浅谈永磁材料和永磁电机

陆海军（上海紫格光学薄膜材料有限公司,上海　201601）

浅谈永磁材料和永磁电机

陆海军
（上海紫格光学薄膜材料有限公司,上海201601）

摘要：本文分析了永磁材料的常见类型，剖析了永磁材料的基本性能，解析了永磁电机的显著特征，并结合笔者多年相关工作经验，提出了永磁电机设计过程中需要注意的几点问题。希望能为提升永磁材料在永磁电机中的应用效率，促进永磁电机可持续发展贡献一份力量。

关键词：永磁材料；永磁电机；分析

0　前言

改革开放以来，社会经济不断发展，科学技术日新月异，永磁材料技术也取得了突飞猛进的发展，特别是第一、二、三代稀土永磁材料的相继出现，以及其价格的降低为永磁材料在电机中的广泛运用创造了有利条件，为永磁电机的健康、快速发展奠定了坚实的基础。

1　永磁材料的常见类型与性能

1.1常见类型

永磁材料的常见类型主要有：第一，铝镍钴。流行于20世纪80年代，具有温度稳定性强、耐高温等显著特征；第二，钐钴。起源于20时间60年代，具有超强的稳定性，其磁性能十分适合电机制造。但由于价格较高，多被用于高科技领域挡住；第三，铁氧体。价格较低，被广泛应用于对体积、性能要求较低的电机当中。比如：家用电器电机、玩具用品电机等；第四，钕铁硼。属于第三代永磁材料，具有性能强、热稳定性差、易锈蚀等特征。因此，表面防护措施必不可少。近年来，钕铁硼材料凭借其其价格低廉的独特优势，被越来越广泛应用到工业、民用电机中。

1.2基本性能

永磁材料基本性能主要包括以下几点：第一，剩磁感应强度。剩磁感应强度与电机气隙磁密的高低具有十分紧密的关系。一般情况下，磁感应强度值与气隙磁密值成正比例关系。当反电势系数、磁感应强度值、气隙磁密值、转矩常数达到最佳值时，电机的磁负荷与电负荷处于最优关系中，电机效率达到最高峰值；第二，最大磁能积BHmax。BHmax是指永磁材料能够向外提供磁场能量的最高值，同永磁材料的使用量密切相关。其值越大，代表永磁材料磁场能量越大，那么在功率相同的时候，所需要的永磁材料越少；第三，内禀矫顽力Hci。Hci是指剩余磁化轻度M为0时，永磁材料的磁场强度值。Hci与永磁电机的工作并没有直接关系，但却能够体现永磁材料抗去与拥有磁场的能力。与此同时，它还与永磁材料温度稳定性具有紧密联系。Hci值越大，永磁材料工作温度越高；第四，温度系数。温度系数主要分成：矫顽力温度系数与剩磁感应温度系数两类。温度系数与电机性能关系密切，温度系数越高，则代表电机从冷态过渡到热态的指标变化幅度越大；第五，磁感应矫顽力Hcb。该指标同电机过载倍数、气隙磁密等指标具有紧密联系。Hcb的值越大，则表明该电机抗退磁能力越大，能够适应强退磁动态工作环境。

2　永磁电机的显著特征

2.1性能强

一方面，永磁电机的气隙磁密能够得到显著提升，有利于电机指标最优化，缩减电机体积，减少电机重量；另一方面，永磁电机还拥有杰出的控制性能。原因有三点：第一，稀土永磁材料性能高，促进电机功率密度、力矩常数、转矩惯量比得到大幅度提升。再者，科学合理的设计能够显著降低电气时间常数、转动惯量等指标。第二，当前，我国永磁磁路设计已经日趋完善。完善的磁路设计与高矫顽力的稀土永磁材料完美结合，显著提升了永磁电机的抗电枢反应能力，降低了外部因素对电机控制参量的影响。第三，永磁材料的使用省去了励磁磁通、励磁电流、励磁绕组电感等参数，有效减少了可控变量。

2.2构造简易

永磁电机采用一块或者几块永磁体取代了励磁电机中的极靴和励磁线圈，使得电机零部件数量大幅度减少，优化了电机结构。与此同时，还节省了励磁电刷与电环，提升了电机工艺，延长了电机使用年限，增加了电机的安全性与可靠性。

2.3效率高，能耗低

效率高，能耗低是永磁电机的最为重要的优势之一。目前，我国大部分的泵类负载电机、风机均改用永磁材料，其综合节能效果日益突出，在电机领域发挥着不可替代的重要作用。

3　永磁电机设计过程中需要注意的问题

3.1永磁材料的利用效率

永磁材料的利用率直接关系到永磁电机的制造成本，是生产厂家最为关心的重要问题之一。这就要求在永磁电机设计过程当中，首先分析、研究电机用途，弄清其需要达到的预订功能，然后找到相应的重点指标，最后确定出电机最优工作点、体积、形状与加工工艺。

3.2抗腐蚀性

易腐蚀性是钕铁硼材料使用过程中不可回避的重要问题，若不进行有效解决，会严重影响电机质量。给予电镀层防护是目前抗腐蚀的常用措施，但是镀层脱落导致电机故障的现象时有发生。因此，要想永磁材料与永磁电机获得进一步发展，需要不断提升永磁材料表面防护的水平。

3.3退磁

磁性材料退磁主要包括：环境退磁、时间退磁、温度退磁等。这就要求在永磁电机设计过程中注意以下几点：第一，弄清永磁材料内禀矫顽力、矫顽力与工作温度稳定性之间的关系；第二，分析温度系数对电机性能指标、退磁安全系数的影响力；第三，不可逆退磁与可逆退磁在电机中的比例，以及其对电机性能产生的影响。

3.4分析、设计

永磁体的分撒性增加了永磁电机的设计难度，也提升了分析永磁磁场数值的困难程度，一定程度上影响了设计的科学性与合理性。比如：永磁模型建立、计算工程磁路的漏磁系数与局部退磁、计算电枢反应等出现的误差都明显大于电励磁电机。

4　结束语

永磁材料凭借其性能强、效率高、能耗低等显著优势被广泛运用于电机制造中，促进了永磁电机的快速发展。随着永磁电机的不断发展，也对永磁材料提出了新的要求，促进了永磁材料的不断提高与完善。21世纪以来，永磁电机逐步涉足于工业、农业、航空、国防、航天、日常生活等众多领域，完全有理由相信永磁材料与永磁电机具有十分广阔的发展前景。

参考文献：

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