步进电机中使用的永磁铁的种类和特性比较

步进电机中使用的永久磁铁主要有:烧结铁氧体、粘接铁氧体磁铁、粘接钕铁硼磁铁、铝镍钴磁铁、烧结钕铁硼磁铁这几种。这几种材料在工艺、成本和性能上都有些许差异。根据不同结构的步进电机,其常用的磁铁类型如下表所示。

步进电机中使用的磁铁

铁氧体磁铁

上表的磁铁为用粉末冶金法制作的氧化物磁铁,有钡氧体系列与锶氧体系列,与其他的磁铁相比,具有比重小、转子惯量小、剩磁密度低、矫顽力高等特点,不易受去磁磁场的影响,为表最便宜的永磁体,适用于各种电机(包括PM型步进电机)。根据制造方法,使用烧结铁氧体与环氧树脂做粘合剂的压铸铁氧体(又称粘接铁氧体)比较,烧结铁氧体的磁能较高,但难以制造复杂形状的磁极。压铸铁氧体有注塑成型和压铸成型两种方法,前者能形成各种复杂形状,但磁性能比后者稍差。

钕磁铁

简称钕磁铁。钕磁铁为稀土类磁铁的一种,稀土类磁铁的剩磁密度和矫顽力均很高,适用于步进电机使用,稀土类磁铁有Sm-Co(钐-钴)系列与Nd-Fe-B(钕-铁-硼)系列。HB型步进电机主要适用后者,主要是因为其磁能积大于35MOeG(M.Oersted,Gauss),充磁比前者更容易且稳定性好。钕铁硼比其他磁铁容易生锈,使用时需要作防锈处理。

HB型步进电机转子安装前不磁化,安装后再磁化,装配时不会吸附铁粉等,也不会吸引定子,所以装配简单,如用钕磁铁的HB型转子,转子即使从定子中抽出,也不会退磁。

铝镍钴磁铁

铝镍钴(Al-Ni-Co)磁铁为铸造磁铁,价格在铁氧体与钕磁铁之间,剩余磁通密度与钕磁铁相等,HB型步进电机开始就使用它,铝镍钴的另一特点是温度系数小,高温下不退磁,由此特别适用于高温的HB型步进电机。

但铝镍钴磁铁矫顽力比铁氧体磁铁要低,用于HB型步进电机时,要装配完成后再磁化,其转子如从定子中抽出,会产生退磁现象,即使再装回定子,也不会产生原来的转矩。与钕磁铁比较,其矫顽力小,轴向厚度要设计得大些。表中的RM型电机是将PM型转子与HB型定子,特别是三相定子组合而成的。

粘接钕铁硼磁铁

Nd-Fe-B系稀土磁铁粉末与环氧树脂粘合的磁铁,比铁氧体的磁能大10倍左右,适合于小型化的电机。下图对相同大小的步进电机分别用钕铁硼与铁氧体激磁得到的转矩进行比较,材料费提高的同时,转矩也增大了。

步进电机使用不同种类磁体的转矩比较烧结钕铁硼与粘接钕铁硼相比,前者磁能积高,但不能做出复杂的结构,粘接钦铁硼与铁氧体一样,能注射或压铸成复杂形状,前者用注射成型,能制造出复杂形状,但磁性能比压铸成型的要低。

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