永磁同步電機(jī)之關(guān)于永磁材料的發(fā)展與應(yīng)用

早在兩千多年前，我們的祖先便發(fā)現(xiàn)了天然磁鐵的磁性，并利用它制成了指南針，成為我國(guó)的四大發(fā)明之一。雖然人類很早就發(fā)現(xiàn)了天然磁鐵，但是對(duì)于磁鐵性能本質(zhì)的認(rèn)識(shí)及對(duì)磁性材料的應(yīng)用卻是經(jīng)過(guò)了漫長(zhǎng)的過(guò)程。磁性材料的發(fā)展，實(shí)際上和永磁材料在電機(jī)上的應(yīng)用是密切相關(guān)的。一直到19世紀(jì)人們發(fā)現(xiàn)了電與磁的相互關(guān)系，并逐漸揭示了磁性能的秘密，隨著奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流磁效應(yīng)，揭示了電與磁的聯(lián)系后，永磁材料才得到發(fā)展。

早在20世紀(jì)30年代初，人們就開始研制出鋁鎳鉆（AINIC 。）永磁材料，當(dāng)時(shí)它的最大磁能積只有15 . 92kJ / m , ( 2 . OMGoe )，在電機(jī)上應(yīng)用比較困難。后來(lái)由于磁控雷達(dá)系統(tǒng)應(yīng)用的需要，鋁鎳鉆永磁材料得到了很大發(fā)展，在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間，這種永磁材料占據(jù)一定統(tǒng)治地位。目前鋁鎳鉆永磁材料最大磁能積可達(dá)到79 . 6kJ / m , ( loMcoe）。鐵氧體永磁材料最初產(chǎn)生于20世紀(jì)20年代，人們開始研制出了鉆鐵氧體( Co一Femite）永磁材料，由于當(dāng)時(shí)的條件，它的磁性能比較差，最大磁能積也比較低，僅為n . 14kJ / m , ( l . 4MG0e )，它的應(yīng)用價(jià)值并不大。后來(lái)到了50年代初，由于市場(chǎng)需要，人們又研制出銀鐵氧體（SrO · 6FeZO3 ) , 60年代又成功研制出鋇鐵氧體（Bao · 6FeZo3 )，它們的最大磁能積都得到很大提高。目前廣泛應(yīng)用于小功率永磁直流電機(jī)的鰓鐵氧體永磁材料最大磁能積可達(dá)36 . 62kJ／澎( 4 . 6 MG0e）。20世紀(jì)60年代中期，稀土永磁材料的問(wèn)世使永磁材料發(fā)展到一個(gè)嶄新階段，這種永磁材料除具備高剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度、高矯頑力、高最大磁能積外，還具有線性退磁曲線的特點(diǎn)，這種材料的優(yōu)異磁性能特別適合制造不同用途的各種電機(jī)。

到目前為止，稀土永磁材料的發(fā)展大致分為三個(gè)階段。 1967年美國(guó)人K . J . stmat教授研制成功了以衫鉆（Sm , CO ,）為主要成分的稀土永磁材料，其最大磁能積可達(dá)199 kJ / m , ( 25 MGOe )，一般稱為第一代稀土永磁材料。 1973年又出現(xiàn)了所謂的第二代稀土永磁材料（Sm : COI : )，這種永磁材料的最大磁能積已達(dá)到258 . 7kJ / m ,（犯．SMGOe）。到1983年，由美國(guó)通用汽車公司和日本住友特殊金屬公司同時(shí)研究成功了一種新型欽鐵硼（NdFeB）永磁材料，這種材料在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)的最大磁能積最高可達(dá)431 . 4 kJ / m , ( 54 . ZMGoe )，可供應(yīng)用商品材料最大磁能積可達(dá)398 . 0 kJ / m , ( 50MG0e )，這種磁性材料一般被稱為第三代稀土永磁材料。由于這種材料中不含有戰(zhàn)略物資―鉆，而且材料中的欽的價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于衫，因而這種材料一出現(xiàn)就引起人們的關(guān)注。特別是在我國(guó)含欽成分的稀土永磁儲(chǔ)量占世界總儲(chǔ)量的80％以上，因而引起我國(guó)材料界的極大關(guān)注。目前新型永磁材料的研究仍在進(jìn)行，如衫鐵氮永磁材料、納米復(fù)合稀土永磁材料等都希望有較大突破。

如上所述，永磁材料的發(fā)展和永磁電機(jī)的發(fā)展密不可分，隨著永磁電機(jī)發(fā)展，永磁材料也朝著兩個(gè)方向發(fā)展：一是朝著材料來(lái)源方便、工藝簡(jiǎn)單、性能適中、價(jià)格便宜、綜合效果良好的鐵氧體永磁材料方向發(fā)展，自20世紀(jì)70年代中期以來(lái)，以鐵氧體永磁這種經(jīng)濟(jì)型永磁材料為第一類，人們稱之為古老而又年輕的永磁材料；第二類朝著具有高磁性能的永磁材料主要是欽鐵硼永磁材料方向發(fā)展，除目前可以應(yīng)用的高剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度、高矯頑力、高最大磁能積的鉸鐵硼永磁材料，已用于有特殊要求的永磁電機(jī)外，一些滿足一定要求的新型高居里溫度、高飽和磁化強(qiáng)度、高內(nèi)察特性的欽鐵硼永磁材料，及其他新型永磁材料也不斷產(chǎn)生。這對(duì)于我國(guó)的永磁電機(jī)行業(yè)及其他行業(yè)的發(fā)展都會(huì)產(chǎn)生極大的促進(jìn)作用。

當(dāng)然，到目前為止，稀土永磁材料仍然有一定的缺點(diǎn)和不足，如存在抗腐蝕性、穩(wěn)定性及溫度變化系數(shù)等方面需待改進(jìn)的問(wèn)題。但隨著人們對(duì)這種材料的應(yīng)用和對(duì)它認(rèn)識(shí)的提高，這些問(wèn)題一定會(huì)逐步解決。