永磁电机的基本定义及用途

在电机行业一直有一种说法，德国人垄断了大电机，日本人垄断了小电机

永磁电机是将永磁材料（稀土）永久磁体置于转子磁极上而构成的电机，其具有高功率密度、高控制精度和低噪音等特点。永磁电机（permanent magnetic motor, PMM）是指具有永久磁体的旋转电机。与绕线转子电机相比，永磁电机具有体积小、重量轻、功率密度高等优点，可以提高电机的效率和功率因数。 在工业中，永磁直流电动机广泛用于各种数控机床、精密仪器仪表及其他需要精确控制转速和转矩的设备上。随着微电子技术及电力电子技术的迅速发展，永磁直流电动机正朝着高速化、高功率密度化和智能化方向发展，在一些对速度和转矩要求特别严格的应用场合（如数控机床）中被广泛采用。

永磁电机是利用永磁体作为转子，依靠永磁体产生的“磁阻转矩”来控制电机运行的一种电机。

永磁电机是以永磁材料为励磁材料，由永磁体产生的磁阻转矩来驱动电机，具有无励磁电流、结构简单、可靠性高、无机械磨损、效率高和寿命长等优点。永磁电机具有很宽的调速范围，低速时不受转矩波动的影响，高速时仍能保持良好的控制性能。尤其适用于大转矩负载。

永磁电机可以在很宽的转速范围内实现恒功率运行，在低速时其效率非常高。但它一般要求采用大容量的电池来保证低速性能，而大容量电池造价昂贵，因此限制了永磁电机在低速范围内的应用。

由于永磁材料具有高磁性，因而使电机产生磁阻转矩（magnetic resistance）非常高，这种转矩和转速组合就是我们所说的永磁无刷直流电机（BLDC）。与传统有刷直流电机相比，永磁无刷直流电机具有结构简单、控制容易、维护方便、寿命长、效率高和重量轻等优点，使其在各方面的优势都非常明显。

基本定义

永磁电机是指以永磁材料为转子，经永磁体产生的“磁阻”（magnetic resistance）来驱动电机。

由于永磁材料的磁化是可逆的，当在磁场中加一个正弦电流时，磁化被打断，同时也产生了一个附加磁通，这一附加磁通与原磁场方向相反，产生了一个额外的磁拉力，将转子向外拉。而当不加电流时，磁拉力消失，因此称为无刷直流电机。

电机通过定子齿上的铜线向外导电，当用铜线绕成线圈时形成电流回路，产生磁场。电磁转矩就是由定子旋转磁场对转子作切割磁力线运动而产生的转矩。

由于电机定子绕组为直流电路，当电压一定时，定子绕组中通过电流与电压成正比。因此只要有一定频率的正弦电流就可以产生一定频率的转矩。

用途

永磁电机广泛用于通用机械、冶金、化工、轻工、纺织等行业。它的结构简单，尺寸小，重量轻，效率高，运行可靠，被广泛用于各种负载的驱动和控制系统中。

例如：在普通的机械传动系统中采用电机驱动的有：电动葫芦、电动自行车；在各种机床（包括数控机床）中采用电机驱动的有：数控车床、数控铣床（加工中心），加工中心（高速加工中心）；在纺织机械中采用电机驱动的有：电脑横机和电脑纱管机；在印刷机械中采用电机驱动的有：塑料印刷机、压花机（压花胶套）；在电子产品（如彩电、计算机、投影机等）中采用电机驱动的有：数码相机和数码摄像机；在制药机械上采用电机驱动的有：胰岛素泵和血液透析泵等等。

结构

永磁无刷直流电机由转子、定子、电枢、磁钢及永磁体组成，电机的定子通以三相交流电，定子绕组经集电环连接电枢绕组，通过电枢与定子上的永磁体转子铁芯相接触，转子上的集电环又与直流电压、电流互感器并联，从而构成一个完整的电机系统。

永磁无刷直流电机在结构上与有刷直流电机相同，只是采用了无刷化的结构，消除了传统有刷直流电机的机械换向及机械制动问题。但由于定子结构、绕组连接方式的改变，导致了永磁无刷直流电机在电磁设计、控制策略、电磁干扰等方面与有刷直流电机存在较大差异。

永磁无刷直流电机结构复杂，其电磁设计难度远远大于有刷直流电机。传统有刷直流电机一般采用双绕组结构，但由于其采用的是滑环电枢并联方式，使得绕组分布较为复杂。而永磁无刷直流电机一般采用单绕组结构，所以绕组分布相对简单。

组成

永磁电机的主要构成是以永磁材料为磁心的转子，磁心与转子的配合一般有两种：一种是直接配合，即将磁心安装在转子槽内，它与转子是面配合；另一种是间接配合，即磁心与转子轴相对位置通过转子绕组连接而构成磁极。

永磁电机由定子、转子组和电刷组成。定子由定子铁芯和绕组组成；转子组由槽极数不同的6个或8个扇形电刷组成；电刷为永磁材料，以接触式方式工作，在电机中起换向作用。在电机运行过程中，电刷与转子组和定子铁芯之间均构成回路，与转子形成回路的有电刷的旋转磁场、换向器磁场（线圈或换向器）和与换向器构成回路的绕组磁极。以上四种基本组成部分共同组成了一个完整的永磁电机。

特性

1、使用寿命长

2、节能

3、运行可靠

4、坚固耐用

5、使用方便

6、性价比高

7、体积小，重量轻，功率密度大（相同体积下功率密度比其他种类电机大很多）

8、转速高，调速范围广，效率高。

9、效率和功率因数较高（效率在95%以上，功率因数达到0.98以上）

10、体积小，重量轻。

11、无转子摩擦损耗。

12、可与微处理器集成，具有通信功能。可以采用电池供电。有较强的适应能力，即可以在极短的时间内启动，同时又能长时间稳定工作。启动转矩大，可达10N·m以上。起动转矩可达额定转矩的20%左右。具有过载能力大（能在额定电压和电流下正常工作），调速范围广（直流调速器可达30%以上）的特点。并且还具有恒转矩控制（即 MTPA控制）的特点；既可单台独立运行，也可以多台级联运行。

分类

永磁电机可分为无转子无刷直流电机、有转子无刷直流电机。其区别在于是否有刷运行。

无转子永磁电机的转子绕组是一个或多个绕组，将转子绕组串接起来，构成一个三相定子绕组。转子是一个永磁体，定子上有转子齿，把它放在转子上即可实现旋转驱动。无刷直流电机的转子由永磁体励磁，其结构与有刷直流电机相同。定子一般采用硅钢片叠成，具有高磁导率和高抗退磁能力等优点。但由于无刷直流电机采用的是无刷结构，所以其可靠性远高于有刷系统。无转子永磁电机的技术关键是如何保证无转子磁极不被磨损，它可以通过多层绕组技术加以解决。因为每个转子上都有一个永磁体，所以其损耗要比有刷系统小得多。无极调速时转子在旋转磁场中运行，使其旋转速度与电源频率一致就可以实现恒功率或恒转矩控制；在高速运行时也可实现恒功率或恒转矩控制。

应用与发展趋势

永磁无刷直流电机应用于各类消费电子产品，包括：电脑、手机、智能音箱、家用电器和汽车。各种便携式消费电子产品在电池容量、电池寿命以及功能等方面对驱动电机的可靠性提出了更高的要求。永磁无刷直流电机具有体积小，重量轻，效率高等优点，在便携式消费电子产品中具有广泛的应用前景。目前永磁无刷直流电机主要应用于以下领域：

1.对体积要求不高，但要求低噪音，无震动；

2.要求高性能，高效率，低成本；

3.要求有良好的驱动能力，宽转速范围内有较高的控制精度；

4.需要较大的输出功率和较强的转矩响应；

5.需要有一定程度的机械过载能力。近年来随着电子技术、控制技术和电机设计技术的不断提高和完善，永磁无刷直流电机以其体积小、重量轻、效率高、转矩大、调速范围宽、可靠性好等优点成为新一代高性能交流电机。