郭 强

(南京磁优电子有限公司,江苏南京 210014)

改革开放以来,随着永磁材料和科学技术的发展,永磁电机在我国发展迅速。铁氧体永磁电机产量已达世界第一位,作为我国 863计划重点发展项目的稀土永磁电机更是异军突起,理论设计体系有重大创新,制造技术突飞猛进,世界上容量最大的稀土永磁电机已经在我国诞生,直径毫米级的微型电机也能制造。如今永磁电机的应用遍及家电、汽车、航空航天、石油、化工、医疗、纺织等各个领域。

永磁电机对永磁材料的性能要求越来越高,品种要求越来越多,多极环形永磁体就是在这种需求下发展起来的一种新型磁性元件。目前该类磁环已成为现代直流无刷电机、同步电机、交流伺服电机等类电机的关键元件,其性能的高低直接关系到电机的性能。多极环型永磁体已成为世界微电机领域和磁性材料领域的热点。多极磁环按材质分,有铁氧体永磁多极磁环和稀土永磁—主要是NdFeB多极磁环;按制造方法分,有各向同性和各向异性及烧结磁体和粘结磁体。在所有多极磁环中,极异方性烧结 Nd FeB多极磁环是性能最高的一种。这种磁环制造技术复杂,目前世界上只有几家大公司可生产,近年来我们研制成功并投放市场,在交流伺服电机中成功应用。

各向异性多极磁环的技术难点,主要有设计高磁场强度的多极取向装置,它解决了由于径向和切向在烧结过程中收缩率差异大引起的磁环开裂问题以及制取高密度的生坯等。采用专利技术和多项独制工艺可解决这些问题。

烧结NdFeB极异方性多极磁环,其表面有效磁通密度比各向同性铁氧体多极磁环高 5倍以上,与多件NdFeB磁瓦粘合成的组合式多极磁环相比,性能更高,而且省工时、省材料,不存在磁瓦脱落的风险。与国内热门的辐射取向 NdFeB极磁环相比,有以下一系列优点:

(1)磁性能高,表面有效磁通密度可提高 50%以上。目前制作的多极磁环的表面磁通密度在 0.4～0.6 T之间,例如(Φ25 mm-Φ18 mm)×40 mm、8极、表面磁通密度为 0.54 T,而相同尺寸的辐射取向多极磁环,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,使永磁电机具有更好的性能。

(3)由于取向方向和充磁方向一致,磁环内可不用加铁心(轴),电机可选用不锈钢轴。

(4)磁环内径和轴向高度不像辐向环那样受取向磁场的严格限制。多极环内径可小至几毫米,轴向高度在模具和设备允许的情况下也不受限制。不足之处是作为多极磁环而言,一件辐射取向环,在技术允许的情况下可充成任意极数的多极磁环,而极各向异性磁环,一般情况下是多少对极取向,就充多少对极,这就增加了制造设备的多样性和复杂性。

性能好、磁通密度分布合理、易于做成圆筒形的 NdFeB极异方性多极磁环的投放市场,为我国仿制进口微电机,设计体积更小、效率更高,更先进的新一代永磁电机提供了必要条件,将引发电机设计师新的设计理念,促进我国微电机向更高阶段发展。