永磁直流电动机的充磁技术设计探讨；摘要：概括叙述了永磁直流电动机充磁的重要性、基本；一．永磁直流电动机的充磁技术设计概述；永磁直流电动机是依靠转子磁体充磁后的剩磁特性而产；1．永磁直流电动机充磁的基本要求；永磁直流电动机的不同用途要求有不同的性能，不同的；①具有足够的磁化区域强度；；②具有合理的极区磁密分布波形；；③具有达到预定的极区分度精度；；④具有适应所
永磁直流电动机的充磁技术设计探讨
摘 要： 概括叙述了永磁直流电动机充磁的重要性、基本要求和充磁能量的产生；着重从充磁能量的确立、充磁设备的选择、充磁夹具的设计和充磁参数的匹配等四个方面探讨了永磁直流电动机的充磁技术设计。
一． 永磁直流电动机的充磁技术设计概述
永磁直流电动机是依靠转子磁体充磁后的剩磁特性而产生气隙磁场来工作的。为了获得所需性能的永磁直流电动机产品，除了合理的电磁设计外，其充磁质量即磁化极区的宽度、磁化极区的磁密分布、磁化方向及磁化强度等，对电机性能有极大影响。换言之，即使采用磁能积较高的磁体，若充磁不当其电机性能也不一定好；反之，若采用磁能积稍差的磁体，而充磁得当也可弥补磁体本身的不足，使电机达到较好的性能指标。因此，永磁直流电动机合理的充磁技术设计是提高与改善其性能的重要设计方法之一。
1．永磁直流电动机充磁的基本要求
永磁直流电动机的不同用途要求有不同的性能，不同的性能取决于电机内部的电磁结构参数，在磁参数方面即要求有不同的气隙磁场分布形状，如对纯出力驱动用的永磁直流电动机，则其性能要求有较高的输出功率与效率，故此类电机内部气隙磁场分布应采用等于或稍大于2/3极距的平顶波，从而提供尽量大的磁通，使电机有较大的电磁力矩。又如对用于振动小、噪声低、火花小，而在输出功率与效率要求不高的永磁直流电动机，其内部气隙磁场分布应采用小于1/3极距的平顶波或正弦波，以保证此类电机的适用性。欲获得不同分布形状的气隙磁场波形，不仅与合理设计磁体结构形状和选取磁体的磁性取向有关，而且还与磁体的磁化方式即充磁技术设计有关。故永磁直流电动机对其充磁有以下基本要求：
① 具有足够的磁化区域强度；
② 具有合理的极区磁密分布波形；
③ 具有达到预定的极区分度精度；
④ 具有适应所需批量的生产效率；
⑤ 具有一定的使用寿命；
⑥ 具有操作安全可靠。
2．永磁直流电动机充磁能量的产生
永磁直流电动机磁体充磁是通过外加磁场的磁化作用而实现的。外加磁场是由充磁电源与充磁夹具来产生的，通常充磁电源有直流式与电容放电脉冲式两种。
直流式充磁装置是由电磁铁和直流电源构成。直流电源目前有四种形式即直流发电机、硒整流器、硅整流器和电池组。电磁铁间隙磁场强度一般在2万Oe左右，特殊的可达3万Oe 至5万Oe。但是，对于矫顽力很高的稀土与铁氧体磁体充磁，在工业生产中采用大功率直流式充磁装置既不经济又不方便，因此目前工业上广泛采用电容放电脉冲式充磁电源。
电容放电脉冲式充磁装置主要由整流器、储能电容器、充磁夹具与放电触发开关等构成。高压脉冲电容器电容量的选定及其工作状态（电压、夹具）的确定决定了脉冲磁化电流的主要参数值。如上海微电机研究所制造的高压脉冲充磁机在单匝多极充磁时脉冲磁化电流的参数为：①脉冲前沿（0.04~0.10ms） ②峰值电流（A） ③脉宽（0.12~0.25ms）④反峰电流（④/ ②=10%~50%）⑤二峰电流（⑤&④）
在特殊情况下，还可用产生超导磁场来对磁体进行磁化，即用超导材料绕制螺线管，降温至超导临界温度以下，超导导线可通入极大电流，一般产生的磁场强度可达到5万Oe以上，甚至可达到20万Oe左右。
二． 永磁直流电动机的充磁技术设计
永磁直流电动机的充磁技术设计包括充磁能量的科学确立、充磁设备的适用选择、充磁夹具的合理设计与充磁参数的恰当匹配等四个方面。
1．充磁能量的确立
1.1材料饱和充磁的计算充磁能量
永磁材料磁化达到饱和所需的计算充磁能量E为
μo ― 真空磁导率
― 材料饱和磁场强度
― 材料磁体的体积
以SmCo5稀土磁体为例，其饱和磁场强度Hs=4000KA/m,E/V=1.0?10J/m；另外在脉冲充磁
时还有线路损耗、磁路损耗及磁轭与磁体本身的涡流损耗，因此欲使永磁体充磁到饱和所需外磁场的充磁能量是相当大的。
1.2材料工业充磁的工程充磁能量
在稀土永磁问世之前，对永磁体充磁就是将该磁体磁化到饱和。但实践发现很难使SmCo5磁化到饱和，有人做过这样的实验，将SmCo5放在7万Oe以上的超导磁场中磁化，然后测其磁特性磁滞回线仍是十分不对称的，这说明7万Oe以上的外磁场并未使SmCo5永磁体达到饱和磁化。但实验发现当外磁场超过1.5万Oe以上SmCo5磁化程度急剧增加，实验证明只要外磁场达到1.8万Oe 以上，就能使SmCo5磁体磁化到90%以上。因此，在工业生产中，对永磁体充磁并不追求绝对的饱和磁化，只要充磁装置的充磁能量能将永磁体磁化到它的饱和磁场强度的Hs的90%以上即可。按此原则，不同的永磁体有不同的充磁磁场强度最低值，下表给出了不同永磁材料最低充磁磁场强度的实验数据。
以上实验数据与电机行业中通常认为的永磁直流电动机的充磁磁化强度，一般为其永磁体的内禀矫顽力Hcj的三倍以上是基本一致的。如文[4]认为粘结NdFeB磁体的内禀矫顽力为640KA/m(8000 Oe)~1200 KA/m(15000 Oe),欲对其充磁必须建立外磁场强度为2400KA/m(30000 Oe) ~4800 KA/m(60000 Oe)的磁化区域。
1.3工程充磁能量的实用确定法
在实际工程中一般充磁设备与充磁夹具已具备，此时充磁能量的确定通常采用数学上的逼近法，即进行工程实际充磁、测绘充磁后磁场分布曲线与简单计算相合的方法，具体操作程序见本文4.2节。
2.充磁设备的选择
充磁设备的选择依据是前述的永磁直流电动机充磁基本要求，其中最重要的是要有足够的充磁能量。在工业上通常选用电容放电脉冲式充磁设备，它与充磁夹具相匹配能较好的满足工程充磁要求。对于电容放电脉冲式充磁设备充磁能量选择应满足下列基本关系：
Ac=E'+Ar+ A hr +Aw
Ac=1/2?C?u2
―― 脉冲磁机能量
E=1/2?μo?（ Hs）? V――充磁到磁体饱和值90%以上所需能量
Ar ―― 充磁装置线路损耗
A hr―― 充磁装置磁路损耗（磁滞损耗及后效损耗）
Aw―― 充磁装置回路磁轭与磁体涡流损耗
Hs―― 磁体饱和磁场强度的90%
u ―― 充磁机电压
C ―― 充磁机电容器电容量
目前，在工业上对稀土永磁材料充磁多采用高压电容放电脉冲式充磁机，这种充磁设备在我国最早起源于中国科学院电工所，以后各大专院校、研究所相继进行了研制现已成为商品。
3.充磁夹具的设计
充磁夹具是电机充磁装置中的关键部件，充磁机储存的电能只有通过它才能转化为磁能，从而实现对电机磁体充磁磁化并获得预定的充磁效果。
3.1充磁夹具设计的技术要素
①充磁机电源形式，是直流式还是脉冲式；
②磁体充磁的极数，是两极还是多极；
③磁体充磁装配状态，是装配后充磁还是装配前部件充磁，是内充磁还是外充磁； ④充磁夹具极头与被充磁磁体表面间距要小；
⑤充磁夹具极头的形状应满足电机气隙磁密波形分布要求；
⑥充磁夹具导线截面大小应能承受充磁最大脉冲电流值；
⑦充磁夹具导线与被充磁磁体间要有良好的绝缘；
⑧充磁夹具的磁路材料要合理选择，对脉冲充磁最好选择表面带绝缘的片状材料叠压成磁轭，从而减小涡流损耗；
⑨充磁夹具导线线圈应埋入环氧材料中成形固定，从而克服由于线圈受到巨大电磁冲击力而变形；
⑩充磁夹具的电磁参数要与充磁机的电磁参数匹配。
3.2脉冲磁化场内充磁夹具的设计
在采用电容放电脉冲磁化磁场内充磁时，欲取得所需气隙磁场分布形状，应合理设计充磁极头的形状与中心角度，为了叙述方便现以两极铁氧体磁体的充磁夹具极头设计为例。通常实现此充磁的充磁夹具极头的设计有I型充磁极头、H型充磁极头和双半圆型充磁极头几种设计形状。
其中I型充磁极头被充磁的磁体气隙磁密分布形状，根据充磁能量大小将分别出现尖波、窄的平顶波与马鞍形波，这种气隙磁场分布形状不能提供足够的磁通，故很少采用。H型充磁'''2
极头被充磁的磁体气隙磁场分布形状为马鞍形，马鞍形的宽窄与充磁极头的中心角度和充磁能量大小有关，充磁结果若形成窄的马鞍形则磁体没有充分利用，而若形成宽的马鞍形则对电机产生较大的磁拉力、增大静摩擦力矩并引起振动与噪音，而且使换向变得不利，故亦较少采用。
在工程上，大多采用双半圆型充磁极头如图一所示，
一般采取带磁保护环充磁状态。双半圆型充磁极头是经
过特殊设计的，改变充磁极头表面与磁体内表面间的气
隙，可使气隙磁阻在特定的角度内按某中规律变化，从
而实现用同一充磁极头，只要改变充磁能量，就可获得
近似于正弦波或可控平顶波的气隙磁场分布。下面重点
分析形成正弦波与平顶波气隙磁场分布的双半圆型充磁
极头设计：
①形成正弦波气隙磁场分布的双半圆型充磁极头设计
A．设计思想
假设充磁后气隙磁场分布为图二所示， 阴影部分
高度δ在-π/2~+π/2变化，其规律为1-cosα。
若磁场为线性时， 改变磁体内表面与极头表面的气隙，
使其气隙磁阻按1-cosα规律变化。 倘能找到适合此种
的气隙变化充磁极头，再以适当的充磁能量充磁，就能
获得正弦或近似于正弦的气隙磁场分布。
B．设计分析
充磁极头的形状设计的关键是找出磁体内径、气隙
磁阻间距与极头半径关系。如图三所示，该充磁极头的
中心张角β=90°，求 X=EF 气隙磁阻间距与极头半径
关系，解三角形△OAE
r2 = (R-X)2+h2-2 (R-X)?h?COSθ
R ― 磁体内径
r ― 极头半径
H ― 极头圆心A与极头圆心O距离
OA与OEF 夹角
将上式经整理三角形△OAE解析得：
X2?2?hcos??R???R2?r2?h2?hcos???0
1.2??(hcos??R)?h(cos??1)?r2
?X??h2cos2
1.2?R?hcos??2Rh?R2
上式为一超越函数，当h= R/2时，根号内可以解出，此时得：
X1.2?R?hcos??R2cos?
X2= R-R?COSθ
解出的X1= R是方程的解，但不是此实际问题的解。X2= R-R?COSθ既是方程的解，也是此实际问题的解。
在实际磁路中，磁力线通过的路径应是极头表面的法线方向与磁体表面的法线方向，是 一条较 R（1-COSθ）直线关系稍短的曲线族。所以在实际制造充磁极头时，应该对理论推导的充磁极头尺寸进行修正，即将极头半径r稍大于磁体内径R的1/2，通常双半圆充磁头形状采取如下经验数据：
②形成平顶波气隙磁场分布的双半圆型充磁极头设计
由假设条件上述①双半圆充磁极头充磁时，充磁头表面与磁体内表面间的气隙磁阻接近（1-COSθ）的规律变化，而且当增大充磁能量后，充磁极头处于饱和或过饱和状态，被充磁磁体的饱和点也必然从极头中心（θ=0）向两边展开逐渐饱和，气隙磁场分布最终成为所要求的平顶波。使用同一双半圆充磁极头，通过改变充磁磁场能量可实现气隙磁场分布形状可控目的，因此形成平顶波气隙磁场分布的充磁极头与形成正弦波气隙磁场分布的充磁极头是相同的，不需要重新设计。
另外，要说明的是上述极头形状函数是在假设条件为线性下解析的，若有特殊需要应按非 线性精确解析，可参看文[2]利用场论有限元法，借助计算机辅助分析设计。 但从工程实用角 度，上述近似方法已能满足工程需要。 还有， 虽然上述充磁极头设计是针对两极铁氧体磁体的，但其他磁性材料的多极磁体亦可参照此设计思想设计实践。
3.3直流磁化场外充磁夹具的设计
直流磁化场充磁装置通常用电磁铁装置，其由极头、极心、铁轭与激磁线圈四部分组成，主要结构形式有：
①平板型充磁极头，其中有平板充磁极头与磁体内不带聚磁极心型、平板充磁极头与磁体内带聚磁极心型，而所带聚磁极心又有圆柱型、I型、H型和双半圆型。在平板充磁极头与磁体内带聚磁极心型几种形式中以双半圆聚磁极心型较好，它可使充磁磁体形成正弦波或可控平顶波气隙磁场分布。
②双半圆型充磁极头，其中有双半圆充磁极头与磁体内不带聚磁极心型、双半圆充磁极头与磁体内带聚磁极心型，而所带聚磁极心又有圆柱型、I型、H型和双半圆型。在双半圆充磁极头与磁体内带聚磁极心型几种形式中以双半圆聚磁极心型较好，它可使充磁磁体形成正弦波或可控平顶波气隙磁场分布。
③直流磁场充磁极头的设计
通常直流磁化场的充磁极头设计成锥型，这样
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我一天八小时给磁铁充磁，都好几
我一天八小时给磁铁充磁，都好几年了！不知道对身体有害吗
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问题分析：您好，磁铁周围会产生磁场，磁场就会产生辐射，长期处于这种辐射之中，应该会对身体造成不良影响。意见建议：建议您尽量做好防护工作，如市面上有卖防辐射服的，可以买件适度保护身体的重要器官。
问越小孩玩磁铁，对身体有害吗？越小孩玩磁铁，对身体有...
职称：医师
专长：不孕不育症，子宫肌瘤。
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病情分析： 没有什么伤害，但是要防止他吞下去或者把磁铁吸在一下铁器上面的时候夹伤意见建议：没有什么伤害，但是要防止他吞下去或者把磁铁吸在一下铁器上面的时候夹伤
问一天一次对身体有害吗？
职称：医生会员
专长：内科、消化内科
&&已帮助用户：248319
你好,过度手淫是影响的.适当的手淫对身体是有益,一个月两至三次是不会有影响的.适当手淫有助于调节内分泌,释放压力,舒适心情,对身体也没有根本性的伤害,也就是说有一定的好处.
但如果过多频繁的手淫会容易引起泌尿生殖系统疾病,长期而频繁的手淫,患者有尿频尿细,便后滴白,畏冷腰酸等症状;严重的将会导致不育和肾炎.由于前列腺炎的治疗难度大,会造成长期痛苦,还会导致精神萎靡,神经衰弱等心理疾病.祝您身体健康.
问我一天12个小时都在充磁，请问对我身体有害吗？
职称：医生会员
专长：中风，骨折术后等
&&已帮助用户：113768
病情分析： 您好，对于这种电磁是有一定的辐射的，但危害较小，只要不是长期的处于这种环境下，危害不会积累，一般就问题不大，您的这种情况，以后注意是不会有什么问题的，建议不用担心。
问一天手淫一次对身体有害吗？
职称：医师
专长：霉菌性阴道炎,月经不调,痛经
&&已帮助用户：205377
病情分析： 手淫本身不会带来任何损害和不良后果.但是,过度手淫就属于一种心理障碍,并且会严重影响身体健康,造成一些泌尿生殖系疾病,性神经衰弱等.意见建议：对于一般青年来说,手淫超过一周一次就属于频繁.过于频繁的手淫一方面使人精神,精力下降,另一方面过频地刺激性器官,可能导致阳痿,早泄.有可能影响到生育.
问耳屏上用磁铁的耳钉有事吗
职称：医生会员
专长：肺炎球菌肺炎,肺栓塞,大叶性肺炎,大楼病综合征,肺脓肿,肺炎杆菌肺炎,肺隐球菌病,皮肤性病
&&已帮助用户：305
指导意见：你好人体的脑袋也是有一定的磁场的长期使用的这种耳钉的话容易导致的头痛你好建议你还是选择普通的耳钉佩戴避免影响到脑部的功能
问内裤里面有磁铁对那个有害吗？
职称：医师
专长：高血压,肺炎,糖尿病,痛风,慢性肾小球肾炎,高脂蛋白血症,肾病综合征,慢性萎缩性胃炎,大叶性肺炎,哮喘
&&已帮助用户：36293
指导意见：你好，根据你提供的信息考虑这个完全是没有必要的东西，这个目前还没有研究到这么细致的东西，但是建议你没有必要使用。
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永磁铁退磁后可以再充磁吗？
请问：永磁铁退磁后可以再充磁吗？特征曲线与首次充磁有什么异同？谢谢！
请问：永磁铁退磁后可以再充磁吗？特征曲线与首次充磁有什么异同？谢谢！
sbj 发表于
磁铁就像蓄电池可以反复退磁充磁，特征曲线主要取决于材料的组成，其次是充磁强度。
同一厂家的磁铁，在厂家再次充磁变化基本不大。
同一块磁铁在不同厂家充磁，特征曲线会有变化，每个厂家的充磁强度是不一样的。
如果想改变磁极的方向最好找原来的卖家，他们一般都管退磁充磁。
磁动机的磁铁退磁后同样可以再次充磁。
值得说明的是充磁需要的能量非常少，充磁一般只要3-5秒钟，有的厂家会免费为客户充磁。
你见过给磁铁充磁那么简单，就知道永磁铁里面没有什么能量，很简单的冲击振动或加热都可以造成退磁。就知道磁动机是不可能了！即使是核燃料也是不断裂变消耗了自己才生产能量的，简单的几块磁铁摆放一下就永远提供动力了？
你见过给磁铁充磁那么简单，就知道永磁铁里面没有什么能量，很简单的冲击振动或加热都可以造成退磁。就知道磁动机是不可能了！即使是核燃料也是不断裂变消耗了自己才生产能量的，简单的几块磁铁摆放一下就永远提供动 ...
jcq 发表于
你不明白磁动机中磁铁的工作原理所以由此看法。
磁动机中磁铁的输出动力并不是来源于磁铁本身，是来源于空间。
磁动机工作时磁铁本身会降温，直到绝对零度，停止工作后磁铁会逐步升温到环境温度。磁力没有变化。
学化学都知道酶的作用，现实中都知道红娘的作用。
磁动机中的磁铁起的是化学反应中酶的作用，加速能量转换，本身并不反应。
就像红娘，促成很多人结婚，本身并不是结婚中一员。
去研究一下钕的特性就明白了。
本帖最后由 jcq 于
20:06 编辑
上面的兄弟回答挺唬人啊！拿催化剂来蒙人了？催化剂本身不参与反应，但是主要原料是要反应的！这个磁动机是什么主要物质在反应？
“磁动机工作时磁铁本身会降温，直到绝对零度，停止工作后磁铁会逐步升温到环境温度。磁力没有变化”
是否这意味着磁动机是吸收环境热量输出功率的？功率如果计算？在-273℃以上就可以工作？是否环境温度影响功率输出？那些没有成功的磁动机通过加热就可以运转了？
“去研究一下钕的特性就明白了”
不是所有的磁铁都含有“钕”，是不是没有“钕”的磁铁就不可以做磁动机？是不是钕铁硼在没有充磁的情况下也可以做磁动机？是不是纯“钕”可以做超级磁动机？超导材料可以产生几十特斯拉的磁场能不能做磁动机？
你不是倍磁动机蒙蔽了就是来骗人的……
稀土元素有17种为什么汝铁硼的磁力最大？
我研究磁动机，也一直研究磁力究竟哪里来的力量。
没有銣的磁铁也能做永动机，就像没有催化剂化学反应还是会进行，那又何必要加催化剂多此一举。
催化剂和反应本体是有区别的。
磁铁在-273度将出现超导，悬浮，和反重力，有很多实验已经证明了这点。
磁动机不是吸收环境热量是吸收环境能量，这是有区别的，比如自由电子，光子，离子体现出来的就是只有能量没有热量。
我不和别人合作，不找投资，只想找真正明白懂技术的人交流，不用担心会骗人。
“磁动机不是吸收环境热量是吸收环境能量，这是有区别的，比如自由电子，光子，离子体现出来的就是只有能量没有热量。”
这个话就是骗人的！
本帖最后由 bj大风 于
09:53 编辑
这讨论很好，我们应先明确 1.磁能是否有能量，2.磁能原理机制，3.电磁能与永磁的本质区别 4.静态能与动态能区别。
讨论要有个讨论的氛围，既然是讨论就是看法有分歧，看法一致还讨论什么？
有不同看法不同意见不同见解就是骗人，还讨论干嘛？
专心做我的机器，用事实说话好了。
哈哈！你拿出事实吧？我就说磁动机是吸收环境能量是骗人的！什么能量？通过什么试验证实？就是骗人！
关于磁制冷的原理不是什么磁动机的基础，早在1907年郎杰斐就注意到：顺磁体绝热去磁过程中，其温度会降低。从机理上说，固体磁性物质（磁性离子构成的系统）在受磁场作用磁化时，系统的磁有序度加强（磁熵减小），对外放出热量；再将其去磁，则磁有序度下降（磁熵增大），又要从外界吸收热量。这种磁性离子系统在磁场施加与除去过程中所出现的热现象称为磁热效应。这里是指软磁材料，即容易磁化也容易退磁的材料，已开发出的磁材料有：钆镓石榴（Gd3Ga5O12）、镝铝石榴石（Dy3Al5O12）、钆镓铝石榴石（Gd3（Ga1-xAl2）5O12,x=(0.1~0.4)。其制冷温度范围：(4.2~20)K。在16K以下的极低温区，由于固体的晶格振动和传导电子的热运动可以忽略，故磁离子系统的磁熵变近似等于整个固体的总熵变这种情况下，磁制冷采用卡诺循环，磁材料用稀土顺磁盐。
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