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淺談不同類電機對磁性材料有什么不一樣的要求

電機控制設計加油站 ? 來源:旺材伺服與運動控制 ? 作者:旺材伺服與運動控 ? 2021-03-29 18:24 ? 次閱讀

1不同類電機對磁性材料的要求

不同類的電機由于其使用的要求和環境不同,必對磁鋼有著不同的要求。以下分三部分敘述:著重介紹直流電機、無刷電機對磁鋼的不同要求。

直流電機和無刷電機均會采用磁瓦或磁環,但兩者的主要不同點是對其充磁的要求不同。在充磁波形中,主要可以通過觀察波形中的著幾個參數來判斷充磁的好壞:平均極值、極差和面積(或占空比)。平均極值是表明充磁或磁鋼的性能是否達到產品的要求;極差表明充磁的均勻度如何;面積(或占空比)表明充磁波形的大小,在同等極值下,它的大小決定了電機的出力大小,但是,它越大,電機的定位轉矩越大,旋轉起來的手感不好。

一般在直流電機中,要求出力大,故占空比較大;而無刷電機則要求旋轉平穩,它有一個指標——力矩波動,特別是在低速下,力矩波動越小,就要求充磁波形越接近正弦波。這也就是我們要求充磁波形的上升沿要平穩、緩慢上升。

2不同類電機對充磁的極數要求

在這里我們首先講一下充磁的種類:

a.磁環的外充——即在磁環的外表面充有磁極,一般用于電機的轉子;

b.磁環的內充——即在磁環的內表面充有磁極,一般用于電機的定子或外轉子;

c.磁環的斜充——即在轉子的表面所充的磁極與磁環兩端面成小于90°的角;

d.軸向充磁——即沿著磁環、磁片的軸心上下充磁,其中又可分為:

⑴軸向2極充磁——即磁件的一端為N極,另一端為S極,是最簡單的充磁;

⑵軸向單面多極充磁——主要產品為磁片,即在磁件的一個表面充有2個以上的磁極;

⑶軸向雙面多極充磁——即在磁件的雙面都充有2個以上的磁極,且極性相反。

對于軸向單面或雙面多極充磁,單面的表磁比雙面的要高,但單面充磁的另一面表磁很低,其實單面的兩面表磁相加與雙面的相加是相同的。

e.輻向充磁——顧名思義,輻向充磁即充磁磁場從圓心向四周輻射。對磁環來說,充磁后形成內圓表面全部呈一個極性,外圓表面呈一個極性;而對于磁瓦,起輻向充磁的效果比普通的充磁效果要好,它能使磁瓦的內弧面的各點表磁較為相近。

一般講到極數,指電機的多極充磁。對于磁環來說,2極磁環大多用于小型直流電機,部分會有4極;而步進電機、無刷電機、同步電機所用磁環有4、6、8、10….等偶數極。

3從磁體的形狀、極數來判斷其應用場合

對于磁瓦而言,一般就用于直流電機和無刷電機中,而在直流電機中,以2極和4極居多,這可根據其圓心角來判斷,在前面以講過。無刷電機用磁瓦作為定子時,一般都超過6極,故其圓心角遠遠小于直流電機用的磁瓦;但磁瓦作為無刷電機的轉子時,可有4、6以上的極數,對于4極來說,轉子是外表面充磁,且由于要拼成一個圓,其圓心角接近90°,這一點可區別于直流電機。

若是磁環,主要是區分步進電機、無刷電機和同步電機。步進電機所用磁環的外徑較小,大部分在20左右,很少超過30的,且其壁厚較薄,在1.0-1.5之間;其極數較多,在10極以上,有的可達50極。無刷電機的磁環一般直徑大于20,極數在4-12極之間,且其壁厚多在1.5-5.0之間。小型同步電機的磁環在20-40之間,極數為8-16極,壁厚在1.0-3.0。

注塑磁、粘結NdFeB、燒結NdFeB的不同點及其常規應用

注塑磁、粘結NdFeB、燒結NdFeB三種材料是小型電機常用的,特別是前二種。這三種材料各有其特點,在此僅作簡單概括。

4性能參數的不同,應用特點

它們的性能是遞增的,價格同樣如此,這就決定了它們各自的應用。注塑磁又分注塑鐵氧體和注塑NdFeB,其粘結體有尼龍6、12和PPS,尼龍比PPS略便宜,但它組成的磁件表面光潔度、強度、耐溫都比PPS的差。它們的共同特點是可以和各種零件或軸一起注塑,以保證產品的質量。注塑鐵氧體磁件又分各向同性(等方性)與各向異性(異方性),各向同性的磁能積較低,在1.5MGOe左右,各向異性的磁能積在2.1 MGOe左右。

其主要用于量大面廣的產品,如玩具電機、空調用步進電機、風機等。注塑NdFeB的最高磁能積在6.0MGOe左右,若用進口原料可達6.5MGOe,但價格較高。目前,注塑NdFeB的應用還不廣泛,主要是不為大家熟知,其實它可替代較多的低能積的粘結NdFeB磁件,特別是在步進電機中以及帶軸注塑的轉子。

粘結NdFeB是在高性能產品中應用最為廣泛的,上可進入燒結NdFeB的產品,下可進入鐵氧體的產品,這主要是其性能介于兩者之間,而且它屬于各向同性,適合各種充磁方式。它的缺點是耐溫較差,最高為150℃,這也就決定了其適用于小型電機和控制電機,對驅動類電機要看具體情況。

燒結NdFeB因其較高的性能而得以廣泛應用,但目前主要用于驅動類電機。在我們所說的電機中,主要為無刷電機和交流伺服電機,且以瓦形為主,因為目前的燒結NdFeB均以單向取向為主,即磁件只能一個方向充磁,故其無法做成磁環進行2極以上的充磁。現在開發的輻向取向燒結NdFeB,即可做到這一點。兩者的區別是在壓制時的取向方向不同,但輻向產品的模具較為復雜,對磁件要有模具費。

輻向取向燒結NdFeB磁環首先將在無刷電機和交流伺服電機中得到應用,這是由兩者的價格所決定的。采用輻向取向,即使對磁瓦也是非常有益的,其充磁后的波形接近矩形波,而非馬鞍形。

5互換的可能性與結果

一般來說,在同種材料中,性能高低的替換較容易,而不同的材料替換,雖然也是性能的不同,但有極大的區別,必須對電機的結構作出變動,否則,即使用高性能的材料替換低性能的,也不能得到好的性能。一般高替低,結構變小,低替高,反之。

6如何從電機的運行結果來判斷磁性材料的優劣

電機的力矩大小

一般來說,電機力矩大,磁鋼性能高,小則低。在小電機中對定位轉矩希望要小,即電機從靜止到轉動的瞬間的扭矩,主要由充磁波形和鐵芯槽形決定。

電機的轉速高低

電機的轉速有空載轉速和負載轉速,當討論轉速與磁鋼性能高低關系時,應排除由電機其它阻力矩的影響。空載轉速高,磁性能低,反之,磁性能高;負載轉速高,磁性能高,反之,磁性能低。

電機的電流大小

電機的電流也有空載電流和負載電流,當討論電流與磁鋼性能高低關系時,同樣應排除由電機其它阻力矩的影響。空載電流大,磁性能低,反之,磁性能高,但這一點在電機中并不明顯,空載電流的大小與繞組的電阻關系更大;負載電流大,磁性能低,反之,磁性能高。

以上的關系我們可用下表來說明:

o4YBAGBhq5WABW41AAARJpV7nJc430.png

其實三者是相互關聯的,對于磁性能的改變要綜合考慮。

編輯:jq

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原文標題:【看點】不同類電機對磁性材料的要求

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