同步電機(jī)之關(guān)于永磁材料的應(yīng)用

    永磁電機(jī)作為能量轉(zhuǎn)換元件，是由它的永磁體磁極向氣隙提供磁通，從而實(shí)現(xiàn)能量傳遞。為了能使永磁電機(jī)的磁性能強(qiáng)弱一致以及磁極安裝方便，通常在永磁電機(jī)制造廠進(jìn)行充磁。為了改善永磁電機(jī)性能，有時(shí)還要對(duì)永磁體進(jìn)行退磁及調(diào)整處理，有時(shí)也常要對(duì)永磁體進(jìn)行穩(wěn)定處理，所以對(duì)永磁體進(jìn)行充磁、退磁及穩(wěn)定處理等是應(yīng)用時(shí)必須了解的知識(shí)。

2 . 3 . 1永磁材料的充磁

1．永磁材料充磁的基本原理

永磁體磁極制造完成后并不顯示極性，其原因是永磁體中的磁疇為任意排列，即磁矩為任意方向，只有在充磁后才會(huì)顯示出磁場(chǎng)方向。為了使永磁材料獲得磁能就必須為永磁體充磁，目前對(duì)永磁體充磁大體有三種方法，即直流充磁機(jī)法，脈沖充磁機(jī)法及超導(dǎo)磁場(chǎng)法。所謂直流充磁機(jī)就是采用直流發(fā)電機(jī)、硅整流器及蓄電池等產(chǎn)生足夠大的充電電流，此電流周圍所產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)永磁體充磁。脈沖充磁機(jī)法是由電源、電容器等構(gòu)成充電電路，充電時(shí)間短，瞬時(shí)充電電流大，從而產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，是一種較好的充磁方法。超導(dǎo)充磁法是用超導(dǎo)材料制成螺線管，將溫度降到超導(dǎo)臨界溫度以下，然后通人強(qiáng)大電流，螺線管中心產(chǎn)生巨大磁場(chǎng)，使放在磁場(chǎng)中心的永磁體充磁。不論哪一種充磁方法，它的磁場(chǎng)強(qiáng)度必須足夠大，通常為充磁材料內(nèi)察矯頑力的3一5倍。

2．對(duì)永磁材料的充磁方法

工廠中對(duì)永磁材料充磁一般采用以下方法：

l）單件充磁這種方法是將單塊永磁體充磁后再裝人電機(jī)的定子或轉(zhuǎn)子上，適用于小批量生產(chǎn)的電機(jī)中。其優(yōu)點(diǎn)是永磁體容易飽和，但裝配及總裝困難。為保證裝配質(zhì)量，必須采用特殊夾具及短路環(huán)，這種方法適用于高矯頑力永磁材料（例如稀土類永磁材料、鐵氧體永磁材料等）充磁，因充磁后不怕失磁。

2）組件充磁組件充磁是將永磁體磁極與電機(jī)的定子或轉(zhuǎn)子裝配在一起，再將組件加工到所需要的尺矛后再進(jìn)行充磁，這種方法適合于多極電機(jī)。這種多極電機(jī)多用粘結(jié)永磁體制成，優(yōu)點(diǎn)是一次可以形成多極充磁且磁性能均勻，但充磁設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，充磁頭及夾具需要精心設(shè)計(jì)與制造才能獲得滿意的充磁效果。在小功率電機(jī)及微特電機(jī)中，也有用這種組件充磁的方法。

3）整機(jī)充磁整機(jī)充磁是裝配完成之后進(jìn)行充磁，這種方法適合于批量生產(chǎn)的永磁電機(jī)。此外，對(duì)于鋁鎳鉆永磁電機(jī)，為了保證它穩(wěn)定的磁路工作點(diǎn)，也是裝配后整機(jī)充磁。整機(jī)充磁比較適合于小功率永磁電機(jī)或微特電機(jī)充磁。這種充磁方法要注意充磁頭的形狀及極頭圓弧角的設(shè)計(jì)，以便獲得良好的氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度波形，另外充磁時(shí)應(yīng)有足夠的安匝數(shù)，使其永磁體飽和或磁體被充分磁化。

這種方法比較適合于小功率電機(jī)或微特電機(jī)的定子組件充磁，這種充磁方法的充磁頭是兩個(gè)半圓形極頭，極頭圓弧半徑與整個(gè)極頭長度應(yīng)有合適的比例才能獲得理想的磁通波形。此外還要考慮充磁線圈排列空間，以便獲得充分的充磁安匝數(shù)。

以上介紹了三種充磁方法，在實(shí)際的充磁中，還可以因地制宜采取不同的方法。不論采用什么樣方法充磁，要注意充磁回路不要飽和，即鐵扼充磁頭截面積要足夠大，使得磁感應(yīng)強(qiáng)度較低，這樣才能保證充磁的永磁體被完全磁化。

2 . 3 . 2永磁材料的退磁與調(diào)整

由于永磁材料性能的離散性，充磁后各磁極強(qiáng)度不均，造成各磁極極性不均，甚至使永磁電機(jī)無法工作，因此需要進(jìn)行部分磁極退磁與調(diào)整。另外在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，往往一套系統(tǒng)控制多臺(tái)永磁電機(jī)，為了達(dá)到參數(shù)匹配，這樣也需要對(duì)部分磁極過高的永磁電機(jī)進(jìn)行退磁調(diào)整。對(duì)磁性能過低的需要進(jìn)行再充磁，以滿足整個(gè)系統(tǒng)的要求。對(duì)于永磁體磁極退磁目前有以下幾種方法：

1．交流脈沖退磁法

這種退磁方法是應(yīng)用控制脈沖退磁電流大小，來控制退磁磁場(chǎng)的幅值，使其達(dá)到某一需要的磁特性。這種方法適用于矯頑力較高的鐵氧體永磁材料及稀土永磁材料。

2．交變螺線管退磁法

這種退磁方法是根據(jù)交流退磁磁場(chǎng)幅值及周期，將永磁體磁性退到需要值。退磁磁場(chǎng)幅值要連續(xù)均勻地減小，且每一個(gè)周期間隔要適當(dāng)，這樣才能達(dá)到電機(jī)所需要的磁特性，這種退磁方法適用于低矯頑力的永磁材料。

3．加熱退磁法

這種退磁方法是將永磁體磁極加熱到該種材料居里溫度點(diǎn)以上，并保持一段時(shí)間，使磁疇被分子熱運(yùn)動(dòng)破壞，從而達(dá)到退磁的目的，這種方法適用于永磁體磁極完全退磁，加熱退磁法應(yīng)用于重新充磁中，如永磁體磁極性能過于低下，需要進(jìn)行再充磁，為了使充磁完好，最好把原有磁性退掉，再充磁時(shí)容易達(dá)到飽和點(diǎn)，使永磁體磁極完全被磁化。