淺析永磁發(fā)電機與勵磁發(fā)電機對比

1、永磁電機

1.1 磁路結(jié)構(gòu)和設(shè)計計算 

        永磁發(fā)電機與勵磁發(fā)電機的最大區(qū)別在于它的勵磁磁場是由永磁體產(chǎn)生的。永磁體在電機中既是磁源，又是磁路的組成部分。永磁體的磁性能不僅與生產(chǎn)廠的制造工藝有關(guān)，還與永磁體的形狀和尺寸、充磁機的容量和充磁方法有關(guān)，具體性能數(shù)據(jù)的離散性很大。而且永磁體在電機中所能提供的磁通量和磁動勢還隨磁路其余部分的材料性能、尺寸和電機運行狀態(tài)而變化。此外，永磁發(fā)電機的磁路結(jié)構(gòu)多種多樣，漏磁路十分復(fù)雜而且漏磁通占的比例較大，鐵磁材料部分又比較容易飽和，磁導(dǎo)是非線性的。這些都增加了永磁發(fā)電機電磁計算的復(fù)雜性，使計算結(jié)果的準(zhǔn)確度低于電勵磁發(fā)電機。因此，必須建立新的設(shè)計概念，重新分析和改進磁路結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)；必須應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計方法，研究新的分析計算方法，以提高設(shè)計計算的準(zhǔn)確度；必須研究采用先進的測試方法和制造工藝。 

1.2 控制問題 

        永磁發(fā)電機制成后不需外界能量即可維持其磁場，但也造成從外部調(diào)節(jié)、控制其磁場極為困難。這些使永磁發(fā)電機的應(yīng)用范圍受到了限制。但是，隨著MOSFET、IGBTT等電力電子器件的控制技術(shù)的迅猛發(fā)展，永磁發(fā)電機在應(yīng)用中無需磁場控制而只進行電機輸出控制。設(shè)計時需要釹鐵硼材料，電力電子器件和微機控制三項新技術(shù)結(jié)合起來，使永磁發(fā)電機在嶄新的工況下運行。

1.3 不可逆退磁問題 

        如果設(shè)計和使用不當(dāng)，永磁發(fā)電機在溫度過高（釹鐵硼永磁）或過低（鐵氧體永磁）時，在沖擊電流產(chǎn)生的電樞反應(yīng)作用下，或在劇烈的機械振動時有可能產(chǎn)生不可逆退磁，或叫失磁，使電機性能降低，甚至無法使用。因而，既要研究開發(fā)適合于電機制造廠使用的檢查永磁材料熱穩(wěn)定性的方法和裝置，又要分析各種不同結(jié)構(gòu)形式的抗去磁能力，以便在設(shè)計和制造時采用相應(yīng)措施保證永磁式發(fā)電機不會失磁。

1.4成本問題 

        由于稀土永磁材料目前的價格還比較貴，稀土永磁發(fā)電機的成本一般比電勵磁式發(fā)電機高，但這個成會在電機高性能和運行中得到較好的補償。在今后的設(shè)計中會根據(jù)具體使用的場合和要求，進行性能、價格的比較，并進行結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新和設(shè)計的優(yōu)化，以降低制造成本。無可否認(rèn)，現(xiàn)正在開發(fā)的產(chǎn)品成本價格比目前通用的發(fā)電機略高，但是我們相信，隨著產(chǎn)品更進一步的完美，成本問題會得到很好的解決。美國DELPHI（德爾福）公司的技術(shù)部負責(zé)人認(rèn)為：“顧客注重的是每公里瓦特上的成本?！彼倪@一說法充分說明了交流永磁發(fā)電機的市場前景不會被成本問題困擾。

2、永磁發(fā)電機的優(yōu)點 

2.1 結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高 

        永磁式發(fā)電機省去了勵磁式發(fā)電機的勵磁繞組、碳刷、滑環(huán)結(jié)構(gòu)，整機結(jié)構(gòu)簡單，避免了勵磁繞組易燒毀、斷線，碳刷、滑環(huán)結(jié)構(gòu)，整機結(jié)構(gòu)簡單，避免了勵磁式發(fā)電機勵磁式發(fā)電機勵磁繞組易燒毀、斷線，碳刷、滑環(huán)易磨損等故障，可靠性大為提高。 

2.2 體積小、重量輕、比功率大 

        永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的采用，使得發(fā)電機內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計排列得很緊湊，體積、重量大為減少。永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的簡化，還使得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量減少，實用轉(zhuǎn)速增加，比功率（即功率、體積之比例）達到一個很高的值。

2.3 中、低速發(fā)電性能好 

        功率等級相同的情況下，怠速時，永磁式發(fā)電機要比勵磁式發(fā)電機的輸出功率高一倍，也就是說，永磁式發(fā)電機的實際等功率等級的勵磁式發(fā)電機。 

2.4 能顯著地延長蓄電池壽命，減少蓄電池維護工作 

        主要原因是永磁式發(fā)電機采用的是開關(guān)式的整流穩(wěn)壓方式，穩(wěn)壓精度高，充電效果好。避免了過電流充電造成的蓄電池壽命縮短。永磁式發(fā)電機的開頭式整流輸出對蓄電池采用小電流脈沖充電，相同的充電電流充電效果更好，從而延長蓄電池的使用壽命。 

2.5 效率高 

        永磁式發(fā)電機是一種節(jié)能產(chǎn)品。永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)免去了產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場所需的勵磁功率和碳刷、滑環(huán)之間磨擦的機械損耗，使得永磁式發(fā)電機效率大為提高。普通勵磁式發(fā)電機在1500轉(zhuǎn)/分至6000轉(zhuǎn)/分之間的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)平均效率只有45%至55%，而永磁式發(fā)電機則可高達75%至80%。 

2.6 采用自啟動式穩(wěn)壓器 

        無需外加勵磁電源。發(fā)電機只要一旋轉(zhuǎn)就能發(fā)電。當(dāng)蓄電池損壞時，只要發(fā)動機處于運行狀態(tài)，汽車充電系統(tǒng)仍可工常工作。如汽車沒有蓄電池，只要搖轉(zhuǎn)手把或溜車，也可實現(xiàn)點火運行。 

2.7 特別適合于在潮濕或灰塵多的惡劣環(huán)境下工作 

2.8 無無線電干擾 

        永磁發(fā)電機無碳刷、無滑環(huán)的結(jié)構(gòu)，消除了碳刷與滑環(huán)磨擦產(chǎn)生的無線電干擾；消除了電火花，特別適合于爆炸性危險程度較大的環(huán)境下工作，也降低了發(fā)電機對環(huán)境溫度的要求。 

3、結(jié)構(gòu)特性對比

3.1 永磁式發(fā)電機

         永磁式發(fā)電機結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)子磁場大，無勵磁繞組，無碳刷，無滑環(huán)，氣隙大，無觸點，整機唯一磨損部位是軸承。提高了產(chǎn)品可靠性，不用外接調(diào)節(jié)器，導(dǎo)磁體材料間距采用優(yōu)化設(shè)計，減少了漏磁，使發(fā)電機怠速性能好，出電路足。

3.2 勵磁式發(fā)電機： 

         勵磁式發(fā)電機，怠速發(fā)電性能差，電瓶容易放完電；發(fā)電機轉(zhuǎn)速在1500-6000轉(zhuǎn)/分區(qū)間效率只有40%-50%，效率低，因轉(zhuǎn)子存在勵磁線圈，整機溫升高；勵磁式發(fā)電機還極易出現(xiàn)碳刷、滑環(huán)損壞等問題。 

3.3 性能對比（以28V、36A、1000W 發(fā)電機為例）

3.4體積溫升對比

        從以上性能、結(jié)構(gòu)、體積等對比情況分析，永磁式比勵磁式發(fā)電機結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、性能優(yōu)越，低速時發(fā)電充足。 

4、稀土釹鐵硼之魅力

        “稀土之冠”――釹鐵硼，一種獨特的稀有物質(zhì)，由于它有著強大的載磁功能，它將成為21世紀(jì)工業(yè)革命的寵兒。而由它所引發(fā)的電機工業(yè)革命已成為世界各國電機專家、汽車專家的高度關(guān)注。據(jù)行內(nèi)專家預(yù)測，21世紀(jì)的電機將會是永磁的世界。

        中國作為稀土之國，其蘊藏量占世界總量的80%，但對稀土的利用和開發(fā)還不夠理想，相反，一些發(fā)達國家已充分認(rèn)識到稀土的潛在價值，正在作深層的研究。中國應(yīng)該象南非人開采鉆石，中東人開發(fā)開油那樣開發(fā)獨有的稀土資源，并將這一資源優(yōu)勢充分發(fā)揮。目前我們已經(jīng)在風(fēng)力發(fā)電項目中找到了深層開發(fā)和利用稀土的突破口。