第一阶段:20世纪60年代后期和70年代,由于稀土钴永磁价格昂贵,研究开发重点是航空、航天用电机和要求高性能而价格不是主要因素的高科技领域。
第二阶段:20世纪80年代,特别是1983年出现价格相对较低的钕铁硼永磁材料后,国内外的研究开发重点转移到工业和民用电机上。稀土永磁体的优异磁性能,加上电力电子器件和微机控制技术的迅猛发展,不仅使许多传统的电励磁电机纷纷用稀土永磁电机来替代,而且可以实现传统的电励磁电机很难以达到的高性能。
第三阶段:进入20世纪90年代,随着永磁材料性能的不断提高和完善,特别是钕铁硼永磁材料的热稳定性和耐腐蚀性的改善和价格的逐步降低,以及电力电子技术的进一步发展,加上永磁电机应用技术的逐步成熟,使永磁电机在国防、工农业生产和日常生活等方面获得越来越广泛的应用,稀土永磁电机的研究和应用进入了一个新阶段。
目前永磁同步电机的研究除了着重解决前面提到的问题外,国内外还在以下几个方面进行研究。
(1)结构设计 永磁同步电动机具有很高的矫顽力,故充磁方向很薄的永磁体就可提供较高的气隙磁密和磁势。因此,除了传统的径向磁路结构外,当极数较少时,还可采用切向磁路结构或混合式结构。国内外学者都在研究永磁同步电动机的各种转子形状,其研究目标都是通过增加磁通、减弱电枢反应或高速运行来提高功率密度和效率。(www.daowen.com)
(2)优化设计 在稀土永磁材料价格昂贵的情况下,考虑如何合理地选择永磁体的工作点,使之在满足电机性能指标的前提下,使所用的永磁材料最少,即电机的成本最小或体积最小。通常选择永磁体体积作为目标函数,在约束条件中,电抗参数、定子齿部和轭部磁密、定子电密、起动电流以及槽满率等都应限制在一定范围,而效率、功率因数和起动转矩等则应大于某一给定值,保证其高效节能。此外,永磁同步电动机的铁损耗相对于异步电动机比较复杂,因此,如何准确分析和计算是设计高效节能永磁同步电动机的关键,计算精确度直接决定了电动机的性能,永磁同步电动机的设计方法变得越来越重要。
目前几种新型结构的永磁电机。
(1)无铁心钕铁硼永磁电机 利用钕铁硼永磁材料高矫顽力的优异特性,不用或少用硅钢片,制成无铁心电机,质量大大减轻。无铁心永磁电机采用聚磁型结构和正余弦充磁,所产生的磁场呈正弦分布,因此可以不斜槽,可以采用集中绕组。绕组端部短,损耗小,转矩密度高,振动噪声显著降低。主要应用在汽车、机器人、电梯驱动等许多方面。
(2)横向磁通钕铁硼永磁电机 为了解决安放线圈槽的宽度与磁通流经的齿部的宽度之间的矛盾,为了提高电机的功率密度,人们提出了横向磁通电机结构思想。这种电机定子齿槽结构和电枢线圈在空间上相互垂直,主磁通沿电机轴向流通,电流和磁负荷在空间上不存在竞争,因而定子尺寸和通电线圈的大小相互独立,在一定范围内可以任意选取,提高了功率密度。目前国内外对这种结构电机的研究刚刚起步,有广阔的发展前景。
总之,高效永磁同步电动机,无论从市场需求方面还是国家政策导向方面,都有其他电机不可代替的优势,市场前景非常广阔,发展高效永磁同步电动机是目前电机行业重要的发展方向之一。
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