世界上最早的电机原型就是永磁电机,只是当时永磁材料性能不良,而被电磁式电机占了主流。铝镍钴永磁体的问世使永磁电机开始发展,但由于其价格比较高,所以铝镍钴永磁电动机应用面并不广。自从廉价铁氧体的出现才使永磁电动机的应用量大幅度增加,应用面从玩具电机、音像电机、汽车微电机到工业用的小功率驱动和伺服驱动等。据统计,500W以下的直流电机中永磁电动机占92%以上,其中绝大多数是铁氧体永磁电动机。铁氧体使用至今,但由于其磁性较差,不适合高性能电机的需要,因而20世纪60年代出现了稀土钐钴永磁体,其最大磁能积是铝镍钴的四倍多,是铁氧体的五倍多。钐钴永磁体的出现使高性能伺服电动机得到实现,
但由于钐钴永磁体价格过高,限制了其应用。20世纪80年代出现钕铁硼永磁材料,
除了工作温度和磁温度系数不及钐钴永磁体外,其他性能都超过了钐钴,而且钕铁硼永磁体远比钐钴价格低得多。高性能永磁体的出现和性能不断提高,将会引起电机行业的巨大改变。预计各种伺服电动机,不论是直流和交流,还是步进电机最终都将过渡到永磁电机,甚至于应用领域很广的交流异步电机也最终要被各类型的永磁电机所代替。
3.2.1 经济型永磁直流电动机
微型永磁直流电动机向经济型和高性能型两个方向发展。所谓经济型,主要是指音响声像设备中使用的微型直流电动机,如各种录音机,录像机、组合音响、电唱机、随身听、收音机、激光唱机、数字激光视盘机及汽车音响等。其特点是数量极大,价格低廉,一般每只几元。日本万宝至公司是世界生产经济永磁直流电动机最多的企业,每年产量数十亿台。但由于日元升值,日本本土在基本不生产这种电动机,大部分转移中国大陆和东南亚各国。如万宝至马达公司在大连设立的万宝至马达大连有限公司和万宝至马达瓦房店有限公司以及万宝至香港公司在东莞设立的来料加工工场,其产量已占总公司的绝大部分。日本三洋电机株式会社在蛇口设立的公司,投资1亿港元,其中微型直流电动机年产量6000万台。 日本三协精机公司在厦门和广东设立的独资企业,年产各种微型直流电动机达到2亿台。香港德昌电机有限公司年产各种微电机10亿台以上,其中大部分是用于汽车电器中的微型直流电机。该公司还正在筹建年产量达4亿台的音响设备用小电机生产加工基地。日本美之美电机有限公司在珠海设立的珠海三美电机有限公司,年产微型直流电动机1亿台左右。这些电机基本上都是廉价的电机。我国大陆先后从日本引进了9条音响声像电机生产线,不仅抵御了进口电机的冲击,而且成为此类电机生产大国。如阜阳市青峰机械厂,先后从日本三协公司和万宝至公司引进电子稳速永磁直流电动机生产线及生产技术,又在深圳合资创办了深圳发发微电机公司, 在合肥创办了三维电子有限公司,加上本厂一起月产量达300万台,另外浙江海山集团公司,常州微特电机总厂等厂家也先后从国外引进生产线。目前国内企业经济型微型直流电动机产量在2亿台,而独资企业产量估计在10亿台左右,所以在中国大陆生产的经济型微型直流电动机占了全世界总量的绝大部分。这种经济型电机在技术上难度不大,但是生产必须有规模,年产百万台级别是不行的,必须达到千万台产量的数量级,所以设备投资巨大。
经济型直流电动机的发展趋势是随着其使用的要求而发展的,比如对于音响电机,是随着整机对电动机追求更加小型、超薄、高速、高精度和低噪声而不断满足其需要。因此这类电机的发展趋势是:
⑴扁平轻小化。如录音机 、电唱机、随身听、录音机等设备、片状电机受到青睐。
⑵无刷化。如录像机,对磁鼓和主轴电机提出较高要求,而它是确保质量的关键元件,所以现在大多采用无刷直流电机,以提高工作可靠性、高效率和降低低噪声。
⑶高转速化。在2000年日本小电机研讨会暨展览会上,三协、佳能、松下等公司都展出了DVD主轴电机,CD-ROM电机,转速都在2000r/min以上,为了克服高速状态下的轴承和噪声问题,采用了动压轴承结构。利用空气和油的动压轴承与滚珠轴承相比,在体积、速度、噪声和清洁度方面均有改进,且生产成本低,其应用领域在逐步扩大。
⑷高精度化。如录音机电机的稳速误差要求不大于0.75%,噪声不大于32dB,抖晃率不大于0.03%。又如鼓电机是录像机磁鼓伺服系统的主要部件,要求鼓电机的力矩波动小,噪声低,机械安装精度高,动态特性好。对DVD主轴电机要求与盘片配合的电机端面转盘加工精度和配装精度很高,转盘端面跳动不大于20μm。要求微型永磁电动机高精度化是今后必然趋势。
3.2.2 高性能稀土永磁直流电机
稀土永磁材料的研制开发对微电机的发展起了极大的推动作 |