稀土永磁体在电机中的应用

稀土永磁材料是一种高性能功能材料，这种材料是许多高新技术产业的基础。在电机中用永磁体可使电机产品轻型化、高性能化，与电力电子技术结合，制成速度、转矩可调的机一体化产品。

稀土永磁电机是钕铁硼磁体最大的应用领域，约占磁体总量的70％，计算机硬盘配套的圈电机(VCM)占40％～50％，所以计算机产业是永磁电机的最大用户。

采用稀土永磁电机可以明显减轻电机的重量，如10kW普通发电机，重量为220kg，而稀永磁发电机为92k8。德国西门子研制的1095kW、230rpm六级永磁同步电动机，用于舰船的进，与过去使用的直流电动机相比，体积减少60％左右，总损耗降低20％。

稀土永磁电机高效节能，平均节电率高达10％，某些专用电机节电率高达15％~20％，且价格合理。我国开发的高效节能稀土永磁电动机，在力能指标及价格方面，国外高效电机不能与之相比，在国际市场有极强的竞争力。世界各国都把提高电动机的效率、节约电能作一件大事来抓，特别是美国，1992年美国前总统布什签署批准了能源政策法，按该法令自199710月24日之后，美国大部分一般效率电动机将不再生产，只允许生产高效率电动机，2002年10月后将生产更高效率电动机，2007年10月后将生产技术上达到极限、经济上可行最高效率电动机。

从节能方面考虑稀土永磁电动机是一种较为理想的电动机，市场前景看好。我国每年生各种电动机3600万kW，其中18.5kW以下小型电动机约占50％，而稀土永磁高效节能电机在型电机中节电效果最为显著。稀土永磁电机在信息产业、机电一体化、汽车、摩托车、冶金山设备、风机、水泵、油田设备、纺织机械、家用电器等领域有着广泛应用，其中自起动稀永磁高效节能电动机正在油田抽油机、风机、水泵方面逐步推广应用，并已形成系列化产品。

我国电动机保有量约4亿kW以上，年广3600万kW，年消耗电能占总电量的60％。中风机、水泵配套电动机占总量的55％，年消耗电能占总发电量的40％，而目前风机、水泵产品电能利用率非常低。据国家统计局1989年统计，我国有各种泵类、风机3700多万台，配套装机容量1.1×105MW，实际运行效率不到50％，系统运行效率不到30％，每年浪费电大约200亿kW·h。据电力部门估算，煤炭行业的风机、水泵，50、60年代的老。设备约占1/3，其本身运行效率只有30％～40％，系统运行效率大约为20％，如，用量大的5kW水泵，常要配7.5kW电机，但经常在3kW负载下运行，实测效率只有38％，造成巨大的能源浪费，种电机若采用稀土永磁专用电机，电机成本只增加30％～50％，运行效率可提高到50%～55%，从根本上改变能源浪费状况，如果每年生产300万kW稀土永磁电机，每年可为国家节省电力投资6亿元，节省电费3亿元。

发展稀土永磁电机，在减少进口、增加出口创汇方面，也有着很重要的意义，如，我国每年生产1000万台计算机，为其配套的磁盘驱动器全部依赖进口，或购进零部件在国内组装，旦以美国为首的西方国家对我国进口磁盘驱动器加以限制，我国计算机生产将受到严重影响。如，数控机床，因电机和传动控制系统不合要求而每年进口花费22亿美元以上。

在出口贸易方面意义更为突出。众所周知，每种机械产品都要配备电动机。美国1997就以立法的方式，停止生产一般效率的电动机(与我国大量生产的Y系列电机性能相当)，相加拿大、英国、日本也都效法美国停止生产一般效率的电动机，如果不采取措施，加快发展效节能电动机，我们将很快失去机械产品的国际市场。我国研制的稀土永磁电机价格、性能国际市场上很有竞争力，目前已有一些产品出口。

纵观稀土永磁电机的发展，1821年出现的世界上第一台电机就是永磁电机，但当时所用永磁体的磁能积很低，制成的电机体积庞大而容量很小，不久被电励电机所取代。一直到本纪60年代以后，相继出现了衫钻和钕铁硼稀土永磁材料，具有高剩磁、高矫顽力和高磁能积优异性能，制成电机后具有高效节能的优越性能。早在1978年法国CEM公司制成了18.5kW以下的高效节能电机，但因当时采用钐钴永磁体成本太高，未能推广。

1983年以前，由于稀土永磁体价格昂贵，研究开发重点是航空、航天用电机和要求高性能而价格不是主要因素的高科技领域。国外的典型产品是美国通用电气公司制造的150kVAl2000～21000rpm稀土钴永磁起动／发电机，国内是沈阳工业大学开发的3kW2000rpm土永磁电机和该校与东方电机厂、哈尔滨电机厂联合开发的60～75kVA(后扩展至160kVA)稀钴永磁副励磁机与钕铁硼副励磁机。

1983年，磁性能更高而价格相对较低的钕铁硼永磁体问世后，国内外研究开发重点转移到工业和民用电机上。国外主要是计算机硬盘驱动器电机，即驱动读写磁头往复运动的卷式直线电动机一音圈电动机(VCM)、数控机床和机器人用的无刷直流电动机以及豪华轿车用起动电机。国内主要是各种高效永磁同步电动机，特别是西北工业大学开发的0.8kW纺织专永磁同步电动机。

近年来，随着稀土永磁材料性能的不断提高，特别是钕铁硼永磁材料的热稳定性、耐腐性的改善和价格的逐步降低以及电力电子器件技术的进一步发展，稀土永磁电机的开发和应进入了一个新阶段，一方面，原有开发的成果在国防、工农业和日常生活等方面得到广泛的用；另一方面，正向大功率化(高转速、高转矩)、高功能化和微型化方向发展，扩展新的电品种和应用领域。目前，稀土永磁电机的单台容量已超过1000kW，最高转速已超过300000rpm，低转速低于0.01rplh，最小电机外径只有0.8mm，长1.2mm。在步进电动机、开关磁阻电动、速同步电动机等特种电机中增加钕铁硼永磁励磁后，其技术经济性能、动态响应特性都有明显改进与提高。

各国的国情不同，稀土永磁材料在电机中的应用情况不尽相同。日本在VCM中的应用量占稀土永磁总用量的50％左右，美国在航空、航天、军工、汽车和机床等领域电机中的用量大，欧洲在数控机床中的应用最多。但稀土磁钢在各种电机中的总用量占稀土永磁总产量的例相差不大，一般为60％～80％。

我国稀土资源丰富，稀土永磁产量居世界首位。但稀土永磁材料产量的2/3用于出口，国内销售的1/3中用于电机的比例很低。今后应以高效高性能永磁电动机作为开发重点，并快实现产业化。