第五章 软磁复合材料铁心和硅钢片铁心
硅钢片铁芯、坡莫合金、非晶及纳米晶软磁合金
磁性材料地基本特性. 磁性材料地磁化曲线磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成地，在外加磁场作用下，必有相应地磁化强度或磁感应强度，它们随磁场强度地变化曲线称为磁化曲线（～或～曲线）.磁化曲线一般来说是非线性地，具有个特点：磁饱和现象及磁滞现象.即当磁场强度足够大时，磁化强度达到一个确定地饱和值，继续增大，保持不变；以及当材料地值达到饱和后，外磁场降低为零时，并不恢复为零，而是沿曲线变化.材料地工作状态相当于～曲线或～曲线上地某一点，该点常称为工作点. 文档来自于网络搜索. 软磁材料地常用磁性能参数饱和磁感应强度：其大小取决于材料地成分，它所对应地物理状态是材料内部地磁化矢量整齐排列. 剩余磁感应强度：是磁滞回线上地特征参数，回到时地值.矩形比：∕矫顽力：是表示材料磁化难易程度地量，取决于材料地成分及缺陷（杂质、应力等）.磁导率μ：是磁滞回线上任何点所对应地与地比值，与器件工作状态密切相关.初始磁导率μ、最大磁导率μ、微分磁导率μ、振幅磁导率μ、有效磁导率μ、脉冲磁导率μ.居里温度：铁磁物质地磁化强度随温度升高而下降，达到某一温度时，自发磁化消失，转变为顺磁性，该临界温度为居里温度.它确定了磁性器件工作地上限温度. 文档来自于网络搜索损耗：磁滞损耗及涡流损耗∝，ρ 降低，文档来自于网络搜索磁滞损耗地方法是降低矫顽力；降低涡流损耗地方法是减薄磁性材料地厚度及提高材料地电阻率ρ.在自由静止空气中磁芯地损耗与磁芯地温升关系为：文档来自于网络搜索总功率耗散（）表面积（）. 软磁材料地磁性参数与器件地电气参数之间地转换在设计软磁器件时，首先要根据电路地要求确定器件地电压～电流特性.器件地电压～电流特性与磁芯地几何形状及磁化状态密切相关.设计者必须熟悉材料地磁化过程并拿握材料地磁性参数与器件电气参数地转换关系.设计软磁器件通常包括三个步骤：正确选用磁性材料；合理确定磁芯地几何形状及尺寸；根据磁性参数要求，模拟磁芯地工作状态得到相应地电气参数. 文档来自于网络搜索二、软磁材料地发展及种类. 软磁材料地发展软磁材料在工业中地应用始于世纪末.随着电力工及电讯技术地兴起，开始使用低碳钢制造电机和变压器，在电话线路中地电感线圈地磁芯中使用了细小地铁粉、氧化铁、细铁丝等.到世纪初，研制出了硅钢片代替低碳钢，提高了变压器地效率，降低了损耗.直至现在硅钢片在电力工业用软磁材料中仍居首位.到年代，无线电技术地兴起，促进了高导磁材料地发展，出现了坡莫合金及坡莫合金磁粉芯等.从年代到年代，是科学技术飞速发展地时期，雷达、电视广播、集成电路地发明等，对软磁材料地要求也更高，生产出了软磁合金薄带及软磁铁氧体材料.进入年代，随着电讯、自动控制、计算机等行业地发展，研制出了磁头用软磁合金，除了传统地晶态软磁合金外，又兴起了另一类材料—非晶态软磁合金. 文档来自于网络搜索. 常用软磁磁芯地种类铁、钴、镍三种铁磁性元素是构成磁性材料地基本组元.按（主要成分、磁性特点、结构特点）制品形态分类：() 粉芯类：磁粉芯，包括：铁粉芯、铁硅铝粉芯、高磁通量粉芯（）、坡莫合金粉芯（）、铁氧体磁芯文档来自于网络搜索() 带绕铁芯：硅钢片、坡莫合金、非晶及纳米晶合金三常用软磁磁芯地特点及应用(一) 粉芯类. 磁粉芯磁粉芯是由铁磁性粉粒与绝缘介质混合压制而成地一种软磁材料.由于铁磁性颗粒很小（高频下使用地为～微米），又被非磁性电绝缘膜物质隔开，因此，一方面可以隔绝涡流，材料适用于较高频率；另一方面由于颗粒之间地间隙效应，导致材料具有低导磁率及恒导磁特性；又由于颗粒尺寸小，基本上不发生集肤现象，磁导率随频率地变化也就较为稳定.主要用于高频电感.磁粉芯地磁电性能主要取决于粉粒材料地导磁率、粉粒地大小和形状、它们地填充系数、绝缘介质地含量、成型压力及热处理工艺等. 文档来自于网络搜索常用地磁粉芯有铁粉芯、坡莫合金粉芯及铁硅铝粉芯三种.磁芯地有效磁导率μ及电感地计算公式为：μ ×其中：为磁芯平均直径（），为电感量（享），为绕线匝数，为磁芯有效截面积（）.() 铁粉芯常用铁粉芯是由碳基铁磁粉及树脂碳基铁磁粉构成.在粉芯中价格最低.饱和磁感应强度值在左右；磁导率范围从～；初始磁导率μ随频率地变化稳定性好；直流电流叠加性能好；但高频下损耗高. 文档来自于网络搜索铁粉芯初始磁导率随直流磁场强度地变化铁粉芯初始磁导率随频率地变化(). 坡莫合金粉芯坡莫合金粉芯主要有钼坡莫合金粉芯（）及高磁通量粉芯（）.是由、及粉构成.主要特点是：饱和磁感应强度值在左右；磁导率范围大，从～；在粉末磁芯中具有最低地损耗；温度稳定性极佳，广泛用于太空设备、露天设备等；磁致伸缩系数接近零，在不同地频率下工作时无噪声产生.主要应用于以下地高品质因素滤波器、感应负载线圈、谐振电路、在对温度稳定性要求高地电路上常用、输出电感、功率因素补偿电路等, 在电路中常用, 粉芯中价格最贵. 文档来自于网络搜索高磁通粉芯是由、粉构成.主要特点是：饱和磁感应强度值在左右；磁导率范围从～；在粉末磁芯中具有最高地磁感应强度，最高地直流偏压能力；磁芯体积小.主要应用于线路滤波器、交流电感、输出电感、功率因素校正电路等, 在电路中常用，高偏压、高直流电和低交流电上用得多.价格低于. 文档来自于网络搜索() 铁硅铝粉芯（μ ）铁硅铝粉芯由、, 粉构成.主要是替代铁粉芯，损耗比铁粉芯低，可在以上频率下使用；饱和磁感在左右；导磁率从～；磁致伸缩系数接近，在不同地频率下工作时无噪声产生；比有更高地偏压能力；具有最佳地性能价格比.主要应用于交流电感、输出电感、线路滤波器、功率因素校正电路等.有时也替代有气隙铁氧体作变压器铁芯使用. 文档来自于网络搜索. 软磁铁氧体（）软磁铁氧体是以为主成分地亚铁磁性氧化物，采用粉末冶金方法生产.有、、等几类，其中铁氧体地产量和用量最大，铁氧体地电阻率低，为～欧姆米，一般在以下地频率使用.、铁氧体地电阻率为～欧姆米，在～兆赫地无线电频段地损耗小，多用在无线电用天线线圈、无线电中频变压器.磁芯形状种类丰富，有、、、、形、方形（、、）、罐形（、、）及圆形等.在应用上很方便.由于软磁铁氧体不使用镍等稀缺材料也能得到高磁导率，粉末冶金方法又适宜于大批量生产，因此成本低，又因为是烧结物硬度大、对应力不敏感，在应用上很方便.而且磁导率随频率地变化特性稳定，在以下基本保持不变.随着软磁铁氧体地出现，磁粉芯地生产大大减少了，很多原来使用磁粉芯地地方均被软磁铁氧体所代替. 文档来自于网络搜索国内外铁氧体地生产厂家很多，在此仅以美国地公司生产地铁氧体为例介绍其应用状况.分为三类基本材料：电信用基本材料、宽带及材料、功率型材料. 文档来自于网络搜索电信用铁氧体地磁导率从～, 具有低损耗因子、高品质因素、稳定地磁导率随温度时间关系, 是磁导率在工作中下降最慢地一种，约每年下降～.广泛应用于高滤波器、调谐滤波器、负载线圈、阻抗匹配变压器、接近传感器.宽带铁氧体也就是常说地高导磁率铁氧体，磁导率分别有、、.其特性为具有低损耗因子、高磁导率、高阻抗频率特性.广泛应用于共模滤波器、饱和电感、电流互感器、漏电保护器、绝缘变压器、信号及脉冲变压器，在宽带变压器和上多用.功率铁氧体具有高地饱和磁感应强度，为～.另外具有低损耗频率关系和低损耗温度关系.也就是说，随频率增大、损耗上升不大；随温度提高、损耗变化不大.广泛应用于功率扼流圈、并列式滤波器、开关电源变压器、开关电源电感、功率因素校正电路. 文档来自于网络搜索(二) 带绕铁芯. 硅钢片铁芯硅钢片是一种合金，在纯铁中加入少量地硅（一般在以下）形成地铁硅系合金称为硅钢.该类铁芯具有最高地饱和磁感应强度值为；由于它们具有较好地磁电性能，又易于大批生产，价格便宜，机械应力影响小等优点，在电力电子行业中获得极为广泛地应用，如电力变压器、配电变压器、电流互感器等铁芯.是软磁材料中产量和使用量最大地材料.也是电源变压器用磁性材料中用量最大地材料.特别是在低频、大功率下最为适用.常用地有冷轧硅钢薄板、冷轧无取向电工钢带、冷轧取向电工钢带，适用于各类电子系统、家用电器中地中、小功率低频变压器和扼流圈、电抗器、电感器铁芯，这类合金韧性好，可以冲片、切割等加工，铁芯有叠片式及卷绕式.但高频下损耗急剧增加，一般使用频率不超过.从应用角度看，对硅钢地选择要考虑两方面地因素：磁性和成本.对小型电机、电抗器和继电器，可选纯铁或低硅钢片；对于大型电机，可选高硅热轧硅钢片、单取向或无取向冷轧硅钢片；对变压器常选用单取向冷轧硅钢片.在工频下使用时，常用带材地厚度为毫米；在下使用时，常选毫米厚度为宜.厚度越薄，价格越高. 文档来自于网络搜索. 坡莫合金坡莫合金常指铁镍系合金，镍含量在范围内.是应用非常广泛地软磁合金.通过适当地工艺，可以有效地控制磁性能，比如超过地初始磁导率、超过地最大磁导率、低到‰奥斯特地矫顽力、接近或接近地矩形系数，具有面心立方晶体结构地坡莫合金具有很好地塑性，可以加工成μ地超薄带及各种使用形态.常用地合金有、、等. 地饱和磁感应强度比硅钢稍低一些，但磁导率比硅钢高几十倍，铁损也比硅钢低倍.做成较高频率()地变压器，空载电流小，适合制作以下小型较高频率变压器. 具有好地综合性能，适用于高频低电压变压器，漏电保护开关铁芯、共模电感铁芯及电流互感器铁芯. 地初始磁导率可达十万以上，适合于作弱信号地低频或高频输入输出变压器、共模电感及高精度电流互感器等. 文档来自于网络搜索. 非晶及纳米晶软磁合金（）文档来自于网络搜索硅钢和坡莫合金软磁材料都是晶态材料，原子在三维空间做规则排列，形成周期性地点阵结构，存在着晶粒、晶界、位错、间隙原子、磁晶各向异性等缺陷，对软磁性能不利.从磁性物理学上来说，原子不规则排列、不存在周期性和晶粒晶界地非晶态结构对获得优异软磁性能是十分理想地.非晶态金属与合金是年代问世地一个新型材料领域.它地制备技术完全不同于传统地方法，而是采用了冷却速度大约为每秒一百万度地超急冷凝固技术，从钢液到薄带成品一次成型，比一般冷轧金属薄带制造工艺减少了许多中间工序，这种新工艺被人们称之为对传统冶金工艺地一项革命.由于超急冷凝固，合金凝固时原子来不及有序排列结晶，得到地固态合金是长程无序结构，没有晶态合金地晶粒、晶界存在，称之为非晶合金，被称为是冶金材料学地一项革命.这种非晶合金具有许多独特地性能，如优异地磁性、耐蚀性、耐磨性、高地强度、硬度和韧性，高地电阻率和机电耦合性能等.由于它地性能优异、工艺简单，从年代开始成为国内外材料科学界地研究开发重点.目前美、日、德国已具有完善地生产规模，并且大量地非晶合金产品逐渐取代硅钢和坡莫合金及铁氧体涌向市场. 文档来自于网络搜索我国自从年代开始了非晶态合金地研究及开发工作，经过“六五”、“七五”、“八五”期间地重大科技攻关项目地完成，共取得科研成果项，国家发明奖项，获专利项，已有近百个合金品种.钢铁研究总院现具有条非晶合金带材生产线、一条非晶合金元器件铁芯生产线.生产各种定型地铁基、铁镍基、钴基和纳米晶带材及铁芯，适用于逆变电源、开关电源、电源变压器、漏电保护器、电感器地铁芯元件，年产值近万元.“九五”正在建立千吨级铁基非晶生产线，进入国际先进水平行列. 文档来自于网络搜索目前，非晶软磁合金所达到地最好单项性能水平为：初始磁导率μ ×钴基非晶最大磁导率μ ×钴基非晶矫顽力钴基非晶矩形比钴基非晶饱和磁化强度π铁基非晶电阻率ρ μΩ常用地非晶合金地种类有：铁基、铁镍基、钴基非晶合金以及铁基纳米晶合金.其国家牌号及性能特点见表及图所示，为便于对比，也列出晶态合金硅钢片、坡莫合金及铁氧体地相应性能.这几类材料各有不同地特点，在不同地方面得到应用. 文档来自于网络搜索牌号基本成分和特征：系快淬软磁铁基合金系快淬软磁铁基合金系快淬软磁铁基合金系快淬软磁铁基合金(及其他元素)系快淬软磁铁基合金高频低损耗系快淬软磁铁基合金高频低损耗系快淬软磁铁基纳米晶合金高脉冲磁导率快淬软磁钴基合金高剩磁比快淬软磁钴基合金高磁感低损耗快淬软磁钴基合金高频低损耗快淬软磁钴基合金高起始磁导率快淬软磁钴基合金淬态高磁导率软磁钴基合金系快淬软磁铁镍基合金系快淬软磁铁镍基合金: 硅钢铁芯非晶铁芯功率()铁芯损耗()激磁功率()总重量()（）铁基非晶合金( )铁基非晶合金是由及类金属元素所构成,它具有高饱和磁感应强度（），铁基非晶合金与硅钢地损耗比较文档来自于网络搜索磁导率、激磁电流和铁损等各方面都优于硅钢片地特点，特别是铁损低（为取向硅钢片地－），代替硅钢做配电变压器可节能－％.铁基非晶合金地带材厚度为左右，广泛应用于配电变压器、大功率开关电源、脉冲变压器、磁放大器、中频变压器及逆变器铁芯, 适合于以下频率使文档来自于网络搜索）铁镍基、钴基非晶合金( )铁镍基非晶合金是由、及类金属元素所构成，它具有中等饱和磁感应强度〔〕、较高地初始磁导率和很高地最大磁导率以及高地机械强度和优良地韧性.在中、低频率下具有低地铁损.空气中热处理不发生氧化，经磁场退火后可得到很好地矩形回线.价格比便宜－％.铁镍基非晶合金地应用范围与中镍坡莫合金相对应, 但铁损和高地机械强度远比晶态合金优越；代替，广泛用于漏电开关、精密电流互感器铁芯、磁屏蔽等.铁镍基非晶合金是国内开发最早，也是目前国内非晶合金中应用量最大地非晶品种，年产量近吨左右.空气中热处理不发生氧化铁镍基非晶合金（）获得国家发明专利和美国专利权. 文档来自于网络搜索() 铁基纳米晶合金（）铁基纳米晶合金是由铁元素为主，加入少量地、、、元素所构成地合金经快速凝固工艺所形成地一种非晶态材料，这种非晶态材料经热处理后可获得直径为－地微晶,弥散分布在非晶态地基体上，被称为微晶、纳米晶材料或纳米晶材料.纳米晶材料具有优异地综合磁性能：高饱和磁感()、高初始磁导率(×)、低(), 高磁感下地高频损耗低（／＝），电阻率为μΩ，比坡莫合金(μΩ)高, 经纵向或横向磁场处理，可得到高()或低值().是目前市场上综合性能最好地材料；适用频率范围：，最佳频率范围：.广泛应用于大功率开关电源、逆变电源、磁放大器、高频变压器、高频变换器、高频扼流圈铁芯、电流互感器铁芯、漏电保护开关、共模电感铁芯. 文档来自于网络搜索（三）常用软磁磁芯地特点比较. 磁粉芯、铁氧体地特点比较：磁芯：使用安匝数< ，，μ ：；；μ ：；> ：μ：文档来自于网络搜索磁芯：使用安匝数< ，能使用在较大地电源上，在较大地磁场下不易被饱和，能保证电感地最小直流漂移，μ ：文档来自于网络搜索铁粉芯：使用安匝数>, 能在高地磁化场下不被饱和, 能保证电感值最好地交直流叠加稳定性.在以内频率特性稳定；但高频损耗大，适合于以下使用. 文档来自于网络搜索磁芯：代替铁粉芯使用，使用频率可大于.偏压能力介于与之间.铁氧体：饱和磁密低()，偏压能力最小. 硅钢、坡莫合金、非晶合金地特点比较：硅钢和材料具有高地饱和磁感应值，但其有效磁导率值低，特别是在高频范围内；坡莫合金具有高初始磁导率、低矫顽力和损耗，磁性能稳定，但不够高，频率大于时，损耗和有效磁导率不理想，价格较贵，加工和热处理复杂；文档来自于网络搜索钴基非晶合金具有高地磁导率、低、在宽地频率范围内有低损耗，接近于零地饱和磁致伸缩系数,对应力不敏感，但是值低，价格昂贵；文档来自于网络搜索铁基非晶合金具有高值、价格不高，但有效磁导率值较低.纳米晶合金地磁导率、值接近晶态高坡莫合金及钴基非晶，且饱和磁感与中镍坡莫合金相当，热处理工艺简单，是一种理想地廉价高性能软磁材料；虽然纳米晶合金地值低于铁基非晶和硅钢，但其在高磁感下地高频损耗远低于它们，并具有更好地耐蚀性和磁稳定性.纳米晶合金与铁氧体相比，在低于时，在具有更低损耗地基础上具有高至倍地工作磁感，磁芯体积可小一倍以上. 文档来自于网络搜索四、几种常用磁性器件中磁芯地选用及设计开关电源中使用地磁性器件较多，其中常用地软磁器件有：作为开关电源核心器件地主变压器（高频功率变压器）、共模扼流圈、高频磁放大器、滤波阻流圈、尖峰信号抑制器等.不同地器件对材料地性能要求各不相同，如表所示为各种不同器件对磁性材料地性能要求. 文档来自于网络搜索（一）、高频功率变压器变压器铁芯地大小取决于输出功率和温升等.变压器地设计公式如下：×＋其中，为电功率；为与波形有关地系数；为频率；为匝数；为铁芯面积；为工作磁感；为电流；为温升；为铁损；为铜损；和为由实验确定地系数. 文档来自于网络搜索由以上公式可以看出：高地工作磁感可以得到大地输出功率或减少体积重量.但值地增加受到材料地值地限制.而频率可以提高几个数量级，从而有可能使体积重量显著减小.而低地铁芯损耗可以降低温升，温升反过来又影响使用频率和工作磁感地选取.一般来说，开关电源对材料地主要要求是：尽量低地高频损耗、足够高地饱和磁感、高地磁导率、足够高地居里温度和好地温度稳定性，有些用途要求较高地矩形比，对应力等不敏感、稳定性好，价格低.单端式变压器因为铁芯工作在磁滞回线地第一象限，对材料磁性地要求有别于前述主变压器.它实际上是一只单端脉冲变压器，因而要求具有大地＝－，即磁感和剩磁之差要大；同时要求高地脉冲磁导率.特别是对于单端反激式开关主变压器，或称储能变压器，要考虑储能要求. 文档来自于网络搜索线圈储能地多少取决于两个因素：一个是材料地工作磁感值或电感量，另一个是工作磁场或工作电流，储能＝.这就要求材料有足够高地值和合适地磁导率，常为宽恒导磁材料.对于工作在±之间地变压器来说，要求其磁滞回线地面积，特别是在高频下地回线面积要小，同时为降低空载损耗、减小励磁电流，应有高磁导率，最合适地为封闭式环形铁芯，其磁滞回线见图所示，这种铁芯用于双端或全桥式工作状态地器件中. 文档来自于网络搜索通常，金属晶态材料要降低高频下地铁损是不容易地，而对于非晶合金来说，它们由于不存在磁晶各向异性、金属夹杂物和晶界等，此外它不存在长程有序地原子排列，其电阻率比一般地晶态合金高－倍，加之快冷方法一次形成厚度微米地非晶薄带，特别适用于高频功率输出变压器.已广泛应用于逆变弧焊电源、单端脉冲变压器、高频加热电源、不停电电源、功率变压器、通讯电源、开关电源变压器和高能加速器等铁芯，在频率－、功率以下，是变压器最佳磁芯材料. 文档来自于网络搜索近年来发展起来地新型逆变弧焊电源单端脉冲变压器，具有高频大功率地特点，因此要求变压器铁芯材料具有低地高频损耗、高地饱和磁感和低地以获得大地工作磁感，使焊机体积和重量减小.常用地用于高频弧焊电源地铁芯材料为铁氧体，虽然由于其电阻率高而具有低地高频损耗，但其温度稳定性较差，工作磁感较低，变压器体积和重量较大，已不能满足新型弧焊机地要求.采用纳米晶环形铁芯后，由于其具有高地值(＞)，高地Δ 值(Δ＞)，很高地脉冲磁导率和低地损耗，频率可达. 可使铁芯地体积和重量大为减小.近年来逆变焊机已应用纳米晶铁芯达几万只，用户反映用纳米晶变压器铁芯再配以非晶高频电感制成地焊机，不仅体积小、重量轻、便于携带，而且电弧稳定、飞溅小、动态特性好、效率高及可靠性高.这种环形纳米晶铁芯还可用于中高频加热电源、脉冲变压器、不停电电源、功率变压器、开关电源变压器和高能加速器等装置中.可根据开关电源地频率选用磁芯材料. 文档来自于网络搜索环形纳米晶铁芯具有很多优点，但它也有绕线困难地不利因素.为了在匝数较多时绕线方便，可选用高频大功率型非晶纳米晶铁芯.采用低应力粘结剂固化及新地切割工艺制成地非晶纳米晶合金型铁芯地性能明显优于硅钢型铁芯.目前这种铁芯已批量用于逆变焊机和切割机等.逆变焊机主变压器铁芯和电抗器铁芯系列有：、、、、、、、系列. 文档来自于网络搜索（二）、脉冲变压器铁芯脉冲变压器是用来传输脉冲地变压器.当一系列脉冲持续时间为(μ)、脉冲幅值电压为()地单极性脉冲电压加到匝数为地脉冲变压器绕组上时，在每一个脉冲结束时，铁芯中地磁感应强度增量Δ ()为：Δ × 其中为铁芯地有效截面积（）.即磁感应强度增量Δ 与脉冲电压地面积（伏秒乘积）成正比.对输出单向脉冲时，Δ , 如果在脉冲变压器铁芯上加去磁绕组时，Δ .在脉冲状态下，由动态脉冲磁滞回线地Δ 与相应地Δ 之比为脉冲磁导率μ.理想地脉冲波形是指矩形脉冲波，由于电路地参数影响，实际地脉冲波形与矩形脉冲有所差异，经常会发生畸变.比如脉冲前沿地上升时间与脉冲变压器地漏电感、绕组和结构零件导致地分布电容成比例，脉冲顶降λ 与励磁电感成反比，另外涡流损耗因素也会影响输出地脉冲波形. 文档来自于网络搜索脉冲变压器地漏电感βπ脉冲变压器地初级励磁电感μπ ×涡流损耗ρβ为与绕组结构型式有关地系数，为绕组线圈地平均匝长，为绕组线圈地宽度，为初级绕组匝数，为铁芯地平均磁路长度，为铁芯地截面积，μ为铁芯地脉冲磁导率，ρ 为铁芯材料地电阻率，为铁芯材料地厚度，为脉冲重复频率. 文档来自于网络搜索从以上公式可以看出，在给定地匝数和铁芯截面积时，脉冲宽度愈大，要求铁芯材料地磁感应强度地变化量Δ 也越大；在脉冲宽度给定时，提高铁芯材料地磁感应强度变化量Δ，可以大大减少脉冲变压。
软磁复合材料与硅钢片材料的永磁电机性能差异研究
软磁复合材料与硅钢片材料的永磁电机性能差异研究赵国新;孔德财;高晓林【摘要】软磁复合材料是由表面带有绝缘的金属粉末颗粒压制而成,具有涡流损耗小、各向同性的特点,近年来得到了一定的应用,但其磁滞损耗大,磁导率低,所以其适用场合及与硅钢片性能的具体差异还需要进一步的深入研究.该文首先利用环形试样法测试软磁复合材料的磁特性,得到其空载磁化曲线和不同频率下的损耗数据.然后,为对比分析软磁复合材料和硅钢片材料在电机应用中的差异,分别使用软磁复合材料和硅钢片设计两台永磁同步电机,分析计算两种材料电机的磁场、铁耗以及铁耗在不同频率下的变化规律.最终通过样机测试掌握了两种材料在永磁电机中应用的差异,验证了计算的准确性,总结了软磁复合材料的应用范围.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2018(033)0z1【总页数】7页(P75-81)【关键词】软磁复合材料;损耗测试;永磁电机;实验对比【作者】赵国新;孔德财;高晓林【作者单位】沈阳工业大学电气工程学院沈阳 110870;沈阳工业大学电气工程学院沈阳 110870;沈阳工业大学电气工程学院沈阳 110870【正文语种】中文【中图分类】TM351软磁复合材料（Soft Magnetic Composite materials, SMC）是采用粉末冶金技术将预先混合的高纯度带有绝缘层的铁粉与有机材料模压成型得到，近年来在电机等领域中得到了广泛的研究与应用[1-4]。
SMC材料可以直接模压成型的特点使电机结构、电磁设计更加灵活多样和新颖，为电机的应用、发展开辟了新方向，吸引了广大研究学者[5-7]。
SMC材料电阻率高、涡流损耗低，使得SMC材料更适合应用于高频电机中，但是SMC材料也有一些不可避免的缺点，如磁导率低、磁滞损耗大等。
因此，SMC材料在电机中的应用规律及特点仍有待进一步深入研究。
文献[7]对SMC材料电机做了充分的研究，发现在不同转速、不同输出功率时，SMC和硅钢片两种材料的电机性能不同，所做电机在1 000r/min和625r/min 时，SMC材料电机效率低，在电机电流为4A时，效率分别比硅钢片电机降低了28%和34.7%；在1 500r/min以上时，SMC材料电机效率高，比硅钢片电机提高了3%。
硅钢片叠片铁芯讲义PPT课件
三、lamination 设计相关
3.槽的形状 微型电机一般采用梨形槽，也有斜肩槽，一种槽楔式半圆的，一种是 梯型的。
4.槽口的宽度 必须大于单根漆包线的线径。槽口大相对的漏磁大， 5.磁轭的宽度 应该保证齿部的磁通全部通过。通过磁通的有效尺宽应该等于磁轭宽 度的总和。
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8.槽满率 是指线圈放入槽内后占用槽内空间的比例，通俗的讲就是导线 截面积占槽有效面积的比值X100％ 。反应了电机嵌线的难度。
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四、lamination 制作流程
1. 流程图
硅钢片 来料检测
stamping
压装
检测
包装
成品入 库检查
包装
出货检查
发货
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四、lamination 制作流程
2.叠片生锈的影响
(1)铁锈不导磁 (2)铁锈结构松散强度低 (3)叠片断面生锈了,容易产生涡流，影响导磁，加快电机发热量. (4)硅钢片断面生锈了,片间容易短路，严重的会使铁心发热，影响电机的 绝缘和寿命。
I0
Tf
n
T nD2V
S
L
N0
K
V
n
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五.测试相关
试验相关
measured item
spec
1 Full dimension
drawing
2 lamination piece separate force
>100 N
3 press out force of shaft and stack
>1300N
4 winding a armature and dimension check 5 armature balance check 6 Characteristics curves 7 Electric current and speed curve 8 Noise level of the motor alone 9 armature resistance and starting current 10 Heavy duty operation 11 Endurance test 12 Shaft sample arrive
软磁复合材料在轴向磁场永磁风力发电机中的应用
耗 比较 ， 图 ３所 示 。Ｓ Ｃ 图３ Ｍ 如 Ｍ ｓ ｃ和硅钢片 损耗 高 的 另 一 个 原 因是 由 在不同磁密下的铁耗比较 于Ｓ ＭＣ铁 心加 工 表 面 上铁 粉粒 之 间的绝缘 被 损坏 ， 因而 使 其 表 面 的涡 流损 耗 过大 。因此 Ｓ ＭＣ定子铁 心应 该进 行很好 的压制 。
轴 向磁 通 电机 的主要 缺 陷与定 子铁 心 的制造 有
１轴 向磁 场 电机 的结 构 特 点
１轴 磁 电存 的点 ． 向 场 机 在 缺 １
收 稿 日期 ：０ ９ ０ — ２ ２０ — ３ ０ 改 稿 日期 ：０ ９ ０ — １ ２０ — ５ １
翠
轴 向磁场 电机 的磁 场 是轴 向 的 ， 、 子 在 电机 定 转
在商 业上 更具 竞争 力 ， 须对 低 速 大 直 径 的 发 电机 必
心为 上 述难 题提 供一 个解 决 的办 法 。 近来 ，ＭＣ材料 低频 特 性 的改善 使 得 它 在 电机 Ｓ 冶金 挤 压加 工 的独 特 优 点 是 ： 使 复 杂结 构 容 易 成 它
形 ， 服传 统 的有槽 叠 片定 子 铁 心 制 造 中 的一 些 缺 克 陷。在 硅钢 片叠 片 铁 心 的 电 机 中 ， 在平 面磁 路 中可 获得 良好 的磁性 能 ， 它产 生 的是一 个二 维磁 路 ， 限 这 制 了设 计 的可 能 性 。在 Ｓ ＭＣ材 料 中绝 缘 的铁 粒 可 以产生 等方 性 的 磁性 能 。因 此 ， 磁 极 组件 设 计 中 在 可 以获 得 三维 磁路 ， 电机 设 计 者 提 供 了新 的设 计 为
触持电棚 ２０ 第 期 ０ 年 １ １
形状 尺寸完 全相 同 的槽 ， 保 证 对 应槽 一 一 对 齐 的 在 率 。Ｓ ＭＣ材料 的电 阻率 、 机械 性 能 和磁 性 能取 决 于
基于软磁复合材料的新型直线电动机研究
（ ． ａ ａ ｎ ｅ ｉ ， ａｚｏ １３ ，ｈｎ ；． ａ ｏ ｏ ｅｅｏ Ｅ ｏｏ ｉｓＨ ｉｏ ７ １Ｈ ｉ ｎＵ ｉ ｒｔ Ｄ ｎｈｕ５ ７７ Ｃ ｉａ２ Ｈ ｉ ｕＣ ｌ ｇ ｆ ｃｎｍ ｃ ， ａ ｕ５伽 ｎ ｖ ｓｙ ７ ｋ ｌ ｋ
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量 电 动 机 的进 一 步 研 究 具 有 重 要 意 义 。 关键 词 ： 线 电动 机 ； 磁 复 合 材 料 ； 子 电流 ； 动 子 位 移 直 软 定 移 中图 分 类 号 ： Ｍ３ ９４ Ｔ ５ ． 文 献标 识码 ： Ａ 文 章编 号 ：０４ ７ １ （０ ０ １ — ０ ４ ０ １０ — ０ ８ ２ １ ）２ ００ — ３
截 面 图。定 子 由圆筒 形 的线 圈 和 永久 磁 铁 构 成 ， 两
组 永久磁 铁 Ｎ、 Ｓ的方 向相反 ， 行 径 向磁 化 。移 动 进
子 也 是 圆筒 形 的 ， 承 结 构 较 简 单 ， 轴 惯性 较 小 。另 外 ， 动子 部分没 有线 圈 ， 必对 其供 电 ， 移 不 因此 ， 移 在 动 子 中不会 发生 断线 的情况 。
浅谈软磁复合材料在电机中的应用
块之 间安装 的绕 组设计提 升了电机 的性 能。
优化 。
３软磁 复合材 料 在铁心 步进 永 磁 电机 中的 应用
的应 用 进 行 分 析 。 关键 词 ：软磁 复合材料 电机 应 用
软 磁 复合材 料是 冶 金技 术 当 中将 预 先混 合 的高 纯 度绝 缘 层 磁 电机 ，铁心 铁 损 ６００ｒｐｍ 的 时候 ，其 功 率约 为 ２７ｗ，铁 损达 到
铁 粉与 有机 材料 相互 融合 ，通过 模 压 形成 的特 殊材 料。在 近 些年 １８００ｒｐｍ 时，功率约为 ９１Ｗ，通过 曲线图可以看出，软磁复合材
3软磁复合材料在铁心步进永磁电机中的应用日本研究者于2014年在对传统步进电机进行研究和改进的过程中发现了运用软磁复合材料进行外扩的设计方法通过软磁复合材料的使用可以使电机部件当中的定子齿顶部以及定子轭部能够在一定程度上实现外从而使电机使用的效率大幅度提高并且保证了在低速状态运行下的软磁复合材料的应用能力和应用价值是现阶段软磁复合材料又项具有突破性的应用发展
成 果 使得 软磁 复 合材 料在 电机 设 计和 电机 生产 当中 的应 用价 值 敏 感度 进行 分析 ，在软 磁复 合材料 的 电机 当中 ，初 始 变量 的 设计
第一 次被 挖 掘出来 ，并呈现 在生 产行业 之中。
一 般可 以 分为 三 层，再 通 过 子集 合 的 方 式 ，将 变量 分 为 Ｘ１、Ｘ２
１３．６％，性能 更好。
软磁 复合 材 料最早 应 用于 电机 制 造和 生 产始 于 １９９５年。英
５软磁 复合 材 料在 多层 优 化设计 中 的应用
国学 者在进 行环 形绕 组电机 的设计 的时 候 ，创新地 将 软磁 复合材
软磁复合材料
软磁复合材料软磁复合材料是一种具有优异磁性能的材料，广泛应用于电子、通讯、汽车、航空航天等领域。
软磁复合材料具有低磁滞、低涡流损耗和高饱和磁感应强度等特点，因此备受关注和重视。
本文将从软磁复合材料的定义、特点、应用以及发展趋势等方面进行介绍。
软磁复合材料是一种由软磁性基体和非磁性包覆层组成的复合材料。
软磁性基体通常采用铁素体材料或非晶合金，而非磁性包覆层则可以采用氧化物、氮化物或者聚合物等材料。
这种复合结构可以有效地抑制涡流损耗，提高材料的磁导率和饱和磁感应强度，从而使软磁复合材料具有优异的磁性能。
软磁复合材料具有低磁滞、低涡流损耗和高饱和磁感应强度等特点。
低磁滞意味着材料在磁化和去磁化过程中能量损耗较小，低涡流损耗则表明材料在交变磁场下具有较小的能量损耗，高饱和磁感应强度则意味着材料在饱和磁化时能够达到较高的磁感应强度。
这些特点使得软磁复合材料在高频电磁场、电力电子变换器、传感器等领域具有广泛的应用前景。
软磁复合材料在电子、通讯、汽车、航空航天等领域有着广泛的应用。
在电子领域，软磁复合材料可以用于制造变压器、电感器、电源滤波器等元器件，以实现电能的传输和转换。
在通讯领域，软磁复合材料可以用于制造射频元器件、天线等设备，以实现无线通讯和数据传输。
在汽车领域，软磁复合材料可以用于制造电动汽车的电机、发电机等部件，以提高能源利用效率。
在航空航天领域，软磁复合材料可以用于制造卫星、导航设备等高性能设备，以实现空间探测和通讯。
软磁复合材料的发展趋势主要包括提高磁导率、降低涡流损耗、拓宽工作频率等方面。
随着电子产品对高频、高效、小型化的需求不断增加，软磁复合材料需要具有更高的磁导率和更低的涡流损耗，以满足高频电磁场下的工作要求。
同时，软磁复合材料还需要拓宽工作频率范围，以适应不同领域的需求。
因此，未来软磁复合材料的研究方向将主要集中在材料的微观结构调控、界面工程设计、新材料的开发等方面。
综上所述，软磁复合材料具有优异的磁性能，广泛应用于电子、通讯、汽车、航空航天等领域。
硅钢片_铁磁材料_解释说明以及概述
硅钢片铁磁材料解释说明以及概述1. 引言1.1 概述硅钢片是一种铁磁材料，具有良好的磁导率和低磁滞损耗特性。
它通常由特殊冷轧硅钢带制成，通过精确的制备工艺可以获得优异的电磁性能。
因此，硅钢片在电力工业中广泛应用于电机、变压器和发电设备等领域。
1.2 文章结构本文将首先对硅钢片进行定义与特点的介绍，包括其材料成分、物理特性以及相关技术参数。
然后，我们将详细讨论硅钢片的制备工艺，包括冷轧过程和热处理过程等关键步骤。
接下来，我们将探讨硅钢片在电力工业中的应用领域，并列举一些典型案例进行分析。
随后，我们将解释硅钢片作为铁磁材料的优势和特点，并探讨其在电力工业中与其他铁磁材料相比具有竞争优势的原因。
最后，我们将总结硅钢片作为铁磁材料的重要性，并展望未来硅钢片及铁磁材料的发展方向。
1.3 目的本文旨在为读者全面介绍硅钢片和铁磁材料的相关知识。
通过对硅钢片特性、制备工艺和应用领域的分析，希望能够深入理解硅钢片作为一种重要的铁磁材料在电力工业中的作用和价值。
此外，我们还将探讨硅钢片未来可能面临的挑战，并提出一些发展方向和建议，以促进硅钢片及铁磁材料技术的进步和应用的拓展。
这将有助于推动电力工业的发展并促进能源利用效率的提高。
2. 硅钢片：2.1 定义与特点：硅钢片，也称为电工钢或硅钢，是一种特殊的冷轧非晶质铁磁合金材料。
它由约6.5%的硅和少量的铝、碳、锰等元素组成。
硅钢片具有低磁导率和高电阻率的特点，并且在磁化和去磁化过程中表现出较低的能量损耗。
此外，硅钢片还具有优异的导电性能和高饱和磁感应强度。
2.2 制备工艺：制备硅钢片的关键步骤是在原料中控制合适的添加剂含量，并通过冷轧、退火等加工工艺来形成非晶质结构。
这些工艺操作可以有效地提高硅钢片的电阻率和降低磁滞损耗。
2.3 应用领域：由于其优越的磁性能和电性能，硅钢片广泛应用于电力设备行业。
主要应用包括变压器、发电机、电动机以及其他感应器件。
由于硅钢片具有低损耗和高效率的特点，它被广泛用于提高能源转换效率和降低能源消耗。
电磁铁的铁芯材料
电磁铁的铁芯材料
电磁铁是一种能够产生磁场的装置，它由铁芯和线圈组成。
铁芯材料对电磁铁的性能有着重要的影响，不同的铁芯材料具有不同的磁导率、饱和磁感应强度和磁滞回线特性。
本文将介绍几种常见的电磁铁铁芯材料及其特性。
首先，我们来介绍一种常见的电磁铁铁芯材料——软铁。
软铁是一种具有较高磁导率和低磁滞回线特性的铁芯材料，它在外加磁场作用下能够迅速磁化并且在去除外加磁场后能够迅速退磁。
因此，软铁常常被用于需要频繁磁化和退磁的场合，如变压器、电动机等。
其次，还有一种常见的电磁铁铁芯材料——硅钢片。
硅钢片是一种具有较高电阻率和较低涡流损耗的铁芯材料，它通常由含有约3%~5%硅的冷轧电工钢制成。
硅钢片的主要特点是具有较低的涡流损耗，因此被广泛应用于高频变压器、电感器等需要减小涡流损耗的场合。
此外，我们还可以看到一种电磁铁铁芯材料——铁氧体。
铁氧体是一种具有高磁导率和高电阻率的铁芯材料，它通常由氧化铁和其他金属氧化物混合烧结而成。
铁氧体具有较高的磁导率和较高的电阻率，因此被广泛应用于微波器件、微波通信设备等高频场合。
最后，我们介绍一种电磁铁铁芯材料——铁氧体。
铁氧体是一种具有高磁导率和高电阻率的铁芯材料，它通常由氧化铁和其他金属氧化物混合烧结而成。
铁氧体具有较高的磁导率和较高的电阻率，因此被广泛应用于微波器件、微波通信设备等高频场合。
综上所述，不同的电磁铁铁芯材料具有不同的特性，选择合适的铁芯材料对于提高电磁铁的性能和效率具有重要意义。
在实际应用中，需要根据具体的工作条件和要求选择合适的铁芯材料，以达到最佳的工作效果。
希望本文能够对读者有所帮助，谢谢阅读。
硅钢片铁芯
1．硅钢片铁芯硅钢片是一种合金，在纯铁中加入少量的硅（一般在4.5%以下）形成的铁硅系合金称为硅钢。
该类铁芯具有最高的饱和磁感应强度值为20000Gs；由于它们具有较好的磁电性能，又易于大批生产，价格便宜，机械应力影响小等优点，在电力电子行业中获得极为广泛的应用，如电力变压器、配电变压器、电流互感器等铁芯。
是软磁材料中产量和使用量最大的材料。
也是电源变压器用磁性材料中用量最大的材料。
特别是在低频、大功率下最为适用。
常用的有冷轧硅钢薄板DG3、冷轧无取向电工钢带DW、冷轧取向电工钢带DQ，适用于各类电子系统、家用电器中的中、小功率低频变压器和扼流圈、电抗器、电感器铁芯，这类合金韧性好，可以冲片、切割等加工，铁芯有叠片式及卷绕式。
但高频下损耗急剧增加，一般使用频率不超过400Hz。
从应用角度看，对硅钢的选择要考虑两方面的因素：磁性和成本。
对小型电机、电抗器和继电器，可选纯铁或低硅钢片；对于大型电机，可选高硅热轧硅钢片、单取向或无取向冷轧硅钢片；对变压器常选用单取向冷轧硅钢片。
在工频下使用时，常用带材的厚度为0.2~0.35毫米；在400Hz下使用时，常选0.1毫米厚度为宜。
厚度越薄，价格越高。
2．坡莫合金坡莫合金铁芯坡莫合金常指铁镍系合金，镍含量在30~90%范围内。
是应用非常广泛的软磁合金。
通过适当的工艺，可以有效地控制磁性能，比如超过105的初始磁导率、超过106的最大磁导率、低到2‰奥斯特的矫顽力、接近1或接近0的矩形系数，具有面心立方晶体结构的坡莫合金具有很好的塑性，可以加工成1μm的超薄带及各种使用形态。
常用的合金有1J50、1J79、1J85等。
1J50 的饱和磁感应强度比硅钢稍低一些，但磁导率比硅钢高几十倍，铁损也比硅钢低2~3倍。
做成较高频率(400~8000Hz)的变压器，空载电流小，适合制作100W以下小型较高频率变压器。
1J79 具有好的综合性能，适用于高频低电压变压器，漏电保护开关铁芯、共模电感铁芯及电流互感器铁芯。
完整word版)硅钢片的介绍(普及知识)
完整word版)硅钢片的介绍(普及知识)硅钢是一种铁硅合金，含有0.5％～4.8％的硅。
它是一种广泛应用于电工领域的软磁材料，通常制成标准尺寸的大张板材或带材，被称为硅钢片。
硅钢片被广泛应用于电动机、发电机、变压器、电磁机构、继电器电子器件及测量仪表中。
硅是钢的良好脱氧剂，它能与氧结合，使氧转变为稳定的SiO2，避免了因氧原子掺杂而使铁的晶格畸变。
硅在α铁中成为固溶体后，能使电阻率增加，同时有助于将有害杂质碳分离出来。
因此，一般含杂质的铁加入硅后能提高磁导率、降低矫顽力和铁损。
但是，含硅量增加会使材料变得硬而脆，导热性和韧性下降，对散热和机械加工不利。
因此，硅钢片的含硅量通常不超过4.5％。
硅钢片分为冷轧和热轧两种，其中冷轧硅钢片使用较为广泛。
冷轧硅钢片沿轧制方向具有优良的磁性能，不仅在强磁场中具有高饱和磁通密度和低铁损，而且在弱磁场中也有良好的磁性（初始磁导率大）。
这是由于冷轧工艺过程使钢片中的杂质含量降低，并在钢片中造成粗大晶粒，从而导致磁导率增大，磁滞损耗减小。
硅钢片的主要品质特性包括铁损值、磁通密度、硬度、平坦度、厚度均匀性、涂膜种类及冲片性等。
其中，铁损值是硅钢片的重要指标之一。
本文中没有关于硅钢片硬度的内容，可能是因为与铁损值和磁通密度无直接关联。
因此，本段可以删除。
硅钢片是一种重要的材料，其铁损值和磁通密度是影响其能源效率的两个关键指标。
铁损值是指在特定频率和磁通密度下，每单位重量硅钢片所损失的能量，包括磁滞损、涡电流损和异常涡电流损三部分。
其中，磁滞损是指B-H磁滞曲线所包含的面积，涡电流损是由于交流变化的磁场诱导硅钢片内部诱导电流而引起的，而异常涡电流损则是由于磁域移动和转动所引起的微观涡电流损失。
铁损值愈低，表示品级愈高，能源效率愈高。
磁通密度是硅钢片被磁化的难易度，表示在特定频率下，单位面积所通过的磁通量。
磁通密度和硅钢片的集合组织、杂质、内部应力等因素有关。
磁通密度愈高，单位面积所通过的磁通量愈大，能源效率愈佳，因此，硅钢片的磁通密度愈高愈好。
第五章 软磁复合材料铁心和硅钢片铁心
第五章软磁复合材料铁心和硅钢片铁心5.1软磁复合材料铁心和硅钢片铁心工艺对比叠层硅钢片和软磁铁氧体是两类传统的铁芯材料。
硅钢片在直流和交流较低频率时，具有高磁通密度和磁导率；但是随着频率的增加，涡流损耗急剧增加。
铁氧体铁芯虽然高频磁性能优良，电阻率大，铁损低；但存在磁通密度低的缺点。
他们均在交流设备小型化过程中遇到了困难。
目前，利用粉末冶金技术生产SMC材料已成为单前研究和发展的热点。
研究表明，如果SMC材料能同时满足高频导率、高磁感应强度、低铁损的要求，将能弥补叠成硅钢片和铁氧体铁芯在中、高频使用时性能的不足了。
损耗对比3.2 软磁复合材料制备工艺与研究进展SMC材料制备工艺主要包括以下几个步骤：1.原材料选择：以高纯度高压缩性的水雾化铁粉、海绵铁粉或铁基合金化铁粉（含Si，Ni，Al,Co等元素）为原材料。
2.粉末绝缘包覆以及混合过程：使用有机或无机材料绝缘包覆铁粉，添加粘合剂、润滑剂等，使粉末充分混合。
3.成型压制：将混合好的粉末倒入刚性模具中进行单周向压制，压制压力一般在300-800MPa。
4.热处理：温度一般控制在400-700摄氏度之间。
5.表面涂层或喷漆：制品通过喷漆或浸渍涂层来增加材料强度，提高稳定性。
3.3 铁粉的绝缘包覆技术目前绝缘包覆材料主要以有机聚合物和无机氧化物为主。
针对不同适用范围，最近几年国内外迅速开发了一系列SMC产品以及绝缘包覆工艺。
目前常用的SMC材料主要有：瑞典HöganäsAB公司的Permite75、ABM100.32、Somaloy500和Somaloy550,加拿大Quebec公司的ATOMET EM-1、FLOMET EM-1等。
本文研究的对象电动机就是以Somaloy500为材料来进行仿真和实验的。
从而观察出Somaloy500材料铁芯具体的运行特征和优势。
3.3 本章小节。
软磁复合材料制备
软磁复合材料制备
摘要：
I.软磁复合材料概述
A.定义与分类
B.应用背景
II.软磁复合材料制备方法
A.磁化剂的制备
1.原料选择
2.制备工艺
B.基体的制备
1.原料选择
2.制备工艺
C.复合工艺
1.混合方法
2.固化方法
III.软磁复合材料性能与应用
A.磁性能
1.磁导率
2.磁滞回线
B.力学性能
1.强度
2.韧性
C.应用领域
1.电力行业
2.电子行业
3.汽车行业
正文：
软磁复合材料是一种具有软磁性能的复合材料，由磁化剂和基体两部分组成。
其中，磁化剂负责提供磁性能，基体则起到支撑和保护的作用。
这种材料具有较高的磁导率和低磁滞损耗，广泛应用于电力、电子和汽车等行业。
软磁复合材料的制备方法主要包括磁化剂的制备、基体的制备以及复合工艺。
首先，磁化剂的制备需要选择合适的原料，如铁氧体、磁粉等，并通过一定的制备工艺，如化学共沉淀法、水热法等，将原料转化为磁化剂。
其次，基体的制备也需要选择合适的原料，如聚合物、金属等，并通过相应的制备工艺，如熔融法、溶液法等，将原料转化为基体。
最后，通过混合和固化工艺将磁化剂和基体复合在一起，形成具有良好磁性能的软磁复合材料。
软磁复合材料的性能主要体现在磁性能、力学性能等方面。
磁性能主要包括磁导率和磁滞回线，磁导率反映了材料的磁性能好坏，而磁滞回线则反映了材料的磁滞损耗大小。
力学性能主要包括强度和韧性，强度反映了材料的抗压能力，韧性则反映了材料在受到冲击时的抗变形能力。
软磁复合材料广泛应用于电力、电子和汽车等行业。
高频电源入门：软磁材料基础知识大全
高频电源入门：软磁材料基础知识大全软磁材料基本概念所谓软磁材料是指矫顽力低、易磁化和退磁的磁性材料。
所谓“软”是指这些材料易于磁化，磁性“软”。
软磁材料应用广泛。
由于软磁材料易于磁化和退磁，磁导率高，能很好地收集磁力线，因此软磁材料被广泛用作磁力线的路径，即作为导磁材料，如变压器和传感器的铁芯、磁屏蔽罩、，特殊磁路的磁轭等。
这里，介绍几种常用的软磁材料和用它们做成的常见元器件。
常用软磁材料：硅钢片：硅钢是一种硅铁合金，硅含量约为3%，其他主要成分为铁。
硅钢片广泛应用于中低频变压器和电机铁芯，尤其是工频变压器。
在普通软磁材料中，硅钢具有最高的饱和磁感应强度（大于2.0T）。
因此，当用作变压器铁芯时，它可以在非常高的工作点（如工作磁感应值1.5T）下工作。
然而，在常用的软磁材料中，硅钢的铁损耗也是最大的。
为了防止铁心因损耗过大而发热，其工作频率不高，只能在20kHz以下工作。
硅钢通常是薄片状的，这是为了在制造变压器铁芯时减小铁芯的涡流损失。
目前硅钢片主要分热轧和冷轧两大类。
所谓热轧硅钢是在轧制前将硅钢片加热到850度以上，然后退火。
由于轧制温度高，轧制的硅钢片是各向同性的，也就是说，硅钢片的磁性在各个方向上都是相同的。
这种各向同性硅钢也称为无取向硅钢。
无取向硅钢广泛应用于电机的定子或转子。
由于要制造电机定子和转子，有必要在大型硅钢片上冲压出圆形零件。
此时，人们一直希望硅钢片沿圆周方向的磁性能保持一致，因此应使用无取向硅钢。
为了获得更好的磁性能，后来人们发明了冷轧硅钢片，即在较低温度下轧制，再退火。
冷轧取向硅钢片是其中的代表。
冷轧取向硅钢片首先对板坯进行冷轧，使得材料内部产生很多结构缺陷。
在随后的退火过程中，材料发生结构上的变化（称为再结晶），这种变化会使硅钢片在某个方向上磁性能非常好，也就是说磁性能和方向有关，因此被称为取向硅钢。
在最终使用时，让铁芯中的磁力线沿磁性能最好的方向通过，这样便可以最大限度地发挥硅钢片的磁性能潜力。
软磁复合材料铁芯永磁电机新型拓扑结构及优化设计研究
Supervisor: Prof. Jianguo Zhu Co-Supervisor: Prof. Youhua Wang
December 2015
原创性声明
本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得 的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表 的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究 工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声 明的法律责任由本人承担。
For The Doctor Degree of Electrical Engineering
INVESTIGATION ON NOVEL TOPOLOGIES AND OPTIMIZATION METHODS FOR PERMANENT MAGNET
MACHINES WITH SOFT MAGNETIC COMPOSITE MATERIAL CORES
4、本文对软磁复合材料电机的新型优化方法进行了研究。针对目前软磁复合材 料永磁电机优化设计方法中存在的一些不足，如仅对电磁性能进行优化和优化所需时 间较长的问题，本文提出了使用多物理场优化方法和多层优化方法对软磁复合材料铁 芯永磁电机进行优化以使得电机的优化结果更符合实际需求。研究结果表明，本文提 出的优化算法很好的解决了上述问题。
（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）
学位论文作者签名： 导师签名
日期：2015 年 12 月 27 日 日期：2015 年 12 月 27 日
摘要
本文以新型软磁复合材料为基础，通过对现有软磁复合材料铁芯永磁电机进行研 究，对具有不同拓扑结构的软磁复合材料铁芯电机进行分析和比较，对软磁复合材料 铁芯永磁电机的设计方法进行总结，提出了软磁复合材料铁芯电机的主要设计原则。 对具有不同磁通路径结构的软磁复合材料铁芯电机进行比较，本文表明了在不同的尺 寸要求场合下有其各自适用类型的电机的结论。本文研究了多种软磁复合材料铁芯横 向磁通，爪极电机的齿槽转矩抑制方法。针对软磁复合材料具有适用于设计低制造成 本电机的优点，本文提出了六种使用铁氧体永磁和软磁复合材料铁芯设计的同时具备 低制造成本和低材料成本特点的新型电机拓扑结构。本文使用多物理场优化设计方法 和多层优化设计方法对软磁复合材料铁芯永磁电机进行了优化设计。本文对实验室阶 段制造软磁复合材料铁芯的常用方法进行了分析和比较，阐明了使用手动模模压制造 软磁复合材料铁芯的主要优点及流程。主要研究内容如下：
交流中间继电器的铁心材料是
交流中间继电器的铁心材料是
交流中间继电器的铁心材料在电子设备中起着重要的作用。
它能够增强电磁感应现象，使继电器能够正常工作，并提高设备的性能和可靠性。
下面我们将详细介绍几种常见的交流中间继电器的铁心材料。
第一种常用的铁心材料是硅钢片。
硅钢片是一种具有高导磁性和低磁滞特性的材料。
它由大量的硅和钢组成，具有低磁导率和高磁饱和感应强度。
硅钢片的导磁特性可以有效地增强电磁感应现象，减少磁滞损耗和涡流损耗。
因此，利用硅钢片制作的铁心能够提高继电器的工作效率和稳定性。
第二种常用的铁心材料是镍铁合金。
镍铁合金是一种具有高磁导率和低脆性的材料。
它由镍和铁组成，具有良好的韧性和耐腐蚀性。
镍铁合金的导磁特性使其成为制造高频继电器的理想选择。
此外，镍铁合金还具有低热膨胀系数和低温度系数，使其在温度变化时保持稳定性。
第三种常用的铁心材料是铁镍合金。
铁镍合金具有良好的热稳定性和导磁特性。
它由铁和镍组成，常用的合金有著名的庚氏合金和柯尔合金。
这些铁镍合金具有优异的导磁饱和感应强度和低磁滞损耗，适用于高频继电器和高精度测量设备。
此外，还有其他一些铁心材料，如铁氧体、钙钛矿和铁铟合金等。
每种材料都有其独特的导磁特性和应用领域，根据具体的需求选择合适的材料。
综上所述，交流中间继电器的铁心材料在电子设备中起着至关重要的作用。
不同的铁心材料具有不同的导磁特性和应用领域。
正确选择合适的铁心材料可以提高继电器的性能和可靠性，从而有效地改善设备的工作效率。
交流接触器铁心材料
交流接触器铁心材料交流接触器铁心材料是一种应用广泛的电器元件，主要用于电气控制和开关。
它的作用是通过电流通过绕组引起电磁力，实现电器的开关和控制功能。
铁心材料是其中重要的组成部分，它具有导磁性好、热稳定性高、机械强度高等特点，对于接触器的工作性能起着至关重要的作用。
交流接触器铁心材料主要有以下几种类型：1.硅钢片：硅钢片是最常用的交流接触器铁心材料之一。
它具有低矫顽力、低铁损耗、高导磁导率等优点，能够有效地减小铁心的磁滞损耗和涡流损耗。
同时，硅钢片还具有良好的抗腐蚀性能和机械强度，能够保证铁心的长期稳定工作。
2.铝电解板：铝电解板是另一种常用的交流接触器铁心材料。
它具有导磁性好、导电性能好的特点，能够提高铁心的储能效率和工作效率。
由于铝电解板制造工艺简单、成本低，所以在许多小型接触器中广泛应用。
3.纯铝材料：纯铝材料具有良好的导电性能和导磁性能，能够提高铁心的磁场强度和导磁导率。
然而，纯铝材料的力学强度和热稳定性较差，容易变形和烧毁。
因此，在一些高性能的交流接触器中，纯铝材料通常用于增强其他铁心材料的导磁性能和导热性能。
除了以上几种常用的铁心材料外，还有一些特殊的铁心材料，如氧化铁材料和钴酸锂材料等。
这些材料具有较高的磁导率和导磁性，能够增强铁心的磁场强度和导磁导率，提高接触器的工作效率和可靠性。
综上所述，交流接触器铁心材料是一种重要的电器元件材料，它直接影响着接触器的工作性能和可靠性。
目前，硅钢片、铝电解板和纯铝材料是最常用的铁心材料，它们具有导磁性好、热稳定性高、机械强度高等优点。
在接触器的设计和制造过程中，需要根据具体的工作要求和环境条件选择合适的铁心材料，以保证接触器的正常工作和长期稳定性。
软磁复合材料制备
软磁复合材料制备（实用版）目录一、软磁复合材料的概念与分类1.软磁材料的定义2.软磁复合材料的主要分类二、软磁复合材料的制备方法1.粉末冶金法2.化学合成法3.磁控溅射法三、软磁复合材料的性能与应用1.磁性能2.电性能3.机械性能4.应用领域正文一、软磁复合材料的概念与分类软磁复合材料是指具有较高磁导率和较低磁矫顽力的复合材料，它主要由磁性物质和非磁性物质组成。
根据磁性物质的种类，软磁复合材料可分为以下几类：金属软磁材料、铁氧体软磁材料和其他软磁材料。
金属软磁材料主要包括纯铁、低碳钢和不锈钢等；铁氧体软磁材料主要包括BaO·6Fe2O3 等；其他软磁材料包括铜合金等。
二、软磁复合材料的制备方法（1）粉末冶金法：粉末冶金法是制备软磁复合材料的常用方法，它通过混合磁性粉末和非磁性粉末，然后压制成形，再经过烧结过程形成所需密度的软磁复合材料。
这种方法具有工艺简单、成本低、性能稳定的优点。
（2）化学合成法：化学合成法是通过化学反应来制备软磁复合材料，它通常采用共沉淀、水热合成等方法。
这种方法可以获得高纯度的软磁复合材料，但过程较为复杂，成本较高。
（3）磁控溅射法：磁控溅射法是利用磁场控制离子束的沉积方向和速度，从而制备出具有良好磁性能的软磁复合材料。
这种方法具有制备过程可控、性能优良等优点，但设备成本较高，生产效率较低。
三、软磁复合材料的性能与应用（1）磁性能：软磁复合材料具有较高的磁导率和较低的磁矫顽力，能够在外磁场作用下迅速磁化和去磁化。
其磁性能可以通过调整磁性物质的成分和结构来优化。
（2）电性能：软磁复合材料具有良好的电绝缘性能，可以应用于高频、高压等电场环境中。
同时，其电阻率和电导率可以通过改变非磁性物质的种类和含量来调节。
（3）机械性能：软磁复合材料具有较好的机械强度和耐磨性，可以承受一定的外力作用。
其机械性能可以通过调整材料的成分和结构来改善。
（4）应用领域：软磁复合材料广泛应用于电子、通信、汽车、能源等领域。
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第五章软磁复合材料铁心和硅钢片铁心
5.1软磁复合材料铁心和硅钢片铁心工艺对比
叠层硅钢片和软磁铁氧体是两类传统的铁芯材料。
硅钢片在直流和交流较低频率时，具有高磁通密度和磁导率；但是随着频率的增加，涡流损耗急剧增加。
铁氧体铁芯虽然高频磁性能优良，电阻率大，铁损低；但存在磁通密度低的缺点。
他们均在交流设备小型化过程中遇到了困难。
目前，利用粉末冶金技术生产SMC材料已成为单前研究和发展的热点。
研究表明，如果SMC材料能同时满足高频导率、高磁感应强度、低铁损的要求，将能弥补叠成硅钢片和铁氧体铁芯在中、高频使用时性能的不足了。
损耗对比
3.2 软磁复合材料制备工艺与研究进展
SMC材料制备工艺主要包括以下几个步骤：
1.原材料选择：以高纯度高压缩性的水雾化铁粉、海绵铁粉或铁基合金化铁粉（含Si，Ni，Al,Co等元素）为原材料。
2.粉末绝缘包覆以及混合过程：使用有机或无机材料绝缘包覆铁粉，添加粘合剂、润滑剂等，使粉末充分混合。
3.成型压制：将混合好的粉末倒入刚性模具中进行单周向压制，压制压力一般在300-800MPa。
4.热处理：温度一般控制在400-700摄氏度之间。
5.表面涂层或喷漆：制品通过喷漆或浸渍涂层来增加材料强度，提高稳定
性。
3.3 铁粉的绝缘包覆技术
目前绝缘包覆材料主要以有机聚合物和无机氧化物为主。
针对不同适用范围，最近几年国内外迅速开发了一系列SMC产品以及绝缘包覆工艺。
目前常用的SMC材料主要有：瑞典HöganäsAB公司的Permite75、ABM100.32、Somaloy500和Somaloy550,加拿大Quebec公司的ATOMET EM-1、FLOMET EM-1等。
本文研究的对象电动机就是以Somaloy500为材料来进行仿真和实验的。
从而观察出Somaloy500材料铁芯具体的运行特征和优势。
3.3 本章小节。