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永磁同步电动机发展现状综述
作者：王建设 徐荣 孙友增 来源：《科技与创新》2016年第16期
摘 要：得益于稀土永磁材料及电力电子技术和控制技术的发展，永磁同步电动机以其质量轻、效率高、体积小等优势，在各个领域得到了广泛应用。首先综述了目前永磁同步电动机的发展和应用状况，然后对永磁同步电机的类型、特点及设计方法和技术作了深入介绍，最后分析了永磁同步电动机的发展趋势。
关键词：永磁同步电动机；稀土永磁材料；新型控制理论；无刷直流电动机 中图分类号：TM351 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.16.005
随着20世纪70年代稀土永磁材料的发展，稀土永磁电机应运而生。永磁电机利用稀土永磁体励磁，永磁体充磁后能够产生永久磁场。它的励磁性能优异，因在稳定性、质量、降低损耗等方面都优于电励磁电机而动摇了传统的电机市场。近年来，随着现代科学技术的快速发展，电磁材，料特别是稀土电磁材料性能及工艺逐渐得以提高和改善，再加上电力电子与电力传动技术、自动控制技术的高速发展，永磁同步电机的性能越来越好。再者，永磁同步电动机具有质量轻、结构较简单、体积小、特性好、功率密度大等优点，很多科研机构、企业都在努力积极开展永磁同步电机的研发工作，其应用领域将进一步扩大。 1 永磁同步电机的发展及研究现状 1.1 永磁同步电机的发展基础 1.1.1 高性能稀土永磁材料的应用
稀土永磁材料经历了SmCo5、Sm2Co17、Nd2Fe14B三个阶段。现在以钕铁硼为代表的永磁材料因其在磁学性能上表现优异成为应用最广泛的一类稀土永磁材料。永磁材料的发展带动了永磁电机的发展。与传统的电励磁三相感应电机相比，永磁体替代了电激磁磁极，简化了结构，消除了转子的滑环、电刷，实现了无刷结构，缩小了转子体积。这使得电机的功率密度、转矩密度和工作效率提高，且使电机体积变小，质量减轻，使其应用领域进一步扩大，促使电动机向更大功率方向发展。 1.1.2 新型控制理论的应用
近年来，控制算法发展很快，其中，矢量控制算法从原理上解决了交流电机的驱动策略问题，使得交流电机具有良好的控制性能。直接转矩控制的出现使控制结构更加简单，以及具有对参数变化电路棒性能强和转矩动态响应速度快的特点。间接转矩控制技术解决了直接转矩在低速时转矩脉动大的问题，提高了电动机的转速和控制精度。
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1.1.3 高性能电力电子器件和处理器的应用
现代电力电子技术是信息产业与传统产业间重要的接口，是弱电与被控强电之间的桥梁。电力电子技术的发展使驱动控制策略得以实现。比如20世纪70年代出现了通用变频器的系列产品，它们能将工频电源转换成频率连续可调的变频电源，如此就为交流电的变频调速创造了条件。这些变频器在频率设定后具有软启动能力，频率能以一定的速率从零上升到设定的频率，并且上升速率在很大范围内可连续调整，解决了同步电动机的启动问题。 1.2 国内外永磁同步电机的发展现状
历史上第一台电机是永磁电机。当时，永磁材料性能比较差，永磁体矫顽力和剩磁都太低，不久就被电励磁电机取代了。到了20世纪70年代，以钕铁硼为代表的稀土永磁材料拥有很大的矫顽力、剩磁，退磁能力强和较大的磁能积使大功率永磁同步电机登上历史的舞台。现在，关于永磁同步电机的研究日趋成熟，正朝向高速度，大转矩、大功率、高效率以及微型化、智能化发展。近年来，在永磁同步电机本体上出现了很多高端电机，比如1986年德国西门子公司开发的230 r/min、1 095 kW的六相永磁同步电动机。用它为舰船提供动力，其体积比传统的直流电机小近60%，损耗降低近20%. 瑞士ABB公司建造的用于舰船推进的永磁同步电动机最大安装容量达38 MW。我国对