永磁体及其特性课件

第九章

永磁同步电机和无刷直流电机

主要内容：

9.1引言9.2永磁体及其特性

报告人：方文超

2011-4-199.1引言现代永磁材料有着相当高的能量密度，电励磁需要载流线圈和外部的电源装置，限制了电机的发展。永磁体的应用逐渐取代了电励磁的方式，用永磁体来取代直流励磁以产生气隙磁场的电机，称为永磁电机。永磁电机体积小，效率高，运行可靠，很多情况下还可以实现无刷化，因此被广泛应用。将永磁体装在直流电机的定子上来产生气隙磁场，这种电机称为永磁直流电机这种电机的工作原理，基本方程，性能和传统的直流电机相同，只不过主磁通是有永磁体产生的，这种电机仍然装有换向器和电刷，因此应用还是受到了限制。将永磁体装到同步电机的转子上面，代替传统的同步电机励磁方式，定子上装三相绕组，从而取消了滑环和电刷。加上开关晶体管和可控硅整流器的出现，使得电子换向器取代了机械换向器。这两项的发展导致了永磁同步电机和无刷直流电机的发展。采用电子换向器取代了机械的换向器，使得直流电机的电枢不用在安装在转子上了，从而电枢可以安装在定子上，这样使得电机可以更加好的冷却，产生更大的电压。整个文章包括永磁同步电机，无刷直流电机的动态模型的推导，控制方法，驱动系统的分析，速度控制器的设计，弱磁下的工作情况，以及无位置传感器的系统等等，我将要介绍的是永磁体和它们的特性。9.2永磁体主要性能参数这一节主要介绍永磁体的特性，在磁路中工作情况，永磁体的气隙线，工作点的确定，能量密度的定义，永磁体体积的计算等等。1.常用的永磁材料磁滞回线宽，剩磁和矫顽力都比较大的铁磁材料称为硬磁材料，由于剩磁大，因而可以制成永久磁铁，故硬磁材料也称为永磁材料。永磁材料通常是用剩磁矫顽力最大的磁能积这3个指标来表征的。

图1-1铁磁材料磁滞回线

BHfOcabde永磁体种类很多，介绍一下几类常见的：①铝镍钴：这种材料的剩磁较高（最高能达到1.3T），但矫顽力相对来说是比较低的，磁能积中等，价格相对来说比较低，其特点是：温度变化时的磁性能变化很小，20世纪60年代用的比较多，以后由于新材料的出现，已经逐步被取代。②铁氧体：主要是钡铁氧体和锶铁氧体这一类的氧化物的永磁材料。优点是矫顽力较高（可达到120-300kA/m）抗去磁能力强，价格便宜；缺点是剩磁低（仅为0.2-0.42T)最大的磁能积也比较小，温度对磁能的影响也很大，不适合用于温度变化大而要求性能稳定的场合。

③稀土钴：这种材料的剩磁，矫顽力和最大的磁能积都很高，有很强的抗去磁能力，温度稳定性也非常好，性能优良；特点是除了电加工之外不能进行机械加工，而且价格昂贵，仅用于高性能的永磁电机。④钕铁硼，这是80年代后期研制成的一种稀土永磁材料，性能优于稀土钴，而且价格低廉；不足之处是允许的工作温度较低，约为120°c，因为含有较多的铁和钕，容易锈蚀。从图中可以看出铝镍钴的剩磁最大，但B-H曲线是非线性的，但其他三种的B-H曲线是线性的图1-3永磁体的退磁曲线负载线的确定和工作点的寻找永磁磁路是由永磁体M作为磁动势源，高导磁的铁心和工作气隙组成的，舍永磁体的长度为，截面积为，气隙长度为，有效的截面积为，铁心的磁导率因而磁阻为0，铁心的磁位降等于0，漏磁通忽略不计。由于磁路上没有外加磁动势，所以根据安培环路定律有：每段的磁动势之和等于外加的总磁动势然后根据磁路的基尔霍夫第一定律：穿过一个截面的的磁通量等于穿出的磁通量

这个式子表明外磁路的负载为气隙是，永磁体之间应该满足的关系。可以看出这是一个直线关系，此直线称为负载线，如果在定子上通定子电流，产生退磁磁场，此时负载线会左移，但斜率和原来的一样。由于工作点一方面应在永磁体的退磁曲线上，另一方面又在负载线上，故交点就是工作点A从工作点所对应的磁通密度是：

是个负值所以工作的磁通密度是比剩磁要小的。图1-4负载线和永磁体的工作点能量密度和磁体的体积磁场中单位体积所分布的磁场能量称为磁场的能量密度先考虑一下永磁体的体积，由于永磁体材料比铁磁材料贵很多，故考虑体积越小越好：所以从这