同步电机之关于永磁材料的应用

    永磁电机作为能量转换元件，是由它的永磁体磁极向气隙提供磁通，从而实现能量传递。为了能使永磁电机的磁性能强弱一致以及磁极安装方便，通常在永磁电机制造厂进行充磁。为了改善永磁电机性能，有时还要对永磁体进行退磁及调整处理，有时也常要对永磁体进行稳定处理，所以对永磁体进行充磁、退磁及稳定处理等是应用时必须了解的知识。

2 . 3 . 1永磁材料的充磁

1．永磁材料充磁的基本原理

永磁体磁极制造完成后并不显示极性，其原因是永磁体中的磁畴为任意排列，即磁矩为任意方向，只有在充磁后才会显示出磁场方向。为了使永磁材料获得磁能就必须为永磁体充磁，目前对永磁体充磁大体有三种方法，即直流充磁机法，脉冲充磁机法及超导磁场法。所谓直流充磁机就是采用直流发电机、硅整流器及蓄电池等产生足够大的充电电流，此电流周围所产生的磁场对永磁体充磁。脉冲充磁机法是由电源、电容器等构成充电电路，充电时间短，瞬时充电电流大，从而产生强磁场，是一种较好的充磁方法。超导充磁法是用超导材料制成螺线管，将温度降到超导临界温度以下，然后通人强大电流，螺线管中心产生巨大磁场，使放在磁场中心的永磁体充磁。不论哪一种充磁方法，它的磁场强度必须足够大，通常为充磁材料内察矫顽力的3一5倍。

2．对永磁材料的充磁方法

工厂中对永磁材料充磁一般采用以下方法：

l）单件充磁这种方法是将单块永磁体充磁后再装人电机的定子或转子上，适用于小批量生产的电机中。其优点是永磁体容易饱和，但装配及总装困难。为保证装配质量，必须采用特殊夹具及短路环，这种方法适用于高矫顽力永磁材料（例如稀土类永磁材料、铁氧体永磁材料等）充磁，因充磁后不怕失磁。

2）组件充磁组件充磁是将永磁体磁极与电机的定子或转子装配在一起，再将组件加工到所需要的尺矛后再进行充磁，这种方法适合于多极电机。这种多极电机多用粘结永磁体制成，优点是一次可以形成多极充磁且磁性能均匀，但充磁设计比较复杂，充磁头及夹具需要精心设计与制造才能获得满意的充磁效果。在小功率电机及微特电机中，也有用这种组件充磁的方法。

3）整机充磁整机充磁是装配完成之后进行充磁，这种方法适合于批量生产的永磁电机。此外，对于铝镍钻永磁电机，为了保证它稳定的磁路工作点，也是装配后整机充磁。整机充磁比较适合于小功率永磁电机或微特电机充磁。这种充磁方法要注意充磁头的形状及极头圆弧角的设计，以便获得良好的气隙磁感应强度波形，另外充磁时应有足够的安匝数，使其永磁体饱和或磁体被充分磁化。

这种方法比较适合于小功率电机或微特电机的定子组件充磁，这种充磁方法的充磁头是两个半圆形极头，极头圆弧半径与整个极头长度应有合适的比例才能获得理想的磁通波形。此外还要考虑充磁线圈排列空间，以便获得充分的充磁安匝数。

以上介绍了三种充磁方法，在实际的充磁中，还可以因地制宜采取不同的方法。不论采用什么样方法充磁，要注意充磁回路不要饱和，即铁扼充磁头截面积要足够大，使得磁感应强度较低，这样才能保证充磁的永磁体被完全磁化。

2 . 3 . 2永磁材料的退磁与调整

由于永磁材料性能的离散性，充磁后各磁极强度不均，造成各磁极极性不均，甚至使永磁电机无法工作，因此需要进行部分磁极退磁与调整。另外在自动化控制系统中，往往一套系统控制多台永磁电机，为了达到参数匹配，这样也需要对部分磁极过高的永磁电机进行退磁调整。对磁性能过低的需要进行再充磁，以满足整个系统的要求。对于永磁体磁极退磁目前有以下几种方法：

1．交流脉冲退磁法

这种退磁方法是应用控制脉冲退磁电流大小，来控制退磁磁场的幅值，使其达到某一需要的磁特性。这种方法适用于矫顽力较高的铁氧体永磁材料及稀土永磁材料。

2．交变螺线管退磁法

这种退磁方法是根据交流退磁磁场幅值及周期，将永磁体磁性退到需要值。退磁磁场幅值要连续均匀地减小，且每一个周期间隔要适当，这样才能达到电机所需要的磁特性，这种退磁方法适用于低矫顽力的永磁材料。

3．加热退磁法

这种退磁方法是将永磁体磁极加热到该种材料居里温度点以上，并保持一段时间，使磁畴被分子热运动破坏，从而达到退磁的目的，这种方法适用于永磁体磁极完全退磁，加热退磁法应用于重新充磁中，如永磁体磁极性能过于低下，需要进行再充磁，为了使充磁完好，最好把原有磁性退掉，再充磁时容易达到饱和点，使永磁体磁极完全被磁化。