电机是以磁场为媒介进行机械能和电能转换的电磁装置，在转换过程中离不开电机的励磁结构。通常电机有两种励磁结构：一种是采用专门的绕组励磁装置提供电流励磁；另一种是通过预先磁化的永磁体来提供永久性励磁。
1 稀土永磁电机发展历史及现状
稀土永磁电机的发展离不开永磁材料的发展，而稀土永磁材料的发展大致分为三个阶段，分别是RCo5钐钴永磁、R2Co17钐钴永磁和目前主流的钕铁硼永磁，因为钕铁硼永磁中不含战略物质钴,使其价格较前两代便宜。另外由于主要性能指标显著高于铁氧体和AlNiCo合金等其他永磁体而备受欢迎。使得永磁材料的市场产品格局迅速改变。中国钕铁硼磁体产业在1985年前后开始量产，在过去的20多年中，中国的钕铁硼磁体产业有了长足的进步，取得了世界瞩目的成绩，世界钕铁硼磁体的生产中心已经转移到了中国，主要集中在山西太原地区、京津地区、宁波地区等，相应国内生产钕铁硼磁体企业有200余家，其中上千吨的企业有宁波科宁达公司、宁波韵升公司、山西永生、山西永磁、中科三环、东阳磁性企业集团、安泰科技等。
与稀土材料发展相对应，稀土永磁电机的发展大致也可以分成三个阶段。
（1）20世纪60-70年代，发展的重点主要集中在国防、航空等高要求标准领域，其价格不是主要考虑因素。
（2）进入80年代，尤其是出现了性价比高的钕铁硼永磁后，研发重点逐渐转移到工业和民用上以取代传统的电励磁电机。
（3）进入90年代后，随着电力电子器件及驱动控制技术的发展以及钕铁硼永磁材料的性能不断完善，使得永磁电机的应用得到了进一步的发展。
国外已经涌现出一批高端品牌永磁电机研发生产企业，并占据整个永磁电机市场的60%。如瑞士ABB，美国艾默生、雷勃、科尔摩根，日本安川、发那科、三菱，德国西门子等。国际永磁电机的高端化主要得益于其良好的电机设计、温度场管理、测试以及制造工艺等技术，使得电机在高效节能、高速高精和高可靠性等方面具有一定优势。国内永磁电机的发展势头良好，涌现出一批像北京超同步、上海电驱动、宁波菲仕、安信数控、湖北三环微特电机、深圳安托山特种电机、安徽明腾永磁机电、杭州中科赛思伺服电机、包头天隆永磁电机、皖南电机、上海南洋电机等企业，但总体来说国内产品市场占有率不高，且主要集中在中低端产品市场，产品总体附加值低，技术水平层次不一，应用领域相对局限，产业特色不明显。其中很大一部分原因是由于我国钕铁硼产品结构仍以中低端为主，无法满足高端永磁电机的制造要求。
2 稀土永磁电机优势
目前永磁电机广泛应用于各个领域，结构、产品灵活多变。归纳起来，永磁电机与常用的异步电机、同步电机相比具有以下优点：
(1) 小体积。稀土永磁材料高剩磁密及高矫顽力，使得其磁能积很高，磁能积为铝镍钴的3～5倍，是铁氧体的8～10倍，因此很容易实现电机磁路系统的小型化、轻量化。
(2) 高效率。通常情况下，永磁电机很容易做到高效率，主要原因包括：气隙磁密更大，体积更小，使得绕组也相应减少，从而一是由于磁路系统的小型化，绕组亦趋小，从而降低了电机的铁芯损耗和铜耗；二是在稳定运行时定子磁场与转子同步运行，转子绕组不能感生电流，理论不存在转子损耗；三是与异步电机相比定子无需提供无功电流励磁，使得电机功率因数可以很大，同样电压情况下所需电流就较小，使得绕组铜耗降低，提高了稀土永磁电机的效率。通常采用高性能硅钢片和先进工艺，在降低一个机座号或者缩短铁心的情况下，可以达到超高效，即IE3级的效率值。在不降低机座号或适当增加铁心的情况下，部分规格有可能达到超超高效，即IE4级的效率值。
(3) 功率因数高。本身永磁电机省去了励磁绕组，减少了无功分量，另外可以通过合理设计永磁体反电动势，使得电机的功率因数接近于1。这样可以降低驱动器的容量。
(4) 力能指标好。常规异步电机在额定负载下效率及功率因数较大，力能指标较好，但在轻载条件下提供的励磁磁场变化不大，使得功率因数下降很快，导致效率亦下降，使得力能指标变差，而永磁电机由于绕组无需提供励磁电流，使得其功率因数在低负荷下变化不大，效率也较高。
(5) 温升低。由于同功率情况下铜耗和铁心损耗都降低，使得永磁电机的温升降低。
(6) 可大气隙化，便于构成新型磁路。气隙是机电能量转换的媒介，气隙的变化，很大程度上影响电机的性能，尤其是异步电机。但对于永磁电机，由于永磁体的高性能，气隙的变化对电机性能的影响相对较弱，这样在设计永磁电机的结构类型可以多样化，形状尺寸可以灵活多样。
(7) 电枢反应小，抗过载能力强。永磁电机的永磁体相对磁导率很低，尤其是稀土永磁体，相对磁导率接近于1，使得电机的电感较小，电枢反应较小，抗过载能力强。
(8) 便于低速大转矩。一般异步电机很难实现低速大转矩，究其原因主要是异步电机在气隙建立磁通是靠定子边励磁，气隙磁密对气隙变化敏感。而永磁电机气隙磁密对气隙的变化不太敏感，即气隙增大气隙磁密变化不大，而实际中电机转矩越大，气隙一般也越大，使得电抗下降很快，导致功率因数和效率降低。而永磁电机气隙增大，通过合理设计电机，其效率和功率因数下降不明显。
3 主要应用领域
稀土永磁电机是《中国制造2025》五大工程、七大重点领域的核心零部件，基于该类电机的优势，在以下应用领域应用越来越广泛：
- 航空航天领域：国防、航空航天领域中对电机的体积、性能有相当高的要求，而且价格不是其主要考虑因素，因此永磁电机是其最有代表性的一个应用领域。比如通用电气公司制造的150kVA，100kVA的高速大功率稀土永磁电机。
- 装备制造领域：近年来永磁电机在装备制造领域的运行控制中扮演了十分重要的角色，交流永磁同步直线电机、力矩电机省去中间传动机构可以实现直接驱动，可以实现运动模块的超高速和超高精度控制，在高端数控机床中得到广泛的应用。
- 家用电器领域：随着生活品质的提高，人们对家用电器的质量要求越来越高，高效节能、低噪音的变频驱动的永磁电机逐渐被大家所接受，尤其是变频空调。将来将逐渐在洗衣机、电动工具、电风扇等行业发展。
- 电梯领域：传统的电梯所用的曳引机是采用异步电动机+变频系统+齿轮减速机构实现的，增加了系统的复杂性和降低了可靠性，而且传动效率低。采用低速大转矩永磁同步电动机调速系统，其省去重点传动装置，控制性比以前更好更可靠、而且可以实现无机房节省了空间。许多电梯制造商现已采用永磁同步电动机驱动无齿轮曳引机，效率高达90%以上，比交流异步电动机和减速箱结构系统节能30%以上。
- 风机水泵领域：该领域一直是耗电大户，过去都是通过异步电机加上节流阀实现调节风量流量，效率很低，“大马拉小车”的问题较为严重。改用稀土永磁电机+变频调速之后，其效率和功率因数都得到了极大的改善。
- 能源领域：目前，在一些发电场合如海洋波浪发电、风力发电、一些小型水力发电和内燃直线发电逐步发展并推广应用永磁发电机，特别是在偏远地区、山区等不方便接入电网地区需要大量小型发电机。根据世界风能协会（WWEA）统计，在过去十年中世界风电装机容量每三年翻一番，预计到2020年其装机容量大约达到1900000MW。
- 交通领域：目前全世界有超过150万混合动力汽车在道路上行驶。电动汽车的出现，除了改善全球环境问题，也使电动汽车行业的重新崛起，从而推动永磁电机设计、电力电子、电池和燃料电池技术的多重进步。电动或混合动力汽车将会以前所未有的速度发展。大起动转矩无刷永磁直流电机及其驱动的电动自行车、电动摩托车，微特永磁电机驱动的车用风扇、座椅、划水器、车窗、后视镜等
- 信息技术领域：随着信息技术的快速发展，各种计算机外围设备和办公自动化设备也随之高度发展，对微电机极其驱动的要求也越来越高，尤其是电机的性能和控制精度，因此永磁电机在此领域广泛应用，如光盘驱动、打印机、软硬盘驱动器、半导体设备、传真机等广泛应用音圈电机、永磁无刷直流电机等。
4 稀土永磁电机发展前景
（1）向高性能方向发展
中国将来发展是由制造向创造、向智造方向发展，而这核心是需要装备制造业的提升，因此对电机产品提出了更高性能要求，如机器人用低速大转矩永磁电机、数控机床用的高性能永磁直线电机和力矩电机、自动化装备用永磁伺服电机及其驱动控制系统等。
（2）向专用电机方向发展
随着驱动控制技术的发展，将根据不同负载特性而专门设计相匹配电机，使得采用传统通用电机驱动各类负载将逐渐被专用电机及其驱动系统所取代，如注塑机专用稀土永磁伺服电机，节电率高达15％以上。目前我国专用电机只有20%，而国外高达80%，因此我国应该重点发展高性能、高可靠、价格合理的专用永磁电机。
（3）向轻型化方向发展
轻量化设计一直是航空航天、机器人、电动车辆、便携式产品追求的目标。而永磁电机的特点决定其在这些领域更易胜任。目前日本、德国和法国等都有这样的产品，最大容量可达100kW，重量仅有28kg，轻量化程度很高。
（4）向机电一体化方向发展
为了节省空间、提高电机系统整个系统及保护知识产权，机电一体化是一个重要发展方向。而实现机电一体化的基础是发展需用的各种高性能稀土永磁电机，如数控机床用伺服电机，计算机用音圈电机，变频调速稀土永磁同步电机和无刷直流电机是机电一体化的基础。
（5）向高速化发展
微型燃气轮机、压缩机、飞轮储能、航空航天、电动飞机等领域要求电机体积小，功率密度大，而永磁电机的特点正好满足此要求，通过解决永磁电机的散热问题、转子动力学问题将使得高速永磁电机这些领域广泛应用。目前通过冷却措施功率密度达到5kW/kg，效率高达98%。
（6）向大功率化发展
随着大功率电力电子期间的发展及稀土永磁材料高矫顽力（1000kA/m以上）和高磁能积（400kJ/m3以上），使得永磁电机不但不易退磁，而且易于大功率话。目前DRS Technologies已经开发出转速为127rpm，功率为36.5MW的低速大功率的永磁电机。
（先进制造所 陈进华）