工业领域内主要应用的电机产品对比分析

导语

工业领域内，中小型三相异步电机是目前应用最广泛的电机产品，不同的电机有不同的应用场合，随着电机制造技术的不断发展和对电机工作原理研究的不断深入，目前还出现了许多新型的电机，包括稀土永磁电机，开关磁阻电机，同步磁阻电机等。

一、 各类电机简单介绍

中小型三相异步电机是目前工业应用最广泛的电机产品。三相异步电机是交流电机的一种，又称感应电机。它具有结构简单、制造容易、坚固耐用，维修方便、成本较低、价格便宜等一系列优点，因此，被广泛应用在工业、农业、国防、航天、科研、建筑、交通以及人们的日常生活中。但它的功率因数较低，在应用上受到了一定的限制。 1、三相异 步电机的结构 准备一台待拆卸的三相异步电机，从外到里看它的结构。图6-1是三相异步电机的外形图和剖视图。

从电机外部可以看到风扇罩、风扇、左右端盖、铭牌、接线盒。打开接线盒，可以看到接线柱和引出线。拆下风扇罩、风扇、端盖，抽出转子，可以看到电机内部定子铁芯、转子铁心、转轴、轴承等零部件。定子铁心装载机座里，转子铁心装在轴上。定子铁芯上有线圈（绕组），转子铁心里铸有笼形铝条。绕线形转子铁心中有转子绕组。 可见，电机的基本结构是由固定不动的部分一定子和转动部分转子以及其他零部件组成的，如图6-2所示。

稀土永磁电机是70年代初期出现的一种新型永磁电机，稀土永磁材料的磁性能优异，它经过充磁后不再需要外加能量就能建立很强的永久磁场，用来替代传统电机的电励磁场所制成的稀土永磁电机不仅效率高，而且结构简单、运行可靠，还可做到体积小、重量轻。既可达到传统电励磁电机所无法比拟的高性能（如特高效、特高速、特高响应速度），又可以制成能满足特定运行要求的特种电机。

高性能稀土永磁电机是许多新技术、高技术产业的基础。它与电力电子技术和微电子控制技术相结合，可以制造出各种性能优异的机电一体化产品，如数控机床，加工中心，柔性生产线，机器人，电动车，高性能家用电器，计算机等等。 随着永磁同步电机的发展，高温、高真空、电动汽车用、内装逆变器、低速大转矩和自起动等高效永磁同步电动机，都逐步进入一些特定的应用领域。缘于不同工况对于电机的特定性能要求，永磁电机的总体发展方向，也逐步呈现出一些具体的特征。 大功率和超高速是永磁电机的一个发展方向 在一定体积前提下，提高电机的额定功率，就必须大幅度提高电机的转速。稀土永磁电机不需要励碱绕组，结构比较简单，磁场部分没有发热源，不需要冷却装置，材料的矫顽力高，气隙长度可以取较大值，从而使大幅度提高转速成为可能。 高性能方向发展 现代化装备向电机工业提出各种各样的高性能要求，如军事装备要求提供给各种高性能信号电机，移动电站，自动化装备用伺服系统及电机，航空航天用高性能、高可靠性永磁电机，化纤设备用高调速精度变频调速同步电动机，数控机床、加工中心、机器人用高调速比稀土永磁伺服电机，计算机用高精度摆动电机及主轴电机等等。向专用电机方向发展。 轻型化方向发展 航空航天产品，电动车辆、数控机床、计算机、视听产品、医疗器械、便携式光机电一体化产品等，都对电机提出体积小、重量轻的严格要求。永磁同步电动机以其体积小、节能、控制性能好、又容易做成低速直接驱动，消除齿轮减速装置，可通过频率的变化进行调速等优点，在电梯技术上得以开发应用。

开关磁阻电动机（Switched Reluctance Drive ：SRD）是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统之后发展起来的最新一代无级调速系统，是集现代微电子技术、数字技术、电力电子技术、红外光电技术及现代电磁理论、设计和制作技术为一体的光、机、电一体化高新技术。它具有调速系统兼具直流、交流两类调速系统的优点。英、美等经济发达国家对开关磁阻电动机调速系统的研究起步较早，并已取得显著效果，产品功率等级从数w直到数百kw，广泛应用于家用电器、航空、航天、电子、机械及电动车辆等领域。开关磁阻电机的定、 转子的凸极均由普通硅钢片叠压而成，这种加工工艺可尽可能地减小电机的涡流及磁滞损耗。转子极上既没有绕组也没有永磁体，更没有换向器、滑环等， 定子极上绕有集中绕组， 径向相对的两个绕组串联构成一相， 电机整体结构简单。 开关磁阻电机是利用转子磁阻不均匀而产生转矩的电机，又称反应式同步电动机，其结构及工作原理与传统的交、直流电动机有很大的区别。它不依靠定、转子绕组电流所产生磁场的相互作用而产生转矩，而是依靠“磁阻最小原理”产生转矩，即：“磁通总是沿着磁阻最小的路径闭合，从而产生磁拉力，进而形成磁阻性质的电磁转矩”和“磁力线具有力图缩短磁通路径以减小磁阻和增大磁导的本性”。 磁阻式同步电动机，是由同笼型异步电动机演变来的，其转子设有笼型铸铝绕阻，但设有与定子极数相对应的反应槽（仅有凸极部分的作用，无励磁绕组和永久磁铁），用来产生磁阻同步转矩。磁阻式同步电动机分为单相电容运转式、单相电容起动式、单相双值电容式等多种类型。应用领域：磁阻式同步电动机主要用于工农业生产、交通运输、国防、商业及家用电器、医疗电器设备等领域。

二、 上述四类电机的SWOT分析

（1）中小型三相异步电机 优势：可靠性高，成本低，技术成熟度高，市场份额占比高。 劣势：普通电机效率较低，技术门槛低，竞争激烈，技术创新性不够。 机会：在对工况可靠性要求高的场所，普通工况场合均可满足，高效电机的推广是节能工作的重点。 威胁：稀土永磁市场在扩大，尤其是在高效电机市场。

（2）稀土永磁电机 优势：不仅效率高，而且结构简单、运行可靠，还可做到体积小、重量轻。 劣势：成本较异步电机高30%，长时间高温会出现退磁现象。 机会：油田、纺织化纤工业、陶瓷玻璃工业和年运行时间长的风机水泵等领域。市场份额逐步扩大。 威胁：不能用于功率过大的场所，主要原因是成本太高、制作工艺有难度。 （3）开关磁阻电机 优势：电动机结构简单、成本低、可用于高速运转。功率电路简单可靠，起动转矩大，起动电流低，适用于频繁起停及正反向转换运行，调速性能好。 劣势：噪声大及低速运行时力矩脉动显著。需配套控制器使用，两者加起来成本高。目前可以做到的功率为8kw-400kw，只适用于特殊领域。在通用领域，相比交流异步和直流变频调速系统其优势并不明显。 机会：电动车、纺织工业、焦炭工业、家电行业，适用于能发挥其优势的领域，即需要高启动转矩、高转速要求、湿热环境及频繁反正转的领域。 威胁：噪音大的问题难克服，发展受限。 （4）同步磁阻电机 优势：与永磁同步电动机相比，在同等功率条件下大大降低了电机的成本，同时拓宽了电机的使用范围，提高了电机运行的可靠性。由于结构简单，转子不存在电磁损耗，能避免开关磁阻电机的噪声大及低速运行时力矩脉动显著等缺点。 劣势：功率因数偏低及与同尺寸的异步电动机比较其出力偏小。 机会：工农业生产、交通运输、国防、商业及家用电器、医疗电器设备等领域。 威胁：处于研究阶段。目前的研究均是分马力电动机，这种微型电动机在交流系统中占不了什么位置。

三、 电机产品对比分析

从多个层面对各类竞争性产品进行对比分析，目前中小型三相异步电机依然是技术最成熟，市场占有率最大的产品，但是未来要进一步优化工艺，提高技术水平，在高效性，紧凑型等方面有进一步的提高，才能保持较高的竞争性。

审核编辑：郭婷