精開(kāi)科技全國(guó)服務(wù)熱線(xiàn)：13633289496
永磁無(wú)刷電機(jī)是微特電機(jī)發(fā)展主流
永磁無(wú)刷電機(jī)是永磁無(wú)刷直流電機(jī)、永磁無(wú)刷交流同步電機(jī)、永磁無(wú)刷直線(xiàn)電機(jī)和永磁無(wú)刷力矩電機(jī)的總稱(chēng)。永磁無(wú)刷電機(jī)具有不少優(yōu)點(diǎn)，因此已是目前微特電機(jī)發(fā)展主流。
一 永磁無(wú)刷電機(jī)迅速發(fā)展的原因
1. 技術(shù)進(jìn)步推動(dòng)永磁無(wú)刷電機(jī)的發(fā)展
面向21世紀(jì)，為滿(mǎn)足與地球環(huán)境共存、與網(wǎng)絡(luò)結(jié)合、符合機(jī)器人要求的微特電機(jī)將得到快速發(fā)展，并將構(gòu)筑起“微特電機(jī)的新時(shí)代”。與地球環(huán)境共存，要求電機(jī)高效節(jié)能、高出力省材料、靜音舒適、無(wú)害無(wú)污染等。與網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，要求電機(jī)小型化、片狀化、高速化、輕量化、高精度、高性能等。滿(mǎn)足機(jī)器人用電機(jī)，要求高出力、低慣量、低速大力矩、智能化等，為了滿(mǎn)足上述要求，國(guó)外微特電機(jī)制造公司，十分重視永磁無(wú)刷電機(jī)和驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)的研究、開(kāi)發(fā)。電機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，合理選擇參數(shù)，減少力矩脈動(dòng)和噪音，擴(kuò)大調(diào)速范圍；多極集中繞組，減少繞組端部長(zhǎng)度，拼塊式或鉸鏈?zhǔn)诫姌袥_片提高糟滿(mǎn)率，高效率高性能驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)的研究，高性能永磁材料的采用，使永磁無(wú)刷電機(jī)具有高效節(jié)能、高出力省材料、高可靠高性能、體積小重量輕等優(yōu)點(diǎn)。
2. 市場(chǎng)拉動(dòng)加速永磁無(wú)刷電機(jī)的發(fā)展
（1）網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域使用的微特電機(jī)數(shù)量約占整個(gè)微特電機(jī)的38%，HDD主軸電機(jī)、打印機(jī)主軸電機(jī)、復(fù)印機(jī)主軸電機(jī)、計(jì)算機(jī)風(fēng)機(jī)、高檔DVD主軸電機(jī)都是采用永磁無(wú)刷電機(jī)。而且是精密永磁無(wú)刷電機(jī)，由于精度要求高，均采用粘結(jié)釹鐵硼，日本83%的粘結(jié)釹鐵硼用于該類(lèi)永磁無(wú)刷電機(jī)；整片電樞沖片，多極集中繞組，外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。手機(jī)用的振動(dòng)電機(jī)，不論是圓柱形還是鈕扣式，振動(dòng)電機(jī)絕大部分還是采用有刷直流電機(jī)，但也有無(wú)刷振動(dòng)電機(jī)，目前沒(méi)有得到廣泛使用。
?。?）家電領(lǐng)域使用的電機(jī)約占整個(gè)微特電機(jī)的15%?？照{(diào)器、洗衣機(jī)、電冰箱等主要家電最早使用單相異步電動(dòng)機(jī)，由于其效率低、利用率低，為了節(jié)能，上世紀(jì)90年代初采用變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)，目前日本90%以上的空調(diào)器采用永磁無(wú)刷直流電機(jī)，替代異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速，我國(guó)空調(diào)器制造廠也開(kāi)始采用永磁無(wú)刷直流電機(jī)，以獲得更好的節(jié)能效果和節(jié)省材料。在相同的額定功率和額定轉(zhuǎn)速下，設(shè)單相異步電動(dòng)機(jī)的體積和重量為100%，則永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的體積為38%，重量為34.8%，用銅量為20.9%，用鐵量為36.5%，效率提高10%以上。為了盡可能提高效率，電機(jī)永磁體采用燒結(jié)釹鐵硼，電樞沖片采用拼塊式或鉸鏈?zhǔn)?，多極集中繞組，根據(jù)用戶(hù)使用要求電機(jī)可做成外轉(zhuǎn)子或內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。空調(diào)器、洗衣機(jī)、電冰箱等為主的家電將越來(lái)越多采用永磁無(wú)刷電機(jī)是發(fā)展趨勢(shì)。
?。?）電動(dòng)車(chē)領(lǐng)域使用驅(qū)動(dòng)電機(jī)情況，2004年我國(guó)共生產(chǎn)電動(dòng)自行車(chē)675.71萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)69.05%，其驅(qū)動(dòng)電機(jī)大部分采用有刷直流電機(jī)，但由于直流有刷電機(jī)固有的缺點(diǎn)，壽命短，維修難，隨著永磁無(wú)刷直流電機(jī)價(jià)格下降，控制器可靠性提高，采用永磁無(wú)刷電機(jī)越來(lái)越多。能源緊張，環(huán)境污染日益加強(qiáng)，電動(dòng)汽車(chē)顯示強(qiáng)勁的生命力，被汽車(chē)生產(chǎn)廠和消費(fèi)者看好，有資料顯示，到2010年，電動(dòng)汽車(chē)將占全球汽車(chē)需求量的四分之一，總量將達(dá)到2000萬(wàn)輛，美國(guó)通用、日本豐田、法國(guó)雪鐵龍等大汽車(chē)公司都將電動(dòng)汽車(chē)作為發(fā)展方向，我國(guó)也高度重視，被科技部列為“十五”期間國(guó)家重大攻關(guān)項(xiàng)目，也是“十一五”規(guī)劃中發(fā)展綠色交通的重要內(nèi)容之一。電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)有有刷直流電機(jī)、變頻異步電機(jī)和永磁無(wú)刷電機(jī)，但趨向是永磁無(wú)刷電機(jī)，尤其是日本汽車(chē)制造商都采用永磁無(wú)刷電機(jī)。汽車(chē)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)電機(jī)有有刷直流電機(jī)和永磁無(wú)刷電機(jī)，但趨向也是永磁無(wú)刷電機(jī)。凡是電動(dòng)車(chē)中涉及安全等重要系統(tǒng)中用的電機(jī)采用永磁無(wú)刷電機(jī)替代有刷直流電機(jī)將是一個(gè)趨勢(shì)。電機(jī)永磁體采用燒結(jié)釹鐵硼，繞組形式有集中繞組和分布繞組兩種，電機(jī)結(jié)構(gòu)有外轉(zhuǎn)子和內(nèi)轉(zhuǎn)子兩種。至于汽車(chē)中用的一般電機(jī)目前仍然是有刷直流電機(jī)為主，自動(dòng)車(chē)用的微特電機(jī)約占整個(gè)微特電機(jī)的17%。
（4）電梯采用永磁無(wú)刷同步電機(jī)伺服控制系統(tǒng)后，不僅具有體積小、節(jié)能、控制性能好，又容易實(shí)現(xiàn)減速直接驅(qū)動(dòng)消除齒輪減速裝置，低噪聲、平層精度和舒適性都優(yōu)于以前的有刷直流電機(jī)調(diào)速和異步電機(jī)變頻調(diào)速。適合在無(wú)機(jī)房電梯中使用，因此永磁無(wú)刷同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)得到各大電梯公司的青睞。
?。?）高速高精度加工機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)，目前主要還是用傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)加精密高速滾珠絲桿結(jié)構(gòu)，上世紀(jì)90年代初開(kāi)始，應(yīng)用直線(xiàn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，由于其與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，有一系列的優(yōu)點(diǎn)，速度提高30倍，加速度提高10倍，最大達(dá)10g，剛度提高7倍。當(dāng)然直線(xiàn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)也存在一些缺點(diǎn)和問(wèn)題，如控制難度大、磁干擾、成本較高等，但是總的趨勢(shì)直線(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)占比重會(huì)越來(lái)越大，很有可能將來(lái)成為機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)的主體。由于永磁無(wú)刷同步式直線(xiàn)伺服電機(jī)效率高，推力密度大，可控性好等優(yōu)點(diǎn)，盡管其對(duì)隔磁防塵要求高和裝配較困難，但現(xiàn)在已成為機(jī)床用直線(xiàn)電機(jī)的主流。
?。?）其他領(lǐng)域包括武裝裝備、機(jī)器人、宇航等微特電機(jī)。這些使用領(lǐng)域選用各類(lèi)電機(jī)，品種規(guī)格繁多，如美國(guó)軍用微特電機(jī)有5000多個(gè)品種，年生產(chǎn)量只有300萬(wàn)臺(tái)。隨著機(jī)器人、宇航事業(yè)的發(fā)展，對(duì)微特電機(jī)的需求量將增加，要求也提高。這些領(lǐng)域的伺服驅(qū)動(dòng)類(lèi)電機(jī)也向永磁無(wú)刷電機(jī)發(fā)展，如美國(guó)研制和生產(chǎn)軍用、宇航用微特電機(jī)骨干單位科爾摩根公司，有兩個(gè)永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)系列，M系列有5個(gè)機(jī)座號(hào)，47個(gè)品種，功率從0.54～15.7kW，轉(zhuǎn)速?gòu)?00～1200r/min，連續(xù)轉(zhuǎn)矩從0.89～115N·m，峰值轉(zhuǎn)矩2.41～326.8N·m；MT系列有4個(gè)機(jī)座號(hào)，24個(gè)品種，功率從0.231～6.7kW，轉(zhuǎn)速?gòu)?500～6000r/min，連續(xù)轉(zhuǎn)矩從0.44～46.8N·m，峰值轉(zhuǎn)矩從1.25～115.4N·m。MT系列產(chǎn)品比M系列產(chǎn)品體積更小，效率更高，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量更小，接線(xiàn)插頭可旋轉(zhuǎn)，進(jìn)一步提高武器裝備的快速性、小型化、可靠性和可維性，滿(mǎn)足武品裝備伺服控制系統(tǒng)的要求，廣泛用于雷達(dá)、宇航等領(lǐng)域。美國(guó)已將永磁無(wú)刷電機(jī)用于裝甲車(chē)作為驅(qū)動(dòng)源，代替有刷直流電機(jī)，提高了裝甲車(chē)性能。德國(guó)西門(mén)子公司和芬蘭ABB公司生產(chǎn)的額定功率3820kW，額定電壓2800V，額定轉(zhuǎn)速135r/min的電機(jī)使用在豪華游輪、破冰船、工程船等吊艙式推進(jìn)器，現(xiàn)正在推廣到潛艇，替代有刷直流電動(dòng)機(jī)，提高潛艇性能。
3. 相關(guān)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步為永磁無(wú)刷電機(jī)發(fā)展提供了基礎(chǔ)
永磁無(wú)刷電機(jī)是集新型永磁材料、電力電子、集成電路、計(jì)算機(jī)及電機(jī)技術(shù)于一體的產(chǎn)品，相關(guān)行業(yè)技術(shù)發(fā)展，是永磁無(wú)刷電機(jī)發(fā)展的基礎(chǔ)。80年代初釹鐵硼稀土永磁材料的出現(xiàn)及高速發(fā)展，為永磁無(wú)刷電機(jī)提供高剩磁感應(yīng)強(qiáng)度、高矯頑力、高磁能積的永磁體，對(duì)其溫度系數(shù)大，居里點(diǎn)低，容易氧化生銹的不足，不斷在改進(jìn)提高，現(xiàn)釹鐵硼永磁材料最高工作溫度可達(dá)180℃，一般也可達(dá)到150℃，通過(guò)涂覆處理解決氧化生銹問(wèn)題。永磁無(wú)刷電機(jī)大部分采用粘結(jié)或燒結(jié)釹鐵硼，釹鐵硼永磁材料2005年全球產(chǎn)量將達(dá)到2.3萬(wàn)噸，我國(guó)生產(chǎn)1.4萬(wàn)噸，預(yù)計(jì)2010年全球產(chǎn)量將達(dá)到9萬(wàn)噸，我國(guó)生產(chǎn)5萬(wàn)噸。隨著電力電子技術(shù)和產(chǎn)品一代一代更新，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件性能不斷提高，容量不斷增大，成本不斷降低。大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)已有不少電機(jī)專(zhuān)用集成塊，近幾年出現(xiàn)專(zhuān)門(mén)用于電機(jī)控制的高性能、低價(jià)位的數(shù)字信號(hào)處理器DSP、集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展對(duì)永磁無(wú)刷電機(jī)控制技術(shù)起到有力的推動(dòng)作用，為永磁無(wú)刷電機(jī)發(fā)展提供了基礎(chǔ)。
二 我國(guó)應(yīng)重視永磁無(wú)刷電機(jī)的 研究、開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化
?。?）我國(guó)改革開(kāi)放后，經(jīng)濟(jì)得到了迅速發(fā)展，但是，是高消耗的粗放型經(jīng)濟(jì)發(fā)展，我國(guó)提出了“十一五”期末單位國(guó)內(nèi)總產(chǎn)值能源消耗降低20%左右的目標(biāo)，也提出了建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，國(guó)家發(fā)改委編制的中期能源節(jié)約規(guī)劃中將永磁電機(jī)作為節(jié)能推廣產(chǎn)品，因?yàn)殡娏Φ?0%左右消耗在電機(jī)上。因此我們應(yīng)該積極加速各類(lèi)永磁無(wú)刷電機(jī)的研究、開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。
（2）我國(guó)是稀土材料儲(chǔ)藏大國(guó)，我們理應(yīng)加強(qiáng)稀土永磁材料的應(yīng)用研究，提高稀土材料的性能。
?。?）我國(guó)除有稀土永磁材料豐富的優(yōu)勢(shì)外，還有永磁無(wú)刷電機(jī)人才資源，政府應(yīng)制定相應(yīng)地優(yōu)惠政策，實(shí)現(xiàn)政府推動(dòng)下的產(chǎn)學(xué)研的聯(lián)合，充分發(fā)揮各方面人才優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行聯(lián)合開(kāi)發(fā)、聯(lián)合攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，打造出有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的各類(lèi)永磁無(wú)刷電機(jī)品牌。
?。?）我國(guó)使用的精密永磁交流伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)絕大部分依整進(jìn)口，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)每年進(jìn)口費(fèi)用2億美元左右，我們有責(zé)任迅速實(shí)現(xiàn)各類(lèi)永磁無(wú)刷電機(jī)產(chǎn)業(yè)化，形成真正的商品，替代進(jìn)口，改變依賴(lài)進(jìn)口的局面，使我國(guó)不僅是微特電機(jī)生產(chǎn)大國(guó)，又是微特電機(jī)技術(shù)強(qiáng)國(guó)。
北京精開(kāi)科技有限公司 Copyright @ 2004-2022 All Rights Reserved
京ICP備2022008609號(hào)