永磁電機(jī)的種類和特點(diǎn) 永磁電機(jī)的效率為什么會(huì)更高？

　　　　永磁電機(jī)采用永磁體生成電機(jī)的磁場(chǎng)，無需勵(lì)磁線圈也無需勵(lì)磁電流，效率高結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(huì)變得更為廣泛。永磁電機(jī)的發(fā)展歷史 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)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(guó)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(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（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(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?cè)陔姍C(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(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(guó)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(chǎng)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(jiǎn)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(guó)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(guó)內(nèi)研發(fā)的第一臺(tái)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(guó)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(duì)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(chǎng)。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(shì)。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(shì)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(guó)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。

　　成本問題

　　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(jiǎn)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(chǎng)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(chǎng)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。

　　永磁電機(jī)的種類和特點(diǎn)

　　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(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、體積小、質(zhì)量輕、損耗小、效率高，以及電機(jī)的形狀和尺寸可以靈活多樣等顯著優(yōu)點(diǎn)，因而應(yīng)用越來越廣。永磁電機(jī)采用永磁體作為磁場(chǎng)，不需要外界能量即可維持其磁場(chǎng)，而普通電機(jī)則需要電流通入才有磁場(chǎng)。

　　常規(guī)永磁電機(jī)通常分為以下五類：永磁直流電動(dòng)機(jī)、異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)、永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)、調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)和永磁同步發(fā)電機(jī)。

　　永磁電機(jī)主要有以下特點(diǎn)：

　　1. 永磁直流電動(dòng)機(jī)

　　永磁直流電動(dòng)機(jī)與普通直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)上的不同在于，前者取消了勵(lì)磁繞組和磁極鐵心，代之以永磁磁極。永磁直流電動(dòng)機(jī)的特性與他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)類似，兩者之間的區(qū)別在于主磁場(chǎng)產(chǎn)生的方式不同。前者磁場(chǎng)不可控，后者磁場(chǎng)可控。永磁直流電動(dòng)機(jī)除了具有他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的良好特性外，還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、效率高、體積小、質(zhì)量輕等特點(diǎn)。

　　2. 異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)

　　異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)是具有自起動(dòng)能力的永磁同步電動(dòng)機(jī)，兼有感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和電勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)。它依靠定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與籠型轉(zhuǎn)子相互作用產(chǎn)生的異步轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)起動(dòng)。正常運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子運(yùn)行在同步速，籠型轉(zhuǎn)子不再起作用，其工作原理與電勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)基本相同。

　　異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相比，有以下特點(diǎn)：

　?。?） 轉(zhuǎn)速恒定，為同步速。

　?。?） 功率因數(shù)高， 甚至為超前功率因數(shù)，從而減少定子電流和定子電阻損耗，而且穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)沒有轉(zhuǎn)子銅耗，進(jìn)而可減小風(fēng)扇（小容量電機(jī)甚至可以去掉風(fēng)扇）和相應(yīng)的風(fēng)摩損耗，效率比同規(guī)格感應(yīng)電動(dòng)機(jī)可提高 2% ～ 8% 。

　?。?） 具有寬的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍。不僅額定負(fù)載時(shí)有較高的功率因數(shù)和效率， 而且在25% ～ 120% 額定負(fù)載范圍內(nèi)都有較高的功率因數(shù)和效率，使輕載運(yùn)行時(shí)節(jié)能效果更為顯著。這類電動(dòng)機(jī)一般都在轉(zhuǎn)子上設(shè)置起動(dòng)繞組，具有在某一頻率和電壓下直接起動(dòng)的能力。

　?。?）永磁電機(jī)體積和質(zhì)量較感應(yīng)電機(jī)大大縮小。如 11kW 的異步電動(dòng)機(jī)質(zhì)量為220kg，而永磁電動(dòng)機(jī)僅為 92kg，相當(dāng)于異步電動(dòng)機(jī)質(zhì)量的 45. 8% 。

　?。?）對(duì)電網(wǎng)影響小。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)低，電動(dòng)機(jī)要從電網(wǎng)中吸收大量的無功電流，造成電網(wǎng)的品質(zhì)因數(shù)下降，加重電網(wǎng)變配電設(shè)備的負(fù)擔(dān)和電能損耗。而永磁電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子中無感應(yīng)電流勵(lì)磁，電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)高，提高了電網(wǎng)的品質(zhì)因數(shù)，使電網(wǎng)中不再需要安裝無功補(bǔ)償裝置。

　?。?）由于通常采用釹鐵硼永磁材料，因此價(jià)格高；當(dāng)電機(jī)設(shè)計(jì)或使用不當(dāng)時(shí)，可能出現(xiàn)不可逆退磁。

　?。?） 加工工藝復(fù)雜，機(jī)械強(qiáng)度差。

　　（8） 電機(jī)性能受環(huán)境溫度、供電電壓等因素影響較大。

　　3. 永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)

　　永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)用電子換向裝置代替直流電動(dòng)機(jī)的換向器，保留了直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)良特性。它既具有交流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，又具有直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、調(diào)速性能好的優(yōu)點(diǎn)。由于取消了電刷換向器，因此可靠性高；損耗主要由定子產(chǎn)生，散熱條件好；體積小、質(zhì)量輕。

　　4. 調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)

　　調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)和永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)上基本相同，定子上為多相繞組，轉(zhuǎn)子上有永磁體，兩者優(yōu)點(diǎn)相似。它們的主要區(qū)別在于永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)根據(jù)轉(zhuǎn)子位置信息實(shí)現(xiàn)同步，而調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)需一套電子控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)同步和調(diào)速。

　　5. 永磁同步發(fā)電機(jī)

　　永磁同步發(fā)電機(jī)是一種結(jié)構(gòu)特殊的同步發(fā)電機(jī)，與普通同步發(fā)電機(jī)不同的是，它采用永磁體建立磁場(chǎng)，取消了勵(lì)磁繞組、勵(lì)磁電源、集電環(huán)和電刷等，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，效率高，免維護(hù)。采用稀土永磁時(shí)，氣隙磁密高，功率密度高，體積小，質(zhì)量輕。但由于采用了永磁體建立磁場(chǎng)，因此難以通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁的方法調(diào)節(jié)輸出電壓和無功功率。另外，永磁同步發(fā)電機(jī)通常采用釹鐵硼或鐵氧體永磁，永磁體的溫度系數(shù)較高，輸出電壓隨環(huán)境溫度的變化而變化， 導(dǎo)致輸出電壓偏離額定電壓，且難以調(diào)節(jié)。

　　永磁電機(jī)的效率為什么會(huì)更高？

　　永磁同步電機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子和殼體部件構(gòu)成。與普通交流電機(jī)一樣，定子鐵芯為疊片結(jié)構(gòu)，以減小電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)因渦流和磁滯效應(yīng)鐵耗；繞組通常也為三相對(duì)稱結(jié)構(gòu)，只是參數(shù)選取有較大區(qū)別。轉(zhuǎn)子部分則形式多樣，有帶啟動(dòng)鼠籠的永磁轉(zhuǎn)子，也有內(nèi)嵌式或表貼式純永磁轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子鐵芯可以制成實(shí)心結(jié)構(gòu)，也可以疊片而成。轉(zhuǎn)子上裝有永磁體材料，大家習(xí)慣上稱之為磁鋼。

　　永磁電機(jī)正常工作下，轉(zhuǎn)子與定子磁場(chǎng)處于同步狀態(tài)，轉(zhuǎn)子部分沒有感應(yīng)電流，無轉(zhuǎn)子銅耗和磁滯、渦流損耗，不需要考慮轉(zhuǎn)子損耗發(fā)熱問題。一般永磁電機(jī)為專用變頻器供電，天然具有軟啟動(dòng)功能。另外，永磁電機(jī)屬于同步電機(jī)，具有同步電機(jī)通過勵(lì)磁強(qiáng)弱調(diào)節(jié)功率因數(shù)的特點(diǎn)，因而功率因數(shù)可以設(shè)計(jì)到規(guī)定數(shù)值。

　　從起動(dòng)角度分析，緣于永磁電機(jī)由變頻電源或配套變頻器起動(dòng)的實(shí)際，永磁電機(jī)的起動(dòng)過程實(shí)現(xiàn)很容易；與變頻電機(jī)的起動(dòng)相似，規(guī)避了普通籠型異步電機(jī)的起動(dòng)缺陷。

　　總之，永磁電機(jī)的效率和功率因數(shù)可以達(dá)到很高，結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，近十幾年來市場(chǎng)十分火爆。但是，失磁故障是永磁電機(jī)不可回避的問題，當(dāng)電流過大或溫度過高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)繞組溫度瞬間不斷攀升、電流急劇增大，永磁體迅速失磁。在永磁電機(jī)控制中，設(shè)定了過電流保護(hù)裝置，避免了電機(jī)定子繞組被燒毀的問題，但由此而導(dǎo)致的失磁和設(shè)備停運(yùn)不可避免。

　　相對(duì)于其他電機(jī)，永磁電機(jī)在市場(chǎng)上的應(yīng)用還不是很普及，無論對(duì)于電機(jī)制造者還是使用者，都有一些未知的技術(shù)盲區(qū)，特別是涉及到與變頻器的匹配問題，往往會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)值與試驗(yàn)數(shù)據(jù)嚴(yán)重不符，必須反復(fù)驗(yàn)證。

　　電機(jī)設(shè)計(jì)過程涉及一些基本考慮因素，對(duì)于啟動(dòng)器，應(yīng)用環(huán)境的要求，什么時(shí)候需要什么扭矩和速度，多久需要一次？什么是工作循環(huán)？溫度和壓力等環(huán)境條件是什么？即使是最高效的電機(jī)，如果電機(jī)應(yīng)用錯(cuò)誤的領(lǐng)域，其不會(huì)發(fā)揮最大的效率。許多電動(dòng)機(jī)都用于齒輪電動(dòng)機(jī)、齒輪減速器和電動(dòng)機(jī)的組合。齒輪馬達(dá)以低速提供高扭矩，簡(jiǎn)言之，齒輪電機(jī)在放大扭矩的同時(shí)，會(huì)吸收電機(jī)功率并降低轉(zhuǎn)速，齒輪電機(jī)占空比會(huì)影響電機(jī)的性能額定值，例如連續(xù)的占空比。

　　最佳冷卻設(shè)計(jì)外殼

　　一個(gè)冷卻較好的馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)效率更高，為了獲得最佳的氣流，優(yōu)化了冷卻風(fēng)扇和風(fēng)扇罩的設(shè)計(jì)，確保定子和電機(jī)外殼之間的緊密結(jié)合提供最佳的冷卻性能。電機(jī)的電效率提高了很多，但冷卻風(fēng)扇的功率占總損耗的比例更大。冷卻風(fēng)扇尺寸的優(yōu)化包括使用風(fēng)扇的最小功率，同時(shí)提供足夠的冷卻。優(yōu)化的風(fēng)扇設(shè)計(jì)可使風(fēng)扇功率需求降低65%，一個(gè)重要的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是葉片和殼體之間的間隙。外殼和風(fēng)扇葉片之間的空間應(yīng)盡可能小，以防止湍流和減少回流。

　　選擇適合工作速度的低摩擦軸承

　　滾珠或滾柱軸承用于高效電機(jī)，它們由一個(gè)內(nèi)外圈和一個(gè)包含鋼或陶瓷輥或球的保持架組成。外圈與定子相連，內(nèi)圈與轉(zhuǎn)子相連。當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，元件也旋轉(zhuǎn)，并且軸旋轉(zhuǎn)的摩擦力最小化。它們使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)成本低。高精度應(yīng)用允許最小的氣隙。熱收縮和熱膨脹會(huì)影響軸和軸承座的配合以及內(nèi)部軸承間隙本隙 。功率輸出控制軸尺寸和軸承孔。載荷大小和方向決定軸承尺寸和類型?？紤]額外的力，如引起磁力拉力的不對(duì)稱氣隙、失衡力、齒輪的節(jié)距誤差和推力載荷。對(duì)于軸承載荷計(jì)算，將軸視為支撐在剛性無力矩支架上的梁。滾珠軸承比滾子軸承更適合高速應(yīng)用。高速因素包括保持架設(shè)計(jì)、潤(rùn)滑劑、運(yùn)行精度、間隙、共振頻率和平衡。

　　軸承需要最小的負(fù)載，因此滾動(dòng)元件旋轉(zhuǎn)形成潤(rùn)滑膜而不是滑動(dòng)，這會(huì)提高工作溫度并降解潤(rùn)滑油。允許最小載荷等于滾珠軸承動(dòng)態(tài)徑向載荷額定值的0.01倍。當(dāng)軸承接近推薦額定值的70%時(shí)，這一點(diǎn)尤為重要。了解環(huán)境溫度范圍和正常工作溫度范圍將有助于確定軸承最有效的潤(rùn)滑方法：潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂，一般情況下考慮的齒輪電機(jī)的正常工作溫度范圍為-25至40°C。合成潤(rùn)滑脂在各種溫度范圍內(nèi)具有良好的性能，潤(rùn)滑脂可以簡(jiǎn)化維護(hù)、清潔、減少泄漏和污染保護(hù)。

　　使用高質(zhì)量的平衡機(jī)，高標(biāo)準(zhǔn)和電機(jī)運(yùn)行速度下的平衡

　　當(dāng)軸心與旋轉(zhuǎn)軸不共存時(shí)，會(huì)產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)，平衡對(duì)效率的影響有限，但會(huì)影響運(yùn)行噪音和預(yù)期壽命，這對(duì)最大限度地利用資源也很重要。軸承振動(dòng)讀數(shù)通常在垂直、水平和軸向三個(gè)平面上讀取。垂直振動(dòng)可能表明存在安裝問題，水平振動(dòng)可能意味著平衡問題，而軸向振動(dòng)可能意味著軸承問題。工作轉(zhuǎn)速下的平衡很重要，因?yàn)檩S承的向心力也可能導(dǎo)致不平衡。

　　轉(zhuǎn)子疊片顯示正弦磁場(chǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

　　具有高性能永磁的同步電機(jī)具有正弦磁通分布和電動(dòng)勢(shì)，對(duì)于分布式繞組，定子繞組通常與異步電機(jī)繞組相同，它降低了振動(dòng)、噪音和維護(hù)成本，提高了整體性能。

　　稀土與鐵氧體（陶瓷）磁體的選擇

　　電機(jī)中使用了釹、稀土、釤鈷磁鐵或鐵氧體（陶瓷）磁鐵，稀土磁鐵的強(qiáng)度是鐵氧體或陶瓷永磁體的兩到三倍，但價(jià)格較貴。釤鈷磁鐵是高溫應(yīng)用的最佳選擇，因?yàn)樗鼈兙哂懈吣芰棵芏取?50至550°C的耐溫性、溫度升高導(dǎo)致的參數(shù)小幅度降低以及氧化保護(hù)，選擇釤鈷或釹作為電機(jī)磁鐵是根據(jù)工作溫度、耐腐蝕性和要求的性能。如果加熱到80℃以上，低等級(jí)的釹磁鐵可能開始失去“強(qiáng)度”，高等級(jí)的釹磁鐵在220℃以下的溫度下工作。鐵氧體或陶瓷磁鐵由于其很強(qiáng)的電阻而得到廣泛的認(rèn)可，退磁性好，耐腐蝕性強(qiáng)，價(jià)格低廉。在250°C以上的溫度下工作時(shí)會(huì)發(fā)生磁損耗，但當(dāng)磁鐵降到較低的溫度時(shí)會(huì)恢復(fù)磁損耗。除非電路設(shè)計(jì)用于極端情況，否則-40°C的低溫可能會(huì)導(dǎo)致永磁強(qiáng)度的永久損失。

　　電機(jī)需要逆變器

　　逆變器驅(qū)動(dòng)單元在空載運(yùn)行/靜止?fàn)顟B(tài)下可以無損耗，通過替換現(xiàn)有的線路供電的三相驅(qū)動(dòng)裝置，預(yù)計(jì)可以節(jié)省高達(dá)30%的能源。驅(qū)動(dòng)裝置的特點(diǎn)使其非常適合驅(qū)動(dòng)連續(xù)運(yùn)行的泵和風(fēng)扇。不需要額外的組件，比如編碼器。高達(dá)25%的占地面積允許機(jī)器設(shè)計(jì)更緊湊。電機(jī)具有良好的控制性能，并與無傳感器驅(qū)動(dòng)控制器單元相結(jié)合，即使在低速下也具有出色的真實(shí)運(yùn)行性能，在脈沖負(fù)載和速度變化時(shí)具有令人印象深刻的動(dòng)態(tài)特性。

　　選擇能夠提供無傳感器操作的逆變器

　　驅(qū)動(dòng)器可以“自我檢測(cè)”并跟蹤轉(zhuǎn)子的永磁位置。這對(duì)于電機(jī)平穩(wěn)啟動(dòng)至關(guān)重要，同時(shí)也允許產(chǎn)生最佳扭矩，從而獲得最佳效率。缺少位置或速度傳感器降低了成本，提高了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可靠性。隨著效率的不斷提高，對(duì)特定電機(jī)的控制器設(shè)置進(jìn)行編程以獲得最佳效率的重要性越來越重要。

　　永磁電機(jī)的缺點(diǎn)辨析

　　永磁電機(jī)（PMM）通過定子電流與轉(zhuǎn)子上或轉(zhuǎn)子內(nèi)的永磁體的相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。小型低功耗電機(jī)用于IT設(shè)備，商用機(jī)器和汽車輔助設(shè)備中的表面轉(zhuǎn)子磁體是常見的。內(nèi)部磁體（IPM）在電動(dòng)車輛和工業(yè)電機(jī)等大型機(jī)器中很常見。

　　在永磁電機(jī)中，如果不考慮轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，則定子可能使用集中（短節(jié)距）繞組，但在較大的永磁電機(jī)中分布繞組是常見的。

　　由于永磁電機(jī)沒有機(jī)械換向器，所以逆變器對(duì)于控制繞組電流至關(guān)重要。與其他類型的無刷電機(jī)不同，永磁電機(jī)不需要電流來支持其磁場(chǎng)。

　　因此，如果體積小或重量輕，永磁電機(jī)可以提供最大的扭矩，并且可能是最好的選擇。無磁化電流也意味著在“最佳點(diǎn)”負(fù)載下效率更高 - 即電機(jī)性能最佳的地方。

　　此外，盡管永磁體在低速時(shí)帶來了性能優(yōu)勢(shì)，但它們也是技術(shù)上的“致命弱點(diǎn)”。例如，隨著永磁電機(jī)速度的增加，反電動(dòng)勢(shì)接近逆變器電源電壓，從而無法控制繞組電流。這定義了通用永磁電機(jī)的基本速度，并且在表面磁體設(shè)計(jì)中通常代表給定電源電壓的最大可能速度。

　　在大于基本速度的速度下，IPM使用主動(dòng)磁場(chǎng)弱化，其中操縱定子電流故意壓低磁通量?？梢钥煽繉?shí)施的速度范圍限制在4：1左右。和以前一樣，這個(gè)限制可以通過減少繞組匝數(shù)和接受更大的成本和逆變器中的功率損耗來實(shí)現(xiàn)。

　　磁場(chǎng)弱化的需要是速度相關(guān)的，并且不管扭矩如何都會(huì)產(chǎn)生相關(guān)的損失。這會(huì)降低高速下的效率，特別是在輕負(fù)載下。

　　在高速公路行駛的電動(dòng)汽車中，這是非常嚴(yán)重的。永磁電機(jī)經(jīng)常受到電動(dòng)汽車的青睞，但是在實(shí)際駕駛周期進(jìn)行計(jì)算時(shí)，效率的好處是值得懷疑的。有趣的是，至少有一家著名的電動(dòng)汽車制造商已經(jīng)從PM切換到感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。

　　其他缺點(diǎn)包括由于其固有的反電動(dòng)勢(shì)在故障條件下難以管理的事實(shí)。即使變頻器斷開，只要電機(jī)旋轉(zhuǎn)，電流就會(huì)持續(xù)流過繞組故障，從而導(dǎo)致齒槽轉(zhuǎn)矩和過熱，并且都是危險(xiǎn)的。

　　例如，由于變頻器停機(jī)，在高速下的磁場(chǎng)減弱會(huì)導(dǎo)致不受控制的發(fā)電，并且逆變器的直流母線電壓可能上升到危險(xiǎn)的水平。

　　除了那些裝有釤鈷磁體的永磁電機(jī)外，操作溫度是另一個(gè)重要的限制。而由于逆變器故障而產(chǎn)生的高電動(dòng)機(jī)電流會(huì)導(dǎo)致退磁。

　　最大速度受機(jī)械磁鐵保持力的限制。如果永磁電機(jī)損壞，修理它通常需要返回到工廠，因?yàn)榘踩靥崛『吞幚磙D(zhuǎn)子是困難的。最后，報(bào)廢時(shí)的回收也很麻煩，盡管當(dāng)前稀土材料的高價(jià)值可能會(huì)使這種材料更具經(jīng)濟(jì)可行性。

　　盡管存在這些缺點(diǎn)，永磁電機(jī)仍然在低速和甜點(diǎn)效率方面保持無與倫比的地位，而且在尺寸和重量至關(guān)重要的情況下，它們都非常有用。

　　編輯：黃飛