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永磁材料的特性有哪些,它们影响电机的哪些性能?

电机的结构特点之一就是定子磁极由永磁材料组成,磁性材料性能的优劣,直接影响到电机磁路尺寸电机体积以及功能指标和运动特性。永磁材料又称硬磁材料,主要特征是矫顽力(Coercive Force)大、剩磁(Residual Flux Density) 高,永磁材料经饱和磁化后去掉外磁场仍能长时间保持稳定的磁性,给永磁电机励磁,在气隙中建立恒稳磁场。

剩磁 Br、矫顽力 Hcb

永磁体磁化到饱和后,把外磁场的磁场强度(Magnetic Field Intensity) H逐步减小到零,永磁体的磁感应强度(Magnet Flux Density) B由Bs退到Br,Br称为剩磁。反向加磁场使Br降到零, 此时的反向磁场强度的绝对值称为磁感应矫顽力,简称矫顽力(CoerciveForce)Hcb,见下图。 连续缓慢地改变外磁场的磁场强度一个循环周期,形成的B-H闭合磁化曲线称为磁滞回线 (Magnetic hysteresis loop),位于第二象限内的磁滞回线即为去磁曲线(DemagnetizationCurve),它是永磁材料的基本特性曲线,表征永磁材料品质的重要依据。

内禀矫顽力Hcj

在真空中,磁场强度H与磁感应强度B 的关系为 :B=0H ,在磁性材料中,则为:B=0M + 0H,式中,M为磁化强度(Magnetization Intensity) 单位为 A/m),是表示永磁材料磁化程度的一个重要物理量。0(=4πx10-7 H/m)为真空磁导率(Permeability of Vacuum)。

由于第二象限内磁化磁场强度H值为负值,为了方便起见,不妨将H坐标反向,使H定义为去磁磁场强度,为正值,则式 应改写成:B=0M0H,式中表明:当H=0时,B=Br=0M;当H=Hcb时,B=0,M=Hcb为正值并未退到零。要使M退到零,还要把去磁磁场强度H继续增大直到Hcj,见下图,曲线Bj=B+0H称为内禀去磁曲线(Intrinsic Demagnetization Curve),Bj是永磁材料磁化后内在的磁感应强度即内禀磁感应强度,Hcj称为内禀矫顽力。

回复磁导率r

永磁体磁化后去掉外磁场,磁密是Br,在去磁场强作用下,磁密沿去磁曲线下降到某一点,例如上图中的K点,然后减小去磁作用直到场强H=0,但磁密并不按去磁曲线回到Br,而是到一个较低的点,例如M点,以后再加去磁场强到Hk,磁密将沿着新的曲线到K点,形成一个局部小回环。由于局部回环的面积很小,可以近似地用直线KM表示,KM称为回复线(Recoil Line)。回复线的斜率称为回复磁导率(Recoil permeability ) r,它近似地等于去磁曲线上Br处的斜率,即回复线与去磁曲线上Br处的切线平行。r是永磁材料动态工作时的重要参数,当r较小时,永磁材料有较好的动态性能。

最大磁能积(BH)max

由于永磁磁路不同,因而材料所处的工作点不同,材料单位体积向气隙提供的磁能与此材料工作点上的磁密B与去磁场强H的乘积成正比,即: W = BH (J/m3),由式可知,当B=Br时,H=0,W=0;当H=Hcb时,B=0,W=0。能量最大的D点(BdHd)乘积最大,称为最大磁能积(BH)max,这一点是永磁铁的最佳工作点(见下图),对于永磁铁氧体,B=f(H)去磁曲线一般为直线,磁感应强度可写成B=Br-0rH, 当H=Hcb时,B=0,代入式:

磁感应温度系数ab、居里点Tc

磁感应温度系数(Temp. Coefficient of Br)ab,居里点(Curie Temp.)Tc是指在工作温度范围(一般是–40°C~+80°C)内剩磁Br随温度可逆变化的系数:

式中B1、B2分别是温度为t1、t2时的磁感应强度。

永磁材料的磁感应强度随温度升高而降低,因此ab是负值,当温度升高到一定值时,饱和磁感应强度Bs下降为零,失去永磁材料的基本特性,这个温度称为居里点Tc(或居里温度)。温度系数ab值越小,永磁材料的温度稳定性越好;居里点Tc高,允许的使用温度也高。



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