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電機產品

稀土永磁材料是一種高性能功能材料,這種材料是許多高新技術產業的基礎。在電機中用永磁體可使電機產品輕型化、高性能化,與電力電子技術結合,制成速度、轉矩可調的機一體化產品。

  稀土永磁電機是釹鐵硼磁體最大的應用領域,約占磁體總量的70%,計算機硬盤配套的圈電機(VCM)占40%~50%,所以計算機產業是永磁電機的最大用戶。

  采用稀土永磁電機可以明顯減輕電機的重量,如10kW普通發電機,重量為220kg,而稀永磁發電機為92k8。德國西門子研制的1095kW、230rpm六級永磁同步電動機,用于艦船的進,與過去使用的直流電動機相比,體積減少60%左右,總損耗降低20%。

  稀土永磁電機高效節能,平均節電率高達10%,某些專用電機節電率高達15%~20%,且價格合理。我國開發的高效節能稀土永磁電動機,在力能指標及價格方面,國外高效電機不能與之相比,在國際市場有極強的競爭力。世界各國都把提高電動機的效率、節約電能作一件大事來抓,特別是美國,1992年美國前總統布什簽署批準了能源政策法,按該法令自199710月24日之后,美國大部分一般效率電動機將不再生產,只允許生產高效率電動機,2002年10月后將生產更高效率電動機,2007年10月后將生產技術上達到極限、經濟上可行最高效率電動機。

  從節能方面考慮稀土永磁電動機是一種較為理想的電動機,市場前景看好。我國每年生各種電動機3600萬kW,其中18.5kW以下小型電動機約占50%,而稀土永磁高效節能電機在型電機中節電效果最為顯著。稀土永磁電機在信息產業、機電一體化、汽車、摩托車、冶金山設備、風機、水泵、油田設備、紡織機械、家用電器等領域有著廣泛應用,其中自起動稀永磁高效節能電動機正在油田抽油機、風機、水泵方面逐步推廣應用,并已形成系列化產品。

  我國電動機保有量約4億kW以上,年廣3600萬kW,年消耗電能占總電量的60%。中風機、水泵配套電動機占總量的55%,年消耗電能占總發電量的40%,而目前風機、水泵產品電能利用率非常低。據國家統計局1989年統計,我國有各種泵類、風機3700多萬臺,配套裝機容量1.1×105MW,實際運行效率不到50%,系統運行效率不到30%,每年浪費電大約200億kW·h。據電力部門估算,煤炭行業的風機、水泵,50、60年代的老。設備約占1/3,其本身運行效率只有30%~40%,系統運行效率大約為20%,如,用量大的5kW水泵,常要配7.5kW電機,但經常在3kW負載下運行,實測效率只有38%,造成巨大的能源浪費,種電機若采用稀土永磁專用電機,電機成本只增加30%~50%,運行效率可提高到50%~55%,從根本上改變能源浪費狀況,如果每年生產300萬kW稀土永磁電機,每年可為國家節省電力投資6億元,節省電費3億元。

  發展稀土永磁電機,在減少進口、增加出口創匯方面,也有著很重要的意義,如,我國每年生產1000萬臺計算機,為其配套的磁盤驅動器全部依賴進口,或購進零部件在國內組裝,旦以美國為首的西方國家對我國進口磁盤驅動器加以限制,我國計算機生產將受到嚴重影響。如,數控機床,因電機和傳動控制系統不合要求而每年進口花費22億美元以上。

  在出口貿易方面意義更為突出。眾所周知,每種機械產品都要配備電動機。美國1997就以立法的方式,停止生產一般效率的電動機(與我國大量生產的Y系列電機性能相當),相加拿大、英國、日本也都效法美國停止生產一般效率的電動機,如果不采取措施,加快發展效節能電動機,我們將很快失去機械產品的國際市場。我國研制的稀土永磁電機價格、性能國際市場上很有競爭力,目前已有一些產品出口。

  縱觀稀土永磁電機的發展,1821年出現的世界上第一臺電機就是永磁電機,但當時所用永磁體的磁能積很低,制成的電機體積龐大而容量很小,不久被電勵電機所取代。一直到本紀60年代以后,相繼出現了衫鉆和釹鐵硼稀土永磁材料,具有高剩磁、高矯頑力和高磁能積優異性能,制成電機后具有高效節能的優越性能。早在1978年法國CEM公司制成了18.5kW以下的高效節能電機,但因當時采用釤鈷永磁體成本太高,未能推廣。

  1983年以前,由于稀土永磁體價格昂貴,研究開發重點是航空、航天用電機和要求高性能而價格不是主要因素的高科技領域。國外的典型產品是美國通用電氣公司制造的150kVAl2000~21000rpm稀土鈷永磁起動/發電機,國內是沈陽工業大學開發的3kW2000rpm土永磁電機和該校與東方電機廠、哈爾濱電機廠聯合開發的60~75kVA(后擴展至160kVA)稀鈷永磁副勵磁機與釹鐵硼副勵磁機。

  1983年,磁性能更高而價格相對較低的釹鐵硼永磁體問世后,國內外研究開發重點轉移到工業和民用電機上。國外主要是計算機硬盤驅動器電機,即驅動讀寫磁頭往復運動的卷式直線電動機一音圈電動機(VCM)、數控機床和機器人用的無刷直流電動機以及豪華轎車用起動電機。國內主要是各種高效永磁同步電動機,特別是西北工業大學開發的0.8kW紡織專永磁同步電動機。

  近年來,隨著稀土永磁材料性能的不斷提高,特別是釹鐵硼永磁材料的熱穩定性、耐腐性的改善和價格的逐步降低以及電力電子器件技術的進一步發展,稀土永磁電機的開發和應進入了一個新階段,一方面,原有開發的成果在國防、工農業和日常生活等方面得到廣泛的用;另一方面,正向大功率化(高轉速、高轉矩)、高功能化和微型化方向發展,擴展新的電品種和應用領域。目前,稀土永磁電機的單臺容量已超過1000kW,最高轉速已超過300000rpm,低轉速低于0.01rplh,最小電機外徑只有0.8mm,長1.2mm。在步進電動機、開關磁阻電動、速同步電動機等特種電機中增加釹鐵硼永磁勵磁后,其技術經濟性能、動態響應特性都有明顯改進與提高。

  各國的國情不同,稀土永磁材料在電機中的應用情況不盡相同。日本在VCM中的應用量占稀土永磁總用量的50%左右,美國在航空、航天、軍工、汽車和機床等領域電機中的用量大,歐洲在數控機床中的應用最多。但稀土磁鋼在各種電機中的總用量占稀土永磁總產量的例相差不大,一般為60%~80%。

  我國稀土資源豐富,稀土永磁產量居世界首位。但稀土永磁材料產量的2/3用于出口,國內銷售的1/3中用于電機的比例很低。今后應以高效高性能永磁電動機作為開發重點,并快實現產業化。

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