永磁電機的發(fā)展同永磁材料的發(fā)展密切相關(guān)

　　19世紀20年代出現的世界上臺電機就是由永磁體產(chǎn)生勵磁磁場(chǎng)的永磁電機。但當時(shí)所用的永磁材料是天然磁鐵礦石（Fe3O4），磁能密度很低，用它制成的電機體積龐大，不久被電勵磁電機所取代。

　　隨著(zhù)各種電機迅速發(fā)展的需要和電流充磁器的發(fā)明，人們對永磁材料的機理、構成和制造技術(shù)進(jìn)行了深入研究，相繼發(fā)現了碳鋼、鎢鋼（大磁能積約2.7 kJ/m3）、鈷鋼（大磁能積約7.2 kJ/m3）等多種永磁材料。特別是20世紀30年代出現的鋁鎳鈷永磁（大磁能積可達85 kJ/m3）和50年代出現的鐵氧體永磁（大磁能積現可達40 kJ/m3），磁性能有了很大提高，各種微型和小型電機又紛紛使用永磁體勵磁。永磁電機的功率小至數毫瓦，大至幾十千瓦，在軍事、工農業(yè)生產(chǎn)和日常生活中得到廣泛應用，產(chǎn)量急劇增加。相應地，這段時(shí)期在永磁電機的設計理論、計算方法、充磁和制造技術(shù)等方面也都取得了突破性進(jìn)展，形成了以永磁體工作圖圖解法為代表的一套分析研究方法。但是，鋁鎳鈷永磁的矯頑力偏低（36～160 kA/m），鐵氧體永磁的剩磁密度不高（0.2～0.44 T），限制了它們在電機中的應用范圍。一直到20世紀60年代和80年代，稀土鈷永磁和釹鐵硼永磁（二者統稱(chēng)稀土永磁）相繼問(wèn)世，它們的高剩磁密度、高矯頑力、高磁能積和線(xiàn)性退磁曲線(xiàn)的優(yōu)異磁性能特別適合于制造電機，從而使永磁電機的發(fā)展進(jìn)入一個(gè)新的歷史時(shí)期。

　　與傳統的電勵磁電機相比，永磁電機，特別是稀土永磁電機具有結構簡(jiǎn)單，運行可靠；體積小，質(zhì)量輕；損耗小，效率高；電機的形狀和尺寸可以靈活多樣等顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)。因而應用范圍極為廣泛，幾乎遍及航空航天、國防、工農業(yè)生產(chǎn)和日常生活的各個(gè)領(lǐng)域。下面介紹幾種典型永磁電機的主要特點(diǎn)及其主要應用場(chǎng)合。

　　1、 稀土永磁發(fā)電機永磁同步發(fā)電機與傳統的發(fā)電機相比不需要集電環(huán)和電刷裝置，結構簡(jiǎn)單，減少了故障率。采用稀土永磁后還可以增大氣隙磁密，并把電機轉速提高到佳值，提高功率質(zhì)量比。當代航空、航天用發(fā)電機幾乎全部采用稀土永磁發(fā)電機。

　　永磁發(fā)電機也用作大型汽輪發(fā)電機的副勵磁機，80年代我國研制成功當時(shí)世界容量大的40 kVA～160 kVA稀土永磁副勵磁機，配備200 MW～600 MW汽輪發(fā)電機后大大提高電站運行的可靠性。

　　目前，獨立電源用的內燃機驅動(dòng)小型發(fā)電機、車(chē)用永磁發(fā)電機、風(fēng)輪直接驅動(dòng)的小型永磁風(fēng)力發(fā)電機正在逐步推廣。

　　2 、永磁同步電動(dòng)機永磁同步電動(dòng)機與感應電動(dòng)機相比，不需要無(wú)功勵磁電流，可以顯著(zhù)提高功率因數（可達到1，甚至容性），減少了定子電流和定子電阻損耗，而且在穩定運行時(shí)沒(méi)有轉子銅耗，進(jìn)而可以減小風(fēng)扇（小容量電機甚至可以去掉風(fēng)扇）和相應的風(fēng)摩損耗，效率比同規格感應電動(dòng)機可提高2～8個(gè)百分點(diǎn)。而且，永磁同步電動(dòng)機在25%～120%額定負載范圍內均可保持較高的效率和功率因數，使輕載運行時(shí)節能效果更為顯著(zhù)。這類(lèi)電機一般都在轉子上設置起動(dòng)繞組，具有在某一頻率和電壓下直接起動(dòng)的能力。目前主要應用在油田、紡織化纖工業(yè)、陶瓷玻璃工業(yè)和年運行時(shí)間長(cháng)的風(fēng)機水泵等領(lǐng)域。

　　我國自主開(kāi)發(fā)的高起動(dòng)轉矩釹鐵硼永磁同步電動(dòng)機在油田應用中可以解決“大馬拉小車(chē)”問(wèn)題，起動(dòng)轉矩比感應電動(dòng)機大50%～100%，可以替代大一個(gè)機座號的感應電動(dòng)機，節電率在20%左右。

　　紡織化纖行業(yè)中負載轉動(dòng)慣量大，要求高牽入轉矩。合理設計永磁同步電動(dòng)機的空載漏磁系數、凸極比、轉子電阻、永磁體尺寸和定子繞組匝數可以提高永磁電機的牽入性能，促使它應用于新型的紡織和化纖工業(yè)。

　　大型電站、礦山、石油、化工等行業(yè)所用幾百千瓦和兆瓦級風(fēng)機、泵類(lèi)用電機是耗能大戶(hù)，而目前所用電機的效率和功率因數較低，改用釹鐵硼永磁后不僅提高了效率和功率因數，節約能源，且為無(wú)刷結構，提高了運行的可靠性。目前1 120kW永磁同步電動(dòng)機是世界上功率大的異步起動(dòng)稀土永磁電機，效率高于96.5%（同規格電機效率為95%），功率因數0.94，可以替代比它大1～2個(gè)功率等級的普通電動(dòng)機。

　　3 、交流伺服永磁電動(dòng)機和無(wú)刷直流永磁電動(dòng)機現在越來(lái)越多地用變頻電源和交流電動(dòng)機組成交流調速系統來(lái)替代直流電動(dòng)機調速系統。在交流電動(dòng)機中，永磁同步電機的轉速在穩定運行時(shí)與電源頻率保持恒定的關(guān)系，使得它可直接用于開(kāi)環(huán)的變頻調速系統。這類(lèi)電機通常由變頻器頻率的逐步升高來(lái)起動(dòng)，在轉子上可以不設置起動(dòng)繞組，而且省去了電刷和換向器，維護方便。

　　變頻器供電的永磁同步電動(dòng)機加上轉子位置閉環(huán)控制系統構成自同步永磁電動(dòng)機，既具有電勵磁直流電動(dòng)機的優(yōu)異調速性能，又實(shí)現了無(wú)刷化，主要應用于高控制精度和高可靠性的場(chǎng)合，如航空、航天、數控機床、加工中心、機器人、電動(dòng)汽車(chē)、計算機外圍設備等。

　　現已研制成寬調速范圍、高恒功率調速比的釹鐵硼永磁同步電動(dòng)機和驅動(dòng)系統，調速比高達1：22 500，極限轉速達到9 000 r/min。永磁同步電動(dòng)機、小振動(dòng)、低噪聲、高轉矩密度的特點(diǎn)在電動(dòng)車(chē)、機床等驅動(dòng)裝置中是理想的電動(dòng)機。

　　隨著(zhù)人民生活水平的不斷提高，對家用電器的要求越來(lái)越高。例如家用空調器，既是耗電大件，又是噪聲的主要來(lái)源，其發(fā)展趨勢是使用能無(wú)級調速的永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機。它既能根據室溫的變化，自動(dòng)調整到適宜的轉速下長(cháng)時(shí)間運轉，減少噪聲和振動(dòng)，使人的感覺(jué)更為舒適，還比不調速的空調器節電1/3。其他如電冰箱、洗衣機、除塵器、風(fēng)扇等也在逐步改用無(wú)刷直流電動(dòng)機。

　　4 、永磁直流電動(dòng)機直流電動(dòng)機采用永磁勵磁后，既保留了電勵磁直流電動(dòng)機良好的調速特性和機械特性，還因省去了勵磁繞組和勵磁損耗而具有結構工藝簡(jiǎn)單、體積小、用銅量少、效率高等特點(diǎn)。因而從家用電器、便攜式電子設備、電動(dòng)工具到要求有良好動(dòng)態(tài)性能的精密速度和位置傳動(dòng)系統都大量應用永磁直流電動(dòng)機。500 W以下的微型直流電動(dòng)機中，永磁電機占92%，而10 W以下的永磁電機占99%以上。

　　目前，我國汽車(chē)行業(yè)發(fā)展迅速，汽車(chē)工業(yè)是永磁電機的大用戶(hù)，電機是汽車(chē)的關(guān)鍵部件，一輛超豪華轎車(chē)中，各種不同用途的電機達70余臺，其中絕大部分是低壓永磁直流微電機。汽車(chē)、摩托車(chē)用起動(dòng)機電動(dòng)機，采用釹鐵硼永磁并采用減速行星齒輪后，可使起動(dòng)機電動(dòng)機的質(zhì)量減輕一半。