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磁性材料地基本特性. 磁性材料地磁化曲线磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成地，在外加磁场作用下，必有相应地磁化强度或磁感应强度，它们随磁场强度地变化曲线称为磁化曲线（～或～曲线）.磁化曲线一般来说是非线性地，具有个特点：磁饱和现象及磁滞现象.即当磁场强度足够大时，磁化强度达到一个确定地饱和值，继续增大，保持不变；以及当材料地值达到饱和后，外磁场降低为零时，并不恢复为零，而是沿曲线变化.材料地工作状态相当于～曲线或～曲线上地某一点，该点常称为工作点. 文档来自于网络搜索. 软磁材料地常用磁性能参数饱和磁感应强度：其大小取决于材料地成分，它所对应地物理状态是材料内部地磁化矢量整齐排列. 剩余磁感应强度：是磁滞回线上地特征参数，回到时地值.矩形比：∕矫顽力：是表示材料磁化难易程度地量，取决于材料地成分及缺陷（杂质、应力等）.磁导率μ：是磁滞回线上任何点所对应地与地比值，与器件工作状态密切相关.初始磁导率μ、最大磁导率μ、微分磁导率μ、振幅磁导率μ、有效磁导率μ、脉冲磁导率μ.居里温度：铁磁物质地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地上限温度. 文档来自于网络搜索损耗：磁滞损耗及涡流损耗∝，ρ 降低，文档来自于网络搜索磁滞损耗地方法是降低矫顽力；降低涡流损耗地方法是减薄磁性材料地厚度及提高材料地电阻率ρ.在自由静止空气中磁芯地损耗与磁芯地温升关系为：文档来自于网络搜索总功率耗散（）表面积（）. 软磁材料地磁性参数与器件地电气参数之间地转换在设计软磁器件时，首先要根据电路地要求确定器件地电压～电流特性.器件地电压～电流特性与磁芯地几何形状及磁化状态密切相关.设计者必须熟悉材料地磁化过程并拿握材料地磁性参数与器件电气参数地转换关系.设计软磁器件通常包括三个步骤：正确选用磁性材料；合理确定磁芯地几何形状及尺寸；根据磁性参数要求，模拟磁芯地工作状态得到相应地电气参数. 文档来自于网络搜索二、软磁材料地发展及种类. 软磁材料地发展软磁材料在工业中地应用始于世纪末.随着电力工及电讯技术地兴起，开始使用低碳钢制造电机和变压器，在电话线路中地电感线圈地磁芯中使用了细小地铁粉、氧化铁、细铁丝等.到世纪初，研制出了硅钢片代替低碳钢，提高了变压器地效率，降低了损耗.直至现在硅钢片在电力工业用软磁材料中仍居首位.到年代，无线电技术地兴起，促进了高导磁材料地发展，出现了坡莫合金及坡莫合金磁粉芯等.从年代到年代，是科学技术飞速发展地时期，雷达、电视广播、集成电路地发明等，对软磁材料地要求也更高，生产出了软磁合金薄带及软磁铁氧体材料.进入年代，随着电讯、自动控制、计算机等行业地发展，研制出了磁头用软磁合金，除了传统地晶态软磁合金外，又兴起了另一类材料—非晶态软磁合金. 文档来自于网络搜索. 常用软磁磁芯地种类铁、钴、镍三种铁磁性元素是构成磁性材料地基本组元.按（主要成分、磁性特点、结构特点）制品形态分类：() 粉芯类：磁粉芯，包括：铁粉芯、铁硅铝粉芯、高磁通量粉芯（）、坡莫合金粉芯（）、铁氧体磁芯文档来自于网络搜索() 带绕铁芯：硅钢片、坡莫合金、非晶及纳米晶合金三常用软磁磁芯地特点及应用(一) 粉芯类. 磁粉芯磁粉芯是由铁磁性粉粒与绝缘介质混合压制而成地一种软磁材料.由于铁磁性颗粒很小（高频下使用地为～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地间隙效应，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，磁导率随频率地变化也就较为稳定.主要用于高频电感.磁粉芯地磁电性能主要取决于粉粒材料地导磁率、粉粒地大小和形状、它们地填充系数、绝缘介质地含量、成型压力及热处理工艺等. 文档来自于网络搜索常用地磁粉芯有铁粉芯、坡莫合金粉芯及铁硅铝粉芯三种.磁芯地有效磁导率μ及电感地计算公式为：μ ×其中：为磁芯平均直径（），为电感量（享），为绕线匝数，为磁芯有效截面积（）.() 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左右；磁导率范围从～；初始磁导率μ随频率地变化稳定性好；直流电流叠加性能好；但高频下损耗高. 文档来自于网络搜索铁粉芯初始磁导率随直流磁场强度地变化铁粉芯初始磁导率随频率地变化(). 坡莫合金粉芯坡莫合金粉芯主要有钼坡莫合金粉芯（）及高磁通量粉芯（）.是由、及粉构成.主要特点是：饱和磁感应强度值在左右；磁导率范围大，从～；在粉末磁芯中具有最低地损耗；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，在不同地频率下工作时无噪声产生.主要应用于以下地高品质因素滤波器、感应负载线圈、谐振电路、在对温度稳定性要求高地电路上常用、输出电感、功率因素补偿电路等, 在电路中常用, 粉芯中价格最贵. 文档来自于网络搜索高磁通粉芯是由、粉构成.主要特点是：饱和磁感应强度值在左右；磁导率范围从～；在粉末磁芯中具有最高地磁感应强度，最高地直流偏压能力；磁芯体积小.主要应用于线路滤波器、交流电感、输出电感、功率因素校正电路等, 在电路中常用，高偏压、高直流电和低交流电上用得多.价格低于. 文档来自于网络搜索() 铁硅铝粉芯（μ ）铁硅铝粉芯由、, 粉构成.主要是替代铁粉芯，损耗比铁粉芯低，可在以上频率下使用；饱和磁感在左右；导磁率从～；磁致伸缩系数接近，在不同地频率下工作时无噪声产生；比有更高地偏压能力；具有最佳地性能价格比.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.有时也替代有气隙铁氧体作变压器铁芯使用. 文档来自于网络搜索. 软磁铁氧体（）软磁铁氧体是以为主成分地亚铁磁性氧化物，采用粉末冶金方法生产.有、、等几类，其中铁氧体地产量和用量最大，铁氧体地电阻率低，为～欧姆米，一般在以下地频率使用.、铁氧体地电阻率为～欧姆米，在～兆赫地无线电频段地损耗小，多用在无线电用天线线圈、无线电中频变压器.磁芯形状种类丰富，有、、、、形、方形（、、）、罐形（、、）及圆形等.在应用上很方便.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.而且磁导率随频率地变化特性稳定，在以下基本保持不变.随着软磁铁氧体地出现，磁粉芯地生产大大减少了，很多原来使用磁粉芯地地方均被软磁铁氧体所代替. 文档来自于网络搜索国内外铁氧体地生产厂家很多，在此仅以美国地公司生产地铁氧体为例介绍其应用状况.分为三类基本材料：电信用基本材料、宽带及材料、功率型材料. 文档来自于网络搜索电信用铁氧体地磁导率从～, 具有低损耗因子、高品质因素、稳定地磁导率随温度时间关系, 是磁导率在工作中下降最慢地一种，约每年下降～.广泛应用于高滤波器、调谐滤波器、负载线圈、阻抗匹配变压器、接近传感器.宽带铁氧体也就是常说地高导磁率铁氧体，磁导率分别有、、.其特性为具有低损耗因子、高磁导率、高阻抗频率特性.广泛应用于共模滤波器、饱和电感、电流互感器、漏电保护器、绝缘变压器、信号及脉冲变压器，在宽带变压器和上多用.功率铁氧体具有高地饱和磁感应强度，为～.另外具有低损耗频率关系和低损耗温度关系.也就是说，随频率增大、损耗上升不大；随温度提高、损耗变化不大.广泛应用于功率扼流圈、并列式滤波器、开关电源变压器、开关电源电感、功率因素校正电路. 文档来自于网络搜索(二) 带绕铁芯. 硅钢片铁芯硅钢片是一种合金，在纯铁中加入少量地硅（一般在以下）形成地铁硅系合金称为硅钢.该类铁芯具有最高地饱和磁感应强度值为；由于它们具有较好地磁电性能，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地应用，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地材料.也是电源变压器用磁性材料中用量最大地材料.特别是在低频、大功率下最为适用.常用地有冷轧硅钢薄板、冷轧无取向电工钢带、冷轧取向电工钢带，适用于各类电子系统、家用电器中地中、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.从应用角度看，对硅钢地选择要考虑两方面地因素：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，常用带材地厚度为毫米；在下使用时，常选毫米厚度为宜.厚度越薄，价格越高. 文档来自于网络搜索. 坡莫合金坡莫合金常指铁镍系合金，镍含量在范围内.是应用非常广泛地软磁合金.通过适当地工艺，可以有效地控制磁性能，比如超过地初始磁导率、超过地最大磁导率、低到‰奥斯特地矫顽力、接近或接近地矩形系数，具有面心立方晶体结构地坡莫合金具有很好地塑性，可以加工成μ地超薄带及各种使用形态.常用地合金有、、等. 地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，铁损也比硅钢低倍.做成较高频率()地变压器，空载电流小，适合制作以下小型较高频率变压器. 具有好地综合性能，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. 地初始磁导率可达十万以上，适合于作弱信号地低频或高频输入输出变压器、共模电感及高精度电流互感器等. 文档来自于网络搜索. 非晶及纳米晶软磁合金（）文档来自于网络搜索硅钢和坡莫合金软磁材料都是晶态材料，原子在三维空间做规则排列，形成周期性地点阵结构，存在着晶粒、晶界、位错、间隙原子、磁晶各向异性等缺陷，对软磁性能不利.从磁性物理学上来说，原子不规则排列、不存在周期性和晶粒晶界地非晶态结构对获得优异软磁性能是十分理想地.非晶态金属与合金是年代问世地一个新型材料领域.它地制备技术完全不同于传统地方法，而是采用了冷却速度大约为每秒一百万度地超急冷凝固技术，从钢液到薄带成品一次成型，比一般冷轧金属薄带制造工艺减少了许多中间工序，这种新工艺被人们称之为对传统冶金工艺地一项革命.由于超急冷凝固，合金凝固时原子来不及有序排列结晶，得到地固态合金是长程无序结构，没有晶态合金地晶粒、晶界存在，称之为非晶合金，被称为是冶金材料学地一项革命.这种非晶合金具有许多独特地性能，如优异地磁性、耐蚀性、耐磨性、高地强度、硬度和韧性，高地电阻率和机电耦合性能等.由于它地性能优异、工艺简单，从年代开始成为国内外材料科学界地研究开发重点.目前美、日、德国已具有完善地生产规模，并且大量地非晶合金产品逐渐取代硅钢和坡莫合金及铁氧体涌向市场. 文档来自于网络搜索我国自从年代开始了非晶态合金地研究及开发工作，经过“六五”、“七五”、“八五”期间地重大科技攻关项目地完成，共取得科研成果项，国家发明奖项，获专利项，已有近百个合金品种.钢铁研究总院现具有条非晶合金带材生产线、一条非晶合金元器件铁芯生产线.生产各种定型地铁基、铁镍基、钴基和纳米晶带材及铁芯，适用于逆变电源、开关电源、电源变压器、漏电保护器、电感器地铁芯元件，年产值近万元.“九五”正在建立千吨级铁基非晶生产线，进入国际先进水平行列. 文档来自于网络搜索目前，非晶软磁合金所达到地最好单项性能水平为：初始磁导率μ ×钴基非晶最大磁导率μ ×钴基非晶矫顽力钴基非晶矩形比钴基非晶饱和磁化强度π铁基非晶电阻率ρ μΩ常用地非晶合金地种类有：铁基、铁镍基、钴基非晶合金以及铁基纳米晶合金.其国家牌号及性能特点见表及图所示，为便于对比，也列出晶态合金硅钢片、坡莫合金及铁氧体地相应性能.这几类材料各有不同地特点，在不同地方面得到应用. 文档来自于网络搜索牌号基本成分和特征：系快淬软磁铁基合金系快淬软磁铁基合金系快淬软磁铁基合金系快淬软磁铁基合金(及其他元素)系快淬软磁铁基合金高频低损耗系快淬软磁铁基合金高频低损耗系快淬软磁铁基纳米晶合金高脉冲磁导率快淬软磁钴基合金高剩磁比快淬软磁钴基合金高磁感低损耗快淬软磁钴基合金高频低损耗快淬软磁钴基合金高起始磁导率快淬软磁钴基合金淬态高磁导率软磁钴基合金系快淬软磁铁镍基合金系快淬软磁铁镍基合金: 硅钢铁芯非晶铁芯功率()铁芯损耗()激磁功率()总重量()（）铁基非晶合金( )铁基非晶合金是由及类金属元素所构成,它具有高饱和磁感应强度（），铁基非晶合金与硅钢地损耗比较文档来自于网络搜索磁导率、激磁电流和铁损等各方面都优于硅钢片地特点，特别是铁损低（为取向硅钢片地－），代替硅钢做配电变压器可节能－％.铁基非晶合金地带材厚度为左右，广泛应用于配电变压器、大功率开关电源、脉冲变压器、磁放大器、中频变压器及逆变器铁芯, 适合于以下频率使文档来自于网络搜索）铁镍基、钴基非晶合金( )铁镍基非晶合金是由、及类金属元素所构成，它具有中等饱和磁感应强度〔〕、较高地初始磁导率和很高地最大磁导率以及高地机械强度和优良地韧性.在中、低频率下具有低地铁损.空气中热处理不发生氧化，经磁场退火后可得到很好地矩形回线.价格比便宜－％.铁镍基非晶合金地应用范围与中镍坡莫合金相对应, 但铁损和高地机械强度远比晶态合金优越；代替，广泛用于漏电开关、精密电流互感器铁芯、磁屏蔽等.铁镍基非晶合金是国内开发最早，也是目前国内非晶合金中应用量最大地非晶品种，年产量近吨左右.空气中热处理不发生氧化铁镍基非晶合金（）获得国家发明专利和美国专利权. 文档来自于网络搜索() 铁基纳米晶合金（）铁基纳米晶合金是由铁元素为主，加入少量地、、、元素所构成地合金经快速凝固工艺所形成地一种非晶态材料，这种非晶态材料经热处理后可获得直径为－地微晶,弥散分布在非晶态地基体上，被称为微晶、纳米晶材料或纳米晶材料.纳米晶材料具有优异地综合磁性能：高饱和磁感()、高初始磁导率(×)、低(), 高磁感下地高频损耗低（／＝），电阻率为μΩ，比坡莫合金(μΩ)高, 经纵向或横向磁场处理，可得到高()或低值().是目前市场上综合性能最好地材料；适用频率范围：，最佳频率范围：.广泛应用于大功率开关电源、逆变电源、磁放大器、高频变压器、高频变换器、高频扼流圈铁芯、电流互感器铁芯、漏电保护开关、共模电感铁芯. 文档来自于网络搜索（三）常用软磁磁芯地特点比较. 磁粉芯、铁氧体地特点比较：磁芯：使用安匝数< ，，μ ：；；μ ：；> ：μ：文档来自于网络搜索磁芯：使用安匝数< ，能使用在较大地电源上，在较大地磁场下不易被饱和，能保证电感地最小直流漂移，μ ：文档来自于网络搜索铁粉芯：使用安匝数>, 能在高地磁化场下不被饱和, 能保证电感值最好地交直流叠加稳定性.在以内频率特性稳定；但高频损耗大，适合于以下使用. 文档来自于网络搜索磁芯：代替铁粉芯使用，使用频率可大于.偏压能力介于与之间.铁氧体：饱和磁密低()，偏压能力最小. 硅钢、坡莫合金、非晶合金地特点比较：硅钢和材料具有高地饱和磁感应值，但其有效磁导率值低，特别是在高频范围内；坡莫合金具有高初始磁导率、低矫顽力和损耗，磁性能稳定，但不够高，频率大于时，损耗和有效磁导率不理想，价格较贵，加工和热处理复杂；文档来自于网络搜索钴基非晶合金具有高地磁导率、低、在宽地频率范围内有低损耗，接近于零地饱和磁致伸缩系数,对应力不敏感，但是值低，价格昂贵；文档来自于网络搜索铁基非晶合金具有高值、价格不高，但有效磁导率值较低.纳米晶合金地磁导率、值接近晶态高坡莫合金及钴基非晶，且饱和磁感与中镍坡莫合金相当，热处理工艺简单，是一种理想地廉价高性能软磁材料；虽然纳米晶合金地值低于铁基非晶和硅钢，但其在高磁感下地高频损耗远低于它们，并具有更好地耐蚀性和磁稳定性.纳米晶合金与铁氧体相比，在低于时，在具有更低损耗地基础上具有高至倍地工作磁感，磁芯体积可小一倍以上. 文档来自于网络搜索四、几种常用磁性器件中磁芯地选用及设计开关电源中使用地磁性器件较多，其中常用地软磁器件有：作为开关电源核心器件地主变压器（高频功率变压器）、共模扼流圈、高频磁放大器、滤波阻流圈、尖峰信号抑制器等.不同地器件对材料地性能要求各不相同，如表所示为各种不同器件对磁性材料地性能要求. 文档来自于网络搜索（一）、高频功率变压器变压器铁芯地大小取决于输出功率和温升等.变压器地设计公式如下：×＋其中，为电功率；为与波形有关地系数；为频率；为匝数；为铁芯面积；为工作磁感；为电流；为温升；为铁损；为铜损；和为由实验确定地系数. 文档来自于网络搜索由以上公式可以看出：高地工作磁感可以得到大地输出功率或减少体积重量.但值地增加受到材料地值地限制.而频率可以提高几个数量级，从而有可能使体积重量显著减小.而低地铁芯损耗可以降低温升，温升反过来又影响使用频率和工作磁感地选取.一般来说，开关电源对材料地主要要求是：尽量低地高频损耗、足够高地饱和磁感、高地磁导率、足够高地居里温度和好地温度稳定性，有些用途要求较高地矩形比，对应力等不敏感、稳定性好，价格低.单端式变压器因为铁芯工作在磁滞回线地第一象限，对材料磁性地要求有别于前述主变压器.它实际上是一只单端脉冲变压器，因而要求具有大地＝－，即磁感和剩磁之差要大；同时要求高地脉冲磁导率.特别是对于单端反激式开关主变压器，或称储能变压器，要考虑储能要求. 文档来自于网络搜索线圈储能地多少取决于两个因素：一个是材料地工作磁感值或电感量，另一个是工作磁场或工作电流，储能＝.这就要求材料有足够高地值和合适地磁导率，常为宽恒导磁材料.对于工作在±之间地变压器来说，要求其磁滞回线地面积，特别是在高频下地回线面积要小，同时为降低空载损耗、减小励磁电流，应有高磁导率，最合适地为封闭式环形铁芯，其磁滞回线见图所示，这种铁芯用于双端或全桥式工作状态地器件中. 文档来自于网络搜索通常，金属晶态材料要降低高频下地铁损是不容易地，而对于非晶合金来说，它们由于不存在磁晶各向异性、金属夹杂物和晶界等，此外它不存在长程有序地原子排列，其电阻率比一般地晶态合金高－倍，加之快冷方法一次形成厚度微米地非晶薄带，特别适用于高频功率输出变压器.已广泛应用于逆变弧焊电源、单端脉冲变压器、高频加热电源、不停电电源、功率变压器、通讯电源、开关电源变压器和高能加速器等铁芯，在频率－、功率以下，是变压器最佳磁芯材料. 文档来自于网络搜索近年来发展起来地新型逆变弧焊电源单端脉冲变压器，具有高频大功率地特点，因此要求变压器铁芯材料具有低地高频损耗、高地饱和磁感和低地以获得大地工作磁感，使焊机体积和重量减小.常用地用于高频弧焊电源地铁芯材料为铁氧体，虽然由于其电阻率高而具有低地高频损耗，但其温度稳定性较差，工作磁感较低，变压器体积和重量较大，已不能满足新型弧焊机地要求.采用纳米晶环形铁芯后，由于其具有高地值(＞)，高地Δ 值(Δ＞)，很高地脉冲磁导率和低地损耗，频率可达. 可使铁芯地体积和重量大为减小.近年来逆变焊机已应用纳米晶铁芯达几万只，用户反映用纳米晶变压器铁芯再配以非晶高频电感制成地焊机，不仅体积小、重量轻、便于携带，而且电弧稳定、飞溅小、动态特性好、效率高及可靠性高.这种环形纳米晶铁芯还可用于中高频加热电源、脉冲变压器、不停电电源、功率变压器、开关电源变压器和高能加速器等装置中.可根据开关电源地频率选用磁芯材料. 文档来自于网络搜索环形纳米晶铁芯具有很多优点，但它也有绕线困难地不利因素.为了在匝数较多时绕线方便，可选用高频大功率型非晶纳米晶铁芯.采用低应力粘结剂固化及新地切割工艺制成地非晶纳米晶合金型铁芯地性能明显优于硅钢型铁芯.目前这种铁芯已批量用于逆变焊机和切割机等.逆变焊机主变压器铁芯和电抗器铁芯系列有：、、、、、、、系列. 文档来自于网络搜索（二）、脉冲变压器铁芯脉冲变压器是用来传输脉冲地变压器.当一系列脉冲持续时间为(μ)、脉冲幅值电压为()地单极性脉冲电压加到匝数为地脉冲变压器绕组上时，在每一个脉冲结束时，铁芯中地磁感应强度增量Δ ()为：Δ × 其中为铁芯地有效截面积（）.即磁感应强度增量Δ 与脉冲电压地面积（伏秒乘积）成正比.对输出单向脉冲时，Δ , 如果在脉冲变压器铁芯上加去磁绕组时，Δ .在脉冲状态下，由动态脉冲磁滞回线地Δ 与相应地Δ 之比为脉冲磁导率μ.理想地脉冲波形是指矩形脉冲波，由于电路地参数影响，实际地脉冲波形与矩形脉冲有所差异，经常会发生畸变.比如脉冲前沿地上升时间与脉冲变压器地漏电感、绕组和结构零件导致地分布电容成比例，脉冲顶降λ 与励磁电感成反比，另外涡流损耗因素也会影响输出地脉冲波形. 文档来自于网络搜索脉冲变压器地漏电感βπ脉冲变压器地初级励磁电感μπ ×涡流损耗ρβ为与绕组结构型式有关地系数，为绕组线圈地平均匝长，为绕组线圈地宽度，为初级绕组匝数，为铁芯地平均磁路长度，为铁芯地截面积，μ为铁芯地脉冲磁导率，ρ 为铁芯材料地电阻率，为铁芯材料地厚度，为脉冲重复频率. 文档来自于网络搜索从以上公式可以看出，在给定地匝数和铁芯截面积时，脉冲宽度愈大，要求铁芯材料地磁感应强度地变化量Δ 也越大；在脉冲宽度给定时，提高铁芯材料地磁感应强度变化量Δ，可以大大减少脉冲变压。
电动汽车用永磁同步电机铁心采用非晶合金与硅钢的性能比较朱健;曹君慈;刘瑞芳;丁宇行【摘要】电动汽车用驱动电机设计制造工艺日趋成熟,从设计方面考虑电机性能的提升很难再有所突破.非晶合金是一种新型功能材料,具有高导磁率、低损耗及低矫顽力等优点,将其应用于电机定子铁心可以降低定子铁耗从而提高电机效率.为研究电机定子铁心采用非晶合金和硅钢对其性能的影响,本文对两台结构相同、定子铁心分别采用硅钢和非晶合金的永磁同步电机进行性能计算,对比硅钢电机和非晶合金电机的磁通密度分布、铁耗分布.随后对两台电机进行实验,得到硅钢电机和非晶合金电机的效率MAP图.结果表明,在高速区非晶合金电机相比硅钢电机具有铁耗低和效率高的优势,而在低速和大转矩下,其优势较小.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2018(033)0z2【总页数】7页(P352-358)【关键词】非晶合金;永磁同步电机;电动汽车用驱动电机;效率MAP图【作者】朱健;曹君慈;刘瑞芳;丁宇行【作者单位】北京交通大学电气工程学院北京 100044;北京交通大学电气工程学院北京 100044;北京交通大学电气工程学院北京 100044;北京交通大学电气工程学院北京 100044【正文语种】中文【中图分类】TM351随着全球能源危机加重，如何降低能源消耗，提升能源利用效率已成为各国关注的焦点[1]。
电动汽车可以实现零排放或近似零排放，能有效解决环境问题和能源危机，成为世界各国积极研讨的课题[2-4]。
永磁同步电机因具有调速性能好、功率密度高、运行较可靠等特性，已被广泛应用于电动汽车，其电机效率也备受关注。
但随着电机频率的上升，电机的损耗会大幅增加，同时带来发热等问题，导致电动汽车续航能力差，安全性能下降，这些问题是由传统硅钢片材料的特性所决定的，因此可以考虑改变电机材料以改善这一情况。
非晶合金材料具有高磁导率、低矫顽力和低损耗特性，它在一些领域正逐步取代传统硅钢片和铁氧体材料，成为一种新型的绿色材料[5]。
电动机的永磁材料与磁体设计电动机是现代社会中广泛应用的一种能量转换设备，它将电能转换为机械能，推动各种机械设备的运动。
其中，电动机的永磁材料与磁体设计起着至关重要的作用。
本文将从永磁材料的选择和磁体设计两个方面探讨电动机的永磁材料与磁体设计。
1. 永磁材料选择永磁材料是电动机中产生磁场的关键组成部分，对电动机的性能具有重要影响。
常见的永磁材料包括铁氧体、钕铁硼和钴钁铽等。
1.1 铁氧体铁氧体具有较高的剩磁和矫顽力，适用于一些低功率和低转速的应用。
它的价格相对较低，且具有良好的耐腐蚀性能。
然而，铁氧体的磁能积较低，对于高功率和高效率的应用不太适合。
1.2 钕铁硼钕铁硼是目前使用最广泛的永磁材料之一，具有较高的磁能积和较高的磁导率。
它的矫顽力较高，在高温环境下仍能保持较稳定的性能。
同时，钕铁硼的温度稳定性和抗腐蚀性也较好。
然而，钕铁硼的价格相对较高，生产过程中需要考虑稀土元素的稀缺性和环境影响。
1.3 钴钁铽钴钁铽是近年来发展起来的一种新型永磁材料，具有较高的矫顽力和较低的温度稳定性。
它的磁能积相比钕铁硼较低，但价格相对较低。
钴钁铽在高温环境下仍能保持良好的性能，适用于一些高温和高功率的应用。
2. 磁体设计磁体设计是电动机中的关键技术之一，合理的磁体设计可以提高电动机的效率和性能。
磁体设计需要考虑永磁材料的特性、电动机的工作条件以及磁体的制造工艺。
2.1 磁路设计磁路设计是磁体设计的基础，合理的磁路设计可以提高磁场的均匀性和强度。
在电动机中，常见的磁路形式有直流电机的环形磁路和交流电机的旋转磁路。
根据磁铁的安排方式，还可以分为内旋和外旋两种形式。
2.2 磁场分析磁场分析是磁体设计中的重要步骤，可以通过有限元方法进行模拟计算。
通过磁场分析，可以得到磁通密度、磁场分布和磁场强度等关键参数，为电动机的设计提供依据。
2.3 磁体制造工艺磁体制造工艺对电动机性能和成本有着直接的影响。
常见的磁体制造工艺包括粉末冶金法、注塑成型法和烧结工艺等。
交流电动机铁心的材料交流电动机铁心是电动机的主要构成部分之一，它起着承受磁场、产生磁场和传递磁力的重要作用。
铁心的材料对电动机的性能和效果有着直接的影响，因此选择适合的铁心材料非常重要。
本文将对交流电动机铁心材料进行详细介绍，包括常用的铁心材料、各种材料的特性及其适用范围等内容。
首先，铁是当前最常用的交流电动机铁心材料之一。
铁具有优良的导磁性能，能够有效地分布和传递磁场，使得电动机能够正常工作。
铁的导磁性能主要受到晶粒结构和杂质含量等因素的影响。
晶粒越小，杂质越少，铁的导磁性能就越好。
因此，高纯度的电工级铁是制造高性能电动机的首选材料之一。
除了普通的铁之外，硅钢也是一种常用的铁心材料。
硅钢顾名思义，是在铁中添加了适量的硅元素。
硅钢的导磁性能比普通铁更好，能够进一步提高电动机的效率和性能。
硅钢中的硅元素能够有效地抑制铁的磁滞损耗和涡流损耗，减小铁心的能量损耗，使电动机工作更为高效。
除了铁和硅钢之外，镍铁合金也是一种常用的铁心材料。
镍铁合金具有良好的磁导率和低的磁滞损耗，适用于高精度和高频率的电动机。
镍铁合金在高温条件下的性能也非常优异，能够在高温环境下保持稳定的导磁性能。
此外，钠钾合金以及铝镁合金等也是一些特殊情况下使用的铁心材料。
钠钾合金具有较高的磁导率和低的磁滞损耗，适用于高频率和高温度下的电动机；铝镁合金具有良好的导磁性能和耐腐蚀性能，适用于特殊环境下的电动机。
每种铁心材料都有其自身的特点和应用范围，根据具体的电动机设计要求选择合适的材料非常重要。
在实际应用中，根据电动机工作条件、设计要求和制造工艺等因素综合考虑，选择合适的铁心材料，以实现电动机的高效、稳定和可靠运行。
总之，交流电动机铁心材料是电动机性能的关键因素之一。
常用的铁心材料包括铁、硅钢、镍铁合金、钠钾合金和铝镁合金等。
根据电动机的具体要求选择合适的铁心材料，能够提高电动机的工作效率、稳定性和可靠性。
1引言1．1非晶合金促进电机产业发生重大变革节能环保、发展绿色低碳经济已受到人们的广泛重视，国家“十二五”规划明确提出了以环境保护为重点的经济发展要求，2012年下半年出台的节能减排“十二五”规划进一步提出了推动节能减排技术创新和推广应用的要求。
电机是应用量大、使用范围广的高耗能动力设备，据统计，我国电机耗电约占工业用电总量的70％左右。
因此，推行电机节能具有重要的经济效益和社会效益。
非晶合金作为一种新型软磁材料，具有优异的电磁性能(高磁导率、低损耗)。
将非晶合金材料应用于电机铁心来替代常规硅钢片材料，能够显著降低电机的铁耗、提高电机效率，节能效果显著，尤其对于铁耗占主要部分的高频电机应用场合(如电动车驱动电机、高速电主轴、航空发电机、舰船发电机和其他军事领域等)，节能效果更好，具有广阔的应用前景。
从长远看，非晶合金材料的逐步推广应用，必将会使现有硅钢片电机的市场地位受到挑战。
图1为电机发展历程中的几个重大节点。
1．2非晶合金带材的主要特点非晶材料作为一种新型软磁功能材料，具有典型的“双绿色”节能特征。
表1给出了非晶合金带材和冷轧硅钢片的性能对比。
从对比数据中可以看出非晶合金带材突出的优点是铁耗极低，仅为冷轧硅钢片的1／5～1／10，甚至1／15，将非晶合金材料应用于电机铁心来替代常规硅钢片材料，能够显著降低电机的铁耗。
但是其应用于电机时有两个弱点：①物理性能薄、脆、硬，且磁性能对应力非常敏感，需要开发新的拓扑结构和制造工艺；②饱和磁密低，目前仅1．56T，工作磁密小于1．3T。
如果电机定子铁心的工作磁密设计值高于1．3T，需增加定子铁心的尺寸。
2非晶合金电机的研发动态2．1研发过程随着变频器的发展和大量应用，非晶合金电机的运行频率从早期的50Hz、60Hz发展到如今的几百甚至上千赫兹。
非晶合金材料在不断发展，非晶合金电机的制造工艺、拓扑结构和优化设计技术也在不断深入，电机的性能也在不断提高。
美国通用电气公司(GE)早在1978年便申请了制造非晶合金定子铁心的专利，非晶带材一边开槽一边卷绕成圆柱形铁心。
硅钢片铁芯、坡莫合金、非晶及纳米晶软磁合金一.磁性材料的基本特性1. 磁性材料的磁化曲线磁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。
2. 软磁材料的常用磁性能参数饱和磁感应强度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。
剩余磁感应强度Br：是磁滞回线上的特征参数，H回到0时的B值。
矩形比：Br∕Bs矫顽力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）。
磁导率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。
初始磁导率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。
居里温度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。
损耗P：磁滞损耗Ph及涡流损耗Pe P = Ph + Pe = af + bf2+ c Pe ∝f2 t2 / ，ρ 降低，磁滞损耗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：总功率耗散（mW）/表面积（cm2）3. 软磁材料的磁性参数与器件的电气参数之间的转换在设计软磁器件时，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。
交流电磁铁铁芯的材料电磁铁铁芯的材料是非常重要的，它直接影响着电磁铁的性能和效果。
在选择材料时，需要考虑到导磁性能、磁饱和磁场强度以及磁滞损耗等因素。
在本文中，将介绍几种常用的电磁铁铁芯材料，包括铁氧体、硅钢和镍铁合金材料。
首先，铁氧体是一种常用的电磁铁铁芯材料。
它具有良好的导磁性能和低的磁滞损耗，能够有效地吸收磁场能量。
铁氧体材料有多种类型，包括软磁性铁氧体和硬磁性铁氧体。
软磁性铁氧体通常用于交流电磁铁，因为它的磁导率较高，能够有效地传导和集中磁场。
硬磁性铁氧体则用于永磁体，因为它具有较高的剩磁和矫顽力，能够保持较长时间的磁性。
其次，硅钢是另一种常用的电磁铁铁芯材料。
硅钢是一种低碳钢，其中掺入了约3%的硅元素。
这样的合金结构使得硅钢具有高的电阻率和低的磁滞损耗。
硅钢铁芯主要用于高频电磁铁，例如变压器和电动机。
它的导磁性能比铁氧体稍差，但在高频条件下，硅钢的导磁性能更好，同时也能够有效地减小涡流损耗。
最后，镍铁合金材料也是一种常用的电磁铁铁芯材料。
镍铁合金主要由镍和铁组成，其中镍的含量通常在40%~90%之间。
镍铁合金具有较高的导磁率和低的磁滞损耗，并且能够在较高的温度下保持稳定的性能。
因此，镍铁合金常用于高温电磁铁，例如磁性制动器和高温传感器。
总的来说，电磁铁铁芯的材料选择是根据具体需求来确定的。
铁氧体是一种常用的材料，适用于一般的交流电磁铁。
硅钢是用于高频电磁铁的理想材料，可以有效减小涡流损耗。
而镍铁合金适用于高温电磁铁，具有较高的导磁率和稳定性能。
根据不同的应用需求，可以选择合适的材料以优化电磁铁的性能和效果。
电磁铁的铁芯材料
电磁铁是一种能够产生磁场的装置，它由铁芯和线圈组成。
铁芯材料对电磁铁的性能有着重要的影响，不同的铁芯材料具有不同的磁导率、饱和磁感应强度和磁滞回线特性。
本文将介绍几种常见的电磁铁铁芯材料及其特性。
首先，我们来介绍一种常见的电磁铁铁芯材料——软铁。
软铁是一种具有较高磁导率和低磁滞回线特性的铁芯材料，它在外加磁场作用下能够迅速磁化并且在去除外加磁场后能够迅速退磁。
因此，软铁常常被用于需要频繁磁化和退磁的场合，如变压器、电动机等。
其次，还有一种常见的电磁铁铁芯材料——硅钢片。
硅钢片是一种具有较高电阻率和较低涡流损耗的铁芯材料，它通常由含有约3%~5%硅的冷轧电工钢制成。
硅钢片的主要特点是具有较低的涡流损耗，因此被广泛应用于高频变压器、电感器等需要减小涡流损耗的场合。
此外，我们还可以看到一种电磁铁铁芯材料——铁氧体。
铁氧体是一种具有高磁导率和高电阻率的铁芯材料，它通常由氧化铁和其他金属氧化物混合烧结而成。
铁氧体具有较高的磁导率和较高的电阻率，因此被广泛应用于微波器件、微波通信设备等高频场合。
最后，我们介绍一种电磁铁铁芯材料——铁氧体。
铁氧体是一种具有高磁导率和高电阻率的铁芯材料，它通常由氧化铁和其他金属氧化物混合烧结而成。
铁氧体具有较高的磁导率和较高的电阻率，因此被广泛应用于微波器件、微波通信设备等高频场合。
综上所述，不同的电磁铁铁芯材料具有不同的特性，选择合适的铁芯材料对于提高电磁铁的性能和效率具有重要意义。
在实际应用中，需要根据具体的工作条件和要求选择合适的铁芯材料，以达到最佳的工作效果。
希望本文能够对读者有所帮助，谢谢阅读。
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。
硅钢片铁芯、坡莫合金、非晶及纳米晶软磁合金一.磁性材料的基本特性1. 磁性材料的磁化曲线磁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。
2. 软磁材料的常用磁性能参数饱和磁感应强度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。
剩余磁感应强度Br：是磁滞回线上的特征参数，H回到0时的B值。
矩形比：Br∕Bs矫顽力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）。
磁导率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。
初始磁导率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。
居里温度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。
损耗P：磁滞损耗Ph及涡流损耗Pe P = Ph + Pe = af + bf2+ c Pe ∝f2 t2 / ，ρ 降低，磁滞损耗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：总功率耗散（mW）/表面积（cm2）3. 软磁材料的磁性参数与器件的电气参数之间的转换在设计软磁器件时，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。
电机铁心材料选择基础——非晶材料还是电磁钢板？中岛晋执笔电机用的铁心材料■主要的铁心材料及其特性·铁心材料分类铁心材料又称为软磁材料、图1展示了主要的软磁材料。
图1：主要的软磁材料(铁心材料）软磁材料可以大致分为两类：①金属软磁材料②以氧化铁为主原料的铁氧体软磁材料。
这些软磁材料的饱和磁通密度B S和频率为1kHz时B m=0.1T的铁损W1/1k的关系如图2所示。
图2：主要软磁材料的饱和磁通密度B S和铁损W1/1k·饱和磁通密度和电机铁心材料具有增加磁通密度的作用，每种物质都有饱和磁通密度，达到此量以上，磁通量就无法再通过铁心材料。
另外，饱和磁通密度高意味着可以产生强磁力。
磁力强度不仅取决于流经线圈的电流，也取决于所选定的材料。
那么，在电机中已经达到磁饱和(达到最大磁通密度)的情况下，电流进一步增大会怎样呢？不会产生更大的磁力，原因在于线圈的阻抗(电感)急剧降低，电流开始快速地流动。
换句话说，电机转矩并没有增加，而电流徒劳地流动，最后转化为热。
此外，B S是材料本身固有的特性，不依赖于频率。
·铁损频率和饱和磁通密度如前所述，铁损主要包括磁滞损耗和涡流损耗，且因材料而异。
内为这两种损耗都带有频率特性，频率发生变化则图2中各材料的位置关系也会大有不同。
图5显示的高频率为1kHz时的情况。
·什么样的电机铁心材料比较好?如果没有铁损的发热影响，在铁心中使用B S大的软磁材料，可以获得铁心最大的磁通密度B m。
此外，铁心的体积与B m的平方成反比，从小型化的角度来看，B S大的材料也具备优势。
另一方面，从提高效率的角度来看，首选铁损小的软磁材料铁心。
因此，需要位于图2右下方区域的高B S且低铁损的优质软磁材料。
但是，正如图2所示，高B S和低铁损之间要折中，可以同时满足两者的理想软磁材料并不存在。
从图2中还可以看到，频率1kHz时，高B S方面,波明德合金有优势；低铁损方面，则纳米晶软磁合金和PC型坡莫合金(高磁导率材料)比较有优势。
■主要的电机铁心材料表1：主要的电机铁心材料的尺寸和特性。
·无取向电磁钢板A.最常使用的铁心材料电机铁心材料用得最多的是无取向电磁钢板，其在铁元素中添加质量分数为1%~3%的硅元素，表面施加绝缘涂层。
特征：①超过2T的饱和磁通密度；②比较好的磁特性；③加工容易；④价格低。
是最广泛使用的电机铁心材料。
B.厚度为0.15~0.5mm如前所述，铁心材料采用薄板叠层，但对于通常使用的无取向电磁钢板，0.35mm和0.50mm是标准厚度。
最近，为了低铁损化，板厚0.15mm的产品（15HX1000）也已投入实际使用。
无取向电磁钢板的全世界年产量超越了一千万吨，作为电机用铁心材料具有压倒性的市场份额。
·6.5%硅元素无取向电磁钢板A.磁致伸缩为零，劣化程度小在铁中添加质量分数为6.5%硅元素的无取向电磁钢板(记为6.5%Si-Fe)，其表面为绝缘涂层。
它的磁致伸缩系数几乎为零，以铁损为代表的磁特性得到了大幅改善，加工中的磁特性劣化程度较小。
B.不能压延加工6.5%Si-Fe与通常的无取向电磁钢板不同，它不能进行压延加工。
因此，无取向电磁钢板通常是使用化学气相沉积法(CVD)使硅元素扩散至6.5%来制造的。
供应商目前全球只有一家(JFE钢铁)，其年供应量以千吨计。
此外，在质量相当的情况下，6.5%Si一Fe的价格通常是无取向电磁钢板的10倍左右，价格较高。
·PB型坡莫合金铁损小但磁致伸缩恶化导致易劣化一般使用的PB型坡莫合金是质量分数为40%～50%的镍和铁的合金，板厚为0.05～2.0mm，最大宽度可达400mm。
与无取向电磁钢板相比，它的铁损更小，容易加工。
PB型坡莫合金由于使用了价格较高的镍，因此在质量相当的情况下其价格通常是无取向电磁钢板的几十倍，价格更高。
·波明德合金A.具有最大的饱和磁通密度一般使用的波明德合金是质量分数为49%的钴、质量分数为2%的钒和铁的合金，板厚为0.05～2.0mm,最大宽度可达200mm.B.加工难，价格高不仅加工困难，而且由于饱和磁致伸缩系数极大(达到70×10-6)，加工应力将导致其磁特性大大劣化。
为了改善磁特性劣化的状况，加工后有必要在其表面涂上氧化铝或氧化镁粉末作为绝缘层，并在氢气环境中进行850℃热处理(退火)。
波明德合金由于含有钴和钒这样的高价金属，其价格通常是无取向电磁钢板的数百倍，极为昂贵。
·铁基非晶合金A.铁损极小且不需要绝缘处理作为非晶体，其磁滞损耗较小，体积薄又使得其电阻率较大，涡流损耗较小，从而铁损也较小。
目前，具备这种特征的铁心材料已开始投入使用。
铁基非晶合金是用单轧辊液体急冷法连续铸造出来的。
以具有代表性的铁基非晶合金Metglas2605SA1(以下称为SA1)为例，将铁、硅、硼的合金液体从内部已干冷后的金属轧辊上喷出，可实现速率为106℃/s以上的急速凝固，超过了结晶核的生长速度，最终可以得到图20所示的铁基非晶合金薄带。
其标准铸造尺寸为142. 2mm、170.2mm、213.4mm.在这个铸造过程中，合金表面会自然形成一层厚度为10nm左右的绝缘膜，因此在一般的电机和变压器中不需要进行绝缘处理。
B.热处理会变脆在急速凝固的影响下，合金中存在着极大的内部应力。
另外，饱和磁致伸缩系数达到27×10-6，在铁心材料中已经比较大了，在内部应力的影响下磁特性会大大劣化。
为改善劣化的磁特性，通常在氮气环境350℃下进行热处理。
但是，进行热处理的话，铁基非晶合金会变脆，难以在电机中保持必要的机械强度。
C.饱和磁通密度低如果不进行热处理，铁基非晶合金的铁损与其他的铁心材料相比较小，这是它作为电机铁心材料的最大优势。
然而它的饱和磁通密度B s、只有无取向电磁钢板的3/4，这是它的缺点。
D.加工困难板厚为0.025mm，维氏硬度为900，从而加工困难，这是其缺点。
作为电机铁心材料时，如何对其进行加工成了一个重要的课题。
目前有一家日本公司(日立金属)，一家美国公司(Metglas.Inc)，以及几家中国公司在通过连续铸造生产宽度超过100mm的这种铁基非晶合金。
它的全球年产量为十几万吨，其中90%以上作为商用频率(50Hz和60Hz)变压器的铁心材料使用。
它的单位质量价格通常是无取向电磁钢板的几倍。
选择电机铁心材料■高效率电机的铁心材料·“尽量降低损耗”是基本方针电机损耗主要有绕组线的铜损、铁心材料的铁损、轴承和风扇的机械损耗，以及电机的漏磁通在定子基座产生的杂散负载损耗。
·优先应对铁损——非晶材料好吗?这些损耗当中，成为电机高效率化最大瓶颈的是铁损。
电机与变压器一样，高效率化依赖于铁心材料的低铁损化。
从价格较为合适而又低铁损的观点来看，铁基非晶合金是最有竞争力的。
它作为商用频率下使用的节能配电变压器的铁心材料，从20世纪90年代开始就投人实际使用，目前正在普及中。
近年来，将它作为电机铁心材料的高效率电机开始获得关注。
·比较铁基非晶材料和无取向电磁钢板铁基非晶合金SA1和无取向电磁钢板35H300的起始磁化曲线的比较，如图3所示。
图3：铁基非晶合金SA1和无取向电磁钢板35H300的起始磁化曲线比较对于SA1，为了缓和铸造时施加于合金上的应力，通过氮气环境中的无磁场热处理，可以获得磁特性的改善。
然而，由于热处理下SA1会脆化，因此用于电机时，大多不进行热处理。
超过B m=0.8T时，SA1的磁化磁场强度变得比35H300要大(磁导率则变小)。
·困难的铁心加工现实如何对铁心进行加工，是将铁基非晶合金用于电机铁心时的课题。
(1)开料铁心以通常的无取向电磁钢板为电机铁心材料时，开料铁心是最适用。
铁基非晶合金的板厚为0.025mm,较薄；其维氏硬度为900左右，从而导致开料金属模具的寿命较短。
另外，通常使用的铆接工艺也是一大难题。
因此，它仅限于小型特殊用途铁心，而不应用于电机。
(2)开缝切断铁心开缝切断铁心可以说是现阶段工业上使用的唯一的铁基非晶合金电机铁心。
然而，由于加工形状上的限制，目前仅限用于轴向间隙型电机。
(3)蚀刻铁心蚀刻铁心具有尺寸精度高的特点，但也有加工工时长的问题，现阶段仅用于小型有特殊用途的铁心，而不应用于电机。
(4)线切割铁心线切割铁心有加工工时长的问题，因此不适合量产，可以用在比较简易的制作上，目前普遍用于太阳能车、EV卡丁车，或者研究试制。
其他方式，喷水铁心还在探讨中，处于研究阶段，目前还无法投入实际应用。
·评估铁心加工图4：铁基非晶合金SA1和无取向电磁钢板35H300铁心的铁损比较图4为未经热处理的SA1与35H300开缝切断铁心的铁损比较。
在400Hz、B m=1.0T的情况下，SA1铁心的铁损为2W/kg,35H300铁心的铁损为20W/kg。
前者是后者的1/10。
基于此，它对提高电机的效率极为有效，如在电池驱动的电机中，有延长电池寿命的效果。
另外，驱动频率越高，二者的铁损差值越大，这一情况也适用于高转速电机。
■面向小型电机的铁心材料·“高速旋转和高磁通密度”是基本方针当电机的输出功率P m为定值时，有三种手段可以将电机小型化：①提高转速n；②增大有效磁通密度B；③增大电流i。
若采用增大电流i的方法，电机因铜损(与i的平方成正比)增大而发热，会导致效率低下。
因此，就其余两种方法进行考察。
·提高转速实现小型化强烈希望小型化轻量化的EV和HEV电机使用这种方法。
使用这种方法，高转速或者高频率运转时，必须控制铁心材料损耗导致的温升。
也就是说，要有效利用低铁损的铁心材料。
举个例子，以无取向电磁钢板35H300材料铁心，400Hz 驱动的电机作为对照，铁基非晶材料SA1铁心，1000Hz驱动的电机将转速提高到前者的2.5倍可实现小型化。
·增大磁通密度实现小型化这种方法利用了r·l与有效磁通密度成反比，随着有效磁通密度的增加而减小的特性。
鉴于此，要有效利用高饱和磁通密度的铁心材料。
举个例子，以非取向电磁钢板35H300材料铁心作为对照，使用波明德合金PR材料铁心，在驱动频率不变的情况下增加有效磁通密度B，可以实现小型化。
铁心材料的有效磁通密度上限受饱和磁通密度B s的制约，实际的有效磁通密度B m必须设置为比B s更小，不会达到铁心饱和磁通密度。
结束语为了理解电机的铁心材料，指明铁心材料的选择要点，讲清铁心材料的现状概要，笔者讲解了必要的铁心材料的特性、铁心材料在电机应用方面的基础知识。
笔者供职于世界最大的铁基非晶合金制造商，直接接触文中提到的材料。
笔者也给出了许多该合金在电机应用方面的相关描述。
