随着20世纪70年代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，永磁体经充磁后可产生永久磁场。其励磁性能优异，在稳定性、品质、降低损耗等方面均优于电励磁电机，撼动了传统电机市场。

近年来，随着现代科学技术的飞速发展，电磁材料特别是稀土电磁材料的性能和技术逐渐得到提高，再加上电力电子技术、电力传动技术、自动控制技术的飞速发展，永磁同步电动机的性能越来越好。

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拓展。

1.永磁同步电机发展基础

a.高性能稀土永磁材料的应用

稀土永磁材料的发展经历了SmCo5、Sm2Co17、Nd2Fe14B三个阶段。目前，以钕铁硼为代表的永磁材料凭借其优异的磁性能，成为应用最为广泛的稀土永磁材料类型。永磁材料的发展带动了永磁电机的发展。

与传统电励磁三相感应电动机相比，永磁体取代了电励磁极，简化了结构，取消了转子的滑环和电刷，实现了无刷结构，减小了转子尺寸，提高了电机的功率密度、转矩密度和工作效率，使电机体积更小、重量更轻，进一步拓展了其应用领域，推动了电动机向大功率方向发展。

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，使交流电机具有良好的控制性能。直接转矩控制的出现，使控制结构更加简单，且具有电路对参数变化适应能力强、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在低速时转矩脉动大的问题，提高了电机的转速和控制精度。

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的实现成为可能。

20世纪70年代出现了一系列通用变频器，能将工频电能变换为频率连续可调的变频电能，为交流电的变频调速创造了条件。这些变频器具有频率设定后的软启动能力，频率能以一定的速率从零上升到设定频率，且上升速率可在较大范围内连续调节，解决了同步电动机的启动问题。

2.国内外永磁同步电机发展现状

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

20世纪70年代，以钕铁硼为代表的稀土永磁材料具有很大的矫顽力、剩磁、强退磁能力和大的磁能积，使得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，并朝着高转速、大转矩、大功率、高效率的方向发展。

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迅速发展。随着微计算机技术和自动控制技术的发展，永磁同步电机在各个领域得到了广泛的应用。由于社会的进步，人们对永磁同步电机的要求也越来越严格，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，使其成本大大降低，并逐渐应用到生活的各个领域。

3. 现有技术

a.永磁同步电机设计技术

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

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

永磁体提供了永磁电机的全部励磁磁场，齿槽转矩会增加电机运行时的振动和噪声。过大的齿槽转矩会影响电机调速系统的低速性能和位置控制系统的高精度定位。因此，在电机设计时，应通过电机优化尽可能地减小齿槽转矩。

研究显示，减小齿槽转矩的常用方法包括改变极弧系数、减小定子槽宽、匹配斜槽与极槽、改变磁极位置、尺寸和形状等。但需要注意的是，减小齿槽转矩的同时，可能会影响电机的其他性能，例如电磁转矩可能会相应降低。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

永磁电机中永久磁铁的存在，给设计人员带来了参数计算的困难，例如空载漏磁通系数、极弧系数的设计等。一般采用有限元分析软件对永磁电机的参数进行计算和优化。有限元分析软件可以非常精确地计算电机参数，利用有限元分析软件来分析电机参数对性能的影响非常可靠。

有限元计算方法使我们对电机电磁场的计算分析更加便捷、快速和准确。这是一种在差分法基础上发展起来的数值方法，在科学与工程领域得到了广泛的应用。它利用数学方法将一些连续的解域离散成一组组单元，然后在每个单元中进行插值。这样就形成了一个线性插值函数，即利用有限元进行模拟分析的近似函数，从而让我们能够直观地观察到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

提升电机驱动系统的性能对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进行驱动。其基本特性体现在低速时，尤其是在快速启动、静态加速等情况下，能够输出较大的转矩；而在高速驱动时，能够在较宽的范围内实现恒功率调速控制。表1比较了几种主流电机的性能。

从表1可以看出，永磁电机可靠性好、调速范围宽、效率高。若结合相应的控制方法，可以使整个电机系统达到最佳性能。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在较宽的调速区域和恒功率范围内工作。

矢量控制方法是永磁电机调速算法中应用较为广泛的一种控制方法，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，在电机驱动、轨道交通、机床伺服等领域有着广泛的应用。由于用途不同，目前采用的矢量控制策略也有所不同。

4.永磁同步电机的特点

永磁同步电动机结构简单，损耗小，功率因数高。与电励磁电动机相比，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较小，效率较高，励磁转矩较大，控制性能较好。但也存在成本高、起动困难等缺点。由于控制技术在电机中的应用，特别是矢量控制系统的应用，永磁同步电动机可以实现宽范围调速、快速动态响应和高精度定位控制，因此永磁同步电动机将吸引更多人进行广泛的研究。

5.安徽明腾永磁同步电机技术特点

a.电机功率因数高，电网品质因数高，无需功率因数补偿器，可充分利用变电设备的容量；

b.永磁电动机采用永磁体励磁，同步运转，无转速脉动，驱动风机、泵类时不增加管路阻力；

c.永磁电机可根据需要设计成具有较高的启动转矩（可达3倍以上）、较高的过载能力，从而解决了“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，明腾永磁同步电机无需励磁电流，永磁电机与异步电机的无功电流相差约50%，实际运行电流比异步电机低15%左右；

e.电动机可设计为直接启动，外形安装尺寸与目前普遍使用的异步电动机相同，可完全替代异步电动机；

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

g.电机具有多种拓扑结构，直接满足机械设备在大范围、极端条件下的基本要求；

h.为提高系统效率，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，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/江苏省南京市南海区永磁电机有限公司成立于2007年，是一家专业从事超高效永磁同步电机研发、生产和销售的高新技术企业。公司运用现代电机设计理论、专业设计软件及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、应力场等进行仿真分析，优化磁路结构，提高电机的能效水平，从根本上保证永磁电机的可靠使用。

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