3.4　磁路材料选择

构成磁力耦合传动器主要零件的材料是永磁材料（磁钢）、软磁材料和隔磁材料等，现分述如下。

3.4.1　磁性材料的选择

组成磁力耦合传动器的主体材料是磁性材料，磁性材料性能的优劣直接关系到磁力耦合传动器的性能，它不仅决定磁力耦合传动器应用过程中启动和运转过程是否可靠，而且也是评价磁力耦合传动装置整体性能的关键所在。对于同一种磁路类型，相同的磁路尺寸，要得到最大的气隙磁感应强度，需要选择最适宜的磁性材料。

一般，用于传递扭矩的永磁材料应具备三个条件：一是要有高的剩余磁感应强度Br，这样才能得到较大的磁力和磁扭矩；二是要有高的矫顽力Hc，这样永磁材料才不易退磁，也就是说，永磁材料应具有较高的磁能积（BH）；三是要有良好的温度稳定性，温度稳定性是指永磁材料随着使用环境温度变化时，其自身磁性变化较小，在一定温度范围内磁性较为稳定的一种性能。因此，对有温度要求的装置应重点考虑所选用的磁性材料的温度稳定性，剩磁可逆温度系数要小。

居里温度是反映磁性材料性能的特征参数，它是物质从铁磁性转变成顺磁性的临界温度，通俗地说，达到居里温度的永磁体则完全丧失磁性，所以，在磁路设计中一般应避免达到或高于居里温度。在低于居里温度的范围内，剩磁随温度上升呈线性下降，其表达式为：

Brt=Br（1+Δt）　　 （3-11）

式中　Brt——工作温度下永磁材料的表面剩磁，T；

Br——常温下磁性材料的表面剩磁，T；

——剩磁可逆温度系数，%℃-1；

Δt——温升，℃。

由于材料的不同，温度每升高100℃，铁氧体剩磁下降18%，钐钴（SmCo5）剩磁下降4%，钕铁硼下降12%，钐钴（Sm2Co17）下降3%，而传动扭矩与成正比，故可计算出每当温度升高100℃，上述材料的传动扭矩分别减少33%、8%、23%、6%。通常磁性材料样本中的数据是在常温下测定的，设计磁力耦合传动器时必须考虑工作温度的影响，以保证传动的可靠性。

铁氧体应用最早，其价格便宜，但磁能积低（小于3.6kJ/m3），用它制成的磁力耦合传动器结构尺寸大，适用于传动扭矩小、功率不大的装置，工作温度为85℃以下；Nd-Fe-B近年来广泛用于磁力耦合传动器件，因它的Br值可达1.25T，磁能积（BH）max≤280kJ/m3，工作温度为150℃以下；Sm2Co17是一种高级合金，稀土与合金之比是2∶17，工作温度可达300℃，对于高温工况，选择它最为有效，但价格较为昂贵。

目前，我国市场上常用的永磁材料有铁氧体、钕铁硼（Nd-Fe-B）、稀土钴（R2Col7）、铝镍钴（AlNiCo）和铁铬钴（FeCrCo）等，其性能比较见表2-4。

从表2-4中可以看出，铝镍钴剩磁Br的温度系数绝对值最小，铁氧体最差，钐钴较好；钕铁硼的最大磁能积最大，是铁氧体的近10倍左右；除铁氧体密度外，其他的磁性材料密度都较高；钕铁硼的抗弯强度比铁氧体和稀土钴高一倍，其抗压强度也比钐钴高，热膨胀系数最小。综合诸多性能，可以评定钕铁硼及钐钴是最优良的永磁材料，而铁氧体是这几种常用永磁材料中性能最差的。

显然，磁力耦合传动器中永磁材料应选用钕铁硼或钐钴较好，但钕铁硼使用温度较低，只有在温度较低（0～85℃）时选用。

3.4.2　隔磁材料选择

隔磁材料的主要作用是支持和保护磁性材料，其次是隔磁，减少磁通在磁块之间的横向泄漏，使大部分磁通能在一对磁极之间通过，以达到磁极之间的作用力尽可能大的目的。因此，它必须具有很低的磁导率。在腐蚀性条件下使用时，隔磁材料还必须具有一定的耐腐蚀性能，或者采取一定措施做好抗腐蚀性工作，否则，因为导磁块的材料选择不当，会导致磁通泄漏增大，加快磁性失效。

3.4.3　软磁材料选择

永磁材料是装在磁力耦合传动器的内、外转子上的，由于内、外永磁材料之间的磁通必须经过内、外转子而形成回路，因此，内外转子也必须由磁导率较高的软磁材料制成。

软磁材料在磁路中起着很重要的作用，使用软磁材料做成磁屏蔽，可以防止外磁场的干扰，改变磁路中的磁通密度，调整漏磁的大小。表征软磁材料磁性能的特性参数为磁导率，对确定的材料而言，其最大磁导率与初始磁导率是常数，一般要求软磁材料的磁导率越大越好，矫顽力越小越好，饱和磁化强度越大越好。几种常用的软磁材料为工业纯铁、硅钢、铁镍合金、铁铝合金、铁钴合金、恒导磁合金、磁温度补偿合金以及软磁铁氧体等。由于磁力耦合传动器中的磁路采用的永磁材料在磁路中不存在变化磁场，不必考虑磁损问题，所以，采用与工业纯铁磁性能十分相近的低碳钢来取代工业纯铁，既容易加工，价格又比较便宜，是比较理想的一种选择。