磁学

磁学基础

图1

图1

所有铁磁性材料都有原子磁矩,这些磁矩在称为磁畴的小区域内平行排列。在这些磁畴中,存在的自发磁化强度等于材料的饱和磁化强度,因此各个磁畴始终处于完全磁化状态。在没有外加磁场的情况下,材料不会产生净磁矩或磁场,因为每个磁畴的磁化方向是随机定向的。

在材料的磁化过程中,磁化方向与外加磁场方向成正比的磁畴将以不成正比的磁畴为代价增长。一旦磁畴壁的移动消除了所有不利于取向的磁畴,剩下的单个磁畴的磁化方向将旋转为与外加磁场的磁化方向平行(见图1)。

磁滞回线

图2

图2

在磁化过程中,对材料施加越来越大的磁场,直到达到饱和点。当移除这个外加磁场时,永磁材料不会沿着相同的路径向下到达磁通密度=0,相反,它会保留一些磁性。永磁体的磁滞回线是定量分析永磁体性能的重要工具。

这些回路是外加磁场和材料内产生的感应磁化之间关系的图示。由现在磁化的物质产生的磁场(B类)当添加到应用字段时(小时)被称为正常诱导(B类)或者只是B类. 由于此归纳有两个部分,因此定义为:

B=B+小时

这个B与H c曲线被称为法向曲线,而B类与H曲线称为固有曲线。这些曲线的例子,也被称为磁滞回线,如图2所示。线圈显示磁性材料磁化和退磁时的特性。线圈的第二象限显示磁铁工作时的磁性。通过将第二象限与给定磁路中的已知参数进行比较,可以确定磁输出的近似值。

当磁场作用于未放大的材料时,本征感应强度(B类)是建立在它的内部,平行于应用领域。如果小时如果足够强,磁铁将在饱和磁通密度下完全磁化(B类). 当磁场减小到零时,磁铁将反冲到剩余值或剩磁(B类),只要磁铁在闭合的磁路内。与软磁材料不同,没有外部磁场不会导致退磁。

图3

图3

在磁路中引入一个或多个气隙,可以进行有用的工作。用于将磁铁与软铁分离的机械能作为势能存储在气隙和磁铁内。这将内在曲线上的操作点移动到第二象限。第二象限中的法向曲线表示磁铁的能量输出,用于磁铁设计。如果电路中的铁被完全去除,气隙将变得非常大,曲线的工作点现在接近碳氢化合物在第二象限(称为正常矫顽力)和感应(B类)将接近零。

如果气隙再次关闭,储存的势能将用于执行将磁铁和铁结合在一起的工作。但是,操作点不会返回到B类. 磁铁沿着所谓的小磁滞回线反冲到下面的一点B类(图3).气隙的反复打开和关闭将导致磁铁沿着这个微小的磁滞回线循环。小磁滞回线的平均斜率是反冲磁导率(符号).

如果退磁磁场增加超过小时c级,磁铁的工作点现在移动到正常曲线的第三象限。最终,当内在矫顽力(小时ci公司)到达时,磁铁完全退磁。这个值是磁铁抵抗退磁能力的一个量度。

影响磁体性能的因素

当一种材料的性质因其方向和材料内的测试方向不同而不同时,就会观察到材料的各向异性。在永磁体中,磁畴内的自发磁化沿着材料内的某些轴发生,与材料的晶体结构或晶体学相对应。原子磁矩会沿着这些方向排列。

这种取向称为磁晶各向异性,是现代钕铁硼等永磁体高性能的关键因素之一。当材料中没有优选的结晶方向时,如果材料中存在非球形颗粒,则可能出现形状各向异性。这种粒子在物质中的长轴。这种粒子的长轴将是首选的磁化轴。Alnico系列磁体就是这种各向异性材料的一个例子。与永磁体相关的另一个显著的各向异性是由于作用在材料内部的应力而产生的各向异性。当一个拉伸或压缩应力在一个特定的方向上施加到一个永磁体上时,将很难在那个方向上磁化材料。

磁铁的几何形状是另一个因素,它是如何难以磁化和退磁。磁铁的几何形状使其在第二象限退磁曲线拐点以下的负载线上工作,不会保留材料能够处理的所有磁通量,因此不会向磁路提供全部势能。这可以通过在其最终电路配置中磁化磁铁来克服,即使用钢组件,或者在磁化时将几个磁铁堆叠在一起。

为了达到饱和,磁铁应该暴露在一个大于其磁场总和的磁场中小时ci公司价值加上小时从绘制载重线坡度得出的值B类指向正面小时轴线。堆叠磁铁增加了负载线坡度,从而降低了所需的磁化力。

一般来说,磁性材料对热的反应是负面的,因为热能降低了磁通密度和磁畴保持排列的能力。热能的增加增加了无序的存在,在特定的温度,居里点,材料将失去其铁磁性。磁体过热可能导致冶金变化;在许多磁体中,安全工作温度将低于居里点。一个例外是铁氧体(陶瓷磁体),由于其化学性质,它可以承受明显超过居里点的温度。铁氧体还表现出矫顽力随温度升高的异常特征。作为磁铁制造过程的一部分,热处理被精确计算以沉淀所需的相并控制冶金变化。

为了抑制畴壁的移动,永磁材料有时会掺杂其他元素。然而,这通常伴随着产生的磁通量的相应减少,因为这些元素减少了材料中硬磁相的体积。

后磁化处理,如稳定,校准和热循环都有同样的效果磁铁-他们提供外部能源,使弱磁畴扭转。经过处理,磁铁是稳定的,直到一些更大水平的外部能量被添加到系统中。热循环给磁铁增加了随机能量,其效果取决于磁铁所谓的自退磁磁场。这个磁场是磁通量从一个磁极返回到另一个磁极的外部流动的结果,以及在次表面水平返回的磁通量。自退磁场主要受磁体几何形状的影响。

稳定磁铁是一个过程,使用反向磁场做同样的事情作为温度循环。稳定和热循环都会在一定程度上导致磁体的“击倒”。另一方面,校准是降低每个部件磁矩大小的过程,以便所有磁铁在磁路中的作用相同。

在所有需要后磁化处理的情况下,应考虑工作磁路中的有效负载线。如果磁铁在不受其他相关电路元件影响的情况下自行热循环,其效果将不同于电路中的温度循环。如果要独立于其他部件对磁铁进行处理,则应确定并规定工作负载线,以便在工作条件下进行处理。