【知识】稀土永磁体在电机中的应用

稀土永磁材料是一种高性能功能材料，这种材料是许多高新技术产业的基础。在电机中用永磁体可使电机产品轻型化、高性能化，与电力电子技术结合，制成速度、转矩可调的机一体化产品。

稀土永磁电机是钕铁硼磁体最大的应用领域，约占磁体总量的70％，计算机硬盘配套的圈电机(VCM)占40％～50％，所以计算机产业是永磁电机的最大用户。

采用稀土永磁电机可以明显减轻电机的重量，如10kW普通发电机，重量为220kg，而稀永磁发电机为92k8。德国西门子研制的1095kW、230rpm六级永磁同步电动机，用于舰船的进，与过去使用的直流电动机相比，体积减少60％左右，总损耗降低20％。

稀土永磁电机高效节能，平均节电率高达10％，某些专用电机节电率高达15％~20％，且价格合理。我国开发的高效节能稀土永磁电动机，在力能指标及价格方面，国外高效电机不能与之相比，在国际市场有极强的竞争力。世界各国都把提高电动机的效率、节约电能作一件大事来抓，特别是美国，1992年美国前总统布什签署批准了能源政策法，按该法令自199710月24日之后，美国大部分一般效率电动机将不再生产，只允许生产高效率电动机，2002年10月后将生产更高效率电动机，2007年10月后将生产技术上达到极限、经济上可行最高效率电动机。

从节能方面考虑稀土永磁电动机是一种较为理想的电动机，市场前景看好。我国每年生各种电动机3600万kW，其中18.5kW以下小型电动机约占50％，而稀土永磁高效节能电机在型电机中节电效果最为显著。稀土永磁电机在信息产业、机电一体化、汽车、摩托车、冶金山设备、风机、水泵、油田设备、纺织机械、家用电器等领域有着广泛应用，其中自起动稀永磁高效节能电动机正在油田抽油机、风机、水泵方面逐步推广应用，并已形成系列化产品。

我国电动机保有量约4亿kW以上，年广3600万kW，年消耗电能占总电量的60％。中风机、水泵配套电动机占总量的55％，年消耗电能占总发电量的40％，而目前风机、水泵产品电能利用率非常低。据国家统计局1989年统计，我国有各种泵类、风机3700多万台，配套装机容量1.1×105MW，实际运行效率不到50％，系统运行效率不到30％，每年浪费电大约200亿kW·h。据电力部门估算，煤炭行业的风机、水泵，50、60年代的老。设备约占1/3，其本身运行效率只有30％～40％，系统运行效率大约为20％，如，用量大的5kW水泵，常要配7.5kW电机，但经常在3kW负载下运行，实测效率只有38％，造成巨大的能源浪费，种电机若采用稀土永磁专用电机，电机成本只增加30％～50％，运行效率可提高到50%～55%，从根本上改变能源浪费状况，如果每年生产300万kW稀土永磁电机，每年可为国家节省电力投资6亿元，节省电费3亿元。

发展稀土永磁电机，在减少进口、增加出口创汇方面，也有着很重要的意义，如，我国每年生产1000万台计算机，为其配套的磁盘驱动器全部依赖进口，或购进零部件在国内组装，旦以美国为首的西方国家对我国进口磁盘驱动器加以限制，我国计算机生产将受到严重影响。如，数控机床，因电机和传动控制系统不合要求而每年进口花费22亿美元以上。

在出口贸易方面意义更为突出。众所周知，每种机械产品都要配备电动机。美国1997就以立法的方式，停止生产一般效率的电动机(与我国大量生产的Y系列电机性能相当)，相加拿大、英国、日本也都效法美国停止生产一般效率的电动机，如果不采取措施，加快发展效节能电动机，我们将很快失去机械产品的国际市场。我国研制的稀土永磁电机价格、性能国际市场上很有竞争力，目前已有一些产品出口。

纵观稀土永磁电机的发展，1821年出现的世界上第一台电机就是永磁电机，但当时所用永磁体的磁能积很低，制成的电机体积庞大而容量很小，不久被电励电机所取代。一直到本纪60年代以后，相继出现了衫钻和钕铁硼稀土永磁材料，具有高剩磁、高矫顽力和高磁能积优异性能，制成电机后具有高效节能的优越性能。早在1978年法国CEM公司制成了18.5kW以下的高效节能电机，但因当时采用钐钴永磁体成本太高，未能推广。

1983年以前，由于稀土永磁体价格昂贵，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。国外的典型产品是美国通用电气公司制造的150kVAl2000～21000rpm稀土钴永磁起动／发电机，国内是沈阳工业大学开发的3kW2000rpm土永磁电机和该校与东方电机厂、哈尔滨电机厂联合开发的60～75kVA(后扩展至160kVA)稀钴永磁副励磁机与钕铁硼副励磁机。

1983年，磁性能更高而价格相对较低的钕铁硼永磁体问世后，国内外研究开发重点转移到工业和民用电机上。国外主要是计算机硬盘驱动器电机，即驱动读写磁头往复运动的卷式直线电动机一音圈电动机(VCM)、数控机床和机器人用的无刷直流电动机以及豪华轿车用起动电机。国内主要是各种高效永磁同步电动机，特别是西北工业大学开发的0.8kW纺织专永磁同步电动机。


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