随着电子技术和控制技术的发展，电梯用无齿轮永磁同步曳引机的控制技术日趋成熟，促进了永磁同步电动机的开发和应用。由于永磁同步电动机具有体积小，重量轻效率，高等一系列优点，所以这种电动机引起人们越来越多的重视。尤其与矢量控制技术结合以后，使其具有由低速到高速恒转矩输出的特性，能够满足了电梯驱动的要求，成为新一代电梯曳引机。
进入20世纪90年代以来，环保要求越来越高，绿色环保已经是电梯产品发展不可抗拒的趋势。另外重要的一点，中国是一个能源紧缺大国，节约能耗，走低成本发展之路是时代发展的必然要求。无齿轮永磁同步曳引机采用直接驱动方式，传动效率提高20%～30%，而且无需提供定子励磁电流，转子无电流、无损耗，这些总计可以节能30%以上。上述符合环保要求的特点，恰恰引导了电梯产品的新一代绿色环保革命。这就是说，该产品不仅为电梯安装者提供了方便，也为电梯所有者创造了价值，全面降低了物业管理成本。电梯用无齿轮永磁同步曳引机无疑会深受广大消费者的欢迎。
同传统的有齿曳引电梯相比，永磁同步曳引机具有高性能、低价格的特点，具体分析如下：
①机械结构简化。有齿轮曳引机包括有复杂的机械减速机构，如蜗轮蜗杆减速机构、行星齿轮减速机构等。为了保证曳引机的运行性能，对这些减速机构的机械加工精度提出了很高的要求。而无齿曳引机则不需机械减速机构，由电机直接带动曳引轮驱动电梯运行，使无齿永磁同步曳引机的机械结构变得非常简单。从而降低了机械制造费用，降低了生产成本。
免维护。无齿曳引机不需要复杂的润滑系统，彻底解决了漏油的麻烦，实现了免维护。减少了维护费用。同时没有了废弃油对环境的污染，避免了失火的危险，被誉为绿色电梯，它的环保价值更是不可估量。
②节省空间。使用无齿轮永磁同步曳引机可以大大减少电梯的机房占用空间，甚至可以做到无机房运行，把影响建筑造型美观和人们居室日照的楼顶机房取消，既节省了建筑空间，又降低了制造成本。在寸土寸金、追求时尚的繁华大都市，这一点更显得尤为突出。无齿轮永磁同步曳引机已成为房地产开发商的首选电梯曳引机。
③节约能源。首先，省去了机械减速机构相应的损耗。传统曳引机减速机
构中，蜗轮蜗杆传动应用最多，该系列产品具有传动平稳、传动比大等优点，但效率低、能耗高是其不可克服的致命缺陷。其次，由于无齿轮永磁同步曳引机转子部分采用高性能永磁材料，电动机不需要励磁电流，功率因数可达到近似于1。采用永磁同步电动机在低极数时可使电机效率提高15%左右，在高极数时就更突出了。所以与传统交流有齿轮曳引技术相比通常可节约能源达30%。
具体数据如下：根据目前电梯的使用次数按照20000次/年计算，电费按照0.5元/千瓦时计算，采用无齿轮永磁同步电动机每年比VVVF电机节约费用1350元左右，比双速电机节约2000元左右。具体对比分析见表1：
表1.永磁同步电动机与其他电机运行对比分析表
注：以额定载重量为1000kg，梯速为1m/s电梯为基准进行相关项的对比。
GTW2 参考表 型号载重速度推荐高 度 轮子直径钢丝绳额定电压 额定电 流 额定转速 转 矩 额定频率功率极数工作制绝缘等级 防护等 级 Model Load Speed Height Sheave Dim Rope Rated Voltage Current Rated Speed Torque Frequency Power Pole Rating INS. Class IP Code (kg) (m/s) (m) (mm) (mm) (V) (A) (rpm) (Nm) (Hz) (kW) GTW2-60P5 630 0.5 ≤50 Φ400 4×Φ10×16 380 5.6 48 450 8 2.3 20 S5(40%) F IP41 GTW2-61P0 1.0 ≤50 4×Φ10×1610.6 96 450 16 4.5 GTW2-61P5 1.5 ≤80 4×Φ10×1616.5 144 450 24 6.8 GTW2-61P6 1.6 ≤80 4×Φ10×1616.5 153 450 25.5 7.2 GTW2-61P7 1.75 ≤80 4×Φ10×1618 167 450 27.8 7.9 GTW2-62P0 2.0 ≤80 4×Φ10×1620.3 192 450 32 9.0
GTW2-80P5 800 0.5 ≤50 Φ400 5×Φ10×16 380 6.8 48 550 8 2.8 20 S5(40%) F IP41 GTW2-81P0 1.0 ≤50 5×Φ10×1612.8 96 550 16 5.5 GTW2-81P5 1.5 ≤80 5×Φ10×1620.8 144 550 24 8.3 GTW2-81P6 1.6 ≤80 5×Φ10×1620.8 153 550 25.5 8.8 GTW2-81P7 1.75 ≤80 5×Φ10×1621.8 167 550 27.8 9.6 GTW2-82P0 2.0 ≤80 5×Φ10×1624.9 192 550 32 11.0 GTW2-100P5 1000 0.5 ≤50 Φ400 5×Φ10×16 380 8 48 670 8 3.4 20 S5(40%) F IP41 GTW2-101P0 1.0 ≤50 5×Φ10×1615.7 96 670 16 6.7 GTW2-101P5 1.5 ≤80 5×Φ10×1625.2 144 670 24 10.0 GTW2-101P6 1.6 ≤80 5×Φ10×1625.2 153 670 25.5 10.7 GTW2-101P7 1.75 ≤80 5×Φ10×1626.7 167 670 27.8 11.7
. . . . 第一章永磁同步电机的原理及结构 1.1永磁同步电机的基本工作原理 永磁同步电机的原理如下在电动机的定子绕组中通入三相电流，在通入电流后就会在电动机的定子绕组中形成旋转磁场，由于在转子上安装了永磁体，永磁体的磁极是固定的，根据磁极的同性相吸异性相斥的原理，在定子中产生的旋转磁场会带动转子进行旋转，最终达到转子的旋转速度与定子中产生的旋转磁极的转速相等，所以可以把永磁同步电机的起动过程看成是由异步启动阶段和牵入同步阶段组成的。在异步启动的研究阶段中，电动机的转速是从零开始逐渐增大的，造成上诉的主要原因是 其在异步转矩、永磁发电制动转矩、 矩起的磁阻转矩和单轴转由转子磁路不对称而引等一系列的因素共同作用下而引起的，所以在这个过程中转速是振荡着上升的。在起 动过程中，质的转矩，只有异步转矩是驱动性电动机就是以这转矩来得以加速的，其 他的转矩大部分以制动性质为主。在电动机的速度由零增加到接近定子的磁场旋转转速时，在永磁体脉振转矩的影响下永磁同步电机的转速有可能会超过同步转速，而出现转速的超调现象。但经过一段时间的转速振荡后，最终在同步转矩的作用下而被牵入同步。 1.2永磁同步电机的结构 永磁同步电机主要是由转子、端盖、及定子等各部件组成的。一般来说，永磁同步电机的最大的特点是它的定子结构与普通的感应电机的结构非常非常的相似，主要是区别于转子的独特的结构与其它电机形成了差别。和常用的异步电机的最大不同则是转子的独特的结构，在转子上放有高质量的永磁体磁极。由于在转子上安放永磁体的位置有很多选择，所以永磁同步电机通常会被分为三大类：内嵌式、面贴式以及插入式，如图1.1所示。永磁同步电机的运行性能是最受关注的，影响其性能的因素有很多，但是最主要的则是永磁同步电机的结构。就面贴式、插入式和嵌入式而言，各种结构都各有其各自的优点。
一、 概述 众所周知，直流电动机有优良的控制性能，其机械特性和调速特性均为平行的直线，这是各类交流电动机所没有的特性。此外，直流电动机还有起动转矩大、效率高、调速方便、动态特性好等特点。优良的控制特性使直流电动机在70年代前的很长时间里，在有调速、控制要求的场合，几乎成了唯一的选择。但是，直流电动机的结构复杂，其定子上有激磁绕组产生主磁场，对功率较大的直流电动机常常还装有换向极，以改善电机的换向性能。直流电机的转子上安放电枢绕组和换向器，直流电源通过电刷和换向器将直流电送入电枢绕组并转换成电枢绕组中的交变电流，即进行机械式电流换向。复杂的结构限制了直流电动机体积和重量的进一步减小，尤其是电刷和换向器的滑动接触造成了机械磨损和火花，使直流电动机的故障多、可靠性低、寿命短、保养维护工作量大。换向火花既造成了换向器的电腐蚀，还是一个无线电干扰源，会对周围的电器设备带来有害的影响。电机的容量越大、转速越高，问题就越严重。所以，普通直流电动机的电刷和换向器限制了直流电动机向高速度、大容量的发展。 在交流电网上，人们还广泛使用着交流异步电动机来拖动工作机械。交流异步电动机具有结构简单，工作可靠、寿命长、成本低，保养维护简便。但是，与直流电动机相比，它调速性能差，起动转矩小，过载能力和效率低。其旋转磁场的产生需从电网吸取无功功率，故功率因素低，轻载时尤甚，这大增加了线路和电网的损耗。长期以来，在不要求调速的场合，例如风机、水泵、普通机床的驱动中，异步电动机占有主导地位，当然这类拖动中，无形中损失了大量电能。 过去的电力拖动中，很少彩同步电动机，其主要原因是同步电动机不能在电网电压下自行起动，静止的转子磁极在旋转磁场的作用下，平均转矩为零。人们亦知道变频电源可解决同步电动机的起动和调速问题，但在70年代以前，变频电源是可想而不可得的设备。所以，过去的电力拖动中，很少看到用同步电动机作原动机。在大功率范围内，偶尔也有同步电动机运行的例子，但它往往是用来改善大企业的电网功率因数。 自70年代以来，科学技术的发展极大地推动了同步电动机的发展和应用，主要的原因有： 1、高性能永磁材料的发展 永磁材料近年来的开发很快，现有铝镍钴、铁氧体和稀土永磁体三大类。稀土永磁体又有第一代钐钴1：5，第二代钐钴2：17和第三钕铁硼。铝镍钴是本世纪三十年代研制成功的永磁材料，虽其具有剩磁感应强度高，热稳定性好等优点，但它矫顽力低，抗退磁能力差，而且要用贵重的金属钴，成本高，这些不足大大限制了它在电机中的应用。铁氧体磁体是本世纪五十年代初开发的永磁材料，其最大的特点是价格低廉，有较高的矫顽力，其不足是剩磁感应强度和磁能积都较低。钐钴稀土永磁材料在六十年代中期问世，它具有铝镍钴一样高的剩磁感应强度，矫顽力比铁氧体高，但钐稀土材料价格较高。80年代初钕铁硼稀土永磁材料的出现，它具有高的剩磁感应强度，高的矫顽力，高的磁能积，这些特点特别适合在电机中使用。它们不足是温度系数大，居里点低，容易氧化生锈而需涂复处理。经过这几年的不断改进提高，这些缺点大多已经克服，现钕铁硼永磁材料最高的工作温度已可达180℃，一般也可达150℃，已足以满足绝大多数电机的使用要求。表1是各种永磁材料性能比较。 表1各种永磁材料的性能比较 永磁材料剩磁（T）Br(T) 矫顽力HcB(KA/m) 内禀矫顽力Hcj(KA/m) 最大磁能积(BH)m（KJ/m3）剩磁可逆温度系数αB(%C) 居里温度Tc8(C) 中等水平钕铁硼`` 1.26 967 955 310 -0.12 350 较高水平的钐钴1.00 746 766 210 -0.03 850
高压永磁同步电动机应用与研究 目前工业领域中采用的高压中、大功率异步电动机普遍存在效率偏低、功率因数差等浪费电能现象。为实现中、大功率电动机高效节能目标，高效永磁同步电动机的研发和应用已成为国内外发展的必然趋势。高效永磁同步电动机理论分析、实验室试验和国家权威机构检测成功后，对现场应用尚无完整的试验研究数据，缺少通过试验和监测手段对高效永磁同步电动机进行经济效益分析。本文通过在张家口发电厂首次应用，并通过严格试验得出相关研究数据和分析结果。 标签：高效永磁同步电动机现场方案试验研究结果分析 引言 在工业、建筑以及公用设施领域中电动机是重要的原动力设备，也是电能消耗的最大用户，和节电潜力的最大用户。2012年我国各类电动机总装机容量约为5亿千瓦，其中异步电动机的装机容量占全国电动机装机容量的90%，约占全国用电量的60%，占工业用量的75%，系统用电效率比国外先进水平低5%-15%，相当于每年浪费电能约1500亿千瓦时。 目前工业领域中采用的高压中、大功率异步电动机普遍存在效率偏低、功率因数差等浪费电能现象。而高效永磁同步电动机能否达到高效节能目标，现场应用前景如何，已经引起国内各大企业关注。2013年工业和信息化部印发（2013年工业节能与绿色发展专项行动实施方案）提出，选择电机在能效提升和绿色发展方面要取得突破。本文将通过在张家口发电厂首次应用和现场试验进行分析。为企业应用永磁同步电动机提供参考。 一、高压永磁同步电动机概述 1.高压永磁同步电动机的发展历程 电机属于电磁装置，其工作原理是通过磁场实现电能与机械能间的不断转换。在电机的工作过程中，气息磁场是必不可少的。获得磁场的方法有两种，其中一种是通过电流得到。该种电机叫做电励磁电机，这种电机需要具备专门用来产生电流磁场的绕组，同时，为了保证电流的正常流动还需要为电机提供不间断的能量供应。另一种方法是通过永磁体来获得磁场，这可以大大简化电机的结构，同时，因为永磁体一旦磁化（充磁）之后就永久具有磁性，不再需要外界供给能量，这也大大的减少了能量的损耗。 高压永磁同步电动机就是通过永磁体获得磁场的电动机，永磁体材料的发展促进了此种电动机的发展。稀土钴和钕铁硼永磁分别在20世纪60年代和80年代出现，这两种永磁材料的出现极大的促进的电动机的发展，因为这两种材料具有特别适用于电机装置的特性，包括高剩磁密度、高矫顽力、线性退磁曲线以及高磁能积。
浅析无齿轮永磁同步电梯曳引机 摘要：无齿轮永磁同步曳引电梯因简单的结构、低噪声、低能耗的特点在业内受到高度关注。本文通过对永磁同步无齿轮曳引机的结构和工作原理阐述，分析了无齿轮永磁同步曳引机与传统曳引机相比的优点和缺点，但是作为新型的曳引机的发展方向，其以小型化和灵活性，为电梯行业的发展提供了更广阔的空间。 关键词：无齿轮永磁同步电梯曳引机；工作原理；优点；缺点 随着科技的进步，永磁材料和永磁电机技术有了长足的发展，永磁电机被各领域广泛应用，其中包括在电梯曳引机上的应用。这些年来我国高档电梯越来越多，这都与永磁同步调速电机和曳引机无齿轮化的有机结合分不开，永磁同步无齿轮曳引电梯因简单的结构、低噪声、低能耗的特点在业内受到高度关注。由于永磁同步无齿轮曳引机的小型化和灵活性，可以布置出各种曳引方式的无机房电梯，这样不仅大大节约了电梯成本，同样也减少了电梯对空间的占用，为电梯行业的发展提供了更广阔的空间。 1.无齿轮永磁同步电梯曳引机的结构 齿轮永磁同步电梯曳引机结构主要由永磁同步电动机、曳引轮及制动系统和盘车装置组成。曳引轮与制动轮为同轴固定联接，并直接安装在电动机的轴伸端。而曳引机的制动系统由制动体、制动轮、制动臂和制动瓦等组成。无齿轮曳引机由于采用的是电机直接驱动曳引轮，制动力矩很大，无法用手轮直接盘车。需通过齿轮比来减小盘车时需用的力，因此需专门设计盘车装置。 2.无齿轮永磁同步电梯曳引机的工作原理 永磁同步无齿曳引机工作原理是电动机动力由轴伸端通过曳引轮输出扭矩，再通过曳引轮和钢丝绳的摩擦来带动电梯轿厢的的上、下运动。当电梯停止运行时则由常闭制动器通过制动瓦刹住制动轮，从而保持轿厢静止不动。其动力控制其原理是通过电机上安装的变频装置（编码器）和高精度的速度传感器，对电机运行电流快速跟踪、检测、反馈和控制，控制永磁电机以同步转速进行转动，由于永磁电机具有线性、恒定转矩及可调节速度的特性，使曳引轮能够平稳运行。 3.无齿轮永磁同步电梯曳引机与传统曳引机的比较 3.1无齿轮永磁同步电梯曳引机的优点 3.1.1 结构简化 无齿轮曳引机没有机械减速装置，不同于有齿轮曳引机复杂的机械减速机构。有齿曳引机中的减速机构如蜗轮蜗杆、行星齿轮在加工过程中都需要机械加工精度，同时为了这些齿轮的正常运转必须配备复杂的润滑系统。而无齿曳引机
调速永磁同步电动机的电磁设计与磁场分析 1 引言 与传统的电励磁电机相比，永磁同步电动机具有结构简单，运行稳定；功率 密度大；损耗小，效率高；电机形状和尺寸灵活多变等显著优点，因此在航空航 天、国防、工农业生产和日常生活等各个领域得到了越来越广泛的应用。 随着电力电子技术的迅速发展以及器件价格的不断下降，越来越多的直流电 动机调速系统被由变频电源和交流电动机组成的交流调速系统所取代，变频调速 永磁同步电动机也应运而生。变频调速永磁同步电动机可分为两类,一类是反电 动势波形和供电电流波形都是理想矩形波(实际为梯形波)的无刷直流电动机,另 一类是两种波形都是正弦波的一般意义上的永磁同步电动机。这类电机通常由变 频器频率的逐步升高来起动，在转子上可以不用设置起动绕组。 本文使用Ansoft Maxwell 软件中的RMxprt 模块进行了一种调速永磁同步电 动机的电磁设计，并对电机进行了性能和参数的计算，然后将其导入到Maxwell 2D 中建立了二维有限元仿真模型，并在此模型的基础上对电机的基本特性进行 了瞬态特性分析。 2 调速永磁同步电动机的电磁设计 2.1 额定数据和技术要求 调速永磁同步电动机的电磁设计主要包括主要尺寸和气隙长度的确定、定子 冲片设计、定子绕组的设计、永磁体的设计等。通过改变电机的各个参数来提高 永磁同步电动机的效率η、功率因数cos ?、起动转矩st T 和最大转矩max T 。本例所设计永磁同步电动机的额定数据及其性能指标如下： 额定数据 数值 额定功率 N 30kw P = 相数 =3m 额定线电压 N1=380V U 额定频率 =50Hz f 极对数 =3p 额定效率 N =0.94η 额定功率因数 N cos =0.95? 绝缘等级 B 级 计算额定数据：
永磁同步曳引机简介！ 永磁同步曳引机概述 具有低速大转矩特性的无齿轮永磁同步曳引机以其节省能源、体积小、低速运行平稳、噪声低、免维护等优点，越来越引起电梯行业的广泛关注。无齿轮永磁同步电梯曳引机，主要由永磁同步电动机、曳引轮及制动系统组成。永磁同步电动机采用高性能永磁材料和特殊的电机结构，具有节能、环保、低速、大转矩等特性。曳引轮与制动轮为同轴固定联接，采用双点支撑；由制动器、制动轮、制动臂和制动瓦等组成曳引机的制动系统。 永磁同步曳引机组成 一种永磁同步曳引机，包括机座、定子、转子体、制动器等，永磁体固定在转子体的内壁上，转子体通过键安装于轴上，轴安装在后机座上的双侧密封深沟球轴承和安装在前机座上的调心滚子轴承上，锥形轴上通过键固定曳引轮，并用压盖及螺栓锁紧曳引轮，轴后端安装旋转编码器，压板把定子压装在后机座的定子支撑上，前机座通过止口定位在后机座上，前机座14两侧开有使制动器上的摩擦块穿过的孔。 永磁同步曳引机性能 1.常规曳引机曳引轮及制动臂工作受力均为悬臂机构，运动部件受力条件不良。有些曳引机增加前端盖后，将曳引轮及制动臂工作受力改成双向支撑，特别是在采用复绕方式时，曳引轮长度增加后，其受力由于是双向支撑，无任何不良影响，比之市面上已有的曳引轮及制动臂工作受力均为悬臂的工作方式具有更加优越的工作性能、噪音低、振动孝不产生共振，安全性好。 永磁同步曳引机 2.常规曳引机的人工盘车机构是在制动轮或曳引轮上安装一个齿轮圈，再用一个小齿轮与其相配，通过手轮或备用动力盘动该小齿轮转动，再通过齿轮圈带动曳引轮旋转来实现的。但一个带齿的齿轮圈直接外露，并跟着曳引轮一起旋转，容易伤人，很不安全。同时操作时还需两个人，一人操作制动机构，另一个操作盘车机构，存在安全隐患。有些将曳引机将盘车机构做成外置式蜗轮蜗杆传动的机构，平时不用时卸下，有需盘车时锁在前端盖上使用。蜗轮蜗杆盘车装置有传动比大，省力，且有自锁功能，能够保证盘车时轿厢不会出现冲顶或蹲底的安全隐患。且只需一人操作。 3、采用双支撑受力合理，不易损坏轴承，延长使用寿命，对于电梯运行中共振的分析如下因为电梯的轨道所产生磨擦力因安装质量而异，但最好的安装技术都存在电梯在运行中因为轨道的磨擦力的不同带来运行中受力的变化，这种变化导致了钢丝绳在弹性区域的变形，也就是产生弹簧效应，这种钢丝绳的弹簧效应传导到曳引机上，会使悬臂受力的曳引机产生共振使得电梯运行中抖动不平稳，然而双支撑的采用大大地缓解了这种矛盾，从而增加运行中电梯的稳定性。 永磁同步曳引机优势 驱动系统使用永磁同步无齿曳引机。由于永磁同步无齿曳引机与传统的蜗轮、蜗杆传动的曳引机相比具有如下优点： 1、永磁同步无齿曳引机是直接驱动，没有蜗轮、蜗杆传动副，永磁同步电机没有作异步电机所需非常占地方的定子线圈，而制作永磁同步电机的主要材料是高能量密度的高剩磁感应和高矫顽力的钕铁硼,其气隙磁密一般达到0.75T以上，所以可以做到体积小和重量轻。 永磁同步曳引机 2、传动效率高。由于采用了永磁同步电机直接驱动（没有蜗轮蜗杆传动副）其传动效率可以提高20％～30％。 3、永磁同步无齿曳引机由于不存在一个异步电机在高速运行时轴承所发生的噪声和不存在蜗轮蜗杆副接触传动时所发生噪声，所以整机噪声可降低5～10db(A)。 4、能耗低。从永磁同步电机工作原理可知其励磁是由永磁铁来实现的，不需要定子额外提供励磁电流，
完美格式整理版 第一章永磁同步电机的原理及结构 1.1永磁同步电机的基本工作原理 永磁同步电机的原理如下在电动机的定子绕组中通入三相电流，在通入电流后就会在电动机的定子绕组中形成旋转磁场，由于在转子上安装了永磁体，永磁体的磁极是固定的，根据磁极的同性相吸异性相斥的原理，在定子中产生的旋转磁场会带动转子进行旋转，最终达到转子的旋转速度与定子中产生的旋转磁极的转速相等，所以可以把永磁同步电机的起动过程看成是由异步启动阶段和牵入同步阶段组成的。在异步启动的研究阶段中，电动机的转速是从零开始逐渐增大的，造成上诉的主要原因是 其在异步转矩、永磁发电制动转矩、 矩起的磁阻转矩和单轴转由转子磁路不对称而引等一系列的因素共同作用下而引起的，所以在这个过程中转速是振荡着上升的。在起 动过程中，质的转矩，只有异步转矩是驱动性电动机就是以这转矩来得以加速的，其 他的转矩大部分以制动性质为主。在电动机的速度由零增加到接近定子的磁场旋转转速时，在永磁体脉振转矩的影响下永磁同步电机的转速有可能会超过同步转速，而出现转速的超调现象。但经过一段时间的转速振荡后，最终在同步转矩的作用下而被牵入同步。 1.2永磁同步电机的结构 永磁同步电机主要是由转子、端盖、及定子等各部件组成的。一般来说，永磁 同步电机的最大的特点是它的定子结构与普通的感应电机的结构非常非常的相似，主要是区别于转子的独特的结构与其它电机形成了差别。和常用的异步电机的最大不同则是转子的独特的结构，在转子上放有高质量的永磁体磁极。由于在转子上安放永磁体的位置有很多选择，所以永磁同步电机通常会被分为三大类：内嵌式、面贴式以及插入式，如图1.1所示。永磁同步电机的运行性能是最受关注的，影响其性能的因素有很多，但是最主要的则是永磁同步电机的结构。就面贴式、插入式和嵌入式而言，各种结构都各有其各自的优点。
调速永磁同步电动机的电磁设计与磁场分析 1 引言 与传统的电励磁电机相比，永磁同步电动机具有结构简单，运行稳定；功率密度大；损耗小，效率高；电机形状和尺寸灵活多变等显著优点，因此在航空航天、国防、工农业生产和日常生活等各个领域得到了越来越广泛的应用。 随着电力电子技术的迅速发展以及器件价格的不断下降，越来越多的直流电动机调速系统被由变频电源和交流电动机组成的交流调速系统所取代，变频调速永磁同步电动机也应运而生。变频调速永磁同步电动机可分为两类,一类是反电动势波形和供电电流波形都是理想矩形波(实际为梯形波)的无刷直流电动机,另一类是两种波形都是正弦波的一般意义上的永磁同步电动机。这类电机通常由变频器频率的逐步升高来起动，在转子上可以不用设置起动绕组。 本文使用Ansoft Maxwell软件中的RMxprt模块进行了一种调速永磁同步电动机的电磁设计，并对电机进行了性能和参数的计算，然后将其导入到Maxwell 2D中建立了二维有限元仿真模型，并在此模型的基础上对电机的基本特性进行了瞬态特性分析。 2 调速永磁同步电动机的电磁设计 2.1 额定数据和技术要求 调速永磁同步电动机的电磁设计主要包括主要尺寸和气隙长度的确定、定子冲片设计、定子绕组的设计、永磁体的设计等。通过改变电机的各个参数来提高 T。本例所永磁同步电动机的效率η、功率因数cos?、起动转矩st T和最大转矩max 设计永磁同步电动机的额定数据及其性能指标如下： 计算额定数据：
(1) 额定相电压：N 220V U U == (2) 额定相电流：3 N N N N N 1050.9A cos P I mU η??== (3) 同步转速：160=1000r /min f n p = (4) 额定转矩：3 N N 1 9.5510286.5N m P T n ?==g 2.2 主要尺寸和气隙长度的确定 永磁电机的主要尺寸包括定子内径和定子铁心有效长度，它们可由如下公式 估算得到： 2 i11P D L C n '= N N N cos E K P P η?'=， 6.1p Nm dp C K K AB δ α=' 式中，i1D 为定子内径，L 为定子铁心长度，P '为计算功率，C 为电机常数。 E K 为额定负载时感应电势与端电压的比值，本例取0.96；p α'为计算极弧系数， 初选0.8；Nm K 为气隙磁场的波形系数，当气隙磁场为正弦分布时等于1.11；dp K 为电枢的绕组系数，初选0.92。A 为电机的线负荷，B δ为气隙磁密，A 和B δ的 选择非常重要，直接影响电机的参数和性能，应从电机的综合技术经济指标出发 来选取最合适的A 和B δ值，本例初选为200A/cm,0.7T A B δ==。 由上式可初步确定电机的2i1D L ，但要想进一步确定i1D 和L 各自的值，还应选择主要尺寸比i1i122L L pL D D p λπτπ===，其中τ为极距。通常，中小型同步电动机的0.6~2.5λ=，一般级数越多，λ也越大，本例初选1.4。 永磁同步电动机的气隙长度δ一般要比同规格的感应电动机的气隙大，主要 是因为适当的增加气隙长度可以在一定的程度上减小永磁同步电动机过大的杂 散损耗，减低电动机的振动与噪声和便于电动机的装配。所以设计永磁同步电动 机的气隙长度时,可以参照相近的感应电动机的气隙长度并加以适当的修改。本 例取=0.7mm δ。 确定电动机定子外径时，一般是在保证电动机足够散热能力的前提下，视具 体情况为提高电动机效率而加大定子外径还是为降低成本而减小定子外径。
高压永磁同步电动机应用与研究 摘要：目前工业领域中采用的高压中、大功率异步电动机普遍存在效率偏低、功率因数差等浪费电能现象。为实现中、大功率电动机高效节能目标，高效永磁同步电动机的研发和应用已成为国内外发展的必然趋势。高效永磁同步电动机理论分析、实验室试验和国家权威机构检测成功后，对现场应用尚无完整的试验研究数据，缺少通过试验和监测手段对高效永磁同步电动机进行经济效益分析。本文通过在张家口发电厂首次应用，并通过严格试验得出相关研究数据和分析结果。 关键词：高效永磁同步电动机试验研究结果分析现场方案 引言 在工业、建筑以及公用设施领域中电动机是重要的原动力设备，也是电能消耗的最大用户，和节电潜力的最大用户。2012年我国各类电动机总装机容量约为5亿千瓦，其中异步电动机的装机容量占全国电动机装机容量的90%，约占全国用电量的60%，占工业用量的75%，系统用电效率比国外先进水平低5%-15%，相当于每年浪费电能约1500亿千瓦时。 目前工业领域中采用的高压中、大功率异步电动机普遍存在效率偏低、功率因数差等浪费电能现象。而高效永磁同步电动机能否达到高效节能目标，现场应用前景如何，已经引起国内各大企业关注。2013年工业和信息化部印发(2013年工业节能与绿色发展专项行动实施方案)提出，选择电机在能效提升和绿色发展方面要取得突破。本文将通过在张家口发电厂首次应用和现场试验进行分析。为企业应用永磁同步电动机提供参考。 一、高压永磁同步电动机概述 1、高压永磁同步电动机的发展历程 电机属于电磁装置，其工作原理是通过磁场实现电能与机械能间的不断转换。在电机的工作过程中，气息磁场是必不可少的。获得磁场的方法有两种，其中一种是通过电流得到。该种电机叫做电励磁电机，这种电机需要具备专门用来产生电流磁场的绕组，同时，为了保证电流的正常流动还需要为电机提供不间断的能量供应。另一种方法是通过永磁体来获得磁场，这可以大大简化电机的结构，同时，因为永磁体一旦磁化(充磁)之后就永久具有磁性，不再需要外界供给能量，这也大大的减少了能量的损耗。 高压永磁同步电动机就是通过永磁体获得磁场的电动机，永磁体材料的发展促进了此种电动机的发展。稀土钴和钕铁硼永磁分别在20世纪60年代和80年代出现，这两种永磁材料的出现极大的促进的电动机的发展，因为这两种材料具有特别适用于电机装置的特性，包括高剩磁密度、高矫顽力、线性退磁曲线以及高磁能积。 我国专家学者自主开发的高效高压永磁同步电动机，采用实心转子磁极铁芯和启动笼复合结构，消弱了齿谐波，减少了转子表面损耗，提高了电机效率。同时，非均匀气隙和优化通风散热，有效的控制了电机温升。该种电机同异步电机相比各项指标显著提供，额定负载效率大于96%，功率因数大于0.98，综合节电率在8%-15%。 2、高压永磁同步电动机的优点
第一章永磁同步电机的原理及结构 1.1永磁同步电机的基本工作原理 永磁同步电机的原理如下在电动机的定子绕组中通入三相电流，在通入电流后 就会在电动机的定子绕组中形成旋转磁场，由于在转子上安装了永磁体，永磁体的磁极是固定的，根据磁极的同性相吸异性相斥的原理，在定子中产生的旋转磁场会带动转子进行旋转，最终达到转子的旋转速度与定子中产生的旋转磁极的转速相等，所以可以把永磁同步电机的起动过程看成是由异步启动阶段和牵入同步阶段组成的。在异步启动的研究阶段中，电动机的转速是从零开始逐渐增大的，造成上诉的主要原因是 其在异步转矩、永磁发电制动转矩、 矩起的磁阻转矩和单轴转由转子磁路不对称而引等一系列的因素共同作用下而引起的，所以在这个过程中转速是振荡着上升的。在起 动过程中，质的转矩，只有异步转矩是驱动性电动机就是以这转矩来得以加速的，其 他的转矩大部分以制动性质为主。在电动机的速度由零增加到接近定子的磁场旋转转速时，在永磁体脉振转矩的影响下永磁同步电机的转速有可能会超过同步转速，而出现转速的超调现象。但经过一段时间的转速振荡后，最终在同步转矩的作用下而被牵入同步。 1.2永磁同步电机的结构 永磁同步电机主要是由转子、端盖、及定子等各部件组成的。一般来说，永磁同步电机的最大的特点是它的定子结构与普通的感应电机的结构非常非常的相似，主要是区别于转子的独特的结构与其它电机形成了差别。和常用的异步电机的最大不同则是转子的独特的结构，在转子上放有高质量的永磁体磁极。由于在转子上安放永磁体的位置有很多选择，所以永磁同步电机通常会被分为三大类：内嵌式、面贴式以及插入式，如图1.1所示。永磁同步电机的运行性能是最受关注的，影响其性能的因素有很多，但是最主要的则是永磁同步电机的结构。就面贴式、插入式和嵌入式而言，各种结构都各有其各自的优点。
一、概述 众所周知，直流电动机有优良的控制性能，其机械特性和调速特性均为平行的直线，这是各类交流电动机所没有的特性。此外，直流电动机还有起动转矩大、效率高、调速方便、动态特性好等特点。优良的控制特性使直流电动机在70年代前的很长时间里，在有调速、控制要求的场合，几乎成了唯一的选择。但是，直流电动机的结构复杂，其定子上有激磁绕组产生主磁场，对功率较大的直流电动机常常还装有换向极，以改善电机的换向性能。直流电机的转子上安放电枢绕组和换向器，直流电源通过电刷和换向器将直流电送入电枢绕组并转换成电枢绕组中的交变电流，即进行机械式电流换向。复杂的结构限制了直流电动机体积和重量的进一步减小，尤其是电刷和换向器的滑动接触造成了机械磨损和火花，使直流电动机的故障多、可靠性低、寿命短、保养维护工作量大。换向火花既造成了换向器的电腐蚀，还是一个无线电干扰源，会对周围的电器设备带来有害的影响。电机的容量越大、转速越高，问题就越严重。所以，普通直流电动机的电刷和换向器限制了直流电动机向高速度、大容量的发展。 在交流电网上，人们还广泛使用着交流异步电动机来拖动工作机械。交流异步电动机具有结构简单，工作可靠、寿命长、成本低，保养维护简便。但是，与直流电动机相比，它调速性能差，起动转矩小，过载能力和效率低。其旋转磁场的产生需从电网吸取无功功率，故功率因素低，轻载时尤甚，这大增加了线路和电网的损耗。长期以来，在不要求调速的场合，例如风机、水泵、普通机床的驱动中，异步电动机占有主导地位，当然这类拖动中，无形中损失了大量电能。 过去的电力拖动中，很少彩同步电动机，其主要原因是同步电动机不能在电网电压下自行起动，静止的转子磁极在旋转磁场的作用下，平均转矩为零。人们亦知道变频电源可解决同步电动机的起动和调速问题，但在70年代以前，变频电源是可想而不可得的设备。所以，过去的电力拖动中，很少看到用同步电动机作原动机。在大功率范围内，偶尔也有同步电动机运行的例子，但它往往是用来改善大企业的电网功率因数。 自70年代以来，科学技术的发展极大地推动了同步电动机的发展和应用，主要的原因有：1、高性能永磁材料的发展 永磁材料近年来的开发很快，现有铝镍钴、铁氧体和稀土永磁体三大类。稀土永磁体又有第一代钐钴1：5，第二代钐钴2：17和第三钕铁硼。铝镍钴是本世纪三十年代研制成功的永磁材料，虽其具有剩磁感应强度高，热稳定性好等优点，但它矫顽力低，抗退磁能力差，而且要用贵重的金属钴，成本高，这些不足大大限制了它在电机中的应用。铁氧体磁体是本世纪五十年代初开发的永磁材料，其最大的特点是价格低廉，有较高的矫顽力，其不足是剩磁感应强度和磁能积都较低。钐钴稀土永磁材料在六十年代中期问世，它具有铝镍钴一样高的剩磁感应强度，矫顽力比铁氧体高，但钐稀土材料价格较高。80年代初钕铁硼稀土永磁材料的出现，它具有高的剩磁感应强度，高的矫顽力，高的磁能积，这些特点特别适合在电机中使用。它们不足是温度系数大，居里点低，容易氧化生锈而需涂复处理。经过这几年的不断改
永磁同步无齿轮曳引机常见故障处理法常见故障处理法
一、无机房电梯常见的井道布置形式 1．主机上置式 这种布置方式中，主机放在井道顶层轿厢和电梯井道壁之间的空间，为了使控制柜和主机之间的连线足够短，一般将控制柜放在顶层的厅门旁边，这样也便于检修和维护。 2．主机下置式 主机放在井道的底坑部分，放在底坑轿厢和对重之间的投影空间上，控制柜一般采取壁挂形式。这种放置方式给检修和维护也提供了方便． 3．主机放在轿厢上； 主机放在轿厢的顶部，控制柜放在轿厢侧面，这种布置方式，随行电缆的数量比较多。 4．主机和控制柜放在井道侧壁的开孔空间内这种方式对主机和控制柜的尺寸无特殊要求，但是要求开孔部份的建筑要有足够厚度，并要留有检修门． 二、无机房电梯对驱动主机和控制系统的要求 大家知道无机房电梯省去了传统的电梯机房，一般情况下将电梯驱动主机和控制系统以及一些其它的部件统统放到了井道中。相应的对电梯的主机和控制系
统提出了一些特殊的要求： 1、对主机的要求 A．结构紧凑，功率密度高，适于安装在井道内。 B．噪音低，振动小，运行平稳舒适。 C．可靠性高，平均无故障时间长。 D．高效率，维护费用少，运行成本低。 E．价格低。 2、对电梯控制系统的要求 A．结构紧凑，体积小，便于安装。 B．抗干扰，可靠性高，安全余量大。 C．检修方便。 D．省电高效。 三、阿尔法EPM曳引机的结构和特点 德国阿尔法高精密变速器制造责任有限公司是高精密变速器专业制造商，其行星齿轮箱的加工技术在世界机械加工行业处于领先地位。阿尔法公司生产的变速器是欧洲航空航天和军工技术的专用产品，广泛应用于航空航天技术、军用技术装置、高精密自动化设备(如机器人、自动化生产线等)。许多国际驰名公司如西门子、大众汽车公司等都是阿尔法公司的固定客户和合作伙伴。 EPM曳引机是采用交流永磁同步电机驱动的行星
第一章永磁同步电机的原理及结构 永磁同步电机的基本工作原理 永磁同步电机的原理如下在电动机的定子绕组中通入三相电流，在通入电流后就会在电动机的定子绕组中形成旋转磁场，由于在转子上安装了永磁体，永磁体的磁极是固定的，根据磁极的同性相吸异性相斥的原理，在定子中产生的旋转磁场会带动转子进行旋转，最终达到转子的旋转速度与定子中产生的旋转磁极的转速相等，所以可以把永磁同步电机的起动过程看成是由异步启动阶段和牵入同步阶段组成的。在异步启动的研究阶段中，电动机的转速是从零开始逐渐增大的，造成上诉的主要原因是其在异步转矩、永磁发电制动转矩、由转子磁路不对称而引起的磁阻转矩和单轴转矩等一系列的因素共同作用下而引起的，所以在这个过程中转速是振荡着上升的。在起动过程中，只有异步转矩是驱动性质的转矩，电动机就是以这转矩来得以加速的，其他的转矩大部分以制动性质为主。在电动机的速度由零增加到接近定子的磁场旋转转速时，在永磁体脉振转矩的影响下永磁同步电机的转速有可能会超过同步转速，而出现转速的超调现象。但经过一段时间的转速振荡后，最终在同步转矩的作用下而被牵入同步。 永磁同步电机的结构 永磁同步电机主要是由转子、端盖、及定子等各部件组成的。一般来说，永磁同步电机的最大的特点是它的定子结构与普通的感应电机的结构非常非常的相似，主要是区别于转子的独特的结构与其它电机形成了差别。和常用的异步电机的最大不同则是转子的独特的结构，在转子上放有高质量的永磁体磁极。由于在转子上安放永磁体的位置有很多选择，所以永磁同步电机通常会被分为三大类：内嵌式、面贴式以及插入式，如图所示。永磁同步电机的运行性能是最受关注的，影响其性能的因素有很多，但是最主要的则是永磁同步电机的结构。就面贴式、插入式和嵌入式而言，各种结构都各有其各自的优点。
浅谈无齿轮曳引机的优缺点 1、正视无齿轮曳引机 无齿轮曳引机的产生，毕竟迎合了电梯的需求，迎合了环保的需要，迎合了厂家的利益。它的诞生不单单是为了无机房电梯的需求，同时也是为了节能、降噪的需要。适者生存，我们应当看到它的无限前景（无传动机构、磨损低、装配简单、噪音低、永磁同步能耗低、省油、无油污、运行平稳易维护），为其生存发展创造条件。我们当然也不能忽视永磁同步无齿轮曳引机的缺点和不足（成本造价高，永磁体寿命有限，还很难实现1∶1悬挂方式，编码器传输对变频器的影响、制动器力矩问题等），为完善无齿轮曳引机并坚持不懈的努力研究开发新材料、新技术。无齿轮曳引机已经“来到”我们面前，在宣传其优点的同时也要正视这些尚需解决的问题，尤其当今曳引机厂家林立、竞争激烈，要想摆脱窘境、要想转产、开发新产品，就应端正心态、直面现实、正视困难，以全新产品占领市场、扭转局面。 2、永磁同步无齿轮曳引机的优点 永磁同步无齿轮曳引机，一经面世就显示了它的勃勃生机。 1）永磁同步无齿轮曳引机无传动结构，体现如下几点好处： （1）磨损低。无齿轮曳引机的最大优势在于没有任何传动结构，除了电机转子轴（它同时又是曳引轴）上有一组轴承之外，就再也没有什么机械磨损了，没有磨损，自然延长了曳引机的使用寿命。 （2）节能。无齿轮曳引机由于没有传动结构，也就没有了机械方面的功率损耗，相对来讲，也就节省了能量和运行开支。以载荷1000kg、梯速1.0m/s变频调速电梯为例：OTIS有齿曳引机（曳引比为1∶1）需11kW；韦伯无齿曳引机（曳引比为2∶1）只需6.7kW。 （3）安装简便。由于曳引轮直接固定在电动机的轴上，结构紧凑体积小、重量轻，便于吊装、运输，所以现场安装也就容易多了，仍以载荷1000kg、梯速1.0m/s变频调速电梯为例：OTIS有齿曳引机17CT，自重1300kg；韦伯无齿曳引机WEB-1.0-1000，自重300kg。 （4）运行平稳。由于没有传动结构，也就没有皮带传动的丢转、打滑，电梯平层精度高、运行可靠；也就没有齿轮啮合的噪音和震动，从而表现在电梯运行平稳、噪音低，这也是电梯绿色革命的突出特点。 （5）省油。无齿轮曳引机由于没有传动结构，也就省去了传统减速箱中的润滑油，它只在轴承内存有足量的润滑脂。日常维保不存在更换润滑油的烦琐，同时也避免了润滑油泄漏带来的污染和维护难度，又节省了润滑油费用。 （6）使用方便。由于无齿轮曳引机没有液态润滑油，亦无泄漏，不仅没有污染，而且可以任意姿态安装，比如底脚朝上悬挂于井道顶板处。 2）永磁同步无齿轮曳引机控制系统的好处 永磁同步无齿轮曳引机都设计了“断电短路”环节，利用“永磁同步电动机，短接三相绕组时可以作为发电机运行”的这一突出优点，有效地避免电梯失控溜车。这一环节体现了以下几个好处：
高效永磁同步电动机设计技术研究
目录 1、基本情况及背景介绍 (2) 2、高效永磁同步电动机关键技术的研究 (3) 2.1优化转子磁路结构，提高电机的可靠性 (3) 2.2永磁电机防退磁技术研究 (5) 2.3漏磁系数准确计算的研究 (7) 2.4稀土永磁材料的高温退磁特性及应用技术的研究 (10) 2.5稀土永磁材料的剩磁测试技术的研究 (14) 2.6电机的起动性能 (16) 2.7失步转矩倍数 (17) 2.8其它性能指标 (18)
1、基本情况及背景介绍 稀土永磁是一种高性能的功能材料，它的高剩磁密度、高矫顽力、高磁能积等优异磁性能特别适合于制造电机。用它制成的永磁同步电机，不需要用以产生磁场的无功励磁电流，可显著提高功率因数，减少定子电流和定子电阻损耗。在稳定运行时没有转子电阻损耗，使电机温升有较大裕度，从而可将风扇减小甚至不安装风扇，以减少风摩损耗提高电机效率。与普通的电励磁同步电动机相比，不需要用以产生磁场的励磁绕组和直流励磁电源，取消了容易出问题的集电环和电刷装置，成为无刷电机，运行可靠，又效率提高。因此，国内外都投入大量人力物力从事高效钕铁硼永磁电机的研制开发。 相对于异步电机，永磁同步电动机(PMSM)具有体积小、功率密度高等优点，效率比同规格的感应异步电机高2~8%。我国稀土永磁资源储量占世界储量的80％，发展永磁电机具有得天独厚的优势。 早在1980年，我国有关高校及科研院所就开始从事高效永磁电动机的研制开发，先后研制开发出多种类型电动机的样机，技术水平参差不齐，还存在着转子磁路单一、永磁材料可能退磁、测试和制造工艺复杂等问题，性能价格比不够理想，价格偏高。 为了充分发挥钕铁硼永磁材料的优异磁性能，针对钕铁硼永磁电动机在磁、电、机、热等方面的特点，进行技术集成和创新，特别对转子磁路结构、钕铁硼永磁材料的热稳定性做了深入研究，并应用于产品开发过程，提高其效率、性价比，可靠性（主要指不退磁），扩大应用领域，为把稀土资源优势转化为经济优势作贡献。
高强度永磁同步电机的转子结构 —北京明正维元电机技术有限公司专利 本实用新型涉及一种高强度永磁同步电机的转子结构，它由中心轴，铁芯和附着在其外圆表面上的至少1对圆弧面形的磁钢构成圆辊状结构，各相邻两磁钢侧面之间留有气隙，各磁钢通过相应的锁紧件与铁芯构成锁紧联结结构，它解决了现有技术强度差、磁钢易被甩出，易出现事故的问题，用于制作各型永磁同步电机。 交流永磁同步调速电梯电机之特性 石正铎路子明 我国电梯性能随着计算机控制技术和变频技术的发展有很大的提高，但是异步变频电动机存在低频低压低速时的转矩不够平稳进而影响低速段运行不理想的缺点。用永磁同步调速电机替代交流异步电机，用同步变频替代异步变频可以解决低速段的缺点和启动及运行中的抖动问题，使电梯运行更平稳、更舒适，同时减小电机的体积，降低噪音。采用有齿轮电梯曳引机，当电梯制动器失灵、轿厢产生自由落体时，可利用永磁同步电机的电流制动功能保证轿厢低速溜车，为电梯安全增加了一道安全屏障。 一、永磁同步电机与异步电机的主要区别及特点 由于异步电机是靠电机定子电流为电机转子励磁的，而永磁电机转子是用永磁体直接产生磁场不需要电励磁。因此永磁同步电机具有结构简单、运行可靠、体积小、重量轻、效率高、形状和尺寸灵活多样等特点。 二、交流永磁同步调速电梯电机的主要优点 1、结构简单运行可靠，由于永磁电机转子不需要励磁，省去了线圈或鼠笼，简化了结构，实现了无刷，减少了故障，维修方便简单，维修复杂系数大大降低。 2、低温升、小体积永磁同步电机与感应电机相比，因为不需要无功励磁电流，而具备： (1)、功率因数高近于1。 (2)、反电势正弦波降低了高次谐波的幅值，有效的解决了对电源的干扰。 (3)、减小了电机的铜损和铁损。 同步电机发温升小（约38K），电机外形小，体积与异步电机相比，降低一至两个机座号。 3、高效率超节能，因为功率因数高（可近似为1），又省去电励磁，减少了定子电流和定子转子电阻的损耗，效率高（94~96%），满载起动电流比异步减少一半，所以节能效果明显，用于电梯时，同步电机可节能40%以上（用户实际使用后测试结果），轻载电流小，只相当于异步电机的10%，如11KW异步电机轻载时异步电机电流10A，而同步电机轻载电流只有0.7A。 4、调速范围宽，可达1：1000甚至于更高（异步电机只有1：100），调速精度极高，可大大提高电梯的品质。
永磁同步电动机的应用前景 上海交通大学电力学院金如麟谭茀娃 一、概述 众所周知，直流电动机有优良的控制性能，其机械特性和调速特性均为平行的直线，这是各类交流电动机所没有的特性。此外，直流电动机还有起动转矩大、效率高、调速方便、动态特性好等特点。优良的控制特性使直流电动机在70年代前的很长时间里，在有调速、控制要求的场合，几乎成了唯一的选择。但是，直流电动机的结构复杂，其定子上有激磁绕组产生主磁场，对功率较大的直流电动机常常还装有换向极，以改善电机的换向性能。直流电机的转子上安放电枢绕组和换向器，直流电源通过电刷和换向器将直流电送入电枢绕组并转换成电枢绕组中的交变电流，即进行机械式电流换向。复杂的结构限制了直流电动机体积和重量的进一步减小，尤其是电刷和换向器的滑动接触造成了机械磨损和火花，使直流电动机的故障多、可靠性低、寿命短、保养维护工作量大。换向火花既造成了换向器的电腐蚀，还是一个无线电干扰源，会对周围的电器设备带来有害的影响。电机的容量越大、转速越高，问题就越严重。所以，普通直流电动机的电刷和换向器限制了直流电动机向高速度、大容量的发展。 在交流电网上，人们还广泛使用着交流异步电动机来拖动工作机械。交流异步电动机具有结构简单，工作可靠、寿命长、成本低，保养维护简便。但是，与直流电动机相比，它调速性能差，起动转矩小，过载能力和效率低。其旋转磁场的产生需从电网吸取无功功率，故功率因素低，轻载时尤甚，这大增加了线路和电网的损耗。长期以来，在不要求调速的场合，例如风机、水泵、普通机床的驱动中，异步电动机占有主导地位，当然这类拖动中，无形中损失了大量电能。 过去的电力拖动中，很少彩同步电动机，其主要原因是同步电动机不能在电网电压下自行起动，静止的转子磁极在旋转磁场的作用下，平均转矩为零。人们亦知道变频电源可解决同步电动机的起动和调速问题，但在70年代以前，变频电源是可想而不可得的设备。所以，过去的电力拖动中，很少看到用同步电动机作原动机。在大功率范围内，偶尔也有同步电动机运行的例子，但它往往是用来改善大企业的电网功率因数。自70年代以来，科学技术的发展极大地推动了同步电动机的发展和应用，主要的原因有： 1、高性能永磁材料的发展 永磁材料近年来的开发很快，现有铝镍钴、铁氧体和稀土永磁体三大类。稀土永磁体又有第一代钐钴1：5，第二代钐钴2：17和第三钕铁硼。铝镍钴是本世纪三十年代研制成功的永磁材料，虽其具有剩磁感应强度高，热稳定性好等优点，但它矫顽力低，抗退磁能力差，而且要用贵重的金属钴，成本高，这些不足大大限制了它在电机中的应用。铁氧体磁体是本世纪五十年代初开发的永磁材料，其最大的特点是价格低廉，有较高的矫顽力，其不足是剩磁感应强度和磁能积都较低。钐钴稀土永磁材料在六十年代中期问世，它具有铝镍钴一样高的剩磁感应强度，矫顽力比铁氧体高，但钐稀土材料价格较高。80年代初钕铁硼稀土永磁材料的出现，它具有高的剩磁感应强度，高的矫顽力，高的磁能积，这些特点特别适合在电机中使用。它们不足是温度系数大，居里点低，容易氧化生锈而需涂复处理。经过这几年的不断改进提高，这些缺点大多已经克服，现钕铁硼永磁材料最高的工作温度已可达180℃，一般也可达150℃，已足以满足绝大多数电机的使用要求。表1是各种永磁材料性能比较。 表1各种永磁材料的性能比较