永磁体的模型、工作点以及永磁磁路.docx

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1、永磁体的模型、工作点以及永磁磁路目录?永磁体的磁偶极子模型1?退磁曲线与内禀退磁曲线1?孤立永磁体的磁场、工作点3?永磁磁路4永磁体的磁偶极子模型永磁体的基本组成单位是磁偶极子。从磁荷的观点看，磁偶极子是一对距离为1的正负点磁荷，点磁荷的单位是Wb（类似于电荷的单位为库仑C）。所以磁偶极子的磁偶极矩Pm的单位是Wbm。电磁学中，定义单位体积内磁偶极矩的矢量和为磁极化强度J,即J=pmAV,这样磁极化强度J的单位是Wbmm3=To有时磁极化强度J也被称作内禀磁感应强度Bio从分子电流的观点看，磁偶极子可以用微小的电流回路表达，它的磁矩m分子定义为平面回路中电流和回路面积的乘积，即m分子二iS,单

2、位为Am2.电磁学中，定义单位体积内包含磁偶极子磁矩的矢量和为磁化强度M,即M=m分子/AV,磁化强度M的单位为Amo磁荷观点和分子电流观点在宏观上是等效的，磁极化强度J与磁化强度M的关系为J=UOM。一块永磁体可以看作为一个大的磁偶极子，它的磁偶极矩等于它包含的磁偶极子磁偶极矩的矢量和。若永磁体的体积为V,即其磁偶极矩j=JV。当永磁体材料确定后，充磁越饱和，磁偶极子的排列越整齐，永磁体的磁极化强度越大,磁偶极矩也越大。永磁体的磁矩m=MV,也符合本段论述。退磁曲线与内禀退磁曲线描述外磁场的物理量通常是磁场强度H,在外磁场的作用下，永磁体的磁感应强度B=0（H+M=0H+OM=OH+J（公式

3、一）。即永磁体内部的磁感应强度等于磁极化强度J与H在真空中的作用之和。当然理论上，因为外磁场H与永磁体的磁化强度M都是矢量，它们之间的角度可以是随机的；不过通常它们是平行的，同向时H取正，反向时H取负，反向时的外磁场称为退磁场。永磁体在外磁场的磁化作用下饱和充磁后，再撤消外磁场时，永磁体的磁极化强度J（内禀磁感应强度Bi）并不会因外磁场H的消失而消失，而会保持一定大小的数值，习惯上称为剩余磁感应强度Br。永磁体的磁感应强度B随退磁场H的变化曲线，称为退磁曲线。试验表明，对于电机常用的铉铁硼、铁氧体永磁材料，这条曲线不仅是一条直线（至少在常温下），B随着H绝对值的增加而线性减小，而且它还是可逆的

4、。当B=O时即曲线与横轴相交时的退磁场的强度称为矫顽力，用HCb表示。显然，Hcb=-Br/r0,r为永磁材料的相对磁导率。这段退磁曲线可表示为B=Br+r0H（公式二）。联立公式一和二，可得永磁体内禀磁感应强度Bi与退磁场H之间的关系：Bi=Br+（r-10H（公式三），这就是内禀退磁曲线。从公式三可以看出，充分充磁后，永磁体的磁极化强度（内禀磁感应强度）是由材料本身决定的，与外磁场关系不大。说“不大”其实还是有一些的，原因就在于永磁体的相对磁导率ur大于Io当退磁场继续增大，总会到某一临界点，使磁偶极子的方向不再一致，像充磁前那样杂乱无章，J（Bi）=O,这时的磁场强度称为内禀矫顽力，用H

5、Cj表示。关于这个概念，我们以后再说。下图是一款永磁体的退磁曲线（黑色）和内禀退磁曲线（蓝色）。Br及Gs)B?.孤立永磁体的磁场、工作点孤立永磁体是指大小和形状确定的、开路状态下（周围无其它磁场和导磁材料影响）的充磁后的永磁体。这时由于空气（或者说真空）的磁阻很大，相当于给永磁体加了一个退磁场，永磁体的工作点并不在Br,而是在退磁曲线上的某一点（Hd,Bd）。显然该点的位置与退磁场的大小有关。Psi：如果永磁体的工作点在Br,此时外磁场等于0,即永磁体并没有对外提供磁动势，那么它也就失去了使用的价值。Ps2：可能有同学会问，为什么电池不工作时的电动势是恒定的，而永磁体提供的磁动势与形状有关？

6、答案是，电池断路时电流为零，而永磁体开路时磁通不为零。电磁学教科书中有退磁场方面的讲述，影响退磁场大小的系数称为退磁因子NC1其值在O1之间。磁棒越细长，退磁因子Nd越小，反之Nd越大,并给出了圆柱形磁棒Nd的计算公式。工程上常把工作点斜率称为磁导系数，即磁导系数PC=Bd/(OHd),磁导系数与退磁因子的关系为Pe=(I-Nd)/Nc1退磁场H越小，工作点的斜率就越大,PC值也越大；反之当Bd等于O时，PC值也为0。磁导系数PC值的计算比较复杂，首钢冶金研究院的论文“关于永磁体磁导系数的计算”可供参考。网上也有一些特定形状的永磁体PC值的计算公式，在不要求特别准确的场合也可以采用。确定了永磁

7、体的PC值，和退磁曲线一起就可以得出永磁体的工作点(Hd,Bd),如上图所示。这样，就可以计算永磁体的磁偶极矩(磁矩)了。具体计算过程，可查阅本人的论文“永磁体磁矩的计算与测量”。?.永磁磁路永磁磁路是指永磁体与软磁材料(如硅钢片叠压成的铁芯)串联后的磁路。永磁磁路虽然更常用，当你理解了孤立永磁体在开路状态下的磁场分布，永磁磁路就比较简单了。我们假设软磁材料的磁导率口Fe=8,即磁路不饱和，且没有漏磁。分三种情况讨论。1、铁芯把永磁体两端磁极短路，没有气隙。这时是永磁体的闭路状态，即外磁场H=0,永磁体不对外提供磁动势，内部磁感应强度为Br,铁芯内部的磁感应强度视铁芯截面积与永磁体截面积的比值

8、而定。2、铁芯中间有缝隙，通常就是电机的气隙。假设永磁体的磁路方向长1m,磁路截面积Am工作点为(Hd,Bd);气隙长度3,气隙截面积A3,气隙磁场强度H3,磁密B3,可轻易列出Hd*1m=H*Bd*Am=B*AB=0*H解得此时的磁导系数Pc=Bd(OHd=A*1mAm；即PC值只与永磁体的充磁方向长度、永磁体的截面积、气隙长度和气隙截面积等四个参数有关。它与退磁曲线的交点就是工作点。3、当电机通电时，直轴电流会对永磁体有助磁或去磁作用，设为Ha,注意Ha是对永磁体的作用而不是对气隙的作用，平移未通电时工作点的斜率曲线即可，如下图所示。图中的。是指漏磁系数，我们这里没考虑。以上就是今天全部内容。写一篇太难了，正值岁末年初，这篇尤其难。欢迎各位点赞、转发。