永磁稀土电机的退磁现象

1、铁磁性材料的磁化特性：(characteristic offerromagnetic material )1. 铁磁性物质的磁化铁磁材料：铁、镍、钻、硅及其合金磁化曲线：B = f(H)特性：具有高的导磁性能；磁化曲线呈非线性(饱和特性)2. 磁滞回线 磁滞现象：B的变化总是滞后 H的变化；H = 0时B的值，称为剩磁Br ； 基本磁化曲线：B(H)； 铁磁材料软磁材料：卩高，Br小，磁滞回线窄而长，女口:Y铸钢、硅钢、坡莫合金，制作电机铁心；I硬磁材料：卩不高，B大，磁滞回线宽而胖、高矫顽力和高剩磁，女口：铁钻钒(FeCoV)、铁钻钼(FeCoMO、 锰铋(MnBi、及稀土永磁材料铁氧体、

2、钕铁硼、钐钻(SmCo)、 钕镍钻(NdNiCO,制造永久磁铁；3. 磁滞损耗和涡流损耗2 磁滞损耗：磁畴之间产生摩擦而产生的，Ph * fBm 涡流损耗：涡流与铁心电阻相作用产生的损耗，PFe 二 f2B；d2/Re1.32 铁损：涡流、磁滞损耗，Pfe * f Bm钕铁硼磁钢属于负温度系数永磁材料，主要是在 高温下发生退磁现象，即随温度上升，矫顽力He值 将下降。因此，我们采用正温稳磁处理法。正温稳磁就是把充好磁的产品放人温度比使用温度高 3050 C 的烘箱中保持24小时。稳磁处理后，磁钢磁性能 略有下降。电机在峰值转矩为 4 倍额定转矩的过载情况下运 行，电枢反应使磁场扭变， 磁钢呈现

3、不可逆去磁现象。稀土永磁钕铁硼（NdFeB）是当代磁体中性能最强 的永磁体， 它不仅具有高剩磁、 高矫顽力、 高磁能积、 高性能价格比等特性，而且容易加工成各种尺寸，现 已广泛应用于航空、航天、电子、电声、机电、仪器稀土永磁电机稀土永磁同步电机采用稀土永磁材料，具有效率高、功 率密度大等特点，在中、小功率的系统中有优势。但是稀土 永磁同步电机的成本高，而且目前使用最多的钕铁硼稀土永 磁体的工作温度比较低，电机运行时的温升不能太高。稀土 永磁同步电机分为正弦波稀土永磁同步电机（通常称为稀土 永磁同步电机）和方波型稀土永磁同步电机（通常称为稀土 永磁无刷直流电机）。正弦波稀土永磁同步电机的特点是，

4、永磁体在气隙中产 生的磁场空间上按照正弦分布，定子三相绕组为正弦分布绕 组，电机的反电动势及电机定子电流均为正弦波；而稀土永 磁无刷直流电机为梯形波。永磁无刷直流电动机是一种高性能的电动机。它的最大 特点就是具有直流电动机的外特性而没有换向器和电刷组 成的机械接触结构。另外，它采用永磁体转子，没有励磁损 耗；发热的电枢绕组又装在外面的定子上，散热容易，因此，永磁无刷直流电动机没有换向火花，没有无线电干扰，寿命 长，运行可靠，维修简便。此外，它的转速不受机械换向的 限制，如果采用空气轴承或磁悬浮轴承，可以在每分钟高达 几十万转运行。永磁无刷直流电动机与其它电动机系统相比 具有更高的能量密度和更高

5、的效率，在电动汽车中有着很好 的应用前景。永磁无刷直流电动机受到永磁材料工艺的影响和限制，使得永磁无刷直流电动机的功率范围较小。永磁材料在受到振动、高温和过载电流作用时，其导磁 性能可能会下降或发生退磁现象，将降低永磁电动机的性 能，严重时还会损坏电动机，在使用中必须严格控制，使其 不发生过载。永磁无刷直流电动机在恒功率模式下，操纵复杂，需要 一套复杂的控制系统，从而使得永磁无刷直流电动机的驱动 系统造价很高。磁体常应用在电表、扬声器、耳机、拾音器、永磁发电机等设备中。电磁体由线圈和软磁材料制成的铁芯组成。线圈通过电流，铁芯被磁化产生去磁又叫“退磁”。加热和捶打磁体能使磁性减弱或去掉。我们要保

6、持永磁体的磁性，就不要对永磁体加热或敲击。永磁体的娇嫩也是影响 永磁搅拌装置 发展的重要原因。 永磁搅拌装置用的永磁体一般采用钕铁硼等永磁材料，这些 永磁材料的优点是体积小，磁能积数高。缺点是对温度敏感，热稳定性差，环境温度一旦超过规 定值就会退磁，而这个规定值目前只能做到 80 C180 C （不 同品种的永磁体的规定值不同），提高永磁体的工作温度是 永磁材料科研工作者的难点之一，在短期内难以有突破性进 展。居里点温度是衡量磁性材料的重要指标，是指磁 性材料永久失去磁性的温度，一旦环境温度超过居里 点温度，即使时间很短，永磁材料也会退磁。好一些的永磁材料的居里点可能高些，但随着居里点温度的提

7、高永 磁体的价格增加很快，如工作温度为180 C的永磁体的价格为工作温度为80 C的3倍以上。由于这些永磁材料在温度不 太高的环境里就会失去磁性，因此它 不适宜在炉底这样的高温度环境工作 ，即便是在温度较低的环境里使用，随着时间 的推移，这些永磁体的磁场强度也会降低，从而使搅拌力下 降。永磁体的价格占永磁搅拌装置价格的70%80%, 旦永磁体失去磁性，损失是很大的。正是由于永磁体不良的温 度特性，限制了永磁材料的使用范围。目前使用的几台永磁 搅拌装置的冷却风机得不停的给永磁体降温，只要铝熔炉温 度没有降低， 即使停止搅拌， 风机也不能停， 就是这个原因。 如果炉底的环境温度升高，那造成的后果可

8、能是灾难性的。 铁磁性物质的最明显的特点是易于磁化，它的磁化率比强顺 磁物质要高几个数量级，并随磁场强度而变。磁化强度有饱 和现象，即在一定温度下达到某强度时有不再随磁场的增强 而增的趋势。铁磁材料在不很强的磁场范围的磁性观测一般不用法 拉第、居里等方法而用感应法。现代化的振动样品磁强计等 在原理上也属于感应法。温度对铁磁性的影响很大。 铁的强磁性随温度上升而减 弱，至一转变温度时强磁性消失。这转变温度被称为居里温 度或居里点。纯铁的居里点为 1043K。步进电机和交流伺服电机性能比较步进电机和交流伺服电机性能比较 步进电机是一种离散运动的装置，它和现代数字控制技 术有着本质的联系。在目前国内

9、的数字控制系统中，步进电 机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交 流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应 数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或 全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方 式上相似（脉冲串和方向信号） ，但在使用性能和应用场合 上存在着较大的差异。现就二者的使用性能作一比较。一、控制精度不同两相混合式步进电机步距角一般为 3.6 °、 1.8 °，五 相混合式步进电机步距角一般为 0.72 °、 0.36 °。也有一 些高性能的步进电机步距角更小。如四通公司生产的一种用 于慢走丝机床的

10、步进电机， 其步距角为 0.09 °； 德国百格拉 公司（BERGER LAHR生产的三相混合式步进电机其步距角 可通过拨码开关设置为1.8 °、0.9 °、 0.72 °、 0.36 °、0.18 °、0.09 °、0.072°、0.036°，兼容了两相和五相混 合式步进电机的步距角。交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器 保证。以松下全数字式交流伺服电机为例， 对于带标准 2500 线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术， 其脉冲当量为 360°/10000=0.036

11、°。 对于带 17 位编码器的 电机而言，驱动器每接收 217=131072 个脉冲电机转一圈， 即其脉冲当量为 360°/131072=9.89 秒。是步距角为 1.8 ° 的步进电机的脉冲当量的 1/655 。二、低频特性不同 步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负 载情况和驱动器性能有关，一般认为振动频率为电机空载起 跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振 动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低 速时，一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电 机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。交流伺服电机运转非常平稳，即使在

12、低速时也不会出现 振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的 刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能（FFT）,可检测出机械的共振点，便于系统调整。三、矩频特性不同 步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速 时会急剧下降，所以其最高工作转速一般在300600RPM交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为 2000RPM或3000RPM以内，都能输出额定转矩，在额定转 速以上为恒功率输出。四、过载能力不同步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强 的过载能力。以松下交流伺服系统为例，它具有速度过载和 转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的三倍，可用于克服 惯性负载在

13、启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过 载能力，在选型时为了克服这种惯性力矩，往往需要选取较 大转矩的电机，而机器在正常工作期间又不需要那么大的转 矩，便出现了力矩浪费的现象。五、运行性能不同步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大 易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现 象，所以为保证其控制精度，应处理好升、降速问题。交流 伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈 信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步 进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。六、速度响应性能不同 步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百 转）需要200400毫秒

14、。交流伺服系统的加速性能较好， 以松下MSMA 400Wt流伺服电机为例，从静止加速到其额定 转速3000RPM仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场 合。综上所述，交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电 机。但在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行电 动机。所以，在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、 成本等多方面的因素，选用适当的控制电机。1. 什么是步进电机 ?步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通 俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步 进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角） 。您 可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位 的目的

15、；同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速 度和加速度，从而达到调速的目的。2. 步进电机分哪几种 ?步进电机分三种：永磁式（ PM ，反应式（VR和混合式（ HB）永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为 7.5 度 或 15 度；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一 般为 1.5 度，但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家 80 年代已被淘汰；混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优 点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为 1.8 度而五相 步进角一般为 0.72 度。这种步进电机的应用最为广泛。3. 什么是保持转矩（ HOLDING TORQUE?保持转矩（HOL

16、DING TORQUE是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数 之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。由于步 进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随 速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机最 重要的参数之一。比如，当人们说 2N.m 的步进电机，在没 有特殊说明的情况下是指保持转矩为2N.m的步进电机。4. 什么是 DETENT TORQUE?DETENT TORQU是指步进电机没有通电的情况下，定子 锁住转子的力矩。DETENT TORQU在国内没有统一的翻译方式，容易使大家产生误解；由于反应式步进电机的转子不是永磁材料，所

17、以它没有DETENT TORQUE5. 步进电机精度为多少？是否累积 ?一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。6. 步进电机的外表温度允许达到多少 ? 步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁， 从而导致力矩下降乃至于失步， 因此电机外表允许的最高温度应 取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的 退磁点都在摄氏 130 度以上，有的甚至高达摄氏 200 度以上， 所以步进电机外表温度在摄氏 80-90 度完全正常。7. 为什么步进电机的力矩会随转速的升高而下降当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反 向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电 机随频率

18、（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下 降。8. 为什么步进电机低速时可以正常运转 , 但若高于一定 速度就无法启动 , 并伴有啸叫声 ?步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机 在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于 该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载 的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动， 脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加 速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速） 。9. 如何克服两相混合式步进电机在低速运转时的振动 和噪声 ?步进电机低速转动时振动和噪声大是其固有的缺点，一 般可采用以下方案来克服：A.

19、 如步进电机正好工作在共振区，可通过改变减速比等 机械传动避开共振区；B. 采用带有细分功能的驱动器，这是最常用的、最简便 的方法；C. 换成步距角更小的步进电机，如三相或五相步进电机；D. 换成交流伺服电机，几乎可以完全克服震动和噪声， 但成本较高；E. 在电机轴上加磁性阻尼器，市场上已有这种产品，但 机械结构改变较大。10. 细分驱动器的细分数是否能代表精度 ?步进电机的细分技术实质上是一种电子阻尼技术（请参 考有关文献） ，其主要目的是减弱或消除步进电机的低频振 动，提高电机的运转精度只是细分技术的一个附带功能。比 如对于步进角为 1.8 ° 的两相混合式步进电机， 如果细分驱

20、 动器的细分数设置为 4，那么电机的运转分辨率为每个脉冲 0.45 °， 电机的精度能否达到或接近 0.45 °， 还取决于细分 驱动器的细分电流控制精度等其它因素。不同厂家的细分驱 动器精度可能差别很大；细分数越大精度越难控制。11. 四相混合式步进电机与驱动器的串联接法和并联接 法有什么区别 ?四相混合式步进电机一般由两相驱动器来驱动，因此， 连接时可以采用串联接法或并联接法将四相电机接成两相 使用。串联接法一般在电机转速较的场合使用，此时需要的 驱动器输出电流为电机相电流的 0.7 倍，因而电机发热小； 并联接法一般在电机转速较高的场合使用（又称高速接法） 所需要的驱

21、动器输出电流为电机相电流的 1.4 倍，因而电机 发热较大。12. 如何确定步进电机驱动器的直流供电电源 ?A. 电压的确定：混合式步进电机驱动器的供电电源电压一般是一个较宽的范围（比如IM483的供电电压为 1248VDQ ,电源电压通常根据电机的工作转速和响应要求来选 择。如果电机工作转速较高或响应要求较快，那么电压取值 也高，但注意电源电压的纹波不能超过驱动器的最大输入电 压，否则可能损坏驱动器。B. 电流的确定：供电电源电流一般根据驱动器的输出相电流 I 来确定。 如果采用线性电源， 电源电流一般可取 I 的 1.1 1.3 倍；如果采用开关电源，电源电流一般可取 I 的 1.5 2.

22、0 倍。13. 混合式步进电机驱动器的脱机信号FREE 般在什么情况下使用 ?当脱机信号 FREE为低电平时，驱动器输出到电机的电 流被切断，电机转子处于自由状态（脱机状态） 。在有些自 动化设备中，如果在驱动器不断电的情况下要求直接转动电 机轴（手动方式），就可以将FREE信号置低，使电机脱机， 进行手动操作或调节。手动完成后，再将FREE信号置高，以继续自动控制。14. 如果用简单的方法调整两相步进电机通电后的转动 方向?只需将电机与驱动器接线的 A+和A-（或者B+和B-）对调即可。新一代TNM系列稀土永磁三相同步电动机与其它永磁电动机相比1 、由于永磁电动机的工作原理所决定，在起动过程中 电机不同程度的存在振动，也就是说起动特性硬，其它的永 磁电动机为了减小振动，采用定子斜槽和其它方式，但同时 又牺牲了其它指标，新一代 TNM稀 土永磁电动机，在结构上 优化设计了此种现象，达到了平稳起动的效果。2 、新一代TNM稀土永磁电机采用了 F级绝缘，防护等 级提高到 IP54 ，磁通量大，温升达 150°时仍可正常工作。3 、起动力矩大，能更好的解决“大