稀土永磁材料在電機中的應用的意義

旋轉電機在實現機電能量轉換的過程中必須有磁場，傳統電機靠電流通過線圈來產生。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生磁場，功率因數低，當在一個工業場合大量使用異步電機時，需要加電容來補償電網的功率因數。

稀土永磁材料的磁性能優異,它經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，而且結構簡單、運行可靠，還可做到體積小、重量輕。既可達到傳統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和微機控制技術相結合，更使電機及傳動系統的性能提高到一個嶄新的水平。從而提高所配套的技術裝備的性能和水平，是電機行業調整產業結構的重要發展方向。      

稀土永磁電機的應用范圍極為廣泛，幾乎遍及航空、航天、國防、裝備制造、工農業生產和日常生活的各個領域。它包括永磁同步電動機、永磁發電機、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的控制系統，幾乎覆蓋了整個電機行業。

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儲量為4800萬噸，遠景儲量達1.2億噸，占世界已探明資源的80%，而且品種全，質量高，為大力開發稀土材料提供了得天獨厚的條件。目前，高檔釹鐵硼永磁產品N48，45M,44H,39SH,35UH和28EH等都已批量生產。

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

二、國家稀土永磁電機工程技術研究中心情況概述

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

“國家永磁中心”現有職工60人，其中大專以上學歷科技人員40人，占職工總數的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6000平方米，北京辦事處70平方米，在沈陽國家高新技術產業開發區創業中心（21世紀大廈）內70平方米。現設有計算機CAD/CAM中心、技術開發部、工程設計部、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，中間在外”的協作方式組織生產，即產品的研究、設計、中試與關鍵技術在內，其余部分在外，以充分利用國家存量資產，大大減少一般機加設備和場地的投資，最大限度減少新增投資，提高經濟效益。

20多年來，既在稀土永磁電機分析理論、電磁場計算方法、優化設計和性能仿真等基礎理論研究上取得重大突破，發表了一大批高水平的學術論文和專著；又特別注重與生產實踐相結合，解決了磁路結構、測試技術和制造工藝等一系列有關關鍵技術。開發出國內第一臺稀土永磁電機（3kW、20000r/min高速稀土永磁電機），開發出世界容量最大的60~160kVA稀土永磁副勵磁機，超額完成了八六三計劃“九五”重大攻關項目并開發出五種二十三個規格永磁電機，其中五個實現了工程化，在石油化工領域得到實際應用。

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、獲國家授權專利7項。曾兩次由國家經委和全國稀土推廣應用領導小組命名為“全國稀土推廣應用先進單位”。經沈陽市、遼寧省科委、國家教育部和科學技術部批準，分別于1999年成立了“沈陽市稀土永磁應用工程技術中心”，2000年成立了“遼寧省稀土永磁電機工程技術中心”， 2001年成立了“教育部稀土永磁應用工程研究中心”，2002年獲準組建“國家稀土永磁電機工程技術研究中心”。

為推進科研成果的產業化，又創辦了一個產、學、研一體化的新興企業-----沈陽博遠特種電機有限責任公司，現已被遼寧省科技廳認定為高新技術企業，由科學技術部認定為“國家八六三計劃成果產業化基地”。

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

一、 最新科研成果

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

1、 高效高起動轉矩釹鐵硼永磁三相同步電動機TYQ系列產品

該系列電機是傳統的Y型電機的替代產品，廣泛應用于石油化工，抽油機系統和風機泵類等行業。現已開發出9個功率等級的產品。

經遼河、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，綜合節電率達30%。表1是各油田節能監測站提供的檢測報告統計表。

表1各油田節能監測站提供的檢測報告統計表

    本成果的產業化被列為國家八六三計劃重大產業化項目、國家級火炬計劃項目、國家計委高新技術產業化推進項目、科技型中小企業創新項目和沈陽市高新技術超常發展“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。

市場預測：據中國石油天然集團公司統計，我國各大油田現有抽油機6萬臺，年生產5000臺。如原有抽油機的1/10和新生產的一半換用永磁電機，則年需8500臺，產值1.02億元；我國年生產風機和泵類用電機2000萬kW，如年產永磁電機100萬kW，產值3.5億元。可見此類永磁電機具有廣闊的國內市場。

2、高牽入同步能力釹鐵硼永磁同步電動機及其關鍵技術

該系列電機為化纖機械用高科技、高附加值的產品。表2為現已開發6種規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格及主要性能

所開發的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，牽入轉矩倍數最小提高了81％。