陸海軍（上海紫格光學(xué)薄膜材料有限公司,上?！?01601）

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陸海軍
（上海紫格光學(xué)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(jiàn)類型，剖析了永磁材料的基本性能，解析了永磁電機(jī)的顯著特征，并結(jié)合筆者多年相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，提出了永磁電機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中需要注意的幾點(diǎn)問(wèn)題。希望能為提升永磁材料在永磁電機(jī)中的應(yīng)用效率，促進(jìn)永磁電機(jī)可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)一份力量。

關(guān)鍵詞：永磁材料；永磁電機(jī)；分析

0　前言

改革開(kāi)放以來(lái)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)日新月異，永磁材料技術(shù)也取得了突飛猛進(jìn)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(jià)格的降低為永磁材料在電機(jī)中的廣泛運(yùn)用創(chuàng)造了有利條件，為永磁電機(jī)的健康、快速發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1　永磁材料的常見(jiàn)類型與性能

1.1常見(jiàn)類型

永磁材料的常見(jiàn)類型主要有：第一，鋁鎳鈷。流行于20世紀(jì)80年代，具有溫度穩(wěn)定性強(qiáng)、耐高溫等顯著特征；第二，釤鈷。起源于20時(shí)間60年代，具有超強(qiáng)的穩(wěn)定性，其磁性能十分適合電機(jī)制造。但由于價(jià)格較高，多被用于高科技領(lǐng)域擋?。坏谌?，鐵氧體。價(jià)格較低，被廣泛應(yīng)用于對(duì)體積、性能要求較低的電機(jī)當(dāng)中。比如：家用電器電機(jī)、玩具用品電機(jī)等；第四，釹鐵硼。屬于第三代永磁材料，具有性能強(qiáng)、熱穩(wěn)定性差、易銹蝕等特征。因此，表面防護(hù)措施必不可少。近年來(lái)，釹鐵硼材料憑借其其價(jià)格低廉的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，被越來(lái)越廣泛應(yīng)用到工業(yè)、民用電機(jī)中。

1.2基本性能

永磁材料基本性能主要包括以下幾點(diǎn)：第一，剩磁感應(yīng)強(qiáng)度。剩磁感應(yīng)強(qiáng)度與電機(jī)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(yīng)強(qiáng)度值與氣隙磁密值成正比例關(guān)系。當(dāng)反電勢(shì)系數(shù)、磁感應(yīng)強(qiáng)度值、氣隙磁密值、轉(zhuǎn)矩常數(shù)達(dá)到最佳值時(shí)，電機(jī)的磁負(fù)荷與電負(fù)荷處于最優(yōu)關(guān)系中，電機(jī)效率達(dá)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(chǎng)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(chǎng)能量越大，那么在功率相同的時(shí)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(shí)，永磁材料的磁場(chǎng)強(qiáng)度值。Hci與永磁電機(jī)的工作并沒(méi)有直接關(guān)系，但卻能夠體現(xiàn)永磁材料抗去與擁有磁場(chǎng)的能力。與此同時(shí)，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(yīng)溫度系數(shù)兩類。溫度系數(shù)與電機(jī)性能關(guān)系密切，溫度系數(shù)越高，則代表電機(jī)從冷態(tài)過(guò)渡到熱態(tài)的指標(biāo)變化幅度越大；第五，磁感應(yīng)矯頑力Hcb。該指標(biāo)同電機(jī)過(guò)載倍數(shù)、氣隙磁密等指標(biāo)具有緊密聯(lián)系。Hcb的值越大，則表明該電機(jī)抗退磁能力越大，能夠適應(yīng)強(qiáng)退磁動(dòng)態(tài)工作環(huán)境。

2　永磁電機(jī)的顯著特征

2.1性能強(qiáng)

一方面，永磁電機(jī)的氣隙磁密能夠得到顯著提升，有利于電機(jī)指標(biāo)最優(yōu)化，縮減電機(jī)體積，減少電機(jī)重量；另一方面，永磁電機(jī)還擁有杰出的控制性能。原因有三點(diǎn)：第一，稀土永磁材料性能高，促進(jìn)電機(jī)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(xué)合理的設(shè)計(jì)能夠顯著降低電氣時(shí)間常數(shù)、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等指標(biāo)。第二，當(dāng)前，我國(guó)永磁磁路設(shè)計(jì)已經(jīng)日趨完善。完善的磁路設(shè)計(jì)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(jī)的抗電樞反應(yīng)能力，降低了外部因素對(duì)電機(jī)控制參量的影響。第三，永磁材料的使用省去了勵(lì)磁磁通、勵(lì)磁電流、勵(lì)磁繞組電感等參數(shù)，有效減少了可控變量。

2.2構(gòu)造簡(jiǎn)易

永磁電機(jī)采用一塊或者幾塊永磁體取代了勵(lì)磁電機(jī)中的極靴和勵(lì)磁線圈，使得電機(jī)零部件數(shù)量大幅度減少，優(yōu)化了電機(jī)結(jié)構(gòu)。與此同時(shí)，還節(jié)省了勵(lì)磁電刷與電環(huán)，提升了電機(jī)工藝，延長(zhǎng)了電機(jī)使用年限，增加了電機(jī)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(jī)的最為重要的優(yōu)勢(shì)之一。目前，我國(guó)大部分的泵類負(fù)載電機(jī)、風(fēng)機(jī)均改用永磁材料，其綜合節(jié)能效果日益突出，在電機(jī)領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的重要作用。

3　永磁電機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中需要注意的問(wèn)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(jī)的制造成本，是生產(chǎn)廠家最為關(guān)心的重要問(wèn)題之一。這就要求在永磁電機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，首先分析、研究電機(jī)用途，弄清其需要達(dá)到的預(yù)訂功能，然后找到相應(yīng)的重點(diǎn)指標(biāo)，最后確定出電機(jī)最優(yōu)工作點(diǎn)、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(guò)程中不可回避的重要問(wèn)題，若不進(jìn)行有效解決，會(huì)嚴(yán)重影響電機(jī)質(zhì)量。給予電鍍層防護(hù)是目前抗腐蝕的常用措施，但是鍍層脫落導(dǎo)致電機(jī)故障的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。因此，要想永磁材料與永磁電機(jī)獲得進(jìn)一步發(fā)展，需要不斷提升永磁材料表面防護(hù)的水平。

3.3退磁

磁性材料退磁主要包括：環(huán)境退磁、時(shí)間退磁、溫度退磁等。這就要求在永磁電機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中注意以下幾點(diǎn)：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(duì)電機(jī)性能指標(biāo)、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(jī)中的比例，以及其對(duì)電機(jī)性能產(chǎn)生的影響。

3.4分析、設(shè)計(jì)

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

4　結(jié)束語(yǔ)

永磁材料憑借其性能強(qiáng)、效率高、能耗低等顯著優(yōu)勢(shì)被廣泛運(yùn)用于電機(jī)制造中，促進(jìn)了永磁電機(jī)的快速發(fā)展。隨著永磁電機(jī)的不斷發(fā)展，也對(duì)永磁材料提出了新的要求，促進(jìn)了永磁材料的不斷提高與完善。21世紀(jì)以來(lái)，永磁電機(jī)逐步涉足于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、航空、國(guó)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(jī)具有十分廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)：

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