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      永磁電機材料及其性能

      2018-12-03

      永磁電機材料及其性能

      電機常用永磁材料的主要性能

      1.1電機中常用的永磁材料

          永磁電機中常用的永磁材料包括燒結磁體和粘結磁體,主要種類有鋁鎳鈷、鐵氧體、釤鈷及釹鐵硼等。

          鋁鎳鈷材料在20世紀80年代以前使用較多。它具有優異的溫度穩定性、時間穩定性和適用超高溫使用環境條件等優點,在一些特殊用途如使用溫度要求高、磁穩定性非常好的軍用或儀器儀表等特殊使用環境的電機中才采用。

          鐵氧體材料屬非金屬永磁材料,價格低廉。它主要用于對使用性能及體積要求不高及量大面廣的經濟系列微電機產品中。如玩具電機、日用電器電機、音像電機、辦公設備及通用儀表電機、汽車摩托車電機以及工業用的小功率驅動電機等。

          釤鈷材料是20世紀60年代中期興起的磁性能優異的永磁材料,且性能非常穩定。釤鈷從磁性能方面來說特別適合于制造電機,但由于其價格昂貴,主要用于研究開發航空、航天、武器等軍用電機和高性能而價格不是主要因素的高科技領域的電機中。釹鐵硼材料是20世紀80年代出現的被稱為第三代高性能永磁材料.磁性能高于釤鈷,熱穩定性較差,且很容易銹蝕,必須進行表面防護處理,但價格便宜,所以迅速得到推廣應用。隨著釹鐵硼材料的不斷更新,溫度性能不斷改善,特別是20世紀90年代以來,低溫度系數、耐高溫的釹鐵硼材料已研制成功,高性能耐熱釹鐵硼的工作溫度可達200℃,而且價格也不斷降低,使大部分的工業和民用電機中都采用釹鐵硼材料,并將取代大部分原鐵氧體材料而應用于低價經濟型電機中。

          粘結永磁材料是由粘結劑與永磁材料混合后壓縮、注射或擠壓成型等方法制成的一種復合型永磁材料,包括粘結鐵氧體、粘結鋁鎳鈷、粘結釤鈷及粘結釹鐵硼。其中粘結釹鐵硼是目前較好的粘結永磁材料。它與燒結永磁材料相比有機械加工性能好,成型容易,可制成各種復雜的形狀,磁性能均勻一致性好以及容易進行多極充磁等優點。但粘結永磁材料的磁性能低于同類型的燒結磁體,磁能積約為相同材料的燒結磁體的40%~70%。在粘結永磁材料中,粘結釹鐵硼的前景好,粘結釹鐵硼如果解決了工藝問題及提高質量后,將成為應用前景廣的永磁材料。它目前主要用于小型無刷直流電機及步進電機等精密微電機中。

      1.2永磁材料的主要性能

          (1)剩磁感應強度。永磁材料在外磁場中充磁到飽和后,當外磁場為零時,永磁材料所具有的磁感應強度值。此項指標數據直接關系著電機中氣隙磁密的高低。磁感應強度值越高,電機的氣隙磁密將可能較高,轉矩常數、反電勢系數等電機的主要指標將達到峰值,電機的電負荷和磁負荷的取值關系才可能合理,效率才能達到較好。

          (2)矯頑力Hc,(磁感應矯頑力Hcb)。永磁材料在飽和磁化的情況下,當剩磁感應強度Br降到零時所需要的反向磁場強度。此項指標與電機的抗退磁能力即過載倍數和氣隙磁密等指標相關。Hc值越大,電機的抗退磁能力越強,過載倍數越大,對強退磁動態工作環境的適應能力越強。同時電機的氣隙磁密也會有所提高。

          (3)磁能積BHmax。永磁材料向外磁路提供的磁場能量的大值。此項指標與電機中永磁材料的用量直接相關,BHmax越大,預示著該種永磁材料對外磁路能提供的磁場能量越大,即在相同功率情況下電機中使用的永磁材料越少。

          (4)內稟矯頑力Hci。該項指標是指當剩余磁化強度M降到零時的磁場強度值。退磁曲線上B=0時對應的Hcb值僅表示永磁體此時不能夠向外磁路提供能量,并不代表永磁體自身不具備能量。但當M=0時對應的Hci值卻表示此時永磁體已真正退磁,自身已完全無磁場能量儲存。雖然Hci與電機工作點無直接相關,但它才是永磁材料的真正矯頑力,代表著永磁材料擁有磁場能量和抗去磁場的能力。內稟矯頑力的大小與永磁材料的溫度穩定性密切相關。內稟矯頑力越高,永磁材料的工作溫度才可能越高。

          (5)溫度系數α。溫度是對永磁材料磁性能影響的主要因素之一,當溫度每變化1℃時磁性能可逆變化的百分率稱為磁性材料的溫度系數。溫度系數可分為剩磁感應溫度系數和矯頑力溫度系數。該項指標對電機的性能穩定性影響較大,溫度系數越高,電機運行從冷態到熱態時指標的變化越大,它直接限制了電機的使用溫度范圍。間接影響到電機的功率體積比。


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