烧结Nd-Fe-B是迄今为止人类发现的磁性最强的永磁材料。中国拥有丰富的稀土资源, 随着制造的规模化以及先进的生产工艺和技术的发展,烧结Nd-Fe-B磁体的性价比越来越高,已经成为现代永磁器件的首选材料。
1.、为什么选择烧结Nd-Fe-B永磁体?
烧结Nd-Fe-B永磁体具有以下不可多得的优点:
1.磁能积高。由于单位体积磁体的磁能密度高,与使用传统永磁体相比,永磁器件的体积、重量可以大幅度减小,并使得许多永磁器件因体积、重量以及外围附加构件、设备的大幅度减小而显著降低了整体制造成本。另外,为减少体积、重量,减轻因电磁铁的供电、冷却等系统维护带来的不便,目前,一些欧、美国家的航天、军事武器设计部门甚至限定:今后一些系统中需要用到磁场的各种器件必须使用永磁体来制由于冷却系统的原因,当电磁铁尺寸小到厘米数量级时,其维持恒定磁场的能力便不如烧结Nd-Fe-B永磁体。换句话说,当器件的尺度被限定在几个厘米以下时.使用烧结Nd-Fe-B永磁体可以获得更高的磁场。
2.内禀矫顽力高。烧结Nd-Fe-B永磁体的内禀矫顽力很容易达到12 kOe以上,永磁器件中磁体的厚度可以设计得很小而应用于有高退磁场的环境,使得器件可以做得轻而薄。
3.退磁曲线方形度高。烧结Nd-Fe-B磁体在很宽的反向退磁场范围内,磁极化强度几乎保持恒定,在B-H曲线的整个二象限乃至三象限的很宽范围内可以保持直线。这意味着烧结Nd-Fe-B在磁路回路的不同位置,其磁极化强度总是恒定的,这就大大简化了磁路设计的工作,使新的永磁器件的开发周期大大缩短。
4.漏磁低。 由于烧结Nd-Fe-B永磁体的单轴磁晶各向异性场大,磁体的磁通线被约束在磁体的二个极面上,漏磁通很小。另一方面,由于内禀矫顽力很高,在永磁器件中磁体沿易磁化方向的厚度可以设计得很小,进一步降低了永磁体在磁路中的漏磁通。这样,应用FEM(有限元法)方法即可以相当精确地模拟计算出整个永磁磁路的磁场,可以为永磁器件的设计开发节约大量的成本和时间。众所周知,在稀土永磁体发明以前,永磁磁路计算中五花八门的经验公式恐怕是所有学科中最多的了,这是由于传统永磁体特别是Alnico磁体,其磁晶各向异性场很低,加上内禀矫顽力小,在磁路中磁体沿易磁化方向的厚度可以必须足够大,使得磁体相当大一部分的磁通不能到达磁体的二个极面上,沿磁体的侧面存在很大的漏磁通,给整个永磁磁路的磁场的计算结果造成相当大的误差。
5.能量效率高。由于烧结Nd-Fe-B永磁体的退磁曲线方形度高,磁体的回复磁导率可以低至1.2以下。回复磁导率rec越低,永磁体磁场在动态工作条件下恢复到原始磁状态的能力越强。传统永磁体特别是Alnico磁体,其回复磁导率rec很高,一般在5~10,在动态工作条件下外界的能量有很大一部分不能反馈回永磁系统,所以能量转换效率低。实践证明,在动态工作条件下的相同永磁磁路,烧结Nd-Fe-B磁体的能量转换效率比Alnico5磁体高出5~8倍。6.涡流损失低. 烧结Nd-Fe-B永磁体的电阻率远远大于普通金属材料,比 Sm-Co磁体还要高。这样,在诸如电机等交变磁场的使用场合,磁体的涡流损耗低,器件的发热量少,温升就相对较低。
2.永磁体为什么会有永久磁性?永久磁性是否意味着存在永动机?永磁体之所以具有永久磁性,简单而言,是基于这样一个科学原理:维持空间中的恒定磁场是不需要消耗能量的,而要改变空间中的磁场的大小或方向则必然会产生能量的改变------或者外界向系统输入能量,或者系统向外界输出能量。这一原理可以从麦克斯韦(Maxwell)方程组作出严格证明。永磁体具有永久磁性是符合能量守恒原理的,与永动机无关。证明永磁体具有永久磁性的实际例子,是古老的天然磁石,天然的永久磁石在地球上的年龄最长的已达数亿年,年轻的也有数千年了。可以想见,如果不是在同一地点再次发生活动熔岩运动的话,由天然磁石的永久磁场所表述的地磁结构的证据几乎就是亘古不变的。
3.应用于电机的辐射取向的烧结Nd-Fe-B永磁环有哪些优势?我们提供高性能系列烧结Nd-Fe-B磁体的辐射取向环。16极充磁的辐射取向环的FEM分析结果。显而易见,与使用16块各具单一取向的瓦形永磁体拼接而成的环相比,辐射取向环具有如下优势:
(1) 辐射取向环的磁通矢量完全沿径向,没有切向磁通分量。所以,用相同剩磁的辐射取向环制作的电机的气隙磁场,远远高于使用多块各具单一取向的瓦形永磁体拼接而成的环制作的电机;
(2) 由于辐射取向环制作的电机的气隙磁场没有切向磁通分量,杂散磁场几乎为零,这对永磁电机输出特性的波形控制,以及电机的发热、噪音、振动等有害指标的控制都带来益处。
(3) 辐射取向环既没有象多块各具单一取向的瓦形永磁体拼接而成的环那样的拼接缝隙,也没有多块各具单一取向的瓦形永磁体因几何形位公差产生的磁矩不均匀问题,电机的气隙磁场的均匀度非常高;
(4) 辐射取向环的安装简单、安装定位精度高、安装出错率低、容易实现大批量自动化组装作业,因而可显著降低永磁电机的制造工艺成本、质量成本和管理成本。