現(xiàn)代永磁電機(jī)技術(shù)的研究

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(1.佳木斯中唯實(shí)業(yè)有限公司，黑龍江佳木斯 154005；2.中國(guó)自動(dòng)化控制系統(tǒng)總公司工程部，北京 100026)

0 引言

永磁電機(jī)是電機(jī)歷史中最為悠長(zhǎng)的種類(lèi)，同時(shí)也是技術(shù)和結(jié)構(gòu)進(jìn)步最快的電機(jī)類(lèi)型。特別是近20年，現(xiàn)代永磁電機(jī)技術(shù)有了永磁材料和周邊技術(shù)發(fā)展的支撐，形成了快速發(fā)展的勢(shì)頭，并使永磁電機(jī)向大功率、大轉(zhuǎn)矩、耐高溫、智能化等方向不斷發(fā)展。新時(shí)期，為了更好地發(fā)揮現(xiàn)代永磁電機(jī)技術(shù)的價(jià)值，在繼續(xù)突破永磁材料瓶頸的基礎(chǔ)上，推進(jìn)現(xiàn)代永磁電機(jī)周邊技術(shù)的發(fā)展，更好地把握市場(chǎng)上對(duì)現(xiàn)代永磁電機(jī)的技術(shù)和功能要求，達(dá)到現(xiàn)代永磁電機(jī)對(duì)生產(chǎn)和生活的價(jià)值和貢獻(xiàn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代永磁電機(jī)技術(shù)的積極作用和價(jià)值。

1 現(xiàn)代永磁材料的技術(shù)發(fā)展

現(xiàn)代永磁電機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)是永磁材料，只有永磁材料的開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)了功能化、智能化，才能推進(jìn)現(xiàn)代永磁電機(jī)技術(shù)繼續(xù)向深入發(fā)展。近些年來(lái)永磁材料的發(fā)展進(jìn)程屬于逐步加快的過(guò)程，以NdFeB永磁材料為代表的新型永磁材料將現(xiàn)代永磁電機(jī)磁能積的最大值擴(kuò)大了2倍，現(xiàn)代永磁電機(jī)的理論功率達(dá)到了320～360kJ/m3，使現(xiàn)代永磁電機(jī)輸出功率穩(wěn)定在300kJ/m3，這對(duì)于傳統(tǒng)永磁電機(jī)來(lái)講無(wú)疑是巨大的飛躍。當(dāng)前行業(yè)對(duì)于NdFeB永磁材料的技術(shù)展望是在盡可能短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到未定輸出400kJ/m3的目標(biāo)值。此外以SmFeN為代表永磁材料也是發(fā)展的另一個(gè)主要方向，SmFeN永磁材料的磁能積雖然只能達(dá)到最大240kJ/m3，但是SmFeN永磁材料具有粘結(jié)性，這樣可以通過(guò)注塑將永磁電機(jī)的鐵心和磁極一次性注塑成型，這有利于提高永磁電機(jī)的制造效率，同時(shí)也有利于實(shí)現(xiàn)永磁電機(jī)的小型化，還有利于永磁電機(jī)實(shí)現(xiàn)智能化。

2 現(xiàn)代永磁電機(jī)周邊技術(shù)的發(fā)展

2.1 現(xiàn)代永磁電機(jī)的充磁技術(shù)

當(dāng)前現(xiàn)代永磁電機(jī)存在大量的半導(dǎo)體器件，這樣的結(jié)構(gòu)和形式需要充磁技術(shù)作為支撐，這樣才能有利于現(xiàn)代永磁電機(jī)穩(wěn)定地發(fā)揮出功能。而當(dāng)前半導(dǎo)體器件出現(xiàn)了功率越來(lái)越大的特點(diǎn)，這就在客觀上需要充磁技術(shù)進(jìn)行不斷地提高和發(fā)展，以此來(lái)適應(yīng)現(xiàn)代永磁電機(jī)的發(fā)展需要。目前充磁技術(shù)重點(diǎn)在高矯頑力永磁材料方面進(jìn)行著發(fā)展，這一材料除了容易被充分磁化的優(yōu)勢(shì)以外，而且便于形成對(duì)現(xiàn)代永磁電機(jī)的功能控制，是當(dāng)前永磁電機(jī)重要的周邊技術(shù)。

2.2 現(xiàn)代永磁電機(jī)的裝配技術(shù)

NdFeB永磁材料具有高矯頑力的特點(diǎn)，在現(xiàn)代永磁電機(jī)的裝配過(guò)程中要確保單塊NdFeB永磁材料的穩(wěn)定，這就需要在制造過(guò)程中加強(qiáng)NdFeB永磁材料裝配技術(shù)的運(yùn)用。當(dāng)前，現(xiàn)代永磁電機(jī)在開(kāi)路狀態(tài)下不怕失磁，這一優(yōu)點(diǎn)要在NdFeB永磁材料的裝配過(guò)程中加以應(yīng)用，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代永磁電機(jī)更好地生產(chǎn)[1]。

2.3 現(xiàn)代永磁電機(jī)的解析技術(shù)

現(xiàn)代永磁電機(jī)解析過(guò)程的關(guān)鍵是磁路設(shè)計(jì)和磁路計(jì)算，當(dāng)前的主要方法是FEM計(jì)算方法和模糊優(yōu)化磁路計(jì)算技術(shù)，新時(shí)期現(xiàn)代永磁電機(jī)的解析過(guò)程中要通過(guò)漏磁的精確計(jì)算和磁路參數(shù)的重點(diǎn)確定來(lái)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代永磁電機(jī)的精確解析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)代永磁電機(jī)更為合理的設(shè)計(jì)。

2.4 現(xiàn)代永磁電機(jī)的控制技術(shù)

當(dāng)前現(xiàn)代永磁電機(jī)的控制技術(shù)集中在模塊化和智能化兩個(gè)方面，在控制理論發(fā)展的背景下，矢量控制技術(shù)得以在現(xiàn)代永磁電機(jī)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，這就促使現(xiàn)代永磁電機(jī)的種類(lèi)不斷地增多，在擴(kuò)寬現(xiàn)代永磁電機(jī)市場(chǎng)的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用領(lǐng)域的拓展。

3 現(xiàn)代永磁電機(jī)技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展

3.1 現(xiàn)代永磁電機(jī)的的大功率化發(fā)展

當(dāng)前現(xiàn)代永磁電機(jī)具有耐高溫和大功率化的發(fā)展趨勢(shì)，特別是高矯頑力NdFeB永磁材料的研制成功，使得永磁電機(jī)不怕退磁，再加上高速開(kāi)關(guān)的實(shí)用化，從而變速驅(qū)動(dòng)電源可以實(shí)現(xiàn)大容量化，這使得現(xiàn)代永磁電機(jī)的的功率可以達(dá)到數(shù)百千瓦，確保轉(zhuǎn)數(shù)達(dá)到30 000r/min的適用范圍[2]。

3.2 現(xiàn)代永磁電機(jī)的大轉(zhuǎn)矩化發(fā)展

國(guó)外研制成功的船用推進(jìn)器用無(wú)刷永磁直流電動(dòng)機(jī)，磁極采用衫鉆永磁體.其容量為1 095kW，轉(zhuǎn)速為230r/min，額定轉(zhuǎn)矩為45kN·m，比普通直流電動(dòng)機(jī)的體積減小60%左右[3]。

3.3 現(xiàn)代永磁電機(jī)的耐高溫特性

現(xiàn)代永磁電機(jī)的永磁體采用新型材料，使得電機(jī)繞組采用陶瓷和玻璃纖維進(jìn)行絕緣處理，軸承采用陶瓷軸承，并采用固體潤(rùn)滑脂，這種電機(jī)應(yīng)用廣泛，可以在200℃～300℃高溫環(huán)境下穩(wěn)定地工作[4]。

3.4 現(xiàn)代永磁電機(jī)的機(jī)電一體化發(fā)展

隨著家用電器及辦公自動(dòng)化技術(shù)的普及，將永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)及其電源組裝在一個(gè)機(jī)殼里，形成真正的一體化電機(jī)。目前日本、德國(guó)和法國(guó)等都有這樣的產(chǎn)品，最大容量可作到100kW，重量?jī)H有28kg，可見(jiàn)相當(dāng)輕量化。

3.5 現(xiàn)代永磁電機(jī)的智能化發(fā)展

智能化現(xiàn)代永磁電機(jī)可以通過(guò)傳感器、相關(guān)網(wǎng)絡(luò)和中心控制設(shè)備達(dá)到對(duì)運(yùn)行狀態(tài)的控制，同時(shí)做到對(duì)故障和問(wèn)題的及時(shí)報(bào)警，這有利于現(xiàn)代永磁電機(jī)在更加穩(wěn)定和安全的狀況下運(yùn)行[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，現(xiàn)代永磁電機(jī)技術(shù)是當(dāng)前電機(jī)發(fā)展的重要方向，要通過(guò)永磁材料的不斷創(chuàng)新和周邊技術(shù)的不斷發(fā)展來(lái)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代永磁電機(jī)技術(shù)對(duì)社會(huì)和生產(chǎn)的貢獻(xiàn)。同時(shí)我們要做好對(duì)現(xiàn)代永磁電機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，以掌握現(xiàn)代永磁電機(jī)趨勢(shì)和市場(chǎng)發(fā)展的策略來(lái)規(guī)劃現(xiàn)代永磁電機(jī)技術(shù)前進(jìn)的步伐和方向。

[1] 牛志鈞.永磁電機(jī)制造關(guān)鍵工藝淺議[J].電機(jī)與控制應(yīng)用.2007.4.

[2] 朱俊.稀土永磁電機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)[J].中國(guó)重型裝備.2008.4.

[3] 孔祥浩,張卓然.新型永磁電機(jī)的技術(shù)創(chuàng)新和市場(chǎng)前景分析[J].新技術(shù)新工藝.2007.4.

[4] 黃蘇融,錢(qián)慧杰,張琪,等.現(xiàn)代永磁電機(jī)技術(shù)研究與應(yīng)用開(kāi)發(fā)[J].電機(jī)與控制應(yīng)用.2007.1.

[5] 郭春生.發(fā)展稀土永磁電機(jī),推動(dòng)節(jié)能降耗,保護(hù)環(huán)境[J].電氣技術(shù).2007.8.