稀土永磁電機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì).doc

稀土永磁電機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì) 電氣1101班 110301107 王文博 稀土永磁電機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì) 稀土永磁材料在電機(jī)中的應(yīng)用11 永磁電機(jī)的概念在電機(jī)內(nèi)建立進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換所必需的氣隙磁場(chǎng)有兩種方法。一種是在電機(jī)繞組內(nèi)通電流產(chǎn)生磁場(chǎng)。這種方法既需要有專門的繞組和相應(yīng)的裝置，又需要不斷供給能量以維持電流流動(dòng)，例如普通的直流電機(jī)和同步電機(jī)。另一種是由永磁體來產(chǎn)生磁場(chǎng)。這種方法既可簡(jiǎn)化電機(jī)結(jié)構(gòu)，又可節(jié)約能量。由永磁體產(chǎn)生磁場(chǎng)的電機(jī)就是永磁電機(jī)。12 稀土永磁材料的優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用稀土永磁材料的磁性能優(yōu)異，它經(jīng)過充磁后不再需要外加能量就能建立很強(qiáng)的永久磁場(chǎng)。稀土永磁電機(jī)不僅效率高，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、體積小、重量輕。它既可達(dá)到傳統(tǒng)電勵(lì)磁電機(jī)所無法比擬的高性能(如高效、高速、高響應(yīng)速度)，又可以制成能滿足特定運(yùn)行要求的特種電機(jī)，如電梯曳引電機(jī)、汽車專用電機(jī)等。稀土永磁電機(jī)與電力電子技術(shù)和微機(jī)控制技術(shù)相結(jié)合能使電機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)的性能提高到一個(gè)嶄新的水平，從而提高所配套的技術(shù)裝備的性能和水平。這是電機(jī)行業(yè)調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的重要發(fā)展方向。收稿日期：20o8o40138稀土永磁材料的廣泛應(yīng)用，已深入國(guó)民經(jīng)濟(jì)的方方面面，其產(chǎn)量與用量已成為衡量一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力與國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。大力應(yīng)用新型稀土永磁材料，將我國(guó)資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)，能帶動(dòng)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)及相關(guān)行業(yè)的迅猛發(fā)展，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來新的增長(zhǎng)點(diǎn)。近十多年來，全球燒結(jié)釹鐵硼產(chǎn)量年平均增長(zhǎng)率為25左右。因此，稀土永磁電機(jī)是一項(xiàng)市場(chǎng)前景好、應(yīng)用潛力大的朝陽產(chǎn)業(yè)。我國(guó)的稀土資源豐富，稀土不稀，號(hào)稱“稀土王國(guó)”。稀土礦石和稀土永磁的產(chǎn)量都居世界前列。我國(guó)稀土資源主要分布在內(nèi)蒙古包頭、江西、四川和山東。世界已探明的稀土儲(chǔ)量為6 200萬噸(以稀土氧化物REO計(jì))，其中中國(guó)稀土資源工業(yè)儲(chǔ)量為4 800萬噸，遠(yuǎn)景儲(chǔ)量達(dá)12億噸，占世界已探明資源的80 ，而且品種全、質(zhì)量高，為大力開發(fā)稀土材料提供了得天獨(dú)厚的條件。我國(guó)稀土永磁材料和稀土永磁電機(jī)的科研水平都達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。目前，高檔釹鐵硼永磁產(chǎn)品N48、45M、44H、39SH、35UH和28EH等都已批量生產(chǎn)。充分發(fā)揮我國(guó)稀土資源豐富的優(yōu)勢(shì)，大力研究和推廣應(yīng)用以稀土永磁電機(jī)為代表的各種永磁電機(jī)，對(duì)實(shí)現(xiàn)我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。中國(guó)重型裝備HEAVY MACHINERY SCIENCE AND TECHN0L0GYNo4December 20082 永磁電機(jī)的發(fā)展概況永磁電機(jī)的發(fā)展同永磁材料的發(fā)展密切相關(guān)。我國(guó)是世界上最早發(fā)現(xiàn)永磁材料的磁特性并把它應(yīng)用于實(shí)踐的國(guó)家。兩千多年前，我國(guó)就利用永磁材料的磁特性制成了指南針。19世紀(jì)20年代出現(xiàn)的世界上第一臺(tái)電機(jī)就是由永磁體產(chǎn)生勵(lì)磁磁場(chǎng)的永磁電機(jī)。但當(dāng)時(shí)所用的永磁材料是天然磁鐵礦石(Fe O )，磁能密度很低，用它制成的電機(jī)體積龐大，不久就被電勵(lì)磁電機(jī)所取代。隨著各種電機(jī)迅速發(fā)展的需要和電流充磁器的發(fā)明，人們對(duì)永磁材料的機(jī)理、構(gòu)成和制造技術(shù)進(jìn)行了深入研究。相繼發(fā)現(xiàn)了碳鋼、鎢鋼(最大磁能積約27 kJm )、鈷鋼(最大磁能積約72 kJm )等多種永磁材料。20世紀(jì)30年代出現(xiàn)的鋁鎳鈷永磁(最大磁能積可達(dá)85 kJm )和50年代出現(xiàn)的鐵氧體永磁(最大磁能積現(xiàn)可達(dá)40 kJ!m )在磁性能上有了很大提高。隨著各種微型和小型電機(jī)紛紛使用永磁體勵(lì)磁，永磁電機(jī)的功率小至數(shù)毫瓦，大至幾十千瓦，在軍事、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中都得到廣泛應(yīng)用，產(chǎn)量急劇增加。在20世紀(jì)60年代和8O年代，稀土鈷永磁和釹鐵硼永磁(二者統(tǒng)稱稀土永磁)相繼問世。它們的高剩磁密度、高矯頑力、高磁能積和線性退磁曲線的優(yōu)異磁性能特別適合于制造電機(jī)，從此永磁電機(jī)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的歷史時(shí)期。1983年日本住友特種金屬公司和美國(guó)通用汽車公司各自研制成功釹鐵硼(NdFeB)永磁，稱為第三代稀土永磁。由于釹鐵硼永磁的磁性能高于其他永磁材料，價(jià)格又低于稀土鈷永磁材料，在稀土礦中釹的含量是釤的十幾倍，而且不含戰(zhàn)略物質(zhì)鈷，因而引起了國(guó)內(nèi)外磁學(xué)界和電機(jī)界的極大關(guān)注，紛紛投人大量人力物力進(jìn)行研究開發(fā)。目前正在研究新的更高性能的永磁材料，如釤鐵氮永磁、納米復(fù)合稀土永磁等，以求能有新的更大的突破。1983年出現(xiàn)價(jià)格相對(duì)較低的釹鐵硼永磁后，國(guó)內(nèi)外的研究開發(fā)重點(diǎn)開始轉(zhuǎn)移到工業(yè)和民用電機(jī)上。稀土永磁的優(yōu)異磁性能，加上電力電子器件和微機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，不僅使許多傳統(tǒng)的電勵(lì)磁電機(jī)紛紛用稀土永磁電機(jī)未替代，而且可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的電勵(lì)磁電機(jī)難以達(dá)到的高性能。3 稀土永磁電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域與傳統(tǒng)的電勵(lì)磁電機(jī)相比，稀土永磁電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、體積小、質(zhì)量輕、損耗小、效率高、電機(jī)的形狀和尺寸靈活多樣等顯著優(yōu)點(diǎn)。因此稀土永磁電機(jī)的應(yīng)用范圍極為廣泛，遍及航空、航天、國(guó)防、裝備制造、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和Et常生活的各個(gè)領(lǐng)域。它包括永磁同步電動(dòng)機(jī)、永磁發(fā)電機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)、無刷直流電動(dòng)機(jī)、交流永磁伺服電動(dòng)機(jī)、永磁直線電機(jī)、特種永磁電機(jī)及相關(guān)的控制系統(tǒng)。種類幾乎覆蓋了整個(gè)電機(jī)行業(yè)。31 稀土永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)永磁同步發(fā)電機(jī)與傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)相比，不需要集電環(huán)和電刷裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，降低了故障率。采用稀土永磁后還可以增大氣隙磁密，并把電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整到最佳值，提高功率質(zhì)量比?，F(xiàn)代航空、航天用發(fā)電機(jī)幾乎全部采用稀土永磁發(fā)電機(jī)。永磁發(fā)電機(jī)也用作大型汽輪發(fā)電機(jī)的副勵(lì)磁機(jī)。目前，獨(dú)立電源用的內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)小型發(fā)電機(jī)、車用永磁發(fā)電機(jī)、風(fēng)輪直接驅(qū)動(dòng)的小型永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)正在逐步推廣。隨著永磁材料性能的不斷提高和完善，特別是釹鐵硼永磁的熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性的改善、價(jià)格的逐步降低以及電力電子器件的進(jìn)一步發(fā)展，加上永磁電機(jī)研究開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的逐步成熟，在大力推廣和應(yīng)用已有研究成果，使永磁電機(jī)在國(guó)防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活等各個(gè)方面獲得越來越廣泛的應(yīng)用的同時(shí)，稀土永磁電機(jī)的研究開發(fā)也進(jìn)人了一個(gè)新階段，正向大功率化(高轉(zhuǎn)速、高轉(zhuǎn)矩)、高功能化和微型化方向發(fā)展。目前，稀土永磁電機(jī)的單臺(tái)容量已超過1 000 kW，最高轉(zhuǎn)速已超過300 000 rmin，最低轉(zhuǎn)速低于O01 rmin，最小電機(jī)外徑只有08 mm，長(zhǎng)12 mm。32 稀土永磁電機(jī)的輕型化特點(diǎn)采用稀土永磁體可以明顯減輕電機(jī)重量，縮小體積。例如10 kW發(fā)電機(jī)，常規(guī)發(fā)電機(jī)重量為220 kg，而永磁發(fā)電機(jī)重量?jī)H為92 kg，相當(dāng)于常規(guī)發(fā)電機(jī)重量的458。計(jì)算機(jī)磁盤驅(qū)動(dòng)器在20世紀(jì)60年代采用鐵氧體尺寸為l4英寸，而采用釹鐵硼后只有35英寸，現(xiàn)在己達(dá)到25英寸。德國(guó)制成的六相變頻電源供電的1 095 kW、230rmin稀土永磁電動(dòng)機(jī)，用于艦船的推進(jìn)，與過去使用的直流電動(dòng)機(jī)相比，體積減少60左右，總損耗降低20左右，并省去了電刷和換向器，維護(hù)方便。荷蘭飛利浦公司用70 w 微電機(jī)作比較，稀土永磁電機(jī)體積是電流勵(lì)磁電機(jī)的14，是鐵氧體勵(lì)磁電機(jī)的12。33 稀土永磁電機(jī)的高性能化特點(diǎn)高性能化也是稀土永磁電機(jī)的突出優(yōu)點(diǎn)，有39No4 中國(guó)重型裝備Deeember 2008 HEAVY MACHINERY SCIENCE AND TECHNOLOGY些性能是傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)所不能及的。例如，數(shù)控機(jī)床用稀土永磁伺服電機(jī)，調(diào)速比高達(dá)1：10 000。稀土永磁電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)精密控制驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)速控制精度可達(dá)到01o。在機(jī)械特性方面，稀土永磁電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)低速大轉(zhuǎn)矩運(yùn)行，可在負(fù)載轉(zhuǎn)矩下直接起動(dòng)。此外，稀土永磁電機(jī)還具有運(yùn)行精度高(如計(jì)算機(jī)硬盤驅(qū)動(dòng)器的擺動(dòng)電機(jī)端面與磁盤之間的跳動(dòng)量要求達(dá)到01 I-L03 )、運(yùn)行噪聲小、平穩(wěn)性好、過載能力大等特點(diǎn)。34 稀土永磁電機(jī)的高效節(jié)能特點(diǎn)稀土永磁電機(jī)又是一種高效節(jié)能產(chǎn)品，平均節(jié)電率高達(dá)10以上，專用稀土永磁電機(jī)的節(jié)電率可高達(dá)15 20。美國(guó)GM公司研制的釹鐵硼永磁起動(dòng)電機(jī)與老式串激直流起動(dòng)電機(jī)相比，不僅重量由原來的621 kg降低到42 kg，體積減少了13，而且效率提高了45。在水泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)需要無級(jí)變頻調(diào)速的場(chǎng)合，異步變頻調(diào)速可節(jié)電25左右，而永磁變頻調(diào)速節(jié)電率高達(dá)30 以上。電機(jī)節(jié)能是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，應(yīng)該從多個(gè)方面尋求降低電能消耗的方法。系統(tǒng)輸入功率包括配電電源、電動(dòng)機(jī)的控制、電動(dòng)機(jī)自身、電動(dòng)機(jī)與負(fù)載的連接以及最終被驅(qū)動(dòng)的負(fù)載匹配。國(guó)際電機(jī)節(jié)能的先進(jìn)水平是風(fēng)機(jī)、水泵自身運(yùn)行效率一般在85以上，系統(tǒng)運(yùn)行效率在80左右。而目前我國(guó)國(guó)產(chǎn)設(shè)備的本體設(shè)計(jì)效率為75 ，系統(tǒng)運(yùn)行效率不到30 ，電源浪費(fèi)十分嚴(yán)重。這種狀況目前尚未改變。電動(dòng)機(jī)的節(jié)能有兩個(gè)方法。一個(gè)是改進(jìn)異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，提高其效率和其他性能。另一個(gè)是發(fā)展永磁同步電動(dòng)機(jī)，可以取得更高的節(jié)電效果。4 稀土永磁電機(jī)的開發(fā)和應(yīng)用實(shí)例當(dāng)前稀土永磁電機(jī)的開發(fā)和應(yīng)用進(jìn)入了一個(gè)新階段。一方面，原有研發(fā)成果在國(guó)防、工農(nóng)業(yè)和日常生活等領(lǐng)域已大量應(yīng)用；另一方面，電機(jī)正向大功率化(高轉(zhuǎn)速，高轉(zhuǎn)矩)、高功能化和微型化方向發(fā)展，以擴(kuò)展新的電機(jī)品種和應(yīng)用領(lǐng)域。近年來，運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法完善和發(fā)展了稀土永磁電機(jī)的設(shè)計(jì)理論、磁路結(jié)構(gòu)、計(jì)算方法、檢測(cè)技術(shù)和制造工藝，并在此基礎(chǔ)上建立了工程實(shí)用的電磁設(shè)計(jì)計(jì)算程序和計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算軟件包，其中包括電磁場(chǎng)分析計(jì)算、電感參數(shù)計(jì)算、動(dòng)態(tài)性能仿真和優(yōu)化設(shè)計(jì)。在釹鐵硼永磁電機(jī)防失磁的關(guān)鍵技術(shù)問題上40有所突破。釹鐵硼永磁在高溫情況下退磁曲線不能保證是直線，永磁同步電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)、剎車或故障情況下電流激增，有可能發(fā)生不可逆退磁。在最大電流時(shí)永磁體的工作點(diǎn)必須設(shè)計(jì)在高于最大工作溫度時(shí)退磁曲線的膝點(diǎn)。用傳統(tǒng)的計(jì)算方法計(jì)算的最大退磁工作點(diǎn)是平均值，可采用有限元法計(jì)算最大退磁情況下各局部的工作點(diǎn)。開發(fā)出性能價(jià)格比高的新樣機(jī)。抽油機(jī)用永磁電機(jī)具有高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，在實(shí)際應(yīng)用中可替代比它大兩個(gè)功率等級(jí)的異步電動(dòng)機(jī)，節(jié)電率大于20。1 120 kw 永磁同步電動(dòng)機(jī)是目前世界上功率最大的異步起動(dòng)高效稀土永磁電機(jī)，效率高于965(同規(guī)格電機(jī)效率為95)，功率因數(shù)094，可替代比它大12個(gè)功率等級(jí)的普通電動(dòng)機(jī)。改造JS1384舊異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子而成的300kW永磁電機(jī)，效率為947 ，功率因數(shù)為0966，與改制前相比，有功節(jié)電率為72。超高效永磁同步電動(dòng)機(jī)的效率比美國(guó)計(jì)劃在2007年生產(chǎn)的高效電動(dòng)機(jī)的效率高2 4 ，而且小一個(gè)機(jī)座號(hào)。隨著永磁材料的迅速發(fā)展，電力電子和控制技術(shù)的進(jìn)步，稀土永磁電機(jī)將越來越多地替代傳統(tǒng)電機(jī)，應(yīng)用前景非常的樂觀。國(guó)外提高電動(dòng)機(jī)效率的主要途徑是：(1)通過對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，增加銅、鋁、電工鋼板等有效材料用量，降低繞組損耗和鐵耗；(2)采用較好的磁性材料和工藝，以降低鐵耗；(3)合理設(shè)計(jì)通風(fēng)結(jié)構(gòu)和選用高性能軸承，降低機(jī)械損耗；(4)通過改進(jìn)設(shè)計(jì)和工藝，降低雜散損耗。國(guó)外已開發(fā)出高效異步電機(jī)。美國(guó)提出將電動(dòng)機(jī)推至極限，于2007年生產(chǎn)超高效電動(dòng)機(jī)。據(jù)有關(guān)資料介紹，160M 一4 11 kW 電機(jī)的Y 系列效率為88，高效電機(jī)為918 ，超高效電機(jī)924。我國(guó)沈陽工業(yè)大學(xué)開發(fā)的超高效稀土永磁電機(jī)效率為947 。歐美等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家把提高電動(dòng)機(jī)效率重點(diǎn)放在異步電動(dòng)機(jī)上。英國(guó)三相異步電動(dòng)機(jī)的用電量占電動(dòng)機(jī)總用電量的86，美國(guó)和歐盟37 kW 以下的電動(dòng)機(jī)臺(tái)數(shù)占總裝機(jī)臺(tái)數(shù)的95。5 幾種新型結(jié)構(gòu)的永磁電機(jī)51 無鐵心釹鐵硼永磁電機(jī)利用釹鐵硼永磁材料高矯頑力的優(yōu)異特性，不用或少用硅鋼片制成的無鐵心電機(jī)質(zhì)量明顯減輕。無鐵心永磁電機(jī)采用聚磁型結(jié)構(gòu)和正余弦充磁，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)呈正弦分布，因此可以不斜槽，中國(guó)重型裝備HEAVY MACHINERY SCIENCE AND TECHNOL0GYNo4December 2008采用集中繞組，便于ac控制。這種電機(jī)繞組端部短、損耗小、轉(zhuǎn)矩密度高，振動(dòng)噪聲明顯降低。主要應(yīng)用在汽車方向盤驅(qū)動(dòng)、機(jī)器人等方面。52 橫向磁通釹鐵硼永磁電機(jī)為了解決安放線圈的槽的寬度與磁通流經(jīng)的齒部的寬度之間的矛盾，提高電機(jī)的功率密度和轉(zhuǎn)矩密度，經(jīng)過不斷探索新的磁路結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)了橫向磁通電機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)想。這種電機(jī)的定子齒槽結(jié)構(gòu)和電樞線圈在空間上相互垂直，主磁通沿電機(jī)軸向流通，電流和磁負(fù)荷在空間上不存在沖突。因此定子尺寸和通電線圈的大小相互獨(dú)立，在一定范圍內(nèi)可以任意選取，提高了功率密度。目前國(guó)際上對(duì)這種結(jié)構(gòu)電機(jī)的研發(fā)剛剛起步，有廣闊的發(fā)展前景。53 永磁特種電機(jī)特種電機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)之一是永磁化，以高性能的永磁體勵(lì)磁逐步取代電勵(lì)磁。稀土永磁高剩磁密度、高矯頑力和高磁能積的特點(diǎn)使所制成的電機(jī)具有較大的氣隙長(zhǎng)度和氣隙密度，因而在永磁體安裝和磁路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上有很大靈活性?？梢愿鶕?jù)具體的使用場(chǎng)合制成與傳統(tǒng)電機(jī)不同的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸，例如盤式電機(jī)、無槽電機(jī)等。這既可以進(jìn)一步減少電機(jī)的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，提高電機(jī)的反應(yīng)靈敏度，又可以減少電機(jī)轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)，增加運(yùn)行的平穩(wěn)性，還可以簡(jiǎn)化電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工藝。在計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、辦公設(shè)備和要求精度定位控制的場(chǎng)合得到了廣泛應(yīng)用。計(jì)算機(jī)磁盤驅(qū)動(dòng)器中用以驅(qū)動(dòng)讀寫磁頭作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)圈式直線電動(dòng)機(jī)音圈電動(dòng)機(jī)需要高性能磁體，以保證足夠的靈敏度，并要求縮小體積和減輕質(zhì)量。釹鐵硼永磁正好能滿足這一要求。此外，在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、開關(guān)磁阻電動(dòng)、低速同步電動(dòng)機(jī)等特種電機(jī)中增加釹鐵硼永磁勵(lì)磁后，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能、動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性都有明顯提高與改進(jìn)。54 交流伺服永磁電動(dòng)機(jī)和無刷直流永磁電動(dòng)機(jī)現(xiàn)在，越來越多的變頻電源和交流電動(dòng)機(jī)組成的交流調(diào)速系統(tǒng)替代了直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。在交流電動(dòng)機(jī)中，永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)與電源頻率保持恒定的關(guān)系，可直接用于開環(huán)的變頻調(diào)速系統(tǒng)。這類電機(jī)通常由變頻器頻率的逐步升高來起動(dòng)，在轉(zhuǎn)子上可以不設(shè)置起動(dòng)繞組，并且省去了電刷和換向器，維護(hù)方便。變頻器供電的永磁同步電動(dòng)機(jī)加上轉(zhuǎn)子位置閉環(huán)控制系統(tǒng)構(gòu)成自同步永磁電動(dòng)機(jī)。其既具有電勵(lì)磁直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)異調(diào)速性能，又實(shí)現(xiàn)了無刷化。主要應(yīng)用于高控制精度和高可靠性的場(chǎng)合，如航空、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、電動(dòng)汽車、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備等。現(xiàn)已研制成寬調(diào)速范圍、高恒功率調(diào)速比的釹鐵硼永磁同步電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。永磁同步電動(dòng)機(jī)高效、小振動(dòng)、低噪聲、高轉(zhuǎn)矩密度的特點(diǎn)適用于電動(dòng)車、機(jī)床等驅(qū)動(dòng)裝置。另外，家用空調(diào)器的發(fā)展趨勢(shì)是使用能無級(jí)調(diào)速的永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)。它既能根據(jù)室溫的變化自動(dòng)調(diào)整到合適的轉(zhuǎn)速下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，減少噪聲和振動(dòng)，還比不調(diào)速的空調(diào)器節(jié)電13。其他家用電器也在逐步改用無刷直流電動(dòng)機(jī)。55 永磁直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)采用永磁勵(lì)磁后，既保留了電勵(lì)磁直流電動(dòng)機(jī)良好的調(diào)速特性和機(jī)械特性，還可省去勵(lì)磁繞組和勵(lì)磁損耗，具有了結(jié)構(gòu)工藝簡(jiǎn)單、體積小、用銅量少、效率高等特點(diǎn)。因而從家用電器、便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)工具到要求有良好動(dòng)態(tài)性能的精密速度和位置傳動(dòng)系統(tǒng)都大量應(yīng)用永磁直流電動(dòng)機(jī)。目前，我國(guó)發(fā)展迅速的汽車工業(yè)成為永磁電機(jī)的最大用戶。一輛汽車各種不同用途的電機(jī)達(dá)70余臺(tái)，其中絕大部分是低壓永磁直流微電機(jī)。汽車、摩托車用起動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)在采用釹鐵硼永磁并采用減速行星齒輪后，可使起動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的質(zhì)量減輕一半。6 稀土永磁電機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)當(dāng)前，我國(guó)高性能的稀土永磁材料已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，釹鐵硼的產(chǎn)量已居世界第一位，釹鐵硼的價(jià)格也趨向合理。統(tǒng)計(jì)資料表明，中小型永磁同步電動(dòng)機(jī)的效率可提高5 ，節(jié)電率達(dá)10，某些專用永磁同步電機(jī)節(jié)電可達(dá)15 20。所以發(fā)展永磁同步電動(dòng)機(jī)是21世紀(jì)電機(jī)工業(yè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)之一，而稀土永磁電機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)有以下幾方面：(1)向機(jī)電一體化方向發(fā)展。高性能稀土永磁電機(jī)是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的基礎(chǔ)。如，數(shù)控機(jī)床用伺服電機(jī)，計(jì)算機(jī)用VCM音圈電機(jī)等。變頻調(diào)速稀土永磁同步電機(jī)和無刷直流電機(jī)是機(jī)電一體化的基礎(chǔ)。(2)向高性能方向發(fā)展?，F(xiàn)代化裝備向電機(jī)工業(yè)提出各種各樣的高性能要求。如軍事裝備用高性能信號(hào)電機(jī)，移動(dòng)電站、自動(dòng)化裝備用伺服系統(tǒng)及電機(jī)，航空航天用高性能、高可靠性永磁電機(jī)，化纖設(shè)備用高調(diào)速精度變頻調(diào)速同步電動(dòng)機(jī)，數(shù)控機(jī)床、加工中心、機(jī)器人用高調(diào)速比稀土永磁41No4 中國(guó)重型裝備December 2o08 HEAVY MACHINERY SCIENCE AND TECHN0L0GY伺服電機(jī)及計(jì)算機(jī)用高精度擺動(dòng)電機(jī)及主軸電機(jī)，等等。(3)向?qū)Ｓ秒姍C(jī)方向發(fā)展。專用電機(jī)是根據(jù)不同負(fù)載特性而專門沒計(jì)的。如油田用抽油機(jī)專用稀土永磁電機(jī)，節(jié)電率高達(dá)20。電機(jī)工作者在研究電機(jī)本身的同時(shí)還應(yīng)研究電機(jī)所驅(qū)動(dòng)負(fù)載的特性，設(shè)計(jì)出性能先進(jìn)、運(yùn)行可靠、價(jià)格合理的稀土永磁專用電機(jī)產(chǎn)品。(4)向輕型化方向發(fā)展。航空航天產(chǎn)品、電動(dòng)車輛、數(shù)控機(jī)床、計(jì)算機(jī)、視聽產(chǎn)品、醫(yī)療器械、便攜式光機(jī)電一體化產(chǎn)品等都對(duì)電機(jī)提出體積小、重量輕的要求。有些還對(duì)電機(jī)產(chǎn)品形狀提出要求，如信息產(chǎn)品需要扁平化電機(jī)等。汽車配套電機(jī)的發(fā)展方向是輕型化、節(jié)能。汽車配套的電機(jī)主要有汽車起動(dòng)電機(jī)、汽車發(fā)電機(jī)、刮水器用驅(qū)動(dòng)電機(jī)、油泵電機(jī)等。今后，隨著汽車電子化、自動(dòng)化水平的提高，將越來越多地采用微電機(jī)。如速度控制器、空調(diào)器、車窗電動(dòng)控制、后視鏡電動(dòng)控制、車用音響電機(jī)、座位自動(dòng)調(diào)整用電機(jī)等。現(xiàn)在汽車配套電機(jī)中鐵氧體永磁電機(jī)占多數(shù)。稀土永磁電機(jī)是今后汽車電機(jī)的發(fā)展方向，特別是稀土永磁無刷直流電機(jī)越來越受到汽車行業(yè)的重視。7 結(jié)語目前，我國(guó)稀土永磁材料和稀土永磁電機(jī)的科研水平都達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。充分發(fā)揮我國(guó)稀土資源豐富的優(yōu)勢(shì)，大力研究和推廣應(yīng)用以稀土永磁電機(jī)為代表的各種永磁電機(jī)，對(duì)加快實(shí)現(xiàn)我國(guó)全面進(jìn)入小康社會(huì)具有重要的意義。目前，稀土永磁電機(jī)正向大功率化(高轉(zhuǎn)速、高轉(zhuǎn)