【正文】 型專利申請(qǐng)《 一種變頻驅(qū)動(dòng)的 縫紉機(jī) 及其電動(dòng)機(jī) 》（申請(qǐng)?zhí)枺?） 【 】 。該二專利申請(qǐng) 設(shè)計(jì) 電動(dòng)機(jī)的電磁非對(duì)稱 以 克服 二相 變頻電源 的 非 對(duì)稱 ，具有突出的創(chuàng)造性和國(guó)際先進(jìn)性。 本項(xiàng)目技術(shù) 與國(guó)外專利技術(shù)和傳統(tǒng)技術(shù)對(duì)比如下： 指標(biāo) 本項(xiàng)目技術(shù) 國(guó)外專利技術(shù) 傳統(tǒng)技術(shù) 關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式 自主開發(fā) 技術(shù)貿(mào)易 仿造 開發(fā)費(fèi)用 中等 高 低 開發(fā)周期 3年 2年 1年 技術(shù)難度 高 一般 低 產(chǎn)品性能價(jià)格比 高 低（國(guó)內(nèi)市場(chǎng)難接受） 一般 市 場(chǎng)前景 好 不好 一般 5 三、 立項(xiàng)必要性 《 20xx年江門市重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目指南》中第 18項(xiàng) 為： 機(jī)械制造關(guān)鍵工藝與裝備技術(shù) —— 包括 高性能變頻調(diào)速裝置 。本項(xiàng)目按此 立項(xiàng) 展開攻關(guān) ，其必要性 包括 ： 實(shí)施國(guó)家的電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工程 中國(guó)已是世界第 3能耗大國(guó)，現(xiàn)有各類電機(jī)系統(tǒng)總裝機(jī)容量約 ，用電量約占全國(guó)用電量的 60%，但 80%以上的電機(jī)產(chǎn)品效率比國(guó)外先進(jìn)水平低 2－ 5個(gè)百分點(diǎn)；電機(jī)傳動(dòng)調(diào)速及系統(tǒng)控制技術(shù)差距較大，產(chǎn)品效率比國(guó)外先進(jìn)水平低（ 20～ 30） %，系統(tǒng)運(yùn)行效率比國(guó)外先進(jìn)水平低（ 10～ 20） %，相當(dāng)于 每年浪費(fèi)電能約 1500億千瓦時(shí)，節(jié)電潛力巨大。 在用電動(dòng)機(jī)中，交流電動(dòng)機(jī)約占 90%，但只有不到 20xx 萬(wàn)千瓦的電動(dòng)機(jī)是帶變頻控制的，即市場(chǎng)占有率不足 4%。若按電動(dòng)機(jī)總?cè)萘康?10%進(jìn)行調(diào)速改造和年平均運(yùn)行4000 時(shí)及節(jié)電率 20%～ 25%計(jì)算，年節(jié)電潛力為 320 億～ 400 億千瓦時(shí)，再加上為改善工藝流程而進(jìn)行調(diào)速改造的電動(dòng)機(jī)帶來(lái)的節(jié)電潛力，總節(jié)電潛力約為 500 億千瓦時(shí)，相當(dāng)于 10000 兆瓦裝機(jī)容量的火力發(fā)電廠的年發(fā)電量?？梢?，電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能是目前中國(guó)節(jié)能市場(chǎng)上最具商業(yè)潛力的領(lǐng)域。例如，中國(guó)的變頻器市場(chǎng)在過(guò)去 10 年保 持平均%的高速增長(zhǎng)，并預(yù)期至少 10 年后，該市場(chǎng)才飽和并趨于成熟，市場(chǎng)潛力約 1200億～ 1800 億元。因而， 變頻調(diào)速及相關(guān)電機(jī)的研發(fā)項(xiàng)目一直受到國(guó)家的高度重視，例如： —— 國(guó)家經(jīng)貿(mào)委“十五”期間組織實(shí)施的 100 項(xiàng)資源節(jié)約與環(huán)境保護(hù)重大示范工程（ 國(guó)經(jīng)貿(mào)資源 [20xx]880 號(hào) ） 中第 12項(xiàng)為：以高壓大功率變頻調(diào)速、低壓中小功率變頻調(diào)速和風(fēng)機(jī)及水泵系統(tǒng)優(yōu)化為主要內(nèi)容的電機(jī)調(diào)速技術(shù)； —— 國(guó)家發(fā)改委與科技部等 8 部門 20xx 年 7 月頒發(fā)的《“十一五”十大重點(diǎn)節(jié)能工程實(shí)施意見》（發(fā)改環(huán)資 [20xx]1457 號(hào)）中第 5 項(xiàng)為電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工程，要求在“十一五”期間，實(shí)現(xiàn)電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行效率提高 2 個(gè)百分點(diǎn)，形成年節(jié)電能力 200億千瓦時(shí)，主要內(nèi)容之一為推廣變頻調(diào)速、永磁調(diào)速等先進(jìn)電機(jī)調(diào)速技術(shù)； —— 國(guó)家發(fā)改委與科技部 20xx 年 1月頒發(fā)的《中國(guó)節(jié)能技術(shù)政策大綱（ 20xx）》》（發(fā)改環(huán)資〔 20xx〕 199 號(hào)）中 款（ 發(fā)展、推廣高效機(jī)電設(shè)備）提出 發(fā)展、推廣變頻調(diào)速技術(shù)與裝置……研究、發(fā)展節(jié)能高效電動(dòng)機(jī)……生產(chǎn)動(dòng)力用電動(dòng)機(jī)和與變頻器集成的變頻電動(dòng)機(jī) 。 款（推廣高效節(jié)能產(chǎn)品）提出研發(fā)、推廣使用高效節(jié)能電冰箱、空調(diào)器、電視機(jī)、 洗衣機(jī)、電腦等辦公及家用電器技術(shù)；研究開發(fā)和推廣變頻等高效電機(jī)。 實(shí)施省政府關(guān)于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的要求 在電動(dòng)機(jī)總裝機(jī)容量中， 30%為使用量大面廣的小功率電動(dòng)機(jī)。由于加入 WTO 以及世界制造業(yè)重心的轉(zhuǎn)移，我國(guó)已成為世界小功率電機(jī)制造基地，小功率電機(jī)的產(chǎn)量占世界總量的 60%以上。但是，我國(guó)生產(chǎn)和出口的小功率電機(jī)中大多數(shù)為普通一般產(chǎn)品，其中也包括本企業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)品洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)，附加值偏低，主要零部件使用大量鋼材及有色金屬。因此，除提高效率節(jié)省運(yùn)行能耗外，提高技術(shù)含量和降低材料耗用以提高經(jīng)濟(jì)效益，也已成為業(yè)界的重要 課題。 對(duì)于小功率電動(dòng)機(jī)，專用或派生系列電機(jī)和出口用高效電機(jī)，屬于粵府辦〔２００５〕１５號(hào)文印發(fā)的《廣東省工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整實(shí)施方案（修訂版）》中改造提高產(chǎn)品目錄機(jī)械類的第 30和 31 項(xiàng)。對(duì)其要求是，重點(diǎn)放在提高經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的質(zhì)量和效益 6 上，從附加值低的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，向以加工組裝環(huán)節(jié)為主的上游研發(fā)設(shè)計(jì)和下游營(yíng)銷品牌等環(huán)節(jié)延伸，提高科技含量和產(chǎn)品質(zhì)量，降低資源消耗，進(jìn)一步適應(yīng)市場(chǎng)的要求，提高國(guó)際、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率。 廣東省科技發(fā)展“十五”計(jì)劃提出的重點(diǎn)任務(wù)之一是 廣泛運(yùn)用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。其中，對(duì)于 電器機(jī)械業(yè)是“應(yīng)用計(jì)算機(jī) 輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)，提高設(shè)計(jì)生產(chǎn)加工能力，做到設(shè)計(jì)制造一體化。用標(biāo)準(zhǔn)化零件發(fā)展多樣化產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)多品種、少零件，低成本、高效益。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、嵌入式軟件改造機(jī)電產(chǎn)品，發(fā)展數(shù)字化、智能化產(chǎn)品，為信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)做支撐。建立電器機(jī)械產(chǎn)品制造協(xié)作網(wǎng)，用先進(jìn)制造技術(shù)提升產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工、配套能力，在行業(yè)內(nèi)推廣計(jì)算機(jī)柔性制造和計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)?！? 本項(xiàng)目將 應(yīng)用國(guó)際上 21 世紀(jì)推出的先進(jìn)的 機(jī)械系統(tǒng)仿真分析軟件 和計(jì)算機(jī)模擬負(fù)載及輔助電磁設(shè)計(jì)技術(shù)，優(yōu)化電動(dòng)機(jī)的電磁結(jié)構(gòu)、機(jī)械零件及加工工藝，顯著 提高效率和削弱振動(dòng)噪聲，降低電磁材料消耗和加工成本，使各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，因而替代進(jìn)口和實(shí)現(xiàn)出口日本及歐美，具有現(xiàn)實(shí)的強(qiáng)大市場(chǎng)需求和無(wú)可置疑繼續(xù)擴(kuò)大的市場(chǎng)前景。 本項(xiàng)目核心技術(shù)已擁有自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的中國(guó)實(shí)用新型專利 2件、中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng) 3件和中國(guó)實(shí)用新型專利申請(qǐng) 1 件，具有無(wú)可取代的競(jìng)爭(zhēng)力。 本項(xiàng)目符合國(guó)家和地方的產(chǎn)業(yè)政策，其實(shí)施將顯著提高本企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，有力地促使本企業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的升級(jí)，并最終跨入中、大型微型和特種電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的行列，為國(guó)家和地方提供可觀的新就業(yè)和稅收增長(zhǎng)點(diǎn)。 配合 省 、 市 級(jí) 重點(diǎn)技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目計(jì)劃 按照《廣東省工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整實(shí)施方案》（粵府辦（ 20xx） 74 號(hào)）中對(duì)電氣機(jī)械與專用設(shè)備制造業(yè)技術(shù)結(jié)構(gòu)調(diào)整要求重點(diǎn)發(fā)展變頻調(diào)速技術(shù)及其應(yīng)用于改造提高類產(chǎn)品之一的家用電器的產(chǎn)業(yè)化的要求， 控股本企業(yè)的 江門金羚集團(tuán)有限公司正在實(shí)施所承擔(dān)的廣東省重點(diǎn)技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目計(jì)劃 《 二相交流變頻調(diào)速技術(shù)研究及在家電產(chǎn)品上的應(yīng)用》。 該項(xiàng)目首先開發(fā)的變頻洗衣機(jī)的性能已達(dá)到國(guó)外專利技術(shù)產(chǎn)品的水平，主要技術(shù)性能指標(biāo)中的大多數(shù)達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB428820xx 中被認(rèn)為屬于國(guó)際先進(jìn)水平和現(xiàn)代家庭器具配備目標(biāo)的 A 級(jí)檔次，但成本大大降低，售價(jià)僅為國(guó)外同類產(chǎn)品的1/2～ 2/5。由于該極佳的性價(jià)比對(duì)消費(fèi)者的強(qiáng)大吸引力，在國(guó)內(nèi)正在形成變頻洗衣機(jī)市場(chǎng)，并有良好的出口前景。目前全國(guó)洗衣機(jī)的年銷售量約 1,500 萬(wàn)臺(tái)，預(yù)期全國(guó)變頻洗衣機(jī)年需求量超過(guò) 250 萬(wàn)臺(tái)。金羚牌全自動(dòng)洗衣機(jī)將會(huì)有近半數(shù)以變頻產(chǎn)品推出，近期年銷量可達(dá) 20 萬(wàn)臺(tái)，銷售額 39,000 萬(wàn)元，出口 1,500 萬(wàn)美元。 江門金羚集團(tuán)有限公司長(zhǎng)期的合作伙伴 —— 華南智信微系統(tǒng)有限公司目前正在展開其承擔(dān)的 廣州市 20xx 年科技計(jì)劃項(xiàng)目 《 異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速與伺服控制關(guān)鍵技術(shù)及裝置》 ， 該項(xiàng)目 正在推出 首個(gè)新產(chǎn)品 —— 節(jié)能變頻調(diào)速工業(yè)縫紉機(jī)主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 。中國(guó)作為世界第 1的服裝生產(chǎn)國(guó)，工業(yè)縫紉機(jī)的使用量巨大，每年生產(chǎn)工業(yè)用縫紉機(jī)在幾百萬(wàn)臺(tái) , 主要機(jī)型有單針、雙針平縫機(jī)、包縫機(jī)、套結(jié)機(jī)、釘扣機(jī)、鎖眼機(jī)、曲折縫、繃縫機(jī)、封包機(jī)和繡花機(jī)。目前除繡花機(jī)外 , 其它種類縫紉機(jī)仍 屬于機(jī)械類產(chǎn)品為主 ,遠(yuǎn) 不能滿足規(guī)模化發(fā)展的制衣業(yè)的要求。傳統(tǒng)的工業(yè)縫紉機(jī) , 主軸驅(qū)動(dòng)大多采用離合器電機(jī) , 其它功能都靠機(jī)械配合或人工完成、自動(dòng)化程度低效率低、體積大、 7 調(diào)速范圍窄、位置控制難、功能單一 ，對(duì)其節(jié)能和提高性能的改造要求十分 迫切。 80年代開始 , 國(guó)外開始研究工業(yè)縫紉機(jī) 調(diào)速控制 系統(tǒng)。近十年來(lái) , 日本 重機(jī)、 三菱和德國(guó) 杜克普 /阿德勒 (DURKOOP/ALDER)等均已推出 相應(yīng)產(chǎn)品 ,實(shí)現(xiàn)了工業(yè)縫紉機(jī)的 高性能調(diào)速 控制 , 每年以 12%的遞增速度對(duì)原有的離合器電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行改造。 我國(guó)的 類似 工業(yè)縫紉機(jī)還處于樣機(jī)試制和小批量生產(chǎn)階段 。目前 制衣工業(yè)的規(guī)模化 和 工業(yè)縫紉機(jī) 仍在快速 發(fā)展 , 節(jié)能和高性能 變頻調(diào)速工業(yè)縫紉機(jī)主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 預(yù)期 年 需求量超過(guò)百萬(wàn)套，具有廣闊的市場(chǎng)前景。 上述項(xiàng)目 所需變頻電動(dòng)機(jī)均為本企業(yè)配套 ， 但 目前 是按照普通電磁設(shè)計(jì)，實(shí)施本項(xiàng)目 可充分考慮變頻的特 點(diǎn)，尤其是考慮二相變頻的不對(duì)稱特點(diǎn) ，預(yù)期效率提高 3%，且在系統(tǒng)中的效率和振動(dòng)噪聲以及預(yù)期壽命將進(jìn)一步的提高。 8 四、 實(shí)施方案 1 技術(shù)特點(diǎn) 配合省重點(diǎn)技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目 《 二相交流變頻調(diào)速技術(shù)研究及在家電產(chǎn)品上的應(yīng)用》的創(chuàng)造，即其 巧妙地利用洗衣機(jī)和縫紉機(jī)等 電動(dòng)器具功率小和調(diào)速的特殊性，對(duì) 變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主回路， 把典型的國(guó)外專利技術(shù)相位差 2π /3 電角度的三相橋式 6單元逆變驅(qū)動(dòng)三相電動(dòng)機(jī)，改變?yōu)橄辔徊瞀?/2 或π /3 電角度的二相半波 4 單元逆變驅(qū)動(dòng)二相或三相電動(dòng)機(jī)，因而減 少逆變電力電子元件及驅(qū)動(dòng)電路使用數(shù)量的 1/3，但仍保持電動(dòng)機(jī)的對(duì)稱運(yùn)行，可以與使用 三相變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 具有同樣優(yōu)越的實(shí)用性能指標(biāo)；為此繼續(xù)使用傳統(tǒng)的價(jià)廉而堅(jiān)固的異步電動(dòng)機(jī)的基本電磁結(jié)構(gòu)，但進(jìn)行 本項(xiàng)目的 二相SVPWM 變頻驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī) 非對(duì)稱 電磁優(yōu)化設(shè)計(jì)， 以 克服二相變頻 電源的非對(duì)稱， 降低諧波影響和提高效率。 其中 SVPWM 即 以 電壓空間矢量脈寬調(diào)制，對(duì)電動(dòng)機(jī)實(shí)施磁鏈軌跡驅(qū)動(dòng)，是世界上 近 20 年 才興起且至今仍是最先進(jìn)的變頻調(diào)速技術(shù)。 該技術(shù) 充分利用變頻驅(qū)動(dòng)改善了傳統(tǒng)單相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能，提高洗衣機(jī)和 縫紉機(jī)等 小功率 電 動(dòng)器具的品質(zhì)至所需指標(biāo)，但比國(guó)外專利技術(shù)大大降低了成本，且提高了可靠性。該創(chuàng)新的核心技術(shù)詳見 本報(bào)告第二部分 所述 中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)或?qū)嵱眯滦蛯＠? 關(guān)鍵技術(shù) a) 適合 高品質(zhì) 小功率 電動(dòng)器具的 高性價(jià)比 變頻 調(diào)速 系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)基本方案 深入研究省重點(diǎn)技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目 《 二相交流變頻調(diào)速技術(shù)研究及在家電產(chǎn)品上的應(yīng)用》所確定的高品質(zhì)洗衣機(jī) 和廣州市科技計(jì)劃項(xiàng)目《 異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速與伺服控制關(guān)鍵技術(shù)及裝置》 對(duì)變頻調(diào)速工業(yè)縫紉機(jī)主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 的實(shí)用性能要求和對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求，提出 對(duì)其配套 的小功率 SVPWM 變頻 調(diào)速 電動(dòng)機(jī)方案并實(shí)現(xiàn)仿真 ， 研究其電磁結(jié)構(gòu)及機(jī)械特性及對(duì)高品質(zhì)洗衣機(jī) 和縫紉機(jī) 的適用性。 b) 二