永磁同步電機之關于永磁材料的發展與應用

早在兩千多年前，我們的祖先便發現了天然磁鐵的磁性，并利用它制成了指南針，成為我國的四大發明之一。雖然人類很早就發現了天然磁鐵，但是對于磁鐵性能本質的認識及對磁性材料的應用卻是經過了漫長的過程。磁性材料的發展，實際上和永磁材料在電機上的應用是密切相關的。一直到19世紀人們發現了電與磁的相互關系，并逐漸揭示了磁性能的秘密，隨著奧斯特發現了電流磁效應，揭示了電與磁的聯系后，永磁材料才得到發展。

早在20世紀30年代初，人們就開始研制出鋁鎳鉆（AINIC 。）永磁材料，當時它的最大磁能積只有15 . 92kJ / m , ( 2 . OMGoe )，在電機上應用比較困難。后來由于磁控雷達系統應用的需要，鋁鎳鉆永磁材料得到了很大發展，在相當長一段時間，這種永磁材料占據一定統治地位。目前鋁鎳鉆永磁材料最大磁能積可達到79 . 6kJ / m , ( loMcoe）。鐵氧體永磁材料最初產生于20世紀20年代，人們開始研制出了鉆鐵氧體( Co一Femite）永磁材料，由于當時的條件，它的磁性能比較差，最大磁能積也比較低，僅為n . 14kJ / m , ( l . 4MG0e )，它的應用價值并不大。后來到了50年代初，由于市場需要，人們又研制出銀鐵氧體（SrO · 6FeZO3 ) , 60年代又成功研制出鋇鐵氧體（Bao · 6FeZo3 )，它們的最大磁能積都得到很大提高。目前廣泛應用于小功率永磁直流電機的鰓鐵氧體永磁材料最大磁能積可達36 . 62kJ／澎( 4 . 6 MG0e）。20世紀60年代中期，稀土永磁材料的問世使永磁材料發展到一個嶄新階段，這種永磁材料除具備高剩余磁感應強度、高矯頑力、高最大磁能積外，還具有線性退磁曲線的特點，這種材料的優異磁性能特別適合制造不同用途的各種電機。

到目前為止，稀土永磁材料的發展大致分為三個階段。 1967年美國人K . J . stmat教授研制成功了以衫鉆（Sm , CO ,）為主要成分的稀土永磁材料，其最大磁能積可達199 kJ / m , ( 25 MGOe )，一般稱為第一代稀土永磁材料。 1973年又出現了所謂的第二代稀土永磁材料（Sm : COI : )，這種永磁材料的最大磁能積已達到258 . 7kJ / m ,（犯．SMGOe）。到1983年，由美國通用汽車公司和日本住友特殊金屬公司同時研究成功了一種新型欽鐵硼（NdFeB）永磁材料，這種材料在實驗室實驗的最大磁能積最高可達431 . 4 kJ / m , ( 54 . ZMGoe )，可供應用商品材料最大磁能積可達398 . 0 kJ / m , ( 50MG0e )，這種磁性材料一般被稱為第三代稀土永磁材料。由于這種材料中不含有戰略物資―鉆，而且材料中的欽的價格遠遠低于衫，因而這種材料一出現就引起人們的關注。特別是在我國含欽成分的稀土永磁儲量占世界總儲量的80％以上，因而引起我國材料界的極大關注。目前新型永磁材料的研究仍在進行，如衫鐵氮永磁材料、納米復合稀土永磁材料等都希望有較大突破。

如上所述，永磁材料的發展和永磁電機的發展密不可分，隨著永磁電機發展，永磁材料也朝著兩個方向發展：一是朝著材料來源方便、工藝簡單、性能適中、價格便宜、綜合效果良好的鐵氧體永磁材料方向發展，自20世紀70年代中期以來，以鐵氧體永磁這種經濟型永磁材料為第一類，人們稱之為古老而又年輕的永磁材料；第二類朝著具有高磁性能的永磁材料主要是欽鐵硼永磁材料方向發展，除目前可以應用的高剩余磁感應強度、高矯頑力、高最大磁能積的鉸鐵硼永磁材料，已用于有特殊要求的永磁電機外，一些滿足一定要求的新型高居里溫度、高飽和磁化強度、高內察特性的欽鐵硼永磁材料，及其他新型永磁材料也不斷產生。這對于我國的永磁電機行業及其他行業的發展都會產生極大的促進作用。

當然，到目前為止，稀土永磁材料仍然有一定的缺點和不足，如存在抗腐蝕性、穩定性及溫度變化系數等方面需待改進的問題。但隨著人們對這種材料的應用和對它認識的提高，這些問題一定會逐步解決。