现代永磁电机技术的应用及开发问题研究

2015-04-18张丽丽

机电信息 2015年9期

张丽丽

（辽宁公安司法管理干部学院，辽宁沈阳110161）

0 引言

作为传统电气工程的重要分支，电机技术的研究开展已久，特别是20世纪90年代以来，随着环境问题的不断加剧，世界各国对于清洁能源的开发利用以及各种动力车辆、船舰、飞机等的研发力度也不断增大，给永磁电机的发展提供了良好的契机。本文在分析现代永磁电机主要技术及发展方向的基础上，提出了永磁电机制造过程中存在的主要问题和提升制造质量的基本途径，并探讨了永磁电机技术在电机市场中的应用情况。

1 现代永磁电机技术

1.1 充磁技术

当前所使用的永磁电机中的半导体器件结构形式需要以充磁技术作为基础支撑，如此现代永磁电机的功能才能更好地发挥出来。随着当前半导体器件的不断发展，其逐渐呈现出功率越来越大的特点，这就在客观上给充磁技术的发展提出了要求，其要与现代永磁电机的发展相适应。

1.2 装配技术

由于NdFeB永磁材料本身具有一定的高矫顽力特点，所以现代永磁电机装配过程中应充分保证单块Nd FeB材料的稳定性，这就需要提升NdFeB永磁材料装配技术水平。现代永磁电机在开路状态下具有不会失磁的优点，应大力应用NdFeB永磁材料，更好地实现现代永磁电机生产。

1.3 解析技术

磁路设计与计算是现代永磁电机解析过程的关键，其主要应用FEM计算方法及模糊优化磁路计算方法。当前，永磁电机解析过程中应首先确定磁路参数，其次应经过精确的漏磁计算来实现对永磁电机的精确解析，进而更为合理地开展现代永磁电机设计工作。

1.4 控制技术

控制技术集中表现在模块化和智能化2个方面，随着现代永磁电机控制技术的不断发展，矢量控制技术在永磁电机设计生产过程中得到了较为广泛的应用，在很大程度上促进了现代永磁电机种类的增加，不仅扩大了永磁电机市场，还有效扩展了永磁电机技术应用领域。

2 现代永磁电机技术应用的发展方向

2.1 大功率化

现代永磁电机技术的大功率化发展主要是由于高矫顽力NdFeB永磁材料的设计研发和广泛应用使得永磁电机的退磁性有效降低，在结合高速开关的基础上，实现了变速驱动电源的大容量化，从而使现代永磁电机的功率达到了数百千瓦，转速达到了30 000 r／min。

2.2 大转矩化

船用推进器永磁无刷直流电机的成功研制及其在国外的推广应用，使得其额定转矩发生了巨大的变化，永磁无刷直流电机的磁极采用了衫钻永磁材料，容量直接达到了1 095 k W，转速为230 r／min，与普通的直流电机相比，其体积缩小了60%左右。

2.3 耐高温化

随着科研水平的不断进步以及各种新型材料的研发和使用，电机绕组中采用了现代陶瓷以及玻璃纤维等材料进行内部绝缘处理，并采用了陶瓷轴承和固体润滑脂，使得该种电机能在200～300℃的高温条件下较为稳定地运行。

2.4 一体化

当前，家用电器以及各种自动化办公技术的应用和普及，使得永磁无刷直流电机和电源实现了在同一机壳内的组装，最终形成了永磁电机真正意义上的一体化。在国际范围内，德国、日本、法国都已经成功应用了该产品，其最大容量为100 k W，但重量却不到30 kg，该产品的轻量化程度可见一斑。

2.5 智能化

现代永磁电机的智能化发展主要是指其能通过控制中心设计以及相关网络实现对永磁电机运行状态的良好控制，与此同时对电机运行过程中的故障问题进行报警，在较大程度上提升了现代永磁电机运行的安全性和稳定性。

3 永磁电机制造过程中面临的主要问题

3.1 定子加工工艺复杂

从对横向磁通永磁电机制造过程的分析来看，定子加工工艺较为复杂，这就直接造成在工人加工过程中加工质量不能得到有效保障。虽然在定子加工时已对加工工具进行了改进，但效果并不明显，与此同时特殊加工工具在定子加工过程中的应用也相应增加了一定的制造成本，使得定子加工的经济效益大大降低。该问题在严重制约定子品质的同时，也使得永磁电机在安全性方面产生了巨大隐患。

3.2 工序质量不稳定

永磁体作为永磁电机制造过程中的关键，其需要与转子精密配合，所以对永磁体的尺寸要求较为严格，假如尺寸超过了一定范围限制，那么很可能会造成较大的问题，例如导致转子及永磁体损坏，从而给永磁电机的质量带来较为严重的影响。

3.3 定子损坏严重

通过对存在问题的半成品进行检查分析可知，大约有60%的产品不合格源于定子损坏，另外还有20%属于不可修复的质量问题，该种情况在造成一定损失的同时间接增加了加工成本，因此如何减少定子损坏数目、提升定子加工质量，已经成为当前永磁电机制造过程中亟需解决的重要问题。

4 提升永磁电机制造质量的基本途径

从永磁电机的产品质量特征分析来看，其主要由组成零件的质量和装配质量决定，所以提升永磁电机制造质量的主要途径有以下两种：

（1）提升加工设备精度。提升加工设备精度的主要目的是减少制造过程中存在的误差，因此应采用现代化的高精度加工机床，其一般情况下都配备了可靠性较高的传感器检测机构和模糊控制、神经网络控制系统，从而能有效地对加工状态实施检测，并优化处理过程参数，进而对加工过程中存在的误差进行补偿和修正。

（2）加强制造过程质量控制。对于制造过程的质量控制可以采用统计质量控制和建模质量控制的方法，实现对大批量产品的在线及离线测量。统计质量控制简单来说就是运用数理统计的基本方法，对永磁电机零件生产的特性数据进行分析，并判断其生产稳定状态，从而区别和划分误差的性质，另外还需对界限制定、抽样方案等进行控制。建模质量控制主要是建立起永磁电机加工的过程模型，其又可分为基础模型和应用模型，在模型建立的过程中通过方程描述以及随机公式描述来确定过程的不确定性和输出参数的偏离值，从而抽象代替该过程的输入和输出关系。