第一讲 永磁材料及其应用 第一讲 永磁材料及其应用 永磁电机的结构特点之一就是磁极由永磁材料组成 永磁电机的结构特点之一就是磁极由永磁材料组成 永磁材料磁性能的优劣，将直接影响永磁电机的磁路尺寸、电机体积及其功能指标和运行特性 永磁材料磁性能的优劣，将直接影响永磁电机的磁路尺寸、电机体积及其功能指标和运行特性 一、磁化曲线 一、磁化曲线 在非铁磁材料中，磁通密度在非铁磁材料中，磁通密度 B 与磁场强度与磁场强度 H 成正比，即 成正比，即 B = μ0 H （1-1）（1-1） 式中，式中，μ0 — 真空磁导率— 真空磁导率μ0 = 4 π × ×10 -7 H／／m 亨／米亨／米 B与与H呈线性关系呈线性关系 铁磁材料的磁通密度 （即磁感应强度） 铁磁材料的磁通密度 （即磁感应强度） B 与磁场强度与磁场强度 H 呈非线性关系，呈非线性关系，即即 B =f ( (H)是一条曲线，称)是一条曲线，称磁化曲线磁化曲线，如下图所示如下图所示 铁磁材料的磁化曲线可以通过试验测得 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 试验可见，将一块尚未磁化的铁磁 材料进行磁化，材料进行磁化，H 由零上升到某一最大 由零上升到某一最大 值值Hm时，时， B值是沿着磁化曲线值是沿着磁化曲线 0 a上 上 升至升至a点，对应的磁通密度最大值为点，对应的磁通密度最大值为BBm 如右图所示 如右图所示 曲线曲线 0 a称为称为起始磁化曲线起始磁化曲线 当当H由由Hm下降到零时，下降到零时，B并不点是沿着 并不点是沿着 a0 下降，而是沿着另一条下降，而是沿着另一条 abcd 线下降当线下降当 H由零变化到－由零变化到－Hm（即由（即由b点变化到点变化到d点）时， 点）时， 即进行即进行反向磁化反向磁化时，时，B 沿着曲线沿着曲线 bcd 变化 当当H由－由－Hm回升到回升到Hm时，时，B沿着曲线 沿着曲线 defa 变化 如此，将铁磁材料磁化一个循环，得到 如此，将铁磁材料磁化一个循环，得到 一个闭合回线一个闭合回线 abcdefa， 称为铁磁材料的 ， 称为铁磁材料的 磁滞回线磁滞回线 不同的铁磁材料有不同的磁滞回线 不同的铁磁材料有不同的磁滞回线 由右图可见， 由右图可见，B 的变化滞后于的变化滞后于 H 的变化。
的变化 当当 H 下降为零时，下降为零时，B 值不为零而为某一 值不为零而为某一 数值数值BBr，这种现象称，这种现象称磁滞性磁滞性，，BrB称作称作剩余磁 剩余磁 感应强度感应强度（即（即剩磁磁密剩磁磁密） ，单位为） ，单位为 T（特斯拉（特斯拉）） 要使要使B值由值由BBr减至减至 0 值，必须加上一个 值，必须加上一个 相应的反向外磁场，该反向磁场强度称为相应的反向外磁场，该反向磁场强度称为矫顽力矫顽力，以，以Hc表示，单位为表示，单位为A/ /m（安/米）（安/米），如 ，如 右图中右图中c c点所示 点所示 BBr和和Hc是铁磁材料的两个重要参数 是铁磁材料的两个重要参数 永磁材料对于同一铁磁材料，以不同的磁场强度对于同一铁磁材料，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 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 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 将各磁滞回线的顶点连接起来，所得的一条 曲线称为曲线称为基本磁化曲线基本磁化曲线或称或称平均磁化曲线平均磁化曲线 基本磁化曲线基本磁化曲线 与 与 起始磁化曲线起始磁化曲线 不是同一条 不是同一条曲线，但二者差别不大。
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直流磁路计算时所用的磁化曲线都是基本 基本 磁化曲线磁化曲线 在交流磁路中，由于励磁电流是交流，因此 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 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， 每一瞬时仍与直流磁路一样就瞬时值而言， 通常可使用相同的通常可使用相同的基本磁化曲线基本磁化曲线 二、永磁材料的去二、永磁材料的去（退）（退）磁曲线和主要参数 磁曲线和主要参数 1．永磁材料的去．永磁材料的去（退）（退）磁曲线 磁曲线 右图中，在第二象限的右图中，在第二象限的bcbc段称为段称为去磁曲线去磁曲线它表示永磁材料被完全磁化后无外励磁时的 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，故永磁材料在一般的应用中无外励磁，故去磁 去磁 曲线曲线是表示永磁材料特性的主要特性曲线是表示永磁材料特性的主要特性曲线 永磁材料由于去由于去（退）（退）磁曲线中，永磁体的磁通密度 磁曲线中，永磁体的磁通密度 （即磁感应强度）（即磁感应强度） BBm为正值，磁场强度为负值，两为正值，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 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）（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 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|质的磁场强度，磁场强度的绝对值|H|越大，磁感应强度|越大，磁感应强度 B 就越小为表述方便，通常取为表述方便，通常取 H 的绝对值，把的绝对值，把 H 轴的正方向改变，即负轴改为正轴 轴的正方向改变，即负轴改为正轴 2．内禀去．内禀去（退）（退）磁曲线 磁曲线 （一）内禀磁感应强度内禀磁感应强度BBi （又称（又称磁极化强度磁极化强度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 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 禀磁感应强度禀磁感应强度BBi，又称磁极化强度，又称磁极化强度J J = μ0 M （1-2）（1-2） 式中，式中，M — 磁化强度， — 磁化强度，A／／m 在磁性材料中 在磁性材料中 B = μ0 M ＋ ＋ μ0 H （1-3）（1-3） 在均匀的磁性材料中在均匀的磁性材料中，，式（1-3）式（1-3）的矢量和可写成代数和的矢量和可写成代数和 B = μ0 M ＋ ＋ μ0 H （1-4）（1-4） 永磁材料BBi = μ0 M = B － － μ0 H （1-5）（1-5） 若退磁曲线中磁场强度若退磁曲线中磁场强度 H 取绝对值，则取绝对值，则式（1-5）式（1-5）可写成可写成 BBi = B ＋ ＋ μ0 H （1-6）（1-6） （二）内禀退磁曲线内禀退磁曲线 （又称 （又称内禀曲线内禀曲线）） 描述内禀磁感应强度描述内禀磁感应强度BBi( (J )与磁场强度)与磁场强度H关系的曲线关系的曲线BiB= f (H) 是表征永磁材料内在磁性能的曲线，称为是表征永磁材料内在磁性能的曲线，称为内禀退磁曲线内禀退磁曲线，简称，简称内禀 内禀 曲线曲线。
内禀退磁曲线及与退磁曲线的关系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 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 为零时,相应的磁场强度值称为 内禀矫顽力内禀矫顽力HcJ ( (单位：单位：A／／m) 内禀矫顽力内禀矫顽力HcJ的值反映永磁材料抗去磁能力的大小，是表征稀土永 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磁抗去磁能力强弱的一个重要参数 ●●●● 内禀退磁曲线的矩形度 内禀退磁曲线的矩形度 HK／／HcJ越大，磁性能越稳定 越大，磁性能越稳定 HK( (单位：单位：A／／m)为内禀退磁 )为内禀退磁 曲线上当曲线上当BBi= 0. .9BrB时所对应退磁 时所对应退磁 磁场强度值磁场强度值 HK应为稀土永磁材料必测参数之一应为稀土永磁材料必测参数之一 3．永磁材料的主要参数 ．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 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 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。
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 ● 饱和磁场强度 Hm● 剩余磁感应强度● 剩余磁感应强度BBr和矫顽力和矫顽力Hc● 磁导率和回复曲线 ● 磁导率和回复曲线 ● 磁能积和最大磁能积 ● 磁能积和最大磁能积 （一）饱和磁场强度（一）饱和磁场强度 Hm在磁钢磁化过程中，使其磁感应强度在磁钢磁化过程中，使其磁感应强度 B 达到饱和值达到饱和值BBm 的磁场强度称为的磁场强度称为饱和磁场强 饱和磁场强 度度Hm 应当特别指出，磁钢充磁时应完全磁化，即充磁磁场强度应当特别指出，磁钢充磁时应完全磁化，即充磁磁场强度H 应达到应达到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优磁性能若充磁磁场强度若充磁磁场强度H 值低于值低于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，磁钢所表示出的磁性能也低，因而不能充分利用该磁性材料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，磁钢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，在制造永磁电机时，应知道所用磁性材料的由此可见，在制造永磁电机时，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 值，在充磁过程中务必达到甚至超过它 （二）剩余磁感应强度（二）剩余磁感应强度BBr和矫顽力和矫顽力Hc ( ( ( (1 1) ) ) 剩余磁感应强度) 剩余磁感应强度BBr●●●● 磁滞回线与纵坐标的交点，即去磁曲线 磁滞回线与纵坐标的交点，即去磁曲线 的起始点的起始点 b 点的点的 B 值，叫做值，叫做剩余磁感应强度剩余磁感应强度，，用用BBr 来表示 来表示 它是永久磁钢两端磁路的磁阻可以忽略 它是永久磁钢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 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钢中的磁感应强度值短路条件下存在于磁钢中的磁感应强度值 ( ( ( (2 2) ) ) 剩余磁感应强度) 剩余磁感应强度BBr●●●●在负向外加磁场的作用下，磁钢中的磁感 在负向外加磁场的作用下，磁钢中的磁感 应强度应强度 B 随着去磁磁场增大而减小使磁钢 随着去磁磁场增大而减小使磁钢 中的磁感应强度中的磁感应强度 B 达到零所需的去磁磁场强度，达到零所需的去磁磁场强度，成为成为磁感应矫顽力磁感应矫顽力Hc（简称矫顽力）（简称矫顽力） ，如图中 ，如图中 的的 c 点。
点 （三）磁导率和回复曲线（三）磁导率和回复曲线 （（1）磁导率 ）磁导率 ●●●● 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 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 和和 H 的增量之比，。