高性能永磁材料的发展
时间：2010-11-14 阅读：1132
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永磁材料近年来的开发很快，现有铝镍钴、铁氧体和稀土永磁体三大类。稀土永磁体又有*代钐钴1：5，第二代钐钴2：17和第三钕铁硼。铝镍钴是本世纪三十年代研制成功的永磁材料，虽其具有剩磁感应强度高，热稳定性好等优点，但它矫顽力低，抗退磁能力差，而且要用贵重的金属钴，成本高，这些不足大大限制了它在电机中的应用。铁氧体磁体是本世纪五十年代初开发的永磁材料，其zui大的特点是价格低廉，有较高的矫顽力，其不足是剩磁感应强度和磁能积都较低。钐钴稀土永磁材料在六十年代中期问世，它具有铝镍钴一样高的剩磁感应强度，矫顽力比铁氧体高，但钐稀土材料价格较高。80年代初钕铁硼稀土永磁材料的出现，它具有高的剩磁感应强度，高的矫顽力，高的磁能积，这些特点特别适合在电机中使用。它们不足是温度系数大，居里点低，容易氧化生锈而需涂复处理。经过这几年的不断改进提高，这些缺点大多已经克服，现钕铁硼永磁材料zui高的工作温度已可达180℃，一般也可达150℃，已足以满足绝大多数电机的使用要求。表1是各种永磁材料性能比较。
表1各种永磁材料的性能比较
| 永磁材料 | 剩磁（T）Br（T） | 矫顽力HcB（KA/m） | 内禀矫顽力Hcj（KA/m） | zui大磁能积（BH）m（KJ/m3） | 剩磁可逆温度系数αB（%C） | 居里温度Tc8（C） |
| 中等水平钕铁硼`` | 1.26 | 967 | 955 | 310 | -0.12 | 350 |
| 较高水平的钐钴 | 1.00 | 746 | 766 | 210 | -0.03 | 850 |
| zui高水平铝镍钴 | 1.08 | 120 | 800 | 85 | -0.02 | 850 |
| zui高水平的铁氧体 | 0.41 | 300 | 325 | 32 | -0.18 | 450 |
永磁材料的发展极大地推动了永磁同步电动机的开发应用。在同步电动机中用永磁体取代传统的电激磁磁极的好处是：
用永磁体替代电激磁磁极，简化了结构，消除了转子的滑环、电刷，实现了无刷结构，缩小了转子体积；
省去了激磁直流电源，消除了激磁损耗和发热。
当今中小功率的同步电动机绝大多数已采用永磁式结构。
2、电力电子技术的发展大大促进了永磁同步电动机的开发应用。
电力电子技术是信息产业和传统产业间重要的接口，是弱电与被控强电之间的桥梁。自58年世界上*个功率半导体开关晶闸管发明以来，电力电子元件已经历了*代半控式晶闸管，第二代有自关断能力的半导体器件（大功率晶体管GTR、可关断晶闸管GTO、功率场效应管MOSFET）的三代复合场控器件（绝缘栅功率晶体管IGBT、静电感应式晶体管SIT、MOS控制的晶体管MCT等）直至90年代出现的第四代功率集成电路IPM。半导体开关器件性能不断提高，容量迅速增大，成本大降低，控制电路日趋，它极大地推动了各类电机的控制。70年代出现了通用变频器的系列产品，可将工频电源转变为频率连续可调的变频电源，这就为交流电机的变频调速创造了条件。这些变频器在频率设定后都有软起动功能，频率会以一定速率从零上升设定的频率，而且此上升速率可以在很大的范围任意调整，这对同步电动机而言就是解决了起动问题。对的自同步永磁同步电动机，高性能电力半导体开关组成的逆变电路是其控制系统的*的功率环节。
3、 规模集成电路和计算机技术的发展*改观了现代永磁同步电动机的控制
集成电路和计算机技术是电子技术发展的代表，它不仅是高新电子信息产业的核心，又是不少传统产业的改造基础。它们的飞速发展促进了电机控制技术的发展与创新。
70年代人们对交流电机提出了矢量控制的概念。这种理论的主要思想是将交流电机电枢绕组的三相电流通过坐标变换分解成励磁电流分量和转矩电流分量，从而将交流电动机模拟成直流电动机来控制，可获得与直流电动机一样良好的动态调速特性。这种控制方法已经成熟，并已成功地在交流伺服系统中得到应用。因为这种方法采用了坐标变换，所以对控制器地运算速度、数据处理能力，控制地实时性和控制精度等提出了很高的要求，单片机往往都不能满足要求。近年来各种集成化的数字信号处理器（DSP）发展很快，性能不断改善，软件和开发工具越来越多，出现了专门用于电机控制的高性能、低价位的DSP。集成电路和计算技术的发展对永磁同步电动机控制技术起到了重要的推动作用。