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对不同类型的电机选用磁性材料的要求有哪些?——久巨自动化

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文章附图

  对不同类的电机由于它的使用的要求和环境有所不同,所以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有什么区别。

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  直流电机和无刷电机均会采用磁瓦磁环,但他们两者的主要不同点是对其充磁的要求不同。我们主要可以通过在充磁波形中观察波形的几个参数来判断充磁的好坏:平均极值、极差和面积。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,平均值越大,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。

磁瓦.jpg



不同类电机对充磁的极数要求如下:

我们一般讲到极数,指电机的多极充磁。而对于磁环来说,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、10….等偶数极,分清楚这些我们就可以从磁体的形状、极数来判断其应用场合从而方便我们选择相应的点击。

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,这些可以自行去了解。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6、12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2.1 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。

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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。

铁氧体.jpg

这里先从   烧结NdFeB讲起,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。我们平时讲的电机,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,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。

波形图.jpg

  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,结构变大。所以,如果想要获得更好的性能不同材料的替换电机也要跟着做出变动。       

  想要从电机的运行来判断材料的优越我们可以从电机的力矩大小、电机的转速高低、电机的电流大小来具体分析。       

  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。

电流表2.jpg

       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。 我们都知道一台电机的价格并不便宜,所以电机的选择要谨慎。

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