稀土永磁电机发展与应用_陈进华

SILICON VALLEY 2015年第3期总第171期

电机是以磁场为媒介进行机械能和电能转换的电磁装置，在转换过程中离不开电机的励磁结构。通常电机有两种励磁结构：一种是采用专门的绕组励磁装置提供电流励磁；另一种是通过预先磁化的永磁体来提供永久性励磁[1]。

1 稀土永磁电机发展历史

中国钕铁硼磁体产业在1985年前后开始量产，在过去的20多年中，中国的钕铁硼磁体产业有了长足的进步，取得了世界瞩目的成绩，世界钕铁硼磁体的生产中心已经转移到了中国，主要集中在山西太原地区、京津地区、宁波地区等，相应国内生产钕铁硼磁体企业有200余家，其中上千吨的企业有宁波科宁达公司、宁波韵升公司、山西永生、山西永磁、中科三环、东阳磁性企业集团、安泰科技等[6]。

与稀土材料发展相对应，稀土永磁电机的发展大致也可以分成三个阶段。

1）20世纪60-70年代，发展的重点主要集中在国防、航空等高要求标准领域，其价格不是主要考虑因素。

2）进入80年代，尤其是出现了性价比高的钕铁硼永磁后，研发重点逐渐转移到工业和民用上以取代传统的电励磁电机。

3）进入90年代后，随着电力电子器件及驱动控制技术的发展以及钕铁硼永磁材料的性能不断完善，使得永磁电机的应用得到了进一步的发展。

2 稀土永磁电机优势

目前永磁电机广泛应用于各个领域，结构、产品灵活多变。归纳起来，永磁电机与常用的异步电机、同步电机相比具有以下优点：

1）体积小。稀土永磁材料高剩磁密及高矫顽力，使得其磁能积很高，磁能积为铝镍钴的3～5倍，是铁氧体的8～10倍，因此很容易实现电机磁路系统的小型化、轻量化。

2）高效率。通常情况下，永磁电机很容易做到高效率，主要原因包括：气隙磁密更大，体积更小，使得绕组也相应减少，从而一是由于磁路系统的小型化，绕组亦趋小，从而降低了电机的铁芯损耗和铜耗。

3）功率因数高。本身永磁电机省去了励磁绕组，减少了无功分量，另外可以通过合理设计永磁体反电动势，使得电机的功率因数接近于1。这样可以降低驱动器的容量。

4）力能指标好。常规异步电机在额定负载下效率及功率因数较大，力能指标较好，但在轻载条件下提供的励磁磁场变化不大，使得功率因数下降很快，导致效率亦下降，使得力能指标变差，而永磁电机由于绕组无需提供励磁电流，使得其功率因数在低负荷下变化不大，效率也较高。

5）温升低。由于同功率情况下铜耗和铁心损耗都降低，使得永磁电机的温升降低。

6）可大气隙化，便于构成新型磁路。气隙是机电能量转换的媒介，气隙的变化，很大程度上影响电机的性能，尤其是异步电机。但对于永磁电机，由于永磁体的高性能，气隙的变化对电机性能的影响相对较弱，这样在设计永磁电机的结构类型可以多样化，形状尺寸可以灵活多样。

3 主要应用领域

稀土永磁电机在主要应用在以下领域：

1）航空航天领域：国防、航空航天领域中对电机的体积、性能有相当高的要求，而且价格不是其主要考虑因素，因此永磁电机是其最有代表性的一个应用领域。比如通用电气公司制造的150kVA，100kVA的高速大功率稀土永磁电机。

2）装备制造领域：近年来永磁电机在装备制造领域的运行控制中扮演了十分重要的角色，交流永磁同步直线电机、力矩电机省去中间传动机构可以实现直接驱动，可以实现运动模块的超高速和超高精度控制，在高端数控机床中得到广泛的应用。

3）家用电器领域：随着生活品质的提高，人们对家用电器的质量要求越来越高，高效节能、低噪音的变频驱动的永磁电机逐渐被大家所接受，尤其是变频空调。将来将逐渐在洗衣机、电动工具、电风扇等行业发展。

4）电梯领域：传统的电梯所用的曳引机是采用异步电动机+变频系统+齿轮减速机构实现的，增加了系统的复杂性和降低了可靠性，而且传动效率低。采用低速大转矩永磁同步电动机调速系统，其省去重点传动装置，控制性比以前更好更可靠、而且可以实现无机房节省了空间。许多电梯制造商现已采用永磁同步电动机驱动无齿轮曳引机，效率高达90%以上，比交流异步电动机和减速箱结构系统节能30%以上。

5）风机水泵领域：该领域一直是耗电大户，过去都是通过异步电机加上节流阀实现调节风量流量，效率很低，“大马拉小车”的问题较为严重。改用稀土永磁电机+变频调速之后，其效率和功率因数都得到了极大的改善。

6）能源领域：目前，在一些发电场合如海洋波浪发电、风力发电、一些小型水力发电和内燃直线发电逐步发展并推广应用永磁发电机，特别是在偏远地区、山区等不方便接入电网地区需要大量小型发电机。根据世界风能协会（WWEA）统计，在过去十年中世界风电装机容量每三年翻一番，预计到2020年其装机容量大约达到1900000MW[9]。

4 稀土永磁电机发展前景

1）向高性能方向发展。

中国将来发展是由制造向创造、向智造方向发展，而这核心是需要装备制造业的提升，因此对电机产品提出了更高性能

稀土永磁电机发展与应用

陈进华

（中国科学院宁波材料技术与工程研究所，浙江宁波 315201）

摘 要 介绍了稀土永磁电机的发展历史，重点阐述其与常规电机相比的优势及主要应用领域，最后展望其发展应用

前景。

关键词 稀土永磁；电机；发展；永磁电机

中图分类号：TM351 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2015）03-0073-02

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技术应用

ECHNOLOGY APPLICATION T

要求，如机器人用低速大转矩永磁电机、数控机床用的高性能永磁直线电机和力矩电机、自动化装备用永磁伺服电机及其驱动控制系统等。

2）向专用电机方向发展[11]。

随着驱动控制技术的发展，将根据不同负载特性而专门设计相匹配电机，使得采用传统通用电机驱动各类负载将逐渐被专用电机及其驱动系统所取代，如注塑机专用稀土永磁伺服电机，节电率高达15%以上。目前我国专用电机只有20%，而国外高达80%，因此我国应该重点发展高性能、高可靠、价格合理的专用永磁电机。

3）向轻型化方向发展。

轻量化设计一直是航空航天、机器人、电动车辆、便携式产品追求的目标。而永磁电机的特点决定其在这些领域更易胜任。目前日本、德国和法国等都有这样的产品，最大容量可达100kW，重量仅有28kg，轻量化程度很高[12]。

4）向机电一体化方向发展[12]。

为了节省空间、提高电机系统整个系统及保护知识产权，机电一体化是一个重要发展方向。而实现机电一体化的基础是发展需用的各种高性能稀土永磁电机，如数控机床用伺服电机，计算机用音圈电机，变频调速稀土永磁同步电机和无刷直流电机是机电一体化的基础。

5）向高速化发展。

微型燃气轮机、压缩机、飞轮储能、航空航天、电动飞机等领域要求电机体积小，功率密度大，而永磁电机的特点正好满足此要求，通过解决永磁电机的散热问题、转子动力学问题将使得高速永磁电机这些领域广泛应用。目前通过冷却措施功率密度达到3.5kW/kg，效率高达98%。

6）向大功率化发展[14]。

随着大功率电力电子期间的发展及稀土永磁材料高矫顽力（1000kA/m以上）和高磁能积（400kJ/m3以上），使得永磁电机不但不易退磁，而且易于大功率话。目前DRS Technologies已经开发出转速为127rpm，功率为36.5MW的低速 大功率的永磁电机。

注：宁波市经济和信息化委员会课题组

参考文献

[1]唐任远.稀土永磁电机发展综述[J].电气技术，2005（4）：1-6.

[2]闵琳，权利，莫会成.永磁材料和永磁电机[J].电气技术，2006（7）：14-16.

[3]唐任远.现代永磁电机理论与设计[M].北京：机械工业出版社，1997.

[4]Rahman M A. History of interior permanent magnet motors [History][J].Industry Applications Magazine，IEEE，2013，19（1）：10-15.

[5]孙绪新，周寿增.稀土永磁电机的开发与应用[J].磁性材料及器件，2005，36（5）：22-24.

[6]杨波.浅谈宁波市钕铁硼永磁材料产业现状及发展建议[J].中国科技信息，2014（8）：265-266.

[7]唐任远，安忠良，赫荣福.高效永磁电动机的现状与发展[J].电气技术，2008（9）：1-6.

[8]Jahns，T.M. The expanding role of PM machines in direct-drive applications[C].ICEMS， 20-23 Aug. 2011，beijing，1-6.

[9]Staff W. World wind energy report 2010[R].10th World Wind Energy Conference & Renewable Energy Exhibition-Greening Energy： Converting Deserts into Powerhouses （WWEC1）.

[10]中国电器工业协会中小型电机分会.中小型电机行业发展状况及“十二五”规划分析[J].电器工业，2011（01）：14-21. [11]闫萍，吴梦艳.现代永磁电机技术的研究[J].防爆电机，2014，49（2）：51-52.

[12]朱俊.稀土永磁电机的应用现状及其发展趋势[J].中国重型装备，2009（4）：38-42.

配→结束。当静态分析结束后还需要采取动态协议追踪分析才可获得逆向结果，其中就需要利用到OD辅助软件，基于该软件可对关键函数状态进行捕捉，为了让上述流程得以顺利进行则需要对断点进行准确地设置及移除[3]。在数据包发送时先设定断电，在断下后再利用调试算法对上级调用函数地址信息进行查找并将地址设定为断点，然后取消第一级断点。在整合分析过程中自动化动态分析可对多种信息进行抓取并于日志系统当中记录下来。

3 结束语

网络安全是保证互联网稳定运作的基础，在网络协议内容不断扩充、复杂程度不断增大的情况下逆向分析技术必然也将朝着自动化方向迈进，为网络安全提供支撑。

参考文献

[1]李伟明，张爱芳，刘建财，李之棠.网络协议的自动化模糊测试漏洞挖掘方法[J].计算机学报，2011（02）.

[2]郑倩冰，朱培栋，王永文，徐明.基于在线社会网络的网络协议增强机制研究[J].计算机科学，2011（06）.

[3]牟乔.准确高效的应用层协议分析识别方法[J].计算机工程与科学，2010（08）.毫米内，做成的坡度为百分之五，水落口要平整光滑。

2）女儿墙、出屋面烟道、楼梯层的根部做成圆弧，圆弧用细石硷制成，其半径为八十毫米。

3）一些管道根部伸出屋面的部分，要用方锥台整平抹光，方锥台用细石硅制成，锥台底面宽度三百毫米，高六十毫米。

3 结束语

整体的工程质量会受到屋面工程质量的影响，屋面工程施工工序繁琐，要确保结构层质量，就要对防水层、保温层、隔离层每一道工序严格施工，确保施工材料的质量符合质量要求，对施工工艺要严格，合理的去按照施工工序，确保防水层屋面的工程质量，提升建筑整体的使用质量。

参考文献

[1]周鹏程.浅议屋面柔性卷材防水工程施工方法[J].科技资讯，2009（35）.

[2]高新海.如何控制卷材防水屋面的施工质量[J].新疆有色金属，2009（05）.

[3]张继成.浅谈卷材防水施工工艺与施工体会[J].科技资讯，2008（31）.

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