永磁同步电动机的分类和特点
永磁同步电机分类
永磁同步电机分类引言永磁同步电机是一种广泛应用于各个领域的电机类型。
它具有高效率、高功率因数、高转矩密度和优异的控制性能等特点，因此受到了广泛关注和应用。
针对不同的应用需求，永磁同步电机可以按照不同的分类方法进行分类。
本文将从不同的角度对永磁同步电机进行分类，希望能对读者理解永磁同步电机有一定的帮助。
永磁同步电机分类方法1. 按照永磁材料类型分类根据永磁材料的不同，永磁同步电机可以分为以下几类：1.1 永磁同步电机永磁同步电机采用永磁体作为励磁源，将磁场直接提供给转子，从而实现电机的同步运转。
常见的永磁材料有氧化物磁体、钕铁硼磁体和钴磁体等。
永磁同步电机具有高效率、高转矩密度和小体积等优点，被广泛应用于电动汽车、风力发电和机床等领域。
1.2 软磁材料同步电机软磁材料同步电机是指在磁场励磁方面采用软磁材料而不是永磁体的电机。
软磁材料同步电机具有磁场可调性和高磁饱和特性，能够在宽速度范围内保持高效率和高转矩密度。
它广泛应用于飞机起落架、船舶推进系统和电力系统等领域。
2. 按照转子结构分类根据永磁同步电机的转子结构的不同，可以将永磁同步电机分为以下几类：2.1 表面永磁同步电机表面永磁同步电机是指将永磁体直接安装在转子的表面上的电机。
这种结构简单，制造工艺相对容易，适用于小功率、小转矩的应用。
表面永磁同步电机广泛应用于家用电器、办公设备和小型机械等领域。
2.2 内部永磁同步电机内部永磁同步电机是将永磁体嵌入到转子的内部，与铁芯紧密结合的电机。
内部永磁同步电机具有高转矩密度和高热稳定性等特点，广泛应用于电动汽车、机床和工业自动化等领域。
3. 按照控制方式分类根据永磁同步电机的控制方式的不同，可以将永磁同步电机分为以下几类：3.1 矢量控制永磁同步电机矢量控制永磁同步电机是指通过精确控制电流和磁通矢量来实现电机的高性能运行。
矢量控制永磁同步电机具有快速响应、高动态性能和良好的负载适应能力等特点，广泛应用于工业自动化、电力工程和交通运输等领域。
永磁电机简要分类
变频器供电的永磁同步电动机加上转子位置闭环控 制系统构成自同步永磁电动机，既具有电励磁直流 电动机的优异调速特性，又实现了无刷化，在要求 高控制精度和高可靠性的场合，如航空、航天、数 控机床、加工中心、机器人、电动汽车、计算机外 围设备和家用电器等方面都获得广泛应用。通常， 反电动势和供电电流波形都是矩形波的电动机称之 为无刷直流永磁电动机；反电动势和供电电流波形 都是正弦波的电动机，称为永磁同步电动机。
直流永磁电机虽然省却了电励磁系统，由于用“电 刷/换向器”机械接触机构，换向火花、电磁干扰、 寿命短和可靠性等问题仍然存在，极大限制了其使 用范围。 随着微电子器件和电力电子器件方面的进步和发展， 电子换向替代机械换向的技术日益成熟，无刷直流 永磁电机迅猛发展起来。如日常生活中几乎随处可 见的电动摩托车、电动自行车，全部采用了外转子 无刷直流永磁电机。
运行性能方面，有刷直流电动机电枢绕组的元件数 和换向器的换向片数多于无刷直流电动机电枢绕组 的相数，运行过程中有较大的差别：有刷直流电动 机的磁极磁场与电枢磁场始终处于正交状态，而无 刷直流电动机的磁极磁场与电枢磁场在某一角度范 围内变动，正交状态仅只是其中的一个瞬时位置。 因此，在其他条件相同的情况下，在运行过程中， 无刷直流电动机的力矩脉动要大于有刷直流电动机 的力矩脉动，无刷直流电动机的电磁力矩要小于有 刷直流电动机的电磁力矩。
永磁同步电机与传统的电励磁同步电机运行原理相 同。因不需要励磁绕组和直流励磁电源，故取消了 容易出问题的集电环和电刷装置，成为无刷电机。
永磁发电机制成后难以调节磁场以控制其输出电压 和功率因数，从而限制了它的使用范围。如直驱式 永磁风力发电机，与电网间的能量交换必须通过变 频器实现，无法直联。
永磁同步电机分类
永磁同步电机分类永磁同步电机是一种应用广泛的电机，其具有高效、高性能、小体积等优点，在工业生产中得到了广泛的应用。
根据不同的分类标准，永磁同步电机可以分为多种类型。
本文将从不同的角度出发，对永磁同步电机的分类进行详细介绍。
一、按转子结构分类1. 内转子型永磁同步电机内转子型永磁同步电机是指转子部分位于定子内部的一类永磁同步电机。
其结构简单紧凑，适用于需求高速运转和小型化设计的场合。
内转子型永磁同步电机可以进一步分为两类：表面贴装型和内嵌式。
表面贴装型内转子型永磁同步电机采用铜箔线圈直接贴在铁芯上，然后再通过压制或注塑成型。
这种结构具有良好的散热性能和较高的效率。
内嵌式内转子型永磁同步电机则是将铜线圈和铁芯组合成一个整体，再将整个转子嵌入定子中。
这种结构具有较强的韧性和可靠性。
2. 外转子型永磁同步电机外转子型永磁同步电机是指转子部分位于定子外部的一类永磁同步电机。
其结构相对复杂，适用于需要大功率输出和高扭矩的场合。
外转子型永磁同步电机可以进一步分为两类：铁芯式和铝壳式。
铁芯式外转子型永磁同步电机采用铜线圈绕制在铁芯上，然后再通过压制或注塑成型。
这种结构具有良好的散热性能和较高的效率。
铝壳式外转子型永磁同步电机则是将铜线圈和铝合金壳体组合成一个整体，再将整个转子安装在轴上。
这种结构具有较强的韧性和可靠性。
二、按控制方式分类1. 伺服控制型永磁同步电机伺服控制型永磁同步电机是指通过控制器对电机进行精确控制，实现精准位置、速度、力量等参数的调节。
这种类型的永磁同步电机广泛应用于工业生产中需要高精度控制的场合，如自动化生产线、机器人等。
2. 变频控制型永磁同步电机变频控制型永磁同步电机是指通过变频器对电机进行调速控制，实现不同转速和功率输出的需求。
这种类型的永磁同步电机广泛应用于工业生产中需要调节转速的场合，如风力发电、水泵等。
三、按永磁材料分类1. NdFeB型永磁同步电机NdFeB型永磁同步电机是指采用钕铁硼材料作为永磁体的一类电机。
4-永磁同步电动机(基础)
4.2 内置径向式转子磁路结构
转轴
隔磁磁桥
永磁体
内置结构式转子的永磁体位于转子内部，永磁体外 表面与定子铁心内圆之间(对外转子磁路结构则为永 磁体内表面与转子铁心外圆之间)有铁磁物质制成的 极靴，极靴中可以放置铸铝笼或铜条笼，起阻尼或 (和)起动作用，动、稳态性能好，广泛用于要求有异 步起动能力或动态性能高的永磁同步电动机。内置式 转子内的永磁体受到极靴的保护，其转子磁路结构的 不对称性所产生的磁阻转矩也有助于提高电动机的过 裁能力和功率密度，而且易于“弱磁”扩速。
直轴电枢反应 为去磁性质
Ed E0
I&1 超前 E&0 I&1 滞后 U&
相当于感性负载
直轴电枢反应 为去磁性质
Ed E0
I&1 I&q
I&1与 U&同相位
仅有交轴电枢 反应，无直轴 电枢反应
Ed E0
I&1 滞后 E&0
相当于感性负载
直轴电枢反应 为助磁性质
Ed E0
7.2 永磁同步电机电磁转矩和矩角特性
1. 普通双层短距绕组
波形不好；永磁齿 磁导磁阻转矩大； 绕组端部长,不经济
2. 集中绕组 一对极下放置三 相集中绕组，绕 组基波系数低， 电机性能差。
3. 普通分数槽绕组
q 1 的分数槽绕
组可以改善电动势 和磁动势波形，
绕组的端部长。
4. 特殊分数槽绕组
q 1 3 这种
永磁电机分类
永磁电机分类
永磁电机是一种常见的电动机，其主要特点是具有永磁体，而不需要外部电源提供磁场。
根据其结构和工作原理的不同，可以将永磁电机分为不同的类型。
1. 永磁直流电机：永磁直流电机是将直流电源的电流通过永磁体和电枢绕组产生磁场，从而使电机旋转的一种电机。
其结构简单，易于控制，广泛应用于家电、办公设备、玩具等领域。
2. 永磁同步电机：永磁同步电机是将交流电源的电流通过永磁体和定子绕组产生磁场，从而使转子旋转的一种电机。
其具有高效率、高功率密度、无需外部励磁等优点，被广泛应用于工业自动化、航空航天、机器人等领域。
3. 永磁异步电机：永磁异步电机是将交流电源的电流通过永磁体和定子绕组产生磁场，从而产生异步转子转动的一种电机。
其结构简单、可靠性高、低成本等优点，被广泛应用于家电、电动工具、小型机械等领域。
4. 永磁步进电机：永磁步进电机是一种特殊的电动机，它通过控制电极的电流大小和方向，使其产生逐步转动，从而实现精准定位的目的。
其精度高、响应速度快、节能等优点，被广泛应用于印刷、数码设备、医疗器械等领域。
总之，不同类型的永磁电机在应用领域、工作原理、结构特点等方面存在差异，但它们都具有高效率、高功率密度、低噪音等优点，是现代工业和生活中不可缺少的重要设备。
「永磁同步电动机的分类和特点」
「永磁同步电动机的分类和特点」1.永磁同步表面磁励磁电动机（SPM）永磁同步表面磁励磁电动机（SPM）是一种常见的永磁同步电动机类型。
在SPM中，永磁体被安装在电机的转子上，通过磁场与定子绕组产生磁耦合作用。
该类型的电动机具有高功率密度、高效率和高转矩密度等优点。
由于永磁体直接与转子接触，因此转矩传递效果较好。
然而，SPM的控制较为复杂，一般需要实时测量转子位置信息。
2.内反磁励永磁同步电动机（IPM）内反磁励永磁同步电动机（IPM）是另一种常见的永磁同步电动机类型。
在IPM中，除了有永磁体外，还在转子上安装了铁芯。
这些铁芯在转子旋转时，会产生一个反磁场，与永磁体的磁场相互作用。
这种结构使得IPM电动机在转速较低时仍然具有高效率。
此外，IPM具有良好的磁场调节能力，能够适应不同工况的需求。
3.外磁励永磁同步电动机（BPM）外磁励永磁同步电动机（BPM）是一种采用了外加励磁的永磁同步电动机。
该类型的电动机通过外部磁场分布来提供额外的磁励磁场，从而实现转子的同步运转。
BPM通常具有较高的控制精度和较低的转速波动率。
然而，由于需要外部磁场的加入，BPM的结构较为复杂，整体成本也较高。
上述是常见的几种永磁同步电动机的分类和特点。
不同类型的永磁同步电动机适用于不同的工况和应用场景。
在实际应用中，我们需要根据具体需求选择合适的类型。
无论是哪种类型，永磁同步电动机都具有高效率、高转矩密度和较低的能耗等优点，因此得到了广泛的应用。
未来随着永磁技术的不断发展，我们可以期待永磁同步电动机在各个领域的更广泛应用。
永磁同步电机简介
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（3）弱磁控制 永磁同步电机的转子是永磁铁励磁，随着转速的升高，电动 机电压达到逆变器所能输出的极限，再想升速就只能靠调节 定子电流的大小和相位增加直轴去磁电流来等效弱磁提高转 速。 （4）性能改善 主要从开发新结构电机，力矩补偿减少力矩波动，改善永磁 体的抗消磁能力等方面对电机的性能进行改善。
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永磁同步电机控制策略
（1）上世纪70年代西门子工程师F.Blaschke 首先提出异步电机矢量控制理论来解决交流电 机转矩控制问题。 ~
给定 信号
i*m
控制器 i
* t
i*
VR-1 i*
+
i*A i*B 2/3 * iC
iA 电流控制 iB 变频器 iC
i
3/2 iβ VR
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5. 永磁同步电机的发展趋势
（1）大功率，高转速，高转矩，高效率，质量轻 （2）轻型化，微型化，高功能化，专业化 （3）动力传动一体化的电机驱动系统 （4）高性能，高档永磁同步电机伺服系统
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3. 永磁同步电机控制系统的控制算法研究现状综述
永磁同步电机是一个多变量，强耦合的非线性系统。实际 应用中电机的参数实时变化，且会受到外部干扰的影响，因此 很多的先进控制算法被应用到交流控制系统来解决上述问题。 （1）PI控制 优点：经典控制策略，方法简单，既能提高静态精度，又能改 善动态品质； 缺点：PI控制法属于线性的控制方法，适应负载能力差，抗干 扰能力差，控制性能不够稳定。 （2）滑模变结构控制 优点：不要求精确的数学模型，不受参数变化和外部扰动的影 响； 缺点：由于惯性，时间延迟等因素，存在抖振现象。
im
等效直流 电机模型
《永磁同步电动机》课件
面临的挑战与解决方案
成本问题
随着高性能永磁材料价格的上涨，永磁同步电动机的成本 也随之增加。解决方案包括采用替代性材料、优化设计等 降低成本。
控制精度问题
在某些高精度应用场景中，永磁同步电动机的控制精度仍 需提高。解决方案包括采用先进的控制算法和传感器技术 提高控制精度。
可靠性问题
在高温、高湿等恶劣环境下，永磁同步电动机的可靠性可 能会受到影响。解决方案包括加强散热设计、提高材料耐 久性等提高可靠性。
总结词
风力发电系统中应用永磁同步电动机，具有 高效、可靠、低噪音等优点。
详细描述
风力发电系统需要能够在风能不稳定的情况 下高效、可靠运行的电机，永磁同步电动机 能够满足这些要求。其高效、可靠、低噪音 的特性使得风力发电系统在能源利用效率和
可靠性方面具有显著优势。
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工作原理
永磁同步电动机通过控制器调节电机电流，使电机转子与定子磁场保持同步， 从而实现电机的运转。其工作原理基于磁场定向控制和矢量控制技术。
种类与特点
种类
永磁同步电动机根据结构可分为 表面贴装式、内置式和无铁心式 等类型。
特点
永磁同步电动机具有效率高、节 能效果好、运行稳定、维护方便 等优点，广泛应用于工业自动化 、新能源、电动汽车等领域。
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CATALOGUE
永磁同步电动机的发展趋势与挑战
技术发展趋势
高效能化
随着技术的不断进步，永磁同步电动机的效率和性能不断提升， 能够满足更多高效率、高负载的应用需求。
智能化
随着物联网、传感器等技术的发展，永磁同步电动机的智能化水平 不断提高，可以实现远程监控、故障诊断等功能。
紧凑化
为了适应空间受限的应用场景，永磁同步电动机的尺寸和重量不断 减小，同时保持高性能。
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永磁同步电动机的分类和特点
技术2008-08-09 15:13:38 阅读178 评论0 字号：大中小
一，永磁同步电动机的特点
永磁同步电动机结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高，和直流电机相比，它没有直流电机的换向器和电刷等缺点。
和异步电动机相比，它由于不需要无功励磁电流，因而效率高，功率因数高，力矩惯量比大，定子电流和定子电阻损耗减小，且转子参数可测、控制性能好；但它与异步电机相比，也有成本高、起动困难等缺点。
和普通同步电动机相比，它省去了励磁装置，简化了结构，提高了效率。
永磁同步电机矢量控制系统能够实现高精度、高动态性能、大范围的调速或定位控制，因此永磁同步电机矢量控制系统引起了国内外学者的广泛关注。
我国是盛产永磁材料的国家，特别是稀土永磁材料钕铁硼资源在我国非常丰富，稀土矿的储藏量为世界其他各国总和的4倍左右，号称“稀土王国”。
稀土永磁材料和稀土永磁电机的科研水平都达到了国际先进水平。
因此，对我国来说，永磁同步电动机有很好的应用前景。
二，永磁同步电动机的分类
永磁同步电动机的转子磁钢的几何形状不同，使得转子磁场在空间的分布可分为正弦波和梯形波两种。
因此，当转子旋转时，在定子上产生的反电动势波形也有两种：一种为正弦波；另一种为梯形波。
这样就造成两种同步电动机在原理、模型及控制方法上有所不同，为了区别由它们组成的永磁同步电动机交流调速系统，习惯上又把正弦波永磁同步电动机组成的调速系统称为正弦型永磁同步电动机（PMSM）调速系统；而由梯形波（方波）永磁同步电动机组成的调速系统，在原理和控制方法上与直流电动机系统类似，故称这种系统为无刷直流电动机（BLDCM）调速系统。
永磁同步电动机转子磁路结构不同，则电动机的运行特性、控制系统等也不同。
根据永磁体在转子上的位置的不同，永磁同步电动机主要可分为：表面式和内置式。
在表面式永磁同步电动机中，永磁体通常呈瓦片形，并位于转子铁心的外表面上，这种电机的重要特点是直、交轴的主电感相等；而内置式永磁同步电机的永磁体位于转子内部，永磁体外表面与定子铁心内圆之间有铁磁物质制成的极靴，可以保护永磁体。
这种永磁电机的重要特点是直、交轴的主电感不相等。
因此，这两种电机的性能有所不同。
三无刷直流电动机（BLDCM）
1，BLDCM研究现状
永磁无刷直流电动机与传统有刷直流电动机相比, 是用电子换向取代原直流电动机的机械换向, 并
将原有刷直流电动机的定转子颠倒（转子采用永磁体）从而省去了机械换向器和电刷，其定子电流为方波, 而且控制较简单, 但在低速运行时性能较差, 主要是受转矩脉动的影响。
引起转矩脉动的因素很多, 主要有以下原因：
（1）电枢反应引起的转矩脉动
减弱或克服这种原因造成转矩脉动采用的方法是适当增大气隙, 设计磁路时使电机在空载时达到足够饱和, 以及电机选择瓦形或环形永磁体径向励磁结构等。
（2）电流换相引起的转矩脉动
其抑制措施是通过选择适当的电机转速来削弱换相转矩脉动的影响, 或采用重叠换相法来抑制相电流换相引起的转矩脉动。
（3）齿槽效应引起的转矩脉动减弱齿槽效应最普通的方法是合理地选择极槽配合, 要么采用斜槽, 或转子采用斜极, 另外还可适当增大气隙, 采用分数槽也有助于减少齿槽转矩脉动如果制造无槽电机则是一种最有效的方法。
（4）电流调节误差引起的转矩脉动
克服这种原因所造成的转矩脉动可通过改进电流控制方法来提高电流控制的精度, 以减小电流脉动, 从而把由电流调节引起的转矩脉动降到最低限度。
不过, 要想找到更精确的电流控制方法, 还需在实践中进行更深入的探索和研究。
（5）机械加工因素引起的转矩脉动
譬如, 制造电机所用材料的不一致性、转子的偏心、各相绕组的不对称等都易引起转矩的脉动, 可以采用选择高质量材料, 提高工艺加工水平的办法来减弱它的影响。
2.BLDCM的发展趋势
自八十年代以来, 控制技术尤其是控制理论策略发展十分迅猛, 一些先进的控制策略方法（如滑模控制、变结构控制、模糊控制、专家控制等）正被尝试着引入永磁无刷电动机控制器中，这为推动高性能向智能化、柔性化、全数字化方向发展开辟了新道路, 加上人类社会不断的进步, 人们保护生存环境意识不断增强, 选用高性能会成为电机产业发展的一种必然趋势, 而且它将会在电动汽车、家用电器及工厂自动化等小电机行业中获得更广泛的应用。
四永磁同步电机（PMSM）
1．PMSM的种类
采用正弦波的永磁同步电动机可根据永磁体在转子上放置的位置分为三种：一是永磁体埋在转子内的内磁式永磁同步电动机；一是永磁体安放在转子表面的外磁式永磁同步电动机；第三种是永磁体嵌入或部分嵌入的嵌入式永磁同步电动机。
2．PMSM的研究现状
虽然BLDCM比PMSM具有控制简单,成本低, 检测简单等优点, 但因为BLDCM的转矩脉动比较大, 铁心损耗也较大, 所以在低速直接驱动场合的应用中,PMSM的性能比BLDCM及其它交流伺服电动机优越得多。
不过在发展高性能PMSM中也遇到几个“ 瓶颈” 问题有待于作更深入的研究和探索。
存在的主要问题如下：
（1）PMSM在使用过程中出现“退磁”现象，而且在低速时也存在齿槽转矩对其转矩波动的影响。
（2）检侧误差对控制器调节性能有影响, 发展高精度的速度及位置检侧器件和实现无传感器检测的方法均可克服这种影响。
（3）以PMSM作为执行元件构成的永磁交流伺服系统, 由于PMSM本身就是具有一定非线性、强藕合性和时变性的“ 系统” , 同时其伺服对象也存在较强的不确定性和非线性, 加之系统运行时易受到不同程度的干扰, 因此采用先进控制策略, 先进的控制系统实现方式如基于控制, 以从整体上提高系统的“ 智
能化、数字化” 水平, 这应是当前发展高性能PMSM
伺服系统的一个主要的“ 突破口”。
3．PMSM的发展趋势
PMSM伺服系统从其应用领域的特点和自身技术的发展来看, 将会朝着以下两个方向发展一是适用于简易数控机床、办公自动化设备、家用电器、计算机外围设备以及对性能要求不高的工业运动控制等领域的简易、低成本伺服系统另一方向则是向适用于高精度数控机床、机器人、特种加工设备精细进给驱动以及航空、航天用的高性能全数字化、智能化、柔性化的PMSM伺服系统发展而且后一个发展方向更能充分体现璐伺服系统优点, 今后必将成为重点发展方向。
五，PMSM与BLDCM矢量控制系统的比较
永磁同步电机与无刷直流电机有许多类似之处，转子上均有永磁磁极，定子电枢需要交变电流以产生恒定转矩，其主要区别是永磁同步电机的反电势为正弦波，无刷直流电动机的反电势为梯形波。
为了产生恒定力矩，永磁同步电机需要的定子电流为正弦波对称电流，无刷直流电机需要的定子电流为方波电流。
由于电磁惯性，无刷直流电机的定子电流实际上为梯形波，而无法产生方波电流，并由集中绕组供电，所以无刷直流电动机（BLDCM）较永磁同步电机(PMSM)脉动力矩大。
在高精度伺服驱动中，永磁同步电机有较大竞争力。
在另一方面，永磁同步电机单位电流产生的力矩较无刷直流电机单位电流产生的力矩小。
在驱动同容量的电动机时，永磁同步电机所需逆变器容量大并且需要控制电流为正弦波，开关损耗大很多。
无刷直流电机定子电流为方波，每相开通1200电角度，然后关断600电角度。
每600电角度有一个开关改变状态，所以无刷直流电机转子位置检测器只需要每隔600电角度输出一个脉冲。
永磁同步电机定子电流为正弦波，定子电流瞬时值取决于转子的瞬时位置，所以必须连续地检测转子位置。
永磁同步电机的交轴电抗和直轴电抗随电机磁路饱和等因素而变化，从而影响输出力矩的磁阻力矩分量。
永磁同步电机对参数的变化较无刷直流机敏感，但当永磁同步电机工作于电流控制方式时，磁阻转矩很小，永磁同步电机矢量控制系统对参数变化的敏感性与无刷直流机基本相同。
当电机转速较高，无刷直流电机反电势与直流母线电压相同时，反电势限制了定子电流。
而永磁同步电机能够采用弱磁控制，因此具有较大的调速范围。
六．结束语
21世纪，科学技术迅猛发展，“高新技术”不断涌现，节电，环保意识日益增强，使得高性能的PMSM 伺服系统和BLDC伺服系统发展前途一片光明, 随其技术的快速发展和日渐成熟, 将会赢得更为广阔的发展空间, 获得更加广泛的应用, 和之间谁将成为世纪小电机行业的领头羊, 就要看它们中谁最先突破技术上的难关, 谁就占领这片广阔的市场。