稀土永磁電機簡介

　沈陽工業(yè)大學(xué)

國家稀土永磁電機工程技術(shù)研究中心

一、稀土永磁材料在電機中的應(yīng)用的意義

旋轉(zhuǎn)電機在實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的過程中必須有磁場，傳統(tǒng)電機靠電流通過線圈來產(chǎn)生。對于直流電機和電勵磁的永磁同步電機來說，這種勵磁功率全部以損耗的形式消耗在電機中，因此直接影響電機的總體效率；而且需要有專門的裝置，如磁極、線圈、劃環(huán)和電刷以及專門的電源等，容易損壞，可靠性低。異步電機靠定子中通以無功電流產(chǎn)生磁場，功率因數(shù)低，當(dāng)在一個工業(yè)場合大量使用異步電機時，需要加電容來補償電網(wǎng)的功率因數(shù)。

稀土永磁材料的磁性能優(yōu)異,它經(jīng)過充磁后不再需要外加能量就能建立很強的永久磁場，用來替代傳統(tǒng)電機的電勵磁場所制成的稀土永磁電機不僅效率高，而且結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠，還可做到體積小、重量輕。既可達(dá)到傳統(tǒng)電勵磁電機所無法比擬的高性能（如特高效、特高速、特高響應(yīng)速度），又可以制成能滿足特定運行要求的特種電機，如電梯曳引電機、汽車專用電機等。稀土永磁電機與電力電子技術(shù)和微機控制技術(shù)相結(jié)合，更使電機及傳動系統(tǒng)的性能提高到一個嶄新的水平。從而提高所配套的技術(shù)裝備的性能和水平，是電機行業(yè)調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的重要發(fā)展方向。      

稀土永磁電機的應(yīng)用范圍極為廣泛，幾乎遍及航空、航天、國防、裝備制造、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活的各個領(lǐng)域。它包括永磁同步電動機、永磁發(fā)電機、直流電動機、無刷直流電動機、交流永磁伺服電動機、永磁直線電機、特種永磁電機及相關(guān)的控制系統(tǒng)，幾乎覆蓋了整個電機行業(yè)。

中國稀土資源非常豐富，居世界前列，主要分布在包頭，江西，四川和山東。世界已探明的稀土儲量為6200萬噸（以稀土氧化物REO計），其中中國稀土資源工業(yè)儲量為4800萬噸，遠(yuǎn)景儲量達(dá)1.2億噸，占世界已探明資源的80%，而且品種全，質(zhì)量高，為大力開發(fā)稀土材料提供了得天獨厚的條件。目前，高檔釹鐵硼永磁產(chǎn)品N48，45M,44H,39SH,35UH和28EH等都已批量生產(chǎn)。

稀土永磁材料的廣泛應(yīng)用，已深入國民經(jīng)濟的方方面面，其產(chǎn)量與用量已成為衡量一個國家綜合國力與國民經(jīng)濟發(fā)展水平的重要標(biāo)志。如果說半導(dǎo)體集成電路的發(fā)明及應(yīng)用給現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)安上了大腦，那么高性能稀土永磁材料的應(yīng)用則賦予了它活動行走的四肢和飛翔的翅膀。因此大力應(yīng)用新型稀土永磁材料，將我國資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，能帶動高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)及相關(guān)行業(yè)的迅猛發(fā)展, 給國民經(jīng)濟帶來新的增長點。因此，稀土永磁電機是一項市場前景好、應(yīng)用潛力大的朝陽產(chǎn)業(yè)。近10多年來，全球燒結(jié)釹鐵硼產(chǎn)量年平均增長率為25%左右。

二、國家稀土永磁電機工程技術(shù)研究中心情況概述

鑒于稀土永磁材料應(yīng)用的必要性和稀土永磁電機工程化、產(chǎn)業(yè)化的可行性，2002年12月，經(jīng)國家科技部考核批準(zhǔn)，以沈陽工業(yè)大學(xué)為依托單位，組建“國家稀土永磁電機工程技術(shù)研究中心”（以下簡稱“國家永磁中心” ）。早在1980年，沈陽工業(yè)大學(xué)就成立了特種電機研究，是國內(nèi)最早從事稀土永磁電機研究和開發(fā)的單位，也是國內(nèi)唯一以稀土永磁電機研究為特色的博士學(xué)位授予點和博士后流動站，中國電工技術(shù)學(xué)會永磁電機專業(yè)委員會的掛靠單位，全國稀土永磁電機協(xié)作網(wǎng)的副網(wǎng)長單位。所在的沈陽工業(yè)大學(xué)電機與電器學(xué)科經(jīng)國家教育部批準(zhǔn)為國家級高等學(xué)校重點學(xué)科。2003年又被授予電氣工程一級學(xué)科博士點，涵蓋5個二級學(xué)科博士授予權(quán)：電機與電氣、電力電子與電力傳動、高電壓與絕緣、電力系統(tǒng)自動化、電工理論新技術(shù)。

“國家永磁中心”現(xiàn)有職工60人，其中大專以上學(xué)歷科技人員40人，占職工總數(shù)的71.4%，高級職稱19人，博士9人。占用場地面積共6140平方米，其中校內(nèi)6000平方米，北京辦事處70平方米，在沈陽國家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)創(chuàng)業(yè)中心（21世紀(jì)大廈）內(nèi)70平方米?，F(xiàn)設(shè)有計算機CAD/CAM中心、技術(shù)開發(fā)部、工程設(shè)計部、機加工車間、沖壓車間、油漆車間、裝備車間和中試基地等部門。各種檢測儀器基本齊全。同時公司采取“兩頭在內(nèi)，中間在外”的協(xié)作方式組織生產(chǎn)，即產(chǎn)品的研究、設(shè)計、中試與關(guān)鍵技術(shù)在內(nèi)，其余部分在外，以充分利用國家存量資產(chǎn)，大大減少一般機加設(shè)備和場地的投資，最大限度減少新增投資，提高經(jīng)濟效益。

20多年來，既在稀土永磁電機分析理論、電磁場計算方法、優(yōu)化設(shè)計和性能仿真等基礎(chǔ)理論研究上取得重大突破，發(fā)表了一大批高水平的學(xué)術(shù)論文和專著；又特別注重與生產(chǎn)實踐相結(jié)合，解決了磁路結(jié)構(gòu)、測試技術(shù)和制造工藝等一系列有關(guān)關(guān)鍵技術(shù)。開發(fā)出國內(nèi)第一臺稀土永磁電機（3kW、20000r/min高速稀土永磁電機），開發(fā)出世界容量最大的60~160kVA稀土永磁副勵磁機，超額完成了八六三計劃“九五”重大攻關(guān)項目并開發(fā)出五種二十三個規(guī)格永磁電機，其中五個實現(xiàn)了工程化，在石油化工領(lǐng)域得到實際應(yīng)用。

通過省部級鑒定的科研成果29項，獲國家和省部級以上科技進步獎11項、獲國家授權(quán)專利7項。曾兩次由國家經(jīng)委和全國稀土推廣應(yīng)用領(lǐng)導(dǎo)小組命名為“全國稀土推廣應(yīng)用先進單位”。經(jīng)沈陽市、遼寧省科委、國家教育部和科學(xué)技術(shù)部批準(zhǔn)，分別于1999年成立了“沈陽市稀土永磁應(yīng)用工程技術(shù)中心”，2000年成立了“遼寧省稀土永磁電機工程技術(shù)中心”， 2001年成立了“教育部稀土永磁應(yīng)用工程研究中心”，2002年獲準(zhǔn)組建“國家稀土永磁電機工程技術(shù)研究中心”。

為推進科研成果的產(chǎn)業(yè)化，又創(chuàng)辦了一個產(chǎn)、學(xué)、研一體化的新興企業(yè)-----沈陽博遠(yuǎn)特種電機有限責(zé)任公司，現(xiàn)已被遼寧省科技廳認(rèn)定為高新技術(shù)企業(yè)，由科學(xué)技術(shù)部認(rèn)定為“國家八六三計劃成果產(chǎn)業(yè)化基地”。

“國家永磁中心”主任、公司董事長、學(xué)科帶頭人唐任遠(yuǎn)教授，是我國電工界知名專家、博士生導(dǎo)師、中國工程院院士，長期從事稀土永磁電機的研究工作，經(jīng)驗豐富、碩果累累。曾連續(xù)10年被評為遼寧省和沈陽市勞動模范，榮獲全國“五一” 勞動獎?wù)?、全國?yōu)秀科技工作者、全國模范教師和遼寧省優(yōu)秀專家等多項榮譽稱號。

一、 最新科研成果

近五年來，在完成國家高技術(shù)研究發(fā)展（863）計劃、“九五”重大項目、國家自然科學(xué)基金項目的過程中，通過科技人員的不斷努力、創(chuàng)新，取得了以下顯著的科研成果：

1、 高效高起動轉(zhuǎn)矩釹鐵硼永磁三相同步電動機TYQ系列產(chǎn)品

該系列電機是傳統(tǒng)的Y型電機的替代產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于石油化工，抽油機系統(tǒng)和風(fēng)機泵類等行業(yè)?，F(xiàn)已開發(fā)出9個功率等級的產(chǎn)品。

經(jīng)遼河、勝利大港等油田使用，可替代比它大2~3個功率等級的異步電動機（37kW永磁電機替代55或75kW異步電動機）起動和運行情況良好，運行電流只有原來的1/6，綜合節(jié)電率達(dá)30%。表1是各油田節(jié)能監(jiān)測站提供的檢測報告統(tǒng)計表。

表1各油田節(jié)能監(jiān)測站提供的檢測報告統(tǒng)計表

    本成果的產(chǎn)業(yè)化被列為國家八六三計劃重大產(chǎn)業(yè)化項目、國家級火炬計劃項目、國家計委高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化推進項目、科技型中小企業(yè)創(chuàng)新項目和沈陽市高新技術(shù)超常發(fā)展“特別快車”項目。本項目成果獲2000年度遼寧省科技進步一等獎和2001年國家科技進步二等獎。

市場預(yù)測：據(jù)中國石油天然集團公司統(tǒng)計，我國各大油田現(xiàn)有抽油機6萬臺，年生產(chǎn)5000臺。如原有抽油機的1/10和新生產(chǎn)的一半換用永磁電機，則年需8500臺，產(chǎn)值1.02億元；我國年生產(chǎn)風(fēng)機和泵類用電機2000萬kW，如年產(chǎn)永磁電機100萬kW，產(chǎn)值3.5億元?？梢姶祟?/span>永磁電機具有廣闊的國內(nèi)市場。

2、高牽入同步能力釹鐵硼永磁同步電動機及其關(guān)鍵技術(shù)

該系列電機為化纖機械用高科技、高附加值的產(chǎn)品。表2為現(xiàn)已開發(fā)6種規(guī)格樣機及其主要性能。

表2 FTY2 系列化纖機械永磁同步電動機規(guī)格及主要性能

所開發(fā)的FTY2系列化纖機械釹鐵硼永磁同步電動機比FTY電機小1～2個機座號，牽入同步能力高，牽入轉(zhuǎn)矩倍數(shù)最小提高了81％。