永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)概述永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)較之于，普通的直流電機(jī)。發(fā)熱低、溫升小、噪聲小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耐用可靠、便于維護(hù)、轉(zhuǎn)矩大。因此它廣泛用于航空宇航、航天飛機(jī)、高速鐵路、工業(yè)生產(chǎn)，電動(dòng)自行車(chē)、自動(dòng)化控制、控制電機(jī)、UAV無(wú)人機(jī)、醫(yī)療機(jī)械及其他領(lǐng)域。永磁無(wú)刷直流電機(jī)BLDC的本質(zhì)是由逆變電路將直流電流反轉(zhuǎn)成正弦波或矩形波。永磁無(wú)刷直流電機(jī)BLDC的本質(zhì)是一臺(tái)交流電機(jī)。是由位置傳感器以及速度傳感器二者單一或共同作用將信號(hào)反饋給PWM脈沖調(diào)制的驅(qū)動(dòng)器來(lái)控制的。永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，與永磁同步電動(dòng)機(jī)，二者結(jié)構(gòu)類(lèi)似。其主要區(qū)別在于外部的驅(qū)動(dòng)控制電路。永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)分為有位置傳感器、有位置傳感和有速度傳感器及無(wú)位置傳器三種。這三種永磁無(wú)刷有槽直流電動(dòng)機(jī)，雖然外部電源為直流電源，但是直流電經(jīng)過(guò)逆變轉(zhuǎn)化為交流電。所以，永磁無(wú)刷直流電機(jī)的的本質(zhì)是交流電動(dòng)機(jī)。因此永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的繞組類(lèi)型，不同于直流電動(dòng)機(jī)的單疊繞組和單波繞組。永磁無(wú)刷直流電機(jī)的繞組采用的是交流繞組。如整數(shù)槽繞組，分?jǐn)?shù)槽繞組等等。主要應(yīng)用領(lǐng)域永磁電動(dòng)機(jī)不論是有刷還是無(wú)刷，都是以永磁體磁極取代定子電勵(lì)磁磁極，或是以永磁體磁極取代轉(zhuǎn)子電勵(lì)磁磁極，因此會(huì)使永磁電動(dòng)機(jī)的體積減小。由于去掉了電勵(lì)磁繞組，因此重量比電勵(lì)磁的輕，永磁電動(dòng)機(jī)的重量可以達(dá)到同容量電勵(lì)磁電動(dòng)機(jī)重量的20％-50％。永磁無(wú)刷直流電機(jī)，顧名思義沒(méi)有電刷，沒(méi)有換向器的存在。其結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，更加耐用可靠。這些優(yōu)良的特點(diǎn)，使得其應(yīng)用廣泛。因此，應(yīng)用范圍廣，產(chǎn)量大。永磁無(wú)刷直流電機(jī)主要應(yīng)用在以下方面。

（1）航空航天領(lǐng)域在航空航天領(lǐng)域，由于航空燃料價(jià)格昂貴，考慮航空航天經(jīng)濟(jì)成本的問(wèn)題。因此航空航天飛行器在設(shè)計(jì)時(shí)，偏向于輕量化。由于航天飛機(jī)上面的空間有限，因此體積小，重量輕的永磁無(wú)刷直流電機(jī)被廣泛應(yīng)用于航空航天飛行器中，比如國(guó)外電氣公司制造的用于航天領(lǐng)域的永磁無(wú)刷直流電機(jī)容量12.6kW,轉(zhuǎn)速900r/min,效率為95%,質(zhì)量為765kg。（2）船舶電力推進(jìn)技術(shù)船舶電力推進(jìn)技術(shù)，是指由艦船的原動(dòng)機(jī)，一般為燃?xì)廨啓C(jī)或者采油機(jī)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，從而產(chǎn)生電能。產(chǎn)生的電能，是電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生機(jī)械能從而推進(jìn)驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)艦船機(jī)動(dòng)。國(guó)外的高性能艦船廣泛使用永磁電機(jī)全電力推進(jìn)系統(tǒng)。德國(guó)電氣設(shè)備制造廠商西門(mén)子，已成功設(shè)計(jì)出了容量為1095kW、轉(zhuǎn)速230r/min的稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)。（4）風(fēng)電行業(yè)。風(fēng)能由于其可再生并且無(wú)污染的良好性質(zhì)，成為大力發(fā)展的對(duì)象。使用風(fēng)力能源來(lái)發(fā)電代替以往的火力發(fā)電，可以節(jié)約煤炭、石油等化石能源的燃燒，可以減少因燃燒化石能源而產(chǎn)生的CO2和SO2對(duì)自然生態(tài)環(huán)境的污染和影響。永磁發(fā)電機(jī)在發(fā)電時(shí)，由于永久磁體的良好性質(zhì)，用永久磁體當(dāng)作永磁發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁極，可以縮小體積，提升效率，降低發(fā)熱，減小溫升，并且機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，有更小的重量。這些良好的性質(zhì)與優(yōu)點(diǎn)，特別適合用作風(fēng)力發(fā)電機(jī)。隨著風(fēng)電的諸多優(yōu)點(diǎn)，以及對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，石油煤炭等不可再生能源的日漸減少。目前，風(fēng)電發(fā)電量占發(fā)電的比例越來(lái)越高。幾年間，風(fēng)電的總裝機(jī)容量越來(lái)越大。在去年，2020年，裝機(jī)容量以及達(dá)到了近二十萬(wàn)兆瓦。（5）電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)由于電動(dòng)汽車(chē)，噪聲小，而且?guī)缀鯚o(wú)污染，不需要消耗柴油，汽油等不可再生的化石能源。電動(dòng)汽車(chē)，成為了當(dāng)今時(shí)代的新寵兒。越來(lái)越多的電動(dòng)汽車(chē)開(kāi)始走入我們的生活。電動(dòng)汽車(chē)的大力推廣和發(fā)展也帶動(dòng)了永磁電機(jī)技術(shù)，電力電子技術(shù)，儲(chǔ)能技術(shù)，燃料電池技術(shù)，充電技術(shù)的多方面升級(jí)。未來(lái)，電動(dòng)汽車(chē)，混合動(dòng)力汽車(chē)，將會(huì)在我們的生活中扮演著越來(lái)越重要的角色。永磁無(wú)刷直流電機(jī)發(fā)展趨勢(shì)（1）向高效節(jié)能和高性能方向發(fā)展隨著科技的發(fā)展，自動(dòng)化設(shè)備的產(chǎn)生，對(duì)電機(jī)的種類(lèi)，性能要求不斷在提高。如在要求速度控制，位置控制，伺服控制的場(chǎng)合，諸如工業(yè)化自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)，流水作業(yè)線(xiàn)，數(shù)控加工機(jī)床，工業(yè)電氣自動(dòng)化，軍用，民用設(shè)備等等。都對(duì)電機(jī)的性能，效率提出了很多新的，更高的要求。電機(jī)被廣泛使用在各個(gè)領(lǐng)域，如果能從技術(shù)上對(duì)現(xiàn)有電機(jī)的能耗進(jìn)行提高，將節(jié)約大量的電能，從電力經(jīng)濟(jì)角度考慮也是一筆可觀的費(fèi)用，高效節(jié)能是電機(jī)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要參考指標(biāo)。（2）向?qū)Ｓ秒姍C(jī)方向發(fā)展在不同的應(yīng)用場(chǎng)合，電機(jī)要帶動(dòng)的電力負(fù)載也是不同的。采用通用性電機(jī)，可能無(wú)法滿(mǎn)足某些特定的技術(shù)需求，從經(jīng)濟(jì)角度考慮也有一些不合理。針對(duì)這種現(xiàn)象，我們提出了專(zhuān)用電機(jī)。專(zhuān)用電機(jī)是根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)合，不同負(fù)載需求專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的。根據(jù)不同場(chǎng)合采用專(zhuān)用電機(jī)，可以大大提升節(jié)電率。如油田用專(zhuān)用抽油機(jī)，較之于通用型電機(jī)，可以提高將近百分之20的節(jié)電率。專(zhuān)用型電機(jī)，在國(guó)外被高度推廣，大力發(fā)展。然而在我國(guó)，專(zhuān)用型電機(jī)數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及通用型電機(jī)。面對(duì)這種情況，我國(guó)應(yīng)當(dāng)努力突破，積極尋求改變，突破現(xiàn)狀。積極發(fā)展生產(chǎn)，性能可靠，技術(shù)先進(jìn)，價(jià)格合理的永磁無(wú)刷直流電機(jī)。（3）向輕型化方向發(fā)展在一些特殊應(yīng)用場(chǎng)合，體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠耐用，轉(zhuǎn)矩大的特點(diǎn)，成為選擇電機(jī)的重要參考指標(biāo)。如航天飛機(jī)中，可供安裝電機(jī)的尺寸，空間都是有限的，航空燃料的成本很高，航天器材的設(shè)計(jì)都偏向于小型化，輕量化。在醫(yī)療器械領(lǐng)域，便攜式光機(jī)電一體化產(chǎn)品中，電動(dòng)汽車(chē)都對(duì)電機(jī)的質(zhì)量和體積有著嚴(yán)格的要求。永磁電機(jī)較之于其他的電機(jī)，體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠耐用，轉(zhuǎn)矩大，噪聲小，發(fā)熱少溫升低的良好優(yōu)點(diǎn)。在許多場(chǎng)合都被廣泛運(yùn)用，大力發(fā)展。目前已經(jīng)有了輕量化程度很高的電機(jī)，容量可達(dá)到100kw之多,質(zhì)量?jī)H為30kg左右。（4）向智能化方向發(fā)展隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代永磁電機(jī)可以通過(guò)傳感器、高速以太網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和中心控制設(shè)備達(dá)到對(duì)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的遠(yuǎn)程控制，能夠及時(shí)檢測(cè)故障，針對(duì)故障及時(shí)進(jìn)行報(bào)警，反饋。高度的智能化，將使得永磁無(wú)刷直流電機(jī)在使用過(guò)程中，更加安全，可靠。（5）向大功率化發(fā)展當(dāng)前現(xiàn)代磁電機(jī)具有耐高溫和大功率化的發(fā)展趨勢(shì)，特別是高矯頑Nd-Fe-B永磁材料的研制成功，使永磁電機(jī)不易退磁，再加上大功率電力電子器件的使用，使現(xiàn)代永磁電機(jī)的功率可以達(dá)到數(shù)兆瓦。（6）向大轉(zhuǎn)矩化發(fā)展高轉(zhuǎn)矩密度，高功率密度是永磁無(wú)刷直流電機(jī)，較之于其他類(lèi)型電機(jī)的顯著優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)有的高轉(zhuǎn)矩永磁無(wú)刷直流電機(jī)，其容量可達(dá)1095kW，轉(zhuǎn)速為230r/min，額定轉(zhuǎn)矩為45kN·m，同時(shí)它的體積比普通類(lèi)型的電機(jī)縮小了近百分之60，極大提高了轉(zhuǎn)矩密度，縮小了體積，節(jié)省了空間。面臨的問(wèn)題（1）永磁材料利用率在永磁無(wú)刷直流電機(jī)的生產(chǎn)制造過(guò)程中，永磁材料的花費(fèi)占電機(jī)總成本的大多數(shù)。因此，如何合理地利用永久磁性材料，節(jié)省電機(jī)制造成本是電機(jī)生產(chǎn)廠商最為關(guān)注的問(wèn)題。從理論分析上來(lái)看，永磁體的最大磁能積，表征著永磁體性能的高低，代表著永磁體能對(duì)外提供的最大能量，通過(guò)磁滯回線(xiàn)，也能求出最大工作點(diǎn)。但是在實(shí)際的生產(chǎn)，應(yīng)用中，根據(jù)永磁電機(jī)使用的場(chǎng)合不同，電機(jī)所帶的負(fù)載不同，電機(jī)要實(shí)現(xiàn)的目的不同。因此，我們需要根據(jù)具體的情況，要實(shí)現(xiàn)的預(yù)期目標(biāo)，來(lái)找到與之相關(guān)的性能參數(shù)，以此來(lái)確定選擇電機(jī)的最佳工作點(diǎn)。合理地確定永磁體的形狀和體積，同時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的加工工藝，技術(shù)水平。綜合考慮多方面需求后，達(dá)到滿(mǎn)足要求的功能，性能，預(yù)算支出等各方面的綜合最優(yōu)解。（2）分析與設(shè)計(jì)目前，永磁電機(jī)的設(shè)計(jì)優(yōu)化理論已經(jīng)發(fā)展的比較成熟，大多基于以下幾種方法。磁路分析法，有限元分析法，場(chǎng)路耦合法等等。但是理論分析，解析計(jì)算，有限元仿真計(jì)算的結(jié)果，往往會(huì)與實(shí)際的工程實(shí)踐由較大的誤差。在電機(jī)生產(chǎn)的過(guò)程中，加工工藝，技術(shù)水平，充磁方式，方法等等都會(huì)影響永磁材料的一致性，均勻性。由于誤差的存在，以及一些不可控的因素，同一批次，同一型號(hào)的電機(jī)永磁材料的性能都會(huì)有很大的不同。因此，給永磁電機(jī)的設(shè)計(jì)，計(jì)算分析帶來(lái)的困難，使得準(zhǔn)確性很難有保證。（3）充磁與測(cè)磁我們?cè)谶M(jìn)行永磁無(wú)刷電機(jī)的設(shè)計(jì)，計(jì)算分析時(shí)，是建立在一定條件下的。永磁材料充分磁化飽和就是其中的前提之一。因此，永磁無(wú)刷直流電機(jī)的磁行材料有沒(méi)有被磁化完全至關(guān)重要。一般而言，如果磁性材料是由電機(jī)零部件制造廠家直接出廠時(shí)進(jìn)行充磁，永磁材料基本可以確保磁化完全。如果是對(duì)電機(jī)整體進(jìn)行磁化，充磁，那么就會(huì)存在永磁體充磁不充分的問(wèn)題，以及充磁飽和，磁環(huán)完全時(shí)，如何保證磁性能的平均與協(xié)調(diào)性的問(wèn)題。這些都需要去思考，完善。如何對(duì)磁性能進(jìn)行檢測(cè)，保證測(cè)量的精確性也是一個(gè)頗為棘手的問(wèn)題。目前的技術(shù)手段，無(wú)法在零部件階段對(duì)永磁體充磁的充分性進(jìn)行測(cè)量。往往到了整機(jī)檢測(cè)階段才會(huì)發(fā)現(xiàn)電機(jī)的永磁體的磁性材料有問(wèn)題。這時(shí)發(fā)現(xiàn)的時(shí)間比較晚，錯(cuò)誤的成本代價(jià)高。因此，提高磁性能檢測(cè)手段，也是我們應(yīng)當(dāng)著重關(guān)注的問(wèn)題。（4）抗腐蝕性永磁無(wú)刷直流電機(jī)，所使用的永磁材料，主要為釹鐵硼磁性材料。然而釹鐵硼永磁材料的易腐蝕問(wèn)題，對(duì)電機(jī)的性能影響較大。如何對(duì)釹鐵硼材料進(jìn)行表面防護(hù)，使其具備良好的耐腐蝕性，這個(gè)問(wèn)題始終沒(méi)有得到較好的解決。目前，一般采用電鍍的方法來(lái)進(jìn)行防護(hù)。但是當(dāng)鍍層脫落時(shí)，又會(huì)引起電機(jī)故障的問(wèn)題。而且釹鐵硼材料，在特殊環(huán)境條件下的耐受力，也極其有限。比如在潮濕，特