20世纪70年代随着稀土永磁材料的发展，稀土永磁电机应运而生。永磁电机采用稀土永磁体进行励磁，永磁体磁化后可产生永久磁场。其励磁性能优异，在稳定性、质量、降低损耗等方面均优于电励磁电机，震动了传统电机市场。

近年来，随着现代科学技术的快速发展，电磁材料特别是稀土电磁材料的性能和技术逐渐提高。加之电力电子、动力传动技术和自动控制技术的快速发展，永磁同步电机的性能越来越好。

此外，永磁同步电机具有重量轻、结构简单、体积小、特性好、功率密度高等优点。许多科研机构和企业正在积极开展永磁同步电机的研发，其应用领域将进一步扩大。

1.永磁同步电机的发展基础

a.高性能稀土永磁材料的应用

稀土永磁材料经历了SmCo5、Sm2Co17、Nd2Fe14B三个阶段。目前，以NdFeB为代表的永磁材料因其优异的磁性能，成为应用最广泛的一类稀土永磁材料。永磁材料的发展带动了永磁电机的发展。

与传统的电励磁三相感应电机相比，永磁体取代了电励磁磁极，简化了结构，取消了转子的滑环和电刷，实现了无刷结构，减小了转子的尺寸。这提高了电机的功率密度、扭矩密度和工作效率，并使电机变得更小、更轻，进一步扩大了其应用领域，推动电机向更高功率方向发展。

b.新控制理论的应用

近年来，控制算法发展迅速。其中，矢量控制算法从原理上解决了交流电机的驱动策略问题，使得交流电机具有良好的控制性能。直接转矩控制的出现，使得控制结构更加简单，并且具有针对参数变化的电路性能强、转矩动态响应速度快的特点。间接转矩控制技术解决了直接转矩低速时转矩脉动大的问题，提高了电机的速度和控制精度。

c.高性能电力电子器件及处理器的应用

现代电力电子技术是信息产业与传统产业之间的重要接口，是弱电与受控强电之间的桥梁。电力电子技术的发展使得驱动控制策略得以实现。

20世纪70年代出现了一系列通用逆变器，可以将工频电源转换为频率连续可调的变频电源，从而为交流电源的变频调速创造了条件。这些变频器在频率设定后具有软启动能力，频率可以从零以一定的速率上升到设定频率，并且上升速率可以在较大范围内连续调节，解决了同步电机的启动问题。

2.国内外永磁同步电机发展现状

历史上第一台电机是永磁电机。当时永磁材料的性能比较差，永磁体的矫顽力和剩磁太低，所以很快就被电励磁电机所取代。

20世纪70年代，以NdFeB为代表的稀土永磁材料矫顽力大、剩磁大、退磁能力强、磁能积大，使大功率永磁同步电机登上了历史舞台。现在，永磁同步电机的研究日趋成熟，并向高转速、大扭矩、大功率、高效率方向发展。

近年来，在国内学者和政府的大力投入下，永磁同步电机得到了快速发展。随着微机技术和自动控制技术的发展，永磁同步电机已广泛应用于各个领域。由于社会的进步，人们对永磁同步电机的要求越来越严格，促使永磁电机向着更大的调速范围和更高精度的控制方向发展。由于目前生产工艺的改进，高性能永磁材料得到了进一步的发展。这大大降低了它的成本，并逐渐应用到生活的各个领域。

3.现有技术

一个。永磁同步电机设计技术

与普通电励磁电机相比，永磁同步电机没有电励磁绕组、集电环和励磁柜，不仅稳定性和可靠性大大提高，而且效率也大大提高。

其中，内置式永磁电机具有效率高、功率因数高、单位功率密度高、弱磁扩速能力强、动态响应速度快等优点，是驱动电机的理想选择。

永磁体提供永磁电机的整个励磁磁场，齿槽转矩会增加电机运行过程中的振动和噪声。过大的齿槽转矩会影响电机速度控制系统的低速性能和位置控制系统的高精度定位。因此，在设计电机时，应通过电机优化尽可能降低齿槽转矩。

据研究，降低齿槽转矩的一般方法有改变极弧系数、减小定子槽宽、斜槽与极槽匹配、改变磁极的位置、尺寸和形状等。需要注意的是，减小齿槽转矩时，可能会影响电机的其他性能，例如电磁转矩可能会相应减小。因此，设计时应尽可能平衡各种因素，以达到最佳的电机性能。

b.永磁同步电机仿真技术

永磁电机中永磁体的存在使得设计者计算参数变得困难，例如空载漏磁通系数和极弧系数的设计。一般采用有限元分析软件来计算和优化永磁电机的参数。有限元分析软件可以非常精确地计算电机参数，用它来分析电机参数对性能的影响是非常可靠的。

有限元计算方法使我们对电机电磁场的计算和分析更加简单、快捷、准确。这是在差分法基础上发展起来的一种数值方法，在科学和工程中得到了广泛的应用。使用数学方法将一些连续的解域离散成单元组，然后在每个单元中进行插值。这样就形成了线性插值函数，即利用有限元进行模拟分析的近似函数，可以让我们直观地观察电机内部磁力线的方向和磁通密度的分布。

c.永磁同步电机控制技术

提高电机驱动系统的性能对于工业控制领域的发展也具有重要意义。它使系统能够以最佳性能驱动。其基本特点体现在低速时，特别是在快速启动、静态加速等情况下，能输出较大的扭矩；高速行驶时，可实现大范围恒功率调速。表1比较了几种主要电机的性能。

从表1可以看出，永磁电机可靠性好、调速范围宽、效率高。如果结合相应的控制方法，整个电机系统可以达到最佳的性能。因此，需要选择合适的控制算法来实现高效的调速，使电机驱动系统能够工作在较宽的调速区域和恒功率范围内。

永磁电机调速算法中广泛采用矢量控制方法。具有调速范围宽、效率高、可靠性高、稳定性好、经济效益好等优点。广泛应用于电机驱动、轨道交通、机床伺服等领域。由于用途不同，目前采用的矢量控制策略也不同。

4.永磁同步电机的特点

永磁同步电机结构简单、损耗低、功率因数高。与电励磁电机相比，由于没有电刷、换向器等装置，不需要无功励磁电流，因此定子电流和电阻损耗更小，效率更高，励磁扭矩更大，控制性能好更好。但也存在成本高、启动困难等缺点。由于控制技术在电机上的应用，特别是矢量控制系统的应用，永磁同步电机可以实现宽范围调速、快速动态响应和高精度定位控制，因此永磁同步电机将吸引更多的人进行广泛的研究。

五、安徽明腾永磁同步电机技术特点

一个。电机功率因数高，电网品质因数高。无需功率因数补偿器，可充分利用变电站设备的容量；

b.永磁电机由永磁体励磁，同步运行。无转速脉动，驱动风机、水泵时不增加管道阻力；

c.永磁电机可根据需要设计高启动扭矩（3倍以上）和高过载能力，从而解决“大马拉小车”的现象；

d.普通异步电动机的无功电流一般约为额定电流的0.5-0.7倍。明腾永磁同步电机不需要励磁电流。永磁电机与异步电机的无功电流相差50%左右，实际运行电流比异步电机低15%左右；

e.电机可设计为直接启动，外形安装尺寸与目前广泛使用的异步电机相同，可全面替代异步电机；

f.增加驱动器可实现软启动、软停止、无级调速，动态响应好，节电效果进一步提高；

g。电机具有多种拓扑结构，直接满足大范围、极端条件下机械设备的基本要求；

h.为了提高系统效率、缩短传动链、降低维护成本，可设计制造高、低速直驱永磁同步电机，以满足用户更高的要求。

安徽明腾永磁机电设备有限公司（https://www.mingtengmotor.com/）成立于2007年，是一家专业从事超高效率永磁同步电机研发、生产和销售的高新技术企业。公司运用现代电机设计理论、专业设计软件和自主研发的永磁电机设计程序，对永磁电机的电磁场、流体场、温度场、应力场等进行模拟，优化磁路结构，提高永磁电机的性能。电机的能效水平，从根本上保证永磁电机的可靠使用。

本文不代表我公司观点。如果您有不同的意见或看法，欢迎指正！

发布时间：2024年9月14日