淺析現(xiàn)代永磁電機技術的應用

王建華

摘要：在電力拖動中，電機是十分重要的一部分。早在20世紀20年代的時候，一些研究者就做了有關異步電機和同步電機的研究，并且已經(jīng)達到了一定的程度。到了20世紀90年代，發(fā)達國家和發(fā)展中國家及地區(qū)都在提倡使用綠色環(huán)保的清潔能源，而提供動力的電機作為改善清潔能源領域的熱點和如何使電機更加的節(jié)能、高效被更深層次的研究與探索，從而帶動了永磁電機的快速發(fā)展，并為永磁電機技術的研究創(chuàng)造了良好的環(huán)境。

關鍵詞：永磁電機;新技術;新材料;電機;電力拖動

中圖分類號：TH596 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A

伴隨著科技不斷地快速發(fā)展，永磁電機也在不斷發(fā)展和創(chuàng)新，為了使永磁電機可以充分發(fā)揮自身的潛能價值，相關研究永磁電機的人員就需要突破其制造材料的困境，從而推動永磁電機技術更好更快的發(fā)展，保證現(xiàn)代永磁電機技術可以滿足市場不斷變化的需求，讓永磁電機可以充分發(fā)揮出自身的價值，為人們未來的工業(yè)生產(chǎn)和生活應用貢獻出其特別的價值，從而充分體現(xiàn)出永磁電機技術的應用價值和效果[1]。

1 永磁電機在中國和國外應用的現(xiàn)狀

在經(jīng)濟不斷發(fā)展的背景下，人們對環(huán)保節(jié)能的要求越來越高，使現(xiàn)代永磁電機在中國和國外應用變得十分廣泛。比如，在船舶電力領域和航空方面以及在人民日?？梢越佑|到的電梯和空調(diào)方面廣泛應用。永磁變頻電機由于具有節(jié)能、可調(diào)速、輸出扭矩大等特點，現(xiàn)在大量應用于選礦單位、選煤廠等重工業(yè)場合。

現(xiàn)階段，稀土永磁電機已經(jīng)成為第二代的制冷技術，在國外已經(jīng)廣泛運用到空調(diào)、冰箱中，已經(jīng)變成非常普遍的技術，同時在日常使用的電風扇和洗衣機中也廣泛使用稀土永磁電機。稀土永磁電機具有比較高的控制精準度，因此在空調(diào)領域采用永磁直流變頻技術可以節(jié)省電能和提高效率。

2 現(xiàn)代永磁電機的優(yōu)勢和存在的問題

2.1 現(xiàn)代永磁電機的優(yōu)勢

現(xiàn)代永磁電機去除了勵磁系統(tǒng)，降低了永磁電機的損傷和消耗，同時提高了工作的效率;現(xiàn)代永磁電機取消了勵磁繞組和勵磁電源，使永磁電機的結構更加簡單，運行起來更加安全、可靠;與此同時，現(xiàn)代永磁電機的尺寸比較小，永磁電機的形狀可以根據(jù)應用場景的不同做出相應的改變。

2.2 現(xiàn)代永磁電機存在的問題

現(xiàn)代永磁電機在控制方面存在一些問題，因為永磁電機主要依靠永磁體建立機電能量轉(zhuǎn)換，從而滿足自己的需求。但是也有一些永磁電機是特殊的，如氣隙磁場永磁電機，它不需要外界的能量便可保持自身的磁場，同樣也造成了外部調(diào)節(jié)、控制永磁電機磁場變得十分困難。永磁發(fā)電機很難從外部調(diào)節(jié)自身輸出的電壓和功率，永磁直流電動機無法再用改變勵磁的方式來調(diào)節(jié)自身的轉(zhuǎn)速問題;永磁電機存在不可逆退磁的問題;如果設計不全面或是使用方法不正確的話，永磁電機在溫度太高或者溫度太低的時候，有可能發(fā)生沖擊電流產(chǎn)生的電樞反應，或者是在猛烈的機械震動的時，有可能發(fā)生不可逆退磁的問題;或者出現(xiàn)失磁的問題，導致降低永磁電機的性能，甚至有可能會導致永磁電機無法使用。另外永磁電機還存在著成本的問題，其中有一種鐵氧體類型的永磁電機，尤其是微型的永磁直流電動機，因為制作時結構工藝簡單、質(zhì)量比較輕，實際總成本要比一般的電勵磁電機低，所以被廣泛地應用。但是目前稀土永磁機價格相對比較貴，所以稀土永磁電機的成本要其他電勵磁電機的成本高，如果應用稀土永磁電機那么在使用時就需要用它在運行過程中節(jié)省的費用、高能效、使用壽命長等來彌補其成本高的問題。

3 現(xiàn)代永磁電機技術

3.1 現(xiàn)代永磁電機的充磁技術

現(xiàn)階段中，我國目前所使用的常規(guī)永磁電機中，大多數(shù)的內(nèi)容結構中的半導體器件都是把充磁技術當做基礎支撐，通過這樣的方式才可以更好地發(fā)揮出現(xiàn)代永磁電機的功能和優(yōu)點。隨著我國科學技術的不斷發(fā)展，半導體器件方面也隨之不斷發(fā)展，漸漸展示出半導體器件的功能，如功率越來越大和載荷變得越來越大的話，這時就給充磁技術的發(fā)展提出了更高的要求，要求充磁技術需要不斷進步，不斷發(fā)展，才可以適應現(xiàn)代永磁電機的發(fā)展[2]。

3.2 現(xiàn)代永磁電機的裝配技術

目前，在現(xiàn)代永磁電機進行裝配的時候，需要使用NdFeB（釹鐵硼）材料，因為NdFeB（釹鐵硼）這種材料具有很高穩(wěn)定性，所以有關工作人在進行裝配工作的時候需要重視這個特性。NdFeB（釹鐵硼）這種永磁材料自身具有高矯頑力的特點，因此在進行裝配工作的時候工作人員要做到詳細的裝配，只要在裝配的時候保證詳細的裝配才可以順利地結束裝配工作，這也需要裝配工作人員具備很高的裝配水平，同時也需要不斷提高NdFeB（釹鐵硼）材料裝配技術水平。根據(jù)現(xiàn)代永磁電機需要在開路狀態(tài)下才可以具有永磁的特點，需要大力推廣在裝配現(xiàn)代永磁電機時使用 NdFeB（釹鐵硼）材料，進一步促進科技、材料快速發(fā)展，從而保證永磁電機工作的穩(wěn)定性[3]。

3.3 現(xiàn)代永磁電機的解析技術

在現(xiàn)代永磁電機的解析技術方面，需要重點關注兩個方面。其一，是磁路的設計因為磁路的設計是現(xiàn)代永磁電機解析技術中的重點。另外一方面是對磁路設計的計算，其中計算比較常見的方式是應用FEM方法或者是通過模糊化磁路的方法進行計算。根據(jù)目前的發(fā)展情況來看，在進行現(xiàn)代永磁電機解析工作之前，最重要的就是做好事前準備工作。提前確定好現(xiàn)代永磁電機的磁路參數(shù)，才準確完成后續(xù)關于漏磁問題的精準計算，只有這樣做，才能向現(xiàn)代永磁電機進行提供準確精良的解析工作，從而可以為后續(xù)的現(xiàn)代永磁電機設計工作提前做好的事前準備工作。

3.4 現(xiàn)代永磁電機控制技術

目前現(xiàn)代永磁電機的控制技術的發(fā)展方向主要是智能化和模塊化，伴隨著現(xiàn)代永磁電機技術的飛速發(fā)展，在現(xiàn)代科技創(chuàng)新的大背景下不斷創(chuàng)新，現(xiàn)代永磁電機控制技術模塊通常是使用的矢量控制技術。矢量控制技術一方面可以使現(xiàn)代永磁電機的效能快速提高，另一方面還可以擴大永磁電機的應用范圍，為永磁電機向更廣泛的領域發(fā)展提供了良好的技術支持。

4 永磁電機在制作的過程中遇到的問題和應用現(xiàn)狀

目前，我國的市場正處在快速發(fā)展中，永磁電機是一種全新的產(chǎn)品，永磁電機未來的推廣還要面對很多困難，同時也有很多問題。其中包括標準的永磁電機在我國很少，稀土永磁電機缺乏有關配件問題，這個問題嚴重影響到永磁電機的品質(zhì)和性能等。同時，還有制作過程中的問題。

4.1 永磁電機的定子加工過程繁瑣復雜

通過從橫向的永磁電機制造的過程來看，永磁電機的定子加工過程比較復雜并且十分繁瑣，這直接導致有關工作人員在進行加工的過程中無法保障加工的質(zhì)量。雖然定子加工過程中已經(jīng)改進了加工工器具的不足之處，但是改進后的效果不是十分理想;另外，特殊的加工工器具也給永磁電機定子在加工過程中添加了一些制造的成本，大大降低定子加工產(chǎn)生的經(jīng)濟效益。這個問題一方面嚴重影響著定子質(zhì)量，另一方面也使永磁電機在安全領域產(chǎn)生了一些隱患。

4.2 永磁電機的工序品質(zhì)不穩(wěn)定

永磁體是永磁電機在制造過程中的重點之一，永磁體在制造過程中需要和轉(zhuǎn)子進行精密的配合，因此，對永磁體的尺寸要求十分嚴格，如果永磁體的尺寸超出了規(guī)定的范圍，那么很有可能會出現(xiàn)嚴重的問題，有可能會影響到轉(zhuǎn)子，使永磁體和轉(zhuǎn)子損壞，導致永磁電機的品質(zhì)受到嚴重影響。

4.3 永磁電機的定子嚴重損壞

有關人員曾經(jīng)對存在問題的半成品進行過調(diào)查，根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)可以看出，大概有60%的產(chǎn)品不合格，不合格的原因是因為定子損壞，其中還有20%存在著無法修復的品質(zhì)問題，這種情況給制造企業(yè)帶來很大的材料損失。同時，還增加了永磁電機的加工成本，所以應該怎樣減少定子損壞數(shù)量、提高定子品質(zhì)問題，現(xiàn)階段已經(jīng)成為永磁電機制造過程中急需解決處理的重要問題。

5 現(xiàn)代永磁電機技術應用方向

5.1 增大現(xiàn)代永磁電機功率

根據(jù)現(xiàn)階段市場行情來看，現(xiàn)代永磁電機可以在大功率方向快速發(fā)展的原因是，NdFeB（釹鐵硼）材料和現(xiàn)代永磁電機相結合，與此同時，變速驅(qū)動電源容量的變大增加了可能性，通過這種方式的快速發(fā)展可以使我國現(xiàn)代永磁電機在電機功率方面的快速增長的可能性加大，甚至在未來的某一天可以達到上百千瓦，在轉(zhuǎn)速上也有可能達到每分鐘三千轉(zhuǎn)。

5.2 增大轉(zhuǎn)矩

通過在一些商業(yè)用船上采用推進器式的現(xiàn)代永磁電機發(fā)展經(jīng)歷作為參考，這種類型的直流發(fā)電機出現(xiàn)，包括后續(xù)一些使用和推廣都是轉(zhuǎn)矩不斷變化的表現(xiàn)形式，轉(zhuǎn)矩不斷變化的原因是，永磁無刷直流電機中采用衫鉆永磁這種類型的材料，正是因為這種大膽又創(chuàng)新的方式，使得現(xiàn)代永磁直流電機不光在容量上有了很大的提升，同時在轉(zhuǎn)速上也同樣有了很大的提升，和相同功能和相同類型的永磁電機相比，不光光容量比其他永磁電機更加大，在體積方面也比其他永磁電機更加的小并且使用方便[4]。

5.3 永磁電機實現(xiàn)智能化

從現(xiàn)階段現(xiàn)代永磁電機發(fā)展狀況來看，采用網(wǎng)絡進行控制和控制中心的進行控制，是現(xiàn)階段現(xiàn)代永磁電機達到智能化的主要方式之一，這種方法一方面可以在一定程度節(jié)約勞動力，另一方面還可以在實際工作中提升永磁電機的工作效率，從而推動了現(xiàn)代永磁電機向更好更快的方向發(fā)展。另外，現(xiàn)代永磁電機實現(xiàn)智能化還體現(xiàn)在另外幾個方面，比如，協(xié)助管理工作人員盡早地發(fā)現(xiàn)故障和問題，這樣可以為解決故障和問題節(jié)約很多時間，現(xiàn)代永磁電機的智能化發(fā)展既可以充分保證電機工作時的效率，還可以提高現(xiàn)代永磁電機的安全性能和穩(wěn)定性能。

6 提高永磁電機制造品質(zhì)的基本方式

根據(jù)現(xiàn)代永磁電機產(chǎn)品的質(zhì)量特點來看，現(xiàn)代永磁電機的質(zhì)量主要由組成零部件的品質(zhì)和裝配技術品質(zhì)決定，因此提高永磁電機制造品質(zhì)的主要方式有以下這兩種：

6.1 提高加工設備的精度

提高加工設備的精度主要是為了降低在永磁電機制造過程中產(chǎn)生誤差等問題，所以，可以使用現(xiàn)代化精度高的加工機床，現(xiàn)代化精度高的加工機床基本上都配備了可靠性能比較高傳感器檢測機構，同時現(xiàn)代化精度高的加工機床也配備神經(jīng)網(wǎng)絡的控制系統(tǒng)，從而可以對加工過程中的狀態(tài)進行有效的檢測，并且優(yōu)化處理加工過程參數(shù)，以及可以對加工過程中存在的問題進行及時的補償和更正[5]。

6.2 重視制造過程中的質(zhì)量問題

在永磁機電制造過程中，需要重視質(zhì)量問題，那么可以通過使用統(tǒng)計質(zhì)量控制等方式提高質(zhì)量，對制造過程中的大量產(chǎn)品離線和在線進行測量。統(tǒng)計質(zhì)量控制指的是通過采用數(shù)理統(tǒng)計的方法，對現(xiàn)代永磁電機的零部件生產(chǎn)的特點進行分析，并判別零部件的生產(chǎn)穩(wěn)定性，從而判斷和區(qū)別誤差的性質(zhì)，與此同時，還需要控制界限的規(guī)定、抽樣中的方案。建模質(zhì)量控制指的是建立起現(xiàn)代永磁電機加工的過程中的有關模型，建模質(zhì)量控制可以分成基礎型和實際應用型，在建立模型的時候，可以通過方程描述方式或者隨機公式方式，來決定建模過程中的不穩(wěn)定和輸出參數(shù)是否有出現(xiàn)偏離的問題，從而替代建模過程中的輸出和輸入。

7 永磁電機技術在日常生活中的實際應用

7.1 永磁機電技術運用到家電市場中

永磁電機技術運用到家電市場中的表現(xiàn)在VCD、DVD以及電腦中，目前已逐漸形成了產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，并且已經(jīng)逐漸擴大到多相變速驅(qū)動中，舉個例子，人們?nèi)粘Ｉ钪杏玫淖冾l空調(diào)，就是通過采用現(xiàn)代永磁電機技術后，從而提高了空調(diào)的運行效率，逐漸減小空調(diào)的電機體積，同時把空調(diào)帶來噪聲也減到最小。

7.2 永磁機電技術運用電梯市場中

永磁電機變速系統(tǒng)運用到電梯市場中大概已經(jīng)有快10年的時間，舉個例子，通過使用低速型的稀土永磁電機當做電梯的曳引機，通過使用稀土永磁電機可以節(jié)約電梯使用20%左右的電能?，F(xiàn)代永磁電機通常運用在一些負載變化較大、對速度調(diào)節(jié)要求比較高的變速驅(qū)動系統(tǒng)領域中。

7.3 永磁機電技術運用到工礦企業(yè)中

隨著永磁電機的發(fā)展，目前大扭矩永磁電機得到了很好的發(fā)展，特別是永磁變頻電機的成功投放市場使重型工礦企業(yè)有了新的選擇。由于永磁電機輸出扭矩夠大所以減少了機械變速器使用及轉(zhuǎn)速可控可以在低轉(zhuǎn)速下運行故而取消液力耦合器的應用，從而節(jié)約了企業(yè)購買相關設備成本，并且減少了對以上兩種設備的維護人員降低了安全風險，所以永磁變頻電機在很多工礦企業(yè)中很受歡迎。由于其具有變頻調(diào)速功能，這樣給用戶提高生產(chǎn)效率，節(jié)約電能提供了有力保障，所以現(xiàn)代永磁變頻電機是將來工礦企業(yè)進行設備升級的必要選擇。

8 結論

綜上所述，現(xiàn)代永磁電機技術隨著科技的進步和時間的推移發(fā)展出更多的技術類型，其中包含提到的裝配、解析、充磁等技術。隨著現(xiàn)代科學技術水平的不斷提高現(xiàn)代永磁技術將會向著科技化、智能化等方向發(fā)展同時促進新型材料在永磁電機上的應用?，F(xiàn)代永磁電機技術的革新發(fā)展一方面可以使現(xiàn)代永磁電機能夠更好用于工礦企業(yè)中，另一方面也可以促進現(xiàn)代永磁電機向更好的方向發(fā)展為人們的生活提供更加高效環(huán)保的動力源，從而推動社會科學技術進步和環(huán)境保護發(fā)展的雙贏[6，7]。

參考文獻

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