件來克服,這將使電子變壓器及電源設計復雜化。
第二,電子變壓器設計要把工作效率、生產效率放在重要位置。提高電子變壓器的工作效率與生產效率是環保與節能的具體落實。在電子變壓器設計中,要求的工作效率為:100W以下的小功率直流開關電源的效率>85%;中大功率直流開關電源的工作效率應大于90%。電子變壓器和電感器的損耗占電源功率的15%左右,所以要求電子變壓器的工作效率>95%~98%。電子變壓器的空載損耗和空載電流是電子設備待機損耗的主要因素,因此,要求電子變壓器的空載損耗最好小于2%。提高電子變壓器工作效率的設計還必須解決其發熱少散熱快等問題。
第三,與其他任何產品一樣,成本是電子變壓器設計必須面對的問題。電子變壓器除了應在低損耗、小尺寸、高效率、穩定可靠等方面適應現代電子設備要求外,低價位是市場競爭的必要條件。降低變壓器成本,設計是基礎。設計時原材料的采用、結構形式對成本起主導作用,工藝設備和工藝過程設計,在線測試設備與路線設計等等都應以最低成本為前提。
第四,最大限度地采用標準件。目前,傳統變壓器設計的標準化率較高,而在平面、片式和薄膜電子變壓器的設計中,則較多地偏向于整機產品的技術與安裝要求,對標準化率沒有嚴格要求。提高設計的標準化率,當前要抓好兩方面的工作,一是加快行業標準的制定,二是設計師要善于利用現有標準件和設計手段。
第五,在有些材料(如銅材)漲價并維持在高價位的情況下,尋找一些較低價位的材料來替代,如以銅包鋁導線替代銅導線。
磁材:鐵氧體磁體產量第一價格偏低
中電元協磁性材料分會秘書長陳國華
目前,中國具有磁性材料生產企業及相關的企業1096家,其中鐵氧體生產企業359家,稀土磁體和金屬磁體生產企業226家,其余為配套設備生產企業和輔助原料生產企業。永磁鐵氧體生產企業197家,產量為41萬噸(燒結磁體36萬噸、粘結磁體5萬噸),軟磁鐵氧體生產企業162家,產量為30萬噸(錳鋅26萬噸、鎳鋅和鎂鋅4萬噸),釹鐵硼磁體4萬噸,鋁鎳鈷金屬磁體0.35萬噸,上述數據均包括在中國的外資企業。
鐵氧體保持20%以上增速
中國的鐵氧體工業基本保持在20%以上速度增長,平均每五年產量翻一番,圖1表示1985年—2006年中國燒結永磁鐵氧體和錳鋅軟磁鐵氧體磁體的增長。圖2表示1985年—2006年中國粘結永磁鐵氧體增長。圖3表示中國與世界其他國家釹鐵硼磁體產量變化。
進入21世紀,中國的粘結永磁鐵氧體增長速度加快,現在產量達5萬噸,除原來傳統的各向同性粘結永磁鐵氧體,如電冰箱門封磁條和顯像管調焦磁環片增長外,各向異性粘結永磁鐵氧體,如微電機用的磁體和薄紙廣告貼片磁體增長幅度加大。現在,各向同性磁體占粘結永磁鐵氧體磁體的60%,其磁能積在0.7MGOe~1.0MGOe,各向異性磁體占40%,其磁能積在1.4MGOe~1.6MGOe,主要用于各種類型的微電機。
近幾年,中國鐵氧體磁體的產品質量和檔次有很大的提高,基本上能生產日本TDK公司的各種牌號標準的產品。用鐵鱗為原料生產的燒結鐵氧體永磁性能達到FB4B,用氧化鐵為原料能生產的磁體性能達到FB5、FB6。錳鋅軟磁鐵氧體功率材料性能普遍達PC30——PC40,少數能生產PC44、PC50等牌號的產品;高導磁率材料μi普遍達8000,少數能生產12000~15000的材料。
目前永磁鐵氧體產品在高技術領域應用占42%,如家電(微波爐、空調、小家電)、辦公用品(復印機、傳真機)汽車、摩托車、高保真音響、儀表傳感器件。傳統中低檔產品領域的應用占58%,如揚聲器、吸附磁體、玩具電機、磁選器件。分布如圖4。
軟磁鐵氧體產品,高技術領域應用占22%,如數字通信、電磁兼容(EMC)、射頻寬帶、抗電磁干擾(EMI)、高清顯示、汽車電子。傳統中低檔產品領域應用占78%,如電視機、電源適配器、電子鎮流器、普通開關電源變壓器、天線棒。分布如圖5。
目前中國釹鐵硼磁體應用情況如下,高技術產品領域的應用占37%,如核磁共振成像儀(MRI)、手機振動、硬盤驅動器音圈(VCM)、光盤(DVD、CD-ROM)驅動器主軸、電動工具、電動車。傳統中低檔產品領域的應用占63%,如音響器件、磁吸附器件、磁選器、磁化器。分布如圖6。
從總體來看,中國的鐵氧體磁體的性能還以中低檔為多數,雖然產量高居世界第一,但產值并不理想。現在中國的磁性材料總產值約265億元,永磁鐵氧體產值62億元,平均價格在1.5萬元/噸;軟磁鐵氧體產值在93億元,平均價格在3.1萬元/噸,其余釤鈷磁體、釹鐵硼磁體和金屬磁體占市場110億元。
2006年中國出口各類磁體23萬噸,出口金額僅8.6億美元;進口各類磁體6.9萬噸,而進口金額達5.7億美元。圖7示出2006年中國海關統計的磁性材料進出口數量和金額,從中也能反映出中國的磁體價格遠低于國際價格。
行業存在四大問題
1.資本和知本脫節,現在有資金的企業不少,據統計,上市公司加入磁性材料行業有近30家。一些非磁材領域的上市公司單憑資金投入,缺少與研究院所和有一定技術的企業聯合,單干效果不理想。
2.科技投入力度不夠,國內的一些大企業,在科技投入方面資金較少,沒有技術創新的考慮。國外的企業投入科技開發的資金約為利潤總額的5%。
3.缺少與下游產品共同開發,由于中國的整機開發跟在國外市場后面,很少與磁材企業溝通,所以磁材行業在整機使用方面永遠處于被動地位。
4.中國磁性材料企業過多,新興企業要占市場僅靠下降價格,像滾雪球一樣無止境。另外中國的市場競爭游戲規則與自我約束機制不完善。
總之,前途是光明的,21世紀國際磁性材料中心轉移到中國,中國將成為世界最大的磁性材生產基地、磁材銷售市場。各企業要按照中國磁性材料發展戰略,制定各自的戰術,從小到大,從大到強,從國內到國際,步步實現自己的宏大理想。我們堅信:中國磁性材料企業必能成為國際巨頭。
微特電機:重點開發三類產品
中電元協微特電機分會秘書長陳寶
隨著國民經濟現代化的發展和人們生活水平的不斷提高,現代微特電機廣泛應用于家用電器、辦公自動化、汽車、電動自行車、通信、紡織機械和航天軍工領域。2006年我國微特電機產量近50億臺,占全球總量的60%,生產制造總量全球第一,出口額超過20億美元。展望2007年,微特電機行業既面臨良好的發展機遇,也面臨著嚴峻的挑戰。
三類產品急需開發
由于微特電機行業是完全開放的市場經濟競爭行業,微特電機行業企業將會不斷加強新品技術開發和智力投資力度,結合用戶需要,自主開發各類高檔新型產品。概括起來可以分以下三類:一是高檔精密微特電機的開發,如精密高檔無刷直流電機、交流伺服電機、步進電機、直線電機、帶齒輪減速電機、微型特種電機等,填補國內空白,從而替代進口。二在開發微特電機的同時,加強電機驅動控制的研究開發,形成以微特電機為主、包含驅動控制器的機電一體化產品,如無刷直流電動機驅動系統、步進電機驅動、全數字交流伺服驅動系統等,尤其無刷直流電機系統的開發使用會得到進一步的發展。三是特種電機的開發,隨著國內現代化和工業自動化水平的不斷提高,許多領域需要特種電機系統實現能量轉換,如風力發電系統、微電子機械系統、混合動力汽車和電動汽車驅動系統等。
微特電機行業作為勞動密集和技術密集型產業在我國得到極大發展,約占全球60%的微特電機在我國制造,應當高度重視微特電機產品的出口,要把技術開發、自主知識產權、技術標準和專利放在重要位置,完善自主創新能力,提高產品的核心競爭力,遵從國際貿易的基本規則積極開拓國際市場。
汽車成為微特電機重要市場
微特電機的市場應用,一定程度上是與社會發展水平相適應的,根據發展需要,微特電機行業2007年總體上仍然不會低于5%的遞增速度。目前微特電機主要應用于以下領域:1.信息處理設備,包括計算機、打印機、傳真機、復印機、軟盤驅動器、硬盤驅動器、光盤驅動器等,另外也包括通信用的手機、傳呼機等。2.視聽設備,包括錄音機、錄像機、攝像機、照相機、VCD、DVD和數字式攝錄一體機等。3.汽車工業用微特電機。4.家用電器用微特電機。5.工業及武器裝備用微特電機。下面就汽車工業為例介紹微特電機的發展前景。
微特電機是汽車上的關鍵零部件之一,配置的微特電機越多,汽車采用電機驅動控制代替機械控制的部位越多,汽車的電控自動化程度越高,駕駛操控汽車就更方便,汽車配置更顯舒適豪華。汽車用微特電機主要分布于汽車的發動機、底盤、車身三大部位及附件中,并將逐步成為汽車的動力系統。
1.汽車發動機部件上的應用:主要是在汽車起動機、電噴控制系統、發動機水箱散熱器及發電機中的應用。這些部件中應用多臺直流電動機。
2.汽車底盤車架上的應用:主要是在汽車電子懸架控制系統、電動助力轉向裝置、汽車穩定性控制系統、汽車巡行控制系統、防抱死控制系統及驅動動力控制系統的應用。其中廣泛應用永磁式直流電動機或永磁式步進電動機。
3.汽車車身部件上的應用:主要是在中央門鎖裝置、電動后視鏡、自動升降天線、電動天窗、自動前燈、電動汽車坐椅調整器、電動玻璃升降器、電動刮水器、空調系統、電動電子車速里程表等的應用。其中普遍應用永磁式直流電動機和永磁式步進電動機。
4.汽車附件上的應用:主要是在吸塵器、充氣機、氣泵、拋光機、電動坐椅按摩器等裝置中的應用。
按中國汽車工業協會發布的2006年汽車產銷統計,全年汽車產銷量分別達到727.97萬輛和721.60萬輛,同比增長27.32%和25.13%。產銷雙超720萬輛,意味著中國2006年超過德國成為全球第三大汽車生產國。同時超過日本,成為全球第二大新車消費市場。2007年中國汽車工業仍將保持穩步上升勢頭,汽車銷量增長預計仍可達15%左右,總量將超過800萬輛。隨著電子技術廣泛應用于汽車,微特電機在汽車上的應用會更加寬廣。如信息系統、導航系統、汽車音響、電視娛樂系統、車載通信系統、上網系統,其微特電機的應用數量也隨之增加。作為我國民族微特電機制造企業,不斷提高質量和汽車用微特電機的市場份額,微特電機在汽車工業領域的發展前景將十分廣闊。