稀土永磁电机的关键技术与高性能电机开发
稀土永磁电机在航空上的应用
稀土永磁电机在航空上的应用一、稀土永磁电机在航空上的应用特点随着稀土永磁材料、电力电子、微电子、微机、新型控制理论及电机理论的进步，稀土永磁电机的技术发展十分迅速，在航空领域显示出广泛的应用前景和强大的生命力。
稀土永磁电机在航空上的应用具有以下特点：1、由于稀土永磁材料的高磁能积，使得电机可明显降低重量、减小体积。
航空用电机对其体积、重量有极为严格的要求。
现代航空飞行器中，每1 kg 设备重量大约需要15～30 kg 的附加重量来支持。
2、稀土永磁材料的矫顽力Hc 高，剩磁Br 大，因而可产生很大的气隙磁通，大大缩小永磁转子的外径，从而减小转子的转动惯量，降低时间常数，改善电机的动态特性。
3、气隙宽度可以选取较大值，这样可以减小由于齿槽效应引起的力矩波动，也可抑制电枢反应对力矩波动的影响。
电枢反应对稀土永磁体的去磁作用较小，更适合突然反转、堵转驱动等特殊性能要求。
4、使用无刷直流电动机还具有以下显著特点：使用寿命长。
目前飞机上大量使用有刷直流电动机，寿命只几百小时。
随着航空技术的不断发展，各航空电机生产厂都面临延长产品寿命的技术压力。
当寿命要求提高到1000 至2000 小时时，有刷直流电动机的自身特点已无法满足要求。
无刷直流电动机无电刷和换向器，可以大幅度提高寿命指标。
适宜于高速运行。
转速越高，电机体积重量可以做得越小。
但有刷直流电机由于机械换向的限制，转速很难在现有基础上进一步提高。
无刷直流电机在轴承允许的条件下，转速可成倍增加。
可靠性高。
高空换向火化加大，影响可靠性，不利于电磁兼容；高空电刷磨损加剧，碳粉影响绝缘性能，减少电机寿命。
无刷直流电机则不存在这些问题。
散热容易。
无刷直流电机的主要发热源在定子上，自然散热条件好。
同时可以方便地在定子壳体中进行油冷或水冷，特别是循油或喷油冷却可以极大地提高电机的功率密度。
这对于有刷直流电动机是十分危险的。
余度控制方便。
无刷直流电机的可靠性薄弱环节在控制器和电机绕组上，多余度控制方法灵活。
稀土永磁电机介绍课件
工业自动化
稀土永磁电机在工业自动化领 域的应用包括数控机床、包装
机械、印刷机械等。
风电和太阳能发电
稀土永磁电机在风电和太阳能 发电领域的应用包括发电机组
、增速器等。
家用电器
稀土永磁电机在家用电器领域 的应用包括空调、冰箱、洗衣
机等。
02
稀土永磁电机的技术解析
电机结构
01
02
03
电机类型
工作原理
稀土永磁电机的基本工作原理基于法 拉第电磁感应定律和安培电磁力定律 ，通过磁场对通电导体产生力的作用 ，实现电机的旋转运动。
特点与优势
高效节能
结构简单
稀土永磁电机的磁场由永磁体产生，能量 转换效率高，运行电流小，因此具有高效 节能的特点。
稀土永磁电机的结构相对简单，体积小， 重量轻，安装和维护方便。
稀土永磁电机介绍课件
目 录
• 稀土永磁电机概述 • 稀土永磁电机的技术解析 • 稀土永磁电机的市场现状与发展趋势 • 稀土永磁电机的应用案例 • 稀土永磁电机的未来展望
01
稀土永磁电机概述
定义与工作原理
定义
稀土永磁电机是一种利用稀土永磁材 料产生磁场，通过磁场实现电能和机 械能相互转换的电机。
对环境与可持续发展的影响
节能减排
稀土永磁电机的高效性能有助于减少能源消耗和 碳排放，推动节能减排和绿色发展。
资源循环利用
加强稀土永磁电机废旧设备的回收和再利用，推 动资源的循环利用，降低对环境的影响。
政策支持与引导
政府应加大对稀土永磁电机产业的支持力度，制 定相关政策和标准，推动产业的可持续发展。
磁场调节
通过调节励磁电流或改变 永磁体排列来调节磁场强 度。
三相稀土永磁同步电动机关键工艺的改进
维普资讯
三相稀土永磁同步 电动机关键工艺的改进
郑祥光
（ 闽东电机 （ 团）股份有 限公司 ， 福 建 福州 ３ ０ ０ ） 集 ５ ０５ 摘 要 ： 对 ＸＹＦ系列三 相稀土永磁 同步 电动机从样机试制 到大批量生产所存 在的工艺难点 。 转予加工入 手， 针 从 对转 子磁 钢固定 、压 铸 、推 磁钢槽等工 艺进行 改进。同时针对用户 反馈的重点质量 问题 。解决 了电机定子端 部引 出 线假 焊、轴承选用及 配 合公差 等工艺 问题 。 关键 词：稀土永 磁 电动机 工 艺 改进 中围分类号 ：Ｔ ３ １ 文献标识码 ：Ａ 文 章编号： １ ７ — ８ １ ２ ０ ） ４ ５ — ２ Ｎ ５ ２ ４ ０ （０ ８ ０ — ６ ０ ８
０ 前言
ＸＴ系列 三相 稀 土永磁 同步 电动机 （ 座号 Ｙ 机
Ｈ６ ８ ） Ｉ０ ２ ０ 。列入 国家 “ ６ ”计划 ，属于高节能 电 ８３ 机。２ ０ ０ ２年初产 品通过省级 鉴定 。其性能达 国际 先进 水平，电机 的综 合节 电率达 ２％ ０ 以上 （ Ｙ系 与 列 电机 比较 ） ，并形 成 了小批量 生产规模 。但 电机 加工工 艺难度 大 ， 品质量 不稳定 。 产 为适应大批量 生产的要求 ， 如何把 科研成果 尽快转化成产业化生 产 （ 大批量生产 ） 。产 品 的工 艺改进迫在眉睫 ，因 此经 一 系列 工 艺 研 究 ，取 得 显 著 成果 。本 文 以 ＸＴ２ — Ｙ ２ ５ ８电机为例 。介 绍工 艺改进 的关键 点 。
１ 转子加工工 艺 的改进
三相稀土永磁 同步 电动机 的转 子与 Ｙ 系列 电 动机 同为 鼠笼式转 子 。 但还 增加 了磁钢槽 （ 见转子 铁心冲片图 Ｉ 转 子铁心长度 为 ２０ ， 。 ０ ） 中间加装磁 钢。因此加工难度 大 。
科技成果——稀土永磁电机废旧磁体的绿色回收和高效再利用技术
科技成果——稀土永磁电机废旧磁体的绿色回收和高效再利用技术技术开发单位北京工业大学适用范围节能与环保成果简介针对稀土二次资源的绿色回收和高效再利用这一世界性难题，在科学与工程技术前沿开展系统、深入研究，取得突破性进展和成果，创造性地解决了稀土永磁电机废旧磁体的回收、高纯度稀土化合物提取、高性能再生磁体制备等关键技术、装备和产业化过程中的重大难题，实现了废旧磁体的绿色回收和高效再利用。
其中再生烧结钕铁硼永磁实现了大规模工业生产与全球销售应用。
本项目自主创新发明了利用重稀土及其化合物的纳米颗粒及超细粉通过掺杂烧结或表面渗镀的方法将废旧烧结磁体制备高性能再生烧结钕铁硼磁体的新技术；发明了高效去除树脂粘结剂的特种溶剂，利用溶剂溶胀法将废旧粘结磁体制备成高性能再生磁粉和粘结磁体，磁粉回收率大于99%；研发了基于“配合-沉淀”反应理论计算的选择性沉淀和萃取分离相结合回收钕铁硼废料的绿色环保核心技术，将废旧磁体碎屑制备成高纯度稀土化合物，总稀土回收率大于92%。
研发出上述各种再生稀土产品的制备工艺和专用装备、以及全套产业化技术。
建成了年处理100万台废旧稀土永磁电机的生产线、年处理500吨废旧磁体回收稀土氧化物生产线和全球首条年产500吨高性能再生烧结钕铁硼磁体的生产线。
项目授权中国发明专利13项，实用新型专利8项，公开中国发明专利4项。
主持制定了《再生钕铁硼永磁材料》国家标准1项，支持起草了工信部行业标准和湖北省地方标准各1项。
发表学术论文15篇，其中SCI收录10篇（含一区论文3篇）。
主要技术指标研制的系列再生稀土产品经中国计量科学研究院、国家有色金属及电子材料分析测试中心等权威检查机构检测：高纯度稀土氧化钕和氧化镝纯度分别达到99.9%和99.99%，再生钕铁硼烧结磁体和粘结磁体的主要磁性能指标均达到原始磁体95%以上。
其中，再生钕铁硼烧结磁体与同牌号原生磁体相比大幅缩减工艺流程，实现了节能减排，工业生产成品率达到99%以上，显著降低了磁体的制造成本，用户使用证明性能等同于同牌号原生磁体。
稀土永磁无铁芯电机
稀土永磁无铁芯电机稀土永磁无铁芯电机是一种先进的电机技术，具有高效节能、体积小、重量轻、功率密度大等优点，被广泛应用于新能源汽车、智能家居、工业自动化等领域。
稀土永磁材料是制造无铁芯电机的关键。
相比传统铁芯电机，无铁芯电机使用稀土永磁材料作为磁场产生器，消除了铁芯的磁滞损耗和铜耗散损耗，提高了电机的能效。
同时，无铁芯电机由于不需要铁芯的支撑，可以减小电机尺寸和重量，提高功率密度，使得电机在一定空间内可以输出更大的功率。
稀土永磁无铁芯电机的使用具有显著的节能效果。
传统的铁芯电机因为铁芯的存在导致磁场不均匀，产生了较大的损耗。
而无铁芯电机通过稀土永磁材料形成均匀的磁场，降低了能量的损耗，整体效率提高了10%以上。
这使得无铁芯电机在新能源汽车领域得到了广泛应用，提高了汽车的续航里程，减少了能源消耗。
此外，稀土永磁无铁芯电机的体积小、重量轻，也使得它在智能家居和工业自动化领域具有广阔的应用前景。
智能家居中的各种家电产品，如洗衣机、冰箱、空调等，需要小型化的电机提供驱动力。
无铁芯电机可以根据不同产品的需求进行定制，满足各种电机驱动要求。
而在工业自动化领域，无铁芯电机的高功率密度使得它成为驱动自动生产线和机器人的理想选择。
然而，稀土永磁无铁芯电机也面临一些挑战。
首先，稀土元素的具有稀缺性，使得稀土永磁材料的价格较高，增加了电机的制造成本。
其次，稀土永磁无铁芯电机在高温环境下的性能表现较差，需要进一步的技术改进。
此外，稀土永磁材料的产业链也需要进一步完善，以满足市场需求。
总之，稀土永磁无铁芯电机具有高效节能、体积小、重量轻、功率密度大等优点，是未来发展的趋势。
在推动新能源汽车、智能家居、工业自动化等领域发展的同时，需要加强稀土永磁材料的研究和生产，降低制造成本，提高电机的可靠性和适应性。
稀土永磁(NdFeB)的发展历史回顾
稀土永磁（NdFeB）的发展历史回顾稀土永磁（NdFeB）的发展历史回顾稀土永磁材料是现在已知的综合性能最高的一种永磁材料，它比十九世纪使用的磁钢的磁性能高100多倍，比铁氧体、铝镍钴性能优越得多，比昂贵的铂钴合金的磁性能还高一倍。
由于稀土永磁材料的使用，不仅促进了永磁器件向小型化发展，提高了产品的性能，而且促使某些特殊器件的产生，所以稀土永磁材料一出现，立即引起各国的极大重视，发展极为迅速。
我国研制生产的各种稀土永磁材料的性能已接近或达到国际先进水平。
现在稀土永磁材料已成为电子技术通讯中的重要材料，用在人造卫星，雷达等方面的行波管、环行器中以及微型电机、微型录音机、航空仪器、电子手表、地震仪和其它一些电子仪器上。
目前稀土永磁应用已渗透到汽车、家用电器、电子仪表、核磁共振成像仪、音响设备、微特电机、移动电话等方面。
在医疗方面，运用稀土永磁材料进行“磁穴疗法”，使得疗效大为提高，从而促进了“磁穴疗法”的迅速推广。
在应用稀土的各个领域中，稀土永磁材料是发展速度最快的一个。
它不仅给稀土产业的发展带来巨大的推动力，也对许多相关产业产生相当深远的影响。
稀土永磁分钐钴（SmCo）永磁体和钕铁硼（NdFeB）系永磁体，其中SmCo磁体的磁能积在15～30MGOe之间，NdFeB系永磁体的磁能积在27～50MGOe之间，被称为“永磁王”，是目前磁性最高的永磁材料。
钐钴永磁体，尽管其磁性能优异，但含有储量稀少的稀土金属钐和稀缺、昂贵的战略金属钴，因此，它的发展受到了很大限制。
随着计算机、通讯等产业的发展，稀土永磁特别是NdFeB永磁产业得到了飞速发展，从而促进了稀土行业的发展，所以了解稀土永磁的发展对我们今后稀土行业的发展方向有着极其重要的作用。
1、1983年9月16—18日在北京由中国稀土学会主办的“第七届国际稀土钴永磁及其应用会议“上，日本住友特种金属株式会社宣布了发现新的高磁能级稀土永磁材料----钕铁硼永磁体，引起轰动。
稀土在新能源领域的关键作用与应用前景
稀土在新能源领域的关键作用与应用前景在当今能源转型的大背景下，新能源领域正以惊人的速度发展，而稀土在其中扮演着至关重要的角色。
稀土并非是一种稀有的土壤，而是一组由 17 种化学元素组成的金属元素群，包括镧系元素（镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥）以及钪和钇。
这些元素虽然在地壳中的含量并不稀少，但由于它们往往分散在不同的矿物中，且提取和分离过程较为复杂，因此被称为“稀土”。
稀土在新能源领域的关键作用首先体现在其在新能源汽车中的应用。
新能源汽车的核心部件之一是电动机，而高性能的永磁电动机则离不开稀土永磁材料。
以钕铁硼为代表的稀土永磁材料具有极高的磁能积和矫顽力，能够使电动机在更小的体积和更轻的重量下实现更高的功率输出和效率。
这不仅有助于提高新能源汽车的续航里程，还能提升车辆的加速性能和动力响应。
相比传统的感应电动机，稀土永磁电动机在效率和性能方面具有明显的优势。
一辆新能源汽车中，电动机往往使用数公斤甚至更多的稀土永磁材料，这使得稀土成为新能源汽车产业不可或缺的关键材料。
在风力发电领域，稀土也发挥着重要作用。
大型风力发电机组通常需要使用高性能的永磁直驱或半直驱发电机，以提高发电效率和可靠性。
稀土永磁材料能够使发电机在复杂的风力环境下保持稳定运行，并且具有更高的能量转换效率。
随着全球对清洁能源的需求不断增长，风力发电的规模持续扩大，对稀土的需求也在相应增加。
此外，稀土在太阳能电池领域也有一定的应用。
虽然太阳能电池的主流技术目前是晶硅电池，但一些新型的太阳能电池技术，如铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池和碲化镉（CdTe）薄膜太阳能电池，在制造过程中需要使用稀土元素作为掺杂剂或缓冲层材料，以提高电池的光电转换效率和稳定性。
尽管目前这些新型太阳能电池的市场份额相对较小，但随着技术的不断进步和成本的降低，未来有望在太阳能发电领域占据更大的份额，从而进一步推动对稀土的需求。
除了在能源产生环节的应用，稀土在能源存储领域也具有重要地位。
详解稀土永磁电机以及稀土永磁电机应用
详解稀土永磁电机以及稀土永磁电机应用稀土永磁电机是70年代初期出现的一种新型永磁电机，由于稀土永磁体的高磁能积和高矫顽力（特别是高内禀矫顽力），使得稀土永磁电机具有体积小、重量轻、效率高、特性好等一系列优点，广泛应用在航空、航天、航海及工业与民用方向。
稀土永磁电机的发展历史电机是一种机械能、电能相互转换的机械。
这个转换过程离不开电机的励磁结构。
电机的励磁结构有两种：一种是电流励磁，即依靠铜线圈绕组通过电流来励磁，类似电磁铁产生磁场，磁场的大小取决于绕组的匝数和励磁电流的大小。
再一种就是永磁励磁，即通过永磁体提供磁场，磁场的大小取决于永磁体本身磁性能的高低和所用磁体的体积。
采用永磁励磁的电机就是永磁电机。
电流励磁的很大局限性就是线圈发热量大，电机温升高，需要较大的绕组空间，同时还存在较大的铜损等，使得电机的效率和比功率低。
而永磁励磁，只要永磁体的磁性能高就不存在以上局限，而且结构简单、维护方便，特别对一些有特殊要求(超高转速、超高灵敏度)和特殊环境(防爆等)使用的电机，永磁励磁比电流励磁有突出的优点f2 。
因此，在励磁结构方面，随着永磁材料性能的不断提高，新型永磁材料的不断出现，永磁励磁结构将逐步取代传统的电流线圈励磁结构。
永磁电机的发展和永磁材料的发展息息相关，新型永磁材料的出现必将大力促进永磁电机的快速发展。
世界上第一台电机就是永磁电机，所以利用永磁体来制造电机已有很悠久的历史。
由于当时永磁材料的磁性能低，制成的电机非常笨重，即被电励磁电机所取代。
1940年代以后，具有较高剩磁的铝镍钴和具有较高矫顽力的铁氧体永磁材料相继出现，永磁电机又获得生机，在微特电机领城里占有重要位置。
但铝镍钴永磁矫顽力较低、易退磁，铁氧体永磁的剩磁较低，使用范围受到一定限制。
至六十年代后期第一代稀土永磁合金(SmCo5)和七十年代第二代稀土永磁合金(Sm2Co17) 的出现，虽然原料钐与钴价格昂贵，但磁体磁性能好，使永磁电机有了较大的发展。
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作者简介 : 唐任远 (1931 - ) ,男 ,上海人 ,博士生导师 ,中国工程院院士 ,长期从事稀土永磁电机及其控制的研制开发工作 .
第2期
唐任远 : 稀土永磁电机的关键技术与高性能电机开发 φm N = λ n ( 1 - f a) = bm N λn + 1
1 +λ nfa λn + 1 = h m N
214 钕铁硼永磁电机防失磁技术
高温情况下钕铁硼永磁退磁曲线不能保证是 直线 ,尤其在永磁同步电动机中 ,起动、 刹车或故障 情况下电流激增 ,工作点向退磁曲线的膝点移动 , 有可能发生不可逆退磁 . 这是当前困扰钕铁硼永磁 电机推广应用的关键问题所在 . 通过理论分析和实 验研究 ,在弄清失磁机理的基础上 ,改变传统的设 计理论中负载工作点应设计在退磁曲线中点的结 论 ,如图 5 所示 . 改为在最大电流时永磁体的工作 点必须高于最高工作温度时退磁曲线的膝点 ,并留 出一定裕量 ,以此反推出电机负载工作点 .
收稿日期 : 2005 - 02 - 28
土永 磁 , 产 品 的 最 大 磁 能 积 达 到 25816 kJ / m 3 ( 3215M G・ Oe ) ; 1983 年日本住友特种金属公司 和美国通用汽车公司各自研制成功钕铁硼 ( Nd2
FeB) 永磁 ,称为第三代稀土永磁 . 由于钕铁硼永
磁的磁性能高于其他永磁材料 ,价格又低于稀土 钴永磁材料 , 在稀土矿中钕的含量是钐的十几 倍 ,而且不含战略物质 — — — 钴 , 因而引起了国内 外磁学界和电机界的极大关注 , 纷纷投入大量人 力物力进行研究开发 . 目前正在研究新的更高性能 的永磁材料 ,如钐铁氮永磁、 纳米复合稀土永磁等 , 希望能有新的更大的突破 . 稀土永磁具有高剩磁 Br 、 高矫顽力 Hc 、 高磁能积 ( B H) max和线性退磁曲 线 (室温) 等优异的磁性能[1 ] . 稀土永磁电机具有高
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效、 质量轻 、 运行可靠等显著特点 , 几乎覆盖各种 电机 ,是电机学科的重要发展方向 . 我国稀土资源丰富 ,2003 年钕铁硼永磁产量 达 17 000 吨 ,世界第一 . 我国钕铁硼永磁产量的 2/ 3 用于出口 , 在国内销售的 1/ 3 中目前用于电 机的比例很低 ,而高性能稀土永磁电机却随着计 算机 、 飞机 、 数控机床等产品大量进口 . 因此研究 与开发具有中国特色的 、 有自主知识产权的高性 能稀土永磁电机对把我国资源优势转化为技术 经济优势具有重要意义 [ 2 ] .
f mN =
( 3)
每极气隙磁通 Φ 10 - 4 δN = ( bmN - h mNλ σ) B r A m ×
( 4)
212 瞬态电磁场的时空有限元法和场路耦合法
2 共性关键技术研究
稀土永磁电机的电磁负荷很高 , 结构特殊而 多种多样 ,制成后磁场难以调节 , 价格相对较贵 , 传统的设计理论 、 计算方法和设计参数已不能适 应研制高性能电机的要求 . 需要综合运用电机理 论、 磁性材料 、 电磁场理论 、 测试技术 、 计算数学 和软件工程等多学科理论和现代设计技术 , 在共 性关键技术上进行创新 .
A | A |
AB AC
=- A | = A |
CD
BD
= 0
( 5)
由于电机定 、 转子相对运动 , 用运动边界法 处理以保持有限元方程的稀疏性 ,而且程序易于 实现 . 在静止的定子部分采用静止坐标系 , 在转 动的转子部分采用旋转坐标系 , 分别列出方程 , 利用运动边界将静止部分和转动部分连接起来 , 以得到整个场域的解 ,如图 2 和式 ( 6) 所示 .
研究方法 负载时永磁电机的等效磁路如图 1 所示 , 对 于不同的永磁电机 ,等效磁路的具体构成有所区 别 . 采用标么制后可以得出简便易解的数学方 程 ,见式 ( 1 ) ～ ( 4 ) , 但其中参数需要运用电磁场 数值算法求出 ,并用实验结果进行修正[ 3 ] .
图2 0° <θ< 360° 时运动边界分布
【特邀】
稀土永磁电机的关键技术与高性能电机开发
唐任远
( 沈阳工业大学 特种电机研究所 , 沈阳 110023)
摘 要 : 永磁电机以永磁体产生的磁场为媒介进行机械能和电能的相互转换 . 在扼要介绍了与稀 土永磁电机密切相关的永磁材料的基础上 ,阐述了稀土永磁电机分析理论 、 设计计算方法 、 磁路结 构、 优化设计 、 防失磁等应用基础理论与共性关键技术上所取得的进展 ,简要介绍了所开发的高性 能价格比的多种永磁电机 — — — 永磁发电机 、 高效永磁电动机 、 交流永磁伺服电机和直流电动机 ,其 中特别介绍了两种新型结构的永磁电机 ,并初步展望了稀土永磁电机的发展前景 . 关 键 词 : 稀土永磁 ; 电机 ; 永磁电机 ; 磁路结构 ; 发展趋势 中图分类号 : TM 351 文献标识码 : A
211 恒磁通源模拟理论和准确解析计算的分析
用有限元法求解电磁场已相当成熟 , 但永磁 电机有其特点 , 需要解决永磁体的数学模拟 、 定 转子相对运动和瞬态电磁场场路耦合等难题 . 用磁矢位描述场 , 瞬变电磁场的定解问题可 以表达为 5 1 5A 5 1 5A + = 5x μ 5n 5y μ 5y dA 1 5A 1 5A - + + - Jz - σ μ 5 n | l = Js dt μ 5 n | l
) + T av + T pm cos (θ - β ) T pc cos ( 2θ - α ( 7)
第 27 卷
起动过程中的瞬态变化曲线如图 3 所示 , 平均 转矩 - 转速曲线如图 4 所示. 由于永磁制动转矩的 存在 ,起动转矩存在两个下凹点 , 如设计不佳 , 则起 动困难. 目前 ,异步起动技术已经解决 , 进一步设法 提高下凹点 ,以提高同体积电机的出力[4 ] .
进一步分析表明 ,由于永磁电机转子结构复 杂 ,电枢反应的作用情况不同 , 用传统计算方法 得出的工作点是平均值 ,不能反映不同位置的实 际情况 . 需要用有限元法计算最大退磁情况下各 局部工作点 . 从图 6 可以看出 , 用有限元法计算 的永磁体表面工作点低于传统的用路的方法计 算的工作点 , 设计中应以场计算值为准 , 才能防 止失磁 .
1 背景和概况
永磁电机的发展同永磁材料的发展密切相 关 . 我国是世界上最早发现永磁材料的磁特性并 把它应用于实践的国家 , 两千多年前 , 我国利用 永磁材料的磁特性制成了指南针 , 在航海 、 军事 等领域发挥了巨大的作用 ,成为我国古代四大发 明之一 . 稀土永磁材料的发展大致分为三个阶 段 :1967 年美国 K1J 1 St rnat 教授发现的钐钴永磁 为第一代稀土永磁 , 其化学式可表示成 RCo5 , 简 称 1 :5 型稀土永磁 , 产品的最大磁能积超过 199 kJ/ m3 (25MG・ Oe) ;1973 年又出现了磁性能更好的第 二代稀土永磁 ,其化学式为 R2 Co17 ,简称 2 :17 型稀
图 3 T2n 瞬态变化曲线
Fig. 3 T2n transient curve
图6 电机局部工作点分布
Fig. 6 The distribution of motor local working point
3 高性能稀土永磁电机开发
为充分发挥稀土永磁的优异性能 , 尽可能提 高电机的性能价格比 , 在保证可靠性前提下 , 针 对电机的使用要求 , 进行集成技术创新 : ①磁路 结构创新 ,提高每极磁通 ,σ Xd 、 X q 合理 ; ② 综 0、 合平衡 ,重新选用气隙长度 、 匝数等设计参数 ; ③ 优化设计定转子冲片槽形 ,使磁密分布合理 . 311 稀土永磁发电机 国内第一台稀土永磁电机 — — — 20 000 r/ min 3 kW 高速高效稀土永磁发电机 , 也是国内第一 台转速高达 20 000 r/ min 的发电机 . 其转子结构 如图 7 所示 .
图4 异步起动永磁同步电动机的平均转矩2转速曲线
Fig. 4 Average torque2speed curves of line start permanent magnet motor 11 Ta2S 曲线 21 Tb2S 曲线 31 Tg2s 曲线 41 曲
线 1、 2、 3 的合成曲线
Fig. 1 Equivalent magnetic circuit of permanent magnet machines wit h load
空载工作点 λn φm0 = λn + 1 = bm0
f m0 =
将时间变量与空间变量联立求解 . 经改进后系数 矩阵保持对称 , 用预处理共轭梯度法快速求解 , 精度高 ,数值稳定 . 213 将状态空间理论引入永磁电机动态性能仿 真 , 解决异步起动技术关键 永磁电机无自起动能力 , 而且起动过程中永 磁转矩阻碍电机起动 . 从描述异步起动永磁同步 电动机瞬态行为的复数形式微分方程出发 , 经过 一系列复杂的运算和整理后 ,得到起动过程中电 磁转矩表达式为 T em = T g + T c + T pm1 sin θ + T pm2 cos θ +
Abstract : The improvement s of t he applied basic t heories and general key technologies such as analytical t heories ,design met hods ,magnetic circuit st ruct ures ,optimal design and preventing demagnetization of rare - eart h permanent magnet elect rical machines are presented. Permanent magnet generator ,high efficiency permanent magnet motor ,alternating current permanent magnet servomotor and direct current motor are int roduced briefly and t he prospect s are looked forward to. Key words : rare2earth permanent magnet ; electrical machine ; permanent magnet machine ; magnetic circuit structure ; developed prospect