永磁材料及磁路基础

29
30
应用比磁导
31
4 永磁体的最佳工作点 在设计永磁电机时，为了充分利用永磁
料，缩小永磁体和整个电机的尺寸，应该力 求用最小的永磁体体积在气隙中建立且有最 大磁能的磁场。
32
4．1 最大磁能的永磁体最佳工作点
33
34
4．2 最大有效磁能的永磁体最佳工作点
则具有最大有效磁能的永磁体最 佳工作点的标么值
1
在永磁电机内部实际存在的是多种形式的三维交变电磁 场，要想准确地弄清它在空间的分布情况和随时间的变化规 律，从而求出电机的动稳态性能比较困难。随着计算机技术 和电磁场数值解法的迅速发展，目前在某些场合己开始用直 接求解电磁场的方法来分析磁场分布和永磁电机的性能。
2
为了简化分析计算，目前在许多工程问 题中仍常采用“场化路”的方法，将空间实 际存在的不均匀分布的磁场转化成等效的多 段磁路，并近似认为在每段磁路中磁通沿截 面和长度均匀分布，将磁场的计算转化为磁 路的计算，然后用各种系数来进行修正，使 各段磁路的磁位差等于磁场中对应点之间的 磁位差。这样可以大大减少计算所需的时间， 在方案估算、初始方案设计和类似结构的方 案比较时更为实用。在积累了一定的经验， 取得各种实际的修正系数后，其计算精度可 以满足工程实际的需要。
39
下面以隐极永磁同步电机为例，运用前 面介绍的磁路计算方法和概念，具体推导计 算永磁体体积的公式。 永磁同步发电机的额定容量(kVA)
40
41
42
可以看出：
43
44
45
46
21
22
23
2.3 解析法的应用 以上为了推导过程简洁，是从退磁曲线为直线、回复线与退磁曲线
重合的稀土木磁材料这一特例着手的。实际上，上述推导结果可以推广 应用于所有永磁材料。研究实践表明，在永磁电机运行时，永磁体工作 点是变化的，直接决定永磁体的磁密与场强关系的是回复线。或者说， 永磁体在电机内的基本工作曲线是回复线，并不是退磁曲线。而所有永 磁材料的回复线部近似认为是直线，区别在于它们并不都象稀土永磁那 样在第二象限内全部是直线，而是在退磁场强超过一定值后出现拐点； 而且，采用不同的稳磁处理引起起始点P的位置不同，导致回复线与纵轴 的交点随之改变；这些增加了分析计算的复杂性。经过分析研究可知， 只要针对不同情况进行处理，仍可应用上述方法。

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）。

开关电源中的磁性材料
➢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）