低速永磁同步電動機應(yīng)用現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢分析

蘭棟

摘 要：低速永磁同步電動機具有工作性能穩(wěn)定、體積小、低速扭矩大的特點，隨著技術(shù)的成熟與生產(chǎn)制造水平的不斷提升，當前其在各行各業(yè)中的應(yīng)用也變得越來越普遍。立足于低速永磁同步電動機的研究現(xiàn)狀，首先介紹了低速永磁同步電動機的特點，其次對該類型電動機的應(yīng)用現(xiàn)狀進行了分析，最后結(jié)合上述內(nèi)容對于低速永磁同步電動機的發(fā)展趨勢進行了分析與判斷，也希望能夠為該類型電動機的應(yīng)用與發(fā)展創(chuàng)設(shè)條件。

關(guān)鍵詞：低速永磁同步電動機；應(yīng)用現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

中圖分類號：TM341 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）14-0151-02

Abstract： Low-speed permanent magnet synchronous motor （LPMSM） has the characteristics of stable performance， small size and large low-speed torque. With the maturity of technology and the continuous improvement of manufacturing level， its application in various industries is becoming more and more common. Based on the current research situation of low speed permanent magnet synchronous motor， the characteristics of low speed permanent magnet synchronous motor are introduced， and the application status of this type of permanent magnet synchronous motor is analyzed. Finally， the development trend of low-speed permanent magnet synchronous motor is analyzed and judged， and it is hoped to create conditions for the application and development of this type of permanent magnet synchronous motor.

Keywords： low-speed permanent magnet synchronous motor； application status； development trend

隨著我國現(xiàn)代化建設(shè)水平的不斷提升，當前國家對于能源的需求也在持續(xù)增大。限于目前國家能源結(jié)構(gòu)壓力以及環(huán)境保護方面的壓力，利用清潔能源開展現(xiàn)代化建設(shè)成為了迫在眉睫的需求。其中，電能的來源相對廣泛且廉價，使用電動機為人們的生產(chǎn)生活提供能源也就成為了新的發(fā)展熱點。為了更好的介紹低速永磁同步電動機的應(yīng)用趨勢，本文首先就低速永磁同步電動機的特點簡要分析如下。

1 低速永磁同步電動機特點分析

永磁同步電動機的工作原理與傳統(tǒng)電動機類似，其均是通過定子產(chǎn)生磁場的方式來帶動轉(zhuǎn)子工作，唯一不同之處在于激勵方式不同。目前，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，當前低速永磁同步電動機低速大扭矩、功率高、體積小以及可靠性強的優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)出來，現(xiàn)就詳細內(nèi)容分析如下。

1.1 低速大扭矩

低速永磁電動機在激勵方式上要優(yōu)于傳統(tǒng)電動機，優(yōu)于其磁路設(shè)計更為多樣性，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面也較為簡單。一般來說，傳統(tǒng)的感應(yīng)電動機存在啟動最小轉(zhuǎn)矩，而轉(zhuǎn)矩的倍數(shù)也普遍小于1，相比之下低速永磁同步電動機屬于變頻啟動，其本身就不存在最低轉(zhuǎn)矩倍數(shù)的限制，這樣一來就可以在較為有限的負載內(nèi)獲得更多的轉(zhuǎn)矩，以此實現(xiàn)順利啟動。在一些特殊工況條件下，為了獲得更高的工作扭矩，傳統(tǒng)的電動機不得不通過提升功率的方式來啟動，這樣一來就需要浪費更多的電能，而低速永磁同步電動機卻不需要這樣來啟動，兩者的啟動扭矩在同等條件下的差距甚至高達15倍之多。

1.2 效率、功率高

傳統(tǒng)感應(yīng)電動機在運轉(zhuǎn)過程中必然會出現(xiàn)定子電阻與電流的損耗，這會在很大程度上導(dǎo)致其電轉(zhuǎn)化效率下降。一般來說，在同等工況條件下，永磁電動機的整體工作效率比傳統(tǒng)感應(yīng)電動機高出至少5%，而從負載范圍和功率因數(shù)等方面進行比較的話，低速永磁同步電動機的優(yōu)勢則更加明顯，這個優(yōu)勢在負載率較低的情況下表現(xiàn)的更加普遍，這樣一來就表明低速永磁同步電動機的適應(yīng)性更強，綜合節(jié)能優(yōu)勢更大，這對于普通應(yīng)用于各大行業(yè)提供了技術(shù)基礎(chǔ)與前提。

1.3 體積小、可靠性強

由于啟動扭矩具有一定的優(yōu)勢再加上電動機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對簡單，低速永磁同步電動機與傳統(tǒng)感應(yīng)電動機相比具有更小的體積，甚至在同等功率下其體積和重量只有傳統(tǒng)電動機的一半作用。另外，由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方面，低速永磁同步電動機的整體后期維護成本也相對較小，這些內(nèi)容都在客觀上提升了其應(yīng)用范圍與覆蓋面，也在一定程度上解決了傳統(tǒng)電動機應(yīng)用的限制與束縛。除此之外，由于低速永磁同步電動機的機械減速傳動裝置被取消，所以其降低了設(shè)備的磨損與零部件松動所帶來的問題，更是大大提升了傳動系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性，這也在客觀上提升了系統(tǒng)的可靠性，為降低維修成本，提升全壽命周期的應(yīng)用效果創(chuàng)設(shè)了條件。

1.4 噪聲相對較低

低速永磁同步電動機通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了減速機、機械減速裝置的去除，同時也就相應(yīng)降低了由于皮帶傳動所帶來的震動，因此也在一定程度上降低了噪聲的影響，算是變相提升了該類型電動機的應(yīng)用范圍，可以被應(yīng)用于一些對于靜音要求較高的設(shè)備與產(chǎn)品當中。

2 低速永磁同步電動機的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 發(fā)展歷程

永磁電動機最早出現(xiàn)于1831年，但是受限制于永磁材料的性能要求，其在近百年的時間內(nèi)沒有得到發(fā)展。隨著20世紀30年代后鐵氧體材料以及鋁鎳鈷材料的出現(xiàn)與發(fā)展，永磁體才重新得到重視，永磁電動機也得以發(fā)展。在早期，科學(xué)家雖然認識到了永磁體在電動機設(shè)計中應(yīng)用的價值，但是依然會由于造價等方面的問題受到推廣壓力和限制，但是隨著時代的不斷發(fā)展，永磁體的制造成本有所下滑，再加上國家對于低速永磁同步發(fā)電機技術(shù)研究日益成熟，這才使得今天的低速永磁同步發(fā)電機得以與世人見面，并應(yīng)用于各個行業(yè)與領(lǐng)域當中。

2.2 應(yīng)用領(lǐng)域

在上文中我們對于低速永磁同步電動機的優(yōu)勢與特點進行了分析和介紹，其不但可靠性強、效率高，同時還具有扭矩高以及噪聲小的特點，但是唯一的問題就是成本較高。目前，低速永磁同步電動機主要被應(yīng)用于電動車輛、石油開采、電梯與冶金等行業(yè)當中，其中德國與法國將永磁同步電機應(yīng)用于低地板車與高速列車當中，而日本在電梯等領(lǐng)域中的應(yīng)用較為成熟。除此之外，由于低速永磁同步電動機省去了機械減速設(shè)備，所以其對于機械維護與保養(yǎng)的要求較低，這也使得其在各種直驅(qū)運行的行業(yè)中得以推廣并使用，比如說在電梯中，其效率與可靠性就遠遠高于常規(guī)電動機。

3 低速永磁同步電動機的發(fā)展趨勢

低速永磁同步電動機具有廣闊的市場前景，其在各行各業(yè)中的應(yīng)用也極其廣泛。結(jié)合其目前發(fā)展現(xiàn)狀以及應(yīng)用特點，筆者認為未來低速永磁同步電動機的發(fā)展趨勢將主要集中在以下幾個主要方面。

3.1 專用化

目前，隨著低速永磁直驅(qū)系統(tǒng)的發(fā)展，低速永磁同步電動機可以實現(xiàn)脫離減速機與多級皮帶的限制，既有效降低了噪音，也解決了皮帶摩擦所帶來的各種問題。為了更好的分析低速永磁同步電動機的發(fā)展，就必須重視其專業(yè)化的應(yīng)用方面。首先，當前大多數(shù)的工業(yè)設(shè)備都需要使用減速機以及其他機械減速設(shè)備來減速，從而幫助其實現(xiàn)驅(qū)動負載的效果，這樣一來不但對于行業(yè)技術(shù)人員的專業(yè)技術(shù)水平要求較高，同時還存在多級減速所帶來的能源消耗、噪聲問題等等。這樣一來，低速永磁同步發(fā)電機的優(yōu)勢就顯現(xiàn)了出來，其較小的體積以及良好的應(yīng)用靈活性，能適應(yīng)各種不同情況的工況條件，同時運行價格相對合理、持續(xù)高效。但是，目前我國的低速永磁同步電動機的發(fā)展還處于普遍性、大眾性較強的特點，針對于某一個或者幾個行業(yè)的電動機數(shù)量較少，整體設(shè)計水平與質(zhì)量也不足，所以其應(yīng)用受到了一定的局限性。相信隨著時代的不斷發(fā)展，專用化將成為低速永磁同步電動機的重要發(fā)展方向，通過專用化發(fā)展也可以幫助各大企業(yè)持續(xù)優(yōu)化產(chǎn)業(yè)配置，研發(fā)出更多更符合低速永磁同步電動機的設(shè)備與工藝。

3.2 高性能化

隨著我國工業(yè)水平的不斷崛起，當前各大企業(yè)對于電動機也提出了更為苛刻的要求。一般來說，我們在印象中將電動機作為簡單提供動力輸出的單元，但是當前其被提出了許多性能方面的要求。例如在航天航空器的設(shè)計與開發(fā)當中，發(fā)電機就必須具有較強的可靠性與穩(wěn)定性，而在化纖行業(yè)以及智能加工行業(yè)當中，發(fā)電機不但要具有較為平穩(wěn)的線性輸出能力，還需要具有較高的調(diào)速精準性，以此來滿足越來越高的精密制造需求與要求。高性能化不但表現(xiàn)在電動機全壽命周期的設(shè)計與優(yōu)化，同時還存在于后期的維護、維修、養(yǎng)護等各個環(huán)節(jié)當中。低速永磁同步電動機作為區(qū)別于傳統(tǒng)電動機的設(shè)備，其在上述內(nèi)容中都具有一定的優(yōu)勢，所以其高性能化的道路也會比傳統(tǒng)電動機走的更遠。

3.3 輕量化

從我國工業(yè)產(chǎn)品的發(fā)展階段上來看，目前各大企業(yè)都在倡導(dǎo)環(huán)境友好、材料節(jié)約的相關(guān)內(nèi)容，而輕量化更是各大行業(yè)競相發(fā)展的方向之一。從結(jié)構(gòu)上來看，低速永磁同步電動機的體積小、質(zhì)量輕，結(jié)構(gòu)相對簡單，所以在一些特殊行業(yè)中的應(yīng)用具有不可替代的優(yōu)勢與價值。比如在數(shù)控機床設(shè)計、地下煤礦的深層挖掘、醫(yī)療器械以及便攜式機電產(chǎn)品當中都具有廣泛的應(yīng)用空間。就目前來看，盡管低速永磁同步電動機在體積方面具有優(yōu)勢，但是依然沒有達到“輕量化”的標準，所以這也是該類型電動機未來發(fā)展的主要方向。

3.4 機電一體化

高性能永磁電動機在性能方面具有一定的優(yōu)勢，通過與電子技術(shù)、微電子控制技術(shù)相結(jié)合，就可以產(chǎn)生良好的融合性，進而生產(chǎn)出新型機電一體化產(chǎn)品，這樣的產(chǎn)品既符合未來工業(yè)發(fā)展的方向與需求，同時也符合我國建設(shè)高精尖制造型企業(yè)的客觀要求，所以筆者認為機電一體化依然是未來低速永磁同步電動機重要的發(fā)展趨勢與方向。

4 結(jié)束語

綜上所述，低速永磁同步電動機具有效率高、可靠性強以及噪聲相對較低的特點，隨著我國對于電能綜合利用需求的不斷增加，其應(yīng)用的廣泛性也得到了進一步拓展。立足于低速永磁同步電動機的發(fā)展現(xiàn)狀，筆者認為其未來也將向著產(chǎn)品專用化、高性能化以及輕量化的方向發(fā)展，同時與其他行業(yè)結(jié)合進而出現(xiàn)機電一體化的發(fā)展趨勢，最終實現(xiàn)低速永磁同步電動機的廣泛應(yīng)用與發(fā)展。

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