Ansoft压缩机用超高效永磁同步电机的电磁设计(4)

根据转子自身产生磁场产生的不同方式,同步电动机又可以分为两种电机: 其一是转子绕组通入励磁电流,由励磁电流进而产生转子磁场,从而使转子与


根据转子自身产生磁场产生的不同方式,同步电动机又可以分为两种电机:

其一是转子绕组通入励磁电流,由励磁电流进而产生转子磁场,从而使转子与定子同步旋转。这种由励磁电流产生转子磁场的同步电动机称为励磁同步电动机。

其二是在转子上贴上或嵌入永久磁体,根据永久磁体的特性一直产生磁场,不再需要产生励磁电流或感应电流。这种由永久磁体自身磁性,能产生转子磁场的同步电动机,称为永磁同步电动机。

永磁同步电动机的基本机构

永磁材料的发展

两千多年前,据我国古载,我国的指南针在宋朝时期就已经制做出来了。由于当时技术的限制,并且当时磁矿开发的永磁材料的饱和磁化强度太低,导致指南针一直未受到重视。直到十九世纪末,永磁材料才被人们继续发掘研究,其发展主要分四个阶段:

(1)基于碳钢的永磁体

二十世纪以前,含碳量很低(1.5%)的高碳钢为主要的永磁材料,之后才有人在钢中加入了各种元素改善钢的磁性能,例如碳、钨、铬。二十世纪末,不同的永磁材料磁性能,都得到了不同程度的提升,例如钨钢的磁能积最大有0.34MGOe,Fe-Co永磁合金的磁能积最大有1.8MGOe。

(2)铝镍钴永磁

日本科学家于1931年先后发明和研制了Fe-Ni-Al永磁。英国人于1938年在此基础上加入Co后再进行热处理,出现了Fe-Ni-Al-Co永磁体。荷兰人科赫于1956年研制出了矫顽力有显著提高的含钛元素的合金永磁体(Fe-Ni-Al-Co-Ti)。随着各种永磁体的出现,各项指标不断提升,终于AlNiCo5磁体和含钛的AlNiCo8合金永磁体在1960年先后面世,它们的出现使其磁特性有了非常大的提升。

(3)铁氧体永磁

Hausknrcht于1913年发现了氧化铁和氧化钡两者的混合物经过退火处理后会有着很高的磁特性。到了1938年,日本成功研制了使用粉末氧化物制成的铁氧体永磁材料。在1963年,锶铁氧体永磁诞生了,有着很高的矫顽力,其最大磁能积可达5MGOe。

(4)稀土永磁

自20世纪60年代,稀土永磁材料出现了,其发展分为三代,第一代为1:5型SmCo5、第二代为2:7型Sm2Co17和第三代NdFeB。

1959年,美国学者K.J.Strant研制出了第一代稀土永磁材料,SmCo5粉末粘结永磁材料,最大磁能积可达5MGOe。1970年,使用液相烧结法,研制的SmCo5永磁体面世,标志着永磁制造工艺逐渐成熟并完善。

1977年,日本研制出磁能积高达30MGOe的Sm2Co17永磁体,成为第二代稀土永磁材料。

1983年,第一款NdFeB永磁材料,磁能积高大为36MGOe,被日本住友特殊金属公司及美国通用汽车公司研发出来。这款NdFeB材料的出现代表了第三代稀土永磁材料。这种新型材料主要的特点在于不含钴等战略物资,而钕价格要比钴低得多,因此,引起了社会的广泛关注。中国拥有着丰富的稀土永磁材料储量,占世界储量80%以上,因此中国科研人员对此更是看重。随着技术的进步,磁能积高达54MGOe的钕铁硼永磁体继而面世。

永磁材料的概念与性能

磁性材料的种类繁多,根据其特性、结构和用途可以分为永磁材料、软磁材料、磁记录材料、磁记忆材料、旋磁材料等。

磁性材料有各向同性和各向异性的区别。因各向异性材料的磁性方向会不同,因此在选择材料时,要特别注意磁性方向。

永磁材料构成了永磁电机的磁极,永磁材料磁性能的情况,对永磁电机的电机体积、重量、磁路尺寸有着很大的影响,更是会影响各项功能的指标和运行特性。永磁材料的主要磁性能为:矫顽力、剩磁、内禀矫顽力、磁能积。而永磁材料的其他磁能指标还存在:居里温度、可工作温度、内禀矫顽力的温度系数、退磁曲线方形度、高温减磁性能等。永磁材料的稳定性,包括了温度稳定性、磁稳定性、化学稳定性与时间稳定性。