同步电机之永磁特种电机

   1. 控制电机和特种电机的种类很多，其共同的发展趋势之一是永磁化，以高性能的永磁体励磁逐步取代电励磁。

    由于稀土永磁具有高剩磁密度、高矫顽力和高磁能积的特点，可以容许所制成的电机具有较大的气隙长度和气隙磁密，因而在永磁体安放和磁路结构设计上有很大灵活性，可以根据使用场合，特别是汽车、计算机和航天工程的需要，制成与传统电机不同的结构形状和尺寸，例如盘式电机、无槽电机、无铁心电机等。这既可以进一步减少电机的质量和转动质量，提高电机的反应灵敏度；又可以减少电机转矩的脉动，增加运行的平稳性；还可以简化电机的结构和工艺。因而在计算机外围设备、办公设备和要求精确定位控制的场合得到广泛应用。图16所示为一多段盘式永磁电机结构透视图计算机磁盘驱动器中用以驱动读写磁头作往复运动的动圈式直线电动机―音圈电动机需要高性能磁体，以保证足够的灵敏度，缩小体积和减轻质量。钱铁硼永磁正好能满足这一要求。 60年代采用铁氧体永磁研制的是14 ino磁盘驱动器用音圈电动机。自采用钦铁硼永磁后，驱动器尺寸不断缩小，存取时间明显减少，存储容量增加。 1984年磁盘驱动器缩小到以5 25in盘为主；进入90年代，3 . sin磁盘驱动器迅速增长，成为主体。今后几年内2 . 5in和1 sin磁盘驱动器将大为发展。因此，日、美等国钦铁硼永磁销售量的一半左右用于制造音圈电动机。利用电机定、转子表面开槽引起气隙磁导变化的原理工作的，不需经过机械减速而获得低转速的低速同步电动机（又称电磁减速同步电动机）；将数字脉冲信号转换成相应的机械角位移或线性位移的步进电动机；它们采用高性能的水磁体后形成永磁低速同步电动机、永磁步进电动机和混合式（又称永磁感应子式）步进电动机，其技术经济性能、动态响应特性等都有明显的改进和提高，其应用领域也不断地被拓宽。

2.永磁电机的研究推动了电机学科的发展

在设计、制造和应用永磁电机时，需要对下列问题着重进行研究分析。

1）磁路结构和设计计算为了充分发挥各种永磁材料的磁性能，特别是稀土永磁的优异磁性能，月最少的永磁材料和加工费用制造出高性能的永磁电机，就不能简单套用传统的永磁电机或电励磁电机的结构和设计计算方法。必须建j9九游会的设计概念，重新分析和改进磁路结构和控制系统；必须应用现代设计方法，研究新的分析计算方法，以提高设计计算的准确度；必须研究采用先进的测试方法和制造工艺．

2）控制问题永磁电机制成后不需外界能量即可维持其磁场，但也造成从外部调节、控制其磁场极为困难永磁发电机难以从外部调节其输出电压和功率因数，水磁直流电动机不再能用改变励磁的办法来调节其转速。这些使水磁电机的应用范围受到了限制。但是，随着MOSFET 、 IGBT等电力电子器件和控制技术的迅猛发展，大多数水磁电机在应用中，可以不必进行磁场控制而只进行电枢控制。设计时需要把稀土永磁材料、电力电子器件和微机控制三项新技术结合起来，使永磁电机在崭新的工况下运行。

3）不可逆退磁问题如果设计或使用不当，永磁电机在过高（钦铁硼永磁）或过低（铁氧体永磁）温度时，在冲击电流产生的电枢反应作用下，或在剧烈的机械震动时有可能产生不可逆退磁，或叫失磁，使电机性能降低，甚至无法使用。因而，既要研究开发适于电机制造厂使用的检查永磁材料热稳定性的方法和装置，又要分析各种不同结构形式的杭去磁能力，以便在设计和制造时，采用相应措施保证永磁电机不失磁。

4）成本问题铁氧体永磁电机，特别是微型永磁直流电动机，由于结构工艺简单、质量减轻，总成本一般比电励磁电机低，因而得到了极为广泛的应用。由于稀土永磁目前价格还比较贵，稀土永磁电机的成本一般比电励磁电机高，这需要用它的高性能和运行费用的节省来补偿。在某些场合，例如计算机磁盘驱动器的

音圈电动机，采用铰铁硼永磁后性能提高，体积质量显著减小，总成本反而降低。在设计时既需根据具体使用场合和要求，进行性能、价格的比较后决定取舍，又要进行结构工艺的创新和设计优化以降低成本研究和解决上述新课题，将引起电机的变革，推动电机学科不断向前发展。本书就是在总结国内外从事永磁电机研制和开发经验的基础上，对上述内容，特别是稀土永磁电机的基本理论、磁路结构特点和设计计算方法进行深入分析和探讨，希望能为永磁电机，特别是稀土水磁电机的进一步发展作出贡献。本书内容以稀土水磁电机为主，但所述基本内容和设计计算方法同样可以应用于其他永磁电机。