不同類電機(jī)對磁性材料的要求

1不同類電機(jī)對磁性材料的要求

不同類的電機(jī)由于其使用的要求和環(huán)境不同，必對磁鋼有著不同的要求。以下分三部分?jǐn)⑹觯褐亟榻B直流電機(jī)、無刷電機(jī)對磁鋼的不同要求。

直流電機(jī)和無刷電機(jī)均會采用磁瓦或磁環(huán)，但兩者的主要不同點(diǎn)是對其充磁的要求不同。在充磁波形中，主要可以通過觀察波形中的著幾個參數(shù)來判斷充磁的好壞：平均極值、極差和面積（或占空比）。平均極值是表明充磁或磁鋼的性能是否達(dá)到產(chǎn)品的要求；極差表明充磁的均勻度如何；面積（或占空比）表明充磁波形的大小，在同等極值下，它的大小決定了電機(jī)的出力大小，但是，它越大，電機(jī)的定位轉(zhuǎn)矩越大，旋轉(zhuǎn)起來的手感不好。一般在直流電機(jī)中，要求出力大，故占空比較大；而無刷電機(jī)則要求旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)，它有一個指標(biāo)——力矩波動，特別是在低速下，力矩波動越小，就要求充磁波形越接近正弦波。這也就是我們要求充磁波形的上升沿要平穩(wěn)、緩慢上升。

2不同類電機(jī)對充磁的極數(shù)要求

在這里我們首先講一下充磁的種類：

a．磁環(huán)的外充——即在磁環(huán)的外表面充有磁極，一般用于電機(jī)的轉(zhuǎn)子；

b．磁環(huán)的內(nèi)充——即在磁環(huán)的內(nèi)表面充有磁極，一般用于電機(jī)的定子或外轉(zhuǎn)子；

c．磁環(huán)的斜充——即在轉(zhuǎn)子的表面所充的磁極與磁環(huán)兩端面成小于90°的角；

d．軸向充磁——即沿著磁環(huán)、磁片的軸心上下充磁，其中又可分為：

⑴軸向2極充磁——即磁件的一端為N極，另一端為S極，是最簡單的充磁；

⑵軸向單面多極充磁——主要產(chǎn)品為磁片，即在磁件的一個表面充有2個以上的磁極；

⑶軸向雙面多極充磁——即在磁件的雙面都充有2個以上的磁極，且極性相反。

對于軸向單面或雙面多極充磁，單面的表磁比雙面的要高，但單面充磁的另一面表磁很低，其實(shí)單面的兩面表磁相加與雙面的相加是相同的。

e．輻向充磁——顧名思義，輻向充磁即充磁磁場從圓心向四周輻射。對磁環(huán)來說，充磁后形成內(nèi)圓表面全部呈一個極性，外圓表面呈一個極性；而對于磁瓦，起輻向充磁的效果比普通的充磁效果要好，它能使磁瓦的內(nèi)弧面的各點(diǎn)表磁較為相近。

一般講到極數(shù)，指電機(jī)的多極充磁。對于磁環(huán)來說，2極磁環(huán)大多用于小型直流電機(jī)，部分會有4極；而步進(jìn)電機(jī)、無刷電機(jī)、同步電機(jī)所用磁環(huán)有4、6、8、10….等偶數(shù)極，

3從磁體的形狀、極數(shù)來判斷其應(yīng)用場合

對于磁瓦而言，一般就用于直流電機(jī)和無刷電機(jī)中，而在直流電機(jī)中，以2極和4極居多，這可根據(jù)其圓心角來判斷，在前面以講過。無刷電機(jī)用磁瓦作為定子時，一般都超過6極，故其圓心角遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于直流電機(jī)用的磁瓦；但磁瓦作為無刷電機(jī)的轉(zhuǎn)子時，可有4、6以上的極數(shù)，對于4極來說，轉(zhuǎn)子是外表面充磁，且由于要拼成一個圓，其圓心角接近90°，這一點(diǎn)可區(qū)別于直流電機(jī)。若是磁環(huán)，主要是區(qū)分步進(jìn)電機(jī)、無刷電機(jī)和同步電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)所用磁環(huán)的外徑較小，大部分在20左右，很少超過30的，且其壁厚較薄，在1.0-1.5之間；其極數(shù)較多，在10極以上，有的可達(dá)50極。無刷電機(jī)的磁環(huán)一般直徑大于20，極數(shù)在4-12極之間，且其壁厚多在1.5-5.0之間。小型同步電機(jī)的磁環(huán)在20-40之間，極數(shù)為8-16極，壁厚在1.0-3.0。

注塑磁、粘結(jié)NdFeB、燒結(jié)NdFeB的不同點(diǎn)及其常規(guī)應(yīng)用

注塑磁、粘結(jié)NdFeB、燒結(jié)NdFeB三種材料是小型電機(jī)常用的，特別是前二種。這三種材料各有其特點(diǎn)，在此僅作簡單概括。

4性能參數(shù)的不同，應(yīng)用特點(diǎn)

它們的性能是遞增的，價格同樣如此，這就決定了它們各自的應(yīng)用。注塑磁又分注塑鐵氧體和注塑NdFeB，其粘結(jié)體有尼龍6、12和PPS，尼龍比PPS略便宜，但它組成的磁件表面光潔度、強(qiáng)度、耐溫都比PPS的差。它們的共同特點(diǎn)是可以和各種零件或軸一起注塑，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。注塑鐵氧體磁件又分各向同性（等方性）與各向異性（異方性），各向同性的磁能積較低，在1.5MGOe左右，各向異性的磁能積在2.1 MGOe左右。其主要用于量大面廣的產(chǎn)品，如玩具電機(jī)、空調(diào)用步進(jìn)電機(jī)、風(fēng)機(jī)等。注塑NdFeB的最高磁能積在6.0MGOe左右，若用進(jìn)口原料可達(dá)6.5MGOe，但價格較高。目前，注塑NdFeB的應(yīng)用還不廣泛，主要是不為大家熟知，其實(shí)它可替代較多的低能積的粘結(jié)NdFeB磁件，特別是在步進(jìn)電機(jī)中以及帶軸注塑的轉(zhuǎn)子。
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粘結(jié)NdFeB是在高性能產(chǎn)品中應(yīng)用最為廣泛的，上可進(jìn)入燒結(jié)NdFeB的產(chǎn)品，下可進(jìn)入鐵氧體的產(chǎn)品，這主要是其性能介于兩者之間，而且它屬于各向同性，適合各種充磁方式。它的缺點(diǎn)是耐溫較差，最高為150℃，這也就決定了其適用于小型電機(jī)和控制電機(jī)，對驅(qū)動類電機(jī)要看具體情況。

燒結(jié)NdFeB因其較高的性能而得以廣泛應(yīng)用，但目前主要用于驅(qū)動類電機(jī)。在我們所說的電機(jī)中，主要為無刷電機(jī)和交流伺服電機(jī)，且以瓦形為主，因?yàn)槟壳暗臒Y(jié)NdFeB均以單向取向?yàn)橹?，即磁件只能一個方向充磁，故其無法做成磁環(huán)進(jìn)行2極以上的充磁?，F(xiàn)在開發(fā)的輻向取向燒結(jié)NdFeB，即可做到這一點(diǎn)。兩者的區(qū)別是在壓制時的取向方向不同，但輻向產(chǎn)品的模具較為復(fù)雜，對磁件要有模具費(fèi)。輻向取向燒結(jié)NdFeB磁環(huán)首先將在無刷電機(jī)和交流伺服電機(jī)中得到應(yīng)用，這是由兩者的價格所決定的。采用輻向取向，即使對磁瓦也是非常有益的，其充磁后的波形接近矩形波，而非馬鞍形。

5互換的可能性與結(jié)果

一般來說，在同種材料中，性能高低的替換較容易，而不同的材料替換，雖然也是性能的不同，但有極大的區(qū)別，必須對電機(jī)的結(jié)構(gòu)作出變動，否則，即使用高性能的材料替換低性能的，也不能得到好的性能。一般高替低，結(jié)構(gòu)變小，低替高，反之。

6如何從電機(jī)的運(yùn)行結(jié)果來判斷磁性材料的優(yōu)劣

電機(jī)的力矩大小

一般來說，電機(jī)力矩大，磁鋼性能高，小則低。在小電機(jī)中對定位轉(zhuǎn)矩希望要小，即電機(jī)從靜止到轉(zhuǎn)動的瞬間的扭矩，主要由充磁波形和鐵芯槽形決定。

電機(jī)的轉(zhuǎn)速高低

電機(jī)的轉(zhuǎn)速有空載轉(zhuǎn)速和負(fù)載轉(zhuǎn)速，當(dāng)討論轉(zhuǎn)速與磁鋼性能高低關(guān)系時，應(yīng)排除由電機(jī)其它阻力矩的影響。空載轉(zhuǎn)速高，磁性能低，反之，磁性能高；負(fù)載轉(zhuǎn)速高，磁性能高，反之，磁性能低。

電機(jī)的電流大小

電機(jī)的電流也有空載電流和負(fù)載電流，當(dāng)討論電流與磁鋼性能高低關(guān)系時，同樣應(yīng)排除由電機(jī)其它阻力矩的影響?？蛰d電流大，磁性能低，反之，磁性能高，但這一點(diǎn)在電機(jī)中并不明顯，空載電流的大小與繞組的電阻關(guān)系更大；負(fù)載電流大，磁性能低，反之，磁性能高。

以上的關(guān)系我們可用下表來說明：

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其實(shí)三者是相互關(guān)聯(lián)的，對于磁性能的改變要綜合考慮。

審核編輯：湯梓紅