首先,我們需要了解下最高工作溫度的概念。在最新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《燒結(jié)釹鐵硼永磁材料》GB/T 13560-2017 文件中定義的最高使用溫度:熱退磁狀態(tài)L/D=0.7的永磁圓柱樣品(直徑為D,高度為L(zhǎng)),飽和磁化后,在開路狀態(tài)下從室溫加熱到某一恒定溫度保溫2h,然后冷卻到室溫,其開路磁通不可逆磁通損≤5%的最高保溫溫度。
在定義中,長(zhǎng)徑比L/D是一個(gè)很關(guān)鍵的因素,我們通過實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí),L/D值越小,其最高工作溫度就越小,L/D值越大,其最高工作溫度就越大。比如說,直徑10×10的N35圓柱,L/D=1.0,其開路80度保溫2小時(shí)后開路磁通損失肯定小于5%,而直徑10×3的N35圓柱,L/D=0.3,其開路80度保溫2小時(shí)后開路磁通損失可能大于20%。
但是實(shí)際情況中,我們有很多成品磁鐵(磁鋼)實(shí)際上并不是圓柱形的,不管是做磁路組件的還是做永磁電機(jī)的朋友,你們訂購(gòu)的永磁產(chǎn)品可能是方塊、瓦型、環(huán)形,甚至是其他異形的,還有不同的取向,這哪里來的L/D呢?所以,這里就要涉及另一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn):Pc值。Pc越大磁體工作點(diǎn)越高,越不容易被退磁。一般情況下對(duì)于一個(gè)孤立磁體取向長(zhǎng)度相對(duì)越大Pc越大。因此Pc是永磁磁路設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要的物理量。我們可以利用等效磁荷球原理估算特定形狀孤立磁體的單位磁導(dǎo)(Pc)。我們可以利用相應(yīng)的公式計(jì)算出方塊,瓦型,環(huán)形的Pc值,對(duì)比圓柱的Pc值,等量帶換出相應(yīng)的長(zhǎng)徑比L/D值。比如一個(gè)30x25x12的方塊磁鋼,其Pc值約為1.065,與D10×4的圓柱磁鋼的Pc值1.073接近,因此,可以將這個(gè)方塊看成L/D=0.4的圓柱,有助于判斷其能否勝任對(duì)應(yīng)工作溫度。
在了解長(zhǎng)徑比L/D和孤立磁體的單位磁導(dǎo)(Pc)的基本概念之后,我們現(xiàn)在來具體介紹磁鐵的耐溫實(shí)驗(yàn)怎么做。
下圖是一組客戶來樣的檢驗(yàn)記錄,客戶部知道其產(chǎn)品是什么性能的。我們?yōu)橛脩魴z測(cè)這些數(shù)據(jù),進(jìn)行分析。
首先,我們量得樣品的尺寸是19*19*2.5,對(duì)應(yīng)的Pc值=0.26,對(duì)應(yīng)的L/D換算為0.12。
其次,通過表磁計(jì)算公式,逆向換算,在這個(gè)尺寸下(19*19*2.5)中心表磁為1300左右的剩磁大約是12kGs,對(duì)應(yīng)的牌號(hào)就是35.
接著,參考我們往期的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)積累,L/D=0.11左右的磁鋼,100℃開路退磁5-10%,110℃開路退磁11-16%,對(duì)應(yīng)的差不多就是SH牌號(hào)。
通過以上老化實(shí)驗(yàn),我們可以大概知道產(chǎn)品的性能是什么牌號(hào)。有助于我們開發(fā)產(chǎn)品,找到合適的材料。反過來講,我們可以通過老化實(shí)驗(yàn),來驗(yàn)證產(chǎn)品是否符合自己的需求,或者自己的產(chǎn)品性能是否過于耐溫過剩,有降本空間。
后續(xù)我們會(huì)再繼續(xù)討論如何使用公式計(jì)算L/D和Pc值,把能解決問題的方法分享給大家。
]]>通常涉及幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù),這些參數(shù)可以從不同角度反映磁鐵的性能。以下是一些常用的衡量標(biāo)準(zhǔn):
通過上述參數(shù)的綜合評(píng)估,可以全面衡量磁鐵的磁性能高低。在實(shí)際應(yīng)用中,根據(jù)不同的需求和使用環(huán)境,可能會(huì)側(cè)重于某些特定的性能指標(biāo)。
]]>永磁材料的磁性在正常的工作條件下可以持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間。永磁材料,如釹鐵硼(NdFeB)、鋁鎳鈷(Alnico)和燒結(jié)釤鈷(SmCo)等,通常設(shè)計(jì)用于長(zhǎng)時(shí)間保持其磁性能。
永磁材料的磁性能可能會(huì)隨著時(shí)間而退化,這通常是由于以下因素造成的:
一般情況下,永磁材料的磁性能可以持續(xù)數(shù)十年,具體取決于使用條件和環(huán)境因素。為了延長(zhǎng)永磁材料的壽命和保持其磁性能,應(yīng)該避免高溫、機(jī)械損傷、磁場(chǎng)飽和和化學(xué)腐蝕。
]]>稀土(Rare Earth Elements,REE)是指元素周期表中鑭系元素(從鑭La到镥Lu)以及與鑭系元素性質(zhì)相似的釔和鈧共17種元素。稀土元素因其含量相對(duì)稀少而得名,它們?cè)诂F(xiàn)代工業(yè)和科技中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
稀土元素廣泛應(yīng)用于各種高科技領(lǐng)域,包括:
稀土資源的獲取和加工對(duì)全球經(jīng)濟(jì)和技術(shù)發(fā)展具有重要影響,但由于其稀有性和環(huán)境影響,稀土的開采和處理受到國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注。
稀土的開采是指從礦石中提取稀土元素的過程。稀土元素通常與其他元素共生,如鈰、鑭、釹、鐠等,這些元素在自然界中往往以氧化物形態(tài)存在,與硅酸鹽、碳酸鹽等礦物共生。稀土的開采和加工是一個(gè)復(fù)雜的過程,通常包括以下幾個(gè)步驟:
稀土的開采和加工過程中需要注意環(huán)境保護(hù),因?yàn)橄⊥恋拈_采和冶煉過程可能會(huì)產(chǎn)生重金屬污染和化學(xué)廢物。因此,各國(guó)政府通常會(huì)對(duì)稀土的開采和加工活動(dòng)進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)管,以確保環(huán)境安全和可持續(xù)發(fā)展。
]]>永磁材料和軟磁材料是磁性材料的兩大類,它們?cè)诖呕蟮拇判阅芎蛻?yīng)用上有著顯著的區(qū)別。
永磁材料(Permanent Magnets):
軟磁材料(Soft Magnetic Materials):
兩者的區(qū)別主要在于磁化后的磁性保留情況和磁性能的差異,這些差異決定了它們?cè)诟鞣N應(yīng)用中的使用。
永磁材料和軟磁材料可以組合在一起制成各種磁鐵組件,這些組件在電子和電氣設(shè)備中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。以下是一些常見的由永磁材料和軟磁材料組成的組件:
這些組件的性能取決于永磁材料和軟磁材料的特性,以及它們的組合方式和設(shè)計(jì)。通過選擇合適的材料和設(shè)計(jì),可以制造出性能優(yōu)良、效率高、功耗低的電磁設(shè)備。
]]>永磁電機(jī)的磁鋼,通常是指使用永磁材料制成的磁體,這些材料能夠在沒有外加磁場(chǎng)的情況下保持磁化狀態(tài)。常用的永磁材料包括釹鐵硼(Nd-Fe-B)、釤鈷(SmCo)、鋁鎳鈷(Alnico)等。
不同類型的永磁材料有不同的耐溫性能。通常,永磁材料的磁性會(huì)隨著溫度的升高而降低,即磁化強(qiáng)度會(huì)隨溫度升高而減弱。當(dāng)溫度接近或超過材料的居里點(diǎn)(Curie temperature)時(shí),磁性會(huì)完全消失。
例如:
在實(shí)際應(yīng)用中,永磁電機(jī)的工作環(huán)境溫度會(huì)對(duì)磁鋼的性能產(chǎn)生影響。因此,選擇合適的永磁材料時(shí),需要考慮電機(jī)的預(yù)期工作溫度范圍,以確保磁鋼能夠在預(yù)期的工作溫度下保持足夠的磁性。如果工作溫度較高,可能需要采用具有更高耐溫性能的永磁材料,或者采取散熱措施來維持磁鋼的磁性。
釤鈷磁鋼
在實(shí)際應(yīng)用中,電機(jī)制造商會(huì)根據(jù)電機(jī)的預(yù)期工作溫度和應(yīng)用要求選擇合適的永磁材料。例如,如果電機(jī)需要在高溫環(huán)境下工作,那么釤鈷磁鋼可能是更好的選擇,因?yàn)樗鼈兡軌蛟诟叩臏囟认卤3执判阅?。如果電機(jī)的工作溫度較低,那么釹鐵硼磁鋼可能是更經(jīng)濟(jì)的選擇,因?yàn)樗鼈兲峁┝烁叩拇判阅堋?/p>
需要注意的是,即使磁鋼的耐溫性能較好,長(zhǎng)時(shí)間的暴露在高溫度下也會(huì)導(dǎo)致磁性能的退化。因此,電機(jī)制造商通常會(huì)采取冷卻措施或其他熱管理策略來保護(hù)磁鋼免受高溫影響。
]]>永磁材料是通過充磁過程獲得磁性的。這個(gè)過程涉及到將磁性材料置于磁場(chǎng)中,并利用外部磁場(chǎng)的作用力使材料中的磁疇(即磁性粒子的有序排列區(qū)域)定向排列,從而產(chǎn)生宏觀磁性。以下是永磁材料充磁的基本步驟:
永磁材料的充磁過程通常是自動(dòng)化的,可以使用專門的充磁機(jī)來完成。充磁機(jī)的設(shè)計(jì)會(huì)根據(jù)不同的材料和應(yīng)用需求進(jìn)行調(diào)整,以確保獲得最佳的磁化效果。
充磁機(jī)的原理是基于電磁感應(yīng)原理。當(dāng)電流通過線圈時(shí),會(huì)在線圈的周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)。當(dāng)磁性材料(如釹鐵硼磁鐵)被放置在這個(gè)磁場(chǎng)中時(shí),材料中的原子會(huì)根據(jù)電流的方向排列,從而獲得磁性。充磁機(jī)的設(shè)計(jì)通常包括以下幾個(gè)部分:
充磁機(jī)的原理是通過電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)磁性材料進(jìn)行磁化,從而賦予磁性材料磁性。這個(gè)過程通常稱為充磁。充磁機(jī)的設(shè)計(jì)需要根據(jù)磁性材料的類型和所需的磁化強(qiáng)度來定制。
]]>永磁材料是指在無外磁場(chǎng)作用下能夠保持磁性的材料,如釹鐵硼(Nd-Fe-B)、釤鈷(SmCo)、鋁鎳鈷(Alnico)等。永磁材料的檢測(cè)是為了確保其性能和質(zhì)量,以下是一些常見的永磁材料的檢測(cè)儀器:
這些儀器可以單獨(dú)使用,也可以組合使用,以全面評(píng)估永磁材料的性能。檢測(cè)結(jié)果可以幫助制造商優(yōu)化生產(chǎn)過程,確保產(chǎn)品質(zhì)量,并滿足不同應(yīng)用的需求。
例如,釹鐵硼(Nd-Fe-B)磁鐵是一種高性能的永磁材料,其性能主要通過以下參數(shù)來描述:
這些參數(shù)對(duì)于選擇合適的釹鐵硼磁鐵非常重要,因?yàn)樗鼈儧Q定了磁鐵在特定應(yīng)用中的性能和可靠性。
電動(dòng)汽車(EV)使用永磁材料的主要目的是為了提高電機(jī)的效率和功率密度。永磁材料通常用于電動(dòng)汽車的永磁同步電機(jī)(PMSM)中,其中永磁材料充當(dāng)磁場(chǎng)源,以提高電機(jī)的磁通密度和效率。
永磁材料的用量取決于電機(jī)的設(shè)計(jì)、電機(jī)所需的功率和扭矩、以及電機(jī)的尺寸和效率目標(biāo)。一般來說,每千瓦電機(jī)的永磁材料用量大約在0.1到0.2公斤之間,但這個(gè)數(shù)值會(huì)根據(jù)具體的電機(jī)設(shè)計(jì)和工作條件有所變化。
例如,如果一輛電動(dòng)汽車的電機(jī)功率為100千瓦(即100,000瓦),那么大約需要10到20公斤的永磁材料。然而,這只是一個(gè)粗略的估計(jì),實(shí)際的用量可能會(huì)根據(jù)電機(jī)的具體設(shè)計(jì)而有所不同。
需要注意的是,永磁材料的使用也受到稀土元素(如釹和鐠)的限制,這些元素的供應(yīng)和成本都是影響永磁材料使用量的因素。此外,隨著技術(shù)的進(jìn)步和材料科學(xué)的創(chuàng)新,未來可能會(huì)有新的永磁材料和電機(jī)設(shè)計(jì),這可能會(huì)改變永磁材料在電動(dòng)汽車中的使用量。
特斯拉(Tesla)的電動(dòng)汽車使用的是永磁同步電機(jī)(PMSM),這些電機(jī)使用了一種稱為釹鐵硼(Nd-Fe-B)的永磁材料。釹鐵硼是一種高性能的稀土永磁材料,具有很高的磁能積,這意味著它們可以在較小的體積內(nèi)產(chǎn)生較大的磁場(chǎng)。
特斯拉電機(jī)中的磁鋼(即永磁材料)通常是由釹鐵硼合金制成的,其化學(xué)式為Nd2Fe14B。這種合金含有大量的釹(Nd),它是電機(jī)中產(chǎn)生磁場(chǎng)的關(guān)鍵元素。特斯拉的電機(jī)設(shè)計(jì)旨在最大化磁通量,從而提高電機(jī)的效率和功率密度。
特斯拉電機(jī)中的磁鋼通常被制成條形或盤形,并被嵌入到電機(jī)的定子或轉(zhuǎn)子中。這些磁鋼在電機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng),與電機(jī)的繞組相互作用,從而產(chǎn)生扭矩和動(dòng)力。
特斯拉的電機(jī)設(shè)計(jì)非常高效,其電機(jī)具有很高的功率密度和效率。特斯拉的電動(dòng)汽車,如Model S、Model 3和Model X,都配備了高性能的電機(jī),這些電機(jī)使用釹鐵硼永磁材料來提高性能。
]]>釹鐵硼(NdFeB)材料是一種高性能的稀土永磁材料,主要由釹(Nd)、鐵(Fe)和硼(B)三種元素組成。這種材料具有很高的磁能積和良好的溫度穩(wěn)定性,因此被廣泛應(yīng)用于各種需要高磁性的領(lǐng)域,如電機(jī)、揚(yáng)聲器、磁共振成像(MRI)設(shè)備、磁力起重機(jī)等。
釹鐵硼磁體的制造過程非常復(fù)雜,需要高溫?zé)Y(jié)和高壓成型等工藝。其主要成分是釹鐵硼合金,其化學(xué)式為Nd2Fe14B,含有少量的其他元素,如鏑(Dy)、鐠(Pr)、鑭(La)等,以提高其性能和穩(wěn)定性。釹鐵硼磁體具有以下特點(diǎn):
由于釹鐵硼磁體的這些優(yōu)異性能,它們被廣泛應(yīng)用于各種高要求的應(yīng)用中。然而,釹是一種稀土元素,其資源有限且開采成本較高,這也使得釹鐵硼磁體的成本相對(duì)較高。
釹鐵硼(NdFeB)材料因其高磁能積和優(yōu)良的溫度穩(wěn)定性,被廣泛應(yīng)用于各種需要高磁性的領(lǐng)域。以下是一些主要的應(yīng)用領(lǐng)域:
釹鐵硼磁體的應(yīng)用領(lǐng)域仍在不斷擴(kuò)展,隨著技術(shù)的進(jìn)步,它們?cè)诟囝I(lǐng)域的應(yīng)用將會(huì)變得更加廣泛。
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