永磁電機(jī)設(shè)計(jì)中永磁材料的選用

1、永磁電機(jī)設(shè)計(jì)中永磁材料的選用邱克立電動(dòng)機(jī)的機(jī)理是電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，而這種能量轉(zhuǎn)換是以磁場為媒介的。在電磁式電機(jī)中，是通 過勵(lì)磁線圈產(chǎn)生磁勢源。而在永磁電機(jī)中是以永磁材料產(chǎn)生恒定磁勢源。用永磁磁鋼代替電勵(lì)磁具有 很多優(yōu)點(diǎn)。如可使電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、重量輕、體積小、使用可靠、用銅量少、銅耗低、能耗 小1。永磁電機(jī)性能的好壞，直接與所采用的永磁材料的性能參數(shù)有著密切的關(guān)系。2永磁電機(jī)與永磁磁鋼性能的關(guān)系另一個(gè)是線負(fù)荷A(與電機(jī)安通常，電機(jī)以兩種特征參數(shù)來表征電機(jī)的能力系數(shù)。一個(gè)是磁負(fù)荷(氣隙磁密)B6匝數(shù)有關(guān)的參數(shù))。當(dāng)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩一定時(shí)B6 A為一定值。B6取得大，A就可取得小。此關(guān)系可以從一

2、般永磁直流電動(dòng)機(jī)的力矩公式(1)中看出。轉(zhuǎn)矩：式中，a、6、D、L均為電機(jī)幾何參數(shù)。線負(fù)荷:式中Ia電樞繞組電流N電樞繞組總匝數(shù)a電樞繞組的并聯(lián)支路對數(shù)可見，線負(fù)荷A與電機(jī)安匝數(shù)成正比2相應(yīng)可降低線負(fù)荷A，即可降低隨著永磁材料的發(fā)展，現(xiàn)代永磁電機(jī)日趨采用高強(qiáng)磁性材料，以提高剩磁磁密Br和氣隙磁密B值 安匝數(shù)IaNc，從而可大大降低銅線電阻Ra及銅耗，使電機(jī)的效率提高，并使電機(jī)的體積和重量減小6這點(diǎn)可從式(3)(5)看出：(3)式中kt轉(zhuǎn)矩常數(shù)ke反電勢常數(shù)R電樞繞組電阻n電機(jī)轉(zhuǎn)速V電池電壓Ra-Nc（在相同的線徑下）（4）銅耗：Pcu=|2aRa （5）永磁電機(jī)輸出功率的大小與磁鋼的磁能積密切

3、相關(guān)。由永磁電機(jī)理論可推導(dǎo)出以下的關(guān)系：=以M ）心J，（6）式中Pn額定輸出功率（BH） 磁鋼的最大磁能積vm磁鋼的總體積P電機(jī)極對數(shù)n電機(jī)轉(zhuǎn)速由式（6）看出，P 8（BH）Nmax即當(dāng)磁鋼體積一定時(shí)，永磁電機(jī)的額定輸出功率與磁鋼的最大磁能積成正比。可見，永磁電機(jī)對永磁材料的磁性能的要求是具有“三高”的磁特性，即剩磁磁密Br高，矯頑磁力H高及最大磁能積（BH、高。而 釹鐵硼稀土永磁材料正具備這些優(yōu)異的磁性能，從而使永磁電機(jī)的應(yīng)用得到了迅猛發(fā)展。3在永磁電機(jī)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題在永磁電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)著重考慮以下幾方面：3.1必須考慮到電機(jī)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的最大去磁磁勢的影響矯頑能力H（或內(nèi)稟矯頑磁力

4、.中是代表磁性材料的抗去磁能力，h抗去磁能力越強(qiáng)，在設(shè)計(jì)永磁電機(jī)時(shí)，應(yīng) 該著重考慮這篁點(diǎn)。因此，在永磁電機(jī)設(shè)計(jì)中，選取最大電負(fù)荷時(shí)，電機(jī)的電樞反應(yīng)所產(chǎn)生的去磁磁勢絕對不能接近 或超過磁鋼所規(guī)定的H值或.h值。否則，電機(jī)經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，或經(jīng)過大負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)，逐漸會(huì)使電機(jī)磁鋼失磁 或去磁，使電機(jī)性能沱重變化。所以，在設(shè)計(jì)永磁電機(jī)時(shí)，必須考慮到電機(jī)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的最大去磁磁勢的作用， 應(yīng)合理地設(shè)計(jì)永磁磁路的工作點(diǎn)。3.2對磁鋼的去磁曲線的形狀和線性度應(yīng)有特殊要求因電機(jī)是在交變磁場下工作，電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，工作點(diǎn)孫點(diǎn)（空載工作點(diǎn)），當(dāng)加負(fù)載時(shí)，電機(jī)工作點(diǎn)沿去磁曲 線趨向A點(diǎn)（見圖1）；當(dāng)去掉負(fù)載時(shí)，工作

5、點(diǎn)不按去磁曲線回到A點(diǎn)，而是按回復(fù)直線到A 點(diǎn)，顯然，A 點(diǎn)的中 r小于A2點(diǎn)的磁通，電機(jī)磁鋼長期以往下去，造成永久性的不可逆去磁，如圖2所示。設(shè)計(jì)永磁電機(jī)時(shí)，要求磁鋼的 去磁曲線為線性（或接近于線性），如圖1所示，并且去磁曲線的斜率應(yīng)等于或接近于可逆磁導(dǎo)率，使回復(fù)直線與去磁曲 線相重合，以保證電機(jī)運(yùn)行時(shí)磁鋼工作點(diǎn)的穩(wěn)定性，使工作點(diǎn)入。穩(wěn)定在去磁曲線與空載特性曲線的交點(diǎn)。圖1線性去磁圖2非線性去曲線磁鋼工作圖磁曲線磁鋼工作圖3.3磁鋼的溫度穩(wěn)定性磁鋼的熱穩(wěn)定性要好，即是說磁鋼的耐高溫能力強(qiáng)，這也是極為重要的一點(diǎn)。通常，電機(jī)從工藝和使用角度出發(fā)，要 求磁鋼能承受120C的高溫，在此溫度下，永磁材

6、料的Br值和.H值不應(yīng)有明顯變化（3%5%），或者有變化，但當(dāng)溫 度下降到室溫時(shí)，磁性Br值和j H值又能恢復(fù)到原來的狀態(tài)，即沒有不可逆的去磁。隨著溫度的升高，永磁材料的磁性（Br、.H）產(chǎn)生的不可逆損失即永磁材料的溫度系數(shù)。表征磁鋼溫度穩(wěn)定性的參數(shù) 為剩磁溫度系數(shù)a b和矯頑磁力溫度系數(shù)a h，一般要求a B和a h均應(yīng)小于0.001，通常認(rèn)為越小越好。磁鋼還要求具有良好的機(jī)械強(qiáng)度，良好的抗震能力，良好的耐氧化、酸堿的防腐蝕能力，以及良好的加工工藝性能等。4結(jié)語隨著新型永磁材料的迅速發(fā)展，尤其是“三高”的第三代釹鐵硼稀土永磁材料的出現(xiàn)和進(jìn)展，采用高 強(qiáng)磁性能永磁材料，是永磁電機(jī)研究和設(shè)計(jì)工作者所希望和渴求的。但作為研究和設(shè)計(jì)工作者，除了研制 和選用磁性能優(yōu)異的永磁材料外，要有更合理的設(shè)計(jì)（包括電磁和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)），使永磁體的磁性能