磁性材料基础知识

1、磁性材料基础知识内部交流报告内部交流报告提纲提纲磁性材料的发展简史磁性材料的发展简史1 1 电磁学主要定律电磁学主要定律- -恒稳恒稳/ /交变磁场交变磁场3 32 2 磁学基本常识磁学基本常识4 4磁性材料性能分析磁性材料性能分析u 磁性来源磁性来源u 磁学基本概念磁学基本概念u 磁性材料分类磁性材料分类5 5 磁性材料应用实例磁性材料应用实例一、磁性材料发展简史一、磁性材料发展简史 磁性材料是最早被人类认识和利用的功能材料，磁性材料是最早被人类认识和利用的功能材料，伴随了人类文明的发展。伴随了人类文明的发展。指南针罗盘磁磁石头、后记录为磁铁石头、后记录为磁铁MagicMagicMagnet

2、Magnet具有魔力的具有魔力的一、磁性材料发展简史一、磁性材料发展简史指南针指南针 司马迁司马迁史记史记描述黄帝作战用描述黄帝作战用10861086年年 宋朝沈括宋朝沈括梦溪笔谈梦溪笔谈指南针的制造方法等指南针的制造方法等11191119年年 宋朝朱或宋朝朱或萍洲可谈萍洲可谈 罗盘，用于航海的记载罗盘，用于航海的记载 W. Gilbert W. Gilbert De MagneteDe Magnete磁石，最早的著作磁石，最早的著作1818世纪世纪 奥斯特奥斯特 电流产生磁场电流产生磁场 法拉弟效应法拉弟效应 在磁场中运动导体产生电流在磁场中运动导体产生电流 安培定律安培定律 构成电磁学的基

3、础构成电磁学的基础, , 开创现代电气工业开创现代电气工业19071907年年 P. WeissP. Weiss的磁畴和分子场假说的磁畴和分子场假说19281928年年 海森堡模型，用量子力学解释分子场起源海森堡模型，用量子力学解释分子场起源19311931年年 BitterBitter在显微镜下直接观察到磁畴在显微镜下直接观察到磁畴19331933年年 加藤与武井发现含加藤与武井发现含CoCo的永磁铁氧体的永磁铁氧体19351935年年 荷兰荷兰SnoekSnoek发明软磁铁氧体发明软磁铁氧体19351935年年 LandauLandau和和LifshitzLifshitz考虑退磁场考虑退磁

4、场, , 理论上预言了磁畴结构理论上预言了磁畴结构 19461946年年 BioembergenBioembergen发现发现NMRNMR效应效应 19481948年年 NeelNeel建立亜铁磁理论建立亜铁磁理论 1954-19571954-1957年年 RKKYRKKY相互作用的建立相互作用的建立 19581958年年 M Mssbauerssbauer效应的发现效应的发现 19601960年年 非晶态物质的理论预言非晶态物质的理论预言 19651965年年 MaderMader和和NowickNowick制备了制备了CoPCoP铁磁非晶态合金铁磁非晶态合金 19701970年年 SmCo

5、5SmCo5稀土永磁材料的发现稀土永磁材料的发现 19821982年年 扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜, Brining, Brining和和Rohrer,( 1986Rohrer,( 1986年年,AFM ),AFM ) 19841984年年 NdFeBNdFeB稀土永磁材料的发现稀土永磁材料的发现 Sagawa(Sagawa(佐川佐川) ) 19861986年年 高温超导体，高温超导体，Bednortz-mullerBednortz-muller 19881988年年 巨磁电阻巨磁电阻GMRGMR的发现的发现(M.N. Baibich)(M.N. Baibich)，法国，法国Paris-Su

6、dParis-Sud大大学的学的Albert FertAlbert Fert以及德国尤里希研究中心的以及德国尤里希研究中心的Peter GrnbergPeter Grnberg获获20072007年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖 19941994年年 CMRCMR庞磁电阻的发现，庞磁电阻的发现，JinJin等等LaCaMnOLaCaMnO3 3 19951995年年 隧道磁电阻隧道磁电阻TMRTMR的发现的发现,T.Miyazaki,T.Miyazaki一、磁性材料发展简史（续）一、磁性材料发展简史（续）古老而年轻古老而年轻的的功能材料功能材料提纲提纲磁性材料的发展简史磁性材料的发展简史1 1

7、 电磁学主要定律电磁学主要定律- -恒稳恒稳/ /交变磁场交变磁场3 32 2 磁学基本常识磁学基本常识4 4磁性材料性能分析磁性材料性能分析u 磁性来源磁性来源u 磁学基本概念磁学基本概念u 磁性材料分类磁性材料分类5 5 磁性材料应用实例磁性材料应用实例二、磁学常识二、磁学常识- -磁性来源磁性来源粉纹法演示磁力线分布粉纹法演示磁力线分布磁极之间同性相斥、异性相吸磁极之间同性相斥、异性相吸磁铁不论大小，都有唯一的磁铁不论大小，都有唯一的N N极和极和S S极。极。磁偶极子和磁矩磁偶极子和磁矩2.1 2.1 磁性来源磁性来源 如果一个小磁体能够用无限小的电流回路如果一个小磁体能够用无限小的电

8、流回路来表示，我们就称为来表示，我们就称为磁偶极子磁偶极子。用磁偶极矩。用磁偶极矩j jm m表表示：示： 与磁偶极子等效的平面回路的电流和回路与磁偶极子等效的平面回路的电流和回路面积的乘积定义为面积的乘积定义为磁矩磁矩表征磁性物体磁性表征磁性物体磁性大小的物理量大小的物理量，用，用m m表示：表示：jm=mlm=iAi+m-ml磁偶极矩和磁矩具有相同的物理意义，存在关系：磁偶极矩和磁矩具有相同的物理意义，存在关系：jm=0m ，o=410-7Hm-1 ，真空磁导率真空磁导率磁化强度磁化强度M单位体积磁体内磁偶极子的磁偶极矩矢量和称为单位体积磁体内磁偶极子的磁偶极矩矢量和称为磁极化强度磁极化强

9、度J Jm m ； 单位体积磁体磁体内磁偶极子的磁矩矢量和称为单位体积磁体磁体内磁偶极子的磁矩矢量和称为磁化强度磁化强度M M2mmjJWb mV1mMA mVJ J m m和和M M亦有如下关系：亦有如下关系： Jm=0M W bm-2Am-12.1 2.1 磁性来源磁性来源 铁磁材料之所以具有高导磁铁磁材料之所以具有高导磁性，是因为在它们的内部具有性，是因为在它们的内部具有一种特殊的物质结构一种特殊的物质结构。2.1 2.1 磁性来源磁性来源 铁磁材料内部往往有相邻的铁磁材料内部往往有相邻的几百个分子电流圈流向一致，因此在几百个分子电流圈流向一致，因此在这些极小的区域内就形成了一个个天这些

10、极小的区域内就形成了一个个天然的磁性区域然的磁性区域。 铁磁材料内部的磁畴排列，因此对外不显示磁性。磁畴是怎磁畴是怎么形成的么形成的？ 磁畴因受外磁场作用而顺着外磁场的方向发生归顺性重新排列，在内部形成一个很强的。2.1 2.1 磁性来源磁性来源- -磁畴和畴壁磁畴和畴壁磁畴和畴壁整体示意图布洛赫壁示例布洛赫壁示例奈尔壁示例奈尔壁示例BHBHBHBH(A)(B)(C)(D)2.1 2.1 磁性来源磁性来源- -典型磁化过程典型磁化过程2.2 2.2 磁学基本概念磁学基本概念1 1、单位体积磁体磁体内磁偶极子的磁矩矢量和称为、单位体积磁体磁体内磁偶极子的磁矩矢量和称为磁化强度磁化强度M M；2

11、2、磁感应强度磁感应强度(B ):(B ):物质物质在外磁场（在外磁场（H H）作用下，其内部原子磁矩的有序排作用下，其内部原子磁矩的有序排列还将产生一个附加磁场。在磁性材料内部的磁场为外加磁场与附加磁场的列还将产生一个附加磁场。在磁性材料内部的磁场为外加磁场与附加磁场的和和, ,单位为单位为T T（特斯拉）。（特斯拉）。B B与与H H关系比较复杂。关系比较复杂。B=0（H+M）3 3、磁化率、磁化率 ：4 4、磁导率、磁导率0 0 ：在真空中磁感应强度：在真空中磁感应强度B B与磁场强度与磁场强度H H间的关系为：间的关系为： B=0H = M/H 磁性材料的磁导率定义为磁感应强度与磁场强

12、度之比：磁性材料的磁导率定义为磁感应强度与磁场强度之比： =B/H 0 0 : : 真空磁导率真空磁导率; : ; : 绝对磁导率，单位为绝对磁导率，单位为 H/mH/m，r: r: 相对磁导率相对磁导率 r =/0r =/05 5、磁通量、磁通量： =BS2.3 2.3 磁性材料分类磁性材料分类磁性材料按磁性分类：磁性材料按磁性分类： 根据固体中电子与外部磁场之间交互作用根据固体中电子与外部磁场之间交互作用的性质与强度，将磁性材料分为的性质与强度，将磁性材料分为5 5类：类： 与外部无响应（基本）：与外部无响应（基本）： 抗磁性抗磁性 顺磁性顺磁性 X X 1 反铁磁性反铁磁性 与外部磁场有

13、强烈的相互作用：与外部磁场有强烈的相互作用： 铁磁性铁磁性 X X11 亚铁磁性亚铁磁性 物质内部原子磁矩的排列a:顺磁性 b:铁磁性 c:反铁磁性 d:亚铁磁性 2.3 2.3 磁性材料分类磁性材料分类按矫顽力分类按矫顽力分类软磁材料软磁材料半硬磁材料半硬磁材料硬（永）磁材料硬（永）磁材料H Hc c100A/m(1.25 Oe)1000A/m(12.5Oe)1000A/m(12.5Oe)按化学组成分类：按化学组成分类： 金属（合金）；无机（氧化物）；有机化合物金属（合金）；无机（氧化物）；有机化合物按维度分类：按维度分类： 纳米（零维；一维；二维）；微晶；非晶；块体纳米（零维；一维；二维）

14、；微晶；非晶；块体提纲提纲磁性材料的发展简史磁性材料的发展简史1 1 电磁学主要定律电磁学主要定律- -恒稳恒稳/ /交变磁场交变磁场3 32 2 磁学基本常识磁学基本常识4 4磁性材料性能分析磁性材料性能分析u 磁性来源磁性来源u 磁学基本概念磁学基本概念u 磁性材料分类磁性材料分类5 5 磁性材料应用实例磁性材料应用实例三、电磁学主要定律三、电磁学主要定律3.13.1毕奥毕奥萨伐尔定律萨伐尔定律奥斯特试验：奥斯特试验：IP* *lIdBdrlIdrBd( (1)1)电流元电流元：lId1. 1. 电流元产生的磁场电流元产生的磁场方向：方向：线元上电流的方向。线元上电流的方向。大小：大小：I

15、dl200d4drrlIBrrr0单位矢量单位矢量表述表述: :电流元电流元 在空间在空间 点产生的磁场点产生的磁场 为为: :BdPlId问题：问题：电流产生磁场，如何计算？电流产生磁场，如何计算？毕奥毕奥萨伐尔定律的应用萨伐尔定律的应用1 1 一段一段有限长载流直导线有限长载流直导线, , 通有电流通有电流 I , , 求距求距 a 处处 P 点的点的磁感应强度。磁感应强度。rBdaxoyllIdP21z2sin/dadl)ctg( alctgasin/ar daIsin4 0220sin/sin /4aIaddB 沿导线积分求总磁场沿导线积分求总磁场 B B：20sin4rIdldBLd

16、BB21sin40daI210coscos4 aI(1)(1)无限长无限长载流直导线的磁场载流直导线的磁场讨论：讨论： ,01; 2aIB20rBdaxoyllIdP21z(2)(2)半无限长半无限长载流直导线的磁场载流直导线的磁场,21aIB40; 2,1;2) 1(cos40aIB(3)(3)半无限长半无限长载流直导线的磁场载流直导线的磁场）（210coscos4aIB(4)(4)载流导线载流导线延长线上延长线上任一点的磁场任一点的磁场IaP0B,/ rlId0rlIdIaPIaP(1)(1)(2)(2)(3)(3)I Ix 真空中，半径为真空中，半径为R 的载流导线，通有电流的载流导线，

17、通有电流I , , 称称圆圆形形电流电流. . 求其求其轴线上一点轴线上一点 p 的磁感强度的方向和大小的磁感强度的方向和大小. . 解解: : 根据对称性分析根据对称性分析20d4drlIB圆圆形电形电流流（圆环）（圆环）轴线上轴线上的磁场的磁场. .rBdBBlIdpRo*x毕奥毕奥萨伐尔定律的应用萨伐尔定律的应用2 2xxRp*20dsin4sindrlIdBBxlrlIB20dsin4222sinxRrrRRlrI2020dsin42/322202）（RxIR20d4drlIBoBdrlIdxdB毕奥毕奥萨伐尔定律的应用萨伐尔定律的应用2 2oI2R1R（5 5）* * Ad d（4

18、4）* *1010200444RIRIRIBdIBA40IRo（1 1）x0Bo（2 2R）I+ +RIB400( (教材教材p18p18) )半圆半圆RIB200圆环圆环讨论：各种形状电流的磁场讨论：各种形状电流的磁场R（3 3）oI2200RIB 任意圆弧任意圆弧3.2 3.2 磁场高斯定律磁场高斯定律BB1 1、内容、内容 通过任意闭合曲面的磁通量必等于零。通过任意闭合曲面的磁通量必等于零。 SSdB02 2、解释、解释磁感应线是闭合的，因此磁感应线是闭合的，因此有多少条磁感应线进入闭有多少条磁感应线进入闭合曲面，就一定有多少条合曲面，就一定有多少条磁感应线穿出该曲面。磁感应线穿出该曲面

19、。S S磁场是磁场是无源场无源场； 电场是有源场电场是有源场磁极相对出现，不存在磁单极；磁极相对出现，不存在磁单极； 单独存在正负电荷单独存在正负电荷3 3、说明、说明3.3 3.3 安培环路定理安培环路定理BiioLIl dB1I2IL LiI1nIn kI1 1、内容、内容在稳恒电流的磁场中，磁感应强在稳恒电流的磁场中，磁感应强度度 沿任何闭合回路沿任何闭合回路L L的线积的线积分（环流），等于穿过这回路的分（环流），等于穿过这回路的所有电流强度代数和的所有电流强度代数和的0 0倍，数倍，数学表达式：学表达式：B2. 2. 验证：验证：lRIlBld2d0o oIRll 设设 与与 成成右

20、右螺旋螺旋关系关系Il0d2lIlRBldRIB20（1 1）设闭合回路）设闭合回路 l l 为圆形回路为圆形回路, ,载流长直导线位于其中心载流长直导线位于其中心3.3 3.3 安培环路定理安培环路定理dRNIRBlBl02dLNIB0求载流螺绕环内的磁场求载流螺绕环内的磁场 （已知（已知 n N In N I）RNIB202 2）选回路选回路( (顺时针圆周顺时针圆周) .) .1 1） 对称性分析；环内对称性分析；环内 线为同心圆，环外线为同心圆，环外 为零为零. . BBRL2令令即即0=BL H LnI3.3 3.3 安培环路定理安培环路定理- -应用应用3.3 3.3 法拉第定律法

21、拉第定律- -磁生电磁生电dtddtdNe当磁通按正弦规律变化时，即当磁通按正弦规律变化时，即: : tmsin则上式变为则上式变为: : )90sin(2)90sin(2)(00tEtfNtem 磁通与其磁通与其感应电势感应电势的参考方向的参考方向0mm为参考相量，则：为参考相量，则： mfNjE44. 44.44mEfN感应电势感应电势3.3 3.3 法拉第定律法拉第定律3.5 3.5 磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律mmRSlBlHlNiFSlRm磁路的磁路的磁阻：磁阻：lSRmm1磁路的磁路的磁导：磁导： 通过任意闭合曲面通过任意闭合曲面S S 的净磁通量必定恒为零。的净磁通量必定恒为零。

22、 自然界不存在独立的磁场源。自然界不存在独立的磁场源。磁场中，磁力线通过任意闭合面后必然会从相反方向再次通过。磁场中，磁力线通过任意闭合面后必然会从相反方向再次通过。 磁力线是闭合的！磁力线是闭合的！0SBd S磁路的基尔霍夫第一定律（磁通连续性原理）磁路的基尔霍夫第一定律（磁通连续性原理）0321 0磁路由磁路由不同材料不同材料或或不同长度不同长度和和截面积截面积的的 n n 段段组成，则组成，则nn2211lHlHlHNI niiilHNI1 ,lH,lH2211磁路的基尔霍夫第二定律磁路的基尔霍夫第二定律 作用在任何闭合磁路的总磁动势恒等于各作用在任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁路磁位

23、降的代数和。段磁路磁位降的代数和。回路：回路：H H1 1l l1 1+ +H H3 3l l3 3= =N N1 1i i1 1 回路：回路：- -H H2 2l l2 2- -H H3 3l l3 3= =-N-N2 2i i2 2 回路：回路：H H1 1l l1 1- -H H2 2l l2 2= =N N1 1i i1 1-N-N2 2i i2 2磁路的基尔霍夫第二定律磁路的基尔霍夫第二定律计算例计算例3.6 3.6 磁链、电感和能量磁链、电感和能量 磁通磁通(Wb)(Wb)：穿过曲面：穿过曲面S S的磁通是磁感应密度的磁通是磁感应密度B B的法线的法线分量的面积分分量的面积分 定义

24、：线圈交链的磁链定义：线圈交链的磁链 定义：电感定义：电感 NiLmmRNRiNiNiNiL2mmRSlBlHlNiF磁路的欧姆定律：磁路的欧姆定律：自感自感m2mm)()(NiNiNiFNiNiLN N 线圈匝数线圈匝数 m m自感磁通所经磁路的磁导自感磁通所经磁路的磁导n自感的大小与匝数的平方和磁路的自感的大小与匝数的平方和磁路的磁导成正比；磁导成正比；n铁心线圈的自感要比空心线圈的大铁心线圈的自感要比空心线圈的大得多；得多； n铁心线圈的电感不是常数，当磁路铁心线圈的电感不是常数，当磁路饱和程度增加时，自感下降。饱和程度增加时，自感下降。mmRSlBlHlNiF磁路的欧姆定律：磁路的欧姆

25、定律：2122121m21 1m12m1111()()N NFNN iMN NiiiiN N1 1 -线圈线圈1 1的匝数的匝数 N N2 2 -线圈线圈2 2的匝数的匝数 m m-互感磁通所经磁路的磁导互感磁通所经磁路的磁导互感互感 互感的大小与两线圈互感的大小与两线圈匝数的乘积和互感磁通所匝数的乘积和互感磁通所经磁路的磁导成正比。经磁路的磁导成正比。3.6 3.6 磁链、电感和能量磁链、电感和能量3.6 3.6 磁链、电感和能量磁链、电感和能量 磁场的能量密度磁场的能量密度( (单位体积磁场储能单位体积磁场储能) ) 电感储能电感储能221212121BHBHwVdvHBiLA21212提

26、纲提纲磁性材料的发展简史磁性材料的发展简史1 1 电磁学主要定律电磁学主要定律- -恒稳恒稳/ /交变磁场交变磁场3 32 2 磁学基本常识磁学基本常识4 4磁性材料性能分析磁性材料性能分析u 磁性来源磁性来源u 磁学基本概念磁学基本概念u 磁性材料分类磁性材料分类5 5 磁性材料应用实例磁性材料应用实例四、磁性材料性能分析四、磁性材料性能分析4.1 4.1 磁化曲线磁化曲线HBHmBmaBr剩磁剩磁-Hcbc-Hm-Bmd-Bref矫顽力矫顽力Hc铁磁材料的磁滞回线铁磁材料的磁滞回线4.1 4.1 磁化过程磁化过程4.1 4.1 磁化曲线分析磁化曲线分析4.1 4.1 磁化曲线分析磁化曲线分

27、析max0max1BH01BH0limrevH(1)(1)起始磁导率起始磁导率 (2)(2)增量磁导率增量磁导率 (3)(3)微分磁导率微分磁导率 (4)(4)最大磁导率最大磁导率001limiHBH B H max i0B / 0H4.2 4.2 磁导率磁导率1 1 、起始磁导率、起始磁导率i ii i = L/(4.6N = L/(4.6N2 2hlg(D/d) hlg(D/d) 10107 7 ( (适用于环形磁芯适用于环形磁芯) ) 式中式中 N N 测试线圈匝数测试线圈匝数(N)(N)L L 装有磁芯的线圈的自感量（装有磁芯的线圈的自感量（mHmH）h h 磁芯高度磁芯高度(mm)(

28、mm)D D 磁芯外直径磁芯外直径(mm)(mm)d d 磁芯内直径磁芯内直径(mm)(mm)i i计算计算m2mm)()(NiNiNiFNiNiL2 2、有效导磁率有效导磁率e e 变压器或电感器磁芯中常用非闭合的变压器或电感器磁芯中常用非闭合的E E型、型、U U型型等配对磁芯，其磁路各部分形状尺寸不同，而且等配对磁芯，其磁路各部分形状尺寸不同，而且其配合面不可避免地仍有残余气隙；其配合面不可避免地仍有残余气隙；此时，必须用有效导磁率此时，必须用有效导磁率ee来表示磁芯的导磁来表示磁芯的导磁率；率；e e = LC = LC1 1/(4N/(4N2 2) ) 10107 7 C1 C1 磁

29、芯磁路常数磁芯磁路常数(cm-1)(cm-1)e e计算计算3 3 振幅导磁率振幅导磁率 作功率变换的开关电源变压器磁芯是工作在高磁作功率变换的开关电源变压器磁芯是工作在高磁通密度下通密度下, ,因此必须引入振幅磁导率参数才能真实反映出因此必须引入振幅磁导率参数才能真实反映出功率型磁芯在高磁通密度下的磁特性功率型磁芯在高磁通密度下的磁特性; ; = 1/= 1/0 0 * * B/H B/H ( (式中规定的式中规定的B B值比测时高出数百倍以上值比测时高出数百倍以上, ,例如例如:200mT) :200mT) aa计算计算磁导率温度稳定性磁导率温度稳定性 定义为：由于温度的改变而引起的被测量

30、的相对变化定义为：由于温度的改变而引起的被测量的相对变化与温度变化之比。例：磁导率的温度系数为：与温度变化之比。例：磁导率的温度系数为： = = 式中：式中：1 1是是T T1 1温度时的磁导率，温度时的磁导率，2 2是是T T2 2温度时的磁导率温度时的磁导率。因对于同一种软磁材料，其磁芯的。因对于同一种软磁材料，其磁芯的/i i值是一个值是一个常数。故常用常数。故常用/i i来表示温度特性。来表示温度特性。2 21 11 1（T T2 2T T1 1）居里温度居里温度TcTc 居里温度居里温度是磁性材是磁性材料从料从铁磁性到顺磁性铁磁性到顺磁性的的转变温度，在这个温度转变温度，在这个温度磁

31、性材料的磁性将变得磁性材料的磁性将变得很小或消失，它的表示很小或消失，它的表示方式有很多，我们一般方式有很多，我们一般按下图进行测量，即随按下图进行测量，即随着温度升高，磁导率下着温度升高，磁导率下降到最大值的降到最大值的80%80%及及20%20%时，两点的联线，延长时，两点的联线，延长到与温度轴的交点即为到与温度轴的交点即为居里温度。居里温度。TcTi80% i20% ii1 1） 磁致收缩：铁磁体在磁场中磁化，形状与尺寸都会发生变化。磁致收缩：铁磁体在磁场中磁化，形状与尺寸都会发生变化。 特性：（特性：（1 1）与磁场强度有关）与磁场强度有关 （2 2）与磁化方向成角度时，有：）与磁化方

32、向成角度时，有： （3 3） 各向异性各向异性 2 2）磁弹性能：磁化时材料变化尺寸受限制，产生应力，从而产生弹性能，物）磁弹性能：磁化时材料变化尺寸受限制，产生应力，从而产生弹性能，物体内部的缺陷，杂质都可能增加其磁弹性能。体内部的缺陷，杂质都可能增加其磁弹性能。 磁致收缩与磁弹性能磁致收缩与磁弹性能4.3 4.3 复数磁导率复数磁导率- -衡量软磁性能重要指标衡量软磁性能重要指标设交变磁场为：设交变磁场为：i tmHH e磁化需要时间，磁磁化需要时间，磁感应强度感应强度B B落后落后H H相相角角 ，得：，得：()itmBB eB BB BH HH Ht tt t0 00 00 0B Bm

33、 mH Hm mT T/4/4T T/2/23 3T T/4/4T TT T/4/4T T/2/23 3T T/4/4T T/ /()000cossinitimmmi tmmmiB eBBeiH eHH00cossinmmmmBBHH，其中，其中，则则交变磁场中软磁材交变磁场中软磁材料料磁导率磁导率 不再是不再是实数而是实数而是复数复数 品质因数品质因数Q Q Q Q值值是是反映软磁材料在交变磁化时能量的贮存和损耗的性能。反映软磁材料在交变磁化时能量的贮存和损耗的性能。 磁导率中实部磁导率中实部正比于能量的正比于能量的存储存储而虚部而虚部 正比于磁能的正比于磁能的损耗损耗 Q 软磁材料的软磁材

34、料的Q Q值可以用交流电桥或值可以用交流电桥或Q Q表测量得到。表测量得到。通常要求：通常要求： Q Q值越大越好。值越大越好。材料的损耗材料的损耗材料的损耗材料的损耗 表示为：表示为：00(/tan)sin(/)cosmmmmBHBH相位角称为损耗角，相位角称为损耗角，tantan 称为损耗正切称为损耗正切 通常要求：通常要求： tantan 越小越好越小越好1tgQ4.4 4.4 铁芯损耗铁芯损耗P PP = Ph + Pe + PrP = Ph + Pe + Pr (Ph (Ph、PePe、PrPr表示磁滞、涡流、剩余损耗表示磁滞、涡流、剩余损耗) )磁性材料在高磁通密度下的单位体积损耗

35、。该磁通密磁性材料在高磁通密度下的单位体积损耗。该磁通密度通常表示为：度通常表示为：Bm =E/4.44fNAe Bm =E/4.44fNAe 10106 6（mTmT） 式中：式中：BmBm为磁通密度的峰值（为磁通密度的峰值（mTmT）E E为线圈两端的电压（为线圈两端的电压（V V）f f为频率（为频率（KHzKHz），），N N为匝数为匝数AeAe为磁芯的有效面积（为磁芯的有效面积（m m2 2） 铁磁材料在交流磁场中反复磁化，磁畴会不停转动，相铁磁材料在交流磁场中反复磁化，磁畴会不停转动，相互之间会不断摩擦，产生功率损耗。互之间会不断摩擦，产生功率损耗。磁滞损耗磁滞损耗PhPh 若不计

36、线圈电阻，铁心线圈从交流电源吸收的瞬时若不计线圈电阻，铁心线圈从交流电源吸收的瞬时电功率电功率p p为为 损耗能量为损耗能量为dtdieip21212121BBBBttmHdBVNAdBNHlidpdtW 磁滞损耗就是消耗于铁心中的平均功率磁滞损耗就是消耗于铁心中的平均功率 磁滞损耗与磁场交变频率磁滞损耗与磁场交变频率f f、铁心体积、铁心体积V V和磁滞回线的面和磁滞回线的面积成正比积成正比VfBKHdBVfTWmpmhh磁滞损耗磁滞损耗PhPh（续）（续）涡流损耗涡流损耗PePe 交变磁场在铁心中产生感应电势交变磁场在铁心中产生感应电势 感应电势产生涡流感应电势产生涡流 涡流产生损耗涡流产

37、生损耗 n涡流涡流q铁磁材料在交变磁场将铁磁材料在交变磁场将有围绕磁通呈涡旋状的有围绕磁通呈涡旋状的感应电动势和电流产生，感应电动势和电流产生，简称涡流。简称涡流。n涡流损耗涡流损耗q涡流在其流通路径上的涡流在其流通路径上的等效电阻中产生的等效电阻中产生的I I2 2R R损损耗称为涡流损耗。耗称为涡流损耗。 涡流损耗与磁场交变频率涡流损耗与磁场交变频率f、厚度、厚度d和最大磁感应强度和最大磁感应强度Bm的平方成正比，与材料的电阻率的平方成正比，与材料的电阻率 成反比。成反比。 要减少涡流损耗，首先应减小厚度，其次是增加涡要减少涡流损耗，首先应减小厚度，其次是增加涡流回路中的电阻。电工钢片中加

38、入适量的硅，制成流回路中的电阻。电工钢片中加入适量的硅，制成硅钢片，显著提高电阻率。硅钢片，显著提高电阻率。 对于残留损耗对于残留损耗Pr，是由磁化延迟及磁矩共振等造成，是由磁化延迟及磁矩共振等造成，前两项是主要的。前两项是主要的。222/eempK d f B V涡流损耗涡流损耗PePe（续）（续）GBfKpppmFeehFe2 铁耗铁耗P P：铁磁材料在交变磁场作用时，磁滞损耗和涡流：铁磁材料在交变磁场作用时，磁滞损耗和涡流损耗是同时发生的。在电机和变压器的计算中，当铁损耗是同时发生的。在电机和变压器的计算中，当铁心内的磁场为交变磁场时，常将磁滞损耗和涡流损耗心内的磁场为交变磁场时，常将磁

39、滞损耗和涡流损耗合在一起来计算，并合在一起来计算，并统称统称为铁心损耗，简称铁耗。为铁心损耗，简称铁耗。 铁耗铁耗 p pFeFe f fB Bm m2 2G G。其中。其中1 12 2，与材料性质有与材料性质有关。关。铁芯损耗铁芯损耗P P提纲提纲磁性材料的发展简史磁性材料的发展简史1 1 电磁学主要定律电磁学主要定律- -恒稳恒稳/ /交变磁场交变磁场3 32 2 磁学基本常识磁学基本常识4 4磁性材料性能分析磁性材料性能分析u 磁性来源磁性来源u 磁学基本概念磁学基本概念u 磁性材料分类磁性材料分类5 5 磁性材料应用实例磁性材料应用实例五、磁性材料应用实例五、磁性材料应用实例5.1 5

40、.1 常见的软磁材料常见的软磁材料 铁、坡莫合金、电工钢和MFe2O4、MFeO3、M3Fe2O5、MFe12O19（M为金属离子）等铁氧体都是软磁材料。按用途分类按用途分类具体包括： 铁芯材料：工业纯铁、电工硅钢片、铁钴合金、坡莫合金、高导磁合金（主要是高镍含量的铁镍合金）、恒导磁率合金（含Ni5575%的铁镍合金）、中磁饱和中磁导率合金（低镍和中镍的铁镍合金）； 磁记录介质材料：-Fe2O3、Co-Fe2O3、CrO2、Fe60Co40粉末、Co-Ni-P连续膜； 磁记录磁头材料：高镍含量的铁镍基耐磨高导磁合金、FeSiAl合金和高导磁铁氧体(Mn-Zn和Ni-Zn铁氧体)； 超声波发声器用磁致伸缩材料：纯镍(w(Ni)99.9%)、F