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不同类电机对磁性材料的要求

　　不同类的电机由于其使用的要求和环境不同，必对磁钢有着不同的要求。以下分三部分叙述：

     着重介绍直流电机、无刷电机对磁钢的不同要求
直流电机和无刷电机均会采用磁瓦或磁环，但两者的主要不同点是对其充磁的要求不同。在充磁波形中，主要可以通过观察波形中的着几个参数来判断充磁的好坏：平均极值、极差和面积（或占空比）。平均极值是表明充磁或磁钢的性能是否达到产品的要求；极差表明充磁的均匀度如何；面积（或占空比）表明充磁波形的大小，在同等极值下，它的大小决定了电机的出力大小，但是，它越大，电机的定位转矩越大，旋转起来的手感不好。一般在直流电机中，要求出力大，故占空比较大；而无刷电机则要求旋转平稳，它有一个指标——力矩波动，特别是在低速下，力矩波动越小，就要求充磁波形越接近正弦波。这也就是我们要求充磁波形的上升沿要平稳、缓慢上升。

       不同类电机对充磁的极数要求

    在这里我们首先讲一下充磁的种类：
a． 磁环的外充——即在磁环的外表面充有磁极，一般用于电机的转子；
b．磁环的内充——即在磁环的内表面充有磁极，一般用于电机的定子或外转子；
c． 磁环的斜充——即在转子的表面所充的磁极与磁环两端面成小于90°的角；
d．轴向充磁——即沿着磁环、磁片的轴心上下充磁，其中又可分为：
   ⑴ 轴向2极充磁——即磁件的一端为N极，另一端为S极，是最简单的充磁；
   ⑵ 轴向单面多极充磁——主要产品为磁片，即在磁件的一个表面充有2个以上的磁极；
   ⑶ 轴向双面多极充磁——即在磁件的双面都充有2个以上的磁极，且极性相反。
对于轴向单面或双面多极充磁，单面的表磁比双面的要高，但单面充磁的另一面表磁很低，其实单面的两面表磁相加与双面的相加是相同的。
e．辐向充磁——顾名思义，辐向充磁即充磁磁场从圆心向四周辐射。对磁环来说，充磁后形成内圆表面全部呈一个极性，外圆表面呈一个极性；而对于磁瓦，起辐向充磁的效果比普通的充磁效果要好，它能使磁瓦的内弧面的各点表磁较为相近。
一般讲到极数，指电机的多极充磁。对于磁环来说，2极磁环大多用于小型直流电机，部分会有4极；而步进电机、无刷电机、同步电机所用磁环有4、6、8、10….等偶数极，

    从磁体的形状、极数来判断其应用场合

    对于磁瓦而言，一般就用于直流电机和无刷电机中，而在直流电机中，以2极和4极居多，这可根据其圆心角来判断，在前面以讲过。无刷电机用磁瓦作为定子时，一般都超过6极，故其圆心角远远小于直流电机用的磁瓦；但磁瓦作为无刷电机的转子时，可有4、6以上的极数，对于4极来说，转子是外表面充磁，且由于要拼成一个圆，其圆心角接近90°，这一点可区别于直流电机。若是磁环，主要是区分步进电机、无刷电机和同步电机。步进电机所用磁环的外径较小，大部分在20左右，很少超过30的，且其壁厚较薄，在1.0-1.5之间；其极数较多，在10极以上，有的可达50极。无刷电机的磁环一般直径大于20，极数在4-12极之间，且其壁厚多在1.5-5.0之间。小型同步电机的磁环在20-40之间，极数为8-16极，壁厚在1.0-3.0。

        注塑磁、粘结NdFeB、烧结NdFeB的不同点及其常规应用

注塑磁、粘结NdFeB、烧结NdFeB三种材料是小型电机常用的，特别是前二种。这三种材料各有其特点，在此仅作简单概括。

     性能参数的不同，应用特点

    它们的性能是递增的，价格同样如此，这就决定了它们各自的应用。注塑磁又分注塑铁氧体和注塑NdFeB，其粘结体有尼龙6、12和PPS，尼龙比PPS略便宜，但它组成的磁件表面光洁度、强度、耐温都比PPS的差。它们的共同特点是可以和各种零件或轴一起注塑，以保证产品的质量。注塑铁氧体磁件又分各向同性（等方性）与各向异性（异方性），各向同性的磁能积较低，在1.5MGOe左右，各向异性的磁能积在2.1 MGOe左右。其主要用于量大面广的产品，如玩具电机、空调用步进电机、风机等。注塑NdFeB的最高磁能积在6.0MGOe左右，若用进口原料可达6.5MGOe，但价格较高。目前，注塑NdFeB的应用还不广泛，主要是不为大家熟知，其实它可替代较多的低能积的粘结NdFeB磁件，特别是在步进电机中以及带轴注塑的转子。

    粘结NdFeB是在高性能产品中应用最为广泛的，上可进入烧结NdFeB的产品，下可进入铁氧体的产品，这主要是其性能介于两者之间，而且它属于各向同性，适合各种充磁方式。它的缺点是耐温较差，最高为150℃，这也就决定了其适用于小型电机和控制电机，对驱动类电机要看具体情况。

    烧结NdFeB因其较高的性能而得以广泛应用，但目前主要用于驱动类电机。在我们所说的电机中，主要为无刷电机和交流伺服电机，且以瓦形为主，因为目前的烧结NdFeB均以单向取向为主，即磁件只能一个方向充磁，故其无法做成磁环进行2极以上的充磁。现在开发的辐向取向烧结NdFeB，即可做到这一点。两者的区别是在压制时的取向方向不同，但辐向产品的模具较为复杂，对磁件要有模具费。辐向取向烧结NdFeB磁环首先将在无刷电机和交流伺服电机中得到应用，这是由两者的价格所决定的。采用辐向取向，即使对磁瓦也是非常有益的，其充磁后的波形接近矩形波，而非马鞍形。

     互换的可能性与结果

    一般来说，在同种材料中，性能高低的替换较容易，而不同的材料替换，虽然也是性能的不同，但有极大的区别，必须对电机的结构作出变动，否则，即使用高性能的材料替换低性能的，也不能得到好的性能。一般高替低，结构变小，低替高，反之。

    如何从电机的运行结果来判断磁性材料的优劣   
      电机的力矩大小

    一般来说，电机力矩大，磁钢性能高，小则低。在小电机中对定位转矩希望要小，即电机从静止到转动的瞬间的扭矩，主要由充磁波形和铁芯槽形决定。

      电机的转速高低
    电机的转速有空载转速和负载转速，当讨论转速与磁钢性能高低关系时，应排除由电机其它阻力矩的影响。空载转速高，磁性能低，反之，磁性能高；负载转速高，磁性能高，反之，磁性能低。

     电机的电流大小

    电机的电流也有空载电流和负载电流，当讨论电流与磁钢性能高低关系时，同样应排除由电机其它阻力矩的影响。空载电流大，磁性能低，反之，磁性能高，但这一点在电机中并不明显，空载电流的大小与绕组的电阻关系更大；负载电流大，磁性能低，反之，磁性能高。
以上的关系我们可用下表来说明：
  项 目

力 矩
空载转速
负载转速
空载电流
负载电流
大
小
高
低
高
低
大
小
大
小
磁性能
高
低
低
高
高
低
低
高
低
高
其实三者是相互关联的，对于磁性能的改变要综合考虑。