摘要：稀土永磁材料具有许多特殊的性能，随着技术的突破，稀土永磁材料被应用于多个领域。在电机工程中，稀土永磁材料具有许多优势，可以提升电机的综合性能，具有广阔的应用前景。
关键词：稀土永磁材料；电机工程；技术应用
1．稀土永磁材料和永磁电机
稀土永磁材料是一种具有特殊性能的材料，可以广泛应用于多个技术领域，推动了多个行业的发展。如电力、机械、医疗、电子等行业。稀土永磁材料具有许多独特的性能，比如磁能的体积比高于其它材料，矫顽力可以持久。经过多年的发展，我国的稀土永磁体产业取得了很大进步，特别永磁电机取得了许多技术上的突破。永磁体被磁化后，磁饱合性能可以长久保持，永磁电机改变了传统电机的励磁方式。稀土永磁材料应用于电机制造可以提升电机的综合性能，比如电机的效率可以提高，功能因素高，电机控制方式可以简化，此外，电机的体积可以减小。永磁电机可以广泛应用于多个领域，如航空航天，工业控制、高速驱动等。由于永磁材料的发展，推动了永磁电机的发展。永磁电机的性能和永磁材料的特性存在直接的关联。近年来由于技术的发展，永磁材料的性能得到了很大的提升，永磁电机的各项技术指标也得到了提升，产生了显著的综合效益。
由于永磁电机特有的高性能和轻型化以及高效率，随着技术的不断成熟，传统的电力驱动将会被取代，能源消耗也会因此降低，对于提升环境质量，实现资源节约型社会具有推动作用。
2.稀土材料的特殊性能
稀土永磁材料是上世纪中期产生的新型材料，经过多年的发展，许多技术获得了突破，现在已经产生了第三代稀土永磁材料，并具有实用价值，可以实现规模化生产。第一代稀土永磁材料主要是SmCo 类合金材料，第二代稀土永磁材料是指SmCo类合金材料，这些材料全部以金属Co为基础合金，而第三代稀土永磁材料以NdFeB最为典型，将铁作为稀土材料的基础合金。
第一代和第二代稀土材料的特点：
（1）材料矫顽磁力较强，剩磁感应强度可以保持长久.比如以Sm2Co17为主要材料的钐钴永磁体可以将剩磁感应强度保持在1.14 T，磁能积的最大数值可以达铝镍钴类永磁材料的8—10倍.
（2）去磁曲线可以处于恒定状态，显示为直线。在磁场的持续作用下，内禀矫顽力可以保持稳定，磁体还具有可逆特点，由于具有这些独特的性能提升了电机的设计效果。
（3）磁体力学的特性突出，在发生振动或冲击等持续载荷的作用下，磁性能不会发生改变。
由于钐钴类稀土永磁材料的特殊性能，永磁电机技术获得了快速地发展，永磁电机的设计可以实现体积小和重量轻，并且具有较高的效率。但是由于钐和钴是稀有元素，价格高，因此有采用钐钴材料制作的永磁电机的造价较高，这类电机的大范围使用受到了限制。
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由于技术研究的深入，钕铁硼永磁体作为第三代稀土永磁材料在上世纪中后期间开发出来，钕铁硼永磁体具有许多特殊的优势：
（1）磁能积方面的优势。磁能积超高，理论计算最大限值可以达到6.8×104MGAm-1，当前实验室开发出钕铁硼材料的磁能积可以达到5.8×104MGAm-1，是当前材料领域中最高的磁能积。由于磁能积的性能优势，永磁电机的重量可以降低，并且可以降低材料的使用，电机能耗会下降。永磁体的磁能积性能和合金的制备有关，这项工艺是关键的影响因素。
（2）剩磁和矫顽力的性能优势，第三代永磁体的去磁曲线非常稳定，显示为近直线。典型的永磁体材料如钕铁硼具有的剩磁感应强度可以接近达2T 高斯，矫顽力最大数值可以超过107Am-1，性能远超过其它类的永磁材料。
（3）制造永磁体的材料多样，并且价格不高，当前每公斤钕铁硼的价格约为500元，价格方面的优势可以扩大钕铁硼永磁体的应用范围，可以实现永磁电机大范围的推广普及。由于钕铁硼永磁体的性能优势，当前电机制造领域大量使用钕铁硼永磁体。由于磁性能的优势，提升了气隙的磁密度，电机制造的用铁量会下降，电机的体积可以更小。电机的综合性能获得了提升，效率和功率因数方面明显提高。
3 电机制造业中稀土永磁材料的应用
（1）永磁材料电动机：这类电机包括直流机、同步机和步进机等，定子采用永磁体制作，永磁体可以设计为径向和切向以及混合式等多种形式，可以广泛应用于宇航、纺织、机床传动装置等多个行业和领域。特别是由于信息的发展，电脑中的光驱、硬盘电机都采用了稀土永磁材料。
（2）永磁材料发电机：这类电机包括无刷直流机、励磁机、脉冲发生器等，主要应用于储能飞轮、激磁器、飞机点火器等技术领域。飞机制造中使用的主发电机采用了钐钴类的永磁材料，由于这类材料的磁能积性能好，工作温度适应范围大，电机的综合性能获得了提升，体现出下列优点：
（1）由于磁能积的优势，电机在保证输出功率的同时，电机的单重可以降低三分之一，在体积相同的条件下电机的功率可以提升一半以上。由于离心力的降低，电机的转速可以提高，电机的电流强度可以控制，电机运行时的冷却问题得到解决，力矩惯性也增大了，电机运行时轴承的稳定性提高，
（2）由于剩磁高，提高了电机气隙的磁通密度，降低了绕组的铜线用量，成本降低了。由于存在高矫顽力，消除了退磁风险。磁化效果稳定。电机的热稳定性，工作可靠，不受工作环境温度的影响。
4.结束语
我国具有丰富的稀土资源，因此对于稀土永磁材料的开发和研究具有许多优势。随着研究的深入，更多性能良好的稀土永磁材料将被开发出来，而稀土永磁电机的综合性能将会不断提升，应用领域将会不断扩大，在多个产业中发挥着重要的作用。
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[4] 董峻峰.永磁电机[M].机械工业出版社，2015.
论文作者:白增程
论文发表刊物:《电力设备》2017年第36期
论文发表时间:2018/5/11
标签：永磁论文; 电机论文; 材料论文; 稀土论文; 磁能论文; 性能论文; 剩磁论文; 《电力设备》2017年第36期论文;