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永磁电机的“中枢”——永磁体

作者:湖南中资稀土永磁机电科技有限公司时间:2022-11-11124 次浏览

信息摘要:永磁电机的发展同永磁材料的发展一衣带水、息息相关,我国是世界上最早发现永磁材料的磁特性并把它应用于实践的国家。两千多年前,我国就利用永磁材料的磁特性制成了指南针,在航海、军事等领域发挥了巨大的作用,成为我国古代四大发明之一。在19世纪20年代出现的世界上第一台电机就是由永磁体产生励磁磁场的永磁电机。···

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永磁电机的发展同永磁材料的发展一衣带水、息息相关,我国是世界上最早发现永磁材料的磁特性并把它应用于实践的国家。两千多年前,我国就利用永磁材料的磁特性制成了指南针,在航海、军事等领域发挥了巨大的作用,成为我国古代四大发明之一。在19世纪20年代出现的世界上第一台电机就是由永磁体产生励磁磁场的永磁电机。但在当时所用的永磁材料是天然磁铁矿石(Fe3O4),磁能密度很低,用它制成的电机体积庞大,不久被电励磁电机所取代。

随着在社会工业生产中,因为科技不断地进步以及各种电机迅速发展的需要,人们对永磁材料的机理、构成和制造技术进行了深入地研究,相继发现了碳钢、钨钢(最大磁能积约2.7 kJ/m3)、钴钢(最大磁能积约7.2 kJ/m3)等多种永磁材料。特别是在20世纪30年代出现的铝镍钴永磁(最大磁能积可达85 kJ/m3)和50年代出现的铁氧体永磁(最大磁能积在目前已达到40 kJ/m3),其磁性能有了很大程度上的提高,致使了更多的各种微型和小型电机投入到使用永磁体励磁的行列里。因为永磁电机可以按功率的不同(小至数毫瓦、大到几十千瓦)、根据用户的实际需求而定制,所以在军事、工农业生产和日常生活中被广泛应用,从而促使产量急剧增加。与此同时,这段时期在永磁电机的设计理论、计算方法、充磁和制造技术等多个方面也取得了突破性进展,形成了以永磁体工作图解法为代表的一套分析研究方法。但我们需要了解的是,铝镍钴永磁的矫顽力偏低(36~160 kA/m),铁氧体永磁的剩磁密度不高(0.2~0.44 T),限制了它们在电机中被应用到的范围。一直到20世纪60年代和80年代,稀土钴永磁和钕铁硼永磁(两者统称稀土永磁)相继问世,它们的高剩磁密度、高矫顽力、高磁能积和线性退磁曲线的优异磁性能特别适合于制造永磁电机,从而促使永磁电机的发展进入一个新的历史时期。

永磁材料主要包括以下五类:

一、电机磁铁:电机中常用的永磁材料包括烧结磁体跟粘结磁体,主要种类有铝镍钴、铁氧体、钐钴、钕铁硼等;

二、铝镍钴:铝镍钴永磁材料是最早广泛使用的一种永磁材料,其制备工艺和技术比较成熟。目前日本、美国、欧洲、俄罗斯、中国都有工厂生产。在大规模的生产企业当中,杭州永磁的产量目前在国内位列第一,年产能力达3000吨;

三、永磁铁氧体材料:进入50年代,铁氧体开始蓬勃发展起来,尤其是70年代,在矫顽力、磁能机方面性能较好的锶铁氧体大量投入生产,迅速扩大了永磁铁氧体的用途。作为一种非金属的磁性材料,铁氧体没有金属永磁材料易氧化、居里温度低、成本高的弊端,因此大受欢迎;

四、钐钴材料:20世纪 60年代中期兴起的磁性能优异的永磁材料,且性能非常稳定。钐钴从磁性能方面来说特别适合于制造电机,但由于其价格昂贵,主要用于研究开发航空、航天、武器等军用电机和高性能而价格不是主要因素的高科技领域的电机中;

五、钕铁硼材料:钕铁硼磁性材料是钕,氧化铁等的合金,又称磁钢。具有极高的磁能积和矫力,同时高能量密度的优点使钕铁硼永磁材料在现代工业和电子技术中获得了广泛应用,从而使仪器仪表、电声电机、磁选磁化等设备的小型化、轻量化、薄型化成为可能。由于含有大量的钕和铁,容易锈蚀。表面化学钝化是目前很好的解决方法之一。

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