第一章 永磁材料及磁路基础——李钟明.ppt

第一章 永磁材料及磁路基础 电机—以磁场为媒介进行机械能和电能 相互转换的电磁装置 磁场的产生：1、电励磁 2、永磁 铁磁性材料 软磁材料 矫顽力小于100A/m 作为导磁部件：定转子冲片等 半硬磁材料 矫顽力为100-1000A/m 磁滞材料：磁滞电机的转子 硬磁材料 矫顽力大于1000A/m 作为磁源：永磁材料 1、永磁材料的发展 20世纪30年代：铝镍钴永磁出现 最大磁能积达85kj/m3（10.7MG ? Oe） 20世纪50年代：铁氧体永磁出现 最大磁能积达40kj/m3 （4.1MG ? Oe） 20世纪60~80年代：稀土永磁出现 最大磁能积达431.3kj/m3（54.2MG ? Oe） 稀土永磁材料的发展 第一代稀土永磁：1:5型钐钴永磁（RCo5） 1967年美国K.J.Strnat教授发现 最大磁能积达199kj/m3 （ 25MG ? Oe） 第二代稀土永磁： 2:17型钐钴永磁（R2Co17） 1973年出现 最大磁能积达258.6kj/m3 （ 32.5MG ? Oe） 第三代稀土永磁：钕铁硼永磁（NdFeB) 1983年日本住友公司和美国通用汽车公司发现 最大磁能积达431.3kj/m3 （54.2MG ? Oe） 稀土永磁材料的分类 按成型方法：烧结稀土永磁 粘结稀土永磁 按元素组成：钴基稀土永磁 铁基稀土永磁 铁磁材料的磁化过程 物质的磁化是由于其内部的分子电流转向后合成磁矩不等于零所致。 稀土永磁材料的退磁曲线 第二象限的一段直线 稀土永磁材料的特性 剩余磁感应强度Br 矫顽力Hc 内禀矫顽力Hci 最大磁能积（B?H）max 温度系数 不可逆损失 剩余磁感应强度Br 饱和时，去掉外磁场时的磁感应强度Br 愈大愈好 矫顽力Hc 饱和时，当磁感应强度降到零时所需要的反向磁场强度 代表抗外磁场干扰的能力 Hc愈大，磁体在磁化方向的厚度可以愈小 最大磁能积（B?H）max 表示磁体向外磁路提供的磁场能量 决定于三个因素： 剩余磁感应强度Br 矫顽力Hc 形状系数 （B?H）max=Br ? Hc/4 内禀矫顽力Hci 饱和时，当剩余磁化强度Mr降到零时所需要的反向磁场强度 决定磁体的温度稳定性 代表抗外磁场干扰的能力 内禀矫顽力Hci的物理意义 退磁曲线上任一点—向外磁路提供的磁场能量 内禀退磁曲线上任一点—内部储藏的磁场能量 外磁场为Hc时，B=0，磁体不向外提供能量，但磁体本身仍有能量 外磁场为Hci时，M=0，磁体被退磁，磁体完全无能量 Hci真正代表磁体拥有磁场能量和抗外磁场的能力 温度系数 类别： 剩磁感应强度温度系数?Br 矫顽力温度系数? Hc 内禀矫顽力温度系数? Hci 定义： 温度变化1°C时，性能可逆变化的百分比 不可逆损失 类别： 剩磁感应强度不可逆损失 矫顽力不可逆损失 内禀矫顽力不可逆损失 定义： 从室温开始，经加热（或冷却）再回到室温时磁性能变化的百分比 影响温度系数和不可逆损失的因素 材料成分 成型方法 温度变化范围 烧结钴基永磁体退磁曲线随温度变化 ?Br=0.03~0.05%/ °C ? Hci=0.2~0.4%/ °C 温度稳定性稍好 烧结铁基永磁体退磁曲线随温度变化 ?Br=0.08~0.13%/ °C ? Hci=0.5~0.65%/ °C 温度稳定性较差 第一、第二代烧结钴基稀土永磁的特点 高的磁特性 直线退磁特性 耐高温 温度稳定性较好 较脆，不能车、铣等机加工 价格较贵 烧结铁基稀土永磁的特点 最高的磁特性 直线退磁特性 耐高温性稍差 温度稳定性稍差 较脆，不能车、铣等机加工 易氧化 价格较低 粘结铁基稀土永磁的特点 工艺简单，适合批量生产 成本较低 可机加工 良好的热和化学稳定性 成型尺寸精度高 直线退磁特性 较低的磁特性 粘结NdFeB磁体的磁特性及物理特性 稀土永磁材料选择的原则 保证电机气隙中磁场足够大和电机性能指标 保证在规定的环境条件下磁性能的稳定性 有良好的机械性能，便于加工和装配 经济性合理，成本适宜 2、永磁磁路 磁路：磁通所经过的路径 各类电机的磁路基本一致 永磁电机磁路的构成 永磁体：磁势源 软磁材料：导磁部件 气隙：能量转换的重要环节 2、永磁磁路 磁路第一定理 通过任一闭合曲面S的磁通量等于零 2、永磁磁路 磁路第二定理 任一闭合磁路中，各段磁压降的代数和总等于各段磁动势的代数和。 电路和磁路的相似性 电路和磁路的不同之处