永磁同步电机在电梯技术上的应用

 

摘 要：新材料、新工艺的研究与应用，产生了当今技术成熟的永磁同步电机。
本文基于永磁同步电机的结构特点，阐述了其在电梯技术应用的控制方式和
驱动系统，并对其安全可靠性等优点作出一定的评价。
关键词:永磁同步电机；永磁材料；剩磁密度；矫顽力；超速保护
1 引言
    随着稀土永磁同步电机的开发与应用，以及和变频控制实现了机电一体化，
永磁同步电动机已被广泛应用于机械、石油、冶金、建材、食品、印刷、包装、造纸、
造船、塑料、纺织化纤、军工等行业。其种类很多，用量非常大。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，在电梯技术上也得以开发应用。其运行低
噪声、电梯平层精度和乘客舒适感都优于以前的驱动系统。特别是近几年来，
KONE 电梯公司研发的无机房电梯，率先应用了永磁同步电机，使得永磁同
步电机无齿轮曳引技术崭露头角，显示了巨大的优越性，得到业内人士的普
遍看好，永磁同步电机在电梯设计上的研发具有很大的实用价值。

2 永磁同步电机的结构特点
    永磁同步电动机的定子部分与一般的异步电机无多大不同，其转子结构与
异步电机的转子区别是多了一套永磁体。其结构随永磁材料性能不同和应用领
域的差异而不同，根据剩磁密度 Br 和矫顽力 Hc 等技术参数的不同，而磁极
结构不同。电梯技术上开发应用的稀土永磁同步电机常做成瓦片式，贴在转子
的表面，或嵌在转子铁心中，分内转子型和外转子型两种。
    永磁材料的应用是永磁同步电机的关键技术。永磁材料近年来的开发很快，
现有铝镍钴、铁氧体和稀土永磁体三大类。稀土永磁体又有第一代钐钴 
5（SmCo5），第二代钐钴 2：17（Sm2Co17）和第三代钕铁硼（Nd—Fe
—B）。铝镍钴是 20 世纪三十年代研制成功的永磁材料，具有较高剩磁密度
Br，剩磁感应强度高，热稳定性好等优点，但矫顽力 Hc 很低（如图 1 曲线
1），抗退磁能力差，而且要用贵重的金属钴，成本高，大大限制了它在电机
中的应用。铁氧体磁体是 20 世纪 50 年代初开发的永磁材料，价格低廉，具有
较高矫顽力 Hc，但剩余磁通密度较低（如图 1 曲线 2），剩磁感应强度和磁
能积 BH 都较低，性能不够理想。稀土永磁材料在六十年代后期问世，它兼有
铝镍钴和铁氧体两种永磁材料的优点，Br 和 Hc 都很高（如图 1 曲线 3），具
有很高的最大磁能积（BH）max。如 SmCo5 的（BH）max，240kj／
m3，Sm2Co17（BH）max，3300kj／m，。而且退磁曲线基本上是一条直
线，回复线与退磁曲线基本重合，不怕丢磁，性能稳定，且热稳定性较好，
剩磁温度系数小。但钐钴族稀土材料的钴价格较高，影响其在永磁同步电机的
应用。80 年代初开发的钕铁硼（Nd—Fe—B）稀土永磁材料，性能十分优越，
（BH）max，3800kj／m3（～l 图 1 曲线 4），到 90 年代，其
（BH）max，500kj／m 。Nd—Fe—B 稀土材料不含价格昂贵的钴，其可加
工性能也比较好，价格相对便宜。我国又是稀土大国，储量世界第一。开发应
用前景广泛，适合在永磁同步电机中应用。目前，广泛应用在电梯技术领域的
永磁同步曳引电机就是钕铁硼（Nd—Fe—B）稀土永磁同步电机。