图1 同步磁阻电机的转子申请了专利技术保护

KSB公司推出的SuPremE同步磁阻电机在2012年度获得了德国工业奖，在由PROCESS德文杂志举办的创新表彰大会上获得了泵/压缩机领域的创新奖和2012年度PROCESS用户表彰奖。这一电机向我们展示了Sparfuchs传动技术，并在实际的应用中向我们展示了它的优秀性能。

IEC 60034标准及IE能效等级规定，电机效率只能在额定功率工作点上测量。但是在实际工业生产中，许多电机只是在部分功率范围内运行。异步电机集成变频器时，它的效率只有在转速低至30%时才会低于额定功率的数值。而同步电机在转速和负载降低时效率几乎保持不变。在实际生产中，同步电机的效率优势比异步电机更大，这也是需要在电机达到额定功率时仔细观察的主要原因。

市场对于节能电机的需求很大。通常情况下这里的节能电机指的是异步电机，在电机达到100%转速和100%扭矩时，它的效率处于IE2级或者IE3级，但当使用变频器进行调整时，电机的效率不是固定不变的。

同步电机具有很好的电机启动能力，因此，同步电机的市场占有率在不断提高。通过改变电网来调节电机的转速和频率不需要使用其他的辅助设备和技术措施。异步电机与其他设备的集成越来越多，例如可以与泵、风机、带调速器的空气压缩机集成在一起，这样最大可以节约60%的能源。很多时候，同步电机的变频器会造成功率过剩，因此同步电机也有节能潜力可以挖掘。用户在购买传统的同步电机时一定会考虑其效率，同步电机一般使用的是高功率密度的永磁体。额定功率越高，对磁体材料的要求越高。大概从4kW开始，追加的磁体材料价格就开始超过电机本身节能的收益。

通常使用的磁体是镝型钕-铁-硼磁体，其材料主要是稀土。根据稀土材料的重要性进行了分级，并将稀土材料列为关键材料。但是这些原材料的开采会对原产地的环境造成很大污染。

图2 Thomas Paulus博士（左）和Daniel Gontermann先生在第10届PROCESS泵技术论坛用户表彰大会颁奖典礼上

不使用磁体材料的同步磁阻电机可以解决这个问题。2009年，有人第一次提出这种电机的设计理念，尽管2012年高端磁体材料价格猛增，这种电机与标准的异步电机相比，在经济性和环境保护方面都不占优势。但是，2012年3月KSB公司还是推出了这种同步磁阻电机系列产品。经过15年时间的使用运行，在整体性的环境评估中测得7.5kW的同步磁阻电机能够产生的CO2当量值为16550kg，明显低于目前不能回收利用的IE3异步电机（28710kg）和IE4永磁同步电机（17560kg）。

这种新型同步磁阻电机具有高精密的变频器，无需额外使用传感器，具有与异步电机一样的可靠性。由于同步磁阻电机转子的热损耗很低，因此其轴承的使用寿命较长。由于电机的主要尺寸和安装尺寸与标准的异步电机相同，因此可以经济地使用这种新型同步磁阻电机替代原来需要利用变频器调节转速，具有很好启动性能的异步电机。自2012年3月推出以来，新电机已经在大量的实际应用中经受住了考验。

实际应用

法兰克福Höchst工业园运营商Infraserv公司已经通过使用SuPremE电机节省了能源。在这一工业园中，一个18.5kW的同步磁阻电机就可以驱动一个供应工业用水的MegaCPK给水泵。在实际运行中，只有在极少的峰值负荷情况下需要泵的最大供给量大约为28m3/h。电机装配了变频器后可以把供给量降低到3~5m3/h。Infraserv公司的Ivonne Haferland先生说：“我们使用这种同步磁阻电机可以降低能源消耗。在高负荷下，新型同步磁阻电机可以轻松驱动给水泵提供工业用水，电机在转速降低时的效率也很高。”Haferland先生接着道：“同步磁阻电机和异步电机有一个明显的区别，传统的电机在流量下降大约5m3/h时，效率就会降到78%，而SuPremE电机的效率则至少还能达到88%。同步磁阻电机的平均效率比异步电机高13%。通过使用速度调节装置和固定能量损耗的电机，总共能够节省73%的水泵用电。我们每年能够节省68.3MW.h的电能，这有利于提高能源利用率。”

同步磁阻电机的工作原理

大家对异步电机和永磁同步电机的作用原理都很了解，然而大多数人常常把磁阻式同步电机和效率差、运行不平稳的“开关磁阻电机”弄混淆。磁阻式同步电机与标准四极异步电机一样，由定子和均匀分布的线圈组成。为了避免产生涡流，转子铁芯是用磁性钢板制成的叠片铁芯，通过导磁和阻磁的特殊几何形状切断铁芯中的磁通。叠片铁芯导磁方向的磁阻较弱，有着良好的导磁性能。充有空气、相互垂直的直角形气隙具有很高的磁阻。为保证磁阻式同步电机工作时的圆跳动性能，最好使用1998年由A.Vagati申请，在Turin获得U.S. 5.818.140号专利的工艺技术制造的薄片。均匀分布在转子槽上的线圈可以在交流电作用下在电机的空隙中产生环形的旋转磁场。通过一个变频器，可以把转速从零调整到需要的工作转速。变频器启动时转子开始同步运行到“启动”位置，并使环形旋转磁场同步。通过调节变频器上转子的位置可以保证在负荷变化时转子不会停止工作。