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不同类电机对磁性材料的要求
发表时间:2014-09-05   浏览次数:2400次

不同类的电机由于其使用的要求和环境不同,必对磁钢有着不同的要求。以下分三部分叙述:

     着重介绍直流电机、无刷电机对磁钢的不同要求

直流电机和无刷电机均会采用磁瓦或磁环,但两者的主要不同点是对其充磁的要求不同。在充磁波形中,主要可以通过观察波形中的着几个参数来判断充磁的好坏:平均极值、极差和面积(或占空比)。平均极值是表明充磁或磁钢的性能是否达到产品的要求;极差表明充磁的均匀度如何;面积(或占空比)表明充磁波形的大小,在同等极值下,它的大小决定了电机的出力大小,但是,它越大,电机的定位转矩越大,旋转起来的手感不好。一般在直流电机中,要求出力大,故占空比较大;而无刷电机则要求旋转平稳,它有一个指标——力矩波动,特别是在低速下,力矩波动越小,就要求充磁波形越接近正弦波。这也就是我们要求充磁波形的上升沿要平稳、缓慢上升。

       不同类电机对充磁的极数要求

    在这里我们首先讲一下充磁的种类:

a. 磁环的外充——即在磁环的外表面充有磁极,一般用于电机的转子;

b.磁环的内充——即在磁环的内表面充有磁极,一般用于电机的定子或外转子;

c. 磁环的斜充——即在转子的表面所充的磁极与磁环两端面成小于90°的角;

d.轴向充磁——即沿着磁环、磁片的轴心上下充磁,其中又可分为:

    轴向2极充磁——即磁件的一端为N极,另一端为S极,是最简单的充磁;

    轴向单面多极充磁——主要产品为磁片,即在磁件的一个表面充有2个以上的磁极;

    轴向双面多极充磁——即在磁件的双面都充有2个以上的磁极,且极性相反。

对于轴向单面或双面多极充磁,单面的表磁比双面的要高,但单面充磁的另一面表磁很低,其实单面的两面表磁相加与双面的相加是相同的。

e.辐向充磁——顾名思义,辐向充磁即充磁磁场从圆心向四周辐射。对磁环来说,充磁后形成内圆表面全部呈一个极性,外圆表面呈一个极性;而对于磁瓦,起辐向充磁的效果比普通的充磁效果要好,它能使磁瓦的内弧面的各点表磁较为相近。

一般讲到极数,指电机的多极充磁。对于磁环来说,2极磁环大多用于小型直流电机,部分会有4极;而步进电机、无刷电机、同步电机所用磁环有46810….等偶数极, 

    从磁体的形状、极数来判断其应用场合

      对于磁瓦而言,一般就用于直流电机和无刷电机中,而在直流电机中,以2极和4极居多,这可根据其圆心角来判断,在前面以讲过。无刷电机用磁瓦作为定子时,一般都超过6极,故其圆心角远远小于直流电机用的磁瓦;但磁瓦作为无刷电机的转子时,可有46以上的极数,对于4极来说,转子是外表面充磁,且由于要拼成一个圆,其圆心角接近90°,这一点可区别于直流电机。若是磁环,主要是区分步进电机、无刷电机和同步电机。步进电机所用磁环的外径较小,大部分在20左右,很少超过30的,且其壁厚较薄,在1.0-1.5之间;其极数较多,在10极以上,有的可达50极。无刷电机的磁环一般直径大于20,极数在4-12极之间,且其壁厚多在1.5-5.0之间。小型同步电机的磁环在20-40之间,极数为8-16极,壁厚在1.0-3.0
        注塑磁、粘结NdFeB、烧结NdFeB的不同点及其常规应用

     注塑磁、粘结NdFeB、烧结NdFeB三种材料是小型电机常用的,特别是前二种。这三种材料各有其特点,在此仅作简单概括。
     性能参数的不同,应用特点
    它们的性能是递增的,价格同样如此,这就决定了它们各自的应用。注塑磁又分注塑铁氧体和注塑NdFeB,其粘结体有尼龙612PPS,尼龙比PPS略便宜,但它组成的磁件表面光洁度、强度、耐温都比PPS的差。它们的共同特点是可以和各种零件或轴一起注塑,以保证产品的质量。注塑铁氧体磁件又分各向同性(等方性)与各向异性(异方性),各向同性的磁能积较低,在1.5MGOe左右,各向异性的磁能积在2.1 MGOe左右。其主要用于量大面广的产品,如玩具电机、空调用步进电机、风机等。注塑NdFeB的最高磁能积在6.0MGOe左右,若用进口原料可达6.5MGOe,但价格较高。目前,注塑NdFeB的应用还不广泛,主要是不为大家熟知,其实它可替代较多的低能积的粘结NdFeB磁件,特别是在步进电机中以及带轴注塑的转子。
    粘结NdFeB是在高性能产品中应用最为广泛的,上可进入烧结NdFeB的产品,下可进入铁氧体的产品,这主要是其性能介于两者之间,而且它属于各向同性,适合各种充磁方式。它的缺点是耐温较差,最高为150,这也就决定了其适用于小型电机和控制电机,对驱动类电机要看具体情况。
    烧结NdFeB因其较高的性能而得以广泛应用,但目前主要用于驱动类电机。在我们所说的电机中,主要为无刷电机和交流伺服电机,且以瓦形为主,因为目前的烧结NdFeB均以单向取向为主,即磁件只能一个方向充磁,故其无法做成磁环进行2极以上的充磁。现在开发的辐向取向烧结NdFeB,即可做到这一点。两者的区别是在压制时的取向方向不同,但辐向产品的模具较为复杂,对磁件要有模具费。辐向取向烧结NdFeB磁环首先将在无刷电机和交流伺服电机中得到应用,这是由两者的价格所决定的。采用辐向取向,即使对磁瓦也是非常有益的,其充磁后的波形接近矩形波,而非马鞍形。 

     互换的可能性与结果
    一般来说,在同种材料中,性能高低的替换较容易,而不同的材料替换,虽然也是性能的不同,但有极大的区别,必须对电机的结构作出变动,否则,即使用高性能的材料替换低性能的,也不能得到好的性能。一般高替低,结构变小,低替高,反之。   
    如何从电机的运行结果来判断磁性材料的优劣  

     电机的力矩大小  
    一般来说,电机力矩大,磁钢性能高,小则低。在小电机中对定位转矩希望要小,即电机从静止到转动的瞬间的扭矩,主要由充磁波形和铁芯槽形决定。
      电机的转速高低

    电机的转速有空载转速和负载转速,当讨论转速与磁钢性能高低关系时,应排除由电机其它阻力矩的影响。空载转速高,磁性能低,反之,磁性能高;负载转速高,磁性能高,反之,磁性能低。
     电机的电流大小
    电机的电流也有空载电流和负载电流,当讨论电流与磁钢性能高低关系时,同样应排除由电机其它阻力矩的影响。空载电流大,磁性能低,反之,磁性能高,但这一点在电机中并不明显,空载电流的大小与绕组的电阻关系更大;负载电流大,磁性能低,反之,磁性能高。

以上的关系我们可用下表来说明:

  项 目

 

力 矩

空载转速

负载转速

空载电流

负载电流

磁性能

低 

低 

其实三者是相互关联的,对于磁性能的改变要综合考虑。

 

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