永磁电动机：你最需要搞明白的机理在这里！

Original 2016-10-11 机械工业出版社 机械工业出版社E视界

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对于永磁体本质的认识，笔者认为“欲知松高洁，待到雪化时”。现在用所谓的最大磁能积（BH）_max来描绘永磁体的磁能是欠妥的。这是因为，其一是到目前为止尚不能造出1m³的永磁体，只能是用小块永磁体所具有的磁能积推导出来，这不符合永磁体的性质；其二是永磁体的磁感应强度并不是永磁体体积的函数，也就是说，永磁体的磁能积不是永磁体体积的函数，但却用（BH）_max（kJ/m³）来表示是欠妥的。作者自1973年至今对永磁体及永磁电机进行了30余年的研究及实验，理论和实践证明，永磁体的磁感应强度在一定范围内是永磁体磁极面积与两极面之间距离的函数。当两极面积确定之后，增加两极面之间的距离，当增加到一定数值后，永磁体的磁感应强度不再增加，也就是说，永磁体的磁能积不是永磁体的体积函数。
永磁体对外做功不消耗其自身的磁能，在某种意义上说，永磁体的磁能不遵守能量守恒。
现举例验证。
例证1
某轿车自扇风冷并励爪式三相交流发电机，在3000r/min时经三相桥式整流输出直流14V，电流86A，转子励磁电压DC12V，励磁电流5A。作者将其改为永磁发电机，在3000r/min时经三相桥式整流输出14VDC，电流86A，实验时用电阻作负载，经72h连续运转发出电能为
1204W×72=86.688kWh
拆开发电机测永磁体的磁感应强度B_m=0.52T，与未发电前的磁感应强度相同。
这个实验证明：
1）永磁发电机的转子永磁体磁极取代原来的电励磁爪式转子对外做功发电86.688kWh，其自身的磁能并未减少，证明永磁体对外做功不消耗其自身磁能。
2）永磁发电机的转子永磁体磁极取代原来的电励磁爪式转子，其取代的电励磁功率为P_f=I_fU_f=5×12=60W。进行72h带负载运行节电4.32kWh，而转子永磁体磁极并未因做功4.32kWh而减少其磁感应强度，这证明永磁体磁极72h对外做功未消耗其自身磁能。
3）结论：永磁体对外做功不消耗其自身磁能，在某种意义上说，永磁体磁能不遵守能量守恒，永磁发电机实现了节能。

例证2
用极面积a_m×b_m=30mm×50mm，两极面之间距离h_m=20mm的N48永磁体20块组成的永磁吊，一次吊起距永磁体极面20mm的1000kg的钢板。每次用非磁性材料5kg·m的功卸下1000kg钢板。当永磁吊进行1500次吊运后，对永磁体表面的磁感应进行测量，其测量值与吊运1500次之前相同，其平均值都是B_m=0.52T。
1）永磁吊吊运1500次做功为
W=1500×（0.02×1000-5）×9.8J/kg·m
=220.5kJ
2）20块极面为a_m×b_m=30mm×50mm，两极面之间的距离为20mm的N48永磁体体积为
V=20×0.03×0.05×0.02
=6×10^-4m³
3）N48永磁体标定的（BH）_max=390kJ/m³，其1m³的体积是20块N48永磁体体积的倍数为
k=1m³÷6×10^-4m³
≈942.3倍
4）永磁吊吊运1500次所做功是N48永磁体标定的（BH）_max=390kJ/m³的倍数k₁为
k₁=220.5×1666.67÷390
=942.3倍
5）结论：①永磁体对外做功不消耗其自身磁能，在某种意义上说，永磁体磁能不遵守能量守恒，永磁吊实现了节能；②永磁体的磁能不是永磁体体积的函数，永磁体的磁能积用（BH）_max（kJ/m³）来描述是欠妥的。