钕铁硼磁铁在风力发电机中的应用

　　磁铁的重要应用之一。目前，全球风电装机容量已超过2亿千瓦时。然而，由于过度膨胀和稀土原料的急剧增加等因素，风力发电设备的产能过剩为260％。

　　风力涡轮机的工作环境非常恶劣。他们必须能够经受高温，严寒，沙土，潮湿甚至盐雾的考验。风力涡轮机的设计寿命通常为20年。目前，在小型风力涡轮机和兆瓦级永磁风力涡轮机中都使用了烧结的钕铁硼永磁体。因此，选择钕永磁体的磁参数以及要求磁体的耐腐蚀性是非常重要的。

　　当今世界上的两个主要发电机是双馈发电机和直接驱动发电机。在双馈发电机组中，发电机成本占总机组的7％，而在直驱发电机组中，发电机成本占31.5％。

　　钕永磁体被称为第三代稀土永磁体，迄今为止具有最高的磁性能。烧结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。由于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，目前磁体的最大剩磁可达1.5T。Vacuum Schmelze GmbH生产的钕铁硼磁体最大磁能积（BH）最大值为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。电动机运转时，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，因此需要高矫顽力的钕磁铁。

　　风力涡轮机可以在旷野中工作，可以经受高温和寒冷的考验。同时，电动机损耗也导致电动机温度升高。烧结钕铁硼磁体可以在120°C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％。如果选择了适当的矫顽力，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；否则会失去激励。

　　大型永磁风力涡轮机通常使用数千个钕磁铁。转子的每个极都包含许多磁铁。转子磁极的一致性要求磁体的一致性，包括尺寸公差和磁性能的一致性。所谓的磁性能一致性包括：不同个体之间的磁性能偏差应较小，并且单个磁体的磁性能应均匀。

　　钕铁硼合金包含活性稀土元素，这些元素容易氧化和生锈。在应用中，除非将钕铁硼封装并与空气和水隔离，否则应将钕铁硼视为表面腐蚀保护剂。常见的防腐涂料是镀镍，镀锌和电泳环氧树脂。表面磷化处理可以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，它会发热并分解。钕铁硼生产过程中的氢破碎利用了这一特性。

　　风力发电机的设计寿命是20年，也就是说，电磁钢需要使用20年。其磁性能没有明显衰减，电磁钢也没有明显腐蚀。

　　注：本文原作者蔡报贵 李文科 吕锋罗 贻萍 王亦忠，参考文献超强永磁体》周寿增董清飞著，治金工业出版社。如有侵权，请联系删除。