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铝镍钴永磁正在永磁资料总量中的比例将逐渐降

发布时间:2019-11-09

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  1、永磁材料磁机能的次要参数 1.1退磁曲线 取其他磁性材料一样,永磁材料起首用磁畅回线来反映和描画其磁化过程的特点和磁特征,该回线包含的面积随最大充磁强度Hmax的大小而变, Hmax越大,回线面积就越大。当月Hmax达到或跨越饱和强度Hs时,回线面积渐近地达到一个最大值,并且磁机能最为不变。面积最大的回线被称为饱和磁畅回线,并常简称为磁畅回线。 磁畅回线正在第二象限的部门称为退磁曲线,它是永磁材料的根基特征曲线。退磁曲线中磁强度Bm为正值而强度Hm为负值。这申明永磁材猜中磁强度Bm取强度Hm的标的目的相反,磁通颠末永磁体时,沿磁通标的目的的磁位差不是下降而是升高。这就是说,永磁体是一个磁源,雷同于电中的电源。 退磁曲线的强度Hm为负值还表白,此时感化于永磁体的是退磁强度。退磁强度Hm越大,永磁体的磁强度就越小。 退磁曲线的两个极限是表征永磁材料磁机能的两个主要参数。退磁曲线上强度H为零时响应的磁强度值称为残剩磁强度,又称残剩磁通密度,简称剩磁密度,符号为Br。退磁曲线上磁强度B为零时响应的强度值称为磁强度矫顽力,简称矫顽力,符号为HcB或BHc,常简写为Hc。 正在国际单元制中,威廉希尔官网能量密度wm=BH/2。因而,退磁曲线上任一点的磁通密度取强度的乘积被称为磁能积,它的大小取该永磁体正在给定工做形态下所具有的磁能密度成反比。 正在两头某个上磁能积为最大值,称为最大磁能积,符号为(BH)max,它也是表征永磁材料磁机能的主要参数。 1.2 答复线 退磁曲线所暗示的磁通密度取强度间的关系,只要正在强度单标的目的变化时才存正在。现实上,永磁电机运转时遭到感化的退磁强度是频频变化的。 答复线的平均斜率取实空磁导率从的比值称为相对答复磁导率,简称答复磁导率: 当退磁曲线为曲线时,其值取起始点的相关,是个变数。但凡是环境下变化很小,能够近似认为是一个,且近似等于退磁曲线)处切线的斜率值。换句话说,各点的答复线可近似认为是一组平行线,它们都取退磁曲线)处的切线相平行。 有的永磁材料,如部门铁氧体永磁的退磁曲线的上半部门为曲线,当退磁强度跨越必然值后,退磁曲线就急剧下降,起头拐弯的点称为拐点。当退磁强度不跨越拐点时,答复线取退磁曲线的曲线段相沉合。当退磁强度跨越拐点后,新的答复线就不再取退磁曲线沉合了。 有的永磁材料,如大部门稀土永磁的退磁曲线全数为曲线,答复线取退磁曲线相沉合,能够使永磁电机的磁机能正在运转过程中连结不变,这是正在电机中利用时最抱负的退磁曲线内禀退磁曲线 退磁曲线和答复线表征的是永磁材料对外呈现的磁强度B取强度H之间的关系。还需要另一种表征永磁材料内正在磁机能的曲线。 由铁磁学理论可知,正在实空中磁强度取强度间的关系为 上式表白,磁性材料正在外感化下被磁化后大大加强了。这时磁强度B含有两个分量,一部门是取实空中一样的分量,另一部门是由磁性材料磁化后发生的分量。 后一部门是物质磁化后内正在的磁强度,称为内禀磁强度Bi,又称磁极比强度,J。描述内禀磁强度Bi(J)取强度H关系的曲线称为内禀退磁曲线,简称内禀曲线。 内禀退磁曲线上磁极化强度J为零时,响应的强度值称为内禀矫顽力,又称磁化强度矫顽力,其符号为Hci、JHc或MHc。 Hci的值反映永磁材料抗去磁能力的大小。稀土永磁的内禀退磁曲线取退磁曲线相差很大, Hci弘远于HcB 。这恰是表征稀土永磁抗去磁能力强的一个主要参数。 除Hci值外,内禀退磁曲线的外形也影响永磁材料的磁不变性。曲线的矩形度越好,磁机能越不变。 1.4 不变性 为了永磁电机的电气机能不发生变化,能持久靠得住地运转,要求永磁材料的磁机能连结不变。凡是用永磁材料的磁机能随、温度和时间的变化率来暗示其不变性,次要包罗热不变性、磁不变性、化学不变性和时间不变性。 1.4.1 热不变性 磁机能的丧失能够分为两部门: 1.可逆丧失 这部门丧失是不成避免的。各类永磁材料的残剩磁强度随温度可逆变化的程度可用温度系数以%暗示,单元为K-1。 2.不成逆丧失 温度恢复后磁机能不克不及答复到原有值的部门,称为不成逆丧失,凡是以其丧失率IL(%)暗示。 1.4.2 磁不变性 磁不变性暗示正在外干扰下永磁材料磁机能变化的大小。理论阐发和实践证明,一种永磁材料的内禀矫顽力Hci越大,内禀退磁曲线的矩形度越好(或者说Hk越大),见这种永磁材料的磁不变性越高,即抗外干扰能力越强。当Hci和Hk 大于某定值后,退磁曲线全数为曲线,并且答复线取退磁曲线相沉合,正在外施退磁强度感化下,永磁体的工做点正在答复线上来回变化,不会形成不成逆退磁。 1. 4.3 化学不变性 受酸、碱、氧气和氢气等化学要素的感化,永磁材料内部或概况化学布局会发生变化,将严沉影响材料的磁机能。例如钕铁硼永磁的成分中大部门是钕和铁,容易氧化,故正在出产过程中需采纳各类工艺办法来防止氧化,要极力提高永磁体的密度以削减残留气隙来提高其抗侵蚀能力,同时要正在成品概况涂敷层,如镀锌、镀镍、电泳等。 1.4.4 时间不变性 永磁材料充磁当前正在凡是的前提下,即便不受四周或其他要素的影响,其磁机能也会随时间而变化,凡是以必然尺寸外形的样品的开磁通随时间丧失的百分比来暗示,叫做时间不变性,或叫天然时效。研究表白,它取材料的内禀矫顽力Hci和永磁体的尺寸比L/D相关。对永磁材料而言,随时间的磁通丧失取所履历时间的对数根基上成线性关系,因而能够从较短时间的磁通丧失来推算出长时间的磁通丧失,从而判断出永磁体的利用寿命。 2 铝镍钴永磁材料 铝镍钴(AlNiCo)永磁是20世纪30年代研制成功的。其时,它的磁机能最好,温度系数又小,因此正在永磁电机中使用得最多、最广。60年代当前,跟着铁氧体永磁和稀土永磁的接踵问世,铝镍钴永磁正在电机中的使用逐渐被代替,所占比例呈下降趋向。 按加工工艺的分歧,铝镍钴永磁分锻制型和粉末烧结型两种。锻制型的磁机能较高。粉末烧结型的工艺简单,可间接成所需外形。正在永磁电机中常用的是锻制型。 铝镍钴永磁的显著特点是温度系数小,αBr仅为-0.02%K-1摆布,因而,跟着温度的改变磁机能变化很小,目前仍被普遍使用于仪器仪表类要求温度不变性高的永磁电机中。 这种材料的残剩磁强度较高,最高可达1.35T,可是它的矫顽力很低,凡是小于160kA/m。它的退磁曲线所示(图中虚线为等磁能积曲线)。 根据铝镍钴永磁材料矫顽力低的特点,正在利用过程中,严酷它取任何铁器接触,免得形成局部的不成逆退磁或磁通分布的畸变。别的,为了加强它的抗去磁能力,铝镍钴永磁磁极往往设想成长柱体或长棒形。 铝镍钴永磁硬而脆,可加工机能较差,仅能进行少量磨削或电火花加工,因而加工成特殊外形比力坚苦。 3 铁氧体永磁材料 铁氧体永磁材料属于非金属永磁材料.正在电机中常用的有两种,钡铁氧体(BaO·6Fe2O3)和锶铁氧体(SrO·Fe2O3)。它们的磁机能相差不多,而锶铁氧体的Hc值略高于钡铁氧体,更适于正在电机中利用。 铁氧体永磁的凸起长处:价钱低廉,不含稀土元素、钴、镍等贵金属;制制工艺也较为简单;矫顽力较大,Hc为128—320kA/m。抗去磁能力较强;密度小,只要4—5.2g/cm3,质量较轻,退磁曲线接近于曲线,或者说退磁曲线的很大一部门接近曲线,答复线根基上取退磁曲线曲曲线部门沉合,能够不需要象铝镍钴永磁那样进行稳磁处置,因此正在电机中使用易为普遍,是目前电机顶用量最大的永磁材料。 4.稀土永磁材料 4.1稀土钴永磁材料 稀土钴永磁材料是60年代中期兴起的磁机能优异的永磁材料。其特点是残剩磁强度、磁矫顽力及最大磁能积都很高。1:5型(RCO5)永磁体的最大磁能积现已跨越199kJ/m3,2:17型(R2CO17)永磁体的最大磁能积现已达258.6kJ/m3,残剩磁强度Br一般高达0.85一1.15T,接近铝镍钴永磁程度;磁矫顽力Hc可达480一800kA/m,大约是铁氧体永磁的3倍。稀土钴永磁的退磁曲线根基上是一条曲线,答复线根基上取退磁曲线沉合,抗去磁能力强。别的稀土钴永磁材料Br的温度系数比铁氧体永磁材料低,凡是为一0.03%K-1摆布,而且居里温度较高,一般为7l0一880℃。因而这种永磁材料的磁不变性最好,很适合用来制制各类高机能的永磁电机。错误谬误是目前的价钱还比力高贵,以致电机的制价较高。 4.2 钕铁硼永磁材料 钕铁硼永磁材料是1983年问世的高机能永磁材料。它的磁机能高于稀土钴永磁。室温下残剩磁强度Br现可高达1.47T,磁矫顽力可达992kA/m(12.4koe),最大磁能积高达397.9N/m3,是目前磁机能最高的永磁材料。因为钕正在稀土中的含量是钐的十几倍,资本丰硕,铁、硼的价钱廉价,又不含计谋物资钴,因而钕铁硼永磁的价钱比稀土钴永磁廉价得多,问世以来,正在工业和平易近用的永磁电机中敏捷获得推广使用。 钕铁硼永磁材料的不脚之处是居里温度较低,一般为310一410℃摆布;温度系数较高,Br的温度系数可达-0.13%K-1,Hci的温度系数达一(0.6一0.7)% K-1 。因此正在高温下利用时磁丧失较大。因为此中含有大量的铁和钕,容易锈蚀也是它的一大弱点。所以要对其概况进行涂层处置,目前常用的涂层有环氧树脂喷涂、电泳和电镀等。 5 粘结永磁材料 粘结永磁材料是用树脂、塑料或低熔点合金等材料为粘结剂,取永磁材料粉末平均夹杂,然后用压缩、打针或挤压成形等方式制成的一种复合型永磁材料。按所用永磁材料品种分歧,分为粘结铁氧体永磁、粘结铝镍钴永磁、粘结稀土钴永磁和粘结钕铁硼永磁。同凡是的锻制或烧结永磁体比拟,粘结磁体因含有粘结剂而使磁机能稍差,但却具有如下的显著长处: 1)外形度大 容易制成外形复杂的磁体或薄连环、薄片状磁体。打针成形时还能嵌入其他零件一路成形。 2)尺寸精度高,不变形 烧结磁体的收缩率为13%一27%,而粘结磁体的收缩率只要0.2%一0.5%。不需要二次加工就能制成高精度的磁体。 3)产物机能分离性小 ,及格率高,适于多量量出产。 4)机械强度高 不易破裂、可进行切削加工。 5)电阻率高、易于实现多极充磁。 6)原材料操纵率高 浇口、边角料、废品等进行退磁处置,破坏后能简单地再生利用。 7)密度小、质量轻。 因而,采用粘结永磁体,能够简化电机制制工艺,而且能获得优良的电机机能、出格是对于一次成形的多极转子或多极定子,采用粘结永磁体有它得天独厚的长处,深受用户欢送。 5.1 粘结铁氧体永磁 粘结铁氧体永磁次要是粘结锶和钡铁氧体,各向同性产物可做到4.0—5.5kJ/m3,Br为0.15—0.17T,Hc为110一135kA/m。而各向同性粘结铁氧体可做到15.0一16.5kJ/m3,Br为0.28一0.30T,Hc可达180一210kA/m,次要用于微电机中。 5.2 粘结稀土钴永磁 粘结稀土钴永磁的制备工艺比粘结铁氧体永磁复杂,制备磁粉的热处置必需正在实空中或氩气下进行。如许处置后,可使Hc较着提高。目前粘结1:5型稀土钴永磁(BH)max可做到80一95kJ/m3,Br为0.7T,Hc为320kA/m。粘结2:17型稀土钴永磁的(BH)max可达160kJ/m3,Br=0.73一0.88T,Hc=477.6—541.3kA/m。粘结稀土钴永磁次要用于家用电器、石英钟表、计量器、微特电机中。 5.3 粘结钕铁硼永磁 目前出产这冲永磁材料的磁粉有两种工艺:一是快淬工艺;二是氢化—歧化—脱氧—再组,简称HDDR法,使用这两种方式制备的钕铁硼磁粉采用特地设备及工艺再制成粘结钕铁硼磁体。目前用HDDR法出产的产物的磁机能仍低于用快淬法出产的产物。磁体机能还取磁体成型方式和所含磁粉填充率相关。模压成型的磁体密度为6—6.38g/cm3,磁机能是磁粉磁机能的60%一70%,而打针成型磁体的密度仅为5—5.3g/cm3,其磁机能只要模压成型磁体的60%一70%。按照制制工艺和机能的分歧,习惯大将粘结钕铁硼永磁分为三型: I型为模压成型的环氧树脂粘结各向同性磁体; II型为热压的各向同性磁体; III型为热变形的各向同性磁体,最大磁能积已接近320kJ/m3。 目前国内出产的这种粘结磁体产物最大磁能积为64—80kJ/m3、Br为0.6—0.8T,Hc为480—560kA/m,Hci为880—1040kA/m,Br的温度系数为一(0.07—0.126)%K-1,Hci的温度系数为一0.4%K-1。 6 永磁材料的选择和使用留意事项 6.1 永磁材料的选择 永磁材料的品种多种多样,机能相差很大,因而正在设想永磁电机时起首要选择好适宜的永磁材料品种和具体的机能目标。归纳起来,选择的准绳为: 1)应能电机气隙中有脚够大的气隙和的电机机能目标。 2)正在现定的前提、工做温度和利用前提下应能磁机能的不变性。 3)有优良的机械机能,以便利加工和拆卸。 4)经济性要好,价钱适宜。 6.2使用留意事项 1) 永磁材料的现实磁机能取出产厂的具体系体例制工艺相关.其值取尺度的数据之间往往存正在必然的误差。统一种商标的永磁材料,分歧工场或统一工场分歧批号之间城市存正在必然的磁机能不同。并且,尺度中的机能数据是以特定外形和尺寸的试样(例如钕铁硼永磁的尺度试样为Ф10×7mm的圆柱)的测试机能为根据的,对于电机中现实采用的永磁体外形和尺寸,其磁机能取尺度数据之间也会存正在必然的不同。别的,充磁机的容量大小和充磁方式城市影响永磁体磁化形态的平均性,影响磁机能。因而,为提高电机设想计较的精确性,需要向出产厂家该批号的现实尺寸的永磁体正在室暖和工做温度下的实测退磁曲线,正在有前提时最好能抽样间接丈量出退磁曲线,比力稳妥。对于分歧性要求高的电机,更需对永磁材料逐片进行检测。 别的,因为钕铁硼永磁材料的温度系数较高,形成其磁机能热不变性较差。一般的钕铁瑚永磁材料正在高温下利用时,其退磁曲线的下半部门要发生弯曲(见图2—8),为此利用通俗钕铁硼永磁材料时,必然要校核永磁体的最大去磁工做点,以加强其靠得住性。对于超高矫顽力钕铁硼永磁材料,内禀矫顽力已可大于2000kA/m,国内有的厂家已有试制产物,其退磁曲线℃时仍为曲线。 按照现有永磁材料的机能和电机的机能要求,一般说来, 1)跟着机能的不竭完美和相对价钱的逐渐降低,钕铁硼永磁正在电机中的使用将越来越普遍。不只正在部门使用场所有可能代替其他永磁材料,还可能逐渐代替部门保守的电励磁电机。 2)对于机能和靠得住性要求很高而价钱不是次要要素的场所,优先选用高矫顽力的2:17型稀土钴永磁。1:5型稀土钴永磁的使用场所将有所缩小,次要用于正在高温环境下利用和退磁大的场所。 3)对于机能要求一般,体积质量不严,价钱是考虑的次要要素,优先采用价钱低廉的铁氧体永磁。 4)正在工做温度跨越300℃的场所或对温度不变性要求严的场所,如各类丈量仪器用电机,优先采用温度系数低的铝镍钴永磁。铝镍钴永磁正在永磁材料总量中的比例将逐渐下降。 5)正在批量出产大且磁极外形复杂的场所,优先采用粘结永磁材料。 具体选用时,应进行多种方案的机能、工艺、成本的全面阐发比力后确定。 2)永磁材料的磁机能除取合金成分和制制工艺相关外,还取热处置工艺相关。所谓热处置,就是永磁材料正在分化反映过程中外加。颠末热处置后,永磁材料的磁机能提高,并且带无方向性,顺标的目的最大,垂曲标的目的最小,这叫做各向同性。对于没有颠末热处置的永磁材料,磁机能没无方向性,称为各向同性。该当留意,对于各向同性的永磁体,充磁时的标的目的应取热处置时的标的目的分歧,不然磁机能反而会有所降低。 3)按照,永磁材料由室温升到最高工做温度并保温必然时间后再冷却到室温,其开磁通答应有不大于5%的不成逆丧失。因而为了永磁电机正在运转过程中机能不变,不发生较着的不成逆退磁,正在利用前应先辈行稳磁处置(或叫老化处置),其法子是将充磁后的众破永磁材料升温至估计最高工做温度并保温必然时间(一般为2—4h),以事后消弭这部门不成逆丧失。铁氧体永磁则分歧,因为它的矫顽力温度系数为正值,温度越低、矫顽力越小,故需进行负温稳磁处置。其法子是得充磁后的铁氧体永磁放正在低温箱中,冷冻至利用的最低温度(最好再低10℃摆布)保温2—4h。需要指出的是,颠末高温或负温稳磁处置后,不克不及再对永磁体充磁;若有需要再次充磁,则需从头进行高暖和负温稳磁处置。 当对已充磁的永磁体退磁磁 场强度时,磁通密度沿图2—3a中的迟磁曲线Bf只下降。若是鄙人 降到尸点时消去外加退磁强度射f,则磁密并不沿迟磁曲线 答复,而是沿另一曲线R上升。若再退磁强度,则磁 密沿新的曲线RB’户下降。如斯多次频频后构成一个局部的小回 线,称为局部磁畅回线。因为该回线的上升曲线取下降曲线很接 近,能够近似地用一条曲线PR来取代,称为答复线。严点为答复 线的起始点。若是当前的退磁强度H。不跨越第一次的 值Hf,则磁密沿答复线PR做可逆变化。若是Hd>Hf,则磁密 下降到新的起始点Q,沿新的答复线阳变化,不克不及再沿本来的答复线\可逆变化将形成电机机能的万不变, 也添加了永磁电机电磁设想计较的复杂性,团而该当力图避免发生。 热不变性是指永磁体由所处温度的改变而惹起磁机能变化的程度,故又称温度不变性,如图2—5所示。当水磁体的温度从‘。升至h时,磁密从B。降为B1;当温度从j1回到6时,磁密回升至jr o,而不是 B。;当前温度正在2。和2l 间变化,则磁密正在j’。 和BI问变化。从图2—5 能够看出, 由它形成的磁必需事先对永磁体进行稳磁处置,,即事先人工预加 可能发生的最大去磁效应,报酬地决定答复线的起始点P的位 置,使永磁电机正在或预期的运转形态下,答复线的起始点不 再下降。 一般涂层厚度为10一40Pm。分歧徐层的抗侵蚀能 力纷歧样,环氧树脂徐层抗溶剂、抗冲击能力、抗盐雾侵蚀能力 优良;电泳涂层抗溶剂、抗冲击能力优良,抗盐雾能力极好;电 镀有极好的抗溶剂、抗冲击能力,但抗盐雾能力较差。因而需根 据隘体的利用来选择合适的涂层。 * * 第四章 永磁材料的机能和选用 永磁电机的机能、设想制制特点和使用范畴都取永磁材料的机能亲近相关。永磁材料品种浩繁,机能不同很大,只要全面领会后才能做到设想合理,利用适当。 同样,还可用永磁材料的内禀矫顽力随温度可逆变 化的程度。 不成逆丧失又可分为不成恢复丧失和可恢复丧失。前者是指永磁体从头充磁也不克不及回复复兴的丧失,一般是由于较高的温度惹起永磁体微布局的变化(如氧化)而形成的。后者是指永磁体从头充磁后能回复复兴的丧失。 永磁材料的温度特征还可用居里温度和最高工做温度来暗示。跟着温度的升高,磁机能逐渐降低,升至某一温度时,磁化强度消逝,该温度称为该永磁材料的居里温度,又称居里点。 手册或材料中凡是供给的是室温t0时的残剩磁强度Brt0,则工做温度正在t1时的残剩磁强度 因为铝镍钴永磁的答复线取退磁曲线并不沉合,正在磁设想制制时要留意它的特殊性,由它形成的磁必需事先对永磁体进行稳磁处置。 铝镍钴永磁电机一旦拆卸、维修之后再从头拆卸时,还必需进行再次全体饱和充磁和稳磁处置,不然永磁体工做点将下降,磁机能大大下降。为此铝镍钴永磁电机的磁极上凡是都有极靴且备有再充磁绕组,使其能够再次充磁来恢复应有的磁能。 1971年研制成功的铁铬钴(FeCrCo)永磁是取铝镍钴永磁的磁机能附近而具有可加工长处的可塑性变形永磁材料,它的凸起长处是具有韧性,能够热加工,也能够进行切削等机械加工,能够锻制、粉末冶金,也能够轧带或拉丝,并且加工后磁机能并不变化。但价钱较贵。它能够制成特殊外形的永磁体用于永磁电机,还可做为磁畅材料用于磁畅电机。 铁氧体永磁的次要错误谬误:剩磁密度不高,Br仅为0.2一0.44T,最大磁能积(BH)max仅为6.4—40kJ/m3。因此需要加大供给磁通的截面积,使电机体积增大;温度对磁机能的影响大,剩磁温度系数为-(0.18-0.20)%K-1,矫顽力温度系数为(0.4一0.6)% K-1 。 必需指出,铁氧体永磁的αHci为正值,其矫顽力随温度的升高而增大,随温度降低而减小,这取其他几种常用永磁材料分歧。因而,铁氧体永磁正在利用时要进行最低温度时最大去磁工做点的校核计较,以防止正在低温时发生不成逆退磁。别的,铁氧体永磁材料硬而脆,且不克不及进行电加工,仅能切片和进行少量磨加工。 因为稀土钴永磁材料硬而脆,抗拉强度和抗弯强度均较低,仅能进行少量的电火花或线切割加工,所以正在永磁体尺寸的设想上要避免过多的加工余量免得形成华侈和添加成本。其次,因为这种永磁材料的磁性很强,磁极彼此间的吸引力和力均很大,因而磁极正在充磁后运输和拆卸时都要采纳办法,免得发生人身。 学科概论系列:电机的过去、现正在和未来 学科概论系列:电机的过去、现正在和未来