永磁电机的介绍、分析与应用.docx

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1、永磁电机的介绍、分析与应用一、永磁电机的发展及应用永磁电机是由永磁体建立励磁磁场，从而实现机电能量转换的装置，它与电 励磁同步电机一样以同步速旋转，亦称永磁同步电机。永磁同步电机，特别是稀 土永磁同步电机与电励磁同步电机相比，具有结构紧凑、体积小、重量轻等特点, 且永磁电机的尺寸和结构形式灵活多样，可以拓扑出很多种结构形式。由于永磁 电机取消了电励磁系统，从而提高了电机效率，使得电机结构简化，运行可靠。 永磁电机的发展是与永磁材料的发展密切相关的。早在1821年法拉第发明世界 上第一台电机模型，他就利用了天然永磁磁铁建立磁场，给放在磁场中的导线通 以直流电，导线能够绕着永磁磁铁不停旋转，这可以

2、说是永磁电机的雏形。1831 年法拉第在发现电磁感应现象之后不久，利用电磁感应原理发明了世界上第一台 真正意义上的电机一法拉第圆盘发电机，其结构是将紫铜圆盘放置在蹄形永磁体 的磁场中，圆盘的边缘和圆心处各与一个电刷紧贴，用导线把电刷和电流表连接 起来，当转动圆盘中心处固定的摇柄时，电流表的指针偏向一边，电路中产生了 持续的电流。同年夏天，亨利对法拉第的电机模型进行了改进，制成了一个简单 的永磁振荡电动机模型。1832年斯特金发明了换向器，并对亨利的振荡电动机 进行了改进，制作了世界上第一台能产生连续运动的旋转电动机。同年，法国人 皮克希发明了一台永磁交流发电机。以上电机均是采用永久磁铁建立磁场

3、的，由于当时永久磁铁是用磁性能很低 的天然磁铁矿石做成的，造成电机体积庞大、性能较差。1845年英国的惠斯通 用电磁铁代替永久磁铁，并于1857年发明了自励电励磁发电机，开创了电励磁 方式的新纪元。由于电励磁方式能在电机中产生足够强的磁场，使电机体积小、 重量轻、性能优良，在随后的70多年内，电励磁电机理论和技术得到了迅猛发 展，而永磁励磁方式在电机中的应用则较少。20世纪中期，随着铝银钻和铁氧 体永磁材料的出现以及性能的不断提高，各种微型永磁电机不断出现，在工农业 生产、日常生活、军事工业中都得到了应用。但铝银钻和铁氧体永磁材料的磁能 积较低，导致永磁电机性能低、体积大，限制了永磁电机的发展

4、。1967年衫钻 永磁材料的出现，开创了永磁电机发展的新纪元，杉钻永磁材料性能好、价格昂 贵，各国研究开发的重点是航空航天用电机和要求高性能而价格不是主要因素的 高科技领域。20世纪80年代末，西门子公司生产的用于舰船推进的6相、LIMW、 230i7min、45kNm的低速大转矩永磁同步电动机，ABB公司生产的用于舰船推 进的1.SMW永磁同步电动机和德国AEG研制的用于调速系统的3.SMw、4极 永磁同步电动机是国外稀土钻永磁电机的代表。1983年磁性能更高而价格相对较低的钱铁硼永磁材料问世后，国内外研究 开发的重点转移到工业和民用电机上。其中，高效钦铁硼永磁同步电动机在额定 负载时的效率

5、比同规格的感应式异步电动机可提高2% 8%,且它在25%120% 额定负载范围内均可保持较高的效率和功率因数，使轻载运行时节能效果更为显 著。因此，近十年来在油田抽油机上得到了较多的应用，是中小型钦铁硼永磁同 步电动机应用比较成功的例子。这类永磁电机通常在转子上设置起动绕组，具有 在某一频率和电压下直接起动的能力，因而称为异步起动永磁同步电动机。对于2）选用制作管件材料的表面，应无缺陷、油脂、过多的锈迹、焊渣或其它异物。3）材料标志清楚、完整符合项目工程有关条款的技术要求。4）原材料应有证明书，其检验项目应符合相关标准的规定或订货要求。无标记、 无批号、无质量证明书或质量说明书项目不全的钢材不

6、能使用。2.1. 2材料尺寸。制造管件选用管材应根据管件几何尺寸及设计计算选择长度、 外径、宽度及壁厚。2. 1.3材料的检验1）表面及尺寸检验：原材料的表面应平整、光滑、厚度均匀，不得有超过标准 要求的凹坑、重皮、裂纹、油污、腐蚀和其它污物。表面尺寸检验、除锈后的材料进行 表面及尺寸检查。2）原材料应有证明书，其检验项目应符合相关标准的规定或订货要求。无标记、 无批号、无质量证明书或质量说明书项目不全的钢材不能使用。3）材料按炉号进行化学分析，原材料的化学成分最大百分含量应符合相应标准 及本项目技术规格书的要求4）原材料的力学性能应符合相应标准及本项目技术规格书的要求5）对于复检不合格的原材

7、料应予退回，不允许用于管件制作。材料的追溯性标识清楚，在制造过程中，原材料的炉号、批号以及所用材料部位 及过程编号等均应有追溯性记录。2. 2下料2. 2.1下料方法主要是机械切割，切割后应用机械方法清理切割面至露出金属光 泽。2. 2. 2下料操作人员应熟悉切割设备的性能和操作规范，按规定画样、切割。切 割时应根据操作工技能和设备不同留一定的切割量。下料管材表面清理除锈后不 允许有低熔点金属污染。不应有重皮、裂纹等严重缺陷。2. 2. 3在下料后的坯料上将原材料上的标识内容进行移植。2. 3管件成型2. 3.1弯头生产作业指导书先启动中频电源将推制芯棒加热到规定温度以上，将推制弯头用坯管放

8、在推制机芯棒上启动液压推进装置推动坯管随芯棒外形而变化。2. 3.1. 2根据坯管的材质和规格不同按相应工艺规定的温度和推速控制推制过 程中的感应套加热温度和液压系统的推进速度。2. 3.1. 3推制成型后的弯头半成品在热态下放在胎具中用压力机进行整形处理。2. 3.1. 4推制弯头在整形完成后根据半成品的情况和成品要求的外形尺寸进行 盘口处理，盘口后留有5-15mm的加工余量。2. 3. 2热压三通生产作业指导书2. 3. 2. 1热压前准备操作人员应学习相关工艺文件并熟悉设备的操作方法及工艺过程。2. 3. 2. 1. 2操作人员应按工艺卡要求和下料尺寸对坯管进行检查并标记,坯管装 炉前表

9、面不允许有低熔点金属污染（铜、锡、铝等），不应有重皮、裂纹等缺陷。准备好在工作过程中需用的各类器具。装炉:将坯管放在加热炉中用 耐火材料将其垫高距炉台200mm以上,两坯管之间间隔100mm以上。2. 3. 2. 2坯管压扁：加热温度（详见工艺卡），恒温25分钟出炉在压力机下把坯 管压扁成椭圆形，对于变形量小的（支管/主管W1/3）压扁管可采用冷压制。2. 3. 2. 3压制鼓包2. 3. 2. 4开孔拔制：将具有三通形状的工件在支管顶端划线开椭圆孔，对开孔处 进行拔制成型。拔制应由小到大逐级进行直至支口达到要求尺寸，拔制过程中应 用测温仪对工 件温度进行监测，当工件温度低于工艺要求温度时应将

10、工件装炉重新加热。2. 3. 2. 5整型处理：将具有三通形状的工件进炉加热，加热至规定温度后保温规定时间 后，出炉后进行整型。2. 3. 3钢板制对焊热压三通生产作业指导书 2.3.3. 1卷板成型。选择适宜的板材尺寸切割后按图纸加工成筒状，材料及加工尺寸见卷管图。2. 3. 3. 2卷管焊接（按焊接工艺卡）。a）对卷管成型后进行机械坡口和修整，并对坡口处进行分层检测。b）对坡口完好的卷管按焊接工艺规程进行焊接，焊接应由持证焊工操作且焊工 应经过焊接工艺评定。2. 3. 3. 3热压前准备2. 3. 3. 3.1操作人员应学习相关工艺文件并熟悉设备的操作方法及工艺过程。2. 3. 3. 3.

11、 2操作人员应按工艺卡要求和下料尺寸对卷管进行检查并标记,坯管装 炉前表面不允许有低熔点金属污染（铜、锡、铝等），不应有重皮、裂纹等缺陷。2. 3. 3. 3. 3准备好在工作过程中需用的各类器具。装炉:将卷管放在加热炉中用 耐火材料将其垫高距炉台200mm以上,两卷管之间间隔100mm以上。2. 3. 3. 3. 4坯管压扁：加热温度（根据不同材料参见压制工艺卡）。2. 3. 3. 3. 5压制鼓包：将压扁后的坯管进炉加热，加热温度（根据不同材料参 见压制工艺卡）每次压制都要在胎具上涂抹润滑剂以得到光滑的成型面。在连续 成型过程中，工件表面达到规定温度后，恒温210分钟即可出炉压制。2. 3

12、. 3. 3. 6开孔拔制：将具有三通形状的工件在支管顶端划线开椭圆孔，拔制 应由小到大逐级进行直至支口达到要求尺寸，拔制过程中应用测温仪对工件温度 进行监测，当工件温度低于工艺要求温度时应将工件装炉重新加热。2. 3. 3. 3. 7整型处理：将具有三通形状的工件进炉加热，加热至一定后保温规 定时间后，出炉后进行整型。2. 3. 4热压大小头生产作业指导书2.3.4. 1清除炉内水、锈及其它杂物。注意不同材质的坯料不能放在同一炉内加 热。2. 3. 4. 2 装炉。2. 3. 4. 2.1采用天然气或电加热炉，加热炉应经过有效加热区测定，各仪器、仪 表均处在有效检定期内，加热炉的控温精度要求

13、为10;2. 3. 4. 2. 2装炉前将坯料上的标识做好移植记录，必要时绘制装料位置图。2. 3. 4. 2. 3将坯料放在加热炉中用耐火材料将其垫高距炉台200mm以上,两坯料 之间间隔100mm以上，坯料不得与炉壁接触。2. 3. 4. 3坯料加热2. 3. 4. 3.1加热过程应使用可连续记录加热温度的记录仪记录加温温度曲线，最 高加热温度（详见工艺卡）。2. 3. 4. 4压制成型2. 3. 4. 4. 1管件料坯在加热炉内保温规定时间后出炉进行压制。坯料出炉后要尽 快的移到胎具上进行压制，要求始压温度（详见工艺卡）。压制过程中要用红外 测温仪或光学高温计对压制温度进行监测，当温度超

14、出规定时应终止压制。2. 3. 4. 4. 2热挤压异径管应在保证质量的前提下尽可能的减少压制次数（即减少 加热的次数）。2. 3. 4. 4. 3坯料冷却后将原标识移植回坯料本体。2. 3. 4. 5整型处理：对形状不符合要求的压制坯料应当整形校正。校正如使用支 撑物不允许焊接在工件上。2. 3. 4. 6大小头整型后进行表面质量、尺寸检查。2. 3. 5钢板制对焊大小头生产作业指导书2. 3. 5. 1钢板卷制焊接将下好的坯片吊装到卷板机上进行大小头的卷制加工。加工可用导轮 也可通过调整下杠间隙进行。2. 3. 5.1. 2坯管卷制成型后进行表面及尺寸检查,对于成型后多余的部分应切割 掉，

15、当不合乎要求时，应在组片前进行矫正。2. 3. 5.1. 3所有焊缝（包括返修焊缝）应由考核合格的焊工按照评定合格的焊接 工艺完成。焊接工艺评定按照JB4708进行，焊工考试按锅炉压力容器压力管 道焊工考试与管理规则进行。2. 3. 5.1. 4卷管完毕后按焊接工艺卡进行焊接。焊后的卷管焊缝进行清理修磨，再进行UT探伤检测，按 JB/T47302005 相关要求达到I级合格。焊缝缺陷可采用打磨的方法进行修理，但不应产生沟、槽， 去除的厚度不应超过直管段公称厚度的6. 5%,同一位置的焊缝返修不允许超过 2次。2. 3. 5. 2热压大小头2. 3. 5. 2.1清除炉内水、锈及其它杂物。注意不

16、同材质的坯料不能放在同一炉内 加热。2. 3. 5. 2. 2装炉。将坯料放在加热炉中用耐火材料将坯管垫高距离炉台200mm以 上，两坯料之间间隔100mm,以便使坯料能够受热均匀。2. 3. 5. 2. 3检查加热炉通风系统及炉台，炉门运行装置是否顺畅。检查燃料是否 充足。2. 3. 5. 2. 4台车推进炉内防止坯料与炉体接触。关闭炉门检查炉门的密封是否良 好。2.3. 5. 2. 5开启风路，点燃加热炉，检查记录仪监测升温情况。控制温度升速不 能超过200/小时。2. 3. 5. 2. 6加热过程中经常检查风路，燃料供给系统的运行情况，根据记录仪的 显示情况对燃料供给量进行随时调节，力求

17、炉内温度均衡。2. 3. 5. 2. 7当温度升至（根据材料不同参见具体工艺卡）时，适当减小风量，使 温度控制在一定温度范围内保温（根据材料不同参见具体工艺卡），连续炉恒温 时间（根据材料不同参见具体工艺卡）。2. 3. 5. 2. 8先关闭风路与燃料供给系统，打开炉门迅速开出台车，用叉车将坯料 取出放到胎具规定的位置上，开启压力进行压制。2. 3. 6中频推制弯管生产作业指导书2. 3. 6. 1弯前准备操作人员应熟悉设备的技术性能、工艺过程。2. 3. 6.1. 2弯管操作人员应按工艺卡要求和弯管尺寸对钢管进行检查和准备，钢 管表面清理除锈后不允许有低熔点金属污染（铜、锡、铝等），不应有重

18、皮、裂 纹等严重缺陷。2.3.6. 1.3将钢管纵焊缝放置在内弧距壁厚基本不变的中性线10区域内，弯 管不允许对接。2.3.6. 1.4弯管在下料时，各部位尺寸应测量准确，并在管材上标记。2. 3. 6.1. 5准备好在工作过程中需用的各类器具，监测弯管加热温度的温度显示 器（动态温度测量用光学高温计）。2.3.6. L 6将摇臂转“0”位，夹具准确放在所要求的弯曲半径处，该值应考虑 材料的回弹变化量，并在材料上划线做点。2.3.6. L 7操作工应检查弯管机的主机、辅机、水泵、油泵、空压机，纯水装置 等，应正常完好处于备用状态。2. 3.6. 1.8弯管前检查弯管机四周，不得有妨碍弯管机 运

19、行的障碍物，环境应 保持干净整洁。2. 3. 6. 1. 9检查感应圈与钢管间隙应均匀，应控制在203mm之间。2. 3. 6. 1. 10应准备应付停电等意外情况的应急措施。2. 3.6. 2弯制过程2. 3. 6. 2. 1开启冷却水系统，检查感应圈喷水情况（准备好通针）。2. 3. 6. 2. 2开启中频电源，并检查调整。中频启动后，液压推制系统启动，（弯 制温度应根据材料的化学成分及临界温度值确定最佳加热温度）开始热煨制。3. 3. 6. 2. 3调整液压推进装置控制推速、外弧侧喷水角度、内弧侧喷水角度、中 性区喷水角度及加热带宽度等参数。随时调整水泵压力,控制喷水量和冷却速度。4.

20、3.6. 2.4弯制开始初期，应密切注意推进速度和加热 温度，功率升降推速增 减，均要与温度密切配合，使三者实现最佳匹配。5. 3. 6. 2. 5弯制过程中，要对推制温度用动态光学高温计测量值进行测量和记 录。6. 3. 6. 2, 6弯制过程中，经常检查设备及辅件的运行情况是否正常，3. 6. 2. 7弯管弯制将近终弯,调整中频电源功率,降低温度，当加热温度降至煨 制最低温度时，停机并快速降温。7. 3. 6. 2. 8弯管停机顺序，先停中频电源加热，迅速打开后水冷却圈，位置前移 并使液压油缸卸压停止推进，当被加热部分完全冷却后，再停冷却水，最后停其 他附属设施。8. 3. 6. 2. 9

21、弯管下机后进行表面、尺寸检查，包括波浪度、壁厚、角度、半径、 圆度、当管端直径圆度达不到技术要求时应进行矫正,弯管两端应保留一定长度 （D的直管段。2. 3. 6. 3管端面加工。用机加工的方法对管端面进行加工，使弯管几何尺寸及弯 曲角度符合设计要求。管端坡口角度为30 2.5 ,坡口钝边为1.60.8mm, 以满足工程施工过程中焊接要求.3检验和试验（批次试验除外）3. 1表面质量3. 1. 1管件应逐件进行外观检查，表面不得有裂纹、伤痕等缺陷，外观应光滑， 无氧化皮。3. 1.2管件内外表面应光滑、无有损强度及外观的缺欠，如结疤、划痕、重皮等, 检查发现的缺欠应修磨清除，修磨处应圆滑直至用

22、着色探伤确认缺欠消除为止， 修磨后的壁厚不应小于公称壁厚。深度不超过壁厚负偏差的轻微划伤、压坑、麻 点等允许存在。3.1. 3三通支管根部不允许有明显折皱。3. 1.4管件上的任何裂纹、过烧、过热或硬点不允许修补，管件管体的缺陷不允 许焊接修补。3. 2几何尺寸检验几何尺寸允差见表技术规格书中相关标准的要求.3. 3产品硬度检验3.1生产中管件应采用便携式里氏硬度计在规定部位（三通：支管、主管、肩 部、；弯头：弯头内弧、外弧、中性区；大小头：顶部、两侧）进行宏观硬度检 查，检查时每个位置取35个等间距点进行硬度测试，计算几个点的平均值作 为检查结果。3. 3. 2碳钢管件每批应抽3%且不小于2

23、件进行硬度检查。9. 4无损检测无损检测人员至少应按GB/T9445或其他等效标准进行评定，上次评定合 格的检测人员如未从事该项无损检测工作超过12个月，其资质应重新评定。无 损检测应由I级、II级或III级人员进行。显示结果的评定应在H级、III级人员的 监督下由I级人员进行，或直接由H级、III级人员评定。3. 4. 2焊接管件要求逐件进行磁粉或渗透检测，按JB/T4730标准，I级合格； 焊缝全长进行100%射线检测，按JB/T4730标准II级合格。3. 4. 3磁粉检测：用于磁粉检测的设备，应垂直于钢管表面产生磁场，其强度 足以显示出管件表面的裂纹和结疤等缺陷。磁粉检测选用A-30/

24、100或C-15/50 号标准试片，I级合格。3.4. 4超声波检测：手动超声波检查设备应能连续不间断地检查管件可被检测 的管体区域，设备显示缺陷应有足够的灵敏度。应使用对比标样对检查设备的灵 敏度进行校准，至少每班(8h)的开始和中途应校准一次，I级合格。3. 4. 5检查发现的缺陷处修磨应圆滑过渡，修磨后应对修磨部位采用磁粉方法 进行探伤，确认缺欠或缺陷已完全消除。lOOkwlOOOkW的大功率同步电动机来说，异步起动永磁同步电动机省去了励磁 柜，对比电励磁同步电动机不仅提高了效率、简化了结构，而且成本增加不多， 因而成为它的又一重要应用场合，以8极UOkw永磁电机为例，其效率达95%,

25、功率因数为0.916,永磁体用量为0.15kg/kWo由变频器供电的无刷直流和调速 永磁同步电动机加上转子位置闭环控制系统后，在要求高控制精度和高可靠性的 场合，如航空航天、数控机床、机器人、电动汽车、计算机外围设备和家用电器 等方面都得到了广泛应用。另外，特殊结构的永磁电机，如盘式电机、无槽电机、 无铁心电机、音圈电机（即驱动磁盘驱动器中读写磁头作往复运动的动圈式直线 电动机）等在电动汽车、计算机、航天工程和要求精确定位控制的场合都得到了 广泛应用。随着钦铁硼永磁材料耐高温性能的提高和价格的降低，钦铁硼永磁电 机在国防、工农业生产和日常生活等方面得到了更为广泛的应用，正向大功率化 （高转速）

26、、大转矩化、高功能化和微型化方向发展，目前最高转速已超过 300000r/min,最低转速低于0.01r/min,最小电机外径只有0.8mm,轴向长度只 有 1.2mm。二、永磁电机的分类常规的旋转永磁同步电动机可以分为以下4类:永磁（有刷）直流电动机、异步 起动永磁同步电动机、永磁无刷直流电动机和调速永磁同步电动机。永磁（有刷） 直流电动机与普通直流电动机相比，结构上取消了励磁绕组和磁极铁心，代之以 永磁磁极，具有结构简单、效率高、体积小、重量轻等特点。永磁（有刷）直流电 动机多为微型电机，在电动玩具、家用电器、汽车电气中得到了广泛应用，其中 尤以在汽车电气中的应用发展最快，在高级轿车中可使

27、用几十台微型永磁（有刷） 直流电动机。永磁无刷直流电动机和调速永磁同步电动机在结构上基本相同，定 子电枢为多相绕组，转子上装有永磁体，两者间的主要区别在于前者是由方波电 流驱动的永磁无刷电动机，而后者是由正弦波电流驱动的永磁无刷电动机，它们 具有可靠性高、散热条件好、体积小、重量轻等优点。异步起动永磁同步电动机 的特点是转子上有起动绕组或具有起动作用的整体铁心，能自起动，无需控制系 统即可接入市电起动运行。调速永磁同步电动机的定子一般采用三相对称的分布 式短距绕组，以得到接近正弦波的相电动势，并采用转子斜极或定子斜槽等措施 来降低齿槽转矩、振动和噪声。调速永磁同步电动机的转子结构形式多样，主要

28、 有永磁体表面凸出式、表面插入式和内置式三种结构，如图11所示。在永磁 体采用稀土永磁材料的情况下，由于该材料的相对回复磁导率接近于空气的磁一 导率，因此图1 （a）所示转子结构的直轴磁阻与交轴磁阻近似相等，于是该结构 的交、直轴电感近似相等，表现出隐极电机的特性。而另外两种结构的直轴磁阻 大于交轴磁阻，因而直轴电感小于交轴电感，表现出凸极电机的特性。(b)表面插入式(c)内置式(a)表面凸出式图1调速永磁同步电动机的转子结构三、永磁材料的性能永磁材料的主要性能参数永磁材料是一种经外部磁场饱和充磁后，无需外部能量而可以持续提供磁场 的特殊材料，也称为硬磁材料。永磁材料的磁滞回线较宽，可用磁滞回

29、线的第二 象限部分描述永磁材料的特性，称为退磁曲线，如图2所示。图2永磁材料的退磁曲线在上图的坐标系下，永磁材料中的磁场满足(1)式中0 = 4xlO-7H/m为真空的磁导率；M为单位体积内磁矩的矢量和, 称为磁化强度(A/m)。可以看出，在永磁材料中B有两个分量，即与真空中一样 的脚沂口磁化后产生的分量脚M,脚初称为内票磁感应强度，用Bi表示。由式 可推知，内票磁感应强度与磁感应强度之间满足如下关系式：Bj = B + jjoH由上式决定的曲线Bi=f (H)同称为内察退磁曲线。永磁材料有以下几项主要的性能参数：剩磁密度、矫顽力和内票矫顽力从图1 一 3可以看出，当磁场强度H为 零时，磁感应

30、强度B不为零，而是一个较大的值，称为剩余磁感应强度(或剩磁 密度)，用Br表示。当磁感应强度B为零时，H不为零而是He, He称为矫顽力。 同理，使内察磁感应强度B,降低至零所需的磁场强度称为内票矫顽力，用Hej 表示。对于内票矫顽力较高的稀土永磁材料来说，He和凡有较大的差别，而凡 更能表征材料保持磁化状态的能力。(2)表观剩磁当永磁体两端开路时，外磁路具有较大的磁阻，相当于对永磁 体产生了一个退磁场，这个退磁场的方向与材料内的磁感应强度方向相反。此时, 永磁体表现出来的磁感应强度不是B,而是退磁曲线上低于的某一点D所对应 的磁感应强度，如图所示，称为表观剩磁Bd。(3)最大磁能积永磁体通常

31、是在去磁情况下工作的，退磁曲线上任何一点代 表一个磁状态，该点B和H的乘积代表了该磁状态下永磁体所具有的磁场能量 密度，称为磁能积。如图1 3所示，退磁曲线上存在一点d,该点的磁感应强 度B、和磁场强度场的乘积有最大值，称为最大磁能积，用叨闭max表示。最 大磁能积越大，永磁材料性能越好。从理论上讲，在进行磁路设计时，将永磁体 的工作点设计在最大磁能积点时，可用最少的永磁体得到所需要的磁场。(4)回复磁导率当永磁体处于外加磁场中时，工作点为A点；当去掉外加磁 场时，工作点不是沿着退磁曲线变化，而是到一个新的位置A,如图1 3所示。 如果循环地改变外磁场，得到一个局部磁滞回线，由于其非常狭窄，故

32、可用一条 直线代替，称为回复线。回复线的斜率称为回复磁导率。AB/rec = tan a =AH|lrec与w的比值称为相对回复磁导率，用内表示。若退磁曲线为直线，则回复线 与退磁曲线重合。(5)温度系数永磁体通常工作在电磁装置内，装置所处环境温度的变化和装 置产生的热量使永磁体工作温度变化，对永磁体的性能有一定影响，其影响可用 温度系数表示。在永磁体允许的工作范围内，其所处环境温度每变化1C,剩余 磁感应强度变化的百分比称为剩磁温度系数，矫顽力变化的百分比称为矫顽力温 度系数，分别用OIB,和OlHc表示。温度系数表征了永磁材料的温度稳定性。(6)居里温度磁性材料并不是在任何温度下都具有磁性

33、的，存在一个临界温 度Teo在临界温度以上时，由于原子的剧烈热运动，原子磁矩的排列是混乱无 序的，材料不显示磁性;在临界温度以下时，原子磁矩排列整齐，产生自发磁化,材料表现出铁磁性。居里首先发现了这一现象，因而该临界温度被称为居里温度。(7)最高工作温度将规定尺寸的永磁材料样品加热到某一特定温度，保持 lOOOh,然后冷却到室温，其开路磁通不可逆损失小于5%的最高保温温度，称 为永磁材料的最高工作温度。(8)退磁曲线的拐点铁氧体退磁曲线的上半部分为直线，NdFeB稀土永磁体 的退磁曲线在室温下为直线，但温度升高到一定程度时都会出现弯曲。退磁曲线 上明显发生弯曲的点称为拐点。如果永磁体工作点在拐

34、点以下，会发生磁性能的 不可逆损失。四、永磁材料的种类我国是世界上最早利用磁性材料的国家，早在公元前2500年就己经出现了 关于天然磁石的知识，四大发明之一的指南针便是应用了天然磁铁的特性。但是, 世界上对永磁材料进行的深入科学研究直到19世纪末20世纪初才开始，永磁材 料的发展大致经历了四个阶段:第一阶段一基于碳钢的永磁材料、第二阶段一一 铝银钻永磁材料、第三阶段一铁氧体永磁材料、第四阶段一稀土永磁材料。永磁 材料种类繁多，根据其制造方式和组成成为的不同，可将常见的永磁材料分类如 下：铸造永磁体：铸造铝银钻铁氧体，铁氧体，盥铁氧体领铁氧体烧结永磁体烧结铝银钻金属磁体烧结稀土永磁,烧结稀土钻,

35、1:5稀土钻2:17稀土钻烧结轨铁硼铁铭钻永永磁材料铜锲铁永磁 可加工永磁体的钻和的铁永磁铁钻锐永磁 钛铝碳永磁粘结铁氧体永磁 粘结永磁体粘结稀土钻永磁 粘结铉铁硼永磁以下对主要的几种永磁材料做简要介绍：马氏体钢永磁材料是早期使用的永磁材料，包括碳钢、鸨钢、格钢、钻钢 和铝钢，它是通过热处理将己经加工好的零件加热到高温，通过淬火使奥氏体转 化为马氏体而得到的永磁材料。它的优点是塑性好，可进行冷加工和切削加工， 原材料丰富，但矫顽力和磁能积较低，多用于对磁性能要求不高而注重生产成本 的场合。(2)铁银钻基永磁材料包括铝模型永磁、铝银钻钦永磁和铝银钻永磁，其中 铝银钻永磁材料应用较多。铝银钻永磁材

36、料有铸造和烧结两种生产工艺，铸造工 艺可以加工不同尺寸和形状的永磁体，而烧结工艺仅限于加工小尺寸的永磁体， 但其工艺简单，很适合大批量生产。铝银钻的主要优点是温度系数非常低，一般 为一 0.02%/K,且工作温度范围可达一 273400,最高工作温度为520,居 里温度达8。0以上。铝馍钻的剩磁密度较高，范围在0.531.35T之间，但矫顽 力较低，一般只有50 160kA/m,因此对其进行充磁和去磁都很容易，新型的 记忆电动机就是通过对铝银钻材料不断地进行充磁和去磁来达到改变极性和调 节磁通的目的。在实际应用中，铝银钻永磁材料适合做成长棒形以尽可能地减小 退磁。为充分发挥其磁性能，对铝银钻构

37、成的磁路必须进行整体饱和充磁，且在 重新组装后还需再次整体饱和充磁，否则其磁性能将大大下降。铝银钻永磁材料 广泛应用于环境温度高或对永磁体温度稳定性要求严格的场合。(3)可加工永磁材料包括铁铭钻、铜银铁、铜锲钻、钳钻、铁钻钮和镒铝碳 等，它们力学性能好，能加工成各种带、片、板、线形状，且具有较高磁性能。 铁铭钻永磁材料的磁性能与铝镶钻相当，最大磁能积为40 48kJ/m,矫顽力达 159 207kA/m,最高使用温度可达400,机械韧性好;铜银铁和铜银钻具有较 高的矫顽力，但剩磁密度和最大磁能积较低;伯钻磁性能较高，其剩磁密度可达 0.72T,矫顽力可达4O0kA/m,居里温度为825,机械韧

38、性好，但价格较高， 主要应用于医疗和飞机航行记录仪；钵铝碳的矫顽力与铁氧体相当，剩磁温度系 数为一 0.02%/K,由于原料丰富因而价格便宜。(4)铁氧体永磁材料主要包括根铁氧体和铭铁氧体两类。铁氧体的显著特点 就是剩磁密度低、矫顽力高、相对回复磁导率小，其剩磁范围一般在0.2 0.44T 之间，而矫顽力可达128264kA 了 m,其抗去磁能力强，实际使用时适合做成 扁平形状。铁氧体永磁材料的主要原料是金属氧化物，一般不受环境或化学物质 影响，稳定性好，且原材料丰富而价廉，因此是一种应用较广泛的永磁材料，在 永磁电机中也有较多应用。(5)稀土钻永磁材料主要有两类：一类是RCos(R代表稀土元

39、素)，称为1:5 稀土钻;另一类是凡Col7,称为2:17稀土钻。1:5系列的矫顽力比2:17系列高， 而2:17系列的剩磁密度比1:5系列高，在退磁磁场较大的场合宜用1:5系列永磁 体。稀土钻的剩磁密度一般为0.85L15T,矫顽力可达80OkA/m,最大磁能积 可达258.6kJ/m3,退磁曲线基本为一条直线。稀土钻的居里温度高，一般能达到 710-800,剩磁温度系数为一(。.03 0.09)%/K,磁性能稳定性好，可在300 高温下使用。此外，稀土钻具有很强的耐腐蚀和抗氧化能力，通常无需进行表面 处理。虽然稀土钻的性能优异，但由于含有稀有的金属衫和战略金属钻，因此价 格昂贵，限制了它的

40、应用范围，主要应用于军事和航天等要求永磁体体积小、重 量轻、磁性能高且稳定的场合。(6)钦铁硼永磁材料是目前磁性能最好的永磁材料，它的主要成分是NdZFe, 4Bo其最大磁能积可达398kJ/m,为铁氧体永磁材料的5 12倍、铝银钻永磁 材料的310倍，剩磁密度最高可达1.47T,矫顽力最高可超过1000kA/m,能吸 起相当于自身重量640倍的重物。但钦铁硼的居里温度低，仅为31040。,温 度稳定性较差，其剩磁温度系数为一Q095 0.15)%/K,矫顽力温度系数为一 (0.40.7)%/K, 一般最高工作温度为150,但目前己有能耐20。高温的钱铁硼 材料。钱铁硼在常温下的退磁曲线是一条

41、直线，但在高温下其退磁曲线的下部会 发生弯曲，若设计不当易发生不可逆退磁。钦铁硼材料内含有大量的钦和铁成分, 易锈蚀，化学稳定性欠佳，一般需要对其表面做电镀处理，通常镀层厚度为10 -40|imo由于钦铁硼材料中不含钻，且钦在稀土中的含量是衫的十几倍，因此 钦铁硼的价格比稀土钻材料要低很多，近些年己广泛应用于永磁电机中，基本取 代了铁氧体材料。五、结论本文首先介绍了永磁电机的发展、应用，对从1821年开始以来永磁体的发 展和永磁电机的应用场合及其发展方向进行了详细介绍；其次对永磁电机和其永 磁材料的主要性能参数做了详细分析。最后对永磁材料的种类进行了概括性的介 绍。参考文献1唐任远.现代永磁电

42、机理论与设计.北京:机械工业出版社，1997.2王秀和.永磁电机.北京:中国电力出版社,2007.3耿连发，吴延忠.现代永磁电机发展趋势.沈阳工业大学学报，1995, 176:25-28.4黄明星.新型永磁电机的设计分析与应用研究.浙江大学，博士学位论文.2008.5唐任远.稀土永磁电机发展综述.电气技术，2005, 4:1-6.附录资料:不需要的可以自行删除管件工艺流程及技术特点1、生产工艺流程：1.1弯头工艺流程1.3钢板制对焊三通工艺流程V2、生产过程中关键工序的控制：2.1材料2. 1. 1材料选用1）冶炼方式：原材料按相应标准规定的方法进行冶炼，必须为镇静钢且具有要 求的热处理状态。