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稀土永磁電�(jī)
閱讀�14482�(shí)間:2011-05-22 10:10:47

  稀土永磁電�(jī)�70年代初期出現(xiàn)的一種新型永磁電�(jī),由于稀土永磁體的高磁能積和高矯頑力(特別是高內(nèi)稟矯頑力�,使得稀土永磁電�(jī)具有體積�、重量輕、效率高、特性好等一系列�(yōu)�(diǎn),廣泛應(yīng)用在航空、航�、航海及工業(yè)與民用方向�

�(fā)展歷�

  電機(jī)是一種機(jī)械能、電能相互轉(zhuǎn)換的�(jī)�。這�(gè)�(zhuǎn)換過(guò)程離不開(kāi)電機(jī)的勵(lì)磁結(jié)�(gòu)。電�(jī)的勵(lì)磁結(jié)�(gòu)有兩種:一種是電流�(lì)�,即依靠銅線(xiàn)圈繞組通過(guò)電流�(lái)�(lì)�,類(lèi)似電磁鐵�(chǎn)生磁�(chǎng),磁�(chǎng)的大小取決于繞組的匝�(shù)和勵(lì)磁電流的大小。再一種就是永磁勵(lì)�,即通過(guò)永磁體提供磁�(chǎng),磁�(chǎng)的大小取決于永磁體本身磁性能的高低和所用磁體的體積�

  采用永磁�(lì)磁的電機(jī)就是永磁電機(jī)。電流勵(lì)磁的很大局限性就是線(xiàn)圈發(fā)熱量�,電�(jī)溫升�,需要較大的繞組空間,同�(shí)還存在較大的銅損�,使得電�(jī)的效率和比功率低。而永磁勵(lì)�,只要永磁體的磁性能高就不存在以上局�,而且�(jié)�(gòu)�(jiǎn)單、維�(hù)方便�  特別�(duì)一些有特殊要求 (超高�(zhuǎn)速、超高靈敏度)和特殊環(huán)� (防爆�)使用的電�(jī),永� �(lì)� 比電流勵(lì)磁有突出的優(yōu)�(diǎn)f2  。因�,在�(lì)磁結(jié)�(gòu)方面,隨著永磁材料性能的不斷提�,新型永磁材料的不斷出現(xiàn),永磁勵(lì)磁結(jié)�(gòu)將逐步取代傳統(tǒng)的電流線(xiàn)圈勵(lì)磁結(jié)�(gòu)。永磁電�(jī)的發(fā)展和永磁材料的發(fā)展息息相�(guān),新型永磁材料的出現(xiàn)必將大力促�(jìn)永磁電機(jī)的快速發(fā)展�

  世界上臺(tái)電機(jī)就是永磁電機(jī),所以利用永磁體�(lái)制造電�(jī)已有很悠久的歷史。由于當(dāng)�(shí)永磁材料的磁性能�,制成的電機(jī)非常笨重,即被電�(lì)磁電�(jī)所取代�1940年代以后,具有較高剩磁的鋁鎳鈷和具有較高矯頑力的鐵氧體永磁材料相繼出�(xiàn),永磁電�(jī)又獲得生�(jī),在微特電機(jī)�(lǐng)城里占有重要位置。但鋁鎳鈷永磁矯頑力較低、易退磁,鐵氧體永磁的剩磁較低,使用范圍受到一定限��

  至六十年代后期代稀土永磁合�(SmCo5)和七十年代第二代稀土永磁合�(Sm2Co17)的出�(xiàn),雖然原料釤與鈷�(jià)格昂�,但磁體磁性能�,使永磁電機(jī)有了較大的發(fā)�。八十年代釹鐵硼稀土永磁問(wèn)��1983年被列為世界十大重要科技成果,舉世矚�。由于釹資源豐富,以廉價(jià)的鐵取代昂貴的鈷,價(jià)格相�(duì)低廉,釹鐵硼稀土永磁磁性能�,極大地推動(dòng)了永� 電機(jī)的開(kāi)�(fā)。稀土永磁磁性能�(yōu)�,兼有鋁鎳鈷和鐵氧體永磁的優(yōu)�(diǎn),具有很高的剩磁和矯頑力 ,以及很大的磁能積。稀土永磁的磁能積比鋁鎳鈷的� 5�8�;比鐵氧體的� 1O�15倍;在同樣的有效體積條件下,比電�(lì)磁的� 5�8�,僅次于超導(dǎo)�(lì)�。且退磁曲�(xiàn)幾乎是一條直�(xiàn),回�(fù)曲線(xiàn)與退磁曲�(xiàn)基本重合,抗退磁能力強(qiáng),熱�(wěn)定性好 (釤鈷永磁),用于電�(jī),可使電�(jī)體積縮小,重量減�,輸出功率大,效率顯著提�,與電勵(lì)磁電�(jī)相比,比功率 (單位重量電機(jī)輸出功率)� 40%以�。稀土永磁連同功率電子器件和微型計(jì)算機(jī)巳被公認(rèn)為促�(jìn)電機(jī)�(fā)展的三大支柱。稀土永磁電�(jī)的發(fā)展與�(yīng)用前景廣�,大有可��

  在永磁電�(jī)�(chǎn)品結(jié)�(gòu)方面,在�(guò)去一段時(shí)間里,鋁鎳鈷和鐵氧體永磁幾乎各占一半市�(chǎng)。今后將遵循材料互代性和�(jìng)�(zhēng)性原�,釹鐵硼則以?xún)?yōu)異的磁性得到迅速發(fā)�。鐵氧體永磁則以廉價(jià)的優(yōu)�(shì)占據(jù)低檔電機(jī)的市�(chǎng)。鋁鎳鈷�(yīng)用市�(chǎng)將相�(duì)減少,大部分將被釹鐵硼所取代。但由于鋁鎳鈷溫度穩(wěn)定性高,在高精度測(cè)速電�(jī)等信�(hào)�(lèi)微電�(jī)中仍然會(huì) 占有一席之� �

�(fā)展趨�(shì)

  我國(guó)稀土資源豐富,稀土礦的儲(chǔ)藏量居世界首�。稀土永磁材料和稀土永磁電�(jī)的科研水平都�(dá)到了�(guó)際先�(jìn)水平,充分發(fā)揮我�(guó)稀土資源豐富的�(yōu)�(shì),大力研究和推廣�(yīng)用以稀土永磁電�(jī)為代表的各種永磁電機(jī),對(duì)加快�(shí)�(xiàn)我國(guó)全面�(jìn)入小康社�(huì)具有重要的意義�

  稀土永磁電�(jī)正向大功率化(高�(zhuǎn)�、高�(zhuǎn)矩)、高功能化和微型化方向發(fā)�,不斷擴(kuò)展新的電�(jī)品種和應(yīng)用領(lǐng)�,應(yīng)用前景非常樂(lè)觀。為了滿(mǎn)足需要,稀土永磁電�(jī)的設(shè)�(jì)和制造工藝尚需不斷地�(jìn)行創(chuàng)�,電磁結(jié)�(gòu)將更為復(fù)�,計(jì)算結(jié)�(gòu)將更為精確,制造工藝更為先�(jìn)適用。這些�(fù)雜問(wèn)題需要應(yīng)用多�(xué)科理論和系統(tǒng)工程�(jìn)行優(yōu)化設(shè)�(jì),提高�?xún)r(jià)�,促�(jìn)電機(jī)等學(xué)科和行業(yè)�(jìn)一步發(fā)��

�(yōu)�(shì)

  稀土永磁電�(jī)是在 Y 系列電機(jī)的基�(chǔ)�,將電機(jī)�(zhuǎn)子嵌人稀土永磁材料而成 ,與普通電�(jī)相比,具有以下優(yōu)�(diǎn) �

  (1)體積�,重量輕,耗材�。由于稀土永磁材料的高磁能積和高矯頑力,�(shí)�(xiàn)了電�(jī)磁路系統(tǒng)的小型化、輕量化� � 1 為天津安全電�(jī)公司生產(chǎn)的兩種技�(shù)指標(biāo)相同但所用永磁材料不同的直流電機(jī)體積與重量參�(shù)的比�??梢钥闯鲡S鐵硼永磁電機(jī)與鋁鎳鈷永磁電機(jī)相比,電�(jī)的體積和重量大大減小和降��

  在相同功率下,ZYN40型稀土永磁直流電�(dòng)�(jī)與鋁鎳鈷電機(jī)相比,縮小一�(gè)�(jī)座號(hào),重量和體積分別為鋁鎳鈷電機(jī)� 70%和 68%;與鐵氧體電機(jī)相比,縮小兩�(gè)�(jī)座號(hào),重量和體積分別為鐵氧體電機(jī)� 4O%和 36  :與 SZ系列電勵(lì)磁電�(jī)相比,縮小兩�(gè)�(jī)座號(hào),重量和體積為電�(lì)磁電�(jī)�40�

       (2)效率�。一是由于磁路系�(tǒng)的小型化,繞組亦趨小,從而減少了電機(jī)的銅損和鐵損,效率提�;二是在�(zhuǎn)子上嵌人稀土永磁材料后,在正常工作�(shí)�(zhuǎn)子與定子磁場(chǎng)同步�(yùn)行,�(zhuǎn)子繞組無(wú)感生電流,不存在�(zhuǎn)子電阻和磁滯損�;三是定子電流中�(wú)�(lì)磁電流分�,功率因�(shù)高,定子電流�,定子側(cè)銅損下降,提高了電機(jī)效率。有人曾分析�(guò) 】,一�(tái) 20000r/min以上的高速有刷電�(dòng)�(jī),輸出功� 316W,效� 69�,即損耗為 31�。其中,�(lì)磁銅� 6�,勵(lì)磁鐵� 3%,電樞銅損 3�,電刷損�8�,電樞鐵� 8�,機(jī)械損� 2�,雜散損� 1%�

稀土永磁電機(jī)的優(yōu)勢(shì)

  大量使用的感�(yīng)電動(dòng)�(jī),如冰箱壓縮�(jī)、空�(diào)、洗衣機(jī)、風(fēng)扇等用的電動(dòng)�(jī),若輸出功率 l 18�4W,效� 83%,其損� 17�,包括初�(jí)繞組銅損 6�,鐵� 7%,次級(jí)銅損和雜散損耗共�4%:�(dāng)輸出功率� 420W、效� 85%時(shí),損� 15�,它包括初級(jí)繞組銅損 6�,鐵� 4�,次�(jí)銅損和雜散損� 5%�

  如果使用永磁體產(chǎn)生磁�(chǎng)(作轉(zhuǎn)�),不使用電刷整流�,構(gòu)成永磁電�(dòng)�(jī)(�(wú)刷電�(dòng)�(jī)),損耗就只有 電樞繞組的銅�、電樞鐵心的鐵損和機(jī)械損�。因� ,有刷電�(dòng)�(jī)特有的電刷損�、有刷電�(dòng)�(jī)和感�(yīng)電動(dòng)�(jī)中由初級(jí)電流�(lì)磁引起的次級(jí)銅損都可以消�,從而會(huì)大大提高電動(dòng)�(jī)的效��

  (3)功率因數(shù)高。在稀土永磁電�(jī)�(zhuǎn)子中�(wú)感應(yīng)電流�(lì)�,定子繞組呈�(xiàn)阻性負(fù)載,電機(jī)的功率因�(shù)近于 1;減小了定子電流,�(jìn)一步提高了電機(jī)的效率。同�(shí)功率因數(shù)的提�,提高了電網(wǎng)的品�(zhì)因數(shù),減少了輸變電線(xiàn)路的損�,輸變電容量也可降低,節(jié)省電�(wǎng)投資�

  (4)起動(dòng)力矩�。在需要大啟動(dòng)�(zhuǎn)矩的�(shè)�(如油田抽油機(jī)電機(jī))中,可以用較小容量的稀土永磁電�(jī)替代較大容量的Y系列電機(jī),如� 37kW 永磁電機(jī)代替 45�55kW 的Y系列電機(jī),較好地解決了“大馬拉小車(chē)”的�(xiàn)象,節(jié)省了�(shè)備的投入�(fèi)�,提高了系統(tǒng)的運(yùn)行效��

  (5)力能指標(biāo)�。異步電�(dòng)�(jī)在低�(fù)載率 (即不在額定點(diǎn)�(yùn)�)的情況下,效率和功率因數(shù)下降�(yán)重。Y系列電機(jī)� 60%的�(fù)荷下工作�(shí),效率下�15�,功率因�(shù)下降30�,力能指�(biāo)下降4o�。而永磁電�(jī)的效率和功率因數(shù)下降甚微,當(dāng)電機(jī)只有20%負(fù)荷時(shí),其力能指標(biāo)仍為�(mǎn)�(fù)荷的 80%以�。永磁電�(dòng)�(jī)的效率在較大的負(fù)載變化范圍平坦變化保持高效率,節(jié)能效果突�。尤其對(duì)油田抽油�(jī)�(lèi)啟動(dòng)�(fù)載大、運(yùn)行負(fù)載小的電�(jī),節(jié)能效果更好�

  (6)溫升�。轉(zhuǎn)子繞組中不存在銅損,定子繞組中幾乎不存在�(wú)功電�,這樣電機(jī)溫升�。電�(lì)磁電�(jī)由繞組提供勵(lì)磁電�,因受到�(lì)磁線(xiàn)圈溫升的限制,勵(lì)磁繞組占�(jù)空間較大,而高性能的稀土永磁體�(lì)磁可以縮小勵(lì)磁空間和提供較高的氣隙平均磁�,因而在相同的體積情況下可以提高電機(jī)的出� J�

  (7)可大氣隙�,便于構(gòu)成新型磁��

  (8)電樞反應(yīng)�,抗�(guò)載能力強(qiáng)�

�(yīng)�

  由于稀土永磁電�(jī)上述�(yōu)越�,其�(yīng)用越�(lái)越廣泛,主要�(yīng)用領(lǐng)域有如下方面�

  1、稀土永磁高效節(jié)能電�(jī)

  著眼于稀土永磁電�(jī)的高效節(jié)能。以耗電大戶(hù)為主要應(yīng)用對(duì)�,如紡織和化纖行�(yè)用的稀土永磁同步電�(dòng)�(jī),油�、煤礦用的各種采�、運(yùn)輸機(jī)械用的稀土永磁同步電�(dòng)�(jī),各種水泵和�(fēng)�(jī)�(qū)�(dòng)用稀土永磁同步電�(dòng)�(jī)��

  2、車(chē)用各�(lèi)稀土永磁電�(dòng)�(jī)

  各類(lèi)�(chē)� (汽車(chē)、摩托車(chē)、火�(chē))稀土永磁電�(dòng)�(jī),是稀土永磁電�(jī)的市�(chǎng)。據(jù)�(guó)外統(tǒng)�(jì),大約有 70%的永磁體用在汽�(chē)上。一輛豪華的小轎�(chē),各種不同用途的電機(jī)已達(dá) 70余臺(tái)之多。由于各種汽�(chē)電機(jī)要求不同,所選擇的永磁材料也不一�??照{(diào)�、風(fēng)�、電�(dòng)窗等所用電�(jī)磁體,從�(jià)格角度考慮,將�(lái)仍將以鐵氧體占優(yōu)�(shì)。點(diǎn)火線(xiàn)圈、傳�(dòng)裝置、傳感器等仍然采� Sm-Co系燒�(jié)磁體,但從價(jià)格考慮將向釹鐵硼燒�(jié)永磁�(fā)��

  除上述汽�(chē)部件�,還不能忽略的是作為地球�(huán)境保�(hù)型的電動(dòng)汽車(chē) (EV)和混合動(dòng)力汽�(chē)(HEV)。它們驅(qū)�(dòng)及發(fā)電用的無(wú)刷同步馬�(dá)多用高耐熱�、高磁性能燒結(jié)釹鐵硼永磁體�

  3、稀土永磁電�(jī)交流伺服系統(tǒng)

  該系�(tǒng)是一種集電子、機(jī)械于一體的�(jī)電一體化高性能�(diào)速系�(tǒng)。系�(tǒng)的主體是一�(tái)自控式稀土永磁同步電�(dòng)�(jī)。這種系統(tǒng)用于�(shù)控機(jī)床,�(fā)展柔性制造技�(shù);也用于電動(dòng)汽車(chē),替代傳�(tǒng)的熱�(dòng)力汽�(chē),車(chē)輛無(wú)排放 。這是一�(xiàng)極有�(fā)展前途的高技�(shù)�(chǎn)�(yè)�

  4、新型家用電器用稀土永磁電�(dòng)�(jī)

  這�(gè)�(lǐng)域主� 是為新型空調(diào)器和冰箱配套的小功率稀土永磁同步電�(dòng)�(jī)變頻�(diào)速系�(tǒng),用于各種小型無(wú)�(xiàn)電動(dòng)工具的稀土永磁微型直流電�(dòng)�(jī),各種不同功率的儀器儀表用稀土永磁無(wú)刷直流電�(dòng)�(jī)。這類(lèi)電機(jī)的需求量也很大�

  5、在航空航天 中的�(yīng)�

  稀土永磁體的優(yōu)越性使其十分適合在航空航天電機(jī)中應(yīng)�。盡管稀土永磁電�(jī)在航空中的某些應(yīng)� 尚有一� �(wèn)題有待解� (如發(fā)電機(jī)�(diào)壓及短路保護(hù)�),但是國(guó)�(nèi)外專(zhuān)家一致認(rèn)�,稀土永磁電�(jī)將是新一代航空電�(jī)的重要發(fā)展方��

  6、醫(yī)用精密稀土永磁無(wú)刷直流電�(dòng)�(jī)

  作為�(yī)用器械的�(dòng)�,目前都是用單相交流整流子電�(dòng)�(jī)。這種高速旋�(zhuǎn)的整流子電機(jī)不僅故障率高,且壽命短、噪聲大、無(wú)法作消毒處理。用電子換向�(wú)刷直流永磁電�(jī)取代�(shì)在必�,這將有效地提高工作可靠�,降低噪�,延�(zhǎng)壽命,是�(kāi)�(fā)新一代醫(yī)用器械的�(guān)�。如高速微型醫(yī)科磨鉆機(jī),用于口腔診療、五官科和骨科手�(shù)�

維庫(kù)電子�,電子知�(shí),一查百��

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