郭 強(qiáng)

(南京磁優(yōu)電子有限公司,江蘇南京 210014)

改革開放以來,隨著永磁材料和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,永磁電機(jī)在我國發(fā)展迅速。鐵氧體永磁電機(jī)產(chǎn)量已達(dá)世界第一位,作為我國 863計(jì)劃重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目的稀土永磁電機(jī)更是異軍突起,理論設(shè)計(jì)體系有重大創(chuàng)新,制造技術(shù)突飛猛進(jìn),世界上容量最大的稀土永磁電機(jī)已經(jīng)在我國誕生,直徑毫米級(jí)的微型電機(jī)也能制造。如今永磁電機(jī)的應(yīng)用遍及家電、汽車、航空航天、石油、化工、醫(yī)療、紡織等各個(gè)領(lǐng)域。

永磁電機(jī)對(duì)永磁材料的性能要求越來越高,品種要求越來越多,多極環(huán)形永磁體就是在這種需求下發(fā)展起來的一種新型磁性元件。目前該類磁環(huán)已成為現(xiàn)代直流無刷電機(jī)、同步電機(jī)、交流伺服電機(jī)等類電機(jī)的關(guān)鍵元件,其性能的高低直接關(guān)系到電機(jī)的性能。多極環(huán)型永磁體已成為世界微電機(jī)領(lǐng)域和磁性材料領(lǐng)域的熱點(diǎn)。多極磁環(huán)按材質(zhì)分,有鐵氧體永磁多極磁環(huán)和稀土永磁—主要是NdFeB多極磁環(huán);按制造方法分,有各向同性和各向異性及燒結(jié)磁體和粘結(jié)磁體。在所有多極磁環(huán)中,極異方性燒結(jié) Nd FeB多極磁環(huán)是性能最高的一種。這種磁環(huán)制造技術(shù)復(fù)雜,目前世界上只有幾家大公司可生產(chǎn),近年來我們研制成功并投放市場(chǎng),在交流伺服電機(jī)中成功應(yīng)用。

各向異性多極磁環(huán)的技術(shù)難點(diǎn),主要有設(shè)計(jì)高磁場(chǎng)強(qiáng)度的多極取向裝置,它解決了由于徑向和切向在燒結(jié)過程中收縮率差異大引起的磁環(huán)開裂問題以及制取高密度的生坯等。采用專利技術(shù)和多項(xiàng)獨(dú)制工藝可解決這些問題。

燒結(jié)NdFeB極異方性多極磁環(huán),其表面有效磁通密度比各向同性鐵氧體多極磁環(huán)高 5倍以上,與多件NdFeB磁瓦粘合成的組合式多極磁環(huán)相比,性能更高,而且省工時(shí)、省材料,不存在磁瓦脫落的風(fēng)險(xiǎn)。與國內(nèi)熱門的輻射取向 NdFeB極磁環(huán)相比,有以下一系列優(yōu)點(diǎn):

(1)磁性能高,表面有效磁通密度可提高 50%以上。目前制作的多極磁環(huán)的表面磁通密度在 0.4～0.6 T之間,例如(Φ25 mm-Φ18 mm)×40 mm、8極、表面磁通密度為 0.54 T,而相同尺寸的輻射取向多極磁環(huán),其表面磁通密度不高于0.35 T。

(2)表面磁通密度分布是正弦波形,使永磁電機(jī)具有更好的性能。

(3)由于取向方向和充磁方向一致,磁環(huán)內(nèi)可不用加鐵心(軸),電機(jī)可選用不銹鋼軸。

(4)磁環(huán)內(nèi)徑和軸向高度不像輻向環(huán)那樣受取向磁場(chǎng)的嚴(yán)格限制。多極環(huán)內(nèi)徑可小至幾毫米,軸向高度在模具和設(shè)備允許的情況下也不受限制。不足之處是作為多極磁環(huán)而言,一件輻射取向環(huán),在技術(shù)允許的情況下可充成任意極數(shù)的多極磁環(huán),而極各向異性磁環(huán),一般情況下是多少對(duì)極取向,就充多少對(duì)極,這就增加了制造設(shè)備的多樣性和復(fù)雜性。

性能好、磁通密度分布合理、易于做成圓筒形的 NdFeB極異方性多極磁環(huán)的投放市場(chǎng),為我國仿制進(jìn)口微電機(jī),設(shè)計(jì)體積更小、效率更高,更先進(jìn)的新一代永磁電機(jī)提供了必要條件,將引發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)師新的設(shè)計(jì)理念,促進(jìn)我國微電機(jī)向更高階段發(fā)展。