永磁材料基础知识

常用的永磁材料分为铝镍钴系永磁合金、铁铬钴系永磁合金、永磁 铁氧体、稀土永磁材料和复合永磁材料。
永磁材料的发展历程>>> 永磁材料的发展历程
十九世纪末二十世初 碳钢、钨钢、铬钢和钴钢作永磁材料。
二十世纪三十年代，AlNiCo永磁材料开发成功，使永磁材料的大规模应 用成为可能。 二十世纪五十年代 钡铁氧体的出现，既降低了永磁体成本，又将永 磁材料的应用范围拓宽到高频领域。 到六十年代，稀土钴永磁的出现，则为永磁体的应用开辟了一个新时代。
十九世纪末初碳钢，磁能积（BH）max不足 1MGOe(兆高奥) 。而目前国外批量生产的Nd-Fe-B永 磁材料，磁能积已达50MGOe以上。这一个世纪以来， 材料的剩磁Br提高甚小，能积的提高要归功于矫顽力 Hc的提高。而矫顽力的提高，主要得益于对其本质的 认识和高磁晶各向异性化合物的发现，以及制备技术 的进步。 目前Ba、Sr铁氧体仍然是用量最大的永磁材料， 但其许多应用正在逐渐被Nd-Fe-B类材料取代。并且， 当前稀土类永磁材料的产值已大大超过铁氧体永磁材 料，稀土永磁材料的生产已发展成一大产业。
永磁材料特性的应用的总结及提问
1、永磁材料的选择。 2、应用注意事项
由右图可见，B的变化滞后于H的变化。 的变化。 当H下降为零时，B值不为零而为某一 下降为零时， 这种现象称磁滞性， 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）， 表示，
矫顽力
定义： 在负向外加磁场的作用下，磁钢中的磁感பைடு நூலகம்强度B随着去磁磁 场增大而减小，使磁钢中的磁感应强度B达到零所需的去磁磁场强 度，称为磁感应矫顽力Hc（简称矫顽力）
磁场强度
磁场强度的定义：在给定点上的磁感应强度B和磁常数 之商与磁化强度M之差。在真空中，为磁感应强度B与 磁常数之商。矢量，符号“H”。
永磁材料的性能参数
磁感应强度 矫顽力 磁场强度 磁能积
磁感应强度
具有外部磁场的物体，称为磁体，通常也称为磁钢 （磁铁），人们最早发现的是它具有吸引铁削等物体的 性质，并将这一性质称为磁性。一块磁钢具有极性相反 而强度相同的两个磁极（N极和S极）。磁极之间的相 互作用是同性相斥，异性相吸。 研究结果表明，磁钢对周围运动的电荷有力的作用， 它是通过一种特殊物质──磁场来传递的。在磁场中任 何一点，都存在一特定的方向。当电荷q沿该方向运动 时，并没有受到力的作用，但当它垂直该方向运动时， 则受到力f的作用。f的大小正比于电荷q及它的运动速度 v，即 f∝qv 实验证明，在磁场中的同一点上，对于不同的q和v， 比值f/(qv)都相同。可见这一比值反映了该点磁性的本 质，称为磁感应强度B，它的大小为 B=f/(qv) B有大小，又有方向，是一个矢量。在国际单位制中： B单位是特斯拉T(特斯拉)。
永磁材料的磁化曲线和磁滞回线
铁磁材料的磁通密度（磁感应强度） 与磁场强度 呈非线形关系， 与磁场强度H呈非线形关系 铁磁材料的磁通密度（磁感应强度）B与磁场强度 呈非线形关系， 是一条曲线， 即B= f(H)是一条曲线，称为磁化曲线。 是一条曲线
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0 a上 升至a点，对应的磁通密度最大值为Bm。 如右图所示。 曲线0 a称为起始磁化曲线。 称为起始磁化曲线。 当H由Hm下降到零时，B并不点是沿着 下降到零时， a0下降，而是沿着另一条abcd线下降。当 下降， 线下降。 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。 变化。 当H由－Hm回升到Hm时，B沿着曲线 defa变化。 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。
永磁材料特性
主要内容
• • • • • • • 什么是永磁材料 永磁材料的标定参数 永磁材料的磁化曲线和磁滞曲线 永磁材料的退磁曲线 永磁材料的回复直线 永磁材料的稳定性 电机设计对永磁材料特性的应用
什么是永磁材料料
具有宽磁滞回线、高矫顽力、高剩磁， 一经磁化即能保持恒定磁性的材料。又称 硬磁材料。
如
右图中c点所示。 是磁材料的两个重参数。 Br和Hc是磁材料的两个重参数。
磁化曲线和磁滞回线总结及提问
永磁材料的种类很多，其性能较为复杂，但基本磁 性能可用磁滞回线来反映，即用B=f(H)曲线来表示，磁 钢中磁感应强度B随磁场强度H改变的特性。
铁磁材料的磁通密度（磁感应强度） 与磁场强度 呈非线形关系， 与磁场强度H呈非线形关系 铁磁材料的磁通密度（磁感应强度）B与磁场强度 呈非线形关系， 是一条曲线， 即B= f(H)是一条曲线，称为磁化曲线。 是一条曲线
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。 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 为正值，磁场强度为负值， （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）。
电机设计对永磁材料特性的应用
永磁材料的种类多种多样，性能相差很大，因此在设计永磁电机时，选择 好适宜永磁材料品种和具体的性能指标。 几种常用的永磁材料 ◆ 铝镍钴合金 ◆铁氧体永磁材料 ◆ 稀土永磁材料 选择原则 1、应能保证电机气隙中有足够大的气隙磁通密度和规定的电机性能指标； 2、在规定的环境条件、工作温度和使用条件下应能保证磁性能的稳定性； 3、有良好的力学性能，以方便加工和装配； 4、经济性要好，价格适宜。
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， 越大， 磁感应强度B就越小。为表述方便，通常取 就越小。为表述方便， H的绝对值，把H轴的正方向改变，即负轴 的绝对值， 轴的正方向改变，
改为正轴。 改为正轴。
退磁曲线的总结及提问
总结：
永磁材料的回复直线
永磁电机永磁电机运行时作用于永磁体的退磁磁场 强是反复变化的。当对已充磁的永 磁体施加退磁磁场 下降。 强度时，磁感应强度沿右图 中的退磁曲线BrP下降。如果 在下降到P点时 外加退磁磁场强度HP消除，则磁感应强度 消除，
磁能积
磁能积的定义：在永磁体的退磁曲线的任意点上磁通密 度(B)与对应的磁场强度(H)的乘积。它是表征永磁材料 单位体积对外产生的磁场中总储存能量的一个参数，单 位用J/m3。
性能参数的总结及提问
永磁电机结构特点之一就是转子磁极由永磁材料组成。该材 料磁性能的优劣，将直接影响到电机磁路尺寸、电机体积及功 能指标和运行特性，在工程应用中，根据永磁材料的参数在数 量上的差异进行分类，并决定他们的用途，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
并不
沿退磁曲线回复，而是沿另一曲线PBR上升。 上升。 上升 若再施加退磁磁场强度，则磁感应强度沿新的 曲线RB′P下降。如此多次反复后形成一个局部 下降。 下降 的小回线，称为局部磁滞回线。 由于该回线的上升曲线与下降曲线很接近， 可以近 似地用一条直线 PR 来代替，称为 回复线。P点为回 来代替， 点为回 复线的起始点。 复线的起始点。
回复直线的总结及提问
总结：
永磁材料的稳定性
温度稳定性 时间稳定性 化学稳定性
永磁材料的稳定性的总结及提问
在常温、常压、中性（无酸性、无碱性）、无外加退磁 场、无强烈核辐射、无强烈振动冲击等条件下，即在最 良好的条件下，常用永磁材料（钡锶铁氧体、铝镍钴、 钐钴、钕铁硼）的稳定性没有问题，可以永久使用。