稀土永磁电机资料
稀土永磁无刷直流电机教材.
稀土永磁无刷直流电机调速电动机：调速电动机最常用的有交流变频电动机、磁阻电动机、有刷直流电动机和无刷直流电动机。
一、交流变频电动机交流电动机的转速与频率成正比见公式：p fn 260n ：转速；f ：频率；2p ：极对数从以上公式看，交流电动机的转速n 只与频率成正比关系。
90年代前，发电厂的频率(工频50HZ)无法改变，交流电动机的转速也不能改变，交流电动机如需调速，只能用以下性能很差的调速方式，如“滑差调速”、“液力耦合调速”和“机械齿轮调速”等方式，这几种调速方式效率低、特性软、刚性低、调速范围小。
由公式1可以看出：只要频率f 改变，电机速度n 就可以改变。
90年代，由于计算机技术的成熟，大功率半导体开关器件的出现，电厂发出的50HZ 工频，可以由0~400HZ 无极变化，这种装置称“变频调速器”，从而交流电动机的转速可以通过变频调速器进行无极调速。
注：4极交流变频电动机转速是与频率的同步转速n=15002300025060==⨯ 转速n 是交流同步电动机每分钟转速，通过改变频率来达到改变交流电机转速的目的，称为“变频调速电动机”。
1. 变频电动机的特性曲线见图：30π⋅⋅=n Tm PnPn ：功率 Tm ：转矩Pn 的单位：W 、KWTm 的单位：Nm恒转矩：U/F=定值，保持电机内部磁通恒定。
恒磁通就是恒转矩，电机磁通就是转矩。
2. 变频调速电机的控制方式2.1 V/F 控制（压频比VVVF ）2.2 电压矢量控制（空间矢量控制）2.3 磁通矢量控制理论是想通过计算机软件把强耦合的交流电机解耦结成把q 轴与Y 轴两个磁场分开，然后再像直流电机一样控制一个磁场，软件设置是预先把转子的电感、电阻、惯量、质量输到高速32位CPU 中去，然后通过测得三相电压和电流，进行高速计算，转出一个最佳的转矩，形成一个直接转矩控制方式，但是由于电机运行中转子发热后，预先输进去的参数都变了，所以结果总是不理想。
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。
稀土永磁电机及其驱动控制系统
二、稀土永磁电机结构及工作原理
• 内置混合式转子结构
这种结构集中了径向式和切向式转子结构的优点，但其结构和 制造工艺较为复杂，制造成本也较高。
1-转轴 2-永磁体槽 3-永磁体 4-转子导条
图4 内置混合式转子磁路结构
二、稀土永磁电机结构及工作原理
爪极式转子结构
爪极式转子磁路结构通常由两个带爪的法兰盘和一个圆环形 的永磁体构成，如图5所示。左右法兰盘的爪数相同，且两者的爪 极相互错开，沿圆周均匀分布，永磁体轴向充磁，因而左右法兰盘 的爪极分别形成极性相异、相互错开的永磁同步电动机的磁极。爪 极式转子结构的稀土永磁电机性能较低，又不具备异步起动能力， 但结构和工艺较为简单。 1-左法兰盘 2-圆环形永磁体 3-右法兰盘 4-非磁性转轴 图5 爪极式转子磁路结构
二、稀土永磁电机结构及工作原理
1、稀土永磁电机结构
稀土永磁同步电动机也是由定子、转子和端 盖等部件构成。定子与普通感应电动机基本相同， 也采用叠片结构以减小电动机运行时的铁耗。转 子铁心可以做成实心的，也可以用叠片叠压而成。 电枢绕组既有采用集中整距绕组的，也有采用分 布短距绕组和非常规绕组的。一般来说，矩形波 永磁稀土永磁电机通常采用集中整距绕组，而正 弦波稀土永磁电机更常采用分布短距绕组。稀土 永磁电机与其他电机的最主要区别是转子磁路结 构，一般可分为三种：表面式、内置式和爪极式。
二、稀土永磁电机结构及工作原理
• 表面凸出式 这种结构具有结构简单、制造成本较低、转 动惯量小等优点，在矩形波稀土永磁电机和恒功率运行范围 不宽的正弦波稀土永磁电机中得到了广泛应用。此外，其永 磁磁极形状易于实现最优设计，使电机气隙磁密波形趋于正 弦波，从而显著提高电机乃至整个传动系统的性能。 • 表面插入式 这种结构可充分利用转子磁路的不对称所产 生的磁阻转矩，提高电动机的功率密度，动态性能较凸出式 有所改善，制造工艺也较简单，常被某些调速永磁电机所采 用，但漏磁系数和制造成本较凸出式大。 总之，表面式转子磁路结构制造工艺简单、成本低，应 用较为广泛，尤其适用于矩形波稀土永磁电机，但因转子表 面无法安放起动绕组，无异步起动能力，不适用于异步起动 稀土永磁电机。
西安工业电机稀土永磁参数
西安工业电机稀土永磁参数西安工业电机稀土永磁参数一、型号及参数（一）把手式永磁电机技术参数型号功率（w) 电压（v) 电流（A) 频率（Hz）转速（r/min) TK-220A-50H 220 220 0.90 50 2800TK-220B-50H 220 220 0.90 50 2800TK-220C-50H 220 220 0.90 50 2800TK-220E-50H 220 220 0.90 50 2800TK-220F-50H 220 220 0.90 50 2800二、特性（一）永磁电机的基本特性1.低静磁通：永磁电机的静磁通在静止拖动状态下比异步电机的静磁通明显低很多，所以具有比较好的动态响应能力。
2.优良的绝缘强度：永磁电机的绝缘强度比异步电机的绝缘强度高很多，可以保证电机的可靠运行。
3.低噪声：永磁电机的旋转损耗比异步电机的损耗低很多，更加经济实惠。
4.小体积：永磁电机体积比异步电机小，安装空间节省，整体结构紧凑，便于密集安装、节约空间。
（二）永磁电机的抗干扰能力1.防止电磁干扰：永磁电机对电磁干扰抗性比异步电机更强，可以对外界的电磁干扰保持良好的抗性。
2.防止电压暂震：永磁电机可以容忍较大的电压暂震和瞬变，不会对电机造成影响，可以保证电机的稳定运行。
3.低噪音：由于永磁电机采用先进的绝缘技术，可以减少电机的噪音，保证运行可靠性。
三、性能（一）永磁电机的特点1.体积小：永磁电机具有高功率密度和低空间，比普通的技术电机的体积小得多，更加方便安装和使用。
2.高效率：永磁电机的效率比其他电机更高，在相同的功率情况下，可以减少能耗消耗，给用户带来节能减碳的好处。
3.高可靠性：永磁电机不受外界的电磁干扰影响，具有较高的可靠性，可以保证电机长期稳定可靠的运行。
4.高可控性：永磁电机的角速度、加速度及运行转矩可以通过控制来调整，更加灵活方便。
（二）永磁电机的优点1.低损耗：永磁电机具有比异步电机更低的功率损耗，运行温度更低，使电机可以保持长时间的可靠性运行。
电气讲座报告 —— 稀土永磁电机
稀土永磁电机的主要优点1.高效节能稀土永磁电机是一种高效节能产品，平均节电率高达10％以上，专用稀土永磁电机的节电率可高达15％～20％。
美国GM公司研制的钕铁硼永磁起动电机与老式串激直流起动电机相比，效率提高了45％。
在水泵、风机、压缩机采用永磁电机及变频调速技术后可节电率30％以上。
2.轻型化采用稀土永磁体可以明显减轻电机重量，缩小体积。
例如10 kW发电机，常规发电机重量为220 kg，而永磁发电机重量仅为92 kg，相当于常规发电机重量的45.8％。
3.高性能化高性能化也是稀土永磁电机的突出优点，有些性能是传统标准电机所不能及的。
例如，数控机床用稀土永磁伺服电机，调速比高达1：10000。
现已研制成宽调速范围、高恒功率调速比的钕铁硼永磁同步电动机和驱动系统，调速比高达1：22 500，极限转速达到9 000 r/min。
稀土永磁电机实现精密控制驱动，转速控制精度可达到0.1‰。
主要应用于高控制精度和高可靠性的场合，如航空、航天、数控机床、加工中心、机器人、电动汽车、计算机外围设备等。
4.结构简单永磁电机与传统的电机相比，结构简单。
采用稀土永磁铁后还可以增大气隙磁密，并把电机转速调整到最佳值，提高功率质量比。
现代航空、航天用发电机几乎全部采用稀土永磁发电机。
其典型产品为美国通用电气公司制造的150 kVA 14 极12 000 r/min～21 000 r/min 和100 kVA 60 000 r/min的稀土钴永磁同步发电机。
国内研发的第一台稀土永磁电机即为3 kW 20 000 r/min的永磁发电机。
稀土永磁电机的主要缺点：1.控制问题。
永磁电机制成后不需外界能量即可维持其磁场，但也造成从外部调节、控制其磁场极为困难。
永磁发电机难以从外部调节其输出电压和功率因数，永磁直流电动机不能再用改变励磁的办法来调节其转速。
这些使永磁电机的应用范围受到了限制。
2.不可逆退磁问题。
稀土永磁发电机在温度过高时，在冲击电流产生的电枢反应作用下，或在剧烈的机械振动时有可能产生不可逆退磁，或叫失磁，使电机性能降低，甚至无法使用。
三相稀土永磁同步电动机
三相稀土永磁同步电动机三相稀土永磁同步电动机是一种新型的电动机，具有高效、小型化、轻量化等优点，被广泛应用于工业和交通领域。
本文将从工作原理、结构特点、应用领域等方面对三相稀土永磁同步电动机进行介绍。
一、工作原理三相稀土永磁同步电动机是利用稀土永磁材料产生的强磁场与定子线圈中的交流电流相互作用，从而产生转矩和运动。
在电机工作时，通过交流电源给定子线圈供电，产生旋转磁场，而通过稀土永磁材料产生的永磁磁场与旋转磁场相互作用，从而使电机运行。
二、结构特点三相稀土永磁同步电动机的结构特点主要体现在以下几个方面：1. 稀土永磁材料：稀土永磁材料具有高磁能积和高矫顽力等特点，可以产生强大的磁场，从而提高电机的转矩密度和效率。
2. 三相定子线圈：电机的定子线圈采用三相结构，通过交流电源给线圈供电，产生旋转磁场。
3. 转子结构：电机的转子采用稀土永磁材料制成，通过与定子旋转磁场的相互作用产生转矩和运动。
4. 控制系统：电机的控制系统采用先进的数字控制技术，可以实现对电机的精确控制和调节。
三、应用领域三相稀土永磁同步电动机由于其高效、小型化、轻量化等特点，被广泛应用于以下领域：1. 工业领域：三相稀土永磁同步电动机在工业生产中被应用于各种机械设备中，如机床、泵、风机等，可以提高设备的效率和节能效果。
2. 交通领域：三相稀土永磁同步电动机在交通工具中的应用越来越广泛，如电动汽车、电动自行车等，可以提高车辆的续航里程和动力性能。
3. 新能源领域：三相稀土永磁同步电动机在新能源领域中有着广泛的应用，如风力发电、太阳能发电等，可以提高能源的利用效率和可再生能源的开发利用。
三相稀土永磁同步电动机是一种高效、小型化、轻量化的电动机，具有广泛的应用前景。
随着科技的不断进步和技术的不断创新，相信三相稀土永磁同步电动机在未来会有更加广泛的应用，为人类创造更加美好的生活。
三相稀土永磁同步电动机
三相稀土永磁同步电动机三相稀土永磁同步电动机是一种采用稀土永磁材料作为励磁源的电动机。
稀土永磁材料具有高磁能积、高矫顽力、高磁导率等特点，能够产生强大的磁场，因此稀土永磁同步电动机具有高效率、高功率密度和优异的控制性能。
稀土永磁同步电动机由定子和转子两部分组成。
定子上绕有三相绕组，通电时产生旋转磁场。
转子上埋有稀土永磁体，该磁体具有固有的磁场，与定子的旋转磁场相互作用，产生电磁转矩，驱动转子旋转。
与传统的感应电动机相比，稀土永磁同步电动机具有许多优势。
首先，稀土永磁材料具有较高的矫顽力，可以在较小的磁场下实现高磁能积，从而提高电机的功率密度。
其次，稀土永磁材料具有高磁导率，可以提高电机的磁场响应速度，使电机具有更好的动态响应性能。
此外，稀土永磁材料还具有较高的抗温度衰减能力，可以使电机在高温环境下工作更加稳定可靠。
稀土永磁同步电动机在各个领域都有广泛的应用。
在工业领域，它可以用于驱动各类机械设备，如风力发电机组、水泵、压缩机等。
在交通领域，稀土永磁同步电动机可以用于电动汽车、混合动力汽车等车辆的驱动系统。
此外，稀土永磁同步电动机还可以应用于家用电器、办公设备等领域。
稀土永磁同步电动机在电机控制方面也有独特的优势。
由于稀土永磁材料的磁场响应速度较快，因此稀土永磁同步电动机具有较好的转速控制性能。
此外，稀土永磁同步电动机还可以实现无传感器控制，减少了电机控制系统的复杂性和成本。
然而，稀土永磁同步电动机在应用过程中还存在一些问题。
首先，稀土永磁材料的价格较高，使得电机成本较高。
其次，稀土永磁材料的供应不稳定，容易受到国际市场价格波动的影响。
此外，稀土永磁材料的回收利用问题也需要解决。
为了克服这些问题，研究人员正在寻找替代稀土永磁材料的新材料，以降低电机成本。
同时，加强回收利用稀土永磁材料的研究，推动可持续发展。
此外，还可以通过优化电机设计和控制策略，提高电机的效率和性能。
三相稀土永磁同步电动机是一种具有高效率、高功率密度和优异控制性能的电动机。
稀土永磁无刷直流电动机PPT课件
4. 其它的位置传感器
• 除了以上三种位置传感器外，还有正、余弦旋转 变压器和光电编码器等其他位置传感元件，但成 本高、体积大、线路复杂，较少采用。
• 由于位置检测器有机械安装、维护及运行可靠性 等问题，近期来出现了无位置检测器的运行控制 方式。它利用电机定子绕组反电势作为转子磁极 的位置信号。
机械特性
n
U 2U Ce
2ra CeCT 2
Tem (r
/
min)
特性曲线如图3－15
第31页/共38页
5-2 永磁无刷直流电动机的控制
第32页/共38页
• 永磁无刷直流电动机具有有刷直流电动机那样优良的调速性能，却没有 电刷和换向器，这主要是它用转子位置检测器替代了电刷，用电子换向 电路(逆变器)替代了机械式换向器之故。因此永磁无刷直流电机的电子 控制系统是这种电机不可缺少的必要组成部分，否则不能运行，这是有 别于其他调速电机之处。
(5-1)
式中 BM —— 气隙磁密基波幅值
θ —— 沿气隙圆周度量的空间角度
▪ 忽略电枢反应对气隙磁场B的 影BM响s，in由于永磁体导磁率低，这对面贴式转子
结构特别合适； ▪ 各相绕组结构对称，主电路各单元完全一致。
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• 分析表明，当转子磁极轴线从某转相矩电枢特绕性组轴线转过 30度的位置时导通该相绕组，由于自此位置开始的
• 用于给电机定子各相绕控组制在器一(定功的率时电刻子通开以一关定) 时间长短的恒定直流电流，
以便与转子永磁磁场相互作用产生持续不断的恒定转矩。 • 一般采用 GTR、MOSFET，较大容量电机采用 IGBT或IPM模块。 • 功率电子开关可以是半桥式，但多为三相桥式结构，与三相直－交逆变器
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二、稀土永磁材料
稀土永磁材料的发展
第一代：1:5型钐钴永磁（R1Co3）
第二代： 2:17型钐钴永磁（R2Co17）
第三代：钕铁硼永磁（NdFeB)
二、稀土永磁材料
钕铁硼与钐钴相比，有以下显著特点
1.
超高的磁能积。永磁材料中磁能积最高的材料。是铁氧体的11 倍，钐钴的2倍，铝镍钴的5倍以上。可以显著缩小许多电磁装 置的体积重量，节省原材料消耗及能源消耗。
绪论内容
一、稀土元素
二、稀土永磁材料
三、稀土永磁电机
四、稀土永磁电机的应用
一、稀土元素
一、稀土元素
稀土元素是指化学周期表的镧系元素，由镧、钕、
钐等17种元素组成
这17种元素的总量在地壳中仅占0.0153%。由于其 在地壳中的含量极少，因而被称为“稀土元素”。
一、稀土元素
目前世界已探明的稀土元素的矿物由250余种，稀土氧 化物的总储藏量约4800吨，其中我国占75%以上。储藏 量居世界第一位。
三、稀土永磁电机
三、稀土永磁电机
稀土永磁电机的发展阶段
60年代后期和70年代：使用钐钴永磁，应用航空航天 80年代：钕铁硼出现，应用重点转到工业和民用
90年代：广泛应用，向大功率化、机电一体化、高性
能化、微型化发展
三、稀土永磁电机
稀土永磁电机的分类
稀土永磁直流电机
稀土永磁同步电机
4.
高温性能比钐钴永磁低。SH型钕铁硼的工作温度可达150°C
以上，UH型钕铁硼的工作温度可达180°C。限制了在工作环
境温度高或温升较高的电磁装置中的应用。
二、稀土永磁材料
钕铁硼独特的优点引起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，发展速 度异常迅速。
在永磁电机、仪器仪表、 电声器件、医疗设备、医 疗保健、磁选设备、纺织 机械、计算机等领域得到 广泛应用。
每kW的稀土永磁电机大约平均使用稀土永磁体0.4kg。若国内每 年生产的稀土永磁电机达2亿kW，则需稀土永磁体8000万吨 ，可
基本改变出口稀土原材料和粗制品为主的局面，使我国既是生产
稀土永磁体的大国，也是生产出口稀土永磁电机的大国。
三、稀土永磁电机
稀土永磁电机的主要优点
电机效率显著提高。由于不需要励磁绕组，因而没有 励磁损耗，电机效率可提高5～10%以上。
稀土电机的发展，证明了这一预见的正确性
四、稀土永磁电机的应用
四、稀土永磁电机的应用
四、稀土永磁电机的应用
纺织行业
整个纺织行业，电机的总装机容量达到0.12亿kW
若将其中30%耗电大的落后产品改用稀土永磁电
机，每年可节电9亿度
四、稀土永磁电机的应用
石油工业
稀土永磁电机的高效率区很宽，十分 适合油田抽油机工作时的负载变化。 一台37kW的稀土永磁同步电动机，可 以取代现用于抽油机的55kW的异步电 动机，克服低效率，低功率因数和大 马拉小车的不合理现象。 全国约有8万个油井，若全部以稀土永 磁同步电动机取代，年节电量可达15
亿度。
四、稀土永磁电机的应用
家电行业
目前，由稀土永磁无刷直流电动机作为动力的第 二代变速制冷技术，国外已用于空调和冰箱，普 及率达到33%； 在电风扇和洗衣机中也广泛应用稀土永磁无刷直
流电动机系统。
我国人口众多，市场规模巨大。
四、稀土永磁电机的应用
交流伺服驱动
由稀土永磁、电力电子和微计算机构成的稀土永磁电机交流伺 服驱动系统，可实现普通电机无法达到的高性能伺服驱动，国 外已广泛应用于先进制造业、电动汽车、电梯等领域
钕铁硼的问世，其高磁能积和相对低廉的价格，使得稀土永磁电
机显示出民用开发的巨大前景
稀土电机“热”席卷全世界，稀土永磁电机的应用，已遍及整个 工业领域，成为新一代高效、节能电机及电力驱动系统的一个重 要发展趋势。
三、稀土永磁电机
30多年前，当第一块稀土永磁体在美国空军材料研究
所诞生的时候，美国道尔顿大学教授、国际稀土学会 主席STNAT曾深刻指出“稀土永磁体的出现，意味着 电机工业面临革命性的变化”。
Байду номын сангаас
我国每年仅进口数控机床一项就达22亿美元。 在美国，这种交流伺服系统正以年增长11.2%的速度，取代着数 控机床应用传统的直流宽调速系统和步进电机系统。
稀土微肥可使小麦增产3～4%，棉花增产8～28%，玉米
增产3～10%
二、稀土永磁材料
二、稀土永磁材料
稀土永磁材料是指由稀土元素和其它金属元素组成的 金属化合物
是稀土元素应用最广泛的领域 目前永磁材料中磁能积最强的磁体
二、稀土永磁材料
永磁材料的发展
铝镍钴永磁 铁氧体永磁 稀土永磁
在我国可谓“稀土不稀”。 日本科学家来我国考察稀土资源后曾说过：“如果有中 国那么多稀土资源，日本可以用稀土立国”。
一、稀土元素
稀土元素可广泛应用国民经济各领域，包括石油化工、 金属冶炼、玻璃陶瓷、农业、荧光材料、永磁材料等， 被称为工农业的“维生素”
如在金属冶炼中加入稀土元素后，可显著提高金属的强 度；用稀土元素制成荧光材料可制成各种节能灯；使用
2.
原材料资源丰富。在稀土矿中，钕的含量是钐的十几倍，资源 十分丰富。钕铁硼不含钴。钴是一种战略物质，用于制造导弹 弹头等耐高温合金。世界上除少数几个国家产钴外都靠进口。 钐钴稀土永磁材料受钴资源和价格的影响，应用受到限制。
二、稀土永磁材料
钕铁硼与钐钴相比，有以下显著特点
3.
价格便宜。钕铁硼的价格只有钐钴价格的三分之一到四分之 一。该特点打破了稀土永磁只能用在军工领域的局面，使其 大量应用于民用工业。
稀土永磁无刷直流电机 稀土永磁步进电机 稀土永磁双凸极电机 稀土永磁音圈电机
三、稀土永磁电机
电机是稀土永磁材料的最大应用领域。稀土永磁材料的推广应用
关键在于稀土永磁电机的发展和应用。
国外稀土永磁产量的70%左右用于电机制造，而我国稀土永磁产
量的2/3用于出口，在国内销售的1/3中用于电机的比例不到30%。
电机体积小、重量轻。稀土永磁超高的磁性能，可是
稀土电机的体积重量比常规电机减少30～50%。
电机性能明显提高。可大幅度提高交流电机的功率因
数、直流电机的机械特性、提高起动转矩、过载能力， 提高快速性，降低温升，提高可靠性。
三、稀土永磁电机
稀土永磁电机是国内外专家公认的新一代航空航天和航海电机的 发展方向。