現(xiàn)代永磁電機(jī)技術(shù)的應(yīng)用及開發(fā)問題研究

張麗麗

（遼寧公安司法管理干部學(xué)院，遼寧 沈陽110161）

0 引言

作為傳統(tǒng)電氣工程的重要分支，電機(jī)技術(shù)的研究開展已久，特別是20世紀(jì)90年代以來，隨著環(huán)境問題的不斷加劇，世界各國對于清潔能源的開發(fā)利用以及各種動力車輛、船艦、飛機(jī)等的研發(fā)力度也不斷增大，給永磁電機(jī)的發(fā)展提供了良好的契機(jī)。本文在分析現(xiàn)代永磁電機(jī)主要技術(shù)及發(fā)展方向的基礎(chǔ)上，提出了永磁電機(jī)制造過程中存在的主要問題和提升制造質(zhì)量的基本途徑，并探討了永磁電機(jī)技術(shù)在電機(jī)市場中的應(yīng)用情況。

1 現(xiàn)代永磁電機(jī)技術(shù)

1.1 充磁技術(shù)

當(dāng)前所使用的永磁電機(jī)中的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)形式需要以充磁技術(shù)作為基礎(chǔ)支撐，如此現(xiàn)代永磁電機(jī)的功能才能更好地發(fā)揮出來。隨著當(dāng)前半導(dǎo)體器件的不斷發(fā)展，其逐漸呈現(xiàn)出功率越來越大的特點，這就在客觀上給充磁技術(shù)的發(fā)展提出了要求，其要與現(xiàn)代永磁電機(jī)的發(fā)展相適應(yīng)。

1.2 裝配技術(shù)

由于NdFeB永磁材料本身具有一定的高矯頑力特點，所以現(xiàn)代永磁電機(jī)裝配過程中應(yīng)充分保證單塊Nd FeB材料的穩(wěn)定性，這就需要提升NdFeB永磁材料裝配技術(shù)水平。現(xiàn)代永磁電機(jī)在開路狀態(tài)下具有不會失磁的優(yōu)點，應(yīng)大力應(yīng)用NdFeB永磁材料，更好地實現(xiàn)現(xiàn)代永磁電機(jī)生產(chǎn)。

1.3 解析技術(shù)

磁路設(shè)計與計算是現(xiàn)代永磁電機(jī)解析過程的關(guān)鍵，其主要應(yīng)用FEM計算方法及模糊優(yōu)化磁路計算方法。當(dāng)前，永磁電機(jī)解析過程中應(yīng)首先確定磁路參數(shù)，其次應(yīng)經(jīng)過精確的漏磁計算來實現(xiàn)對永磁電機(jī)的精確解析，進(jìn)而更為合理地開展現(xiàn)代永磁電機(jī)設(shè)計工作。

1.4 控制技術(shù)

控制技術(shù)集中表現(xiàn)在模塊化和智能化2個方面，隨著現(xiàn)代永磁電機(jī)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，矢量控制技術(shù)在永磁電機(jī)設(shè)計生產(chǎn)過程中得到了較為廣泛的應(yīng)用，在很大程度上促進(jìn)了現(xiàn)代永磁電機(jī)種類的增加，不僅擴(kuò)大了永磁電機(jī)市場，還有效擴(kuò)展了永磁電機(jī)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。

2 現(xiàn)代永磁電機(jī)技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展方向

2.1 大功率化

現(xiàn)代永磁電機(jī)技術(shù)的大功率化發(fā)展主要是由于高矯頑力NdFeB永磁材料的設(shè)計研發(fā)和廣泛應(yīng)用使得永磁電機(jī)的退磁性有效降低，在結(jié)合高速開關(guān)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了變速驅(qū)動電源的大容量化，從而使現(xiàn)代永磁電機(jī)的功率達(dá)到了數(shù)百千瓦，轉(zhuǎn)速達(dá)到了30 000 r／min。

2.2 大轉(zhuǎn)矩化

船用推進(jìn)器永磁無刷直流電機(jī)的成功研制及其在國外的推廣應(yīng)用，使得其額定轉(zhuǎn)矩發(fā)生了巨大的變化，永磁無刷直流電機(jī)的磁極采用了衫鉆永磁材料，容量直接達(dá)到了1 095 k W，轉(zhuǎn)速為230 r／min，與普通的直流電機(jī)相比，其體積縮小了60%左右。

2.3 耐高溫化

隨著科研水平的不斷進(jìn)步以及各種新型材料的研發(fā)和使用，電機(jī)繞組中采用了現(xiàn)代陶瓷以及玻璃纖維等材料進(jìn)行內(nèi)部絕緣處理，并采用了陶瓷軸承和固體潤滑脂，使得該種電機(jī)能在200～300℃的高溫條件下較為穩(wěn)定地運(yùn)行。

2.4 一體化

當(dāng)前，家用電器以及各種自動化辦公技術(shù)的應(yīng)用和普及，使得永磁無刷直流電機(jī)和電源實現(xiàn)了在同一機(jī)殼內(nèi)的組裝，最終形成了永磁電機(jī)真正意義上的一體化。在國際范圍內(nèi)，德國、日本、法國都已經(jīng)成功應(yīng)用了該產(chǎn)品，其最大容量為100 k W，但重量卻不到30 kg，該產(chǎn)品的輕量化程度可見一斑。

2.5 智能化

現(xiàn)代永磁電機(jī)的智能化發(fā)展主要是指其能通過控制中心設(shè)計以及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對永磁電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的良好控制，與此同時對電機(jī)運(yùn)行過程中的故障問題進(jìn)行報警，在較大程度上提升了現(xiàn)代永磁電機(jī)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。

3 永磁電機(jī)制造過程中面臨的主要問題

3.1 定子加工工藝復(fù)雜

從對橫向磁通永磁電機(jī)制造過程的分析來看，定子加工工藝較為復(fù)雜，這就直接造成在工人加工過程中加工質(zhì)量不能得到有效保障。雖然在定子加工時已對加工工具進(jìn)行了改進(jìn)，但效果并不明顯，與此同時特殊加工工具在定子加工過程中的應(yīng)用也相應(yīng)增加了一定的制造成本，使得定子加工的經(jīng)濟(jì)效益大大降低。該問題在嚴(yán)重制約定子品質(zhì)的同時，也使得永磁電機(jī)在安全性方面產(chǎn)生了巨大隱患。

3.2 工序質(zhì)量不穩(wěn)定

永磁體作為永磁電機(jī)制造過程中的關(guān)鍵，其需要與轉(zhuǎn)子精密配合，所以對永磁體的尺寸要求較為嚴(yán)格，假如尺寸超過了一定范圍限制，那么很可能會造成較大的問題，例如導(dǎo)致轉(zhuǎn)子及永磁體損壞，從而給永磁電機(jī)的質(zhì)量帶來較為嚴(yán)重的影響。

3.3 定子損壞嚴(yán)重

通過對存在問題的半成品進(jìn)行檢查分析可知，大約有60%的產(chǎn)品不合格源于定子損壞，另外還有20%屬于不可修復(fù)的質(zhì)量問題，該種情況在造成一定損失的同時間接增加了加工成本，因此如何減少定子損壞數(shù)目、提升定子加工質(zhì)量，已經(jīng)成為當(dāng)前永磁電機(jī)制造過程中亟需解決的重要問題。

4 提升永磁電機(jī)制造質(zhì)量的基本途徑

從永磁電機(jī)的產(chǎn)品質(zhì)量特征分析來看，其主要由組成零件的質(zhì)量和裝配質(zhì)量決定，所以提升永磁電機(jī)制造質(zhì)量的主要途徑有以下兩種：

（1）提升加工設(shè)備精度。提升加工設(shè)備精度的主要目的是減少制造過程中存在的誤差，因此應(yīng)采用現(xiàn)代化的高精度加工機(jī)床，其一般情況下都配備了可靠性較高的傳感器檢測機(jī)構(gòu)和模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，從而能有效地對加工狀態(tài)實施檢測，并優(yōu)化處理過程參數(shù)，進(jìn)而對加工過程中存在的誤差進(jìn)行補(bǔ)償和修正。

（2）加強(qiáng)制造過程質(zhì)量控制。對于制造過程的質(zhì)量控制可以采用統(tǒng)計質(zhì)量控制和建模質(zhì)量控制的方法，實現(xiàn)對大批量產(chǎn)品的在線及離線測量。統(tǒng)計質(zhì)量控制簡單來說就是運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計的基本方法，對永磁電機(jī)零件生產(chǎn)的特性數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并判斷其生產(chǎn)穩(wěn)定狀態(tài)，從而區(qū)別和劃分誤差的性質(zhì)，另外還需對界限制定、抽樣方案等進(jìn)行控制。建模質(zhì)量控制主要是建立起永磁電機(jī)加工的過程模型，其又可分為基礎(chǔ)模型和應(yīng)用模型，在模型建立的過程中通過方程描述以及隨機(jī)公式描述來確定過程的不確定性和輸出參數(shù)的偏離值，從而抽象代替該過程的輸入和輸出關(guān)系。

5 永磁電機(jī)技術(shù)在電機(jī)市場中的應(yīng)用

（1）在家電市場中的應(yīng)用。永磁電機(jī)技術(shù)在家電市場中的應(yīng)用最早體現(xiàn)在VCD、DVD、計算機(jī)中，當(dāng)前已經(jīng)形成了產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，并逐步擴(kuò)展至多相變速驅(qū)動中，比如家用變頻空調(diào)，其在采用了永磁電機(jī)后，運(yùn)行效率有了較大幅度的提升，電機(jī)體積也明顯減小，噪聲也大幅度降低。

（2）在電梯市場中的應(yīng)用。永磁電機(jī)變速系統(tǒng)在電梯驅(qū)動系統(tǒng)中的運(yùn)用已有近10年的時間，例如采用低速稀土永磁電機(jī)作為驅(qū)動電梯的曳引機(jī)，可使該種電梯節(jié)約10%左右的電能。永磁電機(jī)被廣泛應(yīng)用于負(fù)載變化較大、速度調(diào)節(jié)要求較高的變速驅(qū)動系統(tǒng)中。

［1］閆萍，吳夢艷.現(xiàn)代永磁電機(jī)技術(shù)的研究［J］.防爆電機(jī)，2014（2）

［2］黃蘇融，錢慧杰，張琪，等.現(xiàn)代永磁電機(jī)技術(shù)研究與應(yīng)用開發(fā)［J］.電機(jī)與控制應(yīng)用，2007（1）

［3］王曉琳，任新宇，鄧智泉，等.短路容錯控制在多相無軸承永磁同步電機(jī)中的可行性分析［J］.電力技術(shù)學(xué)報，2012（3）