永磁電機(jī)中的磁材選擇

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）隨著材料技術(shù)的不斷發(fā)展，磁材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用在各類(lèi)工業(yè)設(shè)備中。工業(yè)設(shè)備中，電機(jī)肯定是應(yīng)用得最多的那一類(lèi)，磁材料對(duì)電機(jī)的性能起到了決定性的作用。

可以說(shuō)電機(jī)是轉(zhuǎn)定子磁場(chǎng)相互作用的結(jié)果，有一個(gè)磁場(chǎng)需要產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁鋼，所以必須是電樞繞組。而另一個(gè)磁場(chǎng)就有很多種形式了，可以是磁材（磁鋼）產(chǎn)生的，可以是電樞產(chǎn)生的，也可以是感應(yīng)產(chǎn)生的。需要磁材（磁鋼）來(lái)提供磁場(chǎng)的就是我們熟知的永磁電機(jī)。

決定永磁電機(jī)性能的磁材

永磁電機(jī)采用永磁體生成電機(jī)的磁場(chǎng)，無(wú)需勵(lì)磁線圈也無(wú)需勵(lì)磁電流，效率高結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且近年來(lái)隨著高性能永磁材料的發(fā)展，永磁電機(jī)的應(yīng)用也變得更為廣泛。

根據(jù)磁材在磁場(chǎng)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(duì)永磁電機(jī)來(lái)說(shuō)，這個(gè)磁性材料指的是鐵磁性以及亞鐵磁性材料，因?yàn)檫@兩種磁性材料對(duì)外磁場(chǎng)反應(yīng)強(qiáng)烈，屬于強(qiáng)磁性材料。

強(qiáng)磁材料，在居里溫度以下均存在自發(fā)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(shí)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(yīng)輸入、記錄、存儲(chǔ)和輸出圖像、數(shù)字等信息的磁性材料，和電機(jī)應(yīng)用關(guān)系不大。和電機(jī)應(yīng)用密切相關(guān)的是永磁材料和軟磁材料。

永磁材料是永磁電機(jī)的核心材料，永磁的特性在于一經(jīng)磁化，很難退磁。永磁磁極在燒結(jié)出來(lái)以后，具備了保存磁性的能力，然后對(duì)永磁磁極進(jìn)行充磁操作，就能保持恒定的磁性。從參數(shù)指標(biāo)上來(lái)看，永磁材料具有寬磁滯回線、高矯頑力和高剩磁三個(gè)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(jī)磁源，才能為電機(jī)提供穩(wěn)定的磁動(dòng)勢(shì)，就像電路中的電動(dòng)勢(shì)。

軟磁材料也容易磁化，但是它磁化后容易退磁。從參數(shù)指標(biāo)上來(lái)看，這種磁材料具有低矯頑力和高磁導(dǎo)率，因此會(huì)將其作為導(dǎo)磁材料，起傳導(dǎo)磁力線的作用。所以說(shuō)二者的側(cè)重點(diǎn)是不同的，永磁材料的目標(biāo)是向更高的矯頑力發(fā)展，盡可能增強(qiáng)不退磁的能力，而軟磁則追求更高的磁導(dǎo)率，讓磁傳導(dǎo)更順暢。

永磁材料與高性能電機(jī)

永磁材料的選擇和電機(jī)性能的密切程度高度相關(guān)，現(xiàn)在稀土永磁電機(jī)的應(yīng)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(jī)不僅在體積重量上更具優(yōu)勢(shì)，損耗也更小，效率也更高，而且足夠可靠。

稀土永磁材料也經(jīng)過(guò)了很多代的發(fā)展，目前主要的稀土材料已經(jīng)從釤鈷永磁發(fā)展到燒結(jié)釹鐵硼。燒結(jié)釹鐵硼也是目前應(yīng)用在永磁電機(jī)上的最主要的稀土永磁材料，在汽車(chē)電機(jī)、工業(yè)電機(jī)上有著大量的應(yīng)用。

燒結(jié)釹鐵硼的剩磁強(qiáng)度在永磁材料中不算突出，沒(méi)有第一代合金永磁體高，但是矯頑力水平和磁能積水平遠(yuǎn)超其他永磁材料。磁能積上的極大領(lǐng)先意味著在單位磁場(chǎng)強(qiáng)度下釹鐵硼體積更小，這讓高性能電機(jī)設(shè)備小型化、輕量化成為可能。

稀土永磁電機(jī)畢竟會(huì)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(yōu)，但是制備原材料儲(chǔ)量豐富，工藝簡(jiǎn)單，成本也較低。主打高性?xún)r(jià)比的氧化鐵永磁體在各類(lèi)電機(jī)中也有著廣泛的應(yīng)用，當(dāng)然電機(jī)相應(yīng)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(qiáng)磁材料的性能來(lái)看，想要電機(jī)實(shí)現(xiàn)更高性能，稀土磁材就是現(xiàn)在的最優(yōu)解，尤其是高性能釹鐵硼磁材料既能減小電機(jī)體積和質(zhì)量，還能縮小電機(jī)能量損耗來(lái)提高整個(gè)電機(jī)系統(tǒng)效率。隨著磁材料的發(fā)展，或許有一天，高性能電機(jī)不再需要使用稀土材料，這也不是不可能的。

小結(jié)

磁材料的選擇對(duì)永磁電機(jī)的整體性能和成本有決定性的影響，需要根據(jù)不同的應(yīng)用需求選擇合適磁材的電機(jī)。