电梯开门机用永磁同步电动机(5篇)

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电梯开门机用永磁同步电动机篇一

效率和功率因数是两个不同的概念。电机的效率是指电机的轴输出功率与电机从电网吸取的功率之比，而功率因数是指电机的有功功率与视在功率之比。

功率因数低会造成无功电流大；进而造成因线路电阻压降大，电压低。因线路损耗增加，有功功率增加。

具体原理：

交流永磁同步电动机，转子无滑差，无电励磁，转子无基波铁、铜耗损。转子由于永磁体自带磁场，无需无功励磁电流，因此功率因数高，无功转子无基波铁、铜耗损。无功功率少，定子电流大幅下降，定子铜损耗大为减少。同时，由于稀土永磁电机的极弧系数大于异步电动机的极弧系数，当电压和定子结构一定时，该电机的平均磁感应强度比异步电机小，铁损耗小。由此可见，稀土永磁同步电动机是通过降低自身各种损耗而节能的，不受工况、环境等因素变化的影响。

永磁同步电动机的特性

效率高

平均节电10%以上

异步y2电动机效率曲线，一般在60% 额定负载时下跌较快，轻载时效率很低 永磁电动机效率曲线高而平，在20%~120% 额定负载时均处于高效率区。经多个厂家不同工况现场实测，永磁同步动机的节电率在10~40%。

功率因数高 接近1 永磁同步电机无需无功励磁电流，所以功率因数几乎为1，功率因数曲线和效率曲线高而平，功率因数高，定子电流小，进而降低定子铜耗，提高效率。工厂电网可减少甚至取消电容无功补偿。同时永磁电机的无功补偿是实时就地补偿，使得工厂的功率因数更平稳，对其它设备的正常运行非常有利，减少工厂内电缆传输的无功损耗，起到综合节能的效果。

电机电流小

采用永磁电机后，电机电流明显下降，经实测，永磁电机和y2电机相比，电机电流明显减少。永磁电机无需无功励磁电流，电机电流大幅降低。减少了电缆传输中的损耗，等于扩大了电缆的容量，输电电缆经可以安装更多电机。

运行无滑差转速稳定

永磁电机是同步电机，电机的转速只与电源频率有关，2极电机，在50hz电源下工作时，转速严格稳定在3000r/min。不丢转、无滑差、不受电压波动、负载大小的影响。

温升低15~20℃

永磁电机的电阻损耗小，总损耗大大降低，降低了电动机的温升。经实测，在同等条件下，工作温度比y2电机低15~20℃。

能源紧张是影响我国国民经济发展的一个重要问题，也是全世界共同关心的阔题。节能是我国经济和社会发展的一项长远战略方针，也是当前一项极为紧迫的任务。

电梯开门机用永磁同步电动机篇二

电梯用永磁电动机概况

1前言

近年来，随着具有快速电流跟踪功能的变频装置、dsp信号处理器以及高性能钕铁硼永材料的出现，为永磁同步电动机及其控制技术的发展带来了新的生机。由于其低噪声、平层精度和舒适性都优于以前的驱动系统，又容易用作低速直接驱动，可省去齿轮减速装置，使得永磁同步电动机无齿轮传动变频调速驱动方式，将成为电梯驱动技术的主要发展方向。

2电梯的发展概况

电机的由于使用场合的特殊性电梯驱动用电机应该具有振动小、噪声低、起动电流小、有足够的起动转矩和运行平稳等性能要求。永磁同步电机具有转矩纹波小转速平稳动态响应快速准确过载能力强等优点不仅能满足以上要求而且可以显著提高功率因数降低损耗提高效率长期运行可以起到降本增效的作用。同时正弦波永磁同步电动机可根据多种矢量控制方法来构成变频调速系统实现高性能、高精度的传动在动态响应要求高的场合其应用前景尤其看好。

2.1 电梯电机和控制技术[2] [3] [4] [5] [6]电梯的发展历史，其实就是电梯电机和控制技术的发展史。[2] [3] [4] [5] [6] 电梯电机，按电机的类型分，可以分为直流电机和交流电机两大类。按照电机所驱动的曳引机有无齿轮箱可以分为有齿轮驱动和无齿轮驱动两种，按控制方式的不同可以分为双速电机，调压调速电机和变频调速电机等。电梯电机的分类见图1: 图电梯电机的分类

下面将这几种电机的调速系统做一比较。2.1.1 和交流调速系统相比，直流调速系统控制简单，调速性能好，变流装置结构简单，长期以来在调速传动巾占统治地位，但是随着交流调速理论和技术的发展，越来越多的场合被交流电机替代。这主要是由于直流电机调速系统的以下缺点：

1)直流电动机结构复杂、成本高、故障多、维护困难且工作量大，经常因火花大而影响 生产。

2)机械换向器的换向能力限制了电动机的容量、电压和速度，接触式的电流传输又限制了直流电动机的应用场合。

3)电枢在转子上，电动机效率低，散热条件差，冷却费用高。为改善换向能力，减小电 枢漏感，转子变得粗短，转动惯量增加，影响系统的动态性能。2.1.2 异步电动机调速系统的特点: 一般电梯用的异步电动机都是使用笼型转子，结构简单，牢固耐用。用于电梯的异步电动机控制从刚开始的调压调速、到使用调压调频的标量控制，再演变成磁链定向的矢量控制。不但电机系统的控制精度提高，运行效率也提高了。但是异步电动机调速系统存在以下几个缺点:

1)异步电动机需要从定子一侧励磁，因此，电动机功率因数低，造成变频装置输入的功率也低。和同容量的同步电动机相比，所用变频装置容量大。

2)在高性能的矢量控制异步电动机的调速系统中，转子参数受温度影响将发生变化，产生控制误差，影响其控制精度。

3)异步电动机为提高其功率因数及效率，需尽量减小定转子间的气隙，这使得制造困难。2.1.3 永磁同步电动机调速系统的特点: [12] [13] [14] [15] [16] 永磁同步电机可分为两类，一类是反电动势波形和供电电流波形都是理想矩形波(实际为梯形波)的无刷直流电动机另一类水磁同步电动机两种波形都是正弦波，就是通常说的永磁同步电动机。其中，他们的变频调速系统是使用转子位置检测装置构成闭环控制，由转子的位置决定变频器相应功率管的通断，使得变频器的输出频率和电动机的转速始终保持同步，即所谓的自控式调速系统。每当电动机转子转过一对磁极，变频器的输出电流正好变化一个周期，电流和转子始终保持同步，不会出现失步现象。

变频器是通过调节电动机的输入电压来进行调速的由于前者的控制特性类似于直流电动机，又用电子换向代替了后者的机械换向，取消了电刷，故此得名无刷直流电动机，一般来说，用于电梯的无刷直流和永磁同步电机控制器都安装有转子位置检测装置，但也有无刷直流电机采反用电动势来检测位置，即所谓应用无位置感技术。无刷直流电动机有效率高、功率因数高，过载能力大，体积小，易维护等优点。随着新型永磁材料的出现，使得同步电动机具有很高的动、静态品质。这种系统控制方法非常简单。缺点是:制造工艺比异步电机略为复杂，最致命的劣势是低速时脉动明显。这样会造成电梯低速的舒适感要差。2.1.4永磁同步电动机的特点是: i)转矩纹波小，转速平稳，动态响应快速准确，过载能力强。同步电动机比异步电动机

对转矩的扰动具有更强的承受能力，能做出比较快的反应。当异步电动机的负载转矩发生变化时，要求电机的转差率也跟着变化，即电机的转速发生相应的变化，但是系统转动部分的惯性阻碍电机响应的快速性。同步电动机的负载转矩变化时，只要电机的功角做适当变化，而转速始终维持在原来的同步速不变，转动部分的惯性不会影响电机对转矩的快速响应。永磁同步电动机的最大转矩可以达到额定转矩的3倍以上，对电机系统在负载转矩变化较大的工况下稳定运行非常有利

2)高功率因数、高效率。水磁同步电动机与异步电动机相比，不需要无功励磁电流，可以显著提高功率因数，减少定子电流和定子铜耗，而且在稳定运行时没有转子铜耗，进而可以因总损耗降低而减小风扇容量甚至去掉风扇，从而减小甚至省去了相应的风摩损耗。这样，它的效率比同规格的异步电动机可以提高2--8个百分点。与电励磁同步电动机相比，永磁同步电动机省去了励磁功率，提高了效率。而且，水磁同步电动机在25%一120%额定负范围内均可以保持较高的功率因数和效率，使轻载运行时节能效果更为显著，在长期的使用中可以大幅度地节省电能.3)体积小、重量轻。近些年来随着高性能永磁材料的不断应用，永磁同步电动机的功率密度得到很大提高，比起同容量的异步电动机来，体积和重量都有较大的减少，从而使其在许多特殊场合得到应用。

4)结构多样化，应用范围广水碰同步电动机由于转子结构极其多样，产生了特点和性能各异的许许多多的品种，从工一业到农业，从民用到国防，从日常生活到航空航天，从简单电动工具到高科技产品，几乎无所不包。

5)可靠性高。与直流电动机和电励磁同步电动机相比，它没有电刷，简化了结构，增加了可靠性。正弦波水磁同步电动机由于其空载气隙磁通密度空间分布接近正弦形，减少了气隙磁场的谐波分量，从而减少了由谐波磁场引起的各种损耗和谐波转矩以及由谐波转矩引起的电磁振动，提高了电机的效率，并且使得电机在运行时转动更加平稳，噪声也得到了降低。同时，正弦波永磁同步电动机可根据多种矢量控制方法来构成变频调速系统，实现高性能、高精度的传动，在动态响应要求高的场合其应用前景尤其看好。

2.2无齿轮曳引的水磁同步电梯用调速系统的介绍[17] [18] [19] [20] [21] 传统的电梯驱动使用的多是有齿轮传动系统，使用的电动机主要是异步电动机。有齿轮传动系统的主要问题是由于采用蜗轮蜗杆或行星齿轮等机械减速机构，不仅造成了系统结构复杂、维护工作难度增大、噪声较大的缺点，而且由于齿轮传动的效率很低，如蜗轮蜗杆的传动效率仅为7 0%左右，使整个系统能耗较大，运行成本增加。同时，这种传动方式由于齿轮箱和曳引机的体积较大，需要大的上置式机房，不仅挤占了建筑物的有效面积从而增加了建筑成本，而且影响了建筑物的立面整体美感为解决上述问题，从90年代起，电梯行业内的有关企业就开始了对新型曳引机的探索。1996年3月，芬兰的通力(kone)公司推出了震撼业界的3000mooospace无机房电梯，其核心是ecodisc碟式永磁同步曳引机，从而开创了电梯无齿轮传动的新时代。水磁同步无齿轮曳引机采用扁平、盘式外形，有轴向磁场、径向磁场内转子、径向磁场外转子三种结构，电动机的径向尺寸大，多对极，是一种低速、高转矩的永磁同步电动机。这种电动机轴向尺寸短，重量轻，体积小，结构紧凑，定子绕组具有良好的散热条件，可获得很高的功率密度。同时，该电动机的转子转动惯量小，机电时间常数小，峰值转矩和堵转转矩高，转矩质量比大，低速运行平稳，具有优良的动态性能。水磁同步无齿轮曳引电梯的主要特点是:

①机械结构简化，实现了无机房传动。该电梯系统由电动机直接带动曳引轮曳引电梯运行，不需要机械减速机构，使得无齿轮曳引机的机械结构变得非常简单，大大减轻了繁重的日常维护工作，使系统的可靠性也大为提高，曳引机安装在与曳引绳相同的平面内，变频器则可以置于顶层的电梯门内，彻底省去了机房、降低了建筑成本。

②节约能源，一方面，由于没有了减速机构，从而没有了相应的机械损耗，较大地提高了系统的机械传动效率。另一方面，由于使用了高效的永磁同步电动机，减少了电机损耗，也提高了系统的总体效率。

③噪声降低，系统稳定性增强。有齿轮曳引电梯的噪声主要来自齿轮箱产生的机械振动和高速旋转的电动机本身的振动。无齿轮曳引机没有齿轮箱产生的噪声和机械振动，也消除了它对电梯整体稳定性所造成的负面影响。同时，电动机以很低的转速（90~180r/min）旋转，其本身的噪声和振动都比较小，所以整个电梯系统的噪声得到了较大的降低。

④高性能价格比。虽然永磁同步电动机的成本比异步电动机高，但是取消了减速机构，简化了结构，从而降低了机械制造成本。同时由于系统传动效率的提高，驱动电动机的变频器的容量就大为减小。这样，在获得较高性能的同时，系统的制造成本并没有明显增加。

通过以上的比较和分析，可以得到如下结论：永磁同步无齿轮曳引技术是当今电梯传动中的先进技术，代表了今后电梯技术发展的一个方向。3永磁同步电机的概况

3.1永磁同步电机的发展概况利用永久磁铁制造电机，已有很久的历史，世界上第一台电动机就是永磁电机，但是早期的永磁材料磁性能很低，永磁电机非常笨重，因而很快被电流励磁的电机所取代。到了20世纪30年代以后，具有较高剩磁密度的铝镍钴永磁材料和具有较高矫顽力的铁氧体永磁材料先后出现，永磁电机又开始发展。

但是这两种永磁材料都有弱点，性能不够理想，主要用于微特机领域。20世纪60年代后期出现的稀土永磁以及其他各种永磁材料性能的不断改善，推动了永磁电机的迅速发展。先后三代稀土永磁材料，使稀土永磁材料的性能得到了很大的提高。特别需要指出的是我国是稀土大国，储量为世界第一，我国在这方面的研究也取得了很大的进展[7] 3.2永磁同步电动机的基本结构和种类[8] [23] [24] 永磁同步电动机是由绕线式同步电动机发展而来的，其结构与绕线式同步电动机基本相同。定子由三相绕组以及铁心构成，并且电枢绕组常以y型连接;在转子结构上，永磁同步电动机用永磁体取代电励磁，从而省去了励磁线圈、滑环和电刷。与普通电机相比，永磁同步电机还必须装有转子永磁体位置检测器，用来检测磁极位置，并以此对电枢电流进行控制达到对pmsm伺服控制的目的。与其他电动机相比，交流永磁同步电动机的结构比较简单，它的特点是：功率因数和效率比较高；有效材料利用率高；其输出功率大；体积小；运行可靠。由于永磁同步电动机在某些技术性能上要优于无刷直流电动机和感应伺服电动机，因此永磁同步电动机在高性能伺服驱动系统中（特别是各种中小功率调速系统）得到了广泛的应用，诸如在数控机床、工业机器人、大规模集成电路制造、办公自动化设备、柔性制造系统、石油化工设备、载人宇宙飞船、电动工具以及家用电器等领域。永磁同步电机的结构如图2所示。

1一检测器(旋转变压器)2一永磁体3一电枢铁心4一电枢三相绕组5-输出轴 图2永磁同步电机结构图

根据永磁体在转子上安装位置的不同，pmsm转子可以分为三类:凸装式、嵌入式和内埋式，如图3所示。凸装式和嵌入式结构可以减小转子直径，从而降低转动惯量，如果将永磁体直接粘在转轴上还可以获得低电感，这有利于电机动态性能的改善。

内埋式转子是将永磁体装在转子铁心内部，其磁路气隙比较小，适用于弱磁控制，为了便于控制，pmsm的定子绕组一般都采用短距分布绕组，气隙磁场设计为正弦波，以产生正弦波反电势。设g为转子永磁体表面到定子表面的距离，m为永磁体厚度，mg为等效气隙长度，永磁材料的磁导率与空气几乎相等，凸装式转子结构可以认为是均匀的，这样可以得到:

4永磁同步电机数学模型及其运动规律[9] 对于同步电机来讲，矢量控制的目的是为了改善转矩控制性能，而最终实施是落到对定子电流(交流量)的控制上。由十在定子侧的各物理量都是交流量，其空间矢量以同步转速在空间旋转，对其调节、控制和计算均不方便。因此，需借助坐标变换的方法，使各物量从静止坐标系转换到同步旋转坐标系。从同步旋转坐标系观察，电动机的各空间矢量都变成了静止矢量。本系统中采用了两种坐标系坐标系和dq坐标系。

对于pmsm来说，定义坐标系的轴与定子a相绕组重合，轴逆时针超前轴90空间电角度。由于轴固定在a相绕组轴线上，故坐标系为静止坐标系。同时定义dq坐标系的d轴与转子磁极轴线重合，q轴逆时针超前d轴90空间电角度，d轴与a相定子绕组的夹角为，该坐标系在空间随同转子以电角速度r一道旋转，故为旋转坐标系。各坐标系如图3所示。

图4中，对于定子电流而言，三相静止坐标系下，5永磁同步电机的控制策略

目前，永磁同步电机的高性能控制方式主要有矢量控制和直接转矩控制两种。

5.1矢量控制基本思想1971年，ke提出的矢量控制理论使交流电机控制理论获得了第一次质的飞跃该理论首先在异步电机控制系统中获得成功，随后被引入同步电机的控制系统中。在逆变器供电情况下，对永磁同步电动机的分析，通常是采用同步旋转的d、q坐标系统下的park模型。在此模型中，同步电机的电压、电流和磁通都可分解为相互解耦的d、q轴分量。对永磁同步电动机的输出转矩的控制可归结为对交轴电流和直轴电流的控制。采用矢量控制的交流调速系统，其性能可以达到甚至超过直流电机的调速性能。

5.2直接转矩控制基本思想1985年德国鲁尔大学的depenbrock教授提出了直接转矩控制的理论，其基本思想是在维持定子磁链幅值恒定的前提下，通过调整定子磁链在空间的旋转速度，进而调整滑差频率以控制电动机的转矩及转速。该方法是在定子坐标系下分析交流电机的数学模型，强调对电机的转矩进行直接控制，省掉了矢量旋转变换等复杂的变换和计算。5.3两种控制方法的比较

两种控制方式在具体控制方法和性能上各有千秋，文献[11]中给出两种系统的特点和性能的比较，如表1所示。表1

矢量控制系统和直接转矩控制系统特点与性能比较

性能与特点

矢量控制系统

直接转矩控制系统 磁链控制

转子磁链闭环控制

定子磁链闭环控制

转矩控制

连续控制，比较平滑

双位式控制，有转矩脉动 电流控制

闭环控制

无闭环控制

坐标变换

旋转坐标变换，较复杂

静止坐标变换，较简单

磁链定向

按转子磁链定向

需知道定子磁链矢量的位置，但无需定向

调速范围

比较宽

不够宽 转矩动态响应

较快

快

由于电梯的负载是位能性负载，且电梯对调速范围要求较宽，考虑舒适性和快速性，希望转矩脉动较小，所以选择矢量控制作为电梯负载的主要控制策略。5.4 矢量控制的主要控制方式

(1)di=0控制方式由于控制直轴电流分量为0，所以该控制算法简单，电磁转矩与定子电流成正比；同时不会使pmsm因退磁而性能变坏，而且易于实现。其主要缺点是随着输出转矩的增加，功率因数会下降很快。(2)cos=0控制使系统的功率因数恒为1，使逆变器的容量得到充分发挥，但也存在明显的缺点，就是最大输出转矩很小。

(3)转矩电流比最大控制该控制策略使永磁同步电动机在输出转矩满足一定条件下，逆变器输出电流最小，有利于逆变器中功率器件的工作。但该控制算法要占用很大的cpu开销，对中央处理器的要求较高。[10] 5.5 矢量控制策略pmsm矢量控制系统如图5所示，由以下四部分组成: 1）位置和速度检测模块。

2）电流环、速度环pi控制器。3）坐标变换模块。

4）svpwm模块和逆变模块。控制过程为: 给定速度信号与检测到的速度信号相比较，经速度pl控制器的调节后，输出交轴电流分量作为电流pi调节器的给定信号iqref。同时，经坐标变换后，定子反馈电流变为id,iq控制直轴给定电流idref=0，与变换后得到的直轴电流id相比较，经过pl调节器后输出直轴电压vd;给定交轴电流iqref与变换后得到的交轴电流iq相比较，经过pi调节器后输出交轴电压vq，然后经过park逆变换得到轴电压。最后通过svpwm模块输出六路控制信号驱动逆变器工作，输出可变幅值和频率的三相正弦电流输入电动机定子。

电梯开门机用永磁同步电动机篇三

电梯行业基本概况

知名三大品牌：上海三菱、沈阳博林特、广州广日集团三家企业的销售量超过了1万台.其中上海三菱单个工厂销售量超过了2万台,创造了全球之最.世界知名品牌还有:东芝、富士达、迅达、通力、蒂森

中国中小知名品牌有:江南嘉捷、康力集团、苏州申龙、京城中奥、山东百斯特、沈阳三洋、辽宁富士、许继电梯，永大电梯，浙江富士力等

中国电梯十大品牌

注：排名不分先后

no.1 奥的斯电梯

no.2 三菱电梯

no.3 日立 hitachi

no.4 蒂森电梯

no.5 通力 kone 电梯

no.6 迅达-电梯 迅达 电梯

no.7三洋电梯

no.8 东芝 toshiba

no.9 博林特

no.10 富士达电梯

电梯开门机用永磁同步电动机篇四

nd-fe-b系稀土永磁材料的研究进展

邓少杰

合肥工业大学工业与装备技术研究院

摘要 钕铁硼磁体被称为第3代稀土永磁材料，是目前综合磁性能比较高的永磁材料。探讨了钕铁硼永磁材料的发展前景以及行业存在的问题，对钕铁硼永磁材料生产和应用现状进行了分析。概述了钕铁硼永磁材料的研究进展和应用领域，介绍了钕铁硼磁体的性能及先进制备工艺。纵观全文，钕铁硼永磁材料已进入一个崭新的发展阶段，应用前景广阔。

关键词 稀土永磁材料钕铁硼 磁性能 制备工艺

1绪论

1.1永磁材料的定义

永磁材料又称为硬磁材料，它是一种经过外加强磁场的磁化，再去掉外加磁场之后能长时期保留其较高的剩余磁性能，经受振动、温度等环境因素和不太强的外加磁场的干扰的强磁材料。又因为其具有高的矫顽力，能经受外加不太强的磁场的干扰，故又称硬磁材料。

已近千吨。而上百吨生产规模的企业有20余家，但所产磁体大部分都是中低档产品，绝大多数应用在性能要求不高的领域。所以，中国烧结钕铁硼产量虽处于世界前列，但所得利润却很有限。从世界范围来看，高性能钕铁硼永磁体发展前景看好，市场竞争力也较强。永磁材料是一种重要的基础功能材料，它的基本功能是提供稳定持久的磁通量，不需要消耗电能，是节约能源的重要手段之一。同时永磁材料使器械和设备结构简单，制造成本和维修保养成本降低。因此，永磁材料的应用面越来越广，应用量越来越大。当今，永磁材料按磁性能的高低，大致可分为2类。一是一般永磁材料，如铝镍钴、铁氧体，磁性能较低，但价格低；二是稀土永磁材料，如钐系磁体（如smco5）及钕系磁体（nd-fe-b），磁性能较高，但价格贵。随着电子器件的小型化、微型化的发展要求，高性能稀土永磁材料应用越来越广泛。钕铁硼的最大磁能积最高，由于不含贵重金属sm和co，价格较低，近年来发展迅速。也因为nd-fe-b系永磁材料的性能比传统的永磁材料的要高，称为创世界纪录的磁性材料。并且用金属铁代替稀土永磁一、二代所用的金属钴，以成本低、资源丰富的金属钕代替资源较少的稀土金属钐。再者永磁材料有矫顽力高、剩余磁感应强度高、最大磁能积高和稳定性高这四大优势。而随着当今世界的飞速发展的要求，永磁材料的研究就显得极为必然。

也因钕铁硼是重要的金属功能材料，作为第三代稀土型永磁材料，由于其良好的磁性能被科技人员称为“磁王”，利用其能量的转换

[2]

[1]1.2钕铁硼系稀土永磁材料的现状及研究意义

在钕铁硼刚开始生产应用之初，世界钕铁硼生产能力主要集中在日、美、中、欧等少数国家手中。其中，日、美在永磁的开发、生产和推广应用方面的技术一直处于世界前茅，同时也是最大的永磁消费市场，并形成了几家能力大、质量好、竞争力强的超大规模企业。目前，日本住友特殊金属公司、日本信越化学实业公司、tdk 等在钕铁硼的销量上分居世界第一、二、三位，而中国的北京中科三环高技术股份有限公司与日本的tdk 并列排在第三位。

中国在20世纪80年代初开始从事稀土永磁材料的研究。目前，中国钕铁硼产业已经占全球近80%市场份额，是全球烧结钕铁硼磁体的产业中心。2010年，中国铁硼磁体产量已经超过世界总产量的80%。随着中国对稀土出口限制管理日趋严格，未来中国高性能钕铁硼永磁材料产量将继续扩大，占全球总产量比例有望继续提升。目前，中国钕铁硼永磁材料生产企业已达120多家，国内有5家企业的生产规模功能和磁的各种物理效应可制成多种样式的功能器件。钕铁硼磁性材料已被广泛应用于航空、航海、电子等众多领域，成为高科技、新兴产业与社会进步的重要物质基础之一。钕铁硼永磁材料的应用可以大大减小整机的体积和质量，如在磁盘上的应用，可以使磁盘驱动器微型化,而且性能更好。在音响器件中，钕铁广泛应用于微型扬声器、耳机及高档汽车的扬声器，大大提高了音响的保真度和信噪比。此外还可以应用于直流电机及核磁共振成像，特别是在磁悬浮列车上的应用不仅数量大,而且可以实现高速运输、安全可靠及噪声小等特点。综上所述，钕铁硼实属高科技新材料。

2钕铁硼系稀土永磁材料的制备工艺

目前我国研究的方法有粉末冶金法、熔体快淬法、还原扩散法、hddr法、热变形法、双合金法与机械合金法等等。近些年来生产高性能稀土永磁材料常用的方法为快速凝固鳞片铸锭+氢破碎+气流粉碎及sc+hd+jm的工艺。以下是上述的常用或者重点方法的具体介绍。

2.1粉末冶金法

目前我国主要用粉末冶金法（烧结法）生产这种磁体。其主要过程如下：原材料→预处理→配料→熔炼→破碎→细磨→混料→压型→烧结→热处理→机加工→电镀→充磁→检验→包装→入库[3]。合金成分及其微观组织最优化是高性能化烧结nd-fe-b永磁的关键。烧结钕铁硼磁体采用粉末冶金工艺，使得烧结磁体内部必然存在一定数目的气孔和缺陷，这在过去的研究中已经发现[4]

。气孔和缺陷的存在，一方面使磁体的密度下降，连续性降低，容易产生应力集中；另一方面，气孔的存在使有效承载面积下降。这两方面均为造成材料塑韧性差的原因。

2.2熔体快淬法

在nd-fe-b的制取工艺方面除了传统的粉末冶金工艺外，美国gm公司采用先进的快淬工艺技术制备快淬钕铁硼磁体。经对比实验发现，快淬钕铁磁体的矫顽力是普通烧结钕铁磁体的1.5—2倍，温度特性也得到了相应的改善该公司用快淬工艺研制出树脂粘合型nd-fe-b

磁体，具有生产能力。

2.3 hddr法

hddr过程分为氢化、歧化、脱氢与重组合四个阶段。它是制备稀土金属间化合物磁性粉末的行之有效的方法。1989年，三菱公司的t takeshita，k kayama发现在相近温度下，对歧化物进行强制脱氢处理，歧化物再脱氢后重新形成细小的nd2fe14b相和少量的富nd相，从而获得了具有高矫顽力的ndfeb磁粉。这四个过程简称为hddr。脱氢、重合反应是前一个反应的逆反应，反应后的nd2fe14b相已经不是铸锭原来的粗大颗粒，而成为细小晶粒的集合体，由于吸氢时产生体积膨胀；很容易破碎成粉末

[5,6]

。多年来，三菱公司、伯明翰大学、爱知制钢和北京科技大学等企业、高等院校的研究小组对hddr法制备各向异性粘结nd-fe-b磁粉、粘结nd-fe-b磁体，取得了显著进展。

3钕铁硼系稀土永磁材料的性能及影

响其因素

3.1性能

钕铁硼永磁材料的主要磁性能参量可分为2类：非结构敏感参量（即内禀参量），如居里温度tc，主要由材料的化学成分和晶体结构来决定；结构敏感参量，如剩磁br，最大磁能积mmax和矫顽力hcj，这些参量除与内禀参量有关外，还与材料的晶粒尺寸、晶粒取向、晶体缺陷等显微结构有关[7]。

钕铁硼的居里温度低（312℃），对温度极敏感，在受热时其剩磁、特别是内禀矫顽力下降很快，磁性温度系数很大，改善热稳定性的主要途径是合金化。矫顽力高的永磁材料具有较好的温度稳定性[8]

。因此，永磁材料的矫顽力越高,可工作的环境温度也就越高。要使磁体的磁能积达到最大值，必须做到：烧结体的密度接近或达到材料的理论密度；尽可能减少非磁性相的体积分数；铁磁性相晶粒的取向度尽可能高。

钕铁硼的稳定性包括3个内容：热稳定性；受外界磁场干扰的稳定性；时间稳定性[9]

。钕铁硼永磁材料热稳定性，即其由于所处环境温度改变而产生的磁性能变化用材料的温度系数来表征。永磁材料的磁性能变化分为不可逆损失和可逆损失两部分：不可逆损失是指温度恢复到原来温度后永磁材料的磁性能不能恢复到原值，从而导致有的电机随着使用电气性能逐步下降[10]，应尽量避免；而可逆损失是难以避免的，在电机设计之初就必须充分考虑在稳定温升运行时必须达到的性能。随着钕铁硼永磁材料的发展，温度系数很小的永磁材料已经问世，可小到万分之一[11]。

永磁体一般作为磁场源，在一定空隙内提供恒定的磁场。对于精密仪器仪表和磁性器件，要求在工作环境下，当外界条件变化时，磁体提供的磁场要稳定。与其他永磁材料相比，烧结钕铁硼永磁材料的稳定性要差很多，一般只能在小于100℃温度下工作，而高矫顽力系列的工作温度也不能超过150℃，适用于200℃以上的非常罕见。在永磁电机中，对永磁体的稳定性要求很高，磁能积要求却不是那么严格。目前，制约烧结钕铁硼永磁材料推广应用的关键问题就是其热稳定性，解决好这一问题有着非常重要的意义。

3.2影响因素

一是晶体结构；其晶体结构复杂，滑移系少。烧结 nd-fe-b 的晶体结构与密排六方晶格相似，同为层状堆垛结构，但其对称性远较密排六方晶格差，由此可以推断烧结nd-fe-b的滑移系较密排方六晶体的滑移系少，所以烧结钕铁硼塑韧性很差。

二是磁晶各向异性导致力学性能各向异性；磁晶各向异性、形状各向异性和应力各向异性等基本现象在某些方向可以改善磁性材料的性能。由于磁性和弹性的相互耦合作用，必然会引起材料力学性能的各向异性，如单晶体的磁致伸缩各向异性、热膨胀各向异性和抗拉抗弯强度的各向异性等等

[12]

。因为在不同方向磁体的热膨胀不同，所以在降温过程中磁体内部会产生很大的内应力，这也是烧结 nd-fe-b力学性能差的重要原因之一。

三是晶界富钕相力学性能弱化；在烧结钕铁硼的显徽组织中，富nd相主要呈薄层状沿晶界分布，而此种晶界富nd相的硬度（hv）仅有262，远低于基体的硬度。研究表明：烧结钕铁硼本身晶界弱化，断裂方式主要为沿晶断裂，穿晶断裂比率在5%以上，而且在富钕相聚

集较多的三叉晶界处，由于应力集中，会首先出现裂纹扩展发散点。

四是磁体制备工艺—粉末冶金的烧结工艺；烧结钕铁硼磁体采用粉末冶金工艺，使得烧结磁体内部必然存在一定数目的气孔和缺陷，这在过去的研究中已经发现[4]

。气孔和缺陷的存在，一方面使磁体的密度下降，连续性降低，容易产生应力集中；另一方面，气孔的存在使有效承载面积下降。这两方面均为造成材料塑韧性差的原因。

4钕铁硼系稀土永磁材料的应用及发

展前景

4.1应用

新材料开发的目的在于应用，但是一种新材料开发到应用往往需要经过一个相当长的时间，而当代永磁之王的稀土铁基永磁材料问世以来从未有过的高速度占领了永磁市场，到目前为止经过多年的商品化发展，已经证明它确实成为一个应用范围广、潜力大的极为重要的永磁材料。欧洲共同体委员会曾对稀土铁基永磁材料做过分析，在分析报告中指出：稀土铁基永磁材料不仅将作为与配件配套的现有各类磁体的替代者，而且在取代电磁与非电磁设计的器件的新市场中也将获得广泛应用。

钕铁硼作为第三代稀土永磁材料，广泛应用于电机中。与传统电机相比，具有高效节能、质量轻、体积小、控制调速性好、可靠性强等特点，可广泛应用于风力发电、电动汽车、工业电机、家用电机等领域，其很高的性价比使得其应用领域还在不断拓展，因此近几年在科研、生产、应用方面都得到了持续高速发展。近年来由于钕铁硼永磁材料综合性能的进一步提升，钕铁硼磁体正在逐步替代其他磁性材料而成为主流磁性材料，应用领域不断扩展。在“节能、环保”的大背景及国家政策的鼓励下，风力发电、新能源汽车及节能家电等行业未来将迅猛发展。随着全球高性能永磁电机的逐步普及，高性能钕铁硼永磁材料需求量不断提高。

4.2发展前景与展望

中国的稀土永磁材料的发展着实令人振奋，也令世界瞩目。中国发展稀土永磁材料具

有得天独厚的条件和国家的大力支持：中国的稀土产量和储量居世界第一，中国的稀土资源储量占了全世界的70%-80%，如中国的总设计师邓小平指示：“中东有石油，中国有稀土”。要将稀土的资源的优势变为经济优势必须作稀土精加工。稀土永磁材料则为稀土资源利用的精加工产品。中国科技部一直将此列为鼓励发展的高科技产品。每年均给予优惠政策、资

金支持。

稀土永磁材料发展几十年来，已经从第一代稀土钴基发展到第三代稀土铁基材料，已成功地应用于电机、电脑、电声器材、医疗、工农、国防科技各领域，是现代科学技术发展的基础。稀土永磁材料逐渐由永磁材料家族的普通一员变成主体。21世纪将是稀土永磁材料大发展的世纪，也必是我们大展宏图之时。致谢

白驹过隙，转眼一个多月的论文写作课就此告一段落。在此期间，收获良多。在此对鲁颖炜老师、左如忠老师以及对此课做出贡献的老师们表以诚挚的谢意。感谢你们的授业、传道、解惑的师德。

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the reaearch progress of the ndfeb rare earth permanent magnets materials deng shaojie

the research institute of industrial and equipment technology as the third generations of rare earth permanent magent material，the ndfeb magnets possess better integrated magnetic properties by development prospects of ndfeb permanent magnet materials and the problems in development was production and application status of ndfeb permanent magnet materials was summarized and analyzed focusing on application reaearch progress and applicantion fields of the ndfeb magnets are property and advanced production technologies of ndfeb magnets are hout the full，it is show that ndfeb permanent magnet materials have been stepping into a new stage of development，and the future is earth permanent magent material，ndfeb，magnetic property，production technology