永磁电动机的工作原理及特点

永磁电动机的工作原理及特点

【陆地方舟电动汽车网ddc.greenwheel.com.cn】交流永磁电动机主要包含两大类：永磁同步电动机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)和无刷直流电动机(brushless DC motor，BDCM)。两者最主要的区别在于永磁体励磁磁场在定子相绕组中感应出的电动势波形：PISM每相感应出的电动势波形为正弦波；而BDCM为梯形波，如图所示。

永磁同步电动机和无刷直流电动机每相励磁磁场强度波形

永磁电动机的特点

永磁电动机的性能优劣与永磁材料密切相关。这种永磁材料属于铁磁材料，其特点是矫顽磁场强度大于l kA/m 。目前用在永磁电动机上的永磁材料有铁氧体、铝镍钻、钐钴、钕铁硼等几种。

铁氧体价格低廉，去磁特性呈线性，是常用的永磁材料。铁氧体的磁能积低，用铁氧体制造的电动机体积较大。

铝镍钴材料剩磁高，但矫顽力低，抗去磁能力低，寿命短，电动机中采用较少。

钐钴( Sm-Co)材料剩磁和矫顽力都很高，美中不足的是资源不多，价格昂贵，限制了应用。

钕铁硼( Nd-Fe-B)材料具有很高的剩磁、矫顽力、磁能积以及相对低的价格，是目前最合适的永磁材料。我国有丰富的钕铁硼材料——稀土金属。所谓稀土金属，是指化学元素周期表中镧系元素族中的1 7种元素，表现为金属特征，多以化合物形式蕴藏于自然界。稀土永磁材料的磁性能优异，它经过充磁后不再需要外加能量就能建立很强的永久磁场，用来替代传统电动机的稀土永磁电动机不仅效率高，而且结构简单、运行可靠、体积小、重量轻，既可达到传统电励磁电动机所无法比拟的高性能（如特高效、特高速、特高响应速度），又可以制成能满足特定运行要求的特种电动机，如电梯曳引电动机、汽车专用驱动电动机等。稀土永磁电动机与电力电子技术和微机控制技术相结合，更使电动机及传动系统的性能提高到一个崭新的水平。我国稀土资源丰富，世界探明的稀土储量为62000kt（以稀土氧化物REO计），其中我国稀土资源工业储量为48000kt，远景储量达120000 kt，占世界已探明资源的80%，而且品种多、质量好，为大力开发稀土材料的应用提供了得天独厚的条件。

2002年，我国成立了国家稀土永磁电动机工程技术中心。该中心做了大量理论研究工作，在稀土永磁电动机分析理论、电磁场计算方法、优化设计和性能仿真等基础理论研究上取得了巨大突破。在理论联系实际方面，解决了磁路结构、测试技术和制造工艺等一系列关键技术问题，开发出国内第一台稀土永磁电动机(3 kW、20000 r／min)，研制出世界容量最大的60～160kW稀土永磁复励磁机。“九五’’期间，开发出了5种2 3个规格永磁电动机；开发了7.5kW、18.5kW电动客车用永磁同步电动机系统，额定转速为3000r／min。在电动机设计上采用不均匀气隙电动机结构，并进行优化设计以保证电动机永磁密度的正弦性，使样机系统整体额定效率达到89.1%，整体效率达到85%以上；1 h持续转矩密度为0.74N·m/kg,15min峰值转矩密度为1.123N·/kg。高启动性能稀土永磁电动机的技术性能见表1.其他永磁材料的性能见表2。

永磁材料的特性通常与温度有关，如磁体温度增加，失去剩磁的速率会加大。如果永磁体的温度超过居里温度，则会完全失去磁性（磁性为零）。退磁特性曲线也随温度变化，在一定温度范围内，其变化是可逆的，近似线性变化。