浅谈永磁直流无刷电机常用的永磁材料

作者:电工吧 日期:2020-12-10 17:12:52 人气: 栏目:电机产品

目前电机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,铝镍钴在整个永磁材料中所占的比例越来越小,现在仅在高精度测速发电机等信号类微电机中仍会继续使用,在直流无刷电机中基本不使用。


永磁电机磁体-铁氧体

永磁材料:铁氧体


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、有高的矫顽力,但磁能积低,主要用于对电机体积重量要求不高,但关注低成本的电机中,常用于一些家用电机和玩具电机。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。这个温度范围对电机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问题。

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,电机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),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,外转子结构电机的气隙直径将要减小。

永磁无刷电机材料-钕铁硼

永磁材料:钕铁硼


稀土磁体主要有第一代的钐钻(1-5型)永磁材料SmCo5;第二代钐钻(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,电机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,降低电机的体积、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、体积与重量有苛刻要求的特殊用途电机中。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、高的矫顽力、较高的剩余磁通密度。随着其价格下降,与铝镍钴相当,为稀土钴类永磁的1/4~1/3,近年来发展迅速。钕铁硼永磁电机应用范围越来越广泛。


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永磁材料的退磁曲线


各种永磁材料的价格不断降低,不同用途的电机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,有力地推动永磁直流无刷电机的发展。


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