我国高铁，再次跑出“新速度”。9月下旬，我国中车株洲电机公司向国际发布了时速400公里的高速动车组用TQ-800永磁同步牵引电机。
这标志着我国高铁动力初次搭建起时速400公里速度等级的永磁牵引电机产品技能渠道，填补了国内技能空白，为我国轨道交通牵引传动技能升级换代奠定了坚实基础。这也是我国高铁获得的又一项严重科研成果。
TQ-800永磁同步牵引电机，图片来历：新华社
据中车株洲电机公司牵引电机研究所副所长李广介绍，在阅历了“直流”“沟通”后，国际轨道交通车辆牵引技能正执政3.0版的“永磁”驱动技能开展。这款永磁同步牵引电机的各项功能指标到达国际先进水平，将用于驱动我国要点研制项目——时速400公里跨国互联互通高速列车。那么，这台时速400公里永磁同步牵引电机终究有何奇特之处？
永磁电动机，一种新式节能高效的电机
比较传统的异步牵引电机，“永磁”电机不光功率密度更高、功率更高，并且环境适应能力更强、全寿数周期本钱也更低，具有更宽广的使用范畴和市场远景。
一开端我国的高铁列车用的电动机不是永磁电磁机，而是用通电线圈来代替“永磁”。其实不管是什么类型的电动机，只要是电动机，其首要的作业原理都是相同的，其原理都是所谓的安培力或许洛伦兹力。
简单说，运动的电荷在磁场中会遭到洛伦兹力的效果。关于任何一种电动机来说，都是需求供电的。供电今后时分会构成电流，电流在磁场中遭到力的效果，这个力有一个专用的称号，那便是安培力（其本质上也是洛伦兹力）。
安培力示意图 图片来历：文档网
高铁轨道上面装置有电线，这些电线便是给高铁的电动机供电的，有了电流今后，电动机才干作业。但光有电流是不行的，由于依据安培力的原理，还需求有磁场。
磁场一般怎样发生的呢？有两种方法，一种是用电流发生磁场，这样的电动机不是永磁电动机（但也能够驱动高铁列车行进）。还有一种方法便是用永磁体来发生磁场，运用永磁体的电动机，就叫做永磁电动机。
常见的选用铜线绕阻方法电机解剖图，图源：网络
关于高铁列车来说，其电动机需求的发生的推力十分大，因而需求用到的磁场很强。在高铁用的永磁电动机中，一般选用磁场很强的稀土永磁资料——比方钕铁硼永磁体。
钕铁硼永磁体电镀工艺示意图，图源：网络
稀土永磁资料是1983年左右由日本与美国的科学家创造的，这种资料在外界强磁场中充溢磁，当外界强磁场撤走后，其本身会被磁化，并且保留下很强的剩下磁场，并且一般在300度以下的温度不会失掉磁性，所以具有很广泛的使用远景。
转子无需供电，能量使用功率更高
众所周知，一切电动机一般都分为两部分，别离叫做定子与转子。定子是固定不动，定子与电动机外壳相连。而转子则是会旋转的，这种旋转运动能够为外界供给动力。
永磁电动机结构剖析图，图源：网络
永磁电动机定子一般是铁，叫做定子铁芯，在定子铁芯上需求紧紧绑缚一些带绝缘皮的铜线，这些铜线是用来通大电流的——所以这适当所以一个电磁铁，当沟通电经过铜线的时分，也会发生一个交变的磁场，并且这个磁场的方向是时间改变的。永磁电动机转子装置有永磁体，这些永磁领会发生强磁场。
电动机通电今后，外部的定子能够接入一个三相沟通电，这最终会发生了一个以通电频率为角速度旋转的磁场！这个旋转的磁场会排挤转子上面的永磁体，使得转子以相同的角速度旋转，就这样电动机就能作业起来（这儿面的作业原理便是老百姓了解的磁场的“同性相斥”）。由于永久磁铁转子随电磁铁发生的旋转磁场同步旋转，所以这样的电动机被称为同步电动机（关于高铁用的永磁同步电动机，一般是每秒转70转）。
永磁电机示意图，图片来历：鹏芃规划
中车株洲电机公司开发的便是这种永磁同步电动机，比较传统的异步牵引电机，永磁同步电动机只需求给定子供电，转子不需求供电，所以能量使用功率更高。由于永磁体的尽管磁场强度比较强，但不像电磁铁那样会发热，所以能够削减整个电动机制冷的设备，平等功率下可缩小电动机的体积与分量，这也就减轻了高铁列车本身的分量，能够把运力腾出来多载乘客。
选用新式稀土永磁资料，有用处理永磁电机失磁难题
“永磁高铁”电机的长处许多。它选用了全新的关闭风冷及要害部位定向冷却技能，已保证电机内部清洁并有用平衡电机各部件的温度；选用新式稀土永磁资料，有用处理永磁体失磁的难题；结合大功率机车和高铁牵引电机绝缘结构的长处，具有更高的绝缘牢靠性。
与传统电机比较，永磁电动机结构愈加简练，功能更安稳，图源：网络
永磁电动机长处这么多，在研制进程会遇到哪些困难，它又是怎么一步一步开展起来的？这首要得益于高磁场强度的永磁体的开展。像钕铁硼永磁体表面的磁场强度能够到达1特斯拉左右，这是地球磁场的20000倍。如此高功能的永磁体是1982年后才开端渐渐开展出来的，在最近10年里才开端用到电动机范畴。
别的一方面，永磁体在高温下是会消磁的，所以整个电动机的温度要维持在200度以下，高铁用的电动机，电磁铁的电流强度能够到达100多安培，依据焦耳定律，假如线路的电阻是1欧姆，那么其发热功率是1万瓦特，适当于一起打开了50个电烙铁，其发生的热量是惊人的，假如不降温电动机立刻会焚毁。
因而，给整个电动机降温也是一项要害技能。关于高铁列车来说，单个永磁电动机的功率在700千瓦左右，假如降温失利，永磁铁会消磁（当温度高于居里温度就开端失掉磁性），那么车厢就会失掉动力。所以，要害部位的定向冷却技能十分要害，这些技能也不是一朝一夕就能霸占。
别的，既然是同步电机，转子的旋转频率与沟通电带动电磁铁的磁场改变频率是同步的。这儿面就有一个从停止开端发动的问题。三相沟通旋转磁场的速度很快，但电动机刚发动的时分，转子不可能立刻就加快跟上磁场旋转的速度，所以一开端怎么加快到同步阶段，对高铁来说也需求有一套专门的技能。
最终，考虑到永磁电机的实践作业环境，规划整个电动机需求树立仿真渠道，这需求用专业软件对电机进行体系仿真，最终才干优化整机的参数，使得整个电动机安稳牢靠。而这些现代化的仿真软件也是最近10多年才开展起来的。
TQ-800永磁同步牵引电机，图片来历：新华社
由于永磁电机噪音比较小，永磁电机不光能够用到高铁列车上，还能够用到海底潜艇中，这对进步我国的军事实力也大有裨益。这项技能的打破，也仅仅我国现代工业大开展中的一个缩影。
据不完全统计，目前我国高铁已达2.5万公里，占国际高铁运营路程的2/3，至少50万人口以上的大城市基本上悉数通高铁，约有3千多辆高铁日日夜夜在路上来回跑。这台时速400公里等级的永磁高铁电机研制成功，不只填补了我国高铁技能的空白，也加快了我国高铁智能化、绿色化的开展进程，让国际再次见证我国智造和我国速度。
