永磁电机让我海军战力再提升 潜艇动力一台就搞定

     前几天中国第一台完全自主知识产权的永磁电机试车成功，引起了很多媒体和军迷网友的关注，大家都在关心永磁电机技术突破之后，潜艇会有哪些性能上的提升。  
    安静性是潜艇最关键的指标，如果永磁电机真的使潜艇的噪音大幅度降低，这无疑是一个巨大的进步。可是这真的能实现吗？这就要从永磁电机本身说起了。
    学过中学物理的人都知道，电机能够运转是因为两个磁场相对的作用，这里头就包括了定子和转子，也就是定子要有一个磁场，转子上也要有一个和定子相反的磁场，转子的磁场怎么产生呢？我们知道电可以生磁，所以说传统的电机是在转子上绕上一大堆电线，术语叫做线圈绕组，通过线圈产生磁场，因为这个原理，这种传统的电机又被叫做励磁电机。而永磁电机用大型的永磁磁体替代了线圈绕组，转子的磁场不是通过电机产生的，所以叫永磁电机。
    对永磁电机来说，转子的线圈绕组和电刷都没了，这意味着结构更加简单，尺寸上可以有较大幅度的缩小。
    另外没有了线圈绕组，运行时电流通过线圈绕组产生的电流嗡嗡声就会大幅降低，这就是永磁电机降低噪音的原因。
    永磁电机和励磁电机相比，还有其它的一些重要优势。它在低输出的时候，效率会更高，因为它不需要电流励磁这一部分的消耗，所以它的总体运行效率也会更高一些。
    研发运用永磁电机的难点在什么地方呢？永磁电机早就有，但是永磁电机尺寸小的好做，尺寸大的不好做，因为需要足够大和足够强磁场的永磁体，才能做成输出功率足够大的电机。
    另外，永磁体的磁场会随着时间减弱，特别是在极端的情况下，例如高温、低温这样的情况下，永磁体的磁场会出现永久性的减弱。而潜艇的主电机如果用永磁电机的话，就要有相当的技术水平。
    永磁电机究竟可以给潜艇带来哪些提升？所谓使潜艇更安静这种说法，更多的是媒体和网友们的误解。如果到网上查一查会发现永磁电机噪音低确实是事实，因为电流声没有了，但是这种声音对于潜艇降噪来说，几乎是可以忽略不计的，对潜艇来说，噪音更主要来自于潜艇内部机械部分的震动。
    励磁电机的噪音水平就好像在潜艇当中大声说话一样，声音是传不到艇外的，或者说传到艇外的震动可以忽略不计。所以网传永磁电机可以大幅降低潜艇噪音是一种误解。
    对安静性没有大的提升，它的好处究竟体现在哪儿呢？首先体现在重量和体积的缩小。以需要跑20节以上的潜艇为例，以往潜艇的主电机可能需要7200-7500马力，如果用直流电机的话，重量大概要有七八十吨，往小点说也得六七十吨，长度可能会有七八米，形象点说，它的体积大概和一个中巴车差不多大。
     如果说使用永磁电机的话，重量减轻和体积缩小，显然会给潜艇的设计总布置带来很多好处。
    永磁电机另一个特别值得关注的优势，在于它的可靠性大幅度提高，在低输出时效率的提升也有很大的意义。
    潜艇的电机，有时要跑高速，有时又要跑低速，最佳效率点是设在高速上还是设在低速上，这个很难平衡。过去的潜艇可能会有两台电机甚至更多的电机，这个是充分考虑了低速的效能和高速效能以及可靠性的因素。
    像老的俄罗斯基洛级潜艇，它的动力电机有三台，一个主电机，一个经航电机，还有一个备用电机，要这么多电机主要为了解决大输出和小输出效率的问题，同时还要解决可靠性的问题。对于永磁电机来说，它总体的工作效率提高了，同时低输出时候的效率有极大的改善，这样一来经航电机就可以取消了。而且它的可靠性大幅提升，那么备用电机是不是也就可以取消了呢？这对潜艇的设计显然有很大帮助。
     国外的常规潜艇，最高航速可以跑到20节、21节，这些潜艇的主电机，4000多马力、5000马力，撑死了6000马力，怎么算也算不出来它是如何跑到20节以上的。其实这是国外的设计者搞的小猫腻。这是因为潜艇采用了双速制，正常航行的时候，跑到15节、16节，这时使用的是主电机的最大功率。想跑到20节，短时间想冲一下，就采用超负荷运行的方式，一个4000、5000马力的电机，可以超负荷运行60%，甚至80%，这时就可以跑到20节、21节，当然这个超速运行的时间不能太长，因为超负荷运行电机会发热，长时间的发热会烧毁线圈绕组和电刷。所以高速度前提就是时间很短。
    早期德国209型潜艇的航速有21节，但在实际使用当中它只能以21节的航速跑十分钟，就是因为这个原因。永磁电机和励磁电机相比，它没有了转子的线圈绕组和电刷，发热烧毁的几率将会大大降低。使用永磁电机，超负荷运行的时间，将会大大的增加。
    从励磁电机到永磁电机，这是潜艇主动力电机的一个不小的进步。当然了，潜艇总体性能的提升，是由许许多多这些子系统、分系统的技术进步和提升综合带来的结果，单纯的一个永磁电机不可能把一艘潜艇变成神器，但是许许多多像永磁电机这样的进步累计起来，就有可能把潜艇打造成一个神器。


来源：中国稀土行业协会