大型铁硅铝磁芯以及不同材料磁芯比较

磁性材料的分类以及特点一、带绕铁芯硅钢片是一种合金，在纯铁中加入少量的硅（一般在4.5%以下）形成的铁硅系合金称为硅钢该类铁芯具有最高的饱和磁感应强度值为12000高斯; 由于它们具有较好的磁电性能，又易于大批生产，价格便宜，机械应力影响小等优点，在电力电子行业中获得极为广泛的应用，如电力变压器、配电变压器、电流互感器等铁芯。

是软磁材料中产量和使用量最大的材料。

也是电源变压器用磁性材料中用量最大的材料。

特别是在低频、大功率下最为适用。

常用的有冷轧硅钢薄板DG3、冷轧无取向电工钢带DW、冷轧取向电工钢带DQ，适用于各类电子系统、家用电器中的中、小功率低频变压器和扼流圈、电抗器、电感器铁芯，这类合金韧性好，可以冲片、切割等加工，铁芯有叠片式及卷绕式。

但高频下损耗急剧增加，一般使用频率不超过400Hz。

从应用角度看，对硅钢的选择要考虑两方面的因素：磁性和成本。

对小型电机、电抗器和继电器，可选纯铁或低硅钢片；对于大型电机，可选高硅热轧硅钢片、单取向或无取向冷轧硅钢片；对变压器常选用单取向冷轧硅钢片。

在工频下使用时，常用带材的厚度为0.2~0.35 毫米；在400Hz 下使用时，常选0.1 毫米厚度为宜。

厚度越薄，价格越高。

2、坡莫合金坡莫合金常指铁镍系合金，镍含量在30~90%范围内。

是应用非常广泛的软磁合金。

通过适当的工艺，可以有效地控制磁性能，比如超过十万的初始磁导率、超过一百万的最大磁导率、低到千分之二奥斯特的矫顽力、接近1 或接近零的矩形系数，具有面心立方晶体结构的坡莫合金具有很好的塑性，可以加工成1 微米的超薄带及各种使用形态。

常用的合金有1J50、1J79、1J85等。

1J50 的饱和磁感应强度比硅钢稍低一些，但磁导率比硅钢高几十倍，铁损也比硅钢低2~3倍。

做成较高频率(400~8000Hz)的变压器，空载电流小，适合制作100 瓦以下小型较高频率变压器。

1J79 具有好的综合性能，适用于高频低电压变压器，漏电保护开关铁芯、共模电感铁芯及电流互感器铁芯。

钢片铁芯、坡莫合金、非晶及纳米晶软磁合金一.磁性材料的基本特性. 磁性材料的磁化曲线性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的，在外加磁场H 作用下，必有相应的磁化强度M 或磁感应强度B，它们随磁场强度H 的变化曲线称为磁化曲线（M～H或B～H 曲线）。

磁化曲线一般来说是非线性的，具有2个特点：磁饱和现象及磁滞现象。

即当磁场强度H足够大时，磁化强度M达到一个确定的饱和值Ms，继续增大H，Ms保持不变；以及当材料的M值达到饱和后，外磁场H降低为零时，M并不恢复为零，而是沿MsMr曲线变化。

材料的工作状态相当于M～H曲线或B～H曲线上的某一点，该点常称为工作点。

. 软磁材料的常用磁性能参数和磁感应强度Bs：其大小取决于材料的成分，它所对应的物理状态是材料内部的磁化矢量整齐排列。

余磁感应强度Br：是磁滞回线上的特征参数，H回到0时的B值。

形比：Br∕Bs顽力Hc：是表示材料磁化难易程度的量，取决于材料的成分及缺陷（杂质、应力等）。

导率μ：是磁滞回线上任何点所对应的B与H的比值，与器件工作状态密切相关。

始磁导率μi、最大磁导率μm、微分磁导率μd、振幅磁导率μa、有效磁导率μe、脉冲磁导率μp。

里温度Tc：铁磁物质的磁化强度随温度升高而下降，达到某一温度时，自发磁化消失，转变为顺磁性，该临界温度为居里温度。

它确定了磁性器件工作的上限温度。

耗P：磁滞损耗Ph及涡流损耗Pe P = Ph + Pe = af + bf2+ c Pe ∝f2 t2 / ，ρ 降低，滞损耗Ph的方法是降低矫顽力Hc；降低涡流损耗Pe 的方法是减薄磁性材料的厚度t 及提高材料的电阻率ρ。

在自由静止空气中磁芯的损耗与磁芯的温升关系为：功率耗散（mW）/表面积（cm2）. 软磁材料的磁性参数与器件的电气参数之间的转换设计软磁器件时，首先要根据电路的要求确定器件的电压～电流特性。

器件的电压～电流特性与磁芯的几何形状及磁化状态密切相关。

设计者必须熟悉材料的磁化过程并拿握材料的磁性参数与器件电气参数的转换关系。

常用磁芯材料（一）粉芯类1.磁粉芯可以隔绝涡流，材料适用于较高频率；材料具有低导磁率及恒导磁特性，磁导率随频率的变化也就较为稳定。

主要用于高频电感。

常用的磁粉芯有铁粉芯、坡莫合金粉芯及铁硅铝粉芯三种。

(1).铁粉芯在粉芯中价格最低。

磁导率范围从22~100; 初始磁导率me随频率的变化稳定性好；直流电流叠加性能好；但高频下损耗高。

(2).坡莫合金粉芯坡莫合金粉芯主要有钼坡莫合金粉芯(MPP)及高磁通量粉芯MPP主要特点是:磁导率范围大，14~550;在粉末磁芯中具有最低的损耗；温度稳定性极佳，在不同的频率下工作时无噪声产生。

粉芯中价格最贵。

高磁通粉芯主要特点是:磁导率范围从14~160;在粉末磁芯中具有最高的磁感应强度，最高的直流偏压能力；磁芯体积小。

价格低于MPP。

(3).铁硅铝粉芯铁硅铝粉芯主要是替代铁粉芯，损耗比铁粉芯低80%，可在8KHz以上频率下使用；导磁率从26~125；在不同的频率下工作时无噪声产生；具有最佳的性能价格比。

主要应用于交流电感、输出电感、线路滤波器、功率因素校正电路等。

2. 软磁铁氧体软磁铁氧体是以Fe2O3为主成分的亚铁磁性氧化物。

有Mn-Zn、Cu-Zn、Ni-Zn等几类，其中Mn-Zn铁氧体的产量和用量最大，Mn-Zn铁氧体的电阻率低，一般在100KHZ以下的频率使用。

Cu-Zn、Ni-Zn铁氧体在100kHz～10兆赫的无线电频段的损耗小。

由于软磁铁氧体不使用镍等稀缺材料也能得到高磁导率，粉末冶金方法又适宜于大批量生产，因此成本低，又因为是烧结物硬度大、对应力不敏感，在应用上很方便。

而且磁导率随频率的变化特性稳定，在150kHz以下基本保持不变。

随着软磁铁氧体的出现，磁粉芯的生产大大减少了，很多原来使用磁粉芯的地方均被软磁铁氧体所代替。

综上所述，可以选择Mn-Zn铁氧体作为磁芯的材料。

轴套材料选择轴套材料主要有金属和非金属两种，若使用塑料材料，一方面，塑料轴套耐酸、碱、腐蚀，另一方面机械强度也不错，具有良好的耐磨性、耐热性、耐油性。

不同大小铁硅铝磁环铁硅铝磁环是一种常见的磁性材料，具有广泛的应用领域。

不同大小的铁硅铝磁环在磁性能、功率损耗等方面有一定的差异，下面将分别介绍它们的特点和应用。

一、小型铁硅铝磁环小型铁硅铝磁环是指直径在几毫米至数十毫米之间的磁环。

它具有以下特点：1. 高磁导率：小型铁硅铝磁环的磁导率较高，可以有效地集中磁场线，提高磁感应强度。

2. 低矫顽力：小型铁硅铝磁环的矫顽力较低，即在外加磁场作用下容易磁化，具有良好的磁导性能。

3. 低功率损耗：小型铁硅铝磁环由于材料的导磁性好，磁化和退磁过程中的能量损耗较小，因此功率损耗较低。

4. 应用领域：由于小型铁硅铝磁环具有较小的体积和较高的磁导率，常被应用于微型电子设备、通信设备等领域。

二、中型铁硅铝磁环中型铁硅铝磁环指的是直径在几十毫米至数百毫米之间的磁环。

它具有以下特点：1. 中等磁导率：中型铁硅铝磁环的磁导率适中，能够在一定程度上集中磁场线，提高磁感应强度。

2. 适中矫顽力：中型铁硅铝磁环的矫顽力适中，即在外加磁场作用下较容易磁化，具有良好的磁导性能。

3. 较低功率损耗：中型铁硅铝磁环的功率损耗较小，能够有效地降低能量转化过程中的能量损耗。

4. 应用领域：中型铁硅铝磁环常被应用于电力电子设备、变压器、电感器等领域。

三、大型铁硅铝磁环大型铁硅铝磁环指的是直径在数百毫米以上的磁环。

它具有以下特点：1. 低磁导率：大型铁硅铝磁环的磁导率较低，难以集中磁场线，磁感应强度相对较低。

2. 高矫顽力：大型铁硅铝磁环的矫顽力较高，即在外加磁场作用下难以磁化，具有较强的磁导阻性能。

3. 较高功率损耗：大型铁硅铝磁环的功率损耗较大，能量转化过程中的能量损耗较高。

4. 应用领域：大型铁硅铝磁环常被应用于电力工程、电机制造、电磁铁等领域。

不同大小的铁硅铝磁环具有不同的特点和应用。

小型铁硅铝磁环适用于微型电子设备、通信设备等领域；中型铁硅铝磁环适用于电力电子设备、变压器、电感器等领域；大型铁硅铝磁环适用于电力工程、电机制造、电磁铁等领域。

粉芯类（磁粉芯铁粉芯坡莫合金粉芯铁硅铝粉芯）特点及应用[ 大比特论坛]粉芯类（磁粉芯|铁粉芯|坡莫合金粉芯|铁硅铝粉芯）特点及应用（一）粉芯类1. 磁粉芯磁粉芯是由铁磁性粉粒与绝缘介质混合压制而成的一种软磁材料。

由于铁磁性颗粒很小（高频下使用的为0.5〜5微米），又被非磁性电绝缘膜物质隔开，因此，一方面可以隔绝涡流，材料适用于较高频率；另一方面由于颗粒之间的间隙效应，导致材料具有低导磁率及恒导磁特性；又由于颗粒尺寸小，基本上不发生集肤现象，磁导率随频率的变化也就较为稳定。

主要用于高频电感。

磁粉芯的磁电性能主要取决于粉粒材料的导磁率、粉粒的大小和形状、它们的填充系数、绝缘介质的含量、成型压力及热处理工艺等。

常用的磁粉芯有铁粉芯、坡莫合金粉芯及铁硅铝粉芯三种。

磁芯的有效磁导率卩e及电感的计算公式为：卩e = DL/4N2S ?109其中： D 为磁芯平均直径（cm），L 为电感量（享），N 为绕线匝数，S 为磁芯有效截面积( cm2)。

(1) 铁粉芯常用铁粉芯是由碳基铁磁粉及树脂碳基铁磁粉构成。

在粉芯中价格最低。

饱和磁感应强度值在1.4T 左右；磁导率范围从22〜100;初始磁导率卩i随频率的变化稳定性好；直流电流叠加性能好；但高频下损耗高。

铁粉芯初始磁导率随直流磁场强度的变化铁粉芯初始磁导率随频率的变化(2) . 坡莫合金粉芯坡莫合金粉芯主要有钼坡莫合金粉芯( MPP)及高磁通量粉芯(High Flux )。

MPP是由81%Ni 、2%Mo 及Fe 粉构成。

主要特点是：饱和磁感应强度值在7500Gs 左右；磁导率范围大，从14〜550；在粉末磁芯中具有最低的损耗；温度稳定性极佳，广泛用于太空设备、露天设备等；磁致伸缩系数接近零，在不同的频率下工作时无噪声产生。

主要应用于300kHz 以下的高品质因素Q 滤波器、感应负载线圈、谐振电路、在对温度稳定性要求高的LC 电路上常用、输出电感、功率因素补偿电路等, 在AC 电路中常用, 粉芯中价格最贵。

PREPARED BY 林平长REPORT DATE: 2008-01-25SUBJECT主题金属磁粉芯简介目录第1章磁性材料简介 (2)第2章金属磁粉芯的历史 (5)第3章金属磁粉芯的特性 (6)第4章金属磁粉芯与铁氧体的比较 (8)第5章金属磁粉芯的损耗模型 (9)第6章金属磁粉芯的重要制造商 (14)第7章铁粉芯的老化 (16)第8章铁硅磁粉芯简介 (17)第9章节能时代的铁硅铝磁粉芯 (19)PREPARED BY 林平长REPORT DATE: 2008-01-25SUBJECT主题金属磁粉芯简介第1章磁性材料简介1831 年，法拉第证实了电磁感应现象的存在。

此后，麦克斯韦（Maxwell）通过方程组的揭示了电与磁之间的内在联系。

麦克斯韦方程组构成了一切电磁感应应用的数理基础，而电磁感应这一自然法则，也构成了磁性材料实际应用之工作机理。

磁性材料的应用广泛，从CRT 电视到平板电视（LCD TV、 PDPTV），从有线模拟通信系统到无线数据通信系统，从传统电机到音圈电机，从传统喇叭到高档音响，无不需要磁性材料。

图1展示了磁性材料经典的B-H曲线。

通常，磁性材料有以下三大应用场合。

第一场合，能量形式的转换。

发电装置采用磁材的目的在于将机械能转换为电能，电机马达（含 VCM 电机）和喇叭音响采用磁材的目的在于将电能转换为机械能。

在能量转换场合下，多采用永磁材料。

第二场合，电流参数的变换。

对于电子类产品而言，不同的电流参数如电压、频率和相位均表征了不同的信号内容，故需要进行频繁的参数变换。

这种变换，多是通过LC 振荡回路实现，L 即电感，而软磁材料即L 的主要构成部分。

这也正是软磁材料在IT 领域得到广泛运用的原因所在。

第三场合，提供强大的恒定磁场。

此场合的民用领域主要是MRI 核磁共振仪。

MRI 的基本原理在于利用强大的外加磁场与人体的氢原子产生核磁共振，通过计算机将此核磁共振信号形成人体内部组织之形态图像，从而达到医疗诊断的目的。

四种金属磁粉心性能和价格对比金属磁粉心与铁氧体材料应用对比材料典型频率范围（Hz）工作温度范围（℃）尺寸类型极限功率容量价格优（劣）特性MnZn铁氧体NiZn铁氧体10k～1M50k～1G-55～150-55～150Gu、环、E等极限尺寸为500cm3Gu、环、E等极限尺寸为250cm3低低低中高磁导率、高频低损耗（饱和磁通密度低）适中的磁导率和高频低损耗（饱和磁通密度低）高磁导率铁粉心中磁导率铁粉心低磁导率铁粉心—25k～1M1M～1G—-55～125-55～125—极限尺寸为350cm3极限尺寸为350cm3—中中—低低（高损耗，低磁导率）低损耗，良好的稳定性（磁导率低）低损耗，良好的稳定性（磁导率低）铁镍钼磁粉心铁镍50磁粉心铁硅铝磁粉心5k～200k5k～50k5k～200k-55～200-55～200-55～200环型极限外径到φ63.5mm环型极限外径到φ63.5mm环型极限外径到φ63.5mm中中中高高中非常稳定(低的磁导率限定该材料只能用到单端反激变压器上)非常稳定、高BS(低的磁导率限定该材料只能用到单端反激变压器上)非常稳定、高BS(低的磁导率限定该材料只能用到单端反激变压器上)材料典型频率范围（Hz）工作温度范围（℃）尺寸类型极限功率容量价格优（劣）特性MnZn铁氧体NiZn铁氧体1M～5M50k～1G-55～150-55～150大多为环、Gu和其他小类型环、Gu和其他小类型低低低中高磁导率、可调、高Q（稳定性很差）适合的磁导率、可调、在高频具有高Q值高磁导率铁粉心中磁导率铁粉心低磁导率铁粉心—1M～10M25k～1M—-55～125-55～125—极限尺寸为350cm3极限尺寸为350cm3—中中—中（高损耗）良好的稳定性低损耗，良好的稳定性（磁导率低）铁镍钼磁粉心铁镍50磁粉心铁硅铝磁粉心5k～200k——-55～200——环型极限外径到φ63.5mm——低——高——非常稳定(与铁氧体相比具有低的磁导率，低的Q值)——材料典型频率范围（Hz）工作温度范围（℃）尺寸类型极限功率容量价格优（劣）特性MnZn铁氧体NiZn铁氧体10k～5M50k～1G-55～150-55～150Gu、环、E等极限尺寸为500cm3Gu、环、E等极限尺寸为250cm3低中低中高磁导率、高频低损耗、可调（饱和磁通密度低，稳定性很差）适中的磁导率和高频低损耗、可调（饱和磁通密度低）高磁导率铁粉心中磁导率铁粉心低磁导率铁粉心1k～5050k～2M25k～1M-55～125-55～125-55～125环型极限外径到φ63.5mm极限尺寸为350cm3极限尺寸为350cm3高高高低低中高Bs、低价格（损耗高，磁导率低）低损耗，良好的稳定性（磁导率低）低损耗，良好的稳定性（磁导率低）铁镍钼磁粉心铁镍50磁粉心铁硅铝磁粉心DC～300kDC～100kDC～300k-55～200-55～200-55～200环型极限外径到φ63.5mm环型极限外径到φ63.5mm环型极限外径到φ63.5mm高极高高高高中非常稳定、高BS、低磁滞损耗，是金属磁粉心中损耗最低的低损耗、良好的稳定性（低的磁导率）低损耗、良好的稳定性（低的磁导率）材料典型频率范围（Hz）工作温度范围（℃）尺寸类型极限功率容量价格优（劣）特性MnZn铁氧体NiZn铁氧体10k～5M50k～1G-55～150-55～150Gu、环、E等极限尺寸为500cm3Gu、环、E等极限尺寸为250cm3低中低中高磁导率、高频低损耗、可调（饱和磁通密度低，稳定性很差）适中的磁导率和高频低损耗、可调（饱和磁通密度低）高磁导率铁粉心中磁导率铁粉心低磁导率铁粉心1k～5050k～2M25k～1M-55～125-55～125-55～125环型极限外径到φ63.5mm极限尺寸为350cm3极限尺寸为350cm3高高高低低中高Bs、低价格（损耗高，磁导率低）低损耗，良好的稳定性（磁导率低）低损耗，良好的稳定性（磁导率低）铁镍钼磁粉心铁镍50磁粉心铁硅铝磁粉心DC～300kDC～100kDC～300k-55～200-55～200-55～200环型极限外径到φ63.5mm环型极限外径到φ63.5mm环型极限外径到φ63.5mm高极高高高高中非常稳定、高BS、低磁滞损耗，是金属磁粉心中损耗最低的低损耗、良好的稳定性（低的磁导率）低损耗、良好的稳定性（低的磁导率）。

电感器磁芯材料性能比较表电感器磁芯材料性能比较表电感器磁芯材料性能比较表Iron Powder（纯）铁粉芯Hi-Flux高磁通磁粉芯Super-MSS铁硅铝磁粉芯MPP铁镍钼磁粉芯Ferrite铁氧体磁芯磁芯材料基本成分组成100%铁粉50%镍和50%铁合金粉85%铁9%硅和6%铝合金粉81%镍17%铁2%钼合金粉锰锌氧化物与铁氧化物的陶瓷状结合体气隙形式分布在磁芯内部分布在磁芯内部分布在磁芯内部分布在磁芯内部离散，单独的气隙开口气隙自身构成有机和无机粘合剂无机粘合剂无机粘合剂无机粘合剂空气直流偏磁场下，磁导率降低到50%时的直流偏磁场数值5600A/m(安/米)70Oe（奥斯特）9500A/m(安/米)120Oe（奥斯特）7200A/m(安/米)9Oe（奥斯特）8000A/m(安/米)10Oe（奥斯特）5600A/m(安/米)70Oe（奥斯特）典型磁芯损-在100 kHz,0.05Tesla特斯拉（500高斯）测试条件800(mW/cm3)260(mW/cm3)200(mW/cm3)120(mW/cm3)230(mW/cm3)典型磁导率变化百分比-在交流AC磁场从0-0.4特斯拉（0-4000高斯）+260%7%-20% -6% -磁导率范围3 到 10014 到 16026 到 12514 到 350由气隙开口尺寸决定典型磁芯损耗，在 50 kHz, 0.05 Tesla测试条件下 (mW/cm3) 330 (磁导率-75.)170(磁导率-125)80(磁导率-125)55(磁导率-125)由气隙开口尺寸决定居里温度(℃)750℃500℃600℃400℃200℃最大工作温度(℃)75-130℃130℃ 到200℃130℃到200℃磁芯形状环型或EX型等环型形状环型，E型，罐型等。

磁芯分为铁氧体磁芯和合金类磁芯铁氧体磁芯（常用的）：锰锌系列，镍锌系列根据变压器用途选磁芯：PQ功率磁芯：功率传输变压器，开关电源变压器，滤波电感器，宽频及脉冲变压器，转换电源变压器主要材质：TP3，TP4EP型高导磁芯：主要用于滤波器波形整理，消除杂波，使视频清晰或音频保真根据滤波器电感量大小：AL=（L/）*1000000（）（准确的说法是叫电感系数，他是为了便于开关电源的匝数引入的，(N*N=Lp/Al 其中N为线圈的匝数,Lp为线圈的电感量,Al为电感系数)一般手册上给的是1匝线圈的电感量,有的给出的是1000的电感量.1mH=1000uH 1uH=1nH ，nH(纳亨)磁芯结构的选择：选择时要尽量降低漏磁和漏感，增加线圈散热面积，有利于屏蔽，线圈绕线容易，装配接线方便。

不同磁芯对变压器的工作影响：常用的PQ和EP磁芯参数PQ型磁芯参数：特点：有10种形状构成系列供选用。

为高密度（定义）安装而设计的磁芯形状。

用途：开关电源用变压器，扼流圈等。

EP型磁芯参数：AP法选磁芯：令初次绕组的有效值电压为，初次线圈的匝数为，所选磁芯的交流磁通密度为，磁通量为，开关周期为T，开关频率为f，初次侧电流的波形系数是，磁芯有效横截面积为有关系式：==(1)考虑到=关系式之后波形系数：4*f fK k=(2)波形因数：rmsfaveUkU=(3)采用有效值，采用整流平均值（均绝值）正弦波的有效值为峰值的倍,整流平均值为峰值的倍可推导出：=(4)同理设次级绕组电压为，其绕组为，可得：=(5)设绕组的电流密度为J（400A/cm2），导线截面积为S=I/J，高频变压器的窗口利用系数为，初次绕组有效值电流分别为,，绕组面积被完全利用时：=+(6)=+(7)将（4）（5）整理进（7）后得：=(8)AP===(9)高频变压器的视在功率为初次绕组所承受的总功率，即S=。

因电源效率η=，最终得到：AP==() (10)=1.115D，=Z最后得到下式：AP==()对于反激式开关电源，值应介于0.2-0.3T之间，电流密度J一般取200-600A/，窗口利用面积Kw一般取0.3-0.4（实际时取的），为脉动系数，其值为原边侧电流斜坡中心值与峰值开关电流的比值。