永磁材料及磁路基础
永磁电机磁路计算资料
用标么值表示时，直线的回复线(或退磁曲线)表示成：
r / 0 Br Am /( 0 r Am / hMp ) 0 r Br hMp H c hMp Fc
以标么值表示的等效磁路
=1
=1
（a）磁通源等效电路 （b）磁动势源等效磁路
图3-7 以标么值表示的等效磁路
（二）等效磁路的解析解
图 计算
框图
（三）解析法的应用
上述方法推广应用于所有永磁材料 1.对于铁氧体永磁和部分高温下工作的钕铁硼永磁
（1）设计时保证最低工作点 高于拐点，用 替代
计算矫顽力
（2）工作点低于拐点，用 和 替代 和
图 具有拐点的直线型退磁曲线和回复线
计算剩磁密度
2.对于铝镍钴类永磁
曲线型退磁曲线和回复线
用
和
替代
和
必须着重指出，永磁材料的磁性能对温度的敏感性很 大，尤其是钕铁硼永磁和铁氧体永磁，其的温度系数
达-0.126%/K和-(0.18~0.20)%/K。因此实际应用时，不
能直接引用材料生产厂提供的数值，而要根据实测退
磁曲线换算到工作温度时的计算剩磁密度和计算矫顽
力，以此作为基值进行计算。温度不同，Br和Hc随着改
i—气隙极弧系数； —极距；
Lef—电枢计算长度； K—气隙系数； Ks—饱和系数
2、漏磁导
漏磁导的计算较为繁杂
（五）漏磁因数和空载漏磁因数
1、定义
2、空载
二、等效磁路的解析法
（一）等效磁路各参数的标么值
（二）等效磁路的解析解
（三）解析法的应用
（一）等效磁路各参数的标么值
1、基值选取： 磁通基值
磁化强度
内禀磁感应强度
电机学：第一章 磁路2
将铁磁材料放入磁场后，磁场会显著增强，铁磁材料在磁场中 呈现很强的磁性这一现象，称为铁磁物质的磁化。
原因：铁磁物质中有许多称为磁畴的天然磁化区，当未投入磁场时， 磁畴杂乱无章的排列，磁效应相互抵消对外不显磁性。当放入磁场 后，磁畴按外磁场方向排列起来，形成一附加磁场叠加在外磁场上。
如图1-6所示。
二．磁化曲线
1-3直流磁路
本节介绍直流磁路的分析和计算 一、直流磁路的计算
磁路计算分为：1、给定磁通，计算所需的励磁磁动势（正问题）
2、给定励磁磁动势，计算磁路内的磁通量（逆问题）
1、正问题计算步骤：
1）将磁路按材料性质和不同截面分成数段
2）计算各段的有效面积和平均长度Ai、Li
3）根据各段中的 i 计算各段
磁路中的磁通与磁动势成正比，与磁阻成反比。
例1-1 有一闭合的铁心磁路，铁心的截面积 A 9104 m2。磁路的 平均长度L=0.3m ，铁心的磁导率 Fe 5000 0 ，0 4 10 7 。套
装在铁心上的励磁绕组为 500 匝。试求在铁心中产生1T的磁通密度
时所需的励磁磁动势和励磁电流。
n
n
Ni H k lk k Rmk
k 1
k 1
该定律称为磁路的基尔霍夫第二定律。
电机和变压器的磁路是由数段 不同截面，不同材料的铁心组成， 而且还可能含有气隙，在进行磁路 计算时总是将磁路分成若干段，每 段为同一材料，且截面积相等，则 磁场强度相等。由左图可见，磁路 由三段组成，两段为截面积不同的 铁磁材料，一段为空气隙，励磁磁
范围内。所以电机和变压器的铁心用导磁率较高的铁磁材料组成。
一、铁磁物质的磁化
1 、铁磁物质
铁磁物质的磁导率都很大，一般是
永磁材料基础知识
永磁材料基本知识1、什么是永磁材料的磁性能，它包括哪些指标？永磁材料的主要磁性能指标是：剩磁(Jr, Br)、矫顽力(bHc)、内禀矫顽力(jHc)、磁能积(BH)m。
我们通常所说的永磁材料的磁性能，指的就是这四项。
永磁材料的其它磁性能指标还有：居里温度(Tc)、可工作温度(Tw)、剩磁及内禀矫顽力的温度系数(Brθ, jHcθ)、回复导磁率(μrec.)、退磁曲线方形度( Hk/ jHc)、高温减磁性能以及磁性能的均一性等。
除磁性能外，永磁材料的物理性能还包括密度、电导率、热导率、热膨胀系数等；机械性能则包括维氏硬度、抗压（拉）强度、冲击韧性等。
此外，永磁材料的性能指标中还有重要的一项，就是表面状态及其耐腐蚀性能。
2、什么叫磁场强度(H)？1820年，丹麦科学家奥斯特(H. C. Oersted)发现通有电流的导线可以使其附近的磁针发生偏转，从而揭示了电与磁的基本关系，诞生了电磁学。
实践表明：通有电流的无限长导线在其周围所产生的磁场强弱与电流的大小成正比，与离开导线的距离成反比。
定义载有1安培电流的无限长导线在距离导线1/2π米远处的磁场强度为1A/m(安/米，国际单位制SI)；在CGS单位制(厘米-克-秒)中，为纪念奥斯特对电磁学的贡献，定义载有1安培电流的无限长导线在距离导线0.2厘米远处磁场强度为1Oe（奥斯特），1Oe=1/(4π×10³) A/m。
磁场强度通常用H表示。
3、什么叫磁极化强度(J)，什么叫磁化强度(M)，二者有何区别？现代磁学研究表明：一切磁现象都起源于电流。
磁性材料也不例外，其铁磁现象是起源于材料内部原子的核外电子运动形成的微电流，亦称分子电流。
这些微电流的集合效应使得材料对外呈现各种各样的宏观磁特性。
因为每一个微电流都产生磁效应，所以把一个单位微电流称为一个磁偶极子。
定义在真空中每单位外磁场对一个磁偶极子产生的最大力矩为磁偶极矩pm，每单位材料体积内磁偶极矩的矢量和为磁极化强度J，其单位为T（特斯拉，在CGS单位制中，J的单位为Gs，1T=10000Gs）。
第一讲磁路的基本知识
《电工基础》教案课题：项目四第一讲磁路的基本知识教学目的:1、理解磁路中磁势磁阻的概念以及磁路的欧姆定律。
2、全电流定律及其应用。
教学重点:磁路中的欧姆定律和全电流定律的应用教学难点：磁势和磁阻的概念教学方法：启发式综合教学法教学课时：4课时教学过程时间分配新课讲授：导入：磁路系统广泛应用在电器设备之中，如变压器、电机、继电器等。
并且在电机和某些电器的磁路中，一般还需要一段空气隙，或者说空气隙也是磁路的组成部分。
图1—1是电机电器的几种常用磁路结构。
图(a)是普通变压器的磁路，它全部由铁磁材料组成；图(b)是电磁继电器磁路，它除了铁磁材料外，还有一段空气隙。
图(c)表示电机的磁路，也是由铁磁材料和空气隙组成；图(b)是无分支的串联磁路，空气隙段和铁磁材料串联组成；图(a)是有分支的并联磁路。
图中实（或虚）线表示磁通的路径。
(a) (b) (c)图1—1 几种常用电器的典型磁路(a) 普通变压器铁芯； (b) 电磁继电器常用铁芯； (c) 电机磁路1、磁感应强度（磁通密度）B描述磁场强弱及方向的物理量称为磁感应强度B。
为了形象地描绘磁场，往往采用磁感应线，常称为磁力线，磁力线是无头无尾的闭合曲线。
图1—3中画出了直线电流及螺线管电流产生的磁力线。
(a) (b)图1—3 电流磁场中的磁力线150’(a) 直线电流； (b) 螺线管电流磁力线的方向与产生它的电流方向满足右手螺旋关系，如图1—3(a)所示。
在国际单位制中，磁感应强度B 的单位为特（特斯拉），单位符号为T ，即211/T Wb m = （韦伯/米2）。
2、磁通Φ穿过某一截面S 的磁感应强度B 的通量，即穿过截面S 的磁力线根数称为磁感应通量，简称磁通。
用Φ表示。
即⎰⋅=ΦsdS B （1—1）图1—4 均匀磁场中的磁通在均匀磁场中，如果截面S 与B 垂直，如图1—4所示，则上式变为BS Φ= 或 B SΦ= （1—2） 式中，B 为磁通密度，简称磁密，S 为面积。
磁性材料和磁路基本定律
➢开关电源离不开磁性材料(Magnetic materials) ➢磁性材料主要用于电路中的变压器、扼流圈
(包括谐振电感器)中
Load
开关电源中的磁性材料
➢为什么使用磁性材料
1、真空磁导率为1.0，空气、纸和铜等非磁性材料 具有相同等级的磁导率，铁、镍、钴及其合金材料 具有高的磁导率，有时达到几十万
GU 22
16W
GU 26
24W
GU 30
40W
镁锌铁氧体：25MHz以下， 高频不如镍锌铁氧体，低频 不如锰锌铁氧体.GU 42源自E I 35110W 36W
磁性元件的功率处理能力与温 升和热阻、频率有关。
E I 41
60W
软磁材料应用要点
➢软磁材料应用的几个注意点
(1)电磁纯铁电阻率很小，在交变磁场中涡流损耗很 大，不适用于交流场合，通常用作直流磁芯和磁屏 蔽设施。
(2)在低频(比如50Hz)应用中，一般铁氧体比不上性 能优良的硅钢片。若在低频时采用铁氧体磁芯，变 压器的体积就非常大，因此在低频时，特别是工频 时都采用硅钢磁芯。在高频(比如20kHz)时叠层式硅 钢片的涡流和磁滞损耗很大，铁氧体则由于其高电 阻率磁芯的损耗很低，因此在高频时通常用铁氧体 磁芯。
➢常见软磁材料型材
常见软磁材料型材
PQ CORE（高功 率品质）
➢常见软磁材料型材
常见软磁材料型材
U CORE
U CORE
➢常见软磁材料型材
EP CORE
常见软磁材料型材
➢常见软磁材料型材
常见软磁材料型材
BALUM CORE
SIX HOLE CORE
MULTI-APERTURE CORES （多孔）
永磁电机2-永磁体2013
第一讲 永磁材料及其磁路计算
2.3.2.永磁电机外部磁路
–
永磁电机中永磁体向外部磁路提供磁通，外部磁路计算方法与 以前相同，只是注意一些特殊之处。 主磁路 主磁通 主磁导（通过主磁路计算） 漏磁路 漏磁通 漏磁导（漏磁导难以准确计算，通常以漏磁系数表示）
漏磁系数
总磁通 1 主磁通
永磁电机漏磁系数分为极间漏磁系数和端部漏磁系数，对磁 路计算的准确性有重要影响，漏磁场分出复杂，准确估算困 难，一般按照磁极结构凭经验选取或通过电磁场有限元求取
Fm Rm
第一讲 永磁材料及其磁路计算
2.3.1.永磁体的等效磁路
–
永磁体在整个磁路中相当于一个带内磁阻的磁源 （压源或流源）
0 r S m
hm Hhm r Fm Rm
m BSm Br S m 0 r HSm r r Br S m 称为虚拟内禀磁通
永磁体安放在定子上，（永磁直流电机） 永磁体安放在转子上，无槽（永磁同步电机） 永磁体安放在转子上，有槽（异步启动永磁同步电机）
第一讲 永磁材料及其磁路计算
2.3.5.永磁电机的等效磁路：
外磁路的等效磁路：
永磁电机的等效磁路：
第一讲 永磁材料及其磁路计算
1.3主要永磁材料的性能：稀土钴
第一讲 永磁材料及其磁路计算
1.3主要永磁材料的性：稀土钴
第一讲 永磁材料及其磁路计算
1.3.主要永磁材料的性能：钕铁硼
第一讲 永磁材料及其磁路计算
主要永磁材料的性能：钕铁硼
第一讲 永磁材料及其磁路计算
1.3主要永磁材料的性能：钕铁硼
3.气隙系数的确定：
第一章 磁路基础知识
l1 l2 3l 15 10 2 m 两边磁路长度：
气隙磁位降： B 1.211 2H 2 2 2.5 10 3 A 4818 A 0 4π 10 7
1.211 (2 0.25) 2 B T 1.533T 中间铁心磁位降： 3 4 A 4 10
磁路基础知识
1.2.3涡流与涡流损耗 1、涡流 2、涡流损耗：涡流在铁心中引起的损耗 3、注意:为减小涡流损耗，电机和变压器的铁心都用 含硅量较高的薄硅钢片叠成。 4、铁心损耗：磁滞损耗+涡流损耗
2 pFe f 1.3 BmG
南通大学《电机学》
磁路基础知识
1.3直流磁路的计算
磁路计算正问题——给定磁通量，计算所需的励磁磁动势 磁路计算逆问题——给定励磁磁势，计算磁路内的磁通量 磁路计算正问题的步骤： 1）将磁路按材料性质和不同截面尺寸分段； 2）计算各段磁路的有效截面积Ak和平均长度lk； 3）计算各段磁路的平均磁通密度Ak ，Bk=Φk/Ak； 4）根据Bk求出对应的Hk；
Φ
RmFe
N
F
Rm
i
Φ
串联磁路 南通大学《电机学》 磁路基础知识
模拟电路图
解：铁心内磁通密度为 BFe 0.0009 T 1T
AFe 0.0009
从铸钢磁化曲线查得：与BFe对应的HFe=9×102A/m
H FelFe 9 10 2 0.3A 270 A 铁心段的磁位降：
查磁化曲线：H1 H 2 215 A/m
H1l1 H 2l2 215 15 10 2 A 32.25A
总磁动势和励磁电流为：
Ni 2H H l
3 3
H 1l1
电机学 第一章磁路
起始磁化曲线
oa段
ab段
bc段
cd段
膝点
饱和
铁磁材料 图1-7.
µ Fe = f ( H ) 磁化曲线见示意
� 应用: 设计电机和变压器时，为使主磁路内得 到较大的磁通量而又不过分增大励磁磁动势， 通常把铁心内的工作磁通密度选择在膝。 剩磁:去掉外磁场之后，铁磁材料内仍然保留的 磁通密度 B r 。 矫顽力:要使B值从减小到零，必须加上相应的反 向外磁场，此反向磁场强度Hc称为矫顽力。 磁滞:铁磁材料所具有的这种磁通密度B的变化滞 后于磁场强度H变化的现象。 磁滞现象是铁磁材料的另一个特性。
2．硬磁(永磁)材料 定义:磁滞回线宽、剩磁和矫顽力都很大的铁磁材 料称为硬磁材料，又称为永磁材料。 附图1-11b 磁性能指标 剩磁 矫顽力 最大磁能积
铸造型 铝镍钴
种类示意图
粉末型 铝镍钴
永磁材料 种类
铁氧体
稀土钴
钕铁硼
四、铁心损耗 1．磁滞损耗 定义: 铁磁材料置于交变磁场中时，磁畴相 互间不停地摩擦、消耗能量、造成损耗，这种 损耗称为磁滞损耗。 n 公式: p = C fB V
Hδ lδ = 385A
F = H FelFe + H δ lδ = 432.6 A
返回
2．简单并联磁路 定义:指考虑漏磁影响，或磁回路有两个以上分 支的磁路。 点击书本进入例题1-３
例 题
� [例1—3] 图1—14a所示并联磁路，铁心所 用材料为DR530硅钢片，铁心柱和铁轭的截面 积均为 A = 2 × 2 × 10 −4 m 2 ，磁路段的平均长 −3 度l = 5 ×10−2 m ，气隙长度 δ1 =δ2 = 2.5×10 m 励磁线圈匝数 N 1 = N 2 = 1000 匝。不计漏磁通，试求在气隙内产生 B δ =1．211T的磁通密度时，所需的励磁电流i。
永磁体的模型、工作点以及永磁磁路
永磁体的模型、工作点以及永磁磁路目录永磁体的磁偶极子模型 (1)退磁曲线与内禀退磁曲线 (1)孤立永磁体的磁场、工作点 (3)永磁磁路 (4)永磁体的磁偶极子模型永磁体的基本组成单位是磁偶极子。
从磁荷的观点看，磁偶极子是一对距离为1的正负点磁荷，点磁荷的单位是Wb（类似于电荷的单位为库仑C）。
所以磁偶极子的磁偶极矩Pm的单位是Wb∙m。
电磁学中，定义单位体积内磁偶极矩的矢量和为磁极化强度J,即J=Σpm∕AV,这样磁极化强度J的单位是Wb∙m∕m3=T o有时磁极化强度J也被称作内禀磁感应强度Bi o从分子电流的观点看，磁偶极子可以用微小的电流回路表达，它的磁矩m分子定义为平面回路中电流和回路面积的乘积，即m分子二i∙S,单位为A∙m2.电磁学中，定义单位体积内包含磁偶极子磁矩的矢量和为磁化强度M,即M=∑m分子/AV,磁化强度M 的单位为A∕m o磁荷观点和分子电流观点在宏观上是等效的，磁极化强度J与磁化强度M的关系为J=UOM。
一块永磁体可以看作为一个大的磁偶极子，它的磁偶极矩等于它包含的磁偶极子磁偶极矩的矢量和。
若永磁体的体积为V,即其磁偶极矩j=JV。
当永磁体材料确定后，充磁越饱和，磁偶极子的排列越整齐，永磁体的磁极化强度越大,磁偶极矩也越大。
永磁体的磁矩m=MV,也符合本段论述。
退磁曲线与内禀退磁曲线描述外磁场的物理量通常是磁场强度H,在外磁场的作用下，永磁体的磁感应强度B=μ0（H+M]=μ0H+μOM=μOH+J（公式一）。
即永磁体内部的磁感应强度等于磁极化强度J与H在真空中的作用之和。
当然理论上，因为外磁场H与永磁体的磁化强度M都是矢量，它们之间的角度可以是随机的；不过通常它们是平行的，同向时H取正，反向时H取负，反向时的外磁场称为退磁场。
永磁体在外磁场的磁化作用下饱和充磁后，再撤消外磁场时，永磁体的磁极化强度J（内禀磁感应强度Bi）并不会因外磁场H的消失而消失，而会保持一定大小的数值，习惯上称为剩余磁感应强度Br。
永磁体磁路设计
永磁体磁路设计永磁设计材料从研制角度而言，是希望性能尽可能地优越。
但从使用角度考虑，对已研制出的材料，如何合理利用以期获得最大的收益则显得更为重要。
具体到永磁材料，则涉及到磁体的选用和磁路的设计。
下面对永磁磁路设计做简单介绍。
·永磁磁路的基本知识磁路：最简单的永磁磁路由磁体、极靴、轭铁、空气隙组成。
磁路之所以采用路的说法，是从电路借用而来，所以传统意义上的磁路设计是与电路设计相类似的，为了更明了地说明这个问题，简单比较如下图：磁路的基本类型有并联磁路、串联磁路，其形式同于电路。
静态磁路基本方程：静态磁路有两个基本方程：其中k f为漏磁系数，k r为磁阻系数，Bm、Hm、Am、Lm分别为永磁体工作点、面积和高度；Bg、Hg、Ag、Lg为气隙的磁通密度、磁场强度、气隙面积和长度。
由以上两式可得：上式中Vm=Am.Lm表示永磁体体积，Vg=Ag.Lg表示气隙的体积，(HmBm)是永磁体工作点的磁能积。
·永磁体磁路设计的一般步骤：（1）根据设计要求（Bg Ag、Lg的值由要求提出），选择磁路结构的磁体工作点。
在选择磁路结构时，需要结合磁体性能来考虑磁体的尺寸，设法使磁体的位置尽量靠近气隙，磁轭的尺寸要够大，以便通过其中的磁通不至于使磁轭饱和，即φ=B轭A轭，式中的B轭最好相当于最大磁导率相对应的磁通密度。
如果B轭等于饱和磁通密度的话，则磁轭本身的磁阻增加很多，磁位降加大，或者说磁动势损失太大。
（2）估计一个Kf和Kr，利用初步算出磁体尺寸Am 、 Lm；（3）根据磁体尺寸、磁轭尺寸，算出整个磁路的总磁导P（其中关键是漏磁系数Kf的计算），再将原工作点代入下式：Bg=F/[KfAg(r+R+1/P)]（4）据总磁导P、漏磁系数Kf、磁体内阻r和磁轭的磁阻R，看Bg是否与要求相符，否则再从头起设计。
在已知气隙要求(Bg、Ag、Lg)和磁体工作点的情况下，欲求磁体的尺寸（Lm、Am），则需要知道漏磁系数Kf和磁阻系数Kr。
浅谈永磁电机的设计要点
浅谈永磁电机的设计要点永磁电机是一种利用永磁体产生磁场来驱动电机转动的设备。
它具有体积小、效率高、响应速度快等优点，在现代工业中得到广泛应用。
永磁电机的设计要点是指在设计永磁电机的过程中需要考虑的一些关键因素，包括电机结构、永磁材料、磁路设计、绕组设计等方面。
本文将从这些方面来浅谈永磁电机的设计要点。
一、电机结构设计永磁电机的结构设计是永磁电机设计的首要考虑因素之一。
首先需要确定电机的类型，包括直流永磁电机、交流永磁同步电机、交流永磁异步电机等。
不同类型的电机具有不同的结构特点和工作原理，需要根据具体的使用需求来选择。
其次是确定电机的功率和转速范围，这将直接影响电机的尺寸和重量。
最后是确定电机的散热方式和防护等级，这些因素都将影响电机的可靠性和使用寿命。
二、永磁材料选择永磁电机的性能主要取决于永磁材料的选择。
常用的永磁材料有钕铁硼、钴磁铁、铁氧体等。
钕铁硼磁体具有优良的磁性能，适用于高性能永磁电机的设计，但价格较高；钴磁铁磁体具有良好的抗高温性能，适用于高温环境下的永磁电机；铁氧体磁体价格低廉，适用于一般性能要求的永磁电机。
在选择永磁材料时，需要综合考虑其磁性能、成本、温度特性等因素。
三、磁路设计磁路设计是永磁电机设计的关键环节之一。
良好的磁路设计能够提高电机的磁路传导能力，减小磁阻，提高电机的工作效率。
在磁路设计中需要考虑的因素包括磁路长度、磁路横截面积、气隙磁密等。
为了最大限度地提高磁路的传导性能，需要采用合理的磁路形状和加强磁路的连接，提高磁路的填充因子。
四、绕组设计绕组设计是永磁电机设计的另一个重要方面。
绕组设计直接影响电机的电磁性能和功率密度。
在绕组设计中需要考虑的因素包括电机的转子类型、绕组方式、导体材料和截面积等。
合理的绕组设计能够提高电机的工作效率和输出功率，减小电机的损耗和温升。
五、控制系统设计控制系统设计是永磁电机设计的重要组成部分。
永磁电机的控制系统主要包括电流控制系统和转速控制系统。
磁性材料基础知识-ppt课件
求其轴线上一点 p 的磁感强度的方向和大小.
Idl
r
dB
B
o
R
p B
x
*
x
I
dB 0
4π
Idl r2
解: 根据对称性分析
毕奥—萨伐尔定律的应用2
Idl
sin R
R
o
r
x
dB
*p x
r2 R
B0I
4π
r 2 x2
sindl
l r2
dB x
dB 0
4π
Idl r2
dB xdsBin4 π 0Isri2 n dl
0I dl
2πR l
I B
dl
oR
l
l 设 l 与 I 成右螺旋
关系
3.3 安培环路定理-应用
求载流螺绕环内的磁场 （已知 n N I）
1） 对称性分析；环内 B 线为同心圆，环外 B 为零.
2 ）选 回路(顺时针圆周) .
lB d Bl 2 0π NR I B 0 NI
2π R
d
令L2πRB0NIL
内部交流报告
磁性材料基础知识
提纲
1 磁性材料的发展简史
2 磁学基本常识
磁性来源 磁学基本概念 磁性材料分类
3 电磁学主要定律-恒稳/交变磁场
4 磁性材料性能分析
5 磁性材料应用实例
精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？ • 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
一、磁性材料发展简史（续）
• 1946年 Bioembergen发现NMR效应 • 1948年 Neel建立亜铁磁理论
磁路基础知识
基尔霍夫第二定律
NI＝ Hl ΦRm
电路旳基本物理量及公式
电动势E 电 流I 电 阻R 电 导G 欧姆定律
I E/R
基尔霍夫第一定律
i＝0
基尔霍夫第二定律
e＝iR
南通大学《电机学》
磁路基础知识
1.2铁磁材料及其特征
1.2.1铁磁材料旳高导磁性 1．铁磁物质旳磁化
将铁、镍、钴等铁磁物质放入磁场后，铁磁物质 呈现很强旳磁性，这种现象，称为铁磁物质旳磁化。
磁畴：在铁磁物质内部存在着许多很小旳天然磁化区。
南通大学《电机学》
磁路基础知识
2．起始磁化曲线
将一块还未磁化旳铁磁材料进行磁化，当磁场 强度H由零逐渐增大时，磁通密度B也将随之增大， 曲线B=f(H)就称为起始磁化曲线
B
c
d
B f (H)
b
a
0
南通大学《电机学》
磁路基础知识
B 0H
H
3.磁滞回线
相应旳模拟电路图
南通大学《电机学》
磁路基础知识
1.1.5磁路旳基尔霍夫定律 1、磁路旳基尔霍夫第一定律
闭合面A显然有：
－Φ1＋Φ2＋Φ3＝0
Φ＝0
穿出(或进入)任一闭合面旳总磁通量恒等于零( 或者说，进入任一闭合面旳磁通量恒等于穿出该闭 合面旳磁通量)
南通大学《电机学》
磁路基础知识
2、磁路旳基尔霍夫第二定律
Φ
RmFe
F
Rm
磁路基础知识
模拟电路图
解：铁心内磁通密度为
0.0009
BFe
AFe
T 1T 0.0009
从铸钢磁化曲线查得：与BFe相应旳HFe=9×102A/m
铁心段旳磁位降： H l Fe Fe 9 102 0.3A 270A
永磁体的磁路结构
永磁体的磁路结构永磁体是一种能够产生持久磁场的材料，常见的永磁体有钕铁硼和钴钁磁体等。
在永磁体的研制过程中，磁路结构的设计是至关重要的一环。
本文将探讨永磁体的磁路结构与其性能之间的关系，并介绍一些常见的磁路结构设计。
1. 磁路结构的作用永磁体的磁路结构决定了磁场的分布和强度。
一个良好设计的磁路结构能够提高永磁体的磁化强度和磁场稳定性，并减小磁场的漏磁。
这对于提高永磁体的磁能密度和磁场制导能力具有重要意义。
2. 磁路结构的要求一个符合要求的磁路结构应具备以下特点：（1）低磁场漏磁：磁场的漏磁会导致能量的损失和磁场的不稳定。
因此，磁路结构的设计需要尽量减小磁场的漏磁，提高磁能的利用率。
（2）高磁化强度：磁化强度是永磁体的重要指标之一，它决定了永磁体在外加磁场下的磁化程度。
良好的磁路结构能够提高磁化强度，使永磁体具有更强的磁性能。
（3）磁场均匀性：磁场均匀性是永磁体在不同位置磁感应强度的一致性程度。
一个磁场均匀的磁路结构能够保证永磁体在不同位置具有相似的磁感应强度，提高磁场的稳定性。
3. 常见的磁路结构设计（1）轮辐式磁路结构：轮辐式磁路结构由多个弧形磁体组成，磁体之间相互连接形成一个闭合的磁路。
这种结构具有良好的磁场集中性和磁化强度，可用于制作较小尺寸的永磁体。
（2）径向多极磁路结构：径向多极磁路结构由多个相间分布的磁极组成，磁场呈径向排列。
这种结构能够提供较大的磁场均匀性和较高的磁化强度，适用于制造大尺寸和高性能的永磁体。
（3）平板式磁路结构：平板式磁路结构由多个平行排列的磁体组成，这些磁体之间通过磁回路连接。
这种结构具有较高的磁场集中性和磁场稳定性，广泛应用于各种永磁体制造中。
4. 磁路结构优化方法在永磁体的研制过程中，为了满足不同的应用需求，磁路结构的优化是必不可少的。
常见的磁路结构优化方法包括材料选择、形状设计和磁路特性的仿真分析等。
通过优化磁路结构，可以进一步提高永磁体的性能和稳定性。
结论磁路结构是永磁体性能的关键因素之一。
磁路基础知识梳理
磁路基础知识梳理磁路是指在磁场中传递磁能的路径。
了解磁路的基础知识对于深入理解电磁现象和电磁设备的原理和工作方式具有重要意义。
本文将对磁路的基础知识进行梳理，包括磁场、磁感应强度、磁路的元件以及应用。
1. 磁场磁场是指周围空间中存在磁力的区域。
根据安培定律，电流通过导线时会产生磁场，而磁场会对通过其内部的导线产生力。
磁场有方向和大小之分，可以用磁感应强度来描述。
2. 磁感应强度磁感应强度（B）是指单位面积上垂直于磁场方向的磁通量。
磁感应强度的单位是特斯拉（T）。
根据法拉第电磁感应定律，当磁通量改变时，会在导体中产生感应电动势。
磁感应强度与产生磁场的电流成正比，与距离成反比。
对于长直导线，可以用安培定律来计算磁感应强度。
而对于螺线管等复杂形状的导体，需要使用比奥-萨伐尔定律进行计算。
3. 磁路的元件磁路的元件包括磁铁、螺线管、磁芯等。
磁铁是产生磁场的设备，常见的磁铁有永磁体和电磁铁。
永磁体由自然磁体或人工磁体制成，具有恒定的磁场。
电磁铁是通过通电产生磁场的设备。
螺线管通常由绕在绝缘芯上的导线制成，当电流通过导线时会产生磁场。
螺线管常用于电磁感应、电磁制动等应用中。
磁芯是用来引导和集中磁场的材料，常见的材料有铁、钴、镍等。
磁芯的使用可以增强磁场，并提高磁路的效率。
4. 磁路的应用磁路的应用广泛，包括电动机、发电机、传感器等。
电动机利用磁场产生的电动力来转动，将电能转化为机械能。
发电机则相反，利用机械能转动产生电能。
传感器通过感应磁场的变化来测量物理量，如温度、压力、流量等。
另外，磁路在磁存储器中也有重要应用。
硬盘驱动器和磁带机利用磁场记录和读取信息。
通过改变磁场的方向，可以表示“0”和“1”，实现数据的存储和读取。
总结：磁路是电磁学的重要概念，它涉及磁场、磁感应强度、磁路元件以及应用等内容。
磁路的理论和应用在电磁设备和电子技术领域具有重要作用。
通过对磁路的基础知识进行梳理，有助于我们更好地理解和应用磁场的原理和特性。
永磁机构原理
永磁机构原理
永磁机构是一种利用永磁材料产生磁场的装置，它可以将永磁材料产生的磁场转化为机械运动或者电能。
永磁机构的原理是基于永磁材料的特性，通过合理设计结构，实现磁场的控制和利用。
在工业生产和科学研究中，永磁机构被广泛应用于各种领域，如电机、传感器、磁力传动等。
永磁机构的原理主要包括永磁材料、磁路设计和磁场控制三个方面。
首先，永磁材料是永磁机构的核心部分，它具有在没有外部磁场作用下仍能保持自身磁性的特点。
常见的永磁材料有钕铁硼、钴磁铁等，它们具有较高的磁能积和矫顽力，可以产生较强的磁场。
其次，磁路设计是永磁机构的关键，通过合理设计磁路结构，可以使得永磁材料产生的磁场得到有效集中和传递。
同时，磁路设计还可以影响永磁机构的性能和效率。
最后，磁场控制是永磁机构实现功能的重要手段，通过外部电磁铁或者磁场调节装置，可以对永磁机构的磁场进行控制和调节，实现对机构的控制和运动。
在永磁机构的应用中，常见的永磁机构包括永磁同步电机、永磁直线电机、永磁传感器等。
永磁同步电机利用永磁材料产生的磁场和电流产生的磁场之间的相互作用，实现电能和机械能的转换。
永磁直线电机则是利用永磁材料在磁场中的相互作用，实现直线运动。
而永磁传感器则是利用永磁材料对外部磁场的敏感性，实现对磁场的检测和测量。
总的来说，永磁机构是一种利用永磁材料产生磁场实现机械运动或者电能转换的装置，它的原理包括永磁材料、磁路设计和磁场控制三个方面。
在实际应用中，永磁机构被广泛应用于电机、传感器、磁力传动等领域，为现代工业生产和科学研究提供了重要的支持和保障。
磁、磁路、磁兼容(EMC)基本知识(经典)
磁、磁路、磁兼容（EMC）基本知识（经典）一、磁的基本知识磁的范围比较广，讨论起来太泛！而磁场是电机实现能量交换的媒介（磁场和电流是电机工作两个基本条件），所以在下面我们以讨论磁场开始，首先介绍必要的一些概念。
为了易懂，我们采用了较为狭义的表述方法（所谓狭义是指在大多数情况下是对的或者说有条件的正确），请大家注意！1、磁通及磁感应强度一条通电导体或一块永久磁铁，它的周围是充满磁场的,在每一点它既有大小也有方向，通常形象地用磁力线表磁场的分布（如图1），借助磁力线，我们介绍两个物理量。
a.磁通：用磁力线的数量来表示。
如通电导体周围磁力线的总和，我们就叫总磁通，其单位不是我们想象用“根数、条数”表示，而是用麦克斯韦尔Mx或韦伯(Wb)作为其单位，且有1Wb＝108 Mxb.磁感应强度B：也称磁通密度即单位面积的磁力线数量。
如图1中通过阴影面积S′的磁力线（磁通）为Φ，则B＝Φ/S 单位是高斯(GS)或特斯拉(T)，且有T ＝104 GS2、 磁场及磁场强度图2是一个类似于我们常用的充磁实验装置。
环形均质永磁体的上端被切下一段，形成一个长为Lδ的气隙，下端装匝数为W的一个线圈，当线圈通以电流时，便会在圆环磁体内部以及空气隙Lδ中产生磁通。
我们定义“I•W”为磁动势F，简称磁势，单位是吉伯(Gb)或安(A)，且有1A＝0.4π Gb我们知道安培环频定律可表示为：F=∮H•dL＝∑(Hi•△Li)＝H1△L1＋ H2△L2＋•••＋Hn △Ln＋•••H即为磁场强度，其物理意义可在以下分析中体现。
如在图2磁路中将切割的小截磁体放回，则可视为一个特制磁路并设总长为L1，在均质磁路中可认为H处处相等，则 F＝∑(Hi•△Li)＝H•L 即H＝F/L（安/ 米）因此，可以狭义地理解为：磁场强度H是磁路中单位长度上的磁动势。
3、 剩磁、矫顽力、磁化曲线及磁导率如图2，我们将切割下来的小截磁体放回即变成一个均匀的磁路，然后将电流从“0”开始，不断加大，这时候磁路的磁通中不断上升见图3”og”段。
浅谈永磁电机的设计要点
浅谈永磁电机的设计要点永磁电机是一种主要利用永磁体产生的强磁场来实现能量转换的电机。
它具有结构简单、效率高、体积小、重量轻、响应速度快等特点，在工业生产、航空航天、军事等领域广泛应用。
永磁电机的设计要点主要包括磁路设计、电路设计和控制设计。
一、磁路设计1. 磁路形状永磁电机的磁路形状应该具有高的磁场密度和优异的永磁材料利用率。
常见的磁路形状有面贴式、内转子、外转子等。
其中，面贴式永磁电机结构简单，易于制造，广泛应用。
2. 永磁材料永磁电机主要利用永磁体产生磁场，因此永磁材料的选择对电机性能影响很大。
目前常用的永磁材料有NdFeB、SmCo、AlNiCo等。
其中，NdFeB 属于高性能永磁材料，磁能积高，可提供高磁场密度。
因此，在设计永磁电机时，应优先选用 NdFeB 磁片。
3. 磁路铁心磁路铁心是永磁电机磁路的主要构成部分，它的设计应该考虑磁场分布、磁路长度、永磁材料的利用率等。
常见的磁路铁心形状有圆柱形、长方体形、三角形等。
1. 相数和极数永磁电机的相数和极数对电机性能有较大影响。
一般来说，相数较少的永磁电机运行平稳，但输出功率小；相数较多的永磁电机输出功率大，但运行不稳定。
极数对电机的最大转矩和启动转矩有影响。
当极数多时，电机的最大转矩和启动转矩也比较大。
2. 激励电流和控制方法永磁电机在工作时，需要一定的激励电流来维持永磁体产生的磁场。
激励电流的大小与永磁体的磁场强度、温度等因素有关。
通常可采用 PI 控制、FOC（场向控制）等方法来控制永磁电机的电流。
三、控制设计永磁电机的控制设计主要包括传感器选择、控制算法设计等部分。
其中，传感器选择对控制精度和响应速度有较大影响，电机速度和位置的测量可采用霍尔传感器、编码器等。
控制算法的设计有直接转矩控制、间接转矩控制等方法，可以通过调节电流和电压来实现电机的启动、控制和停止。
以上就是永磁电机的设计要点，通过优化磁路、电路和控制设计，可以实现永磁电机的高效运行。
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硬磁材料
矫顽力大于1000A/m 作为磁源：永磁材料
（2）永磁材料的发展
20世纪30年代：铝镍钴永磁出现 最大磁能积达85kj/m3（10.7MG • Oe）
20世纪50年代：铁氧体永磁出现 最大磁能积达40kj/m3 （4.1MG • Oe）
20世纪60~80年代：稀土永磁出现 最大磁能积达431.3kj/m3（54.2MG • Oe）
第三代稀土永磁：钕铁硼永磁（NdFeB)
1983年日本住友公司和美国通用汽车公司发现 最大磁能积达431.3kj/m3 （54.2MG • Oe）
（4） 稀土永磁材料的分类
按成型方法：烧结稀土永磁 粘结稀土永磁
按元素组成：钴基稀土永磁 铁基稀土永磁
（5）铁磁材料的磁化过程
物质的磁化是由于 其内部的分子电流 转向后合成磁矩不 等于零所致。
材料成分 成型方法 温度变化范围
（14）烧结钴基（稀土钴）、烧结铁基（钕铁硼） 永磁体退磁曲线随温度变化
烧结钴基永磁体退磁曲线随温度变化
Br=0.03~0.05%/ °C Hci=0.2~0.4%/ °C
温度稳定性稍好
烧结铁基永磁体退磁曲线随温度变化 Br=0.08~0.13%/ °C Hci=0.5~0.65%/ °C
外磁场为Hc时，B=0，磁体 不向外提供能量，但磁体本 身仍有能量
外磁场为Hci时，M=0，磁 体被退磁，磁体完全无能量
Hci真正代表磁体拥有磁场 能量和抗外磁场的能力
（12）温度系数
类别：
剩磁感应强度温度系数Br 矫顽力温度系数 Hc 内禀矫顽力温度系数 Hci
定义：
温度变化1°C时，性能可逆变化的百分比
（18）粘结铁基稀土NdFeB磁体永磁的特点
工艺简单，适合批量生产 成本较低 可机加工 良好的热和化学稳定性 成型尺寸精度高 直线退磁特性 较低的磁特性
（19）粘结NdFeB磁体的磁特性及物理特性
2、永磁磁路及永磁磁路的基本定律
（1）永磁磁路
磁路：磁通所经过的路径
各类电机的磁路基本一致
温度稳定性较差
（15）第一、第二代烧结钴基稀土永磁的特点
高的磁特性 直线退磁特性 耐高温 温度稳定性较好 较脆，不能车、铣等机加工 价格较贵
（16）烧结铁基稀土永磁的特点
最高的磁特性 直线退磁特性 耐高温性稍差 温度稳定性稍差 较脆，不能车、铣等机加工 易氧化 价格较低
（3） 稀土永磁材料的发展
第一代稀土永磁：1:5型钐钴永磁（RCo5）
1967年美国K.J.Strnat教授发现 最大磁能积达199kj/m3 （ 25MG • Oe）
第二代稀土永磁： 2:17型钐钴永磁（R2Co17）
1973年出现 最大磁能积达258.6kj/m3 （ 32.5MG • Oe）
3.1 永磁材料及永磁磁路基础
电机—以磁场为媒介进行机械能和电能 相互转换的电磁装置
磁场的产生：1、电励磁 2、永磁
1、永磁材料综述与扩展
（1）铁磁材料包括以下三种材料：
软磁材料
矫顽力小于100A/m 作为导磁部件：定转子冲片等
半硬磁材料
矫顽力为100-1000A/m 磁滞材料：磁滞电机的转子
（B•H）max=Br • Hc/4
（11）内禀矫顽力Hci
饱和时，当剩余磁化 强度Mr降到零时所需 要的反向磁场强度
决定磁体的温度稳定 性
代表抗外磁场干扰的 能力ຫໍສະໝຸດ 内禀矫顽力Hci的物理意义
退磁曲线上任一点的磁能 积——向外磁路提供的磁场 能量
内禀退磁曲线上任一点的磁 能积——内部储藏的磁场能 量
串联磁路和并联磁路 径向励磁、切向励磁和轴向励磁 拼块式结构 混合励磁结构
径向励磁的串联磁路
径向励磁的串联磁路
模型
空载场磁力 线
切向励磁的并联磁路
轴向励磁磁路
单永磁转子盘、单定子盘
中间定子盘、两 端永磁转子盘
拼块励磁磁路
拼块励磁结构
混合励磁结构
磁体优缺点互补 降低成本 应具有相等的磁动势
起始磁化曲线 磁化过程 磁滞回线
（6）稀土永磁材料的退磁曲线
第二象限的一段直线
磁化强度M 表示物质的 磁化程度。
B 0(H M) 0 真空磁导率
（7）稀土永磁材料的特性
剩余磁感应强度Br 矫顽力Hc 内禀矫顽力Hci 最大磁能积（B•H）max 温度系数 不可逆损失
（8）剩余磁感应强度Br
L HdL I
n
H i L i I
i1
n
K
F i N j I j
i1
j1
(3) 磁路和电路的相似性和不同性
磁路和电路的不同之处：
有绝缘材料，没有绝磁材料 磁通路经难以约束 漏磁—修正磁路第一、第二定律 磁路欧姆定律只适合线性铁磁材料 没有磁断路现象
3、稀土永磁电机磁路的基本结构形式
饱和时，去掉外磁场时 的磁感应强度Br
愈大愈好
（9）矫顽力Hc
饱和时，当磁感应强 度降到零时所需要的 反向磁场强度
代表抗外磁场干扰的 能力
Hc愈大，磁体在磁化 方向的厚度可以愈小
（10）最大磁能积（B•H）max
表示磁体向外磁路提供 的磁场能量
决定于三个因素：
剩余磁感应强度Br 矫顽力Hc 形状系数
永磁电机磁路的构成
永磁体：磁势源 软磁材料：导磁部件 气隙：能量转换的主要空间
（2）永磁磁路的基本定律
永磁磁路的基本定律同电励磁磁路的基本定律相同，包括：
磁路第一定理
通过任一闭合曲面S的磁通量等于零
n
i 0
i1
s BdS 0
磁路第二定理
任一闭合磁路中，各段磁压降的代数和 总等于各段磁动势的代数和。
BrBr(t1 B )r (t0 B )r(t0)(t1 1t0)10 % 0
（13）不可逆损失
类别：
剩磁感应强度不可逆损失 矫顽力不可逆损失 内禀矫顽力不可逆损失
定义：
从室温开始，经加热（或冷却）再回到室 温时磁性能变化的百分比
Br Br(t0B)r (t0B)r(t0)10% 0
影响温度系数和不可逆损失的因素