一文看懂永磁材料

一文看懂永磁材料一文看懂永磁材料 永磁材料又称硬磁材料 其特点是各向异性场高 矫顽力高 磁滞回线面积大 磁化到饱和需要的磁化场大 去掉外磁场后它仍能长期保持很强的磁性 实用中 永磁材 料工作于深度磁饱和及充磁后磁滞回线的第二象限退磁部分 永磁材料作为一种重要的基 础性磁性功能材料 应用领域非常广阔 我国的永磁材料产业在世界上举足轻重 不仅从 事生产 应用的企业众多 研究工作也一直方兴未艾 下面介绍永磁材料的种永磁材料的种类类 主要性 主要性 能 能 应应用注意事用注意事项项 选择选择原原则则 永磁材料的种永磁材料的种类类 一 一 铁铁氧体氧体 1 铁氧体是一种非金属磁性材料 又称磁性陶瓷 我们拆开传统收音机 里面的那个喇叭 磁铁 就是铁氧体的 2 铁氧体的磁性能不高 目前磁能积 衡量磁铁性能高低的参数之一 只能做到 4MGOe 稍微高一些 这种材料有个最大的优点 就是价格低廉 目前 仍然广泛应用在很多领域 3 铁氧体是陶瓷 因此 加工性能也与陶瓷类似 铁氧体磁铁 都是模具成形 烧结出来 的 若需加工 也只有进行简单的磨削 由于很难进行机械加工 因此铁氧体产品 大多 形状简单 而且尺寸公差比较大 方块形状产品还好 可以进行磨削 圆环形的 一般只 磨削两个平面 其他尺寸公差 都是按照名义尺寸的百分比给定的 4 由于铁氧体应用广泛价格低廉 因此 很多厂家会有现成的常规形状和尺寸的圆环 方 块等产品可供选择 由于铁氧体是陶瓷材质 因此基本不存在腐蚀问题 成品不需要进行 电镀等表面处理或者涂装 二 橡胶磁二 橡胶磁 1 橡胶磁是铁氧体磁材系列中的一种 由粘结铁氧体磁粉与合成橡胶复合 经挤出成型 压延成型 注射成型等工艺而制成的具有柔软性 弹性及可扭曲的磁体 可加工成条状 卷状 片状 块状 圆环及各种复杂形状 2 它的磁能积为 0 60 1 50 MGOe 橡胶磁材的应用领域 冰箱 讯息告示架 将物件固 定于金属体以用作广告等的紧固件 用于玩具 教学仪器 开关和感应器的磁片 3 主要应用于微特电机 电冰箱 消毒柜 厨柜 玩具 文具 广告等行业 三 三 钐钴钐钴 1 钐钴磁铁 主要成分是 钐和钴 由于两种材料本身价格昂贵 因此 钐钴磁铁也是几 种磁铁里面最贵的一种 钐钴磁铁的磁能积 目前可以做到 30MGOe 甚至更高一些 2 另外 钐钴磁铁的矫顽力很高 耐高温 可应用于 350 摄氏度的高温 因此在很多应用 场合无法替代 钐钴磁铁 属于粉末冶金产品 一般厂家根据成品的尺寸和形状需要 烧 结成方块毛坯 然后再使用金刚石刀片切割成成品尺寸 由于钐钴具有导电性 因此可以 进行线切割加工 3 理论上说 钐钴可以切成线切割能切成的形状 如果不考虑充磁和较大尺寸的问题 钐 钴磁铁 耐腐蚀性很好 一般不需要进行防腐电镀或涂装 另外 钐钴磁铁质地很脆 因 此加工小尺寸或者薄壁产品比较困难 四 四 钕铁钕铁硼硼 1 钕铁硼是目前应用广泛 发展迅速的磁铁产品 钕铁硼从发明到现在的广泛应用 也不 过 20 多年的时间 由于其拥有的高磁性能和易加工性 价格不是很高 因此应用领域扩大 迅速 2 目前 商品化的钕铁硼 磁能积可以达到 50MGOe 是铁氧体的 10 倍 钕铁硼也属于 粉末冶金产品 加工方式与钐钴类似 3 目前 钕铁硼的最高工作温度在 180 摄氏度左右 如果是恶劣环境应用 一般推荐不超 过 140 摄氏度 钕铁硼非常容易被腐蚀 因此 成品大多要进行电镀或者涂装 4 常规采用的表面处理包括 镀镍 镍铜镍 镀锌 镀铝 电泳等 如果工作在密闭 环境里 也可以采用磷化的方式 由于钕铁硼的高磁性能 在很多场合 被用来替代其他 磁性材料 用以减小产品体积 假如用铁氧体磁铁 现在的手机尺寸 恐怕不会小于半块 砖头 5 钐钴磁铁与钕铁硼这两种磁铁 都拥有比较好的加工性能 因此 产品的尺寸公差要大 大优于铁氧体 一般产品 尺寸公差可以做到 0 05mm 五 五 铝镍钴铝镍钴 1 铝镍钴磁铁 有铸造和烧结两种工艺 国内做铸造的比较多 铝镍钴的磁能积可达 9MGOe 并有个最大的特点 就是耐高温 工作温度可达到 550 摄氏度 但是 铝镍钴在 反向磁场下 非常容易退磁 如果你把两个铝镍钴的相同极向 两个 N 或者两个 S 用力顶 在一起 其中一个磁铁的磁场就会被退掉或反转 因此不适于工作在反向磁场下 如电机 2 铝镍钴硬度很高 虽然也能进行磨削和线切割 但是成本较高 一般供货的成品 有磨 削好的或者不磨削两种 铝镍钴在传感器领域的应用比较广 永磁材料的主要性能永磁材料的主要性能 1 剩磁感 剩磁感应强应强度度 永磁材料在外磁场中充磁到饱和后 当外磁场为零时 永磁材料所具有的磁感应强度值 此项指标数据直接关系着电机中气隙磁密的高低 磁感应强度值越高 电机的气隙磁密将 可能较高 转矩常数 反电势系数等电机的主要指标将达到最佳值 电机的电负荷和磁负荷 的取值关系才可能最合理 效率才能达到最佳 2 矫顽矫顽力力 Hc 磁感磁感应矫顽应矫顽力力 Hc b 永磁材料在饱和磁化的情况下 当剩磁感应强度 Br 降到零时所需要的反向磁场强度 此 项指标与电机的抗退磁能力即过载倍数和气隙磁密等指标相关 Hc 值越大 电机的抗退 磁能力越强 过载倍数越大 对强退磁动态工作环境的适应能力越强 同时电机的气隙磁 密也会有所提高 3 最大磁能 最大磁能积积 BHmax 永磁材料向外磁路提供的磁场能量的最大值 此项指标与电机中永磁材料的用量直接相关 BHmax 越大 预示着该种永磁材料对外磁路能提供的磁场能量越大 即在相同功率情况下 电机中使用的永磁材料越少 4 内禀 内禀矫顽矫顽力力 Hc i 该项指标是指当剩余磁化强度 M 降到零时的磁场强度值 退磁曲线上 B 0 时对应的 Hc b 值仅表示永磁体此时不能够向外磁路提供能量 并不代表永磁体自身不具备能量 但当 M 0 时对应的 Hc i 值却表示此时永磁体已真正退磁 自身已完全无磁场能量储存 虽然 Hc i 与电机工作点无直接相关 但它才是永磁材料的真正矫顽力 代表着永磁材料拥有磁 场能量和抗去磁场的能力 内禀矫顽力的大小与永磁材料的温度稳定性密切相关 内禀矫 顽力越高 永磁材料的工作温度才可能越高 5 温度系数 温度系数 温度是对永磁材料磁性能影响的主要因素之一 当温度每变化 1 时磁性能可逆变化的百 分率称为磁性材料的温度系数 温度系数可分为剩磁感应温度系数和矫顽力温度系数 该 项指标对电机的性能稳定性影响较大 温度系数越高 电机运行从冷态到热态时指标的变 化越大 它直接限制了电机的使用温度范围 间接影响到电机的功率体积比 永磁材料永磁材料应应用注意事用注意事项项 1 永磁材料的实际磁性能与生产厂的具体制造工艺有关 其值与标准规定的数据之间往往 存在一定的偏差 同一种牌号的永磁材料 不同工厂或同一工厂不同批号之间都会存在一 定的磁性能差别 对于电机中实际采用的永磁体形状和尺寸 其磁性能与标准数据之间也 会存在一定的差别 另外 充磁机的容量大小和充磁方法都会影响永磁体磁化状态的均匀性 影响磁性能 因 此 为提高电机设计计算的准确性 需要向生产厂家索取该批号的实际尺寸的永磁体在室 温和工作温度下的实测退磁曲线 在有条件时最好能抽样直接测量出退磁曲线 比较稳妥 对于一致性要求高的电机 更需对永磁材料逐片进行检测 2 永磁材料的磁性能除与合金成分和制造工艺有关外 还与磁场热处理工艺有关 所谓磁 场热处理 就是永磁材料在分解反应过程中施加外加磁场 经过磁场热处理后 永磁材料 的磁性能提高 而且带有方向性 顺磁场方向最大 垂直磁场方向最小 这叫做各向异性 对于没有经过磁场热处理的永磁材料 磁性能没有方向性 称为各向同性 应该注意 对 于各向异性的永磁体 充磁时的磁场方向应与磁场热处理时的磁场方向一致 否则磁性能 反而会有所降低 3 永磁材料由室温升到最高工作温度并保温一定时间后再冷却到室温 其开路磁通允许有 不大于 5 的不可逆损失 因此为了保证永磁电机在运行过程中性能稳定 不发生明显的不 可逆退磁 在使用前应先进行稳磁处理 其办法是将充磁后的永磁材料升温至预计最高工 作温度并保温 2 到 4 小时 以预先消除这部分不可逆损失 永磁材料的永磁材料的选择选择原原则则 永磁材料的种类多种多样 性能相差很大 因此在设计永磁电机时首先要选择好适宜的永 磁材料品种和具体的性能指标 1 应能保证电机气隙中有足够大的气隙磁场和规定的电机性能指标 2 在规定的环境条件 工作温度和使用条件下应能保证磁性能的稳定性 3 有良好的机械性能 以方便加工和装配 4 经济性要好 价格适宜 一直以来 国家重大科技计划 包括 973 计划 863 计划和自然科学