微型永磁直流电动机PPT讲座(第一讲)

微型永磁直流电动机培训讲师：黄大绪

培训内容

通过本次培训使参加培训人员了解以下问题：1.微型永磁直流电动机特点、用途、分类及工作原理等2.永磁直流电动机磁路设计3.永磁直流电动机零部件设计4.微型永磁直流电动机电磁设计培训内容第一讲1、简述3

微型永磁直流电动机是指用永磁材料（或加上铁磁材料）制成磁极，以建立电动机所需要的激磁磁场的一类直流电动机。第一讲1.1特点、用途和分类4（1）特点微型永磁直流电动机具有结构简单；效率高，出力大；体积小，重量轻；用铜量少；换向性能较好，以及具有下垂的机械特性，调速范围宽；起动转矩大等特点。

（2）用途

该类电动机常用于要求起动转矩大，转速范围大的场合。

（3）分类

a.按性能和特性可分为：经济型；精密型；动力型。

b.按运动方式可分为：旋转式和直线式（如音圈电机）。c.按结构特点可分：有槽式和无槽式。而无槽式又可分为有铁芯的和无铁芯的。d.按是否带有电刷可分为：有刷永磁直流电动机和无刷永磁直流电动机。第一讲1.2工作原理5

将电能从电网输入电动机后，通过电动机内部的电磁作用转为机械能，带动机械负载旋转做功。作用在转轴和负载上的转矩，是由转子线圈中的电流同气隙中的磁场相互作用产生的。而磁场是由永磁体组成的磁极产生的。在电动机内部的能量转换过程中，含四种能量形式：电能、机械能、磁场储能、热能。上述四种能量之间关系如下：电网输入电动机的电能=电动机内部磁场储能的增量+电动机内部转换为热能的能量损耗+电动机机械能输出第一讲1.2工作原理6根据毕奥—萨伐电磁力定律，通电导体在磁场中将受到电磁力作用，并且电流方向、磁场方向以及电磁力方向符合左手定则。如图1所示。电动机转子线圈在定子磁场中，线圈两边将受到电磁力的作用，而形成电磁转矩，如图2所示。图1图2第一讲1.2工作原理7

换向器和电刷的作用——能使线圈边电流方向改变的作用。图3第一讲1.2.1电枢电磁转矩8

通常在电动机的一个磁极下，气隙磁通沿电枢铁芯外圆圆周分布是不均匀的。在磁极的中心位置磁通

磁密度B最大，且从磁极中心线位置向两磁极边缘时，磁通密度逐渐变小，直至为零。磁通密度为零的位置恰好处在两磁极间的几何中心线上。如图4所示。根据毕奥—萨伐电磁力定律，当磁场与通电导体相互垂直时，如图5所示，作用在导体上的电磁力为：F=BIaLδ。电磁力F的单位：N；通电导体在磁场所处的位置的磁通密度B的单位：T；电流Ia的单位：A；通电导体在磁场中的有效长度Lδ的单位：m。图4图5第一讲1.2.1电枢电磁转矩9如果在磁场中电枢上有一匝线圈通以不变的电流Ia，那末，由一匝线圈的两个边产生的电磁力在一个磁极下就形成的电磁转矩的平均值为：

（1）

其中，

—

—气隙磁通密度在一个磁极下的平均值，单位T；

—电枢导体在气隙中的有效长度（也称计算长度），单位m；

—电枢导体中的电流，单位A；

—电枢铁芯外圆直径，单位m。电动机每极的磁通量为：

（2）第一讲1.2.1电枢电磁转矩101.2.2电枢感应电势若一根导体，在磁通密度为B(单位为：T)的磁场中，并接上外加电压为的直流电源后，有电流流过，导体将受到电磁力F的作用，并以线速度(单位：)运动，如图6所示。第一讲1.2.2电枢感应电势11

根据法拉第电磁感应定律，运动导体切割磁场的磁力线将产生感应电势e，感应电势e加上导体电阻r上的电压降，同外加电压平衡：感应电势e的大小为：

式中，——为导体在磁场中的有效长度，单位为m。

感应电势e的方向可用右手定则确定。

在电机学中，e称运动电势或切割电势或旋转电势。第一讲1.2.2电枢感应电势12

如果电枢上串联布置有根总导体数，气隙磁场的平均磁通密度为，电枢导体在气隙磁场中的有效长度（也称计算长度）为，那末，电枢的串联总导体数的总平均电势，如果电动机电枢线圈被电刷对称地分成条(——为并联支路对数)并联支路后，接到外加电压上。那末，每条并联支路两端的感应电势是相等的，因此，电枢感应电势，又由于电动机的每极磁通量，电枢铁芯外圆的线速度，式中，——为电枢转速（rpm）。所以，电枢感应电势

第一讲1.2.3电磁转矩系数和电势系数13

公式（3）中

的电流

为电枢线圈导体中的电流，如果电枢绕圈的并联支路数为

，且电动机的输入电流为I时，那末，电枢线圈导体中的电流

，所以，公式（3）又可写成其中，称为电磁转矩系数，单位为。它是直流电动机的主要参数，在给定负载转矩情况下，它决定了电动机的输入电流值；它也是直流电动机主要的设计参数。第一讲1.2.3电磁转矩系数和电势系数14前述公式（4）可写成：称为电势系数，单位为：；若将公式中的转速用角速度表示，而且，得到电势系数

，(11）单位为：；第一讲1.2.4电动机损耗及能量流程图15

电动机的损耗可以分为两类：A、同负载（电磁转矩）有关的；B、同转速有关的。

A、同负载（电磁转矩）有关的损耗为：(1)电枢线圈的铜损耗：，其中，为电动机输入电流，为电动机电枢电阻。(2)电刷接触损耗：通常用计算，其中，——为一对电刷接触电压降。(3)换向损耗，是换向线圈内的电损耗。该损耗会随电枢电流（也即负载）的增大而增加。

第一讲1.2.4电动机损耗及能量流程图16

B、同转速有关的损耗为：(1)电刷接触损耗，也与转速有关。(2)换向损耗。(3)转子铁芯损耗。它分为涡流损耗和磁滞损耗。(4)风损和摩擦损耗，统称为机械损耗。包括：电刷与换向器的摩擦损耗；轴承摩擦损耗，电枢与空气的摩擦损耗。它们都与转速有关，随转速的升高而增大。若电枢还带有风扇，还应加上风扇引起的损耗。第一讲1.2.4电动机损耗及能量流程图17微型永磁电动机能量流程图，如图7所示。第一讲1.2.4电动机损耗及能量流程图18从机械系统这一侧看，电磁功率为电磁转矩与电枢角速度的乘积，即。但是，从电磁系统这一侧看，则为：

当电动机的电磁转矩的作用方向与角速度方向一致时，电动机作机械功。此时，电枢感应电势的方向与输入电流方向相反，从电网吸收电功率，并且通过电动机内部的作用过程转换成了机械功。电动机的电枢感应电势与输入电流方向相反，通常又称之为反电势。在转速不变的条件下，电磁转矩与负载转矩（含电枢铁芯损耗和机械损耗等造成的损失转矩）相平衡而对负载作机械功。第一讲2、主要特性19

机械特性是指当加到电动机电枢回路上两端的电压一定时，转速随着转矩的变化而变化的特性曲线。

每一个电压对应着一条特性曲线。下面分析可知，这条特性曲线是一条下垂的直线，即随着转矩（横坐标）的增大，转速随之成正比例降低（纵坐标），如图8所示。2.1机械特性图8第一讲2、主要特性20如果忽略电枢反应和其他引起磁通变化等次要因素，认为电动机的气隙磁通是一常数。此外，不计电势和电流的脉动分量，那末，电动机在稳态运行情况下，电枢绕组的感应电势为，电磁转矩，而且，电枢回路的电压平衡方程式为：2.1机械特性第一讲2、主要特性212.1机械特性第一讲2、主要特性22其中，，公式（19）或（20）即为电动机的机械特性解析式。它表明：转速随负载转矩增大而下降，几乎是一条直线。为空载转速；为下降的斜率。该斜率同电枢电阻成正比，同转矩系数与电势系数的乘积成反比。也即，电枢电阻小，转矩系数大时，斜率变小，转速下降得慢，所谓机械特性较“硬”，反而，机械特性较“软”。2.1机械特性第一讲2、主要特性23

已知机械特性，可进行如下计算：(1)已知机械特性，可求得对应机械特性上各点的输出功率和最大输出功率运行点：2.1机械特性公式（21）表明，输出功率P2随负载转矩T变化的关系是一条二次抛物线。当T=0时，P2=0，当T=

n0/cn

时，即堵转转矩时，P2

=0，因此，中间有一个最大输出功率值。对公式（21）求导数，并使导数为零，可得：

对应最大输出功率时的负载转矩：（22）第一讲2、主要特性24该转矩为堵转转矩的一半，且此时的转速为空载转速的一半，即

（23）最大输出功率（24）最大输出功率时的电磁转矩，电流以及输入功率和效率，均可求得：2.1机械特性第一讲2、主要特性25(2）已知机械特性，可求得电动机的最大效率运行点：，即为输出功率同输入功率之比，且式中为电磁功率，机械损耗功率，所以，2.1机械特性应用公式（20）可得：第一讲2、主要特性26由公式（25）知：当以及时，也即和时，均为零，也就是对应于和时，在中间有一效率的最大值。用公式（25）对求导数，且使导数为零，可得对应最大效率时的感应电势2.1机械特性并得到公式（28）表明：电动机的最大效率，取决于空载时电枢电阻压降的相对值；在端电压一定的情况下，取决于空载电流和电枢电阻。空载电流由对应于转子铁芯损耗和机械损耗的损失转矩决定。第一讲2、主要特性27对应于最大效率时的转速、电流、转矩和功率均可求得：2.1机械特性第一讲2、主要特性28

对应于最大效率时的转速、电流、转矩和功率均可求得：2.1机械特性从上面的分析可知，最大输出功率对应于二分之一空载转速，此时的效率较低，经验表明，在50%以下。因此，电动机不常在最大输出功率点上运行。最大效率点的输出功率一般小于最大输出功率，其对应的转速也较高，电动机的额定运行点通常取在其附近。第一讲2、主要特性29令，此参数对电动机的机械特性影响很大。对应最大效率点上的各物理量的值主要由值决定。将公式（28）、（29）、（30）、（31）、（32）、（33）、（34）可改写成：2.1机械特性第一讲2、主要特性30

调节特性是指当加到电动机转轴上的负载转矩一定时，转速随着加到电枢回路两端的电压的变化而变化的特性曲线。每一个负载转矩对应着一条特性曲线。从公式（19）可以看出，是一条直线，即随着电压（横坐标）的增大，转速随之正比例升高（纵坐标），如图9所示。2.2调节特性第一讲2、主要特性31

稳速微型永磁直流电动机的功能是，当加到电枢回路两端的电压在容许的范围内变化时，以及加到电动机转轴上的负载转矩在容许的范围内变化时，电动机的转速应保持恒定。分下列三种情况：(1)电枢回路两端电压恒定，负载转矩变化时，转速的稳定性用百分数来表示。即定义为：1/2额定负载转矩时转速与额定负载转矩时转速之差对额定负载转矩时转速之比的百分数，称为电压一定时的转速稳定度，用K1表示。2.3稳速品质--带上稳速器之后作为稳速微型永磁直流电动机的转速稳定性

式中，nN

——额定负载转矩时的转速；n1/2——1/2额定负载转矩时的转速。K1一般在1.5%～3%范围内。第一讲2、主要特性32(2)负载转矩恒定，电枢回路两端电压变化时，转速的稳定性用百分数来表示。即定义为：电压自最大使用电压降低到最小使用电压时，两个转速之差对最小使用电压的转速之比的百分数，称为转矩一定时的转速稳定度，用K2表示。2.3稳速品质--带上稳速器之后作为稳速微型永磁直流电动机的转速稳定性

式中，nvmax

——最大使用电压时的转速；nvmin——最小使用电压时的转速。K2一般在1.5%～3%范围内。第一讲2、主要特性33(3)加到电枢回路两端的电压以及加到电动机转轴上的负载转矩在容许的范围内变化时，转速的稳定性用百分数来表示。即定义为：1/2额定负载转矩时最大使用电压下转速与额定负载转矩时最小使用电压下转速之差同额定负载转矩时最小使用电压下转速之比的百分数，称为综合转速稳定度，用K3表示。2.3稳速品质--带上稳速器之后作为稳速微型永磁直流电动机的转速稳定性

式中，——额定负载转矩时最大使用电压下的转速；——额定负载转矩时最小使用电压下的转速。K3一般在2%～5%范围内。第一讲2、主要特性34

稳态运行的稳速微型永磁直流电动机的转速实际上是不断变化的。这些变化，大致可分为三类：转速漂移（转速随时间做较缓慢的变化）；转速抖动（转速随时间作很快的变化）；转速扰动（转速变化是一种突变的性质）。由于引起变化的原因很多，不是唯一的。一种原因可以引起漂移，也可以引起抖动或扰动。所以，对规定的转速n稳定度也可统一定义为：2.3稳速品质--带上稳速器之后作为稳速微型永磁直流电动机的转速稳定性

其中，——对规定的转速的最大偏离值，n——规定的转速。第一讲2、主要特性35

电枢回路两端电压为额定值时，起动转矩同额定转矩之比，称为起动转矩倍数，用Kst表示。一般Kst=4~6倍，有的情况可达Kst=8~10倍，甚至更大。当用于自动化装置中作为执行元件——伺服电动机时，一般还应具有如下特性：(1)快速响应，即机电时间常数要小；(2)控制灵敏，在低信号电压下起动性能好，控制信号死区小，即起动电压小。2.4起动转矩倍数

第一讲3.常用永磁材料性能和选用36

将永磁材料制成等截面的磁环。在环上均匀地绕上线圈。若线圈中流有电流I，如图10所示。对磁环的进行充磁磁化，可得到磁滞回线，如图11所示。3.1永磁材料的磁滞特性及其退磁曲线和内禀退磁曲线

第一讲3.常用永磁材料性能和选用37

当增大电流，使磁场强度H达到HS时，磁环已达到饱和，其饱和磁感应强度（也称磁通密度）为BS。减小电流使H逐渐单方向降低到零，则磁感应强度并不降到零，而降到Br，这个Br称为剩余磁感应强度。若从这点开始改变电流方向并使反向电流不断增大，则H也改变了方向并单方向不断增大到HC，使磁感应强度降低到零，这个HC称为矫顽力。它和Br是永磁材料的主要性能参数。从Br到HC的曲线段是在第二象限，称为退磁曲线，即曲线。B的单位为：T，H的单位为。由铁磁学理论可知，在真空中磁感应强度同磁场强度之间的关系为3.1永磁材料的磁滞特性及其退磁曲线和内禀退磁曲线

第一讲3.常用永磁材料性能和选用38

但是，在磁性材料中的这类铁磁物质中，由于在外磁场作用下被磁化后将会大大增强其磁场。这是因为这类铁磁物质都是由晶体构造，每个晶体内有许多很小的自发磁化区域，叫做磁畴。每个磁畴含有1015个原子，每个原子中的不成对的电子自旋形成磁畴的磁矩。因此种磁矩是无序排列（紊乱的），所以在铁磁物质内部合成的磁化强度等于零。在外磁场的作用下磁矩的方向改变和畴壁的移动，呈现有序排列。因此，在宏观上大大增强磁场。也即磁性材料在外磁的作用下被磁化后大大加强了磁场。所以，公式（45）可写为3.1永磁材料的磁滞特性及其退磁曲线和内禀退磁曲线

式中是铁磁物质被磁化后内在的磁感应强度称为内禀磁感应强度，又称磁极化强度。第一讲3.常用永磁材料性能和选用39

描述内禀磁感应强度同磁场强度的关系曲线，称为内禀退磁曲线（在第二象限），简称内禀曲线。

磁畴的磁矩在绝对温度为零时最大，随着温度升高会减小，当达到居里温度时，磁畴的磁矩宏观上对外表现为零，铁磁物质失去磁性。各种永磁材料的居里温度是不同的。钕铁硼永磁材料的居里温度较低。若上述磁环中的材料为均匀磁性材料而且磁场为均匀磁场，均沿着圆周，且方向均为圆周上一点的切线方向。因此，矢量可改为标量，即：，又可得：。3.1永磁材料的磁滞特性及其退磁曲线和内禀退磁曲线

如果退磁曲线的磁场强度H的负轴，改为正轴，也即取绝对值，那末，有：第一讲3.常用永磁材料性能和选用40

从图11中可知，当电流I继续反向增大到使磁场强度时，此时

左右，HK称为临界场强。HK越大，矩形度越高，说明永磁材料抗外磁场能力越强，磁稳定性越好。当电流I反向增大使磁场强度时，永磁材料的内禀磁感应强度下降到零，磁环已完全失磁。称作内禀矫顽力。退磁曲线中磁感应强度B为正值，而磁场强度H为负值，这说明B同H的方向相反，磁通经过磁环时，沿磁通方向的磁位差不是降低而是升高。这就是说，磁环是一个磁源，类似于电路中的电源。3.1永磁材料的磁滞特性及其退磁曲线和内禀退磁曲线

上述的闭合磁环，即使充好磁，使其磁化，其内部存在剩余磁感应强度，也不能在外界产生有用的磁场。就好像一台发电机在短路状态，对外界不能输出电功率。若充好磁的磁环中存在一个缺口，形成一个气隙，那末，在气隙的两端就形成了两个磁极N和S，如图12所示。根据磁通连续性原理,磁通是连续的，如果气隙的截面和磁环的截面一样，则磁环内的磁通密度和气隙中磁通密度的大小及方向完全相同。但是，磁场强度是不连续的。根据全电流定律，有：第一讲3.常用永磁材料性能和选用413.1永磁材料的磁滞特性及其退磁曲线和内禀退磁曲线

公式（50）为一直线方程式，在B-H坐标上，其斜率。所以，通过原点作直线，使得斜率，同退磁曲线交于点，这点就是磁环的静态工作点（相当于电机的空载工作点），这是因为和必须在退磁曲线上，如图11所示。Hm的物理意义是：由于永磁体（磁环）不是无限长，其两端要出现磁极，此磁极在其内部形成一个与原磁化方向相反的“自退磁场”。所以，没有外界退磁场时，因“自退磁场”的存在，永磁体也要退磁。这是在闭合磁环中，充磁后的剩磁为Br，而磁环开一个口，永磁体（磁环）内磁通密度从Br下降到Bm的原因。若将退磁曲线的纵坐标乘以磁环的截面积Sm，得到磁通量

的坐标，将横坐标乘以磁环在磁化方向的平均长度hm，得磁势F的坐标，第一讲3.常用永磁材料性能和选用423.1永磁材料的磁滞特性及其退磁曲线和内禀退磁曲线

所以退磁曲线也可以用曲线来表示。的单位为Wb，F的单位为A/m。铝镍钴永磁材料，退磁曲线的形状同铁氧体永磁材料和稀土永磁材料（稀土钴、钕铁硼）的退磁曲线的形状相比较有很大的区别，如图13所示。第一讲3.常用永磁材料性能和选用433.1永磁材料的磁滞特性及其退磁曲线和内禀退磁曲线

铸造型铝镍钴永磁Br最高可达1.35T，但矫顽力HC低，通常小于160KA/m，内禀矫顽力同HC接近，相差不大，而且退磁曲线是非线性的；铸造型铁氧体永磁Br较低，一般为0.2～0.45T，矫顽力HC比较高，为128～320KA/m，高的可达350KA/m左右，内禀矫顽力同HC接近，相差也不大，退磁曲线基本上是一条直线；稀土永磁，如铸造稀土钴永磁Br值较高，一般为0.85～1.15T，矫顽力HC为480～800KA/m，内禀矫顽力比HC大，退磁曲线基本上是一条直线；又如铸造型钕铁硼永磁，Br一般为1.02～1.25T，最高可达1.48T，矫顽力HC为760～992KA/m，内禀矫顽力很大，一般为880～1680KA/m，最高可达2240KA/m，退磁曲线是一条直线。必须指出的是：对应不同的温度，有不同的退磁曲线。第一讲3.常用永磁材料性能和选用443.2回复线

退磁曲线所表示的磁感应强度与磁场强度之间的关系，只有在磁场强度单方向变化才存在。对已充磁磁化了的磁环，在外界去磁磁场的作用下，磁感应强度沿图14中的退磁曲线段BrP下降。如果在下降到P点时消去外加磁场强度HP，则磁感应强度并不会沿退磁曲线段BrP回复到Br点，而是沿另一曲线段PBR上升到R点。若再施加去磁磁场，则磁感应强度沿曲线段RB/P下降到P点。如此多次反复后形成一个局部的小回线，称为局部磁滞回线。由于“磁性适应”现象，当H的值在一定范围内反复变化若干次后才能完全重合。该回线的上升曲线与下降曲线很接近，可以近似地用一条直线来代替，称为回复线。P点为回复线的起点。如果以后施加的去磁磁场强度不超过第一次的值HP，则磁感应强度沿回复线作可逆变化。如果去磁磁场强度大于HP，比如，HQ>HP，则磁感应强度下降到新的起始点Q，沿新的回复线变化，不能再沿原来的回复线变化。回复线的平均斜率与真空磁导率μ0

的比值μ称为相对回复磁导率，简称回复磁导率（也称回复系数或可逆磁导率）。第一讲3.常用永磁材料性能和选用453.2回复线

当退磁曲线为非线性时，μr的值与起始点的位置有关，不是常量，而是变量。但通常变化较小，可近似地认为是一个常数，且近似等于退磁曲线在（Br，0）点处的切线的斜率值。对于铁氧体永磁，因其退磁曲线基本上为一直线，只要当磁场强度不超过其拐点K处，回复线同退磁曲线的直线段KT相重合。如果超过了拐点K，比如在M点，那末，回复线便是，不再同退磁曲线直线部分重合了，见图14所示。对于稀土永磁，因其退磁曲线全部为直线，因此，回复线完全同退磁曲线重合。对于铁氧体μr=1.1～1.3;对于粘结型钕铁硼μr=1.15；对于铸造型钕铁硼μr=1.05。第一讲3.常用永磁材料性能和选用463.2回复线

以单位体积来表示永磁材料向外空间储存能量的能力，可用退磁曲线上每一点磁感应强度和磁场强度的乘积BH来衡量，BH称为磁能积，单位为J/m3。图15的左边为退磁曲线；右边画出B同乘积BH的关系曲线，即磁能积曲线。在Br点，H=0；在HC点，B=0。所以，BH=0。对应某一个磁感应强度Bd时，有最大磁能积(BH)max。永磁材料的磁性能除Br和HC外，(BH)max也是一重要参数。第一讲3.常用永磁材料性能和选用473.3磁能积和最大磁能积

前面说过，用永磁材料制成磁极，建立电动机所需要的激磁磁场，该磁场越强，说明用该永磁材料制成的磁极向外空间储存的能量越大。以单位体积来表示永磁材料向外空间储存能量的能力，可用退磁曲线上每一点磁感应强度和磁场强度的乘积BH来衡量，BH称为磁能积，单位为J/m3。图15的左边为退磁曲线；右边画出B同乘积BH的关系曲线，即磁能积曲线。在Br点，H=0；在HC点，B=0。所以，BH=0。对应某一个磁感应强度Bd时，有最大磁能积(BH)max。永磁材料的磁性能除Br和HC外，(BH)max也是一重要参数。第一讲3.常用永磁材料性能和选用483.4永磁材料磁性能稳定性

(1)热稳定性永磁材料的磁性能会受其所处的环境温度的改变而引起变化。比如，当温度从t0升高到t1时，磁感应强度B则从B0降低到B1。如图16所示。但是，当温度从t1再降低到t0时，磁感应强度B不再回到B0，而是降低了，回到B0，以后随温度在t0和t1之间的变化，磁感应强度B则在B0和B1之间变化。第一讲3.常用永磁材料性能和选用493.4永磁材料磁性能稳定性

(1)热稳定性此间的磁性能的损失，分两个部分：一是可逆损失IR部分。各种永磁材料的剩余磁感应强度Br

随温度可逆变化的温度系数，单位为。同理，内禀矫顽力Hci

随温度可逆变化的温度系数，单位为。二是不可逆损失IL部分。这是不可避免的。当温度恢复后磁性能不能恢复到原来的值。不可逆损失率IL用百分比表示，。

永磁材料的可逆损失，经重新充磁磁化后能够恢复，而不可逆损失则不可能恢复的。因为在此温度下引起永磁体微结构的变化，造成不可能再恢复了。比如，钕铁硼在较高温度下引起了氧化，会造成不可逆损失。第一讲3.常用永磁材料性能和选用503.4永磁材料磁性能稳定性

材料手册中，通常提供的剩余磁感应强度Br的值为室温t0=20℃时数值。那末，在工作温度t1时的剩余磁感应强度Brt1则为：

式中IL为绝对值。对钕铁硼永磁材料在开路时的磁性能不可逆损失，IL约为5%。铁氧体永磁剩余磁感应强度温度系数为：–(0.18～0.20）%K-1,但矫顽力的温度系数是正值，为：+(0.40～0.60)%K-1。铝镍钴永磁的=-0.02%K-1,其基本上同。稀土钴永磁的=–0.03%K-1,其基本上同。钕铁硼永磁的=–0.13%K-1,其基本上同，内禀矫顽力的温度系数=–(0.50～0.60)%K-1。第一讲3.常用永磁材料性能和选用513.4永磁材料磁性能稳定性

(2)磁稳定性

永磁材料的磁性能会受到外界磁场干扰而发生变化。前面已说过，永磁材料的内禀矫顽力越大，内禀退磁曲线的矩形度越高（也即HK越大），那末，抗外界磁场的干扰能力就越强，磁稳定性就越好。当和HK大于某一定值后，其退磁曲线全部是直线。因此，回复线与退磁曲线相重合，外界磁场干扰就不会造成不可逆去磁。

(3)化学稳定性

永磁材料受到酸、碱、氧气、氢气等的化学作用，其内部或表面化学结构会发生变化，将严重损害其磁性能。比如，钕铁硼永磁材料的成份大部分是铁和钕，容易氧化，需在制造永磁体时采取措施防止其氧化。

(4)时间稳定性

永磁材料经充磁磁化后，即使不受温度、外界磁场以及化学因素的影响，其磁性能也会随时间而变差。这种变化同材料的内禀矫顽力Hci大小以及永磁体的尺寸形状有关。比如，同永磁体细长比的大小有关。(5)冲击和振动稳定性

永磁材料经充磁磁化后，如果受到外界冲击和振动，也会使其磁性能发生变化。因此，永磁体充磁后，应避免过大的冲击和振动。

第一讲3.常用永磁材料性能和选用523.5常用永磁材料特点

(1)铁氧体(Ferrite)永磁

分：锶铁氧体和钡铁氧体。锶铁氧体的矫顽力比钡铁氧体的矫顽力大，更适合于在微电机中使用。永磁体的制造过程中，存在有各向同性和各向异性两种。由于不含镍、钴等贵金属，因此，成本低，价格低廉。它的剩余磁感应强度Br较低，矫顽力HC相对较大，为铝镍钴的2倍左右，而且退磁曲线基本上为一条直线。因此，用它设计制造的电机一般可以不进行稳磁处理。它的温度系数比较大，温度稳定性差。但是，由于矫顽力的温度系数为正值，即矫顽力HC随温度的升高而增大，随温度的降低而减小，这点很特别。因此在0℃以下温度储存和使用时要注意它的磁性变化。若设计不合理，在低温下可能产生不可逆的去磁。此外，铸造型铁氧体永磁硬而且脆，机械加工性能差；它是属非金属材料，不导电，不能线切割加工，仅能切片及磨加工。

第一讲3.常用永磁材料性能和选用533.5常用永磁材料特点

(1)铁氧体(Ferrite)永磁

粘结型（或粉末烧结型）铁氧体永磁，因含有粘结剂使得磁性能比铸造型的差，其各向同性的剩余磁感应强度Br为0.15～0.17T，矫顽力HC为110～135KA/m，最大磁能积(BH)max为4～5.5KJ/m3，而各向异性的Br为0.28～0.30T，HC为180～210KA/m，(BH)max为15～16.5KJ/m3。粘结型铁氧体易制成形状复杂的磁体或薄壁环、薄片状磁体；尺寸精度高，不变形(收缩率只有0.2～0.5%，而铸造型则为13～27%)；磁性能分散性小；机械强度高，不易破碎，可进行机械切削加工；电阻率高，易实现多极充磁；密度小，质量轻。铸造型铁氧体永磁主要性能如表1所示。粘结型氧体永磁主要性能如表2所示。

第一讲3.常用永磁材料性能和选用543.5常用永磁材料特点

第一讲3.常用永磁材料性能和选用553.5常用永磁材料特点

续表1第一讲3.常用永磁材料性能和选用563.5常用永磁材料特点

续表1注：温度系数：=–(0.18～0.20)%K-1，密度：Y10T为(4～4.8)g/cm3,其余为(4.5～5.2)g/cm3，μr=1.03～1.27。第一讲3.常用永磁材料性能和选用573.5常用永磁材料特点

(2)铝镍钴(AlNiCo)永磁

铝镍钴永磁分各向同性和各向异性两种。由于含钴、镍等贵金属，因此，价格比铁氧体永磁贵。它的剩余磁感应强度Br高，但矫顽力HC低，很容易退磁。所以，总是采用装配后充磁或者充磁后在保磁（用磁短路工具）情况下装配电机。它的退磁曲线是非线性的。因此，用它设计制造的电机应该进行稳磁处理。它的温度系数小，温度稳定性很好，可适用于超高温度使用，使用温度可达300℃～450℃以上，而且耐腐蚀性能好。铸造型铝镍钴永磁硬而脆，仅能进行磨削或线切割加工。铝镍钴永磁主要性能如表3所示。第一讲3.常用永磁材料性能和选用583.5常用永磁材料特点

第一讲3.常用永磁材料性能和选用593.5常用永磁材料特点

第一讲3.常用永磁材料性能和选用603.5常用永磁材料特点

第一讲3.常用永磁材料性能和选用613.5常用永磁材料特点

(3）稀土钴永磁(SmCo5、Sm2Co17等)

稀土钴永磁的剩余磁感应强度Br和矫顽力HC都很高，Br接近铝镍钴永磁的Br值，HC值约为铁氧体永磁的3倍，而且退磁曲线基本上是一条直线。用它设计制造可以不进行稳磁处理。它的温度系数比铝镍钴稍高，但比铁氧体低得多。因此，在高温下使用时不怕退磁，磁性能稳定，使用温度可达300℃。铸造型稀土钴永磁硬而脆，机械加工性能很差，仅能用磨削和线切割加工。此外，由于贵金属钴的含量高，因此，价格很贵，是永磁体中最贵的一种。也有粘结型的稀土钴永磁。铸造型稀土钴永磁主要性能如表4所示。粘结型稀土永磁主要性能如表5所示。第一讲3.常用永磁材料性能和选用623.5常用永磁材料特点

第一讲3.常用永磁材料性能和选用633.5常用永磁材料特点

第一讲3.常用永磁材料性能和选用643.5常用永磁材料特点(4)钕铁硼(NdFeB)永磁

钕铁硼永磁是被称为“磁王”的一代永磁材料。剩余磁感应强度Br、矫顽力HC和最大磁能积(BH)max都很高。Br值是铁氧体永磁的3～4倍，是铝镍钴和稀土钴永磁的1～1.5倍；HC值是铁氧体永磁的5～10倍，是铝镍钴永磁的5～15倍，是稀土钴永磁1.5倍;(BH)max值是铁氧体永磁的10倍，是铝镍钴永磁的5～8倍，是稀土钴永磁的1.5倍。它的退磁曲线是一条直线。用它设计制造的电动机不用进行稳磁处理。它的价格比稀土钴永磁便宜得多。它的居里温度较低，温度系数较高，热稳定性差。另外，它含有大量的铁和钕元素，因此，容易被氧化、锈蚀，特别是粘结型钕铁硼永磁，在粘结制造中由于溶剂挥发后形成许多毛细孔，水份更易渗入永磁体内部，更加容易氧化。因此，钕铁硼永磁的防潮、抗氧化是一个很重要的问题。第一讲3.常用永磁材料性能和选用653.5常用永磁材料特点(4)钕铁硼(NdFeB)永磁

钕铁硼永磁防潮、抗氧化一般采用：涂敷法、电镀法、纳米技术法等方法。对于涂敷法，如使用含溶剂的一些绝缘防潮材料喷涂