蘭棟

摘 要：低速永磁同步電動(dòng)機(jī)具有工作性能穩(wěn)定、體積小、低速扭矩大的特點(diǎn)，隨著技術(shù)的成熟與生產(chǎn)制造水平的不斷提升，當(dāng)前其在各行各業(yè)中的應(yīng)用也變得越來(lái)越普遍。立足于低速永磁同步電動(dòng)機(jī)的研究現(xiàn)狀，首先介紹了低速永磁同步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)，其次對(duì)該類型電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，最后結(jié)合上述內(nèi)容對(duì)于低速永磁同步電動(dòng)機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析與判斷，也希望能夠?yàn)樵擃愋碗妱?dòng)機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展創(chuàng)設(shè)條件。

關(guān)鍵詞：低速永磁同步電動(dòng)機(jī)；應(yīng)用現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)

中圖分類號(hào)：TM341 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）14-0151-02

Abstract： Low-speed permanent magnet synchronous motor （LPMSM） has the characteristics of stable performance， small size and large low-speed torque. With the maturity of technology and the continuous improvement of manufacturing level， its application in various industries is becoming more and more common. Based on the current research situation of low speed permanent magnet synchronous motor， the characteristics of low speed permanent magnet synchronous motor are introduced， and the application status of this type of permanent magnet synchronous motor is analyzed. Finally， the development trend of low-speed permanent magnet synchronous motor is analyzed and judged， and it is hoped to create conditions for the application and development of this type of permanent magnet synchronous motor.

Keywords： low-speed permanent magnet synchronous motor； application status； development trend

隨著我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)水平的不斷提升，當(dāng)前國(guó)家對(duì)于能源的需求也在持續(xù)增大。限于目前國(guó)家能源結(jié)構(gòu)壓力以及環(huán)境保護(hù)方面的壓力，利用清潔能源開展現(xiàn)代化建設(shè)成為了迫在眉睫的需求。其中，電能的來(lái)源相對(duì)廣泛且廉價(jià)，使用電動(dòng)機(jī)為人們的生產(chǎn)生活提供能源也就成為了新的發(fā)展熱點(diǎn)。為了更好的介紹低速永磁同步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用趨勢(shì)，本文首先就低速永磁同步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)簡(jiǎn)要分析如下。

1 低速永磁同步電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)分析

永磁同步電動(dòng)機(jī)的工作原理與傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)類似，其均是通過(guò)定子產(chǎn)生磁場(chǎng)的方式來(lái)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子工作，唯一不同之處在于激勵(lì)方式不同。目前，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，當(dāng)前低速永磁同步電動(dòng)機(jī)低速大扭矩、功率高、體積小以及可靠性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)逐漸顯現(xiàn)出來(lái)，現(xiàn)就詳細(xì)內(nèi)容分析如下。

1.1 低速大扭矩

低速永磁電動(dòng)機(jī)在激勵(lì)方式上要優(yōu)于傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)，優(yōu)于其磁路設(shè)計(jì)更為多樣性，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面也較為簡(jiǎn)單。一般來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)存在啟動(dòng)最小轉(zhuǎn)矩，而轉(zhuǎn)矩的倍數(shù)也普遍小于1，相比之下低速永磁同步電動(dòng)機(jī)屬于變頻啟動(dòng)，其本身就不存在最低轉(zhuǎn)矩倍數(shù)的限制，這樣一來(lái)就可以在較為有限的負(fù)載內(nèi)獲得更多的轉(zhuǎn)矩，以此實(shí)現(xiàn)順利啟動(dòng)。在一些特殊工況條件下，為了獲得更高的工作扭矩，傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)不得不通過(guò)提升功率的方式來(lái)啟動(dòng)，這樣一來(lái)就需要浪費(fèi)更多的電能，而低速永磁同步電動(dòng)機(jī)卻不需要這樣來(lái)啟動(dòng)，兩者的啟動(dòng)扭矩在同等條件下的差距甚至高達(dá)15倍之多。

1.2 效率、功率高

傳統(tǒng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中必然會(huì)出現(xiàn)定子電阻與電流的損耗，這會(huì)在很大程度上導(dǎo)致其電轉(zhuǎn)化效率下降。一般來(lái)說(shuō)，在同等工況條件下，永磁電動(dòng)機(jī)的整體工作效率比傳統(tǒng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)高出至少5%，而從負(fù)載范圍和功率因數(shù)等方面進(jìn)行比較的話，低速永磁同步電動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢(shì)則更加明顯，這個(gè)優(yōu)勢(shì)在負(fù)載率較低的情況下表現(xiàn)的更加普遍，這樣一來(lái)就表明低速永磁同步電動(dòng)機(jī)的適應(yīng)性更強(qiáng)，綜合節(jié)能優(yōu)勢(shì)更大，這對(duì)于普通應(yīng)用于各大行業(yè)提供了技術(shù)基礎(chǔ)與前提。

1.3 體積小、可靠性強(qiáng)

由于啟動(dòng)扭矩具有一定的優(yōu)勢(shì)再加上電動(dòng)機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，低速永磁同步電動(dòng)機(jī)與傳統(tǒng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相比具有更小的體積，甚至在同等功率下其體積和重量只有傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的一半作用。另外，由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆裝方面，低速永磁同步電動(dòng)機(jī)的整體后期維護(hù)成本也相對(duì)較小，這些內(nèi)容都在客觀上提升了其應(yīng)用范圍與覆蓋面，也在一定程度上解決了傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用的限制與束縛。除此之外，由于低速永磁同步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械減速傳動(dòng)裝置被取消，所以其降低了設(shè)備的磨損與零部件松動(dòng)所帶來(lái)的問(wèn)題，更是大大提升了傳動(dòng)系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性，這也在客觀上提升了系統(tǒng)的可靠性，為降低維修成本，提升全壽命周期的應(yīng)用效果創(chuàng)設(shè)了條件。

1.4 噪聲相對(duì)較低

低速永磁同步電動(dòng)機(jī)通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了減速機(jī)、機(jī)械減速裝置的去除，同時(shí)也就相應(yīng)降低了由于皮帶傳動(dòng)所帶來(lái)的震動(dòng)，因此也在一定程度上降低了噪聲的影響，算是變相提升了該類型電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用范圍，可以被應(yīng)用于一些對(duì)于靜音要求較高的設(shè)備與產(chǎn)品當(dāng)中。

2 低速永磁同步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 發(fā)展歷程

永磁電動(dòng)機(jī)最早出現(xiàn)于1831年，但是受限制于永磁材料的性能要求，其在近百年的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有得到發(fā)展。隨著20世紀(jì)30年代后鐵氧體材料以及鋁鎳鈷材料的出現(xiàn)與發(fā)展，永磁體才重新得到重視，永磁電動(dòng)機(jī)也得以發(fā)展。在早期，科學(xué)家雖然認(rèn)識(shí)到了永磁體在電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中應(yīng)用的價(jià)值，但是依然會(huì)由于造價(jià)等方面的問(wèn)題受到推廣壓力和限制，但是隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，永磁體的制造成本有所下滑，再加上國(guó)家對(duì)于低速永磁同步發(fā)電機(jī)技術(shù)研究日益成熟，這才使得今天的低速永磁同步發(fā)電機(jī)得以與世人見(jiàn)面，并應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)與領(lǐng)域當(dāng)中。

2.2 應(yīng)用領(lǐng)域

在上文中我們對(duì)于低速永磁同步電動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)進(jìn)行了分析和介紹，其不但可靠性強(qiáng)、效率高，同時(shí)還具有扭矩高以及噪聲小的特點(diǎn)，但是唯一的問(wèn)題就是成本較高。目前，低速永磁同步電動(dòng)機(jī)主要被應(yīng)用于電動(dòng)車輛、石油開采、電梯與冶金等行業(yè)當(dāng)中，其中德國(guó)與法國(guó)將永磁同步電機(jī)應(yīng)用于低地板車與高速列車當(dāng)中，而日本在電梯等領(lǐng)域中的應(yīng)用較為成熟。除此之外，由于低速永磁同步電動(dòng)機(jī)省去了機(jī)械減速設(shè)備，所以其對(duì)于機(jī)械維護(hù)與保養(yǎng)的要求較低，這也使得其在各種直驅(qū)運(yùn)行的行業(yè)中得以推廣并使用，比如說(shuō)在電梯中，其效率與可靠性就遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)電動(dòng)機(jī)。

3 低速永磁同步電動(dòng)機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

低速永磁同步電動(dòng)機(jī)具有廣闊的市場(chǎng)前景，其在各行各業(yè)中的應(yīng)用也極其廣泛。結(jié)合其目前發(fā)展現(xiàn)狀以及應(yīng)用特點(diǎn)，筆者認(rèn)為未來(lái)低速永磁同步電動(dòng)機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)將主要集中在以下幾個(gè)主要方面。

3.1 專用化

目前，隨著低速永磁直驅(qū)系統(tǒng)的發(fā)展，低速永磁同步電動(dòng)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)脫離減速機(jī)與多級(jí)皮帶的限制，既有效降低了噪音，也解決了皮帶摩擦所帶來(lái)的各種問(wèn)題。為了更好的分析低速永磁同步電動(dòng)機(jī)的發(fā)展，就必須重視其專業(yè)化的應(yīng)用方面。首先，當(dāng)前大多數(shù)的工業(yè)設(shè)備都需要使用減速機(jī)以及其他機(jī)械減速設(shè)備來(lái)減速，從而幫助其實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)負(fù)載的效果，這樣一來(lái)不但對(duì)于行業(yè)技術(shù)人員的專業(yè)技術(shù)水平要求較高，同時(shí)還存在多級(jí)減速所帶來(lái)的能源消耗、噪聲問(wèn)題等等。這樣一來(lái)，低速永磁同步發(fā)電機(jī)的優(yōu)勢(shì)就顯現(xiàn)了出來(lái)，其較小的體積以及良好的應(yīng)用靈活性，能適應(yīng)各種不同情況的工況條件，同時(shí)運(yùn)行價(jià)格相對(duì)合理、持續(xù)高效。但是，目前我國(guó)的低速永磁同步電動(dòng)機(jī)的發(fā)展還處于普遍性、大眾性較強(qiáng)的特點(diǎn)，針對(duì)于某一個(gè)或者幾個(gè)行業(yè)的電動(dòng)機(jī)數(shù)量較少，整體設(shè)計(jì)水平與質(zhì)量也不足，所以其應(yīng)用受到了一定的局限性。相信隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，專用化將成為低速永磁同步電動(dòng)機(jī)的重要發(fā)展方向，通過(guò)專用化發(fā)展也可以幫助各大企業(yè)持續(xù)優(yōu)化產(chǎn)業(yè)配置，研發(fā)出更多更符合低速永磁同步電動(dòng)機(jī)的設(shè)備與工藝。

3.2 高性能化

隨著我國(guó)工業(yè)水平的不斷崛起，當(dāng)前各大企業(yè)對(duì)于電動(dòng)機(jī)也提出了更為苛刻的要求。一般來(lái)說(shuō)，我們?cè)谟∠笾袑㈦妱?dòng)機(jī)作為簡(jiǎn)單提供動(dòng)力輸出的單元，但是當(dāng)前其被提出了許多性能方面的要求。例如在航天航空器的設(shè)計(jì)與開發(fā)當(dāng)中，發(fā)電機(jī)就必須具有較強(qiáng)的可靠性與穩(wěn)定性，而在化纖行業(yè)以及智能加工行業(yè)當(dāng)中，發(fā)電機(jī)不但要具有較為平穩(wěn)的線性輸出能力，還需要具有較高的調(diào)速精準(zhǔn)性，以此來(lái)滿足越來(lái)越高的精密制造需求與要求。高性能化不但表現(xiàn)在電動(dòng)機(jī)全壽命周期的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，同時(shí)還存在于后期的維護(hù)、維修、養(yǎng)護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)中。低速永磁同步電動(dòng)機(jī)作為區(qū)別于傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的設(shè)備，其在上述內(nèi)容中都具有一定的優(yōu)勢(shì)，所以其高性能化的道路也會(huì)比傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)走的更遠(yuǎn)。

3.3 輕量化

從我國(guó)工業(yè)產(chǎn)品的發(fā)展階段上來(lái)看，目前各大企業(yè)都在倡導(dǎo)環(huán)境友好、材料節(jié)約的相關(guān)內(nèi)容，而輕量化更是各大行業(yè)競(jìng)相發(fā)展的方向之一。從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，低速永磁同步電動(dòng)機(jī)的體積小、質(zhì)量輕，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，所以在一些特殊行業(yè)中的應(yīng)用具有不可替代的優(yōu)勢(shì)與價(jià)值。比如在數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)、地下煤礦的深層挖掘、醫(yī)療器械以及便攜式機(jī)電產(chǎn)品當(dāng)中都具有廣泛的應(yīng)用空間。就目前來(lái)看，盡管低速永磁同步電動(dòng)機(jī)在體積方面具有優(yōu)勢(shì)，但是依然沒(méi)有達(dá)到“輕量化”的標(biāo)準(zhǔn)，所以這也是該類型電動(dòng)機(jī)未來(lái)發(fā)展的主要方向。

3.4 機(jī)電一體化

高性能永磁電動(dòng)機(jī)在性能方面具有一定的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)與電子技術(shù)、微電子控制技術(shù)相結(jié)合，就可以產(chǎn)生良好的融合性，進(jìn)而生產(chǎn)出新型機(jī)電一體化產(chǎn)品，這樣的產(chǎn)品既符合未來(lái)工業(yè)發(fā)展的方向與需求，同時(shí)也符合我國(guó)建設(shè)高精尖制造型企業(yè)的客觀要求，所以筆者認(rèn)為機(jī)電一體化依然是未來(lái)低速永磁同步電動(dòng)機(jī)重要的發(fā)展趨勢(shì)與方向。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，低速永磁同步電動(dòng)機(jī)具有效率高、可靠性強(qiáng)以及噪聲相對(duì)較低的特點(diǎn)，隨著我國(guó)對(duì)于電能綜合利用需求的不斷增加，其應(yīng)用的廣泛性也得到了進(jìn)一步拓展。立足于低速永磁同步電動(dòng)機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀，筆者認(rèn)為其未來(lái)也將向著產(chǎn)品專用化、高性能化以及輕量化的方向發(fā)展，同時(shí)與其他行業(yè)結(jié)合進(jìn)而出現(xiàn)機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì)，最終實(shí)現(xiàn)低速永磁同步電動(dòng)機(jī)的廣泛應(yīng)用與發(fā)展。

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