基于经济学原理的电动工具及电机发展方向

2024-02-29马源昊

电动工具 2024年1期

关键词：电动工具斜率永磁

马源昊

（上海理工大学机械工程学院，上海 201102）

0 引言

中国是电动工具制造大国，全球80%的电动工具产品在中国制造。随着制造业技术水平不断提升，以无刷电机、锂电池、智能化为卖点的电动工具受到市场青睐。本文以经济学工具分析电动工具及电机的市场需求，提出电动工具及电机的未来发展方向。

1 发展现状

世界电动工具发展史是现代工业技术发展史的缩影。从最先发明的直流电机将电能转换为机械能，多项蜕变性的发现促进了电机产品技术进步。随着人们的自动化需求日益增加，交流电机、伺服电机、步进电机、永磁电机、开关磁阻电机以及空心杯电机相继问世。其中，永磁电机还分为永磁同步电机及无刷直流电机。

2 分析工具

2.1 无差异曲线

从经济学角度出发调查电动工具与电机的市场生产和市场需求，需要运用多种经济学工具，包括无差异曲线、消费者需求曲线、制造商生产曲线及生产-需求模型等。即：利用市场的无差异曲线推导消费者需求曲线，与制造商生产曲线相结合，求得生产-需求模型，最后用于实际的市场分析。

假设所有消费者的消费行为都是理性的，那么消费者可以理智并且正确地判断每一样消费品对于自己的价值和效能，是可以被量化的。电动工具与电机同样是消费品，存在的价值除了为人们提供自动化作业便利，更是一种用来交换的物件，是一件件商品，具备了生产价值和购买价值，同时也具备了使用价值和价值。在这样的前提下，衍生了无差异曲线。

无差异曲线表示对消费者效用相同的两种或多种商品的所有组合[1]。一般物品的无差异曲线如图1 所示。图1 中可见横轴为商品A 的数量，纵轴为商品B 的数量。正常的消费品之间呈现一条凸向原点的曲线，该曲线上所有消费品的组合带来的总效益相等，即：消费者同时购买y1件B 商品与x1件A 商品和购买y2件B 商品与x2件A 商品所带来的效益完全相等。但是，电动工具与一般商品的无差异曲线不同。增加某一电动工具的数量并不会使电动工具的无差异曲线发生任何变化，只有在所有工具的数量发生同比例的增加或减少时，无差异曲线才会发生远离原点（或接近原点）的移动，由此推断电动工具的无差异曲线是一条两边同时平行于x轴及y轴的折线。同理，对于电机而言，电机由端盖、定子、转子、轴承、风罩、风叶等零件组成。一台精密的电机一定是由所有零件以精准的数量组合而成的，用某一种零件去替换另一种零件是没有意义的，增加某些零件并不会使电机的无差异曲线发生变化，只有当所有组成电机的零件发生同比例的变化时，电机的无差异曲线才会发生变化。电动工具与电机的无差异曲线如图2 所示。

图1 一般物品的无差异曲线

图2 电动工具与电机的无差异曲线

2.2 需求函数

在经济学中，一致认为大多数商品的需求函数都遵循同样的规律，即：需求函数为一条斜向右下方的直线（或曲线），x轴为商品价格，y轴为消费者对于该商品的需求量[2]。通过该商品的需求函数可知商品的需求量与价格呈现反向变动，当某商品的价格上升时，商品的需求量就会降低。在需求函数特征的所有影响因素中，商品价格、相关商品价格、消费者对于商品价格的预期、消费者数量以及商品重要性等因素较为重要。由于电动工具的特殊性质，其需求函数并不同于一般商品。以电锤为例，作为一种专用工具，即使该商品的价格不断升高，也很难找到其他工具替代电锤完成作业，这也展现了电锤这一商品无可替代的特性。因此，电动工具的价格弹性小，进一步推导电动工具需求函数的斜率极小。同理，对于电机而言，也很难找出其他的产品替代使用，因此电动工具和电机的消费曲线都呈现为与x轴夹角极小的直线。

2.3 生产函数

在经济学中，一般认为生产函数是一条斜率为正数且经过原点的直线。横轴为价格，纵轴为商品的产量。当商品的价格升高时，产量也随之升高。一件商品的生产函数通常受到各类生产要素的影响，如土地、资本、劳动、科技水平等，本文主要论述科技水平对于生产函数的影响。商品的科技水平越高，技术壁垒越难以打破，也就意味着商品很难被模仿与抄袭，价格弹性相对越小。此时，提高单位价格对于需求量的影响并不大，制造商通常会增加该商品产量以提高商品利润，体现为该商品的生产函数趋于陡峭。电动工具相关商品的生产函数斜率相比一般商品更大。同理可知，开关磁阻电机与永磁同步电机相比传统步进电机与同步直流电机的生产函数斜率更大。

3 市场模型

在经济学中，市场需求的平衡点是同一坐标轴的需求函数与生产函数的交点，表示制造商和消费者达成了一致，即：一致的价格，一致的数量。当其他要素不变时，电动工具及电机的技术越先进，生产函数斜率越大。当需求函数不变时，电动工具与电机的技术越先进，则两函数交点的x值越小，y值越大，交点向左上方移动，即产量和需求更高，价格更低。对于消费者而言在满足了功能需求的同时降低了购买成本，对于制造商而言生产总收益即为生产函数与两条坐标轴围成的面积，当生产函数往上方转动时，利润上升。因此，这是双赢的选择。

在放眼市场机制的同时，相关各方应该着眼宏观，以国家层面、社会层面讨论电动工具的未来发展，关注两个方面：第一，新能源技术。“双碳”目标以及倡导绿色能源政策规划了我国电动工具产业未来发展方向，即利用新能源，提高能源利用率，减少有害物质排放。第二，避免垄断。对于高质量电动工具及电机，需求函数的斜率绝对值较小而生产函数的斜率较大，容易造成企业提价的现象，此时市场机制失效，生产函数与需求函数同时失去作用，需要有关方面出台政策干预。

4 发展预测

电动工具与电机本身的特性确定了无差异曲线，进而得出了消费曲线,与生产曲线相结合，得出科技水平越高的电动工具及电机在市场需求和生产优先级方面更有优势。

研究表明开关磁阻电机的市场占有率将在十年内提高25%。开关磁阻电机使用效率高、节能效果极好，具有软启动特性，对电网的冲击极小，功率因数高。从经济学的角度来看，符合对于电机市场的预测。同样，调查表明在过去及未来的五年中，永磁电机的市场销售额持续升高。永磁电机具有效率高、功率密度高、转矩密度高等特点，鉴于我国的稀土资源较为丰富，永磁电机的制造材料非常充裕，易于控制制造成本等特点，符合前文以经济学原理判断的电动工具及电机发展趋势。