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永磁材料的特性有哪些,它們影響電機(jī)的哪些性能?

電機(jī)控制設(shè)計加油站 ? 來源:老趙說制造 ? 作者:老趙說制造 ? 2020-11-19 10:26 ? 次閱讀

電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)之一就是定子磁極由永磁材料組成,磁性材料性能的優(yōu)劣,直接影響到電機(jī)磁路尺寸,電機(jī)體積以及功能指標(biāo)和運(yùn)動特性。永磁材料又稱硬磁材料,主要特征是矯頑力(Coercive Force)大、剩磁(Residual Flux Density) 高,永磁材料經(jīng)飽和磁化后去掉外磁場仍能長時間保持穩(wěn)定的磁性,給永磁電機(jī)勵磁,在氣隙中建立恒穩(wěn)磁場。

剩磁 Br、矯頑力 Hcb

永磁體磁化到飽和后,把外磁場的磁場強(qiáng)度(Magnetic Field Intensity) H逐步減小到零,永磁體的磁感應(yīng)強(qiáng)度(Magnet Flux Density) B由Bs退到Br,Br稱為剩磁。反向加磁場使Br降到零, 此時的反向磁場強(qiáng)度的絕對值稱為磁感應(yīng)矯頑力,簡稱矯頑力(CoerciveForce)Hcb,見下圖。連續(xù)緩慢地改變外磁場的磁場強(qiáng)度一個循環(huán)周期,形成的B-H閉合磁化曲線稱為磁滯回線 (Magnetic hysteresis loop),位于第二象限內(nèi)的磁滯回線即為去磁曲線(DemagnetizationCurve),它是永磁材料的基本特性曲線,表征永磁材料品質(zhì)的重要依據(jù)。

內(nèi)稟矯頑力Hcj

在真空中,磁場強(qiáng)度H與磁感應(yīng)強(qiáng)度B 的關(guān)系為 :B=0H ,在磁性材料中,則為:B=0M + 0H,式中,M為磁化強(qiáng)度(Magnetization Intensity) 單位為 A/m),是表示永磁材料磁化程度的一個重要物理量。0(=4πx10-7 H/m)為真空磁導(dǎo)率(Permeability of Vacuum)。

由于第二象限內(nèi)磁化磁場強(qiáng)度H值為負(fù)值,為了方便起見,不妨將H坐標(biāo)反向,使H定義為去磁磁場強(qiáng)度,為正值,則式 應(yīng)改寫成:B=0M0H,式中表明:當(dāng)H=0時,B=Br=0M;當(dāng)H=Hcb時,B=0,M=Hcb為正值并未退到零。要使M退到零,還要把去磁磁場強(qiáng)度H繼續(xù)增大直到Hcj,見下圖,曲線Bj=B+0H稱為內(nèi)稟去磁曲線(Intrinsic Demagnetization Curve),Bj是永磁材料磁化后內(nèi)在的磁感應(yīng)強(qiáng)度即內(nèi)稟磁感應(yīng)強(qiáng)度,Hcj稱為內(nèi)稟矯頑力。

回復(fù)磁導(dǎo)率r

永磁體磁化后去掉外磁場,磁密是Br,在去磁場強(qiáng)作用下,磁密沿去磁曲線下降到某一點(diǎn),例如上圖中的K點(diǎn),然后減小去磁作用直到場強(qiáng)H=0,但磁密并不按去磁曲線回到Br,而是到一個較低的點(diǎn),例如M點(diǎn),以后再加去磁場強(qiáng)到Hk,磁密將沿著新的曲線到K點(diǎn),形成一個局部小回環(huán)。由于局部回環(huán)的面積很小,可以近似地用直線KM表示,KM稱為回復(fù)線(Recoil Line)。回復(fù)線的斜率稱為回復(fù)磁導(dǎo)率(Recoil permeability ) r,它近似地等于去磁曲線上Br處的斜率,即回復(fù)線與去磁曲線上Br處的切線平行。r是永磁材料動態(tài)工作時的重要參數(shù),當(dāng)r較小時,永磁材料有較好的動態(tài)性能。

最大磁能積(BH)max

由于永磁磁路不同,因而材料所處的工作點(diǎn)不同,材料單位體積向氣隙提供的磁能與此材料工作點(diǎn)上的磁密B與去磁場強(qiáng)H的乘積成正比,即:W = BH …(J/m3),由式可知,當(dāng)B=Br時,H=0,W=0;當(dāng)H=Hcb時,B=0,W=0。能量最大的D點(diǎn)(BdHd)乘積最大,稱為最大磁能積(BH)max,這一點(diǎn)是永磁鐵的最佳工作點(diǎn)(見下圖),對于永磁鐵氧體,B=f(H)去磁曲線一般為直線,磁感應(yīng)強(qiáng)度可寫成:B=Br-0rH, 當(dāng)H=Hcb時,B=0,代入式:

因B=f(H)為直線,(BH)max的值位于直線的中點(diǎn), 故

磁感應(yīng)溫度系數(shù)ab、居里點(diǎn)Tc

磁感應(yīng)溫度系數(shù)(Temp. Coefficient of Br)ab,居里點(diǎn)(Curie Temp.)Tc是指在工作溫度范圍(一般是–40°C~+80°C)內(nèi)剩磁Br隨溫度可逆變化的系數(shù):

式中B1、B2分別是溫度為t1、t2時的磁感應(yīng)強(qiáng)度。

永磁材料的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨溫度升高而降低,因此ab是負(fù)值,當(dāng)溫度升高到一定值時,飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs下降為零,失去永磁材料的基本特性,這個溫度稱為居里點(diǎn)Tc(或居里溫度)。溫度系數(shù)ab值越小,永磁材料的溫度穩(wěn)定性越好;居里點(diǎn)Tc高,允許的使用溫度也高。

各向同性 與各向異性

由于制造工藝不同,永磁材料有各向同性(Isotropy)和各向異性(Anisotropy)之分,各向同性永磁體內(nèi)不同晶粒的易磁化軸是紊亂取向的,因而剩磁Br較低,只有飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs的二分之一左右,相應(yīng)地最大磁能積(BH)max也較小。各向異性永磁體是采用磁場成型再燒結(jié) (或壓延),其晶粒的易磁化軸沿成型磁場方向排列一致,Br接近Bs,從而使Br比各向同性約提高一倍,對于鐵氧體(BH)max.將近提高四倍。因此, 電機(jī)磁鐵通常采用各向異性材料。

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原文標(biāo)題:干貨 | 永磁材料的特性有哪些,它們影響電機(jī)的哪些性能?

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