世界上最早的電機(jī)原型就是永磁電機(jī),只是當(dāng)時永磁材料性能不良,而被電磁式電�(jī)占了主流。鋁鎳鈷永磁體的問世使永磁電�(jī)開始�(fā)�,但由于其價格比較高,所以鋁鎳鈷永磁電動�(jī)�(yīng)用面并不廣。自從廉價鐵氧體的出�(xiàn)才使永磁電動�(jī)的應(yīng)用量大幅度增�,應(yīng)用面從玩具電�(jī)、音像電�(jī)、汽車微電機(jī)到工�(yè)用的小功率驅(qū)動和伺服�(qū)動等。據(jù)�(tǒng)計,500W以下�直流電機(jī)中永磁電動機(jī)�92%以�,其中絕大多�(shù)是鐵氧體永磁電動�(jī)。鐵氧體使用至今,但由于其磁性較差,不適合高性能電機(jī)的需�,因�20世紀(jì)60年代出現(xiàn)了稀土釤鈷永磁體,其磁能積是鋁鎳鈷的四倍多,是鐵氧體的五倍多。釤鈷永磁體的出�(xiàn)使高性能伺服電動�(jī)得到實現(xiàn)�
但由于釤鈷永磁體價格過高,限制了其應(yīng)用�20世紀(jì)80年代出現(xiàn)釹鐵硼永磁材��
除了工作溫度和磁溫度系數(shù)不及釤鈷永磁體外,其他性能都超過了釤鈷,而且釹鐵硼永磁體�(yuǎn)比釤鈷價格低得多。高性能永磁體的出現(xiàn)和性能不斷提高,將會引起電�(jī)行業(yè)的巨大改�。預(yù)計各種伺服電動機(jī),不論是直流和交�,還�步�(jìn)電機(jī)最終都將過渡到永磁電機(jī),甚至于�(yīng)用領(lǐng)域很廣的交流異步電機(jī)也最終要被各類型的永磁電�(jī)所代替�
微型永磁直流電動�(jī)向經(jīng)�(jì)型和高性能型兩個方向發(fā)展。所謂經(jīng)�(jì)�,主要是指音響聲像設(shè)備中使用的微型直流電動機(jī),如各種錄音�(jī),錄像機(jī)、組合音響、電唱機(jī)、隨身聽、收音機(jī)、激光唱�(jī)、數(shù)字激光視盤機(jī)及汽車音響等。其特點是數(shù)量極�,價格低廉,一般每只幾�。日本萬寶至公司是世界生�(chǎn)�(jīng)�(jì)永磁直流電動�(jī)最多的企業(yè),每年產(chǎn)量數(shù)十億�。但由于日元升值,日本本土在基本不生產(chǎn)這種電動�(jī),大部分�(zhuǎn)移中國大陸和東南亞各國。如萬寶至馬�(dá)公司在大連設(shè)立的萬寶至馬�(dá)大連有限公司和萬寶至馬�(dá)瓦房店有限公司以及萬寶至香港公司在東莞設(shè)立的來料加工工場,其�(chǎn)量已占總公司的絕大部�。日本三洋電�(jī)株式會社在蛇口設(shè)立的公司,投�1億港�,其中微型直流電動機(jī)年產(chǎn)�6000萬臺� 日本三協(xié)精機(jī)公司在廈門和廣東設(shè)立的獨資企業(yè),年�(chǎn)各種微型直流電動�(jī)�(dá)�2億臺。香港德昌電�(jī)有限公司年產(chǎn)各種微電�(jī)10億臺以上,其中大部分是用于汽車電器中的微型直流電�(jī)。該公司還正在籌建年�(chǎn)量達(dá)4億臺的音響設(shè)備用小電�(jī)生產(chǎn)加工基地。日本美之美電機(jī)有限公司在珠海設(shè)立的珠海三美電機(jī)有限公司,年�(chǎn)微型直流電動�(jī)1億臺左右。這些電機(jī)基本上都是廉價的電機(jī)。我國大陸先后從日本引�(jìn)�9條音響聲像電�(jī)生產(chǎn)線,不僅抵御了�(jìn)口電�(jī)的沖�,而且成為此類電機(jī)生產(chǎn)大國。如阜陽市青峰機(jī)械廠,先后從日本三協(xié)公司和萬寶至公司引�(jìn)電子�(wěn)速永磁直流電動機(jī)生產(chǎn)線及生產(chǎn)技�(shù),又在深圳合資創(chuàng)辦了深圳�(fā)�(fā)微電�(jī)公司� 在合肥創(chuàng)辦了三維電子有限公司,加上本廠一起月�(chǎn)量達(dá)300萬臺,另外浙江海山集�(tuán)公司,常州微特電�(jī)總廠等廠家也先后從國外引�(jìn)生產(chǎn)線。目前國�(nèi)企業(yè)�(jīng)�(jì)型微型直流電動機(jī)�(chǎn)量在2億臺,而獨資企�(yè)�(chǎn)量估計在10億臺左右,所以在中國大陸生產(chǎn)的經(jīng)�(jì)型微型直流電動機(jī)占了全世界總量的絕大部分。這種�(jīng)�(jì)型電�(jī)在技�(shù)上難度不�,但是生�(chǎn)必須有規(guī)模,年產(chǎn)百萬臺級別是不行�,必須達(dá)到千萬臺�(chǎn)量的�(shù)量級,所以設(shè)備投資巨��
�(jīng)�(jì)型直流電動機(jī)的發(fā)展趨勢是隨著其使用的要求而發(fā)展的,比如對于音響電�(jī),是隨著整機(jī)對電動機(jī)追求更加小型、超�、高速、高精度和低噪聲而不斷滿足其需�。因此這類電機(jī)的發(fā)展趨勢是�
⑴扁平輕小化。如錄音�(jī) 、電唱機(jī)、隨身聽、錄音機(jī)等設(shè)�、片狀電機(jī)受到青睞�
⑵無刷化。如錄像�(jī),對磁鼓和主軸電�(jī)提出較高要求,而它是確保質(zhì)量的�(guān)鍵元�,所以現(xiàn)在大多采用無刷直流電�(jī),以提高工作可靠�、高效率和降低低噪聲�
⑶高�(zhuǎn)速化。在2000年日本小電機(jī)研討會暨展覽會上,三�(xié)、佳�、松下等公司都展出了DVD主軸電機(jī),CD-ROM電機(jī),轉(zhuǎn)速都�2000r/min以上,為了克服高速狀�(tài)下的軸承和噪聲問題,采用了動壓軸承結(jié)�(gòu)。利用空氣和油的動壓軸承與滾珠軸承相比,在體�、速度、噪聲和清潔度方面均有改�(jìn),且生產(chǎn)成本低,其應(yīng)用領(lǐng)域在逐步�(kuò)��
⑷高精度�。如錄音�(jī)電機(jī)的穩(wěn)速誤差要求不大于0.75%,噪聲不大�32dB,抖晃率不大�0.03%。又如鼓電機(jī)是錄像機(jī)磁鼓伺服系統(tǒng)的主要部�,要求鼓電機(jī)的力矩波動小,噪聲低,機(jī)械安裝精度高,動�(tài)特性好。對DVD主軸電機(jī)要求與盤片配合的電機(jī)端面�(zhuǎn)盤加工精度和配裝精度很高,轉(zhuǎn)盤端面跳動不大于20μm。要求微型永磁電動機(jī)高精度化是今后必然趨��
稀土永磁材料的研制開發(fā)對微電機(jī)的發(fā)展起了極大的推動作用。在美國、日本和西歐等發(fā)�(dá)國家,稀土永磁材料在電機(jī)中的�(yīng)用已占稀土永磁總銷售�60%以�。稀土永磁材料具有高的剩磁和矯頑力及磁能�,且具有良好的動�(tài)回復(fù)特�,尤其適合于高性能的微電機(jī)�
各向同性NdFeB粘結(jié)永磁體具有一些深受生�(chǎn)者和用戶喜愛的優(yōu)�,例如從�
�(jī)生產(chǎn)者的角度�,這種粘結(jié)永磁體的�(yōu)點是�
⑴尺�、重�、性能上比粘結(jié)鐵氧體好幾��
⑵制作過程中工件不磁�,在計算�(jī)外圍�(shè)備應(yīng)用中有較少的污染�
⑶各向同性磁化可去掉�(zhuǎn)子鐵心,降低�(zhuǎn)子的�(zhuǎn)動慣量和制作成本�
⑷在多極電機(jī)�(shè)計中的高抗退磁能��
⑸在動態(tài)�(fù)載下�(wěn)定的電機(jī)性能�
⑹在Hcj的溫度系�(shù)比各向異性NdFeB粘結(jié)永磁體低�
在國�,釹鐵硼電機(jī)的應(yīng)用越來越�。德國西門子公司年�(chǎn)�(shù)控機(jī)�,工�(yè)�(jī)器人用永磁電動機(jī)10萬臺以上� 西方各國1995年生�(chǎn)計算�(jī)外圍�(shè)備用音圈電機(jī)320萬臺�2000年達(dá)�600萬臺。美國通用汽車公司對汽車用稀土永磁電�(jī)的發(fā)展極為樂觀,該公司年需釹鐵硼電�(jī)�(dá)2億臺之多� 歐共體決定撥??钗忻绹茽柕麓髮W(xué)專題研制釹鐵硼電�(jī)。日本是生產(chǎn)釹鐵硼永磁體的大�,一直壟斷永磁電動機(jī)市場�
近年國外開發(fā)了一種可實現(xiàn)小型低�、大�(zhuǎn)矩化的電動機(jī)� 即便HD電機(jī)(High Density Motor )它采用高性能稀土永磁材料和特殊磁回路的DD電動�(jī)(Direct Drive Motor)與小型高性能伺服�(qū)動器組合而成。電�(jī)為外�(zhuǎn)子結(jié)�(gòu),由電動�(jī)部分、軸�、轉(zhuǎn)子位置輸出部分構(gòu)�,直接和�(zhuǎn)子連接。在HD電機(jī)的磁回路
�,外�(zhuǎn)子鐵心槽中嵌有片狀的高性能稀土永磁,在電�(jī)�(nèi)藏有電磁減速齒�,達(dá)到低速大�(zhuǎn)矩的目的。與傳統(tǒng)的直接驅(qū)動電�(jī)比較,其鐵心利用率提高了2倍多,輸出轉(zhuǎn)矩高2�。這種電機(jī)在立式磨床的主軸�(qū)�、工�(yè)�(jī)器人等領(lǐng)域有廣泛�(yīng)�。稀土永磁電�(jī)的發(fā)展方向是微型化和超薄型化。由于釹鐵硼的磁能積高,特別是能制成超薄�,從而使過去難以做到的超微薄型結(jié)�(gòu)電機(jī)得以實現(xiàn)。如國外用在小型立體聲單放機(jī),薄型錄像機(jī)中的片狀無刷直流電機(jī),整個電�(jī)外型厚度�4.3mm,轉(zhuǎn)子采用釹鐵硼,磁場方向為軸向,控制部分印制在一塊板�,實�(xiàn)了高度集成化模塊,大大提高了電機(jī)可靠��
在高溫、高真空等特殊環(huán)境下,釤鈷永磁電�(jī)的應(yīng)用仍占主�(dǎo)地位。釤鈷永磁體由于具有工作溫度高,溫度系數(shù)小以及耐腐蝕性強(qiáng)的特�,因而在宇航�(shè)�、原子能�(shè)�、水下機(jī)器人、NC�(jī)床等特殊�(huán)境下�(yīng)用廣�。英國Muihead Vaetric公司開發(fā)的潛水艇雷達(dá)無線�(qū)動用永磁電機(jī),其絕緣等級為H級(180℃),電�(jī)由帶有霍爾傳感器的無刷直流電�(jī),編碼器和溫度傳感器三部分組�,功率達(dá)800W,在�(zhuǎn)�80r/min的情況下,峰值力矩達(dá)40N.m。美國西蒙茲精密�(chǎn)品公司用小型釤鈷永磁�(fā)電機(jī)作為航空點火系統(tǒng)及發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的電源, 以滿足航空發(fā)動機(jī)�(yán)格的振動及高溫環(huán)境要�,在F-15�(zhàn)斗機(jī)和F-100噴氣�(fā)動機(jī)上均有應(yīng)�。德國西門子公司研制開�(fā)的用于數(shù)控機(jī)床�(jìn)給系�(tǒng)的驅(qū)動電�(jī)就是釤鈷永磁電機(jī)。瑞士Interelectric公司研制的高性能空心杯轉(zhuǎn)子永磁直流電動機(jī)有S、A、RE、F四大系列,功率從2.5W�250W,直徑從10�75mm,品種達(dá)�(shù)千種,并配有精密齒輪和編碼器、測速機(jī)等各類組合電�(jī)。摶鸚翹鉸氛吆艛上裝�11只這種高科技直流微電�(jī)�
無刷直流電動�(jī)是電動機(jī)技�(shù)和電子技�(shù)�(jié)合的�(jī)電一體化新型微電�(jī)。它是一種最有前途的電動�(jī)。無刷直流電動機(jī)的主要特征是具有與普通有刷直流電流電動機(jī)相似的機(jī)械特性以及必須有電子換向電路。由于無刷直流電動機(jī)徹底取消了機(jī)械換向器和電刷,而又具備傳統(tǒng)直流電動�(jī)相同的線性機(jī)械特�,調(diào)速范圍寬,起動力矩大,效率高等優(yōu)點,又具有如下特點:
⑴高可靠�、長壽命,工作時限主要決定于軸承及潤滑,高性能電動�(jī)的使用壽命可�(dá)�(shù)萬小��
⑵不必經(jīng)常維�(hù)�
⑶無電氣接觸火花,安�、防爆性好,無線電干擾� �
⑷機(jī)械噪聲低�
⑸可工作于高真空,有腐蝕性氣體介�(zhì)和液體介�(zhì)�(huán)境中,例如宇航設(shè)��
⑹可工作于高速或超高速。已�100000r/min�(chǎn)��
⑺采用內(nèi)定子外轉(zhuǎn)子(inside-out)結(jié)�(gòu),繞組在定子�,易于散�,轉(zhuǎn)子采用永磁體勵磁,無通電繞組,幾乎無損耗和�(fā)��
⑻與電子電路�(jié)�,有更大的使用靈活�。例如:利用小功率邏輯控制信號可控制電動�(jī)的起�,正反轉(zhuǎn)或調(diào)節(jié)�(zhuǎn)速,適于�(shù)字控制,易于與微�(jī)接口。正由于�,無刷直流電動機(jī)在工�(yè)和家用及國防等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)��
在航空航天領(lǐng)�,由于高真空,無刷直流電動機(jī)的優(yōu)勢是最明顯的。如宇宙飛船中用的各種泵,使用了許多無刷電動�(jī)�