「知識」永磁電機原料知識：永磁材料和永磁電機的性能大全
1 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
電機中常用的永磁材料包括燒結磁體和粘結磁體，主要種類有鋁鎳钴、鐵氧體、钐钴及钕鐵硼等。
鋁鎳钴材料在 20 世紀 80 年代以前使用較多。它具有優異的溫度穩定性、時間穩定性和适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産品中。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。
钐钴材料是 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。钐钴從磁性能方面來說特别适合于制造電機，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。
钕鐵硼材料是 20 世紀 80 年代出現的被稱為第三代高性能永磁材料. 磁性能高于钐钴, 熱穩定性較差，且很容易鏽蝕，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。随着钕鐵硼材料的不斷更新，溫度性能不斷改善, 特别是 20 世紀 90年代以來，低溫度系數、耐高溫的钕鐵硼材料已研制成功, 高性能耐熱钕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钕鐵硼材料，并将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後壓縮、注射或擠壓成型等方法制成的一種複合型永磁材料, 包括粘結鐵氧體、粘結鋁鎳钴、粘結钐钴及粘結钕鐵硼。其中粘結钕鐵硼是目前最好的粘結永磁材料。它與燒結永磁材料相比有機械加工性能好, 成型容易, 可制成各種複雜的形狀, 磁性能均勻一緻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，粘結钕鐵硼的前景最好，粘結钕鐵硼如果解決了工藝問題及提高質量後, 将成為應用前景最廣的永磁材料。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後，當外磁場為零時，永磁材料所具有的磁感應強度值。此項指标數據直接關系着電機中氣隙磁密的高低。磁感應強度值越高，電機的氣隙磁密将可能較高，轉矩常數、反電勢系數等電機的主要指标将達到最佳值,電機的電負荷和磁負荷的取值關系才可能最合理，效率才能達到最佳。
(2)矯頑力 Hc，(磁感應矯頑力 Hc b )。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。此項指标與電機的抗退磁能力即過載倍數和氣隙磁密等指标相關。Hc 值越大，電機的抗退磁能力越強，過載倍數越大，對強退磁動态工作環境的适應能力越強。同時電機的氣隙磁密也會有所提高。
(3)最大磁能積 BHmax。永磁材料向外磁路提供的磁場能量的最大值。此項指标與電機中永磁材料的用量直接相關，BHmax 越大，預示着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)内禀矯頑力 Hc i 。該項指标是指當剩餘磁化強度 M 降到零時的磁場強度值。退磁曲線上 B=0 時對應的 Hc b 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 Hc i 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 Hc i 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，代表着永磁材料擁有磁場能量和抗去磁場的能力。内禀矯頑力的大小與永磁材料的溫度穩定性密切相關。内禀矯頑力越高，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。該項指标對電機的性能穩定性影響較大，溫度系數越高，電機運行從冷态到熱态時指标的變化越大，它直接限制了電機的使用溫度範圍。間接影響到電機的功率體積比。
2 永磁電機及特點
永磁電機中最大功率已達到 ，最小直徑φ0.8mm，最高轉速 /min，最低轉速 0.01r/min。永磁電機與電勵磁電機相比，具有以下特點.
2.1 結構簡單, 可靠性高
用永磁材料勵磁，可将原電勵磁電機中勵磁用的極靴及勵磁線圈由一塊或多塊永磁體替代，零部件大量減少，在結構上大大簡化。同時由于省去了勵磁用的集電環和電刷，不但改善了電機的工藝性，而且電機運行的機械可靠性大為增強，壽命增加。
2.2 性能優異
永磁電機，特别是采用稀土永磁材料的電機，氣隙磁密可大大提高，電機指标可實現最佳設計，其直接效果就是電機體積縮小,重量減輕。不僅如此，較其它電機而言，永磁電機還具有非常優異的控制性能。這是因為：其一，由于稀土永磁材料的高性能而使電機的力矩常數、轉矩慣量比、功率密度等大大提高。
通過合理設計又能使轉動慣量、電氣及機械時間常數等指标大大降低，作為伺服控制性能的主要指标有了很大改善。其二，現代永磁電機中，永磁磁路的設計已較完善，加上稀土永磁材料的矯頑力高，因而永磁電機的抗電樞反應及其它去磁的能力大大加強，電機的控制參量随外部擾動影響大大減小。其三，由于用永磁材料取代了電勵磁，減少了勵磁繞組及勵磁磁場的設計，因而減少了勵磁磁通、勵磁繞組電感、勵磁電流等諸多參數，從而直接減少了可控變量或參量。綜合以上各因素可以說永磁電機具有優異的可控性。
例如，目前全數字永磁交流伺服電動機調速性能非常優異，正弦波交流伺服電機的調速比最高可達 1：。步進電機和低速同步電機在采用永磁材料後，其輸出轉矩、動态響應特性等都有明顯的改進和提高。因而與同規格電機相比，永磁電機的動态性能指标、穩态性能指标、控制性能指标以及可靠性指标等都比普通電機有較大的提高。
2.3 高效節能
永磁電機不但可減小電阻損耗，還能有效地提高功率因素。如永磁同步電機可在 25％~120％額定負載範圍内均可保持較高的效率和功率因素。300W微 電 機 專 題2006 年第 7 期 16以内的微型永磁直流電機比同規格的電勵磁電機效率高 10％ ~ 20％。大量使用的風機和泵類負載的電機改為永磁電機後，綜合節能效果十分顯著, 功率越大，勵磁損耗占總損耗比例越大，因而永磁電機效率高的優點越突出。
3 永磁電機設計中應深入研究的問題
結語
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