淺談永磁材料和永磁電機

陸海軍（上海紫格光學薄膜材料有限公司,上海　201601）

淺談永磁材料和永磁電機

陸海軍
（上海紫格光學薄膜材料有限公司,上海201601）

摘要：本文分析了永磁材料的常見類型，剖析了永磁材料的基本性能，解析了永磁電機的顯著特征，并結(jié)合筆者多年相關(guān)工作經(jīng)驗，提出了永磁電機設(shè)計過程中需要注意的幾點問題。希望能為提升永磁材料在永磁電機中的應用效率，促進永磁電機可持續(xù)發(fā)展貢獻一份力量。

關(guān)鍵詞：永磁材料；永磁電機；分析

0　前言

改革開放以來，社會經(jīng)濟不斷發(fā)展，科學技術(shù)日新月異，永磁材料技術(shù)也取得了突飛猛進的發(fā)展，特別是第一、二、三代稀土永磁材料的相繼出現(xiàn)，以及其價格的降低為永磁材料在電機中的廣泛運用創(chuàng)造了有利條件，為永磁電機的健康、快速發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。

1　永磁材料的常見類型與性能

1.1常見類型

永磁材料的常見類型主要有：第一，鋁鎳鈷。流行于20世紀80年代，具有溫度穩(wěn)定性強、耐高溫等顯著特征；第二，釤鈷。起源于20時間60年代，具有超強的穩(wěn)定性，其磁性能十分適合電機制造。但由于價格較高，多被用于高科技領(lǐng)域擋住；第三，鐵氧體。價格較低，被廣泛應用于對體積、性能要求較低的電機當中。比如：家用電器電機、玩具用品電機等；第四，釹鐵硼。屬于第三代永磁材料，具有性能強、熱穩(wěn)定性差、易銹蝕等特征。因此，表面防護措施必不可少。近年來，釹鐵硼材料憑借其其價格低廉的獨特優(yōu)勢，被越來越廣泛應用到工業(yè)、民用電機中。

1.2基本性能

永磁材料基本性能主要包括以下幾點：第一，剩磁感應強度。剩磁感應強度與電機氣隙磁密的高低具有十分緊密的關(guān)系。一般情況下，磁感應強度值與氣隙磁密值成正比例關(guān)系。當反電勢系數(shù)、磁感應強度值、氣隙磁密值、轉(zhuǎn)矩常數(shù)達到最佳值時，電機的磁負荷與電負荷處于最優(yōu)關(guān)系中，電機效率達到最高峰值；第二，最大磁能積BHmax。BHmax是指永磁材料能夠向外提供磁場能量的最高值，同永磁材料的使用量密切相關(guān)。其值越大，代表永磁材料磁場能量越大，那么在功率相同的時候，所需要的永磁材料越少；第三，內(nèi)稟矯頑力Hci。Hci是指剩余磁化輕度M為0時，永磁材料的磁場強度值。Hci與永磁電機的工作并沒有直接關(guān)系，但卻能夠體現(xiàn)永磁材料抗去與擁有磁場的能力。與此同時，它還與永磁材料溫度穩(wěn)定性具有緊密聯(lián)系。Hci值越大，永磁材料工作溫度越高；第四，溫度系數(shù)。溫度系數(shù)主要分成：矯頑力溫度系數(shù)與剩磁感應溫度系數(shù)兩類。溫度系數(shù)與電機性能關(guān)系密切，溫度系數(shù)越高，則代表電機從冷態(tài)過渡到熱態(tài)的指標變化幅度越大；第五，磁感應矯頑力Hcb。該指標同電機過載倍數(shù)、氣隙磁密等指標具有緊密聯(lián)系。Hcb的值越大，則表明該電機抗退磁能力越大，能夠適應強退磁動態(tài)工作環(huán)境。

2　永磁電機的顯著特征

2.1性能強

一方面，永磁電機的氣隙磁密能夠得到顯著提升，有利于電機指標最優(yōu)化，縮減電機體積，減少電機重量；另一方面，永磁電機還擁有杰出的控制性能。原因有三點：第一，稀土永磁材料性能高，促進電機功率密度、力矩常數(shù)、轉(zhuǎn)矩慣量比得到大幅度提升。再者，科學合理的設(shè)計能夠顯著降低電氣時間常數(shù)、轉(zhuǎn)動慣量等指標。第二，當前，我國永磁磁路設(shè)計已經(jīng)日趨完善。完善的磁路設(shè)計與高矯頑力的稀土永磁材料完美結(jié)合，顯著提升了永磁電機的抗電樞反應能力，降低了外部因素對電機控制參量的影響。第三，永磁材料的使用省去了勵磁磁通、勵磁電流、勵磁繞組電感等參數(shù)，有效減少了可控變量。

2.2構(gòu)造簡易

永磁電機采用一塊或者幾塊永磁體取代了勵磁電機中的極靴和勵磁線圈，使得電機零部件數(shù)量大幅度減少，優(yōu)化了電機結(jié)構(gòu)。與此同時，還節(jié)省了勵磁電刷與電環(huán)，提升了電機工藝，延長了電機使用年限，增加了電機的安全性與可靠性。

2.3效率高，能耗低

效率高，能耗低是永磁電機的最為重要的優(yōu)勢之一。目前，我國大部分的泵類負載電機、風機均改用永磁材料，其綜合節(jié)能效果日益突出，在電機領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的重要作用。

3　永磁電機設(shè)計過程中需要注意的問題

3.1永磁材料的利用效率

永磁材料的利用率直接關(guān)系到永磁電機的制造成本，是生產(chǎn)廠家最為關(guān)心的重要問題之一。這就要求在永磁電機設(shè)計過程當中，首先分析、研究電機用途，弄清其需要達到的預訂功能，然后找到相應的重點指標，最后確定出電機最優(yōu)工作點、體積、形狀與加工工藝。

3.2抗腐蝕性

易腐蝕性是釹鐵硼材料使用過程中不可回避的重要問題，若不進行有效解決，會嚴重影響電機質(zhì)量。給予電鍍層防護是目前抗腐蝕的常用措施，但是鍍層脫落導致電機故障的現(xiàn)象時有發(fā)生。因此，要想永磁材料與永磁電機獲得進一步發(fā)展，需要不斷提升永磁材料表面防護的水平。

3.3退磁

磁性材料退磁主要包括：環(huán)境退磁、時間退磁、溫度退磁等。這就要求在永磁電機設(shè)計過程中注意以下幾點：第一，弄清永磁材料內(nèi)稟矯頑力、矯頑力與工作溫度穩(wěn)定性之間的關(guān)系；第二，分析溫度系數(shù)對電機性能指標、退磁安全系數(shù)的影響力；第三，不可逆退磁與可逆退磁在電機中的比例，以及其對電機性能產(chǎn)生的影響。

3.4分析、設(shè)計

永磁體的分撒性增加了永磁電機的設(shè)計難度，也提升了分析永磁磁場數(shù)值的困難程度，一定程度上影響了設(shè)計的科學性與合理性。比如：永磁模型建立、計算工程磁路的漏磁系數(shù)與局部退磁、計算電樞反應等出現(xiàn)的誤差都明顯大于電勵磁電機。

4　結(jié)束語

永磁材料憑借其性能強、效率高、能耗低等顯著優(yōu)勢被廣泛運用于電機制造中，促進了永磁電機的快速發(fā)展。隨著永磁電機的不斷發(fā)展，也對永磁材料提出了新的要求，促進了永磁材料的不斷提高與完善。21世紀以來，永磁電機逐步涉足于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、航空、國防、航天、日常生活等眾多領(lǐng)域，完全有理由相信永磁材料與永磁電機具有十分廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻：

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