永磁材料为什么会退磁以及如何防止退磁

目录

• 永磁电机退磁机理 

• 永磁体是如何消磁的？

• 高温

• 碰撞和体积损失

• 冲突的磁场

• 如何识别电机退磁

• 永磁电机防退磁方法

• 内部结构变化

• 温度

• 化学因素

• 外磁场

永磁电机退磁机理

永磁材料有两个明显特性，其一是在外磁场的作用下能够被强烈地磁化，另一个是具有磁滞性，即在外磁场被移除后，材料仍保持其磁性。永磁体的磁性变化与外磁场的变化之间可以使用两条曲线进行描述，这两条曲线分别是退磁(B-H)曲线和内禀退磁(J-H)曲线。

永磁体的退磁曲线和内禀退磁曲线之间存在着数学上的相互制约关系。其中, μ为磁导率，H为外加磁场强度。由于磁铁内禀退磁曲线存在拐点，而退磁曲线与内禀退磁曲线之间只相差线性的μH，因此退磁曲线也存在拐点。

随着温度升高，永磁体的内禀矫顽力及剩磁均会下降。例如，SH级别的钕铁硼永磁体的剩磁温度系数约为-0.1%/℃，内禀矫顽力温度系数约为-0.6%/℃。

永磁体是如何消磁的？

被称为永磁体的物品如何消除其磁性？对于“永久”磁铁和“临时”磁铁这两个术语，人们有时会感到困惑。临时磁铁只有在接近能够发出磁场的物体或者吸附在物体表面时才具有磁铁一样的功能。当磁场源被取走时，它们会立即失去磁性。相反地，永磁体通常独立地保持着其持久磁场，在正常的工作条件下不需要依赖于外部磁场维持其自身的磁性。但是，永久磁化材料在某些条件下仍会发生退磁现象，如暴露于高温、与其他物体碰撞、体积损失以及暴露于冲突磁场等。多种因素可能导致永磁体失去部分或全部磁性，一旦发生这种情况，则会对应用产生不利影响。

高温

退磁常见的原因之一是高温。当温度升高时，分子运动加速，这会对磁畴的排列产生影响。居里温度是指磁性合金丧失其永久磁性的临界温度，此后不可逆转。不同磁材料和等级的退磁水平有很大差异，可以通过磁铁的退磁曲线进行描述。

钕磁体是最容易受到高温影响的磁材料之一，通常能够在工作温度达到100℃之前抵抗退磁。使用能够在220℃以上工作的钕磁性材料是可行的，但价格较高。钐钴磁铁的极限为350℃，而铝镍钴磁体则可在高达540℃的连续工作应用中提供最佳温度特性。

在高温环境下使用磁体时，了解磁导系数对于确定磁铁的整体有效性非常重要。尺寸、材料和工作温度都是重要因素。使用磁导系数计算器可以帮助确定特定尺寸的磁铁是否会退磁并失去效力。长时间暴露在高温下会导致磁体退磁，而这种退磁可能是可逆的，也可能是不可逆的。

碰撞和体积损失

永磁体退磁的另一个原因是碰撞——当另一物体撞击磁铁时，也会产生影响。例如，用锤子反复敲打磁铁，会干扰其原子运动，影响磁铁南北两极的排列，使其退磁。此外，碰撞还会影响磁铁的物理完整性，从而导致体积损失，进而对磁化产生不利影响。因此，体积损失也是永磁体退磁的另一个因素。过湿引起的腐蚀或氧化也会影响磁铁的物理特性，进而影响磁性。

冲突的磁场

永磁体遭受不良外部磁场暴露会导致其退磁。当磁铁周围存在另一个磁场时，它会产生退磁力，对磁铁造成损害。因此，正确储存永磁体非常重要，它可以通过确保磁铁在磁场方面对齐且不受碰撞来维持其磁性。此外，附近运行的交流电流也会对磁铁产生类似影响，进而导致退磁。

如何识别电机退磁

• 当机器启动并运行正常一段时间后，如果出现变频器过载报警，且确认变频器无误后，电机空载运行到额定频率的反电动势低于电机铭牌上反电动势50V以上，那么就可以判断电机已经发生了退磁现象。

• 使用特斯拉计直接测量磁场中心密度来判断电机是否发生退磁。

• 电机发生退磁后，其运行电流会明显超出额定值。但是对于仅在低速或高速运行时偶尔报过载的情况，则不一定是由于电机退磁导致的。

• 专业工具——高斯计可以用来判断电机是否发生了退磁。

• 如果存在两个相同型号的电机，可以通过测试空载转速进行比较。退磁的电机空载转速会明显上升。

• 对于瓦形磁体，可以通过分析测试左右两侧的高斯值差异来判断是否发生了退磁。

• 对于带刷的电动车，如果出现起步缓慢、动力不足、电机处有电流声或类似电路断路的声音，并且更换了碳刷后问题仍未解决，则可以判断电机已经发生了退磁。

永磁电机防退磁方法

内部结构变化

制作永磁体时，内部组织结构并不处于最稳定状态。随着时间的推移，它会逐渐变得更加稳定，但性能也会随时间而略微降低。对于稀土永磁材料，在制作过程中会进行高温热处理或烧结，但在常温下使用时，磁性能相对比较稳定。为了加速自然时效过程，常采用人工时效处理。这种处理方式会将磁铁保持在高于常温的温度下一段时间，以代替长时间的常温自然时效。通过这种方法，可以使材料的结构趋于稳定，从而使其磁性能基本上不发生变化。

温度

永磁体的磁性能受温度影响，包括可逆损失和不可逆损失。为了保护永磁体，应避免将其置于高于其最高耐受温度的环境中。通过采用温度循环稳定处理，可以降低永磁体在使用期间的不可逆损失。在转子结构设计中，可以设置内部通风回路冷却磁钢，以降低磁钢温度并提高电机效率。

耐温等级是永磁体性能中最重要的指标之一，其决定了永磁体的运行条件。在钕铁硼永磁体中，稀土金属钕占总量的29%~32.5%，金属元素铁占总量的64%~69%，非金属元素硼占总量的1.1%~1.2%。此外，还会添加少量的镝、铽、铌、铜等元素。

化学因素

永磁体受到化学因素（如酸、碱、氧气和腐蚀性气体）的影响时，其内部或表面的化学结构可能会发生改变，导致其磁性能下降。在钕铁硼永磁体中，铁和钕比较容易被氧化。为了保护永磁体，一般采用电镀等方法进行防护，如镀锌、镀镍等。

外磁场

在使用永磁体的过程中，通常会处于外部磁场中，工作点若在拐点以下，就会引起不可逆的磁退磁现象。在电机发生短路冲击电流时，会产生强烈的去磁磁场，因此在电机设计中需要确保短路工作点在永磁体退磁工作点以上。另外，在永磁体饱和充磁后，接触可能会导致磁性能变化，因此需要进行磁接触稳定处理。

为了防止永磁体退磁，永磁电机设计通常从两个方面入手。一方面是降低转子温度，另一方面则是减少退磁磁场。

转子中的永磁体厚度则是影响永磁体抗退磁能力的关键因素。虽然过薄的永磁体可以减少成本，但也会使其抗退磁能力下降。因此需要通过仿真优化设计来确定最佳的永磁体形状。此外，永磁体采用内嵌式永磁（IPM）结构的转子相对于表面永磁（SPM）结构的转子，其永磁体抗退磁能力更加强大。