不同类电机对磁性材料的要求 (电机中涉及哪些电磁定律)

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。2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°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：⑴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；⑵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；⑶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4、6、8、….等偶数极，3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4、6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°，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，大部分在左右，很少超过的，且其壁厚较薄，在1.0-1.5之间；其极数较多，在极以上，有的可达极。无刷电机的磁环一般直径大于，极数在4-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-之间，极数为8-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。4性能参数的不同，应用特点它们的性能是递增的，*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6、和PPS，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2.1MGOe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*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℃，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*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。5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。6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大小高低高低大小大小磁性能高低低高高低低高低高其实三者是相互关联的，对于磁性能的改变要综合考虑。责任编辑：彭菁