低空經(jīng)濟(jì)是指在低空空域(通常指地面以上1000米以下)開展的各類經(jīng)濟(jì)活動,涵蓋多個(gè)領(lǐng)域:
低空經(jīng)濟(jì)中的許多設(shè)備,尤其是電動飛行器和無人機(jī),會使用永磁材料,主要體現(xiàn)在以下方面:
無人機(jī)電機(jī)內(nèi)部使用的永磁體-徑向磁化的釹鐵硼磁鋼
低空經(jīng)濟(jì)涉及多種低空空域的經(jīng)濟(jì)活動,永磁材料因其高效、高功率密度和輕量化特性,在電動飛行器和無人機(jī)的電機(jī)驅(qū)動和能量轉(zhuǎn)換中發(fā)揮重要作用。
]]>我們知道,釹鐵硼和釤鈷永磁材料是目前使用最多的兩類稀土永磁材料,他們是當(dāng)今世界上最強(qiáng)力的磁鐵,釹鐵硼永磁更是成為了磁王,而釤鈷永磁則在高溫環(huán)境中無可替代。但是他們還是有一個(gè)共同的弱點(diǎn),就是高溫工作時(shí)會降低磁性,高于一定溫度時(shí)還會產(chǎn)生不可逆磁損,因此在選擇永磁材料的時(shí)候一定要注意磁鐵實(shí)際的工作溫度,盡可能避免不可逆磁損的產(chǎn)生,使得磁鋼工作磁性能降低過多,引起電機(jī)或設(shè)備異常。
為了使一些電機(jī)的參數(shù)更加穩(wěn)定,一切電機(jī)廠家會對磁鋼進(jìn)行穩(wěn)磁處理,有的需要磁鋼供應(yīng)商做穩(wěn)磁處理。那么,什么是永磁材料穩(wěn)磁處理呢?正如上述所說,釹鐵硼和釤鈷永磁在高溫工作后,可能會產(chǎn)生一些不可逆磁損,那么穩(wěn)磁就是提前消除磁鋼在某一個(gè)溫度下產(chǎn)生的不可逆磁損,從而使磁鋼的磁性能不再受該溫度的退磁產(chǎn)生。比如,一個(gè)電機(jī)廠家需要N38SH的磁鋼,裝機(jī)前需要對磁鋼進(jìn)行開路120度的穩(wěn)磁處理,假如磁鋼的常溫初始磁通是10.00-10.20的范圍,經(jīng)過開路120度1小時(shí)的穩(wěn)磁處理后,恢復(fù)常溫再次測磁通值為9.70-9.90的范圍,這樣磁鋼再經(jīng)歷120度以下的溫度后,磁鋼的磁通就不會再降低了。
那么,小伙伴們會問,這樣穩(wěn)磁處理有什么作用?其實(shí)一點(diǎn)就通,假如電機(jī)裝配后,電機(jī)功率能達(dá)到1kw,長時(shí)間極限工做后由于內(nèi)部高溫,達(dá)到了120度甚至以上,磁鋼必然會退磁,即便恢復(fù)常溫后,由于產(chǎn)生了不可逆磁損,電機(jī)的一些控制參數(shù)可能就不那么合適了,整體功率就會衰減。穩(wěn)磁就是為了消除這部分不穩(wěn)定的磁通值。
當(dāng)然,穩(wěn)磁處理也需要一些注意事項(xiàng)。比如,一般穩(wěn)磁的溫度要結(jié)合磁鋼的具體牌號,以及考慮到磁鋼自身的長徑比或者pc值,建議穩(wěn)磁的磁損控制在5%以內(nèi),因?yàn)橥舜怕食^了5%,說明溫度接近了磁鋼退磁曲線的拐點(diǎn)溫度,可能再升高5度10度,退磁率會差異較大,離散性會增大很多。例如,你不能將N45SH的磁鋼,通過溫度退磁到38SH的磁通值,這需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)去分析,找到最為合適的性能的磁鋼。
我們目前做了大量的實(shí)驗(yàn),從開路到半開路,從M檔,H檔,SH檔,SHT,UH, UHT, EH等,不同長徑比不同溫度下的退磁率,比較大量的數(shù)據(jù)支撐,可以幫助磁鋼客戶評估選擇合適的牌號,避免磁鋼退磁風(fēng)險(xiǎn),也避免技術(shù)冗余。
]]>首先,我們需要了解下最高工作溫度的概念。在最新的國家標(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),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。一般情況下對于一個(gè)孤立磁體取向長度相對越大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,對比圓柱的Pc值,等量帶換出相應(yīng)的長徑比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應(yīng)工作溫度。
在了解長徑比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,對應(yīng)的Pc值=0.26,對應(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,對應(yīng)的牌號就是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%,對應(yīng)的差不多就是SH牌號。
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。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)用于長時(shí)間保持其磁性能。
永磁材料的磁性能可能會隨著時(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稀少而得名,它們在現(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際社會的廣泛關(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產(chǎn)生重金屬污染和化學(xué)廢物。因此,各國政府通常會對稀土的開采和加工活動進(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,它們在磁化后的磁性能和應(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在各種應(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,永磁材料的磁性會隨著溫度的升高而降低,即磁化強(qiáng)度會隨溫度升高而減弱。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)境溫度會對磁鋼的性能產(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执判阅堋H绻姍C(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,長時(shí)間的暴露在高溫度下也會導(dǎo)致磁性能的退化。因此,電機(jī)制造商通常會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中,并利用外部磁場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),會在線圈的周圍產(chǎn)生磁場。當(dāng)磁性材料(如釹鐵硼磁鐵)被放置在這個(gè)磁場中時(shí),材料中的原子會根據(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)生的磁場對磁性材料進(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儀器:
這些儀器可以單獨(dú)使用,也可以組合使用,以全面評估永磁材料的性能。檢測結(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。