航空永磁电机失磁分析详解.docVIP

永磁电机失磁分析 摘要：永磁电机特别是稀土永磁电机的优良特性使其在航空领域有良好的应用前景。然而永磁电机在恶劣的环境条件下工作时，容易引起电机永磁体的不可逆失磁，从而导致电机性能大幅下降。本文从永磁材料的性能和电机的工作原理入手，分析了稀土永磁电机的永磁体在高温、机械振动、化学腐蚀、交变磁场和时效的作用下的失磁原因，从电机设计和使用的角度提出了减小失磁的措施，并介绍了对永磁体重新充磁的方法和注意事项。 关 键 词：航空永磁电机，稀土永磁电机，失磁分析，充磁 目　　次 1 绪论 1 1.1 永磁电机在航空上的应用 1 1.2 航空永磁电机存在的问题 1 2 永磁电机失磁原因分析 2 2.1 失磁原因概述 2 2.2 热失磁 2 2.2.1 热失磁的原因 2 2.2.2 衡量永磁材料热稳定性的参数 4 2.3 交流失磁 4 2.3.1 永磁材料的外磁场稳定性 4 2.3.2 电枢反应引起永磁体失磁的机理 5 2.3.3 高频交变磁场环境对失磁效应的影响 8 2.4 化学腐蚀失磁 10 2.4.1 永磁材料的化学稳定性 10 2.4.2 氧化和腐蚀的机理 10 2.5 振动失磁 11 2.6 时效失磁 12 2.6.1 永磁材料的时间稳定性 12 2.6.2 永磁材料的老化现象 13 2.7 接触失磁 13 3减小电机永磁体失磁的措施 13 3.1 减小材料本身的原因引起的失磁 13 3.1.1 添加合金元素 13 3.1.2 表面处理 14 3.2 减小电机设计的原因引起的失磁 15 3.2.1 选择合适的永磁材料 15 3.2.2 正确预测电机温升 16 3.2.3 正确选择电机永磁体的工作点 16 3.2.4 采用可提高电机抗去磁能力的结构设计 18 3.3 永磁电机在实际使用时减小失磁的措施 21 3.3.1 稳磁处理 21 3.3.2 防止接触失磁 22 4对永磁体重新充磁的方法和注意事项 22 4.1 失磁程度的判定 22 4.2 充磁方法 23 4.2.1 充磁原理 23 4.2.2 充磁过程中的注意事项 24 结束语 28 1 绪论 1.1 永磁电机在航空上的应用 随着新型永磁材料，特别是稀土永磁材料的大力发展，使永磁电机的性能得以不断提高，永磁电机的应用也越来越广泛。与电励磁电机相比，稀土永磁电机具有结构简单、运行可靠、体积小、质量轻、损耗少、效率高、电机的形状和尺寸可以灵活多样等显著优点，在航空领域有很强的生命力。目前稀土永磁电机主要作为驱动电动机、伺服电动机和控制电机应用在飞机上的电力作动系统中，如飞控系统、环境控制系统、刹车系统、燃油和起动系统等。随着稀土永磁材料、电力电子、新型控制理论及电机理论的发展，中大型稀土永磁电机也开始在航空领域得到应用。比如在无人机上获得应用的500～2000VA稀土永磁同步发电机、机载电源系统中的45～150kVA大容量稀土永磁发电机以及目前受到国内外广泛关注的一种融合了永磁电机和电励磁电机优点的复合励磁稀土永磁发电机等。 1.2 航空永磁电机存在的问题 永磁电机中永磁体的磁性能直接影响永磁电机的效率、安全性和可靠性。如果电机设计或使用不当，在高温、化学腐蚀、机械振动以及冲击电流产生的电枢反应等因素作用下，电机内的永磁体容易产生不可逆失磁，使电机性能急剧下降，甚至有可能导致电机停转或烧毁。由于航空电机面临着诸多恶劣的工作条件，比如振动和冲击引起的机械过载、起动或反转时的电流过载、以及复杂的大气和温度条件等，而同时航空电机又对可靠性有很高的要求，因此永磁电机要想在航空领域获得广泛的应用，首先要解决电机永磁体的失磁问题。所以有必要分析电机永磁体失磁的原因，找出提高电机抗去磁能力的办法。 2 永磁电机失磁原因分析 2.1 失磁原因概述 造成永磁电机永磁体失磁的原因总结起来可分为以下三种情况： 一、材料本身的原因引起的失磁 永磁材料的热稳定性、时间稳定性、化学稳定性、外磁场稳定性和抗振动性等性能不达标是引起永磁电机永磁体失磁的主要原因。 二、电机设计的原因引起的失磁 由于电机设计时对电机的工作环境和特殊性能要求了解不清，永磁体工作点选择不当等原因，导致永磁电机在使用过程中发生不可逆失磁。 三、电机使用不当或发生故障引起的失磁 电机在恶劣的大气环境、高温或在剧烈机械振动下使用，容易会使电机永磁体失磁。电机起动、短路、堵转、突然停转或反转时，在冲击电流产生的电枢反应的作用下，也可能造成永磁体失磁。另外，若充磁后的永磁体接触强磁性物质，将会引起明显的失磁效应。 永磁体磁性能：一种是磁畴结构的变化，这种变化可恢复的另一种是永磁体结构的变化这种变化是不可恢复的。 2.2 热失磁 2.2.1 热失磁的原因 如图2.2.1所示，当永磁体温度从t0升至t1时，磁通密度沿曲线1由B0降至B1；当温度