编者按：近阶段，永磁电机在国内算是遍地开花，一是受益于国内政策鼓励，配置永磁电机的车辆有更多空间提供给动力电池。二是受益于国内健全的稀土行业，能够以较低的成本生产永磁定子。现如今，永磁电机火热程度不减，并在减速机行业得到了极高的关注，今天《减变速机》小编就带您了解一下永磁电机。

    一、永磁电机介绍

永磁电机从大类上分主要有永磁直流机（如汽车起动马达）和永磁同步机两种形式。目前所说的永磁电机绝大多数说的是交流永磁电机。

自起动永磁同步电动机在 20世纪 80年代和 90年代在我国有较多的开发研究，并有了一定的生产产品。但由于这种永磁电机转子上带有类似于异步电机的鼠笼条，造成转子发热，极易使磁钢退磁；并且由于鼠笼条的存在，起动过程类似于异步电机，其起动电流是额定电流的8~10倍，对电网的冲击较大，因而并没有得到广泛的应用。

永磁伺服电机、永磁无刷直流机与变频永磁同步电机都属于调速永磁电机。永磁伺服电机主要用于控制领域，如机器人。永磁无刷直流机与变频永磁同步电机主要用于驱动领域。随着电力电子技术的发展，电力电子控制设备成本的下降，使得调速永磁电机及其驱动系统得到了许多行业的认可。目前，调速永磁电机驱动系统以其优越的性价比而在许多行业开始取代传统的异步电机驱动和异步电机变频驱动。

（一）永磁同步电机驱动系统的特点：

结构简单、灵活，适用于各种应用场合，尤其是特种应用（低转速、高响应、有位置控制精度要求等）

体积小、重量轻，安装简便快捷

高系统效率、高功率因数

过载能力强，零速加载，起动时间短，起动电流小，配电容量减小

控制和调节特性优越

系统可靠性提高，寿命延长

（二）结构简单、紧凑

永磁同步电机采用永磁体产生气隙磁场，即不是像换向器电动机那样用励磁线圈产生气隙磁场，也不像感应电机那样用定子电流的励磁分量产生气隙磁场，而且结构简单、损耗小、效率高。永磁同步电机可以分为表面贴装式永磁同步电机(SPM)和内埋式永磁同步电机（IPM)两种型式。

（三）高效率、高功率因数

永磁同步电机综合了传统异步电机与电励磁同步电机的优点，并可获得相似甚至超过直流电机的调速特性，在性能上得到了全面提升。

永磁同步电动机与异步电动机相比，不需要无功励磁电流，可以显著提高功率因数，减少定子电流和定子铜耗，而且在稳定运行时没有转子铜耗，由于总损耗的降低而减小了电机冷却系统的容量，从而减小了相应的附加损耗。因而，其效率比同规格的异步电动机提高 2~15个百分点。

（四）动态响应与过载能力强

同步电动机比异步电动机对转矩的扰动具有更强的承受能力，能做出比较快的反应。当异步电动机的负载转矩发生变化时，要求电机的转差率也跟着变化，即电机的转速发生相应的变化，但是系统转动部分的惯性阻碍电机响应的快速性。同步电动机的负载转矩变化时，只要电机的功角做适当变化，而转速始终维持在原来的同步速不变，转动部分的惯性不会影响电机对转矩的快速响应。永磁同步电动机的最大转矩可以达到额定转矩的 3倍以上，对电机系统在负载转矩变化较大的工况下稳定运行非常有利。

（五）体积小与重量轻

近些年来随着高性能永磁材料的不断应用，永磁同步电动机的功率密度得到很大提高。与同转速同容量的异步电动机相比，体积和重量都有较大的减少，从而使其在许多特殊场合得到应用。

（六）可靠性高、运行维护费低

与直流电动机和电励磁同步电动机相比，永磁同步电机没有电刷，简化了结构，增加了可靠性。

直驱系统取消了减速机，减少了故障点，提高了系统可靠性。同时也降低了运行维护费用。

（七）永磁同步电机驱动系统的节能方式

永磁同步电机驱动系统的节能主要体现在三个方面：

1）电机本身的高效率；

2）通过调速实现工况变化；

3）简化传动链取消减速机（或增速机）。

除此之外，永磁直驱系统由于取消了减速机，因而还可在运行维护方面降低费用。

（八）电机节能和线路节能

永磁同步电机效率高；高效区宽，电机损耗小。

永磁同步电机功率因数高，不用进行无功补偿，可以节约因无功补偿造成的有功损耗。

永磁同步电机电流小，线路损耗小。

(九)传动链节能

由于采用永磁同步电机直接驱动，可以省去减速机（或增速机）带来的功率损耗，机械传动效率接近100%。并可以省去附属的润滑装置和冷却装置带来的功率消耗，大大降低设备用电量。

（十）通过变速实现变工况节能

针对风机或泵类：风机或泵属于离心负载，采取永磁同步电机变频调速运行时，满足离心负载特性：流量与转速成正比，压力与转速的平方正成比，功率与转速的立方成正比，所以功率与流量的立方也成正比。风机或泵在设计选型确定后，流量调节主要是通过调节阀门或风门的开度，电机的转速和功率变化不大。在实际运行时，需求流量经常会小于设计流量，此时若通过降低转速的方式，电机实际消耗功率会大大降低。

针对皮带机和磨机：皮带机或磨机属于恒转矩负载，其功率与转速成正比，采用变频调速方式，可以让磨机始终工作在高效区。在轻载时通过降低设备转速，减小功率输出，可大大节约能源，达到节能降耗的目的，同时还能减轻皮带或磨辊的磨损。由于皮带机、磨机的负荷经常变化，如速度不能变化，既浪费了能源，又增加了皮带和磨辊的磨损，降低了使用寿命。

（十一）永磁同步驱动系统的应用

永磁同步电动机由于转子结构极其多样，并有高精度、高可靠性、低损耗等特性，产生了特点和性能各异的许许多多品种。

在应用方面，主要有以下几个类别：

二、2018年永磁电机行业市场现状与发展趋势分析

（一）行业产销规模稳步增长

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，让电磁电机占了主流。近年来，随着高性能永磁材料的发展，永磁电机重新得到重视。与此同时，永磁电机理论发展促进了生产力的提高，电力电子技术加快了永磁电机产业化步伐。

与传统的电磁电机相比，永磁电机特别是稀土永磁电机，具有结构简单、运行可靠、体积小、质量轻、损耗小、效率高等显著特点，并且其形状和尺寸可以灵活多样，因而应用范围极为广泛。

例如，在化工化纤行业，永磁同步变频电机具有结构简单、故障少的特点，不仅节约了大量的能源，最主要的是纺出的长丝品质已经达到和接近天然纤维（棉花、羊毛、桑蚕丝等）；在机床行业，采用永磁同步伺服电机取代传统的直流电机、滑差调速电机、异步电机，可保证机床本身的精度和加工精度，机床的电气化和自动化程度提高。

随着永磁电机得到广泛应用，永磁电机行业销售规模亦水涨船高。根据国家统计局数据显示，2013~2017年，中国永磁电机行业销售规模整体呈稳步增长态势。2017年，永磁电机行业销售收入已达888.4亿元，同比增长1.10%；2018年销售收入超过930亿元。

各省市来看，2017年，江苏省销售收入比重最大，占全行业比例超过三成，是我国永磁电机行业的最主要集聚区；其次是浙江省，占比达到10.81%；山东省排在第三，占比8.04%；其余省份占比均在6.5%以下。

永磁电机产量规模也逐步扩大，供给不断增加。2017年，我国永磁电机产量首次突破1000万千瓦，达到1107.1万千瓦，较2016年增长18.14%；2018年，永磁电机产量将增至1166.2万千瓦。

虽然永磁电机产销规模均有较大提升，但行业发展仍存在不少问题，其中较为突出的有两大方面。一方面是产品档次、技术水平有待加强，企业开发能力不强，自主创新能力不足。目前我国整个永磁电机行业新技术、新产品开发和技术创新处于起步阶段，尚未形成强大的生产力，因此，产品档次不高，高端市场占有率低。

另一方面，行业内大量存在经营规模过小的中小企业，行业整合有待加强。就全行业而言，经过多年的发展，中国永磁电机行业虽已形成了比较完整的工业体系，但总体规模仍然偏小。在众多永磁电机生产企业中，大部分中小企业的单位生产成本过高，不能发挥规模经济效益。

（二）永磁电机应用范围将扩大

首先，随着电机行业企业的产品结构调整和技术水平的不断创新，我国的永磁电机生产企业也会越来越多地出现高水平、高技术附加值的产品，更好地服务于国民生产生活的各个环节，并在中、低档产品方面与外商独资企业展开竞争。

其次，在技术的发展和高性能永磁材料的不断降价趋势下，稀土永磁电机在家电、汽车、办公自动化等领域今后也必将占有越来越大的份额，同时稀土永磁电机还将大量应用于宇航和军事装备等行业。

最后，伴随着节电、环保意识日益增强，永磁电机发展的前途一片光明，尤其是在高效节能领域，随着技术的快速发展和日渐成熟，结构形式将日趋多样化，将会赢得更为广泛的发展空间，以及获得更加广泛的应用。

三、2018年全球永磁电机行业发展概况与市场趋势分析

（一）发达国家掌控高端市场

全球经济随着信息技术的快速发展，各国先后已进入工业自动化、办公自动化、家庭现代化、农业现代化及军事武器装备现代化的技术阶段和普及阶段。永磁电机作为这些技术和系统中重要的基础元件，需求量不断增加，市场空间逐年扩大，发展势头良好。

在全球永磁电机行业不断发展中，日本、德国、美国、英国、瑞士、瑞典等国家知名品牌公司凭借其数十年的永磁电机生产制造经验和关键工艺技术，掌控者大部分高档、精密、新型永磁电机的技术和产品。

例如，日本在永磁电机高效率化、静音化、工业伺服用永磁电机高性能化诸方面进行了大量研发工作，因此在技术上具有很大的优势，生产出来的微电机设备具有高控制精度、低功耗、长寿命和低成本小尺寸等竞争优势，并且在技术的行列也走在世界的前沿，占据了世界高档永磁电机的大部分市场。

目前，日本主要永磁电机制造厂商有日本电产株式会社、日本阿斯莫株式会社、日本电装株式会社、日本万宝至马达株式会社等。

美国的电机开发比日本晚。在美国，感应电机的设计及其控制策略的发展较为成熟，所以电动车驱动电机还主要以感应电机为主。但美国也进行了永磁同步电机的研究，且进展迅猛，如SatCon公司研制的永磁同步电机采用定子双套绕组技术，既扩大了电机的转速范围，又有效利用了逆变器的电压，绕组电流低，电机效率高。目前，美国永磁电机市场上的主要制造厂商Gettys、A-B、I.D、OdawaraAutomarion和Magtrol等。

 

不过，美国的永磁电机行业发展主要着重于军用微电机方面，美国军用微电机的科研和产品水平处于世界领先地位，西方国家军事装备和电子装置中应用的各类微电机绝大部分由美国几个主要厂商供应，微电机美军标准已成为国际标准。

除了美国、日本之外，瑞士ABB、瑞士瑞诺集团、德国啸驰等公司也具备较强的竞争力，占据全球市场较大的份额。

此外，由于技术的扩散逐步向发展中国家转移，以中国为代表的新兴国家也在全球永磁电机领域占据重要地位。根据统计，2017年，我国永磁电机产量首次突破1000万千瓦，成为全球永磁电机的主要生产国。

（二）电机永磁化仍将持续

首先，永磁电机具有效率高、比功率较大、功率因数高、可靠性高和便于维护的优点。采用矢量控制的变频调速系统，可使永磁电动机具有宽广的调速范围。因此，电机的永磁化成为电机驱动技术的重要发展方向之一。

尤其是在电动汽车电机驱动技术方面，受到车辆空间限制和使用环境的约束，电动汽车用电机驱动系统不同于普通的电传动系统，它要求性能更高、体积/重量密度更高、环境温度更高，用于普通电机驱动的电力电子与电机技术已经不能适应其要求。因此，永磁化将成为未来汽车电机的发展方向之一。

根据工信部数据统计，2018年12月，中国新能源乘用车搭载电机超过16万台，其中永磁同步电机占比高达92.3%。

其次，随着永磁材料性能的提高、加工工艺的完善以及现代控制技术的发展，永磁电机在工农业生产、家用电器、医疗设备、航空航天、航海、军工等各个领域的应用将更加深入，并展示出强大的生命力。

最后，伴随着节电、环保意识日益增强，用于节能环保领域的永磁电机将会出现大幅增长。可以预见，低碳经济的到来为永磁电机带来增长契机，而超高效永磁电动机和调速高效永磁电动机在节能减排方面将发挥重大作用。

四、永磁电机发展趋势

伴随着节电、环保意识日益增强，用于节能环保领域的永磁电机将会出现大幅增长。可以预见，低碳经济的到来为永磁电机带来增长契机，而超高效永磁电动机和调速高效永磁电动机在节能减排方面将发挥重大作用。

国内开发的永磁同步电机是转子铁心内部埋入永磁铁的内埋式永磁同步电机（IPM）。对 IPM电机由于永磁体埋入于转子内部，铁芯对永磁体起到了较好的保护，可有效防止离心力、腐蚀以及其他生产过程中可能出现的对永磁体的损害。IPM电机具有较强的磁场凸极性，通过控制可充分利用磁阻转矩，以获得更高的转矩输出。同时，由于凸极效应而使电机的弱磁控制范围大大增加，从而使电机的转速范围大大增加。

作为动力驱动的永磁电机，由于其结构多样性，高功率密度、高转矩密度等特点使其在工业、运输、国防以及日常生活等诸多领域得以广泛应用。

主要的应用技术发展趋势有三个方面：

1）直驱技术；

2）集成技术；

3）智能控制技术。

直驱技术取消了传动链中的减速箱或增速箱等中间环节，将电机直接与负载相连，既提高了系统效率，又增加了可靠性。直驱技术在低速领域转速可低到每分钟十几转，在高速领域转速可达每分钟几十万转。

集成技术主要分两种集成方式。一个是永磁电机与变频控制集成（变频一体机）；另一个是与负载集成，如滚筒电机，大大缩小了设备的体积和安装空间。

智能控制技术主要体现在电机控制的网络化、远程化，并正在逐步向远程故障诊断方向发展。

永磁传动技术是电机系统整体能效提升的新技术，它包括有永磁涡流柔性传动节能装置、永磁电机、永磁联轴器、永磁耦合器等，是电机系统的重要组成部分。对于整体提升电机系统的安全运行、节能降耗有着积极的作用。节能减排是社会发展的永恒主题，电机及系统节能是工业节能减排的主战场，而技术创新、技术引领是实现节能减排、实现电机能效提升的重要手段。

根据欧盟《提高高效电动机和驱动的市场份额》的研究报告显示，工业用电动机消耗电能占工业用电消费的73%。其中，欧盟工业部门中，各电动驱动系统消耗电能的比例为：泵类22%、风机16%、空压机18%、制冷压缩机7%、输送机2%、其他电机为35%，即风机、泵类及压缩机占总消耗电能的63%。数据显示，2013年我国电机保有量约21亿kW，总耗电约3.5万亿kWh，占全社会总用电量的64%，其中工业领域电机总用量为2.6万亿kWh，约占工业用电的75%。工业领域电机能效每提高1%，可年节约用电量260亿kWh左右。从整体上提升电机系统效率5%～8%，可实现年节电1300～2300亿kWh，相当于2～3个三峡电站的发电量。

永磁传动技术使电机与负载之间无刚性连接，通过永磁体和导体的相对运动，实现了能量在气隙中的传递，它解决了旋转负载系统的对中、起动、减震、调速及过载保护等问题，使磁力传动的效率达到99%。实现电机的缓冲起动，因为电机不需要克服负载惯性，大大减小了峰值电流，减少电耗，达到节约能源，减少设备磨损的效果。从节能减排的角度来讲，用永磁电机代替异步交流电机，体积小、效率可实现100%，电机输出转速达到300r/s为最佳工作状态，这时在电机后盖上背一个小的星行减速机，输出转速可达几到几十r/s，满足各种工况下的需要，如电厂、钢厂、水泥厂、石化及化工等场合，针对电机驱动的风机、水泵、皮带输送机和球磨机等设备提出的节能传动解决方案，达到40%的节电的效果。比如说球磨机，球磨机驱动系统属于典型的低速大转矩传动系统，永磁电机可以实现低速大转矩的持续运行，异步电动机和直流电动机无法实现，这种特性使得永磁电机在低速大转矩的传动系统应用非常广阔。