永磁電機西南交通大學電氣工程學院一、永磁材料的發展過程稀土永磁材料的發展大致分為三個階段:1967年---》，第一代稀土永磁；

1973年---》，第二代稀土永磁；

1983年---》，第三代稀土永磁。永磁材料的發展過程

我國稀土資源豐富,2003年釹鐵硼永磁產量為17000噸,世界第一.我國釹鐵硼永磁產量的2/3用于出口,在國內銷售的1/3中目前用于電機的比例很低,而高性能稀土永磁電機卻隨著計算機、飛機、數控機床等產品大量進口.二、永磁材料及其特性永磁材料特性：

退磁曲線；回復線；內稟退磁曲線；穩定性。

三、永磁磁路的計算基礎永磁體等效成磁通源或磁動勢源；空載和負載時的等效磁路；永磁體工作點的確定；永磁體的最佳工作點。相關數值計算四、永磁電機的發展概況

19世紀20年代出現的世界上第一臺電機就是由永磁體產生勵磁磁場的永磁電機。但當時所用的永磁材料是天然磁鐵礦石，磁能密度很低，用它制成的電機體積龐大，不久被電勵磁電機所取代。

近幾十年來，隨著鋁鎳鈷永磁、鐵氧體永磁，特別是稀土永磁的相繼問世，磁性能有了很大提高，許多電勵磁電機又紛紛改用永磁體勵磁。與電勵磁電機相比，永磁電機，特別是稀土永磁電機具有結構簡單，運行可靠;體積小，質量輕;損耗小，效率高;電機的形狀和尺寸可以靈活多樣等顯著優點。它不僅可以部分替代傳統的電勵磁電機，而且可以實現電勵磁電機難以達到的高性能。在工農業生產、航空航天、國防和日常生活中得到廣泛應用，產量急劇增大。四、永磁電機的發展概況五、永磁電機的特點優點:

永磁同步電動機與感應電動機相比,不需要無功勵磁電流,可以顯著提高功率因數(可達到1,甚至容性),減少了定子電流和定子電阻損耗,而且在穩定運行時沒有轉子銅耗,進而可以減小風扇(小容量電機甚至可以去掉風扇)和相應的風摩損耗,效率比同規格感應電動機可提高2～8個百分點.而且,永磁同步電動機在25%～120%額定負載范圍內均可保持較高的效率和功率因數,使輕載運行時節能效果更為顯著.

可靠性更高,壽命更長.高性能的無刷直流電機工作壽命可達數十萬小時,且不必進行經常維修.

省去了集電環,電刷和勵磁裝置,無電氣接觸火花,無線電干擾少.機械噪音低不足:

永磁材料本身存在的問題第三代永磁材料NdFeB雖然具有磁能積高,矯頑力強的優點,但同時也存在著溫度系數偏大的缺點,在發熱較為嚴重的情況下可能會對整個電機系統造成影響.

起動的問題前面已經指出,永磁同步電動機無法實現自起動,需要進行異步起動.在起動過程中,永磁體磁場與定子電流產生的旋轉磁場非同步運行,兩者之間存在著相對運動而無法形成同步轉矩.其工作狀態類似于同步發電機.

永磁同步電動機在起動時除了存在異步起動轉矩以外,還存在著永磁體磁場與定子感應電流產生的發電機制動轉矩以及定子旋轉磁場的磁阻轉矩。其起動轉矩遠遠復雜于異步電機.六、永磁電機的分類與應用永磁電機應用的分類1稀土永磁發電機國內第一臺稀土永磁電機——20000r/min，3kW高速高效稀土永磁發電機,也是國內第一臺轉速高達20000r/min的發電機。2

異步起動高效永磁同步電動機

永磁同步電機無自起動能力，需采取措施使之異步起動。這類電機一般都在轉子上設置起動繞組,具有在某一頻率和電壓下直接起動的能力。目前主要應用在油田、紡織化纖工業、陶瓷玻璃工業和年運行時間長的風機水泵等領域。

2-1高效高起動轉矩永磁同步電動機電機用于抽油機時需要高起動轉矩,使用感應電機時需增大功率,造成”大馬拉小車”,電能浪費嚴重.所開發的永磁電機的起動轉矩比異步電動機高50%～

100%,可替代比它大1～2個功率等級的感應電動機.37kW永磁電機可以替代55kW感應電機,節電率大于20%,無功節電率約60%.2-2高效高過載能力永磁同步電動機風機、泵類用電量占全國總發電量三分之一,它對過載能力要求較高.目前我國開發的超高效永磁電機的效率比美國計劃于2007年生產的技術上達到極限、經濟上可行的最高效電動機效率高2～3個百分點,而且小一個機座號。2-3大中型高效釹鐵硼永磁同步電動機大型電機功率密度高,在轉子磁路中需要安放足夠的永磁體、籠型結構和軸向通風道,轉子空間十分緊張。目前我國所開發1120kW樣機(是目前世界上容量最大的異步起動高效稀土永磁電機)效率高96.5%(同規格電機效率為95%),功率因數0.94。2-4高效高牽入轉矩永磁同步電動機化纖工業用電動機需要高牽入轉矩,設計比較困難。需要綜合考慮同步電動機的空載漏磁系數凸極比、轉子電阻和永磁體尺寸和定子繞組匝數等參數對牽入轉矩的影響。提高電機牽入同步能力。

3交流永磁伺服電動機

3-1高恒功率調速比釹鐵硼永磁同步電動機所開發電機的主要特點是調速范圍寬,調速比高達1:22500;極限轉速高,達到9000r/min;最低轉速低,只有014r/min;恒功率調速比高,達到1:6.3-2高功率密度低噪聲永磁同步電動機永磁同步電動機高效、小振動、低噪聲、高轉矩密度的特點在電動車驅動裝置中是最理想的電動機.所開發樣機的每小時持續轉矩密度為0.74N·m/kg,15min峰值轉矩密度為11123N·m/kg。4釹鐵硼永磁直流電動機目前,我國汽車行業發展迅速,汽車工業是永磁電機的最大用戶,電機是汽車的關鍵部件，一輛超豪華轎車中,各種不同用途的電機達70余臺,其中絕大部分是低壓永磁直流微電機。汽車、摩托車用起動機電機,采用釹鐵硼永磁并采用減速行星齒輪后,可使起動機電動機的質量減輕一半.汽車是永磁電動機的主要應用場合，如何降低釹鐵硼起動機電動機的制造成本是關鍵。直流電動機采用永磁勵磁后,既保留了電勵磁直流電動機良好的調速特性和機械特性,還因省去了勵磁繞組和勵磁損耗而具有結構工藝簡單、體積小、用銅量少、效率高等特點.因而從家用電器、便攜式電子設備、電動工具到要求有良好動態性能的精密速度和位置傳動系統都大量應用永磁直流電動機.500W以下的微型直流電動機中，永磁電機占92%，而10W以下的永磁電機占99%以上。5永磁直流電動機

500W以下，92%；10W以下，99%；

0.55----220Kw的系列永磁電動機，效率：6%、Cu：30--40%、Fe：10--20%6永磁特種電機；7新型永磁電機

7-1橫向磁通釹鐵硼永磁電機這種電機定子齒槽結構和電樞線圈在空間上相互垂直,主磁通沿電機軸向流通,電流和磁負荷在空間上不存在競爭，因而定子尺寸和通電線圈的大小相互獨立，在一定范圍內可以任意選取，提高了功率密度。橫向磁通電機磁路結構

7-2無鐵心釹鐵硼永磁電機利用釹鐵硼永磁材料高矯頑力的優異特性不用或少用硅鋼片，制成無鐵心電機質量大大減輕.無鐵心永磁電機采用聚磁型結構和正余弦充磁，所產生的磁場呈正弦分布，因此可以不斜槽，可以采用集中繞組，便于AC控制。繞組端部短，損耗小，轉矩密度高，振動噪聲顯著降低。七、永磁直流電動機1、基本結構：整體結構;

磁極結構;永磁直流電動機2、基本方程和運行特性：電磁轉矩和感應電動勢;

基本方程;

運行特性；運行中的特殊問題；動態特性問題。八、永磁同步電動機1、基本結構：定子結構;

轉子磁極結構;永磁電機轉子的分類外置式轉子磁路結構表面凸出式轉子結構表面插入式轉子結構內置式轉子磁路結構

特點

極靴中可以放置鑄鋁籠或銅條籠，起阻尼和起動作用，動、穩態性能好，廣泛用于要求有異步起動能力或動態性能高的永磁同步電動機。內置式轉子內的永磁體受到極靴的保護，其轉子磁路結構的不對稱性所產生的磁阻轉矩也有助于提高電動機的過裁能力和功率密度，而且易于“弱磁”擴速。

右圖為徑向式結構

各種結構的優點徑向式結構——這類結構的優點是漏磁系數小、轉軸上不需采取隔磁措施、極弧系數易于控制、轉子沖片機械強度高、安裝永磁體后轉子不易變形等。

切向式結構

——其優點在于一個極距下的磁通由相臨兩個磁極并聯提供，可得到更大的每極磁通。尤其當電動機極數較多、徑向式結構不能提供足夠的每極磁通時混合式結構——這類結構集中了徑向式和切向式轉子結構的優點，但其結構和制造工藝均較復雜，制造成本也比較高切向式結構

混合式結構八、永磁同步電動機2、穩態運行分析：主磁場和空載電動勢;

電樞反應和電樞反應電動勢;

電壓方程和等效電路；相量圖；磁路飽和的影響。八、永磁同步電動機3、穩態運行特性：矩角特性;

工作特性;V形曲線。八、永磁同步電動機3、起動過程分析：平均轉矩;

脈動轉矩;

瞬態轉矩----轉速曲線。起動轉矩的特點永磁電機無自起動能力,而且起動過程中永磁轉矩阻礙電機起動。

從描述異步起動永磁同步電動機瞬態行為的復數形式微分方程出發,經過一系列復雜的運算和整理后,得到起動過程中電磁轉矩表達式為：

起動過程中的瞬態變化曲線如下圖所示平均轉矩-轉速曲線如下圖所示.由于永磁制動轉矩的存在,起動轉矩存在兩個下凹點,如設計不佳,則起動困難.目前,異步起動技術已經解決。