永磁材料的应用讲议

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1、第一讲永磁材料及其应用永磁电机的结构特点之一就是磁极由永磁材料组成。永磁材料磁性能的优劣，将直接影响永磁电机的磁路尺寸、电机体积及其功能指标和运行特性。一、磁化曲线在非铁磁材料中，磁通密度B与磁场强度H成正比，即B=μ0H（1-1）-7式中，μ0—真空磁导率。μ0=4π×10H／m亨／米B与H呈线性关系。铁磁材料的磁通密度（即磁感应强度）B与磁场强度H呈非线性关系，即B=f(H)是一条曲线，称磁化曲线，如下图所示。铁磁材料的磁化曲线可以通过试验测得。试验可见，将一块尚未磁化的铁磁材料进行磁化，H由零上升到某一最大值Hm时，B值是沿着磁化

2、曲线0a上升至a点，对应的磁通密度最大值为BBm。如右图所示。曲线0a称为起始磁化曲线。当H由Hm下降到零时，B并不点是沿着a0下降，而是沿着另一条abcd线下降。当H由零变化到－Hm（即由b点变化到d点）时，即进行反向磁化时，B沿着曲线bcd变化。当H由－Hm回升到Hm时，B沿着曲线defa变化。如此，将铁磁材料磁化一个循环，得到一个闭合回线abcdefa，称为铁磁材料的磁滞回线。不同的铁磁材料有不同的磁滞回线。由右图可见，B的变化滞后于H的变化。当H下降为零时，B值不为零而为某一数值BBr，这种现象称磁滞性，BBr称作剩余磁感应强度

3、（即剩磁磁密），单位为T（特斯拉）。要使B值由BBr减至0值，必须加上一个相应的反向外磁场，该反向磁场强度称为矫顽力，以Hc表示，单位为A/m（安/米），如右图中c点所示。BBr和Hc是铁磁材料的两个重要参数。对于同一铁磁材料，以不同的磁场强度Hm分别进行多次反复磁化，可得到多个大小不等的磁滞回线，如右图所示。将各磁滞回线的顶点连接起来，所得的一条曲线称为基本磁化曲线或称平均磁化曲线。基本磁化曲线与起始磁化曲线不是同一条曲线，但二者差别不大。直流磁路计算时所用的磁化曲线都是基本磁化曲线。在交流磁路中，由于励磁电流是交流，因此磁路中的磁势

4、与磁通均随时间而交变。但是，在每一瞬时仍与直流磁路一样。就瞬时值而言，通常可使用相同的基本磁化曲线。二、永磁材料的去（退）磁曲线和主要参数1．永磁材料的去（退）磁曲线右图中，在第二象限的bc段称为去磁曲线。它表示永磁材料被完全磁化后无外励磁时的B—H关系。永磁材料在一般的应用中无外励磁，故去磁曲线是表示永磁材料特性的主要特性曲线。由于去（退）磁曲线中，永磁体的磁通密度（即磁感应强度）BBm为正值，磁场强度为负值，两者方向相反，磁通经过永磁体时，沿磁通方向的磁位差不是降落而是升高，即永磁体是个磁源（类似电路中的电源）。同时可见：作用于永磁

5、体的是一个退磁性质的磁场强度，磁场强度的绝对值

6、H

7、越大，磁感应强度B就越小。为表述方便，通常取H的绝对值，把H轴的正方向改变，即负轴改为正轴。2．内禀去（退）磁曲线（一）内禀磁感应强度BBi（又称磁极化强度J）永磁材料在外磁场作用下被磁化后产生的内在磁感应强度，称内禀磁感应强度BBi，又称磁极化强度J。J=μ0M（1-2）式中，M—磁化强度，A／m在磁性材料中B=μ0M＋μ0H（1-3）在均匀的磁性材料中，式（1-3）的矢量和可写成代数和B=μ0M＋μ0H（1-4）BBi=μ0M=B－μ0H（1-5）若退磁曲线中磁场强度H取绝对值，则

8、式（1-5）可写成BBi=B＋μ0H（1-6）（二）内禀退磁曲线（又称内禀曲线）描述内禀磁感应强度BBi(J)与磁场强度H关系的曲线BBi=f(H)是表征永磁材料内在磁性能的曲线，称为内禀退磁曲线，简称内禀曲线。内禀退磁曲线及与退磁曲线的关系●内禀退磁曲线上磁极化强度J为零时,相应的磁场强度值称为内禀矫顽力HcJ(单位：A／m)。内禀矫顽力HcJ的值反映永磁材料抗去磁能力的大小，是表征稀土永磁抗去磁能力强弱的一个重要参数。●内禀退磁曲线的矩形度HK／HcJ越大，磁性能越稳定。HK(单位：A／m)为内禀退磁曲线上当BBi=0.9BBr时所

9、对应退磁磁场强度值。HK应为稀土永磁材料必测参数之一。3．永磁材料的主要参数永磁材料磁滞回线的形状和特征，可用若干参数来表示。在工程应用中，就是根据这些参数在数量上的差异进行分类，并决定他们的用途，它们也是永磁磁路设计中的主要依据。●饱和磁场强度Hm●剩余磁感应强度BBr和矫顽力Hc●磁导率和回复曲线●磁能积和最大磁能积（一）饱和磁场强度Hm在磁钢磁化过程中，使其磁感应强度B达到饱和值BBm的磁场强度称为饱和磁场强度Hm。应当特别指出，磁钢充磁时应完全磁化，即充磁磁场强度H应达到Hm值，才能得到最大可能磁化的去磁曲线。这样的去磁曲线最稳

10、定，显示出该材料的最优磁性能。若充磁磁场强度H值低于Hm，则将有不同形状的磁滞曲线。它们的去磁曲线，显得不够稳定，磁钢所表示出的磁性能也低，因而不能充分利用该磁性材料。由此可见，在制造永磁电机时，应知道所用