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永磁同步电动机与感应电动机相比，不需要无功励磁电流，可以显著提高功率因数，减少了定子电流和定子损耗，而且在稳定运行时没有转子电阻损耗，进而可以因总损耗降低而减少风扇和相应的风摩损耗，从而使其效率比同规格感应电动机可提高10～15个百分点。

一、 引言

近年来，随着永磁材料制造工艺的提高及永磁电机设计制造技术的发展，永磁电机的关键技术及工艺问题也基本解决。永磁直驱电机为取消减速机，实现低速大转矩直驱提供可能性，与异步电机相比，低速大转矩永磁电机具有节能、环保、驱动负载方式灵活、起动性能优异等特点。电机及系统节能是我国实施节能减排既定国策的重点关注领域。

二、 永磁直驱电动机的设计及工艺

2.1 永磁电机节能原理

永磁同步电动机与感应电动机相比，不需要无功励磁电流，可以显著提高功率因数，减少了定子电流和定子损耗，而且在稳定运行时没有转子电阻损耗，进而可以因总损耗降低而减少风扇和相应的风摩损耗，从而使其效率比同规格感应电动机可提高10～15个百分点。而且，永磁同步电动机在25％～120％额定负载范围内均可保持较高的效率和功率因数，使轻载运行时节能效果更为显著。

2.2 永磁直驱电机转子结构的选择

永磁电机的磁极形式按安装形式可以分为表面式和内置式; 按永磁体激励的方向可分为径向结构、切向结构和混合式。

由于直驱式永磁同步电动机极数较多，混合式在设计和工艺上都比较复杂，因此应用较少。从变频器SPWM 电源与永磁电机匹配运行所组成的低速大扭矩驱动系统最优化观点出发，为保证驱动系统有足够的线性调节范围，SPWM 变频器额定输出频率应尽可能高( 一般取25Hz 以上) ；为降低变频器的成本和损耗，要求变频器的额定输出电流要尽可能小。因此，电机在设计上要采用多极结构，以降低额定同步转速；在大扭矩情况下，减小电机的额定电流，则必须使每极具有足够强的激励磁场。永磁体提供磁场的强度是与其励磁面积相关的。切向式结构一个极下的磁通由相邻两个磁极并联提供，可以获得更大的励磁面积，因此切向式结构非常适合用于极数较多的永磁直驱同步电动机。

2.3 永磁体退磁原因及防退磁措施

2.3.1永磁电机退磁原因分析

磁性材料种类多种多样，性能差异也很大，但它们都有磁性能稳定的问题。永磁体稳定性主要受温度、振动、时间、电流冲击的影响。永磁体失磁的原因很复杂，有可能是一个原因造成的，也可能是多个原因综合作用的结果。但是通常来讲，永磁体失磁主要有材料本身性能、机械、化学和电磁等方面的原因。

1)  材料本身的原因

目前国内在设计永磁电机时，一般不考虑永磁体性能的差异性。然而，钕铁硼永磁体在制造过程中，添加合金元素的多少、熔炼工艺、制粉工艺、成型工艺、烧结回火工艺都会影响永磁体的性能。

2) 机械和化学方面的原因

钕铁硼永磁体中含有大量的铁和钕，铁是很容易氧化的物质，所以要对其表面进行喷涂处理。现在应用较广的是环氧树脂喷涂、电泳和电镀三种涂层。在抗溶剂能力方面，电镀的抗性＞ 环氧树脂涂层的抗性＞ 电泳的抗性。在抗冲击能力方面，电镀的抗性＞ 电泳的抗性＞ 环氧树脂涂层的抗性。在抗盐雾能力方面，电泳的抗性＞ 环氧树脂涂层的抗性＞ 电镀的抗性。不同涂层抗腐蚀的能力不同，因此要根据使用情况来进行喷涂。

在永磁电机的生产过程中，由于装配不当，永磁体的涂层遭到破坏；使用过程中，电机产生剧烈振动，会使永磁体损伤、碎裂，从而造成永磁体性能下降甚至丧失。

3) 电磁和温度方面的原因

钕铁硼永磁材料具有高剩磁密度、高磁能积、高矫顽力的特点，它的磁性能高于稀土钴永磁，是目前磁性能比较高的永磁材料，因而被应用于稀土永磁电机中。钕铁硼永磁材料的不足之处是居里温度较低，温度系数较高，因而在高温使用时磁损失较大。定子齿槽效应、绕组磁动势的非正弦分布和绕组中的谐波电流所产生的谐波磁动势也会在转子永磁体中引起涡流损耗，涡流损耗会产生较高的温升。高温使已经处于规则排列的磁畴、畴壁产生运动( 磁畴磁矩转动，磁畴畴壁移动) ，导致“带向”磁畴排列紊乱，磁场互相抵消，对外就显示不出磁性，因而发生退磁。

4) 电机故障工况方面的原因

永磁电机在发生短路、堵转等极端工况时，电枢电流瞬间增大，当去磁性质的直轴电枢反应电势大到一定程度就会导致永磁体永久性退磁。

2.3.2防止退磁的措施

1)  永磁体制造工艺改进

随着烧结型永磁体生产工艺的改进和生产设备的升级，永磁体一般不会出现充磁不充分、磁场不均匀的残次品。根据永磁体的使用环境和条件，有针对性的喷涂涂层来避免永磁体发生腐蚀；在电机生产过程中，可以通过螺钉来加固永磁体，防止振动造成永磁体的损坏。以上措施克服了永磁体在材料本身、机械和化学方面的不利因素。

2)  永磁电机设计优化

对于减少永磁电机转子涡流，在设计上一般有以下几种手段: 一是电机采用正弦化设计，降低谐波的含量； 二是永磁体结构由表贴式径向励磁改为内置式切向励磁，转子采用硅钢片叠压；三是永磁体采用轴向分段结构。切断永磁体涡流的回路。在转子端面安装挡片来固定永磁体。以上措施减少涡流损耗导致的永磁体发热，对于防止由于温度高导致的退磁具有明显效果。

三、永磁直驱电机在水泥行业的应用

水泥行业中，煤磨机、提升机、皮带机、选粉机等设备中均可采用永磁直驱电机，并且节能效果明显。

煤磨机改造前驱动系统由普通异步电机+减速机+辅传组成+减速机油站+软启动柜油站，

永磁直驱电机改造后取消了原来系统中电机、减速机、辅传等装置，缩短了传动链，提高了传动效率。

经计算分析，带料生产阶段主电机煤粉电耗由29.97kWh/t降为24.72kWh/t，减少5.25kWh/t，节电率17.5%。主电机功率由改造前974.77 kW，降低为922.79kW，减少51.98kW，降低5.33%。按2016年煤粉制备量25.83万吨计算，年节电约135.6万kWh，折合电费约70.5万元。

永磁直驱改造项目实施后，能够满足煤粉制备需求，尤其是8月29日后进行工艺调节又产生5%以上的节能空间，效果明显。

四、结论

永磁直驱电机可以有效的解决现水泥行业驱动装置工作效率低，维护工作量大等问题；而永磁同步电动机具有在较宽的速度范围内高效率，高功率因数、节能效果明显、免维护等特点等特点。因此，永磁直驱技术在水泥机械装备驱动装置上的推广应用，将大幅度地提高该机械装备力能指标，使效率和功率因数得到提升，不仅给用户带来了很大的经济价值，而且符合国家提出的创建节约型社会的理念。