【知識】稀土永磁體在電機中的應用

稀土永磁材料是一種高性能功能材料，這種材料是許多高新技術產業的基礎。在電機中用永磁體可使電機產品輕型化、高性能化，與電力電子技術結合，製成速度、轉矩可調的機一體化產品。

稀土永磁電機是釹鐵硼磁體最大的應用領域，約占磁體總量的70％，電腦硬碟配套的圈電機(VCM)占40％～50％，所以電腦產業是永磁電機的最大用戶。

採用稀土永磁電機可以明顯減輕電機的重量，如10kW普通發電機，重量為220kg，而稀永磁發電機為92k8。德國西門子研製的1095kW、230rpm六級永磁同步電動機，用於艦船的進，與過去使用的直流電動機相比，體積減少60％左右，總損耗降低20％。

稀土永磁電機高效節能，平均節電率高達10％，某些專用電機節電率高達15％~20％，且價格合理。我國開發的高效節能稀土永磁電動機，在力能指標及價格方面，國外高效電機不能與之相比，在國際市場有極強的競爭力。世界各國都把提高電動機的效率、節約電能作一件大事來抓，特別是美國，1992年美國前總統布希簽署批准了能源政策法，按該法令自199710月24日之後，美國大部分一般效率電動機將不再生產，只允許生產高效率電動機，2002年10月後將生產更高效率電動機，2007年10月後將生產技術上達到極限、經濟上可行最高效率電動機。

從節能方面考慮稀土永磁電動機是一種較為理想的電動機，市場前景看好。我國每年生各種電動機3600萬kW，其中18.5kW以下小型電動機約占50％，而稀土永磁高效節能電機在型電機中節電效果最為顯著。稀土永磁電機在資訊產業、機電一體化、汽車、摩托車、冶金山設備、風機、水泵、油田設備、紡織機械、家用電器等領域有著廣泛應用，其中自起動稀永磁高效節能電動機正在油田抽油機、風機、水泵方面逐步推廣應用，並已形成系列化產品。

我國電動機保有量約4億kW以上，年廣3600萬kW，年消耗電能占總電量的60％。中風機、水泵配套電動機占總量的55％，年消耗電能占總發電量的40％，而目前風機、水泵產品電能利用率非常低。據國家統計局1989年統計，我國有各種泵類、風機3700多萬台，配套裝機容量1.1×105MW，實際運行效率不到50％，系統運行效率不到30％，每年浪費電大約200億kW·h。據電力部門估算，煤炭行業的風機、水泵，50、60年代的老。設備約占1/3，其本身運行效率只有30％～40％，系統運行效率大約為20％，如，用量大的5kW水泵，常要配7.5kW電機，但經常在3kW負載下運行，實測效率只有38％，造成巨大的能源浪費，種電機若採用稀土永磁專用電機，電機成本只增加30％～50％，運行效率可提高到50%～55%，從根本上改變能源浪費狀況，如果每年生產300萬kW稀土永磁電機，每年可為國家節省電力投資6億元，節省電費3億元。

發展稀土永磁電機，在減少進口、增加出口創匯方面，也有著很重要的意義，如，我國每年生產1000萬台電腦，為其配套的磁碟機全部依賴進口，或購進零部件在國內組裝，旦以美國為首的西方國家對我國進口磁碟機加以限制，我國電腦生產將受到嚴重影響。如，數控機床，因電機和傳動控制系統不合要求而每年進口花費22億美元以上。

在出口貿易方面意義更為突出。眾所周知，每種機械產品都要配備電動機。美國1997就以立法的方式，停止生產一般效率的電動機(與我國大量生產的Y系列電機性能相當)，相加拿大、英國、日本也都效法美國停止生產一般效率的電動機，如果不採取措施，加快發展效節能電動機，我們將很快失去機械產品的國際市場。我國研製的稀土永磁電機價格、性能國際市場上很有競爭力，目前已有一些產品出口。

縱觀稀土永磁電機的發展，1821年出現的世界上第一台電機就是永磁電機，但當時所用永磁體的磁能積很低，製成的電機體積龐大而容量很小，不久被電勵電機所取代。一直到本紀60年代以後，相繼出現了衫鑽和釹鐵硼稀土永磁材料，具有高剩磁、高矯頑力和高磁能積優異性能，製成電機後具有高效節能的優越性能。早在1978年法國CEM公司製成了18.5kW以下的高效節能電機，但因當時採用釤鈷永磁體成本太高，未能推廣。

1983年以前，由於稀土永磁體價格昂貴，研究開發重點是航空、航太用電機和要求高性能而價格不是主要因素的高科技領域。國外的典型產品是美國通用電氣公司製造的150kVAl2000～21000rpm稀土鈷永磁起動／發電機，國內是瀋陽工業大學開發的3kW2000rpm土永磁電機和該校與東方電機廠、哈爾濱電機廠聯合開發的60～75kVA(後擴展至160kVA)稀鈷永磁副勵磁機與釹鐵硼副勵磁機。

1983年，磁性能更高而價格相對較低的釹鐵硼永磁體問世後，國內外研究開發重點轉移到工業和民用電機上。國外主要是電腦硬碟驅動器電機，即驅動讀寫磁頭往復運動的卷式直線電動機一音圈電動機(VCM)、數控機床和機器人用的無刷直流電動機以及豪華轎車用起動電機。國內主要是各種高效永磁同步電動機，特別是西北工業大學開發的0.8kW紡織專永磁同步電動機。


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