但好消息是，隨著電機(jī)市場規(guī)模不斷擴(kuò)大，不少發(fā)達(dá)國家的電機(jī)制造者都開始向中國轉(zhuǎn)移。電機(jī)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)逐漸發(fā)生改變，對于國內(nèi)廠商而言，這既是一種挑戰(zhàn)，也是一個(gè)機(jī)會(huì)。

電機(jī)是輪船的心臟，而心臟質(zhì)量則由電機(jī)轉(zhuǎn)速?zèng)Q定。我國擁有諸多電機(jī)生產(chǎn)商，不過，其中大多數(shù)企業(yè)都只能生產(chǎn)每分鐘3000轉(zhuǎn)的普通船用電機(jī)。而高速電機(jī)則長期被海外廠商壟斷，西門子和ABB便是其中領(lǐng)導(dǎo)者。

國產(chǎn)電機(jī)隱形冠軍

但好消息是，隨著電機(jī)市場規(guī)模不斷擴(kuò)大，不少發(fā)達(dá)國家的電機(jī)制造者都開始向中國轉(zhuǎn)移。電機(jī)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)逐漸發(fā)生改變，對于國內(nèi)廠商而言，這既是一種挑戰(zhàn)，也是一個(gè)機(jī)會(huì)。

而據(jù)齊魯網(wǎng)報(bào)道，國內(nèi)已經(jīng)有廠商成功抓住發(fā)展機(jī)遇，實(shí)現(xiàn)高速電機(jī)自產(chǎn)、自研。這家公司便是德州恒力。

公開資料顯示，德州恒力的前身為德州電機(jī)廠，始建于1966年，經(jīng)過五十多年發(fā)展。德州恒力已經(jīng)成為國內(nèi)最大的船用電機(jī)制造企業(yè)之一，目前共擁有500多名員工。雖然消費(fèi)市場知名度不是很高，但在輪船電機(jī)行業(yè)卻名聲斐然，堪稱是國產(chǎn)電機(jī)賽道的隱形冠軍。

據(jù)介紹，高速電機(jī)多用于航空航天領(lǐng)域，德州恒力此前并沒有涉獵。公司從2018年開始攻關(guān)高速電機(jī)產(chǎn)品，之所以僅用三年時(shí)間就實(shí)現(xiàn)了零突破，在筆者看來，原因主要有兩點(diǎn)：

第一是當(dāng)?shù)卣讨С郑?018年，山東加速新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換，以德州恒力為代表的專精特新企業(yè)，不斷獲得政策支持和相關(guān)部門扶持，技術(shù)和規(guī)模都借此機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)了快速進(jìn)步。

第二是企業(yè)重視技術(shù)研發(fā)，不遺余力技術(shù)攻堅(jiān)。在過去三年時(shí)間里，德州恒力每年研發(fā)投入都占到總營收的7%，這在工業(yè)制造企業(yè)中，是非常高的比例。

得益于源源不斷地投入，德州恒力技術(shù)快速升級。目前公司已經(jīng)研制出每分鐘80000轉(zhuǎn)的高速電機(jī)，成功填補(bǔ)我國在高速電機(jī)領(lǐng)域的空白。

不僅如此，根據(jù)德州恒電特種電機(jī)部部長介紹，德州恒力電機(jī)與同功率電機(jī)相比，重量只有其他電機(jī)的八分之一，體積僅為十分之一，但輸出效率卻勝于競品，達(dá)到95%。

搶回85%中國市場

隨著產(chǎn)品不斷升級，德州恒力逐漸掌握細(xì)分電機(jī)市場主動(dòng)權(quán)，官方資料顯示，德州恒力電機(jī)在船用市場份額占比已經(jīng)超過85%。

高速電機(jī)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)能力，不僅讓我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)不再受海外企業(yè)掣肘，也讓德州恒力公司獲得更多發(fā)展機(jī)遇。

事實(shí)上，普通電機(jī)市場當(dāng)前已經(jīng)飽和，各大廠商為爭搶份額，都在壓縮產(chǎn)品價(jià)格。普通電機(jī)的生產(chǎn)利潤，微乎其微。

相比之下，高速電機(jī)市場則可視為一片藍(lán)海。而且，由于高速電機(jī)有較高的入門門檻，所以擁有技術(shù)優(yōu)勢的德州恒力也不會(huì)有太大的競爭壓力。

在國產(chǎn)替代浪潮下，德州恒力作為少數(shù)幾個(gè)掌握高速電機(jī)生產(chǎn)技藝的企業(yè)之一，有望快速取代海外品牌，獲得更高市場影響力。

當(dāng)前正是制造業(yè)技術(shù)升級換代的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，德州恒力的成功經(jīng)歷，給不少企業(yè)都指出了一條明路。只要重視研發(fā)，吸引高端人才，借助相關(guān)部門幫助，其實(shí)技術(shù)攻堅(jiān)并不會(huì)太難。

高速電機(jī)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

1、高速感應(yīng)電機(jī)

感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量低，并且能夠在高溫和高速的條件下長時(shí)間運(yùn)行，因此感應(yīng)電機(jī)在高速領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛。

目前，國內(nèi)外高速感應(yīng)電機(jī)中，功率最大的為15MW，其轉(zhuǎn)速為20000 r/min，為ABB公司2002年研制，采用實(shí)心轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。高速感應(yīng)電機(jī)速度最大的是由Westwind Air Bearings研制的，轉(zhuǎn)速為300000 r/min，其功率為200 W，用于PCB鉆床主軸。同樣，國外還實(shí)現(xiàn)了功率為10kW，180000r/min轉(zhuǎn)速的高速感應(yīng)電機(jī)用作測試電機(jī)。

國內(nèi)的研究相對落后，其中沈陽工業(yè)大學(xué)、重慶德馬電機(jī)、海軍工程大學(xué)、浙江大學(xué)等研究單位對高速感應(yīng)電機(jī)開展了許多研究工作。

重慶德馬電機(jī)研制了100kW、25000r/min高速感應(yīng)電機(jī)。沈陽工業(yè)大學(xué)對功率為280kW、轉(zhuǎn)速為12000r/min，線速度為132m/s，采用普通疊片結(jié)構(gòu)的高速感應(yīng)電機(jī)進(jìn)行了相關(guān)研究。海軍工程大學(xué)對 2.5 MW的高速感應(yīng)電機(jī)開展了相關(guān)研究等等。

2、高速永磁電機(jī)

永磁電機(jī)由于其效率和功率因數(shù)高及轉(zhuǎn)速范圍大等優(yōu)點(diǎn)，在高速應(yīng)用領(lǐng)域備受青睞。相對于外轉(zhuǎn)子永磁電機(jī)，內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁電機(jī)具有轉(zhuǎn)子半徑小及可靠性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，成為高速電機(jī)首選。

目前，國內(nèi)外高速永磁電機(jī)中，功率最大的高速永磁電機(jī)，是美國研究的，功率為8MW，轉(zhuǎn)速15000r/min，為面貼式永磁轉(zhuǎn)子，保護(hù)套采用的是碳纖維，冷卻系統(tǒng)采用風(fēng)冷水冷結(jié)合的方式，用于與燃?xì)廨啓C(jī)匹配的高速電機(jī)。

瑞士的蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院設(shè)計(jì)了最高轉(zhuǎn)速的高速永磁電機(jī)。參數(shù)為500000 r/min，功率為1kW，線速度為261m/s，采用合金保護(hù)套。

國內(nèi)對高速永磁電機(jī)的研究主要集中在浙江大學(xué)、沈陽工業(yè)大學(xué)、哈爾濱理工大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、西安交通大學(xué)、南京航空航天電機(jī)、東 南 大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、江蘇大學(xué)、北京交通大學(xué)、廣東工業(yè)大學(xué)、南車株洲電機(jī)有限公司等。

他們對高速電機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)、損耗特性、轉(zhuǎn)子強(qiáng)度與剛度計(jì)算以及冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)與溫升計(jì)算等方面開展了相關(guān)的研究工作， 并制作了不同功率等級和轉(zhuǎn)速的高速樣機(jī)。

沈陽工業(yè)大學(xué)與江蘇航天動(dòng)力機(jī)電有限公司合作，已研制了1120 kW、18000r/min 的高速永磁電機(jī)，如圖所示，該電機(jī)采用面貼式永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子表面線速度為180m /s，采用碳纖維保護(hù)措施。

此外，浙江大學(xué)對2.3 kW、150000 r /min的高速永磁無刷直流電機(jī)的保護(hù)措施、渦流損耗開展了深入研究；東南大學(xué)對功率600 W，轉(zhuǎn)速20000r/min的高速永磁電機(jī)進(jìn)行了研究；廣東工業(yè)大學(xué)對0.6 kW，200000 r /min的高速永磁無刷直流電機(jī)進(jìn)行了理論分析等等。

但國內(nèi)對高速永磁電機(jī)的研制多集中在500kW以下的中小功率和中低轉(zhuǎn)速階段，對大功率尤其是兆瓦級和超高轉(zhuǎn)速永磁電機(jī)的研究還較少。高速永磁電機(jī)有面貼式(SPM)和內(nèi)置式(IPM)兩種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。除少數(shù)采用內(nèi)置式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)外，其余多采用面貼式永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。

3、開關(guān)磁阻電機(jī)

開關(guān)磁阻電機(jī)以結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固耐用、成本低廉以及耐高溫等優(yōu)點(diǎn)而備受矚目， 在高速領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。

高速開關(guān)磁阻電機(jī)目前可達(dá)的最大功率為250kW，轉(zhuǎn)速22000r /min,最高轉(zhuǎn)速為200000r /min，功率1kW。

南京航空航天大學(xué)、北京交通大學(xué)、華中科技大學(xué)等對高速開關(guān)磁阻電機(jī)開展了相關(guān)研究工作，其中南京航空航天大學(xué)研制了1 kW，130000 r /min的開關(guān)磁阻電機(jī)。

我國在高速電機(jī)方面的研究起步較晚，與先頭部分還有些實(shí)力差距，那么我國就沒有拿得出手的船舶動(dòng)力系統(tǒng)嗎？其實(shí)不是，下面小編要說的這項(xiàng)技術(shù)實(shí)力直接碾壓歐美，世界第一！

國之重器——中壓直流綜合電力系統(tǒng)

傳統(tǒng)的船舶動(dòng)力系統(tǒng)推進(jìn)方式是利用內(nèi)燃機(jī)或核動(dòng)力汽輪機(jī)直接帶動(dòng)，就像汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)一樣直接帶動(dòng)軸承和鏈條運(yùn)動(dòng)。而綜合電力系統(tǒng)是利用發(fā)動(dòng)機(jī)（柴油機(jī)/汽輪機(jī)）帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，之后經(jīng)變頻器把電流輸送到船身的各個(gè)系統(tǒng)之后中，從而驅(qū)動(dòng)螺旋槳的推進(jìn)?？偟膩碚f，就是將船舶當(dāng)做一個(gè)小型發(fā)電廠，發(fā)電機(jī)發(fā)電之后，通過系統(tǒng)直接分配電量，使各個(gè)裝置快速運(yùn)轉(zhuǎn)，十分的高效節(jié)能。

我國的中壓直流綜合電力系統(tǒng)具有體積重量小、噪音少、環(huán)保高效等特點(diǎn)。日本人曾經(jīng)嘲笑我們的核潛艇噪音大，狂言稱只要我們的核潛艇一離開港口，他們就能發(fā)現(xiàn)，并且稱呼我們的核潛艇為“海底拖拉機(jī)”。但是現(xiàn)在，我國的核潛艇靜音效果得到極大的提升，就算是靠的再近，恐怕很難被發(fā)現(xiàn)。而這種變化都是由中壓直流綜合電力系統(tǒng)所帶來的。

而且相較于傳統(tǒng)的船舶電力系統(tǒng)，中壓直流綜合電力系統(tǒng)使船舶的結(jié)構(gòu)更精簡。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的船舶電力系統(tǒng)都要將化學(xué)能或者核能轉(zhuǎn)化成電能來驅(qū)動(dòng)船舶前進(jìn)，因此在船舶的傳動(dòng)裝置繁多、存在整流單元，變壓器等等結(jié)構(gòu)，檢修、驅(qū)動(dòng)十分不靈活。而使用中壓直流綜合電力系統(tǒng)的船只，可以直接輸出電流帶動(dòng)螺旋槳推進(jìn)，因此中間的很多裝置都可以省去，整個(gè)船舶可以輕裝上陣，船舶驅(qū)動(dòng)。轉(zhuǎn)向更靈活，檢修也方便多了。

實(shí)際上，在二十世紀(jì)初，歐美國家就開始研究綜合電力系統(tǒng)，當(dāng)時(shí)率先應(yīng)用于潛艇與救難艦等特種船舶，但是由于電力技術(shù)不發(fā)達(dá)、不成熟，導(dǎo)致系統(tǒng)動(dòng)力不足、船舶體積龐大難以護(hù)理，從而發(fā)展緩慢。到二十世紀(jì)80年代，隨著半導(dǎo)體技術(shù)、交流調(diào)速理論等技術(shù)的發(fā)展，船舶電力系統(tǒng)的可靠性、機(jī)動(dòng)性、動(dòng)力等方面得到了極大的提升。當(dāng)時(shí)的發(fā)展方向有兩個(gè)，一個(gè)是直流發(fā)電系統(tǒng)、另一個(gè)是交流發(fā)電系統(tǒng)，為了穩(wěn)妥起見他們選擇了交流發(fā)電系統(tǒng)。

我國的綜合電力系統(tǒng)研究雖然晚于歐美等國，但我們后來居上，成功地領(lǐng)先了美國幾十年。為什么這么說呢？因?yàn)槲覀兊木C合電力系統(tǒng)是直流，而他們的是交流。他們的中低壓交流綜合電力系統(tǒng)研究雖然起步早，但是存在很多的缺點(diǎn)，比如說體積重量大、系統(tǒng)效率不高、供電連續(xù)性不強(qiáng)等等。反之，我國的中壓直流綜合電力系統(tǒng)，不僅實(shí)現(xiàn)了船舶的輕裝上陣，而且更靈活、更高效、續(xù)航能力得到大幅提升。因?yàn)樵诟鱾€(gè)方面都碾壓美國的電力系統(tǒng)。二者同為電力系統(tǒng)為何會(huì)有這樣的差異呢？

區(qū)別在于兩個(gè)詞，“交流”與“直流”，交流電有周期性變化，不穩(wěn)定。而直流電，是一種恒定電流，穩(wěn)定性強(qiáng)。因此在輸送時(shí)，直流電更方便，船舶的動(dòng)力裝置更簡單，不需要配備變壓器，對發(fā)動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能要求低，所以在船舶的整體性能方面碾壓美國。

文章來源：你好科普，洞見新商業(yè)，前瞻情報(bào)部

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