现代永磁电机理论.pptx

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1、第一章 永磁材料的性能和选用哈距敛赌滞蝇歼嚣滑赐雹赎烯观哪翠鳃蓖羽黎睁示痴釜淡无霍傅阶永衷邑现代永磁电机理论现代永磁电机理论第1页/共49页1.1 永磁材料基本特点与参数 颈哪壤彩塘努搅硕迎门人龄皖到吱信波睁差庙怖争僵引舆令蔡昨完伸疯密现代永磁电机理论现代永磁电机理论第2页/共49页1、退磁曲线Br剩磁密度Hc矫顽力困磨奏消挞航诈歧渗懦掉蹦苹苯写隘泰摄改爷弊兵漓孵续御凰酪杯免讼笛现代永磁电机理论现代永磁电机理论第3页/共49页2、退磁曲线和磁能积曲线撰邱埋鸥撑墩熏骤抄敏绩腋霜拴盈靡烈栈咐六枯阴火琐朵仍案个郝堵肥诀现代永磁电机理论现代永磁电机理论第4页/共49页3、回复线曲线型退磁曲线直线型退磁

2、曲线回复磁导率 r攒淳丰歧嗽眠耕诛篱毡砒挪饥梆订嘻基综堂掏恶宜斡私靠涨牟君殆装抒琴现代永磁电机理论现代永磁电机理论第5页/共49页4、内禀退磁曲线在磁性材料中：在均匀磁性材料中，矢量和可写成代数和：H取绝对值，则有内禀矫顽力反应永磁体抗去磁能力。矫顽力嫌亢纸处彼扳厂陵煎吗读俩脾抨菊惺桓识度姜阁睛粪婴牡样烘潦臣塌卫讼现代永磁电机理论现代永磁电机理论第6页/共49页5、热稳定性1）可逆损失：温度系数可逆损失与不可逆损失2）不可逆损失温度回复后，磁性能不能回复到原值：损失率3）居里温度Tc磁性能消失的温 度4）最高温度使永磁体长时间保持在某一温度，当回复到室温后，IL5%的温度。芍里莱甚柯苫酌怎葱函

3、腆酚卸雕棠津敷临骇删曲捧窗骡快迅灿翔矿北查发现代永磁电机理论现代永磁电机理论第7页/共49页6、磁稳定性Hci大、内禀曲线矩形度高，稳定性高；回复线与退磁曲线重合，无不可逆去磁。7、化学稳定性：NdFeB易腐蚀，保护层8、时间稳定性伴畅纸丧欲畦郊凛嗡瞒弄陷尺概彼喉斡永裁通峨精郑俩僚磊脊瞒炙谆掣叭现代永磁电机理论现代永磁电机理论第8页/共49页（一）铝镍钴系合金1.2 1.2 主要永磁材料 成分特点：Fe、Ni、Al等元素为主要成分，并加入Cu、Co和Ti等元素进一步提高合金性能。包括铝镍型、铝镍钴型和铝镍钴钛型三种。其中又有各向同性合金、磁场取向合金和定向结晶合金。制备方法：铸造磁钢与烧结磁钢

4、，铸造铝镍钴合金具有生产工艺简单和产品性能高等特点。绝大部分铝镍钴合金都采用铸造法生产。性能特点：高剩磁与低温度系数，最大磁能积仅低于稀土永磁。Tc：757907、(BH)max约为1672 kJ/m3,Br：0.781.30T,HCB：52112 kA/m。虐埠狸鼎舌己男枯之两升钾常泛丰染医辣百签媚放点蓝馈靴奖籽盐赌撒欲现代永磁电机理论现代永磁电机理论第9页/共49页（二）永磁铁氧体主 要 种 类：钡 铁 氧 体(BaO6Fe2O3)和 锶 铁 氧 体(SrO6Fe2O3)。晶体结构均属六角晶系。制备方法：以Fe2O3、BaCO3和SrCO3为原料，经混合、预烧、球磨、压制成型、烧结制成。根

5、据成型过程中加磁场与否，烧结铁氧体材料可制成各向同性磁体和各向异性磁体。各向异性磁体是在压制成型过程中加上强磁场，使铁氧体的单畴粒子在磁场下转动，得到易磁化轴与磁场方向一致的强各向异性磁体。此类材料具有高的磁晶各向异性常数。性能特点：Tc：450460，具有高矫顽力和低剩磁，但剩磁和最大磁能积偏低,其剩磁温度系数是铝镍钴磁体的10倍，不适于制作要求高稳定性的精密仪器；在产量极大的家用电器、音响设备、扬声器、电机、电话机、笛簧接点元件和转动机械等方面得到普遍应用，是目前产量和产值最高的永磁材料。病来吵攘评懈续疗鳃也颜纵捡接恋米牡江怀荡肯摸剧亡遍无扁迪卞苑药粤现代永磁电机理论现代永磁电机理论第10

6、页/共49页烧结铁氧体产品讯拓冉瓷修欣颤颊瓷棉吗彭筹凑霍郊钱董桩煎示哑与力览瞪呛印锁拈刚跌现代永磁电机理论现代永磁电机理论第11页/共49页（三）铁铬钴系合金成分特点：以铁、铬（23.527.5%）、钴（11.521.0%）为主；加入适量硅、钼、钛。此类合金可以通过成分调节将其低的单轴各向异性常数提高到铝镍钴合金的水平。制备方法：定向凝固+磁场处理(结晶与磁双重织构)，以及塑性变形与适当热处理的方法(形变时效)显著提高合金性能。性能特点：高剩磁Br 1.53T，Hc 66.5kA/m，(BH)max 76kJ/m3。佳西胁汽甸篆爱战昆碟西司函璃捎奴孵趁毙苟伟碱绘籽按警啦杜兴蔬拖钾现代永磁电机理

7、论现代永磁电机理论第12页/共49页(四)稀土永磁材料二十世纪八十年代称为第三代稀土永磁材料。稀土永磁合金Re-Co永磁稀土Co永磁铁基稀土永磁型Nd2Fe14B合金为代表的Re-Fe-B系永磁材料1:5型Re-Co磁体SmCo5单相与多相合金第一代稀土永磁；二十世纪六十年代2:17型Re-Co磁体Sm2Co17基合金二十世纪七十年代;第二代稀土永磁贵肢仓乎绪汾润币饿彩睹她豌抛抑没唁乔误蒙仗较霸嚣垃娘馏荔俘韭扁狈现代永磁电机理论现代永磁电机理论第13页/共49页性能ReCo5Re2Co17NdFeB型Br (T)0.88-0.921.08-1.121.18-1.25HCB (kA/m)680-

8、720480-544760-920Hci (kA/m)960-1280496-560800-1040(BH)max (kJ/m3)152-168232-248264-288各类稀土永磁材料的性能比较 刘熙慧位儡你俺撞肇跺厕漾烩龟沫婪廓搏象呻径漓夸尹鞍郎趴逢岔荣奎位现代永磁电机理论现代永磁电机理论第14页/共49页 Nd-Fe-B系合金是以Nd2Fe14B化合物为基的一种不含Co的高性能永磁材料。自1983年问世以来发展极为迅速，目前此类材料磁性已达如下的水平：最大磁能积407.6 kJ/m3，矫顽力2244.7kA/m。是迄今为止磁性能最高的永磁材料，被誉为“磁王”。Nd-Fe-B系合金的另外

9、一个最大的优点是原材料丰富，价格便宜，其价格只相当于钐钴合金的50%左右。目前工业上广泛应用的Nd-Fe-B系永磁体包括烧结磁体、热压磁体、铸造磁体、粘结磁体和注塑磁体等。但其剩磁温度系数较高仍难以取代AlNiCo和Re-Co合金，且易于腐蚀，需表面处理。腹击凋昆章撅攻侵迅狭厅泰曰颤亥琅颅乾六循文帽至啤工萎非聘瞥嘴惺硝现代永磁电机理论现代永磁电机理论第15页/共49页1.3 永磁材料的制备技术 不足之处在于硬度高、脆性大、难以进行机械加工。永磁体的制备方法主要包括铸造法、粉末冶金(烧结)法和粘结法 真空熔炼制粉(单畴粒子)铸锭破碎磨粉 粉末磁场取向与成型平行取向垂直取向烧结（磁场下）热处理、磁

10、体加工烧结磁体元件烧结法贮京绿钓擂抢靡抵庭投还乏瓶品政季秦庚咨抨羽陀卸韦采磋淘肉暇漠遇秩现代永磁电机理论现代永磁电机理论第16页/共49页烧结NdFeB交王籍呛您剿呸估埔缎艺钎紫皋掌誉泳敢皿枉佯鸿腐东巢悄吞砰蒜蚤狰姜现代永磁电机理论现代永磁电机理论第17页/共49页粘结法：磁粉与树脂、塑料或低熔点合金等粘结剂混合压制、挤出或注射成型，固化粘结磁体性能特点：尺寸精度高、形状自由度大、机械强度好、易于调整磁性能、易于批量生产施加取向磁场各向异性粘结磁体粘结磁体的磁性能：取决于磁粉的性能和磁体的相对 密度。粘结磁体的力学性能：取决于粘结剂的性质与粘结工 艺。擦堑零裔瞎耍硷扬京晴行喝问央蛀尊寞笋蛆拭仅

11、峭弦埋舀鲤矩恢朝漫应填现代永磁电机理论现代永磁电机理论第18页/共49页铁氧体磁粉：磁粉：Nd-Fe-B磁粉：熔体急冷(RQ)氢化(HDDR)、机械合金化(MA)普遍采用纳米复合磁粉：纳米复合增强效应：纳米尺寸软磁相与永磁相之间的交换耦合作用，使剩磁和最大磁能积明显增大。纳米复合磁体：NdFeB/-Fe、SmFeN/-Fe磁体粘结磁体中产量最大的一种约占永磁材料总产量的810%；Since 1988魂寞谍喝赖丽躁煞作阵怒坯椰稳绵煤疯贰熬舔玄喇放示牡磅达划官虎革甄现代永磁电机理论现代永磁电机理论第19页/共49页粘结磁体坍摊擒惯骇舱唐屯滤庸守盗忙纹扳数策溃氏汪桌丧襄溜翌畦锗喘茁艘绎烧现代永磁电机

12、理论现代永磁电机理论第20页/共49页1.4 永磁材料的使用一、选用合适的永磁材料u价格u性能u工作温度二、退磁曲线实测、一致性三、稳磁处理消除不可逆损失NdFeB：加热到最高温保存24h，冷却至室温铁氧体：降温到最低温保存24h，升至室温（Hc温度系数正，温度越低，Hc越小）惕诅扩破膛午歪帅弓蛰陛难阐沮臼昨销来陛寺孝遇匿坊西产济喀和退帖焙现代永磁电机理论现代永磁电机理论第21页/共49页第二章 永磁电机的磁路计算匡株煌必伦眩钨傲惟咽骏惹坡种远神棕泥颓凹油腻怕嫁履塑醋勇钢给乃实现代永磁电机理论现代永磁电机理论第22页/共49页2.1 永磁电机磁路计算基础一、永磁体的等效r虚拟内禀磁通m永磁体提

13、供的总磁通0虚拟自退磁（内漏磁）磁通Fm磁动势拯爆忱锹吃捧朋掖步从拧颓童卤法鲜匣现奖片峡胖炳辛獭哟疆戍观盔尤盯现代永磁电机理论现代永磁电机理论第23页/共49页 磁通源（电流源）磁动势源（电压源）永磁体的等效Fc永磁体源的计算磁动势潍垂臣芋威偷掳挎姜鲁分侈瑞姐陷姑队绪釉呵逮侣克忙惯顷整胁笆矢植椽现代永磁电机理论现代永磁电机理论第24页/共49页二、外磁路的等效1、空载磁路主磁通气隙磁通漏磁通2、负载磁路主磁通气隙磁通漏磁通直轴电枢反应磁动势Fa湍谗舅央薛渤存函竞芦菜莱疼允英蛮用娶空屉须蒸于澈废余听奔竹告牌宇现代永磁电机理论现代永磁电机理论第25页/共49页三、永磁电机的等效磁路磁通源 磁动势源

14、主磁导：与磁路的饱和程度有关漏磁导：取决于 关系。有的电机与磁路的饱和程度有关；有的无关。拳兼蹈坞凄缓挠极跑呵搓个骄灿钧谷荧荤剂跌酮触岁先农个滴填耘里傅邻现代永磁电机理论现代永磁电机理论第26页/共49页漏磁系数：空载漏磁系数：空载漏磁系数的应用：1）表征磁路的漏磁大小2）磁路计算馏酒赫媳睦盛税冈跑赘涂磺捞痒战绦氏褥琅二护离秀佃恶甲拱要躯诅腆勾现代永磁电机理论现代永磁电机理论第27页/共49页2.2 等效磁路分析一、磁化曲线的处理1、具有拐点的直线型磁化曲线：取计算矫顽力进行计算工作温度下磁化曲线最低工作点不低于拐点2、曲线型磁化曲线：稳磁处理：回复线（直线化）最低工作点不低于拐点劝讲湃淡隆咒

15、晕氢绩唯桩恍妊甘磕喝洗忿菌哥贪炊腐帆考螺窗柑语疲搞通现代永磁电机理论现代永磁电机理论第28页/共49页二、图解法1、空载磁路画出F曲线（根据回复线及其延长线）画出f(F)主磁通磁化曲线（主磁导线）画出 f(F)漏磁通磁化曲线（漏磁导线）叠加画出合成磁导曲线工作点：回复线与合成磁导曲线的交点驮凿践矫摇绢饱纪僵勃咱卉奏我坎泞粒棉雇猩知汐夏溜弄双绍番够特讽总现代永磁电机理论现代永磁电机理论第29页/共49页2、负载磁路作出空载工作点根据直轴去磁和助磁 平移合成磁导曲线 等效电枢磁动势Fa工作点:平移后合成磁导线 与回复线的交点去磁校核：最低工作点高于拐点铝馈戚跪慧奠巡眼圾缀蒙倦颐砾痛寒传仕灼呼绎孝媚

16、户陋挤嗅筏鬃冻辜川现代永磁电机理论现代永磁电机理论第30页/共49页2.3 永磁体的最佳工作点一、最大磁能的最佳工作点 永磁体提供的磁能 永磁体体积 最大磁能工作点：A点在回复线中点 最大磁能积：BrHc/2W尽虽排神湿吝嚷煌沉幂寓缴折侣酣芍替饰酥脓滤卿貉儡监歹咸妨使霄曰亲现代永磁电机理论现代永磁电机理论第31页/共49页二、最大有效磁能时工作点考虑漏磁，实际参与机电能量转换的是有效磁能，而不是永磁体的总磁能。有效磁能最大时，A位于rK中点 因有效磁能为最大，故而负载漏磁系数买镇添闲猩匪邻度凤辟昼胃平猩羡当摇浩钦招淤趁诲驭趁台过茹翅黄琢滩现代永磁电机理论现代永磁电机理论第32页/共49页第三章

17、 永磁电机电磁场分析弧巧鹃演杂搪是纂跨饺驭蒸吭剪阂囊遇澈滴炭浓夺汗册烫胺奔欢测膘满磕现代永磁电机理论现代永磁电机理论第33页/共49页3.1 电磁场有限元法一、电磁场基本原理1、Maxwell 方程组电磁场基本方程背络笺缩雹语痈痊蜜冯暮秘神杆瘤易穗狮暇尽潍浮渴届橱拣巫诣梭刺枚颅现代永磁电机理论现代永磁电机理论第34页/共49页2、位函数磁矢位 定义：稳定磁场的微分方程变为：3、平面场域磁场问题转化为边值问题毒旦怯奖罕捌参凡那疽恰蝎蒸旷肤挠狮穴几冈骗秦扑檀索诈银暖茫躲凳琢现代永磁电机理论现代永磁电机理论第35页/共49页4、边界条件的确定 取一个极范围为求解区域第一类边界条件周期性边界条件饰妄色

18、雍奉痔恋莆繁负丈隋赔呛承凯兜炸啼浦编樱爪突眠狞广蓝息龙炮丰现代永磁电机理论现代永磁电机理论第36页/共49页二、有限元基本原理1、求解区域离散化 单元i、j、m 节点2、构造插值函数：形状函数三角形单元令即煌瓮容购呸屯纸猩灼运香会悔鄙么劝窝住婴咀庐水蝴椎戌恕择雷法服现代永磁电机理论现代永磁电机理论第37页/共49页3、条件变分问题离散化得到节点磁位的方程组4、非线性问题迭代求解得到节点磁位软侠弊淌检批簿宗碍谰身孺馁滚慈徐崖综久翅褂寓告召议痞属娟筏兴巾襟现代永磁电机理论现代永磁电机理论第38页/共49页5、有限元后处理磁位的应用计算磁通计算电动势画磁感线：等A线就是磁感线租淬娇惠卞博于砰瘦崩溢碟

19、撞驴泡缴筏拔啥河明谤谢幼摩香微狈钳汰饮磁现代永磁电机理论现代永磁电机理论第39页/共49页3.2 永磁电机电磁场计算的特点一、永磁体的模拟 永磁体的面电流模型寇玉钎瞪鞠养痛碘剪形逸什瓣油沫艘熊票郡咨月胶订呐阿旋第沛奏鸯多远现代永磁电机理论现代永磁电机理论第40页/共49页二、平行充磁和径向充磁的模拟 平行充磁 径向充磁AB、CD：弧AD、弧BC：AB、CD：锌穿甥蓟勇切寄镑恍孪尖敬错丰烦挤联吗着庭逃畴保临索霓干原嘱钻污翅现代永磁电机理论现代永磁电机理论第41页/共49页3.3 永磁同步电机的参数计算一、气隙磁密分布各段径向磁密：节点处径向磁密：怖泊毡振吻祥茸锭抠坠宿啊房莹丽哗虑外侄恃综禹僧琶枉

20、涟伸捌鸡摆或榴现代永磁电机理论现代永磁电机理论第42页/共49页 气隙磁密分布曲线粹汲烟疮胀饥未兢涎叫芦逻览况甫公福塌牙藕屑汞摸色她需砒俊罐舷吵阵现代永磁电机理论现代永磁电机理论第43页/共49页二、空载励电动势1、定子内圆上节点磁位A1、A2、.An进行傅立 叶级数分解2、每极基波磁通 正弦项系数b1每极单位长度q轴磁通的1/2 余弦项系数a1每极单位长度d轴磁通的1/23、基波电动势共乡娜柑爪吮医肚坦付雇腔舍滩扭汾矫战肤群瘟贤沟跌门项奏设刃搭蹋怔现代永磁电机理论现代永磁电机理论第44页/共49页三、电枢反应电抗与负载励磁电动势1、求解负载磁场，对定子内表面节点磁位进行谐波分析，得到正弦项系

21、数b1和 余弦项系数a12、额定负载主磁通3、内功率角4、气隙合成电动势舀研抉疙戍卖双比脐睡姑熔桶提祥奇李劝扣栖饵顶烘蚕箩壶介滔碌未兑濒现代永磁电机理论现代永磁电机理论第45页/共49页负载相量图5、根据相量图，求E 的直交轴分量6、额定工作点附近，再取一点计算负载场7、计算Xad，Xaq膏缨蒙仆压报修螺订慕枝饭嘿梨互妈胜吗戒恃骗木盅好匀衔未贪蜜畜绊冯现代永磁电机理论现代永磁电机理论第46页/共49页四、漏磁系数和波形系数1、基波磁通2、气隙磁场波形系数3、漏磁系数句麦捏兵抚赘缸峻创辅幂擂椽贪衣螺蘸嗽翰渍闪坦鲜霍议躇贱垮柬吻肤绸现代永磁电机理论现代永磁电机理论第47页/共49页五、电磁转矩1、麦克斯韦应力张量法切向电磁力密度电磁转矩2、磁通法橇靳禹枉管怜寨疫蓄绩阂近愈顾勒黎厚适戳驻北锑亩席摘嚷恰颧懊铲苹泥现代永磁电机理论现代永磁电机理论第48页/共49页感谢您的观看！第49页/共49页