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宇宙始于混沌而有序于磁石/持续创新科技贡献CIYIConfidential钕铁硼永磁体材料退磁曲线解读磁亿电子科技工程部2015-07-22宇宙始于混沌而有序于磁石/持续创新科技贡献CIYIConfidential在非铁磁材料中,磁通密度B与磁场强度H成正比,即B=μ0H式中,μ0—真空磁导率,μ0=4π×10-7H/m.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,如右上图所示。一、磁化曲线附:退磁曲线示例宇宙始于混沌而有序于磁石/持续创新科技贡献CIYIConfidential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值是沿着磁化曲线oa上升至a点,对应的磁通密度最大值为Bm。如右图所示。曲线oa称为起始磁化曲线。当H由Hm下降到零时,B并不点是沿着ao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。宇宙始于混沌而有序于磁石/持续创新科技贡献CIYIConfidential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Br,这种现象称磁滞性,Br称作剩余磁感应强度(即剩磁磁密),单位为T(特斯拉)。要使B值由Br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。Br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。宇宙始于混沌而有序于磁石/持续创新科技贡献CIYIConfidential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。宇宙始于混沌而有序于磁石/持续创新科技贡献CIYIConfidential由于去(退)磁曲线中,永磁体的磁通密度(即磁感应强度)Bm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:作用于永磁体的是一个退磁性质的磁场强度,磁场强度的绝对值|H|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Bi(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Bi,又称磁极化强度J。J=μ0M,式中M—磁化强度,A/m在磁性材料中B=μ0M+μ0H在均匀的磁性材料中,上式的矢量和可写成代数和B=μ0M+μ0H→→→Bi=μ0M=B-μ0H若退磁曲线中磁场强度H取绝对值,则上式可写成:Bi=B+μ0H宇宙始于混沌而有序于磁石/持续创新科技贡献CIYIConfidential(二)内禀退磁曲线(又称内禀曲线)描述内禀磁感应强度Bi(J)与磁场强度H关系的曲线Bi=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。宇宙始于混沌而有序于磁石/持续创新科技贡献CIYIConfidential(三)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Bi=0.9Br时所对应退磁磁场强度值。HK为稀土永磁材料必测参数之一。三.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Br和矫顽力Hc●磁导率和回复曲线●磁能积和最大磁能积宇宙始于混沌而有序于磁石/持续创新科技贡献CIYIConfidential在磁铁磁化过程中,使其磁感应强度B达到饱和值Bm的磁场强度称为饱和磁场强度Hm。(一)饱和磁场强度Hm应当特别指出,磁铁充磁时应完全磁化,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,磁铁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,在生产过程中应知道所用磁性材料的Hm值,在充磁过程中务必达到甚至超过它。宇宙始于混沌而有序于磁石/持续创新科技贡献CIYIConfidential(1)剩余磁感应强度Br●磁滞回线与纵坐标的交点,即去磁曲线的起始点b点的B值,叫做剩余磁感应强度,用Br来表示。它是永久磁铁两端磁路的磁阻可以忽略的条件下充磁后,外加磁场消失,并在理想短路条件下存在于磁铁中的磁感应强度值。(二)剩余磁感应强度Br和矫顽力Hc(2)磁感应矫顽力Hc●在负向外加磁场的作用下,磁铁中的磁感应强度B随着去磁磁场增大而减小。使磁铁中的磁感应强度B达到零所需的去磁磁场强度,成为磁感应矫顽力Hc(简称矫顽力),如图中的c点。宇宙始于混沌而有序于磁石/持续创新科技贡献CIYIConfidential●起始磁化曲线和磁滞回线上的任意一点的斜率,即任意一点上的B和H的增量之比,叫做磁导率,它随运行点的不同而变化。软磁材料的磁导率很大,而永磁材料的磁导率很小。注:软磁材料和硬磁(永磁)材料按照磁滞回线形状的不同,铁磁材料可分软磁材料和硬磁(永磁)材料两大类。①软磁材料软磁材料的磁滞回线窄、剩磁Br和矫顽力Hc都小,如上图所示。由于软磁材料的磁导率较高,适用于制造电机和变压器的铁心。常用的软磁材料有铸铁、电工用热轧硅钢薄板(GB5212-85)、冷轧电工钢带(片)(GB2521-88)、家用电器用热轧硅钢薄钢板、软磁合金带、电工用纯铁棒等。(三)磁导率宇宙始于混沌而有序于磁石/持续创新科技贡献CIYIConfidential通常,剩磁Br、矫顽力Hc和磁能积(BH)max是表征永磁材料磁性能的三项指标。硬磁(永磁)材料有磁滞合金冷轧带(GBn171-82)、铁钴钒永磁合金(GBn172-82)、铁钴钼磁滞合金热轧棒材(GBn173-82)、铸造铝镍钴和粉末烧结铝镍钴永磁合金(GB4753-84)、烧结和粘结永磁铁氧体材料(SJ/T10410-93)等。此外,作为在电机中使用的硬磁材料还有稀土永磁材料,如钐钴、钐镨钴、钕铁硼、稀土钴等。●一般说来,剩余磁感应强调Br与矫顽力Hc之比愈小,磁导率就愈小。●对于永磁体,通常所关心的是起始磁导率、最大磁导率和可逆磁导率这三个物理量(另文说明)。②硬磁(永磁)材料硬磁(永磁)材料的磁滞回线宽、剩磁Br和矫顽力Hc都大,如上图所示。由于剩磁Br大,硬磁材料可用以制作永久磁铁,故亦称永磁材料。宇宙始于混沌而有序于磁石/持续创新科技贡献CIYIConfidential●永磁体的去(退)磁曲线上任一点的磁通密度B与磁场强度H的乘积BH称为磁能积。其大小与该永磁体在给定工作状态下所具有的磁能密度成正比。●磁能积与磁感应强度B的关系曲线,叫做磁能积曲线。(四)磁能积和最大磁能积●对于一块完整的磁铁来说,(Br,0)点和(0,Hc)点上的磁能积都等于零。(Br,0)点相当于磁铁两端理想短路,即两端外磁路的磁阻为零;(0,Hc)点相当于磁铁两端理想开路,即两端的磁阻为无穷大。由此可见,在这两种情况下,磁铁本身没有磁能输出,磁铁对外不发生作用。●中间某个位置磁能积为最大值,称为最大磁能积(BH)max,单位:J/m3●对于去(退)磁曲线为直线的永磁材料,显然在(Br/2,Hc/2)处磁能积为最大,即:(BH)max=(1/4)Br*Hc宇宙始于混沌而有序于磁石/持续创新科技贡献CIYIConfidential
本文标题:钕铁硼永磁体材料退磁曲线解读
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