常用永磁材料及其在永磁无刷直流电动机中的应用
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常用永磁材料及其在永磁无刷直流电动机中的应用

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点击次数:更新时间:2018-05-14 11:05:04

1.常用永磁材料

  目前电动推杆工业中应用的永磁材料主要是铝镍钴、硬磁铁氧体和稀土磁体三大类。

  铝镍钴是20世纪30年代研制成功的永磁材料,其主要特点是剩磁高、温度系数低、居里温度高、热稳定性好、抗氧化和耐腐蚀、加工性能较好。但其不足之处是矫顽力低,抗退磁能力差,并需要使用贵金属钴。因此随着稀土磁体的出现,铝镍钻在整个水磁材料中所占的比例越来越小,现在仅在高精度测速发电动推杆等信号类微电动推杆中仍会继续使用,在电动推杆中基本不使用。铁氧体永磁材料是20世纪50年代初研制成功的永磁材料。其最大特点是价格低廉、有  较高的矫顽力,但磁能积低,主要用于对电动推杆体积重量要求不高,但关注低成本的电动推杆中常用于一些家用电动推杆和玩具电动推杆。铁氧体磁铁的优点如下

1) 铁氧体磁铁与钕铁硼磁体相比,价格非常便宜,约为后者的1/10以下。

2)使用温度范围宽,低于-40℃和超过200℃才发生退磁。这个温度范围对电动推杆应用来说不存在问题

3)铁氧体磁铁的电阻率高。这意味着,磁铁本身不存在任何由于涡流而引起的损耗

  4)无腐蚀问题,无需表面处理。而钕铁硼磁体中此问题很严重,必须进行表面防护处理。

  5)与钕铁硼磁体相比,磁体容易被磁化,电动推杆生产过程中磁体充磁和安装容易操作因为它们的磁性不是特别强。

  使用铁氧体磁铁的缺点是

1)铁氧体磁铁的磁性较差,剩余磁通密度低(0.3~0.4T,钕铁硼磁体达1.1~1.3T)磁能积低(20~35kJ/m3,钕铁硼磁体达250~350kJ/m3)。因此,表贴式磁体的气隙磁通密度低。当采用内置式结构时,要达到钕铁硼磁体同样气隙磁通密度,铁氧体材料用量更多因此转子更重。幸而,铁氧体磁铁密度较低,约为钕铁硼磁体的2/3。

  2)剩余磁通密度随温度的变化比较大(-0.2%/℃)。

  3)由于铁氧体磁铁需要更厚,外转子结构电动推杆的气隙直径将要减小。

  稀土磁体主要有第一代的钐钴(1-5型)永磁材料SmCo5;第二代钐钴(2-17型)永磁材料Sm2Co17;第三代的钕铁硼( Ndfeb)永磁材料。其中SmCo永磁体的磁能积在120~240kJ/m3之间,钕铁硼系永磁体的磁能积在216~400kJ/m3之间。稀土永磁材料除了磁性能十分优异而具有高的磁能积、高的矫顽力外,更为重要的特性是它的退磁曲线为直线,回复线与退磁曲线基本重合。这样,电动推杆的动态工作点就在这条直线上移动,有很宽的动态范围,不容易去磁。良好的设计可充分利用永磁材料,降低电动推杆的体积、重量。而且,磁体可以方便地充磁后再装配,无需像铝镍钴那样充磁磁体在装配前需要专门的磁短路保护,以防止磁体开路去磁,或需要先装配后充磁。钐钴稀土材料是20世纪60年代中期问世的,具有铝镍钴一样高的剩磁,比铁氧体高的矫顽力,但是钐钴稀土材料价格昂贵,力学性能差,仅局限于某些温度稳定性要求高铝镍钴体积与重量有苛刻要求的特殊用途电动推杆中。稀土钻20世纪80年代初,稀土钕铁硼永磁材料进入应用,尽管它有温度系数大、居里点低、容钕铁硼易氧化生锈需要涂覆处理等缺点,但它具有特别优异的磁性能,很高的磁能积、高的矫铁氧体顽力、较高的剩余磁通密度。随着其价格下864降,与铝镍钴相当,为稀土钴类永磁的1/4H/X10A·m1/3,近年来发展迅速。钕铁硼永磁电动推杆应用范围越来越广泛。

  各种永磁材料的价格不断降低,不同用途的电动推杆可以采用不同的永磁材料,以达到合理的性能价格比。永磁材料性能的不断提高和价格的不断降低,有力地推动永磁无刷电动机的发展。

  永磁材料的技术性能指标与退磁曲线的形状(见图6-9),对电动推杆的性能、外形尺寸运行可靠性等有很大的影响,是设计与制造永磁电动推杆时需要考虑的十分重要的参数。表6-3给出几种常用永磁材料典型性能比较。

 

 

几种永磁材料的退磁曲线

 

 

图6-9几种永磁材料的退磁曲线

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