永磁材料及磁路基础资料
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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)。
永磁体基本性能参数永磁材料:永磁材料被外加磁场磁化后磁性不消失,可对外部空间提供稳定磁场。
钕铁硼永磁体常用的衡量指标有以下四种:剩磁(Br)单位为特斯拉(T)和高斯(G)1G=0.0001T将一个磁体在闭路环境下被外磁场充磁到技术饱和后撤消外磁场,此时磁体表现的磁感应强度我们称之为剩磁。
它表示磁体所能提供的最大的磁通值。
从退磁曲线上可见,它对应于气隙为零时的情况,故在实际磁路中磁体的磁感应强度都小于剩磁。
钕铁硼是现今发现的Br最高的实用永磁材料。
磁感矫顽力(Hcb)单位是安/米(A/m)和奥斯特(Oe)或1Oe≈79.6A/m处于技术饱和磁化后的磁体在被反向充磁时,使磁感应强度降为零所需反向磁场强度的值称之为磁感矫顽力(Hcb)。
但此时磁体的磁化强度并不为零,只是所加的反向磁场与磁体的磁化强度作用相互抵消。
(对外磁感应强度表现为零)此时若撤消外磁场,磁体仍具有一定的磁性能。
钕铁硼的矫顽力一般是11000Oe以上。
内禀矫顽力(Hcj)单位是安/米(A/m)和奥斯特(Oe)1Oe≈79.6A/m使磁体的磁化强度降为零所需施加的反向磁场强度,我们称之为内禀矫顽力。
内禀矫顽力是衡量磁体抗退磁能力的一个物理量,如果外加的磁场等于磁体的内禀矫顽力,磁体的磁性将会基本消除。
钕铁硼的Hcj会随着温度的升高而降低所以需要工作在高温环境下时应该选择高Hcj的牌号。
磁能积(BH)单位为焦/米3(J/m3)或高奥(GOe)1MGOe≈7.96kJ/m3退磁曲线上任何一点的B和H的乘积既BH我们称为磁能积,而B某H的最大值称之为最大磁能积(BH)ma某。
磁能积是恒量磁体所储存能量大小的重要参数之一,(BH)ma某越大说明磁体蕴含的磁能量越大。
设计磁路时要尽可能使磁体的工作点处在最大磁能积所对应的B和H附近。
各向同性磁体:任何方向磁性能都相同的磁体。
各向异性磁体:不同方向上磁性能会有不同;且存在一个方向,在该方向取向时所得磁性能最高的磁体。
初中物理磁学知识点梳理物理学是一门研究物质和能量之间相互作用的科学,而磁学则是物理学中一个重要的分支。
在初中物理学习中,磁学知识点是必须重点掌握的内容。
下面将对初中物理磁学知识点进行梳理,分为磁性材料、磁场、电磁感应和电磁线圈四个部分进行介绍。
一、磁性材料磁性材料是指能够产生磁场或被磁场所吸引的物质。
常见的磁性材料有铁、镍和钴等。
磁性材料可以分为永磁材料和临时磁性材料两类。
1. 永磁材料永磁材料是指在外部磁场的作用下,其自身能够保持磁性的材料。
永磁材料可以产生持久磁场,并具有很强的磁性。
常见的永磁材料有铁氧体、钕铁硼和钴硅钴等。
2. 临时磁性材料临时磁性材料是指在外部磁场的作用下,其自身能够显示出磁性,但在去掉外部磁场后会失去磁性的材料。
常见的临时磁性材料有铁、镍和钴等。
二、磁场磁场是指物体周围存在的磁性力场。
在磁场中,对磁性物体具有吸引或排斥力。
磁场可以根据磁力线的性质分为均匀磁场和非均匀磁场两类。
1. 均匀磁场均匀磁场是指磁场中磁感应强度大小方向均相同的磁场。
在均匀磁场中,磁力线是平行且间距相等的。
在均匀磁场中,通过一个理想的磁针可以找到磁场的方向。
2. 非均匀磁场非均匀磁场是指磁场中磁感应强度大小或方向不均匀的磁场。
在非均匀磁场中,磁力线会有变化,磁力线的间距不等。
三、电磁感应电磁感应是指通过改变磁场中磁感应强度的大小或方向,产生感应电流的现象。
电磁感应有三种方式,即电磁感应定律、发电机和电磁铁。
1. 电磁感应定律电磁感应定律是描述电磁感应现象的定律。
根据法拉第电磁感应定律,当导体中的磁感应强度发生变化时,导体的两端会产生感应电动势。
感应电动势的大小与磁感应强度的变化率成正比。
2. 发电机发电机是一种利用电磁感应产生电能的装置。
它通过旋转一个导电线圈或磁体,在磁场中产生感应电动势,从而产生电流。
发电机是现代发电的重要设备之一。
3. 电磁铁电磁铁是一种利用电磁感应产生磁场的装置。
当通过导线通电时,导线周围会产生磁场,形成一个临时的磁铁。
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。