3.4　磁路材料選擇

構成磁力耦合傳動器主要零件的材料是永磁材料（磁鋼）、軟磁材料和隔磁材料等，現分述如下。

3.4.1　磁性材料的選擇

組成磁力耦合傳動器的主體材料是磁性材料，磁性材料性能的優劣直接關系到磁力耦合傳動器的性能，它不僅決定磁力耦合傳動器應用過程中啟動和運轉過程是否可靠，而且也是評價磁力耦合傳動裝置整體性能的關鍵所在。對于同一種磁路類型，相同的磁路尺寸，要得到最大的氣隙磁感應強度，需要選擇最適宜的磁性材料。

一般，用于傳遞扭矩的永磁材料應具備三個條件：一是要有高的剩余磁感應強度Br，這樣才能得到較大的磁力和磁扭矩；二是要有高的矯頑力Hc，這樣永磁材料才不易退磁，也就是說，永磁材料應具有較高的磁能積（BH）；三是要有良好的溫度穩定性，溫度穩定性是指永磁材料隨著使用環境溫度變化時，其自身磁性變化較小，在一定溫度范圍內磁性較為穩定的一種性能。因此，對有溫度要求的裝置應重點考慮所選用的磁性材料的溫度穩定性，剩磁可逆溫度系數要小。

居里溫度是反映磁性材料性能的特征參數，它是物質從鐵磁性轉變成順磁性的臨界溫度，通俗地說，達到居里溫度的永磁體則完全喪失磁性，所以，在磁路設計中一般應避免達到或高于居里溫度。在低于居里溫度的范圍內，剩磁隨溫度上升呈線性下降，其表達式為：

Brt=Br（1+Δt）　　 （3-11）

式中　Brt——工作溫度下永磁材料的表面剩磁，T；

Br——常溫下磁性材料的表面剩磁，T；

——剩磁可逆溫度系數，%℃-1；

Δt——溫升，℃。

由于材料的不同，溫度每升高100℃，鐵氧體剩磁下降18%，釤鈷（SmCo5）剩磁下降4%，釹鐵硼下降12%，釤鈷（Sm2Co17）下降3%，而傳動扭矩與成正比，故可計算出每當溫度升高100℃，上述材料的傳動扭矩分別減少33%、8%、23%、6%。通常磁性材料樣本中的數據是在常溫下測定的，設計磁力耦合傳動器時必須考慮工作溫度的影響，以保證傳動的可靠性。

鐵氧體應用最早，其價格便宜，但磁能積低（小于3.6kJ/m3），用它制成的磁力耦合傳動器結構尺寸大，適用于傳動扭矩小、功率不大的裝置，工作溫度為85℃以下；Nd-Fe-B近年來廣泛用于磁力耦合傳動器件，因它的Br值可達1.25T，磁能積（BH）max≤280kJ/m3，工作溫度為150℃以下；Sm2Co17是一種高級合金，稀土與合金之比是2∶17，工作溫度可達300℃，對于高溫工況，選擇它最為有效，但價格較為昂貴。

目前，我國市場上常用的永磁材料有鐵氧體、釹鐵硼（Nd-Fe-B）、稀土鈷（R2Col7）、鋁鎳鈷（AlNiCo）和鐵鉻鈷（FeCrCo）等，其性能比較見表2-4。

從表2-4中可以看出，鋁鎳鈷剩磁Br的溫度系數絕對值最小，鐵氧體最差，釤鈷較好；釹鐵硼的最大磁能積最大，是鐵氧體的近10倍左右；除鐵氧體密度外，其他的磁性材料密度都較高；釹鐵硼的抗彎強度比鐵氧體和稀土鈷高一倍，其抗壓強度也比釤鈷高，熱膨脹系數最小。綜合諸多性能，可以評定釹鐵硼及釤鈷是最優良的永磁材料，而鐵氧體是這幾種常用永磁材料中性能最差的。

顯然，磁力耦合傳動器中永磁材料應選用釹鐵硼或釤鈷較好，但釹鐵硼使用溫度較低，只有在溫度較低（0～85℃）時選用。

3.4.2　隔磁材料選擇

隔磁材料的主要作用是支持和保護磁性材料，其次是隔磁，減少磁通在磁塊之間的橫向泄漏，使大部分磁通能在一對磁極之間通過，以達到磁極之間的作用力盡可能大的目的。因此，它必須具有很低的磁導率。在腐蝕性條件下使用時，隔磁材料還必須具有一定的耐腐蝕性能，或者采取一定措施做好抗腐蝕性工作，否則，因為導磁塊的材料選擇不當，會導致磁通泄漏增大，加快磁性失效。

3.4.3　軟磁材料選擇

永磁材料是裝在磁力耦合傳動器的內、外轉子上的，由于內、外永磁材料之間的磁通必須經過內、外轉子而形成回路，因此，內外轉子也必須由磁導率較高的軟磁材料制成。

軟磁材料在磁路中起著很重要的作用，使用軟磁材料做成磁屏蔽，可以防止外磁場的干擾，改變磁路中的磁通密度，調整漏磁的大小。表征軟磁材料磁性能的特性參數為磁導率，對確定的材料而言，其最大磁導率與初始磁導率是常數，一般要求軟磁材料的磁導率越大越好，矯頑力越小越好，飽和磁化強度越大越好。幾種常用的軟磁材料為工業純鐵、硅鋼、鐵鎳合金、鐵鋁合金、鐵鈷合金、恒導磁合金、磁溫度補償合金以及軟磁鐵氧體等。由于磁力耦合傳動器中的磁路采用的永磁材料在磁路中不存在變化磁場，不必考慮磁損問題，所以，采用與工業純鐵磁性能十分相近的低碳鋼來取代工業純鐵，既容易加工，價格又比較便宜，是比較理想的一種選擇。