永磁電機(jī)的發(fā)展及在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用
永磁電機(jī)采用永磁體生成電機(jī)的磁場，無需勵(lì)磁線圈也無需勵(lì)磁電流，效率高結(jié)構(gòu)簡單，是很好的節(jié)能電機(jī)，隨著高性能永磁材料的問世和控制技術(shù)的迅速發(fā)展．永磁電機(jī)的應(yīng)用將會變得更為廣泛。
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)踐的國家，兩千多年前，我國利用永磁材料的磁特性制成了指南針，在航海、軍事等領(lǐng)域發(fā)揮了巨大的作用，成為我國古代四大發(fā)明之一。19世紀(jì)20年代出現(xiàn)的世界上第一臺電機(jī)就是由永磁體產(chǎn)生勵(lì)磁磁場的永磁電機(jī)。但當(dāng)時(shí)所用的永磁材料是天然磁鐵礦石（Fe3O4），磁能密度很低，用它制成的電機(jī)體積龐大，不久被電勵(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2.7 kJ/m3）、鈷鋼（最大磁能積約7.2 kJ/m3）等多種永磁材料。特別是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 kJ/m3）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/m3），磁性能有了很大提高，各種微型和小型電機(jī)又紛紛使用永磁體勵(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)和日常生活中得到廣泛應(yīng)用，產(chǎn)量急劇增加。相應(yīng)地，這段時(shí)期在永磁電機(jī)的設(shè)計(jì)理論、計(jì)算方法、充磁和制造技術(shù)等方面也都取得了突破性進(jìn)展，形成了以永磁體工作圖圖解法為代表的一套分析研究方法。
但是，鋁鎳鈷永磁的矯頑力偏低（36～160 kA/m），鐵氧體永磁的剩磁密度不高（0.2～0.44 T），限制了它們在電機(jī)中的應(yīng)用范圍。一直到20世紀(jì)60年代和80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)，從而使永磁電機(jī)的發(fā)展進(jìn)入一個(gè)新的歷史時(shí)期。永磁電機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用與傳統(tǒng)的電勵(lì)磁電機(jī)相比，永磁電機(jī)，特別是稀土永磁電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠；體積小，質(zhì)量輕；損耗小，效率高；電機(jī)的形狀和尺寸可以靈活多樣等顯著優(yōu)點(diǎn)。因而應(yīng)用范圍極為廣泛，幾乎遍及航空航天、國防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活的各個(gè)領(lǐng)域。下面介紹幾種典型永磁電機(jī)的主要特點(diǎn)及其主要應(yīng)用場合。稀土永磁發(fā)電機(jī)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)簡單，減少了故障率。采用稀土永磁后還可以增大氣隙磁密，并把電機(jī)轉(zhuǎn)速提高到最佳值，提高功率質(zhì)量比。當(dāng)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)。其典型產(chǎn)品為美國通用電氣公司制造的150 kVA 14 極 12 000 r/min～21 000 r/min和100 kVA 60 000 r/min的稀土鈷永磁同步發(fā)電機(jī)。國內(nèi)研發(fā)的第一臺稀土永磁電機(jī)即為3 kW 20 000 r/min的永磁發(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)，80年代我國研制成功當(dāng)時(shí)世界容量最大的40 kVA～160 kVA稀土永磁副勵(lì)磁機(jī)，配備200 MW～600 MW汽輪發(fā)電機(jī)后大大提高電站運(yùn)行的可靠性。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。永磁電機(jī)在各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中的重要作用1 節(jié)能稀土永磁電機(jī)以消費(fèi)為主要對象，如紡織和化纖工業(yè)用稀土永磁同步電機(jī)，石油、采礦，稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)在煤礦運(yùn)輸機(jī)械，稀土永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)各種泵與風(fēng)機(jī)。2 各種稀土永磁電機(jī)被各種類型的車輛（汽車，摩托車，火車）使用，稀土永磁電機(jī)是zui大的市場。據(jù)統(tǒng)計(jì)，大約70%的車用稀土永磁電機(jī)。豪華轎車，為各種應(yīng)用的電機(jī)已達(dá)70多套。由于各種汽車電機(jī)的要求是不同的，永磁材料的選擇是不一樣的。馬達(dá)磁鐵用于空調(diào)、風(fēng)機(jī)、電動(dòng)車窗，從價(jià)格的角度考慮，未來將繼續(xù)鐵氧體的優(yōu)勢。點(diǎn)火線圈、驅(qū)動(dòng)裝置、傳感器，仍然使用Sm-Co燒結(jié)磁體。此外，汽車零部件，也是電動(dòng)汽車不可忽視的，作為一種環(huán)保型（EV）和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）。3 稀土永磁電機(jī)交流伺服系統(tǒng)一套電子的、高性能的、速度控制系統(tǒng)的機(jī)電一體化機(jī)械。系統(tǒng)是一個(gè)自我控制的永磁同步電機(jī)主體。該系統(tǒng)用于數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，柔性制造技術(shù)；也用于電動(dòng)汽車，而不是傳統(tǒng)的熱動(dòng)力車，車輛排放的自由。稀土永磁電機(jī)是一種很有發(fā)展前途的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。4 新領(lǐng)域主要是為新的空調(diào)和冰箱的小功率稀土永磁同步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的支持，用于各種稀土永磁直流微電機(jī)的無線電動(dòng)小工具，稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)是功率不同的儀器。這種電機(jī)的需求也很大。5 在航空航天應(yīng)用為優(yōu)勢的稀土永磁材料，使其在航空發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用非常合適。雖然有稀土永磁電機(jī)在空氣中的一些應(yīng)用程序（如發(fā)電機(jī)電壓和短路保護(hù)等），但國內(nèi)外的專家一致認(rèn)為，稀土永磁電機(jī)是新一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要發(fā)展方向。鐵氧體永磁電機(jī)，特別是微型永磁直流電動(dòng)機(jī)，由于結(jié)構(gòu)工藝簡單、質(zhì)量減輕，總成本一般比電勵(lì)磁電機(jī)低，因而得到了極為廣泛的應(yīng)用。由于稀土永磁目前價(jià)格還比較貴，稀土永磁電機(jī)的成本一般比電勵(lì)磁電機(jī)高，這需要用它的高性能和運(yùn)行費(fèi)用的節(jié)省來補(bǔ)償。在某些場合，例如計(jì)算機(jī)磁盤驅(qū)動(dòng)器的音圈電動(dòng)機(jī)，采用釹鐵硼永磁后性能提高，體積質(zhì)量顯著減小，總成本反而降低。在設(shè)計(jì)時(shí)既需根據(jù)具體使用場合和要求，進(jìn)行性能、價(jià)格的比較后決定取舍，又要進(jìn)行結(jié)構(gòu)工藝的創(chuàng)新和設(shè)計(jì)優(yōu)化以降低成本。
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發(fā)布日期：2021-08-09
