第三章-材料的磁学性能-8-磁性材料的动态特征
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金属材料中涡流比铁氧体严重的多。 磁性材料畴壁出还会出现微观的涡电流。 涡电流的流动，在每个瞬间都会产生与外磁场产生的磁通方向相反的磁通，约 到材料内部，反向作用越强，致使磁感强度和磁场强度沿截面严重不均。好像内部 磁感应强度被排斥到表面，称为“趋肤效应” 。
8.2 交变磁场作用下的能量损耗
剩余损耗：
DA越小越好
8.4 磁导率减落及磁共振损耗
磁损耗随频率而变，在某一频率下出现明显增大的损耗就是一种共 振损耗，随频率的变化，将出现不同形式的共振损耗。
Ni-Mn铁氧体复数磁导率的实部 和虚部与频率的关系
8.5 铁氧体软磁材料
磁性材料
材料特性
硬磁 + 软磁 热磁合金、磁存储材料
矩磁材料、磁致伸缩材料、磁阻材料等
除磁滞损耗、涡流损耗外的其他损耗都归为剩余损耗。 引起剩余损耗的因素太多。难于归纳具体规律和表达式。
在低频和弱磁场条件下，剩余损耗主要由磁后效应引起。
8.3 磁后效应
外磁场由t0时Hm 降到t1时H。
外磁场由t0时H 升到t1时Hm。
8.3 磁后效应
磁后效应机制不同，表现也不同。 由于杂质原子扩散引起的可逆后效，称为里希特（Richter）后效。 由于热起伏引起的不可逆后效，称为约旦（Jordan）后效。与温度 和磁化场的频率无关。 在大多数材料的磁后效现象中，不是简单服从里希特磁后效，需把 不同机制引起的弛豫过程的弛豫时间看成一种分布函数，这样可以解释 许多磁后效现象。 如：永磁材料随时间推移，导致剩磁变小的磁后效现象，“减落” 和由于退磁场的持续作用，通过磁后效引起的“退磁”。
第8节 磁性材料的动态特征
磁路中
大多数铁磁材料（亚铁磁材料）
传导磁通的作用
“铁芯”或“磁芯” 例如：电机和电力变压器使用的铁芯材料在工频范围工作，是一 个交流磁化过程。 磁性材料在交变磁场，甚至脉冲磁场作用下的性能统称为磁性材料 的动态特征。
由于这种材料用量很大，通常在高磁通密度下工作，因此工程上必须考 虑节能指标，而消耗的电能一大部分是铁芯的损耗，称为“铁耗”。
《材料物理性能》
（Physical Properties of Materials）
第三章 材料的磁学性能
2019年6月6日
第8节 磁性材料的动态特征
第8节 磁性材料的动态特征
8.1 交流磁化过程与交流回线 8.2 交变磁场作用下的能量损耗 8.3 磁后效应 8.4 磁导率减落及磁共振损耗 8.5 铁氧体软磁材料 8.6 硬磁材料
复合磁导率的模：
称为弹性磁导率。 一周内铁磁体储存的磁能密度：
品质因数
称为总磁导率或振幅磁导率。 称为损耗磁导率。
8.2 交变磁场作用下的能量损耗
磁芯在不可逆交流磁化过程中所消耗的能量，统称铁芯损耗。
磁滞损耗Wn 总损耗率：
涡流损耗We
剩余损耗Wc
磁滞损耗功率 涡流损耗功率 剩余损耗功率
8.2 交变磁场作用下的能量损耗
8.1 交流磁化过程和交流回线
在交变磁场中磁化时，要考虑磁化状态改变所需要的时间，也
就是需考虑B和H的相位差。需引入复数磁导率的概念。 假设样品在弱交变磁场磁化，且B和H具有正弦波形，以复数形
式表示， B和H的相位差为。
由磁导率的定义可得 复合磁导率：
同向分量 落后90度分量
8.1 交流磁化过程和交流回线
8.6 硬磁材料
硬磁材料磁滞回线宽肥，具有高的剩磁，高矫顽力，和高饱和 磁感应强度。磁化后可长久保持很强磁性，难退磁，适于制成 永久磁铁。用作磁场源或磁力源。 矫顽力是衡量硬磁材料抵抗退磁的能力，一般大于103A/m，Br 值要求也大一些，一般不得小于0.1T。此外对温度、时间、振 动和其他干扰的稳定性也要好。 磁滞回线包容的面积，即磁积能。最大磁积能可以全面反映硬 磁材料储有磁能的能力。
8.5 铁氧体软磁材料
软磁材料：高的磁导率，低的矫顽力(<100A/m)和低铁芯损耗。
由于具有强的磁性耦合，高的电阻率和低损耗，种类十分繁多，应 用广泛。铁氧体磁性材料主要有两类：
一类是具有尖晶石结构，化学式为MFe2O4的铁氧体，（M：Mn、Zn 、Ni）。铁氧体材料主要用于通讯变压器、电感器、偏置磁轭、阴极 射线管用变压器以及制作微波器件等。 一类是具有石榴石磁性结构，化学式为R3Fe5O12的铁氧体，（R：稀土 元素）。微波器件，比尖晶石结构铁氧体的饱和磁化强度低。在非磁 性基片上外延生长薄膜石榴石铁氧体做为磁泡记忆材料。
磁滞损耗：
磁滞回线包围的面积表征一个磁化 周期内，以热的形式所消耗的功。
在交变场中每秒内的磁滞损耗 （功率）为：
8.2 交变磁场作用下的能量损耗
涡流损耗：
当铁磁材料进行交变磁化时，铁磁导体内的磁通量也将发生相应变化，根据电 磁感应定律，这种变化将在铁磁导体内产生垂直于磁通量的环形感应电流---“涡流 ”。
硬磁材料三个高的磁性能指标，高矫顽力Hc，高剩磁Br，最大 磁积能(BH)m。
简答题
静态磁滞回线与交流磁滞回线有哪些区别 ，它们之间的关系是什么？
交变磁场下的能量损耗来自哪几个方面？ 它们都是什么引起的？
ຫໍສະໝຸດ Baidu
8.1 交流磁化过程和交流回线
磁化曲线和交流回线
当交流幅值磁场强度增大到饱和磁场强
度Hs，交流回线的面积不再增加。对应的回
线称为极限交流回线。
材料的饱和磁感应强度Bs和交流剩余磁 感Br与静态磁滞回线相同。
进而确定动态参量最初幅值磁导率ai ， 最大幅值磁导率am ，以及Bra和Hca 。
Bra Hca
Hm
8.1 交流磁化过程和交流回线
不同频率的磁化曲线 尽管静态、动态磁滞回线形状相同，但动态磁滞回线有以下特点：
交流回线形状除与磁场强度有关外, 还与磁场变化的频率f 和波形有关
频率一定, 交流幅值磁场强度不断减少时, 交流回线逐渐趋于成椭圆形状
频率升高,呈现椭圆回线的磁场强度的范围会扩大, Bra/Bm 会升高
能量损耗
铁芯品质因子Q降低
高频条件下必须考虑磁芯的品质因子问题。
8.1 交流磁化过程和交流回线
磁化曲线和交流回线
交流磁化过程中，由于磁场强度是周期性 变化的，所以磁感应强度B也周期性变化。
变化一周构成的曲线称为交流磁滞回线。
若交流幅值磁场强度Hm不同，则有不
同的交流回线，交流回线的定点的轨迹就
是交流磁化曲线或Bm-Hm曲线。 Bm为幅值磁感应强度。
8.4 磁导率减落及磁共振损耗
铁磁材料即使完全退火，放于无机械和热干扰的环境中，其起始磁 导率也会随时间的推移而下降，最终达到稳定值。 如Mn-Zn铁氧体受磁场作用或机械冲击后，起始磁导率随时间发生降 落，称为 “磁导率减落”。
减落系数：
退磁态为亚稳态 — 离子扩散到平衡的过程 Mn-Zn铁氧体磁导率减落曲线
8.2 交变磁场作用下的能量损耗
剩余损耗：
DA越小越好
8.4 磁导率减落及磁共振损耗
磁损耗随频率而变，在某一频率下出现明显增大的损耗就是一种共 振损耗，随频率的变化，将出现不同形式的共振损耗。
Ni-Mn铁氧体复数磁导率的实部 和虚部与频率的关系
8.5 铁氧体软磁材料
磁性材料
材料特性
硬磁 + 软磁 热磁合金、磁存储材料
矩磁材料、磁致伸缩材料、磁阻材料等
除磁滞损耗、涡流损耗外的其他损耗都归为剩余损耗。 引起剩余损耗的因素太多。难于归纳具体规律和表达式。
在低频和弱磁场条件下，剩余损耗主要由磁后效应引起。
8.3 磁后效应
外磁场由t0时Hm 降到t1时H。
外磁场由t0时H 升到t1时Hm。
8.3 磁后效应
磁后效应机制不同，表现也不同。 由于杂质原子扩散引起的可逆后效，称为里希特（Richter）后效。 由于热起伏引起的不可逆后效，称为约旦（Jordan）后效。与温度 和磁化场的频率无关。 在大多数材料的磁后效现象中，不是简单服从里希特磁后效，需把 不同机制引起的弛豫过程的弛豫时间看成一种分布函数，这样可以解释 许多磁后效现象。 如：永磁材料随时间推移，导致剩磁变小的磁后效现象，“减落” 和由于退磁场的持续作用，通过磁后效引起的“退磁”。
第8节 磁性材料的动态特征
磁路中
大多数铁磁材料（亚铁磁材料）
传导磁通的作用
“铁芯”或“磁芯” 例如：电机和电力变压器使用的铁芯材料在工频范围工作，是一 个交流磁化过程。 磁性材料在交变磁场，甚至脉冲磁场作用下的性能统称为磁性材料 的动态特征。
由于这种材料用量很大，通常在高磁通密度下工作，因此工程上必须考 虑节能指标，而消耗的电能一大部分是铁芯的损耗，称为“铁耗”。
《材料物理性能》
（Physical Properties of Materials）
第三章 材料的磁学性能
2019年6月6日
第8节 磁性材料的动态特征
第8节 磁性材料的动态特征
8.1 交流磁化过程与交流回线 8.2 交变磁场作用下的能量损耗 8.3 磁后效应 8.4 磁导率减落及磁共振损耗 8.5 铁氧体软磁材料 8.6 硬磁材料
复合磁导率的模：
称为弹性磁导率。 一周内铁磁体储存的磁能密度：
品质因数
称为总磁导率或振幅磁导率。 称为损耗磁导率。
8.2 交变磁场作用下的能量损耗
磁芯在不可逆交流磁化过程中所消耗的能量，统称铁芯损耗。
磁滞损耗Wn 总损耗率：
涡流损耗We
剩余损耗Wc
磁滞损耗功率 涡流损耗功率 剩余损耗功率
8.2 交变磁场作用下的能量损耗
8.1 交流磁化过程和交流回线
在交变磁场中磁化时，要考虑磁化状态改变所需要的时间，也
就是需考虑B和H的相位差。需引入复数磁导率的概念。 假设样品在弱交变磁场磁化，且B和H具有正弦波形，以复数形
式表示， B和H的相位差为。
由磁导率的定义可得 复合磁导率：
同向分量 落后90度分量
8.1 交流磁化过程和交流回线
8.6 硬磁材料
硬磁材料磁滞回线宽肥，具有高的剩磁，高矫顽力，和高饱和 磁感应强度。磁化后可长久保持很强磁性，难退磁，适于制成 永久磁铁。用作磁场源或磁力源。 矫顽力是衡量硬磁材料抵抗退磁的能力，一般大于103A/m，Br 值要求也大一些，一般不得小于0.1T。此外对温度、时间、振 动和其他干扰的稳定性也要好。 磁滞回线包容的面积，即磁积能。最大磁积能可以全面反映硬 磁材料储有磁能的能力。
8.5 铁氧体软磁材料
软磁材料：高的磁导率，低的矫顽力(<100A/m)和低铁芯损耗。
由于具有强的磁性耦合，高的电阻率和低损耗，种类十分繁多，应 用广泛。铁氧体磁性材料主要有两类：
一类是具有尖晶石结构，化学式为MFe2O4的铁氧体，（M：Mn、Zn 、Ni）。铁氧体材料主要用于通讯变压器、电感器、偏置磁轭、阴极 射线管用变压器以及制作微波器件等。 一类是具有石榴石磁性结构，化学式为R3Fe5O12的铁氧体，（R：稀土 元素）。微波器件，比尖晶石结构铁氧体的饱和磁化强度低。在非磁 性基片上外延生长薄膜石榴石铁氧体做为磁泡记忆材料。
磁滞损耗：
磁滞回线包围的面积表征一个磁化 周期内，以热的形式所消耗的功。
在交变场中每秒内的磁滞损耗 （功率）为：
8.2 交变磁场作用下的能量损耗
涡流损耗：
当铁磁材料进行交变磁化时，铁磁导体内的磁通量也将发生相应变化，根据电 磁感应定律，这种变化将在铁磁导体内产生垂直于磁通量的环形感应电流---“涡流 ”。
硬磁材料三个高的磁性能指标，高矫顽力Hc，高剩磁Br，最大 磁积能(BH)m。
简答题
静态磁滞回线与交流磁滞回线有哪些区别 ，它们之间的关系是什么？
交变磁场下的能量损耗来自哪几个方面？ 它们都是什么引起的？
ຫໍສະໝຸດ Baidu
8.1 交流磁化过程和交流回线
磁化曲线和交流回线
当交流幅值磁场强度增大到饱和磁场强
度Hs，交流回线的面积不再增加。对应的回
线称为极限交流回线。
材料的饱和磁感应强度Bs和交流剩余磁 感Br与静态磁滞回线相同。
进而确定动态参量最初幅值磁导率ai ， 最大幅值磁导率am ，以及Bra和Hca 。
Bra Hca
Hm
8.1 交流磁化过程和交流回线
不同频率的磁化曲线 尽管静态、动态磁滞回线形状相同，但动态磁滞回线有以下特点：
交流回线形状除与磁场强度有关外, 还与磁场变化的频率f 和波形有关
频率一定, 交流幅值磁场强度不断减少时, 交流回线逐渐趋于成椭圆形状
频率升高,呈现椭圆回线的磁场强度的范围会扩大, Bra/Bm 会升高
能量损耗
铁芯品质因子Q降低
高频条件下必须考虑磁芯的品质因子问题。
8.1 交流磁化过程和交流回线
磁化曲线和交流回线
交流磁化过程中，由于磁场强度是周期性 变化的，所以磁感应强度B也周期性变化。
变化一周构成的曲线称为交流磁滞回线。
若交流幅值磁场强度Hm不同，则有不
同的交流回线，交流回线的定点的轨迹就
是交流磁化曲线或Bm-Hm曲线。 Bm为幅值磁感应强度。
8.4 磁导率减落及磁共振损耗
铁磁材料即使完全退火，放于无机械和热干扰的环境中，其起始磁 导率也会随时间的推移而下降，最终达到稳定值。 如Mn-Zn铁氧体受磁场作用或机械冲击后，起始磁导率随时间发生降 落，称为 “磁导率减落”。
减落系数：
退磁态为亚稳态 — 离子扩散到平衡的过程 Mn-Zn铁氧体磁导率减落曲线