通过使永磁体同极相对进而提高磁场强度的研究

通过使永磁体同极相对进而提高磁场强度的研究钟华1，白武帅1，侯志坚收稿日期：2012-12收稿日期：2012-12-27基金项目：教育教学改革项目（2011重点）“研究型和创新型基础实验教学体系建设”（JG2011Z14）通讯作者简介：侯志坚（1960—），男，北京，学士，高级工程师，主要从事物理实验教学及其方法研究.E-mail：zhijianhou@（1.北京科技大学工程师学院，北京100083；2.北京科技大学自然科学基础实验中心，北京100083）摘要：外力促使磁体同极对接可以获得接近单个磁极二倍的磁场强度。通过实验获得同极对接磁体的磁感线分布状态及磁体周围场强分布情况。分析否定了磁极对接可能使磁体产生消磁现象，探讨了通过对接磁极获得高强磁场的具体应用及未来发展趋势和方向。关键词：钕铁硼永磁材料；高强磁场；磁体同极对接；磁场分布；复合磁场ResearchofincreasingthemagneticfieldstrengthbyconnectingthesamepoletogetherZhonghua1,baiwushua1,houzhijian2

(1.Schoolofadvancedengineer,UniversityofScienceandTechnologyBeijing100083,China;2.BasicExperimentalCenterforNaturalScience,UniversityofScienceandTechnologyBeijing100083,China;)Abstract:takeexternalforcetopressthesamepoletogethercangetclosetotwicethemagneticfieldstrengthofasinglepole.throughexperimentsObtainedthedistributionofsame-pole-buttedmagnetmagneticfieldlinesandthedistributionstateofmagneticfieldstrengtharoundthemagnet.ThroughtheAnalysisnegatedthepossiblethatsame-pole-buttedwilldegaussingthemagnet.discussthespecificapplicationsandfuturedevelopmenttrendsanddirectionofthehigh-strengthmagneticfieldwhichobtainedfromsame-pole-buttedmagnet.Keywords:Nd-Fe-Bpermanentmagnetmaterials;high-strengthmagneticfield;magnetsame-pole-butted;magneticfielddistribution;complexmagneticfield在信息、通讯、交通与自动化这些发展速度最快、对社会影响最大的领域中,磁性材料都发挥着不可替代的重要作用。永磁材料作为当今工业社会最重要的功能材料之一，已广泛应用于计算机、扬声器、家用电器、仪器仪表、磁力机械、各种电机、医疗器械等仪器设备中。我国是稀土王国和永磁材料生产大国，是被誉为“永磁王”的钕铁硼的发明国之一。现代高技术对永磁体的性能与质量提出了更高的要求，而第三代永磁体(NdFeB)满足不了这些要求，目前第四代永磁体的研制尚未取得重大突破。因此，在现有条件下，通过磁铁同极相对获得高强磁场的方法具有实际意义[１]。1问题提出我们都知道两块永磁体同极相对及异极相对放置于同一平面时磁感线分布分别如图=1\*GB3①、图=2\*GB3②所示。磁场强度的叠加为矢量相加，于是我们可以猜想两块永磁体磁极对接应该为如图=3\*GB3③、图=4\*GB3④情况：图=1\*GB3①同名磁极相对磁感线分布图=2\*GB3②异名磁极相对磁感线分布对于异名磁极接触来说与正常单块磁体没有分别，而同名磁极对接磁感线分布如图，相对两极间磁感线呈相互排斥状向外部放射分布。近似认为两磁极产生磁场方向相同，同向叠加，场强为单个磁体磁极部分产生场强的二倍。图=3\*GB3③两异名磁极相接触形成磁感线图=4\*GB3④两同名磁极相接触形成磁感线2实验验证2.1实验设备钕铁硼永磁体、410型高斯计、有机玻璃、铁屑、直尺其中钕铁硼永磁体技术参数见表=1\*GB3①表=1\*GB3①钕铁磁永磁体技术参数项目剩磁Br/T内禀矫顽力Hcj/kA·m-1矫顽力Hcb/kA·m-1最大磁能积BH/A·m-3数值1.22310528492692.2关于磁感线分布的验证取金属加工所磨细铁屑置于厚度为10mm的有机玻璃上，敲震玻璃使其形成均匀的一层覆盖于玻璃表面。在下面放两块分别由N、S极相吸成为一体的钕铁硼永磁体，轻敲有机玻图=8\*GB3⑧钕铁磁永磁体同极对接磁场强度分布图由这个曲线我们可以清楚的发现对异名磁极对接而言中间处磁场近似为0，两极处最大。而同名磁极对接部分的磁场强度要明显大于其它部分，共出现三个波峰分别分布于中间两N极对接处及左右S极处，且中间波峰值近似等于两极波峰值的二倍，于是可以证明在较近范围内对接磁体两侧产生的磁场方向相同，场强大小为两磁极磁场强度大小的同向叠加。这表明通过磁体同极对接理论上可以获得二倍的磁场强度，磁场方向与对接的磁极方向相同，且此理论能得到实验支持，理论猜想符合实际，通过实验得到了二倍磁场强度。3关于可能发生退磁现象的分析实验中所有的钕铁磁永磁体相关参数如下：剩磁，Br：1.223T，内禀矫顽力，Hcj：1052kA/m，矫顽力，Hcb：849kA/m，最大磁能积，BH：269A/m3使磁化至技术饱和的永磁体的B（磁感应强度）降低至零所需要的反向磁场强度称为磁感矫顽力。此实验所用的永磁体其矫顽力Hcb为849kA/m，实验测得单个磁体磁极处磁场强度为300mT。即239kA/m。显然单个磁体磁场强度远小于永磁体的矫顽力，不会发生退磁现象。4结束语本文主要研究通过两块钕铁磁永磁体材料同名磁极对接产生磁场增幅情况，且通过实验结果已经证实加倍磁场强度的正确性，同样可以利用多个磁体同名对接进而成倍提高区域性磁场强度。本文主要针对永磁铁进行研究，但这并不代表此研究不能应用于电磁铁设备，电磁铁工作原理遵循永磁体磁场理论，所以此研究用于电磁铁设备在同样情况下一样可以大幅度提高磁场强度且更加节能。随着社会发展和技术的进步，越来越多的设备需要在高磁环境下工作，比如发电、军事、航天、航海、探测、磁悬浮系统等。因此，此研究课题结论具有实际意义。参考文献[1]刘宏娟.矩形永磁体三维磁场空间分布研究[J].北京工业大学.2006(5):10-11[2]克里斯朵夫·库珀.磁学[M].山东教育出版社.2009,(4):8-11[3]邹继斌,刘宝廷,崔淑梅,郑萍.磁路与磁场[M].哈尔滨工业大学.19