风力发电机中应用的钕铁硼永磁材料

目录

• 永磁风力发电机用烧结钕铁硼的典型磁性能

• 钕铁硼永磁体的温度稳定性

• 风力钕铁硼磁体的磁性能一致性

• 钕铁硼的耐腐蚀性

• 钕铁硼磁钢的可靠性

钕铁硼磁铁在风力发电中扮演着重要角色。目前，全球风力发电装机容量已经超过2亿千瓦。但是，由于过度扩张和稀土原料急剧增加等因素，风力发电设备的产能已达到260％的过剩水平。

风力涡轮机的工作环境极其恶劣，必须能够抵御高温、严寒、沙尘、潮湿甚至盐雾的考验。这种涡轮机的设计寿命通常为20年。小型风力涡轮机和兆瓦级永磁风力涡轮机都使用了烧结的钕铁硼永磁体。因此，选择具有合适磁参数和耐腐蚀性的钕永磁体非常关键。

目前，双馈发电机和直接驱动发电机成为世界上两种主要的风力发电机。在双馈发电机组中，发电机成本占总机组成本的7％，而在直接驱动发电机组中，发电机成本占总机组成本的31.5％。

永磁风力发电机用烧结钕铁硼的典型磁性能

钕永磁体是第三代稀土永磁体，迄今为止具有最高的磁性能。钕铁硼合金的主要相是金属间化合物Nd2Fe14B，其饱和磁极化强度（Js）为1.6T <1>。目前，烧结的钕铁硼永磁合金由主相Nd2Fe14B和晶界相组成，并且Nd2Fe14B的晶粒取向受到工艺条件的限制。因此，磁体的最大剩磁可达到1.5T。Vacuum Schmelze GmbH生产的钕铁硼磁铁具有最大的磁能积（BH）值为57 MGOe。

在设计永磁电动机时，通常选择高级NdFeB以获得高气隙磁密度。然而，在电动机运转过程中，由于存在交替的退磁场和负载突然变化时的瞬间大电流的消磁作用，因此需要具有高矫顽力的钕磁铁。

钕铁硼永磁体的温度稳定性

风力涡轮机在旷野中运行，可以经受高温和寒冷的考验。然而，电动机损耗会导致电动机温度升高。烧结钕铁硼磁体可以在120℃下工作。

钕铁硼永磁合金的居里温度约为310℃，当磁体的温度超过居里点时，它会从铁磁性变为顺磁性。在居里温度下，钕铁硼的剩磁随着温度的升高而降低。其剩磁温度系数（Br）为-0.095-0.105％/，Nd-Fe-B的矫顽力随着温度的升高而降低，矫顽力温度系数β(jHc)为-0.54-0.64％。如果选择适当的矫顽力，则磁体在电动机设计的最高工作温度下仍将具有足够高的矫顽力。

风力钕铁硼磁体的磁性能一致性

通常，大型永磁风力涡轮机需要使用数千个钕铁硼磁体。每个转子极包含多个磁体，因此转子磁极的一致性对于磁体的一致性来说非常重要，包括尺寸公差和磁性能的一致性。磁性能的一致性包括以下方面：不同磁体之间的磁性能偏差应该尽可能小，并且单个磁体的磁性能应该是均匀的。

钕铁硼的耐腐蚀性

钕铁硼合金中含有活性稀土元素，这些元素容易氧化和生锈。在使用时，如果未封装并与空气和水隔离，钕铁硼就需要视为表面腐蚀保护剂。通常采用的防腐涂料有镀镍、镀锌和电泳环氧树脂等。同时，表面磷化处理也可以有效防止钕铁硼在相对干燥的环境中短时间生锈。

稀土金属间化合物可以在一定压力和温度下与氢反应。当钕铁硼吸收氢时，会发生放热和分解的反应。在钕铁硼的生产过程中，利用了这种特性来实现氢破碎。

钕铁硼磁钢的可靠性

根据风力发电机的设计标准，其设计寿命为20年。也就是说，电磁钢在此期间需要具备稳定的磁性能，并且没有出现明显的腐蚀现象。