石家庄固态硬盘分盘

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永磁电机将为中国潜艇性能带来哪些提升

这个技术的进步点并不在”永磁电机”这个原理身上, 永磁电机是生活中最常见的电机, 想当年玩的四驱车那个小电机就是直流永磁电机.

这个技术的进步点并不在”永磁电机”这个原理身上, 永磁电机是生活中最常见的电机, 想当年玩的四驱车那个小电机就是直流永磁电机.

这货就是传说中的“直流永磁同步电动机”.

首先确立一个使用环境：常规动力潜艇这样的能量紧缺型装备, 就现阶段人类的电气技术水平来说, 永磁电机, 最诱人的优点是高效率, 这点对潜艇来说十分重要, 而其最欺负人的缺点却又是效率低…先别急着喷, 它就是这么可爱一货, 效率高是因为其工作原理, 而效率低是因为其能量控制.

永磁电机制成后不需外界能量即可维持其磁场, 但也造成从外部调节、控制其磁场极为困难. 永磁发电机难以从外部调节其输出电压和功率因数, 永磁直流电动机不能再用改变励磁的办法来调节其转速.

如果要降低转速或输出功率, 只能降低电流或电压, 降低电流只能增加电阻, 白白浪费掉电能; 降低电压, 变相增加电阻, 还是白白浪费掉电能, 效果还不好.

四驱车, 开关一开, 失控向前, 没听说要调速的, 如脱缰的野狗一般将永磁电机高效率的有点发挥得淋漓尽致. 而潜艇能这么玩吗? 全速时电能利用率96%, 6节巡航时电能利用率大概30%, 当然了, 航行阻力问题不再此讨论.

由于永磁电机的能量控制问题尚未解决, 这货原计划装的PMM永磁电机也被迫换成了AIM交流感应电机.

现在报道的直流永磁电机, 一个是本身电机性能提升很大, 最重要的就是现在的固态电子技术提高, 利用IGBT模块等新技术组织的整流、变流设备, 使永磁电机同时保持了同步电机的高效率和异步电机的调速灵活.

具体到潜艇性能, 最大的好处就是自持力的提升, 以前一箱电能从北京跑到石家庄, 换装新电动系统后能跑到太原了.

永磁电机具有结构简单、运行可靠、功率密度大、噪音低等优点，美俄两国核潜艇先进性主要体现在噪音低排水量大载弹量多等方面，我国第一第二代潜艇降噪技术长期落后美俄，永磁电机的研制成动，使我国潜艇在降噪、航程、维护保养、航速等方面产生飞跃性的进步，最大特点是可大幅降低噪音，其体积可减少50%，功率反而更大，可腾出很多空间安装其他装备，再加上无轴泵喷推进技术，潜艇用钢板及焊接等技术的进步，将使我国能生产低噪音、大吨位、大载弹量、维保简单、性能可靠的先进潜艇，中压直流全电推进技术领先美国12年，使我国潜艇首次进入世界先进行列，引领世界潮流。

天天看大家关心电推，就没见有人说说推进电机的事，这次终于有人问了，就借着这个机会大概说一说。其实相较于水面舰艇来说，潜艇的电力推进技术革新更为紧迫一些，电推技术不过关，常规潜艇就没法使用，核潜艇也用不好。截至到目前为主，常规潜艇已经全面普及了电力推进：“水面航行时，柴油发电机给蓄电池充电，同时向推进电机供电驱动潜艇行驶”；潜航时，由充好点的蓄电池组单独给推进电机供电，驱动潜艇行驶，此时不需要柴油机工作。对于核潜艇来说，电力推进系统则常常作为应急动力存在，水面航行或高速潜航时由反应堆驱使蒸汽轮机做功，直接带动推进轴系旋转航行；当采用低速静音航行模式或者故障发生时，则断开主离合器，将汽轮发电机发出交流电经整合后直接供给推进电机，推进电机直接带动轴系旋转航行。

▲电力推进结构示意图

那么为何现代常规潜艇的主推进系统已经普及电推，而核潜艇一般只在应急动力系统上使用呢？这主要还是在于两种潜艇所需的功率不同，常规潜艇排水量小，柴油动力输出的功率比较低，因此现有的电机技术可以满足需求；核潜艇排水量巨大，蒸汽轮机输出功率高，现有的电机技术仅能满足其低速行驶的需要。以美国俄亥俄级弹道导弹核潜艇为例：上面装备得推进电机功率仅仅只有242KW，在断开主动力系统离合器的情况下，只能保证潜艇以大约3节的速度航行，因此只能屈尊充当应急动力。

▲法国“热蒙”JEUMONT公司为军用舰艇生产的永磁推进电机

结合我们上文所说的，现在的直流电机不是功率做不高，只不过需要付出的结构重量和体积过于巨大，潜艇狭小的空间承受不了，所以就需要在推进电机领域进行金属革命。相较于比较成熟且“潜力低下”的直流电机来说，比较“新鲜”的技术是感应电机、永磁电机和高温超导电机。

▲巴西海军核潜艇方案

潜艇用永磁电机

目前西方国家实际上早就在潜艇上实用了永磁电机，但是绝大多数都是用在常规潜艇和核动力潜艇上，核心问题依然是推挤功率。例如，德国西门子公司在上世纪八十年代就开始为海军研制舰艇用永磁电机，为潜艇开发了1FR6系列新型永磁电机，各型号功率从1.7MW-5MW不等，完全满足常规潜艇使用，但是对于核潜艇来说还远远不够，其开发的20MW径向磁通永磁电机重量高达84吨，对于核潜艇来说功率勉强够用，但过于笨重了；法国热蒙公司在1987年研制出了400KW的永磁电机，比同功率的直流电机体积减小40%，1997年热蒙公司为智利海军常规潜艇提供了3.3MW级别的永磁推进系统，后来又为“鮋鱼”级常规潜艇开发了3.5MW的永磁电机，未来热蒙公司还将为澳大利亚海军订购的“短鳍梭鱼”级潜艇提供更先进的永磁电机；俄罗斯也为用于出口的“阿穆尔”级潜艇开发了4.1MW的永磁电机。总体来说，现在世界各国的永磁电机技术，还不足以小型化到让核潜艇当做主要动力使用，满足常规潜艇倒是绰绰有余。英国罗罗公司在1997年开始设计3MW级别的横向磁通永磁电机，以满足皇家海军的需求，具体由皮皮布尔斯电机公司制造。美国就更不用说了，2007年都开始玩36.5MW级别的高温超导电机。

大功率永磁电机实用化能带来什么

从目前国际上的永磁电机技术发展来看，5MW以下的潜艇用低速永磁电机技术已经相当成熟，但是20-35MW级别的核潜艇用永磁电机还在持续研制当中。

倘若我国的小体积、大功率永磁电机开发成功，那么根据永磁电机的固有优势，可以带来以下有益的结果：

1、永磁电机功率密度高：由于高性能稀土永磁体的技术发展很快（不要忘了，我们可是稀土大国），同等功率下，这种永磁磁极体的体积和重量将明显降低，这就为核潜艇的艇内空间布置带来极大便利，亦或者为装备大功率推进电机提供了可能性。

2、特征信号小，有关核潜艇推进的特征信号包括电磁、噪声和热信号，永磁电机的转子重量比一般电机轻，结构振动小；同时永磁电机的转子不发热，定子可以使用水冷，这样热信号就低；同时，用于采用水冷，减少了通风冷却，就可以避免通风噪声。总体降低核潜艇的目标信号，提高隐蔽性。

3、永磁电机没有励磁损耗，效率比较高。

4、没有励磁绕阻、取消励磁电源，结构简单，维护工作量小，运行可靠。

要了解永磁电机将为中国潜艇性能带来哪些提升？首先我们要清楚什么是永磁推进电机？其实永磁电机就是指采用了新型材料永磁体来做电机，运用永磁技术的电机体积相对较小、重量轻、噪声低、效率高，特别是在低速工况下，效率比常规直流电机高出很多，而且结构简单、可靠性好、维护简便。更重要的是，永磁电机转子比普通电机轻，结构振动小。此外，永磁电机转子不发热，定子可用水冷，因此消除了通风噪声，也减少了热信号。

由于永磁电机及其控制系统具有优良性能，尤其是电机重量下降，轻载时效率高等对于潜艇电力推进系统非常重要。一项研究显示，在转速、功率相同情况下，永磁电机的体积、重量比常规电机分别减少约60%和40%。德国212型潜艇的永磁电机功率达到6.5兆瓦，而同样体积重量的209型潜艇功率却只有3.6兆瓦。

更重要的是，永磁推进电机可以让核潜艇的静音效果得到显著的提高。传统核潜艇通过核反应堆给蒸汽机加热发电，然后电动机驱动，而永磁电机技术将有助于核潜艇的全电力推进，取消减速齿轮这个主要噪声源，使得核潜艇的噪声降低一个级别。而电机是潜艇的通用设备，因而永磁电机理论上可以普遍用于水下潜艇。

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