永磁电机中的磁钢是其核心部件,对电机性能起着关键作用。本文从磁钢的基础特性、作用到核心测量指标与方法展开详细说明,为磁钢应用、检测及电机研发提供专业参考。

磁钢在电机中的作用

磁钢(永磁体)是通过磁化后能长期保持磁性的功能材料,其形状设计通常较为简单(微电机如VCM除外),常见形状包括矩形、瓦形、扇形和面包形。磁钢是实现电能—机械能转换的核心部件,其作用贯穿电机运行全过程。

1.提供恒定强磁场:磁钢通过自身高磁能积特性,在电机气隙中建立稳定的永磁磁场,替代传统电励磁电机的励磁绕组。直接降低电机励磁损耗,提升能效(永磁电机效率通常比同功率感应电机高 3%~8%)。

2.驱动转子旋转:定子绕组通入交变电流后产生旋转磁场,该磁场与磁钢建立的永磁磁场相互作用,产生电磁转矩,推动转子持续转动,实现电能到机械能的转化。磁钢的剩磁强度、磁场分布直接决定电磁转矩的大小和稳定性。

3.提升电机功率密度:高磁能积磁钢(如烧结钕铁硼)可在更小体积内产生更强磁场,使电机结构更紧凑。

4.保障电机运行稳定性:磁钢的高矫顽力特性,使其在电机过载、高温、频繁启停等恶劣工况下不易发生不可逆退磁,维持磁场稳定,避免电机性能骤降。

5.拓宽电机适用场景:不同类型磁钢(钐钴、耐温钕铁硼等)的耐温、耐腐蚀特性,可满足高温(如工业窑炉电机)、高湿(如海洋设备电机)、强腐蚀(如化工泵电机)等特殊工况需求,拓展永磁电机的应用边界。

电机中的磁钢具备以下特性

磁钢的性能直接决定了电机的功率密度、效率和使用寿命。

1.高剩磁与矫顽力‌:剩磁(Br)决定磁场强度,高剩磁能提升电机输出功率;内禀矫顽力(Hcj)反映抗退磁能力,确保在反向磁场或高温下磁性稳定,钕铁硼磁钢因兼具高剩磁和高矫顽力成为主流选择。‌

2.高温稳定性与化学稳定性:具有较好的耐腐蚀性和抗氧化性,且可在较高温度下长期工作而不显著降低磁性能。

3.‌良好的机械加工性与形状适配性‌:磁钢需制成特定形状(如弧形、矩形、环形)以适配电机结构,具备足够的抗压强度和韧性,能承受电机运行时转子高速旋转产生的离心力、振动和冲击。‌

4.磁通一致性、‌磁场均匀性与退磁抗性是磁钢的关键技术指标,确保电机长期稳定性。

磁场均匀性:永磁电机磁钢表磁测量是评估转子磁场性能的关键环节,其重要性体现在多个方面。‌表磁测量直接关系到电机的性能、可靠性和质量控制‌,通过检测表面磁场分布,可以验证磁钢的充磁状态、磁极布局及材料一致性,确保其符合设计规范。

打开网易新闻 查看精彩图片

ü磁通一致性:作为电机转子或定子磁场的来源,磁钢的磁通一致性至关重要。任何一致性上的差异都可能导致电机振动、功率降低,进而影响电机的整体性能。因此,电机磁钢对磁通一致性有严格的要求,不同客户的要求可能在5%以内、3%甚至2%以内不等。影响磁通一致性的因素包括剩磁的一致性、尺寸公差的一致性以及倒角镀层的一致性等。

打开网易新闻 查看精彩图片