永磁同步电机国内外研究现状综述

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美国、德国和日本是开发永磁同步电动机起步较早的国家。早于20世纪50年代，美国GE公司就已研制了一批数百瓦功率的微型永磁同步电动机。在那时，这种电机是在鼠笼转子中加装铁氧体永磁运转，但由于这种磁钢的磁能积和剩磁密度都很低，虽然其功率因数提高较多，但效率提高较少；西德西门子公司，经过10多年的研究，采用同样的的结构型式和铁氧体永磁材料，开发了多种用途的永磁同步电动机。例如用于化纤设备的高速永磁同步电动机和用于变频器供电的永磁同步电动机。65197

1973年随着国际上第一次能源危机的出现，石油、燃料、电力不断的涨价，能耗最严重的美国首当其冲。1975年联邦能源局对电动机的节能潜力和高效电动机的发展前景进行了调查分析，1976年该公司提交了一份题为《能量的效率与电动机》的报告，该报告引起了美国工业部门的广泛重视。一石激起千层浪，许多电机厂、研究所和大学开始相继开发高效率异步电动机(效率比一般异步电动机高)，并纷纷研制起了高效率、高功率因数的永磁同步电动机和“功率因数控制器”等各种节能装置。可见，永磁同步电动机作为一种高效节能产品已成为人们的共识，并已引起世人普遍的关注。70年代后期，发展微型和小型永磁同步电动机已成为世界性趋势。论文网

60和70年代初期，第一代和第二代稀土钐钴永磁材料相继问世，钐钴材料的优异磁性能给永磁电机的发展注入了新的活力。但是，钐、钴均为稀有金属，产量极少，因此导致了钐钴磁钢的价格昂贵，使永磁同步电动机的价格也相应提高。

1978年，法国CEM公司采用瑞士BBC公司生产的低稀土20钐钴磁钢，研制成功新型永磁同步电动机，电机的中心高63～160mm，共8个机座号，功率0.37～18.5kW，共10个规格。其与三相异步电动机相比，该系列电机的效率提高百分之四到百分之十，其功率因数很高，功率因数平均提高了0.072，电机价格约增高了百分之三十五。这种电机特别适用于大范围同步调速的化纤、纺织工业，也广泛应用于水泵、风机等连续调速运转的机械设备。而超出的价格可以从1～2年电费的节省中得到补偿。

我国虽然在永磁同步电动机的研究中起步较晚，但发展迅速。相继研制成了高效率、高起动转矩的稀土永磁同步电动机。1986年，上海电器科学研究所开发出化纤用外转子永磁同步电动机，这是一种用于涤纶、维纶长丝高速纺机，作变速卷绕头传动装置的专用电机，其调速范围1500～9000r／min或1500～12720r／min，调速平稳，性能稳定且运行可靠。转矩有1.05N·m、2.35N·m、3.60N·m等13个规格，可替代进口电机。

影响永磁同步电机发展的因素

1）高性能永磁材料的发展

1983年问世的钦铁硼永磁材料，由于其磁特性和物理特性优异，成本低廉且材料来源有保证，所以在开发高磁场永磁材料(特别是钦铁硼永磁材料)方面具有十分有利的条件，又因为我国的钦铁硼永磁材料特性水平处于世界先进水平，为永磁同步电机的发展提供了物质基础。永磁材料的发展极大地促进了永磁同步电动机的开发应用。在同步电动机中用永磁体取代传统的电励磁磁极的好处是不仅简化了结构而且消除了转子的滑环、电刷，实现了无刷结构，缩小了转子体积:省去了励磁直流电源，消除了励磁损耗和发热。现今中小功率的同步电动机绝大多数已采用永磁式结构。

2）新型电力电子技术器件和脉宽调制技术的应用

电力电子技术是信息产业和传统产业之间的重要接口，也是弱电与被控强电之间的桥梁。自1958年世界上第一个功率半导体开关晶闸管发明至今，电力电子元件经历了第一代半控式晶闸管，第二代有自关断能力的半导体器件、第三代复合场控器件直至90年代出现的第四代功率集成电路IPM。由于半导体开关器件性能的不断提高，容量迅速增大，成本大大降低，控制电路的日趋完善，极大地推动了各类电机的控制。70年代出现了通用变频器的系列产品，为交流电机的变频调速创造了发展条件。同时对同步电动机而言解决了其起动问题。对于最新的永磁同步电动机，高性能的电力半导体开关组成的逆变电路是其控制系统中不可缺少的功率环节。