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                        永磁電機中的磁材選擇

                        2024-04-05

                        導讀:隨著材料技術的不斷發展,磁材料已經廣泛應用在各類工業設備中。工業設備中,電機肯定是應用得最多的那一類,磁材料對電機的性能起到了決定性的作用??梢哉f電機是轉定子磁場相互作用的結果,有一個磁場需要產生旋轉磁鋼,所以必須是電樞繞組。而另一個磁場就有很多種形式了,可以是磁材(磁鋼)產生的,可以是電樞產生的,也可以是感應產生的。需要磁材(磁鋼)來提供磁場的就是我們熟知的永磁電機。


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                        決定永磁電機性能的磁材

                        永磁電機采用永磁體生成電機的磁場,無需勵磁線圈也無需勵磁電流,效率高結構簡單,而且近年來隨著高性能永磁材料的發展,永磁電機的應用也變得更為廣泛。根據磁材在磁場中反映出的特性,一般分為順磁性、抗磁性、反鐵磁性、鐵磁性以及亞鐵磁性。對永磁電機來說,這個磁性材料指的是鐵磁性以及亞鐵磁性材料,因為這兩種磁性材料對外磁場反應強烈,屬于強磁性材料。強磁材料,在居里溫度以下均存在自發磁化,具體它包含了永磁材料、軟磁材料以及磁記錄材料,在實際中均有著極為重要的使用意義。磁記錄材料指的是利用磁特性和磁效應輸入、記錄、存儲和輸出圖像、數字等信息的磁性材料,和電機應用關系不大。和電機應用密切相關的是永磁材料和軟磁材料。永磁材料是永磁電機的核心材料,永磁的特性在于一經磁化,很難退磁。永磁磁極在燒結出來以后,具備了保存磁性的能力,然后對永磁磁極進行充磁操作,就能保持恒定的磁性。從參數指標上來看,永磁材料具有寬磁滯回線、高矯頑力和高剩磁三個特性。矯頑力越高,材料越不容易退磁。


                        所以永磁材料作為電機磁源,才能為電機提供穩定的磁動勢,就像電路中的電動勢。軟磁材料也容易磁化,但是它磁化后容易退磁。從參數指標上來看,這種磁材料具有低矯頑力和高磁導率,因此會將其作為導磁材料,起傳導磁力線的作用。所以說二者的側重點是不同的,永磁材料的目標是向更高的矯頑力發展,盡可能增強不退磁的能力,而軟磁則追求更高的磁導率,讓磁傳導更順暢。


                        永磁材料與高性能電機

                        永磁材料的選擇和電機性能的密切程度高度相關,現在稀土永磁電機的應用想必大家都能看到。稀土永磁材料極高的磁能積和極高的矯頑力,讓稀土永磁電機不僅在體積重量上更具優勢,損耗也更小,效率也更高,而且足夠可靠。稀土永磁材料也經過了很多代的發展,目前主要的稀土材料已經從釤鈷永磁發展到燒結釹鐵硼。燒結釹鐵硼也是目前應用在永磁電機上的最主要的稀土永磁材料,在汽車電機、工業電機上有著大量的應用。燒結釹鐵硼的剩磁強度在永磁材料中不算突出,沒有第一代合金永磁體高,但是矯頑力水平和磁能積水平遠超其他永磁材料。磁能積上的極大領先意味著在單位磁場強度下釹鐵硼體積更小,這讓高性能電機設備小型化、輕量化成為可能。稀土永磁電機畢竟會用到稀土材料,以氧化鐵為主要原料的第二代永磁體以氧化鐵為主要原料的第二代永磁體盡管性能并非最優,但是制備原材料儲量豐富,工藝簡單,成本也較低。主打高性價比的氧化鐵永磁體在各類電機中也有著廣泛的應用,當然電機相應的性能和體積就要打上折扣,畢竟其矯頑力水平和磁能積水平都較低。


                        從目前幾種強磁材料的性能來看,想要電機實現更高性能,稀土磁材就是現在的最優解,尤其是高性能釹鐵硼磁材料既能減小電機體積和質量,還能縮小電機能量損耗來提高整個電機系統效率。隨著磁材料的發展,或許有一天,高性能電機不再需要使用稀土材料,這也不是不可能的。


                        小結

                        磁材料的選擇對永磁電機的整體性能和成本有決定性的影響,需要根據不同的應用需求選擇合適磁材的電機。

                         


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