稀土永磁同步電機(jī)——永磁材料的退磁曲線與內(nèi)享退磁曲線

對于永磁材料，磁滯回線的第二象限部分可用于描述其特性，稱為退磁曲線，由于B為正而H為負(fù)，表達(dá)不便，故將H坐標(biāo)軸的方向取反，如圖2一3中曲線B一f ( H）所示。根據(jù)鐵磁學(xué)理論，在上述坐標(biāo)系下，永磁材料中的磁場滿足B－一巧H＋腸M ( 2一1 )式中，產(chǎn)。一47tx10一7H / m為真空的磁導(dǎo)率；M為單位體積內(nèi)磁矩的矢量和，稱為磁化強(qiáng)度，單位為A / m ?？梢钥闯觯谟来挪牧现?，B有兩個分量，即與真空中一樣的巧H和磁化后產(chǎn)生的分量內(nèi)M，產(chǎn)。 M稱為內(nèi)察磁感應(yīng)強(qiáng)度，用Bi表示。由式（2一1）可知，內(nèi)察磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁感應(yīng)強(qiáng)度之間滿足如下關(guān)系：Bi一B＋產(chǎn)oH ( 2一2 )描述內(nèi)察磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場強(qiáng)度關(guān)系的曲線Bi一f ( H）稱為內(nèi)票退磁曲線，如圖2一3所示。

二、永磁材料的主要性能參數(shù)

1．剩磁密度、矯頑力和內(nèi)察矯頑力

從永磁材料的退磁曲線可以看出，當(dāng)磁場強(qiáng)度H為零時，磁感應(yīng)強(qiáng)度不為零，而是一個較大的值，稱為剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度或剩磁密度，用Br表示，單位為T 。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為零時，H不為零而是H 。，Hc稱為磁感應(yīng)矯頑力，通常簡稱為矯頑力，單位為A / m；同理，使內(nèi)察磁感強(qiáng)度Bi降低至零所需的磁場強(qiáng)度稱為內(nèi)察矯頑力，用Hcj表示，單位為A / m 。對于內(nèi)察矯頑力較小的永磁材料，Hc和Hcj相差不大，因此最初并不加以區(qū)別。隨著永磁材料的發(fā)展，Hcj越來越高，如鐵氧體、稀土永磁等都有較高的Hcj ,Hc和H灼差別較大，有必要予以區(qū)別。從本質(zhì)上講，Hcj更能表征材料保持磁化狀態(tài)的能力。

2．表觀剩磁

當(dāng)永磁體兩端開路時，外磁路具有較大的磁阻，相當(dāng)于對永磁體產(chǎn)生了一個退磁場，這個退磁場的方向和材料內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相反。此時，永磁體表現(xiàn)出來的磁感應(yīng)強(qiáng)度不是Br，而是退磁曲線上低于Br的某一點(diǎn)D所對應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，如圖2一4所示，稱為表觀剩磁BD 。

3．最大磁能積

永磁體通常是在去磁狀態(tài)下工作的，退磁曲線上任何一點(diǎn)代表一個磁狀態(tài)，該點(diǎn)B和H的乘積代表了該磁狀態(tài)下永磁體所具有的磁場能量密度，稱為磁能積。磁能積隨B變化的關(guān)系曲線稱為磁能積曲線，如圖2一5中縱軸右邊的曲線所示。退磁曲線上存在一點(diǎn)d，該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度Bd和磁場強(qiáng)度玩的乘積有最大值，稱為最大磁能積( BH ) max表示。最大磁能積越大，永磁材料性能越好。從理論上講，在進(jìn)行磁路設(shè)計時，將永磁體的工作點(diǎn)設(shè)計在最大磁能積點(diǎn)時，永磁體的利用率最高。

永磁材料的退磁曲線往往不是直線，而是有一定程度的彎曲。如果兩種材料的剩磁密度和矯頑力相同，而彎曲程度不同，則最大磁能積也不同，退磁曲線凸出程度越大，則最大磁能積越大。退磁曲線的凸出程度可用凸出系數(shù)y表示，定義為。

4．回復(fù)磁導(dǎo)率

如圖2一6所示，當(dāng)永磁體處于外加磁場中時，工作點(diǎn)為A；當(dāng)去掉外加磁場時，工作點(diǎn)不是沿著退磁曲線變化，而是到一個新的位置A，。如果循環(huán)地改變外磁場，得到一個局部磁滯回線，由于其非常狹窄，故可用一條直線代替，稱為回復(fù)線?；貜?fù)線的斜率稱為回復(fù)磁導(dǎo)率產(chǎn)。從e 。與產(chǎn)。的比值稱為相對回復(fù)磁導(dǎo)率，用從表示。若退磁曲線為直線，則回復(fù)線與退磁曲線重合。

實(shí)踐證明：不同永磁材料的回復(fù)磁導(dǎo)率是不同的，即使是同一材料，退磁曲線上不同點(diǎn)的回復(fù)磁導(dǎo)率也有差別，但為了便于計算，通常認(rèn)為永磁材料的回復(fù)磁導(dǎo)率為常數(shù)?？梢钥闯?，用相對回復(fù)磁導(dǎo)率表示永磁體的特性時，滿足式中，風(fēng)一Br加。為剩余磁化強(qiáng)度。

5．溫度系數(shù)

永磁體通常工作在電磁裝置內(nèi)，裝置所處環(huán)境溫度的變化和裝置產(chǎn)生的熱量使永磁體工作溫度變化，對永磁體的性能有一定影響，其影響可用溫度系數(shù)表示。在永磁體允許的工作范圍內(nèi)，其所處環(huán)境溫度每變化1 ℃，剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度變化的百分比稱為剩磁溫度系數(shù)，矯頑力變化的百分比稱為矯頑力溫度系數(shù)，分別用、 r和aH 。表示。溫度系數(shù)表征了永磁材料的溫度穩(wěn)定性。

6．居里溫度

磁性材料并不是在任何溫度下都具有磁性的，存在一個臨界溫度Tc，在該溫度以上，由于原子的劇烈熱運(yùn)動，原子磁矩的排列是混亂無序的，材料不顯示磁性；在此溫度以下，原子磁矩排列整齊，產(chǎn)生自發(fā)磁化，材料表現(xiàn)出鐵磁性。居里首先發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象，因而人們將這一溫度稱為居里溫度。居里溫度實(shí)際上是將鐵磁體轉(zhuǎn)化為順磁體的溫度。

7．最高工作溫度

將規(guī)定尺寸的永磁材料樣品加熱到某一特定溫度，保持l000h，然后冷卻到室溫，其開路磁通不可逆損失小于5％的最高保溫溫度，稱為該永磁材料的最高工作溫度。

8．退磁曲線的拐點(diǎn)

鐵氧體永磁的退磁曲線上部為直線。 NdFeB永磁的退磁曲線在室溫下為直線，但溫度升高到一定程度時下部會出現(xiàn)彎曲。退磁曲線上明顯發(fā)生彎曲的點(diǎn)稱為拐點(diǎn)。如果永磁體的工作點(diǎn)在拐點(diǎn)以下，會產(chǎn)生磁性能的不可逆損失。

9．臨界場強(qiáng)

通常將內(nèi)察退磁曲線上所對應(yīng)的磁場強(qiáng)度稱為臨界場強(qiáng)，用HK表示。 HK越大，意味著內(nèi)察退磁曲線的矩形度越好，磁性能越穩(wěn)定。

10．各向同性與各向異性

在永磁體成形過程中，往往對其施加外磁場，使其磁疇的易磁化方向都沿同一方向，這樣得到的永磁體稱為各向異性永磁體，否則就是各向同性永磁體。對于各向同性永磁體，在任意方向上充磁都可以得到相同的磁性能。而對于各向異性永磁體，存在一個能獲得最佳磁性能的充磁方向，稱為永磁體的取向方向，也稱作易磁化方向，要充分利用永磁體，必須沿該方向充磁。