《电工材料》PPT课件.ppt

第三章磁性材料及其普遍性 随着科学技术的发展，已揭示出一切物质都具有磁性，任何空随着科学技术的发展，已揭示出一切物质都具有磁性，任何空间均存在磁场。磁性在生产和技术、科研和国防、以及家庭生间均存在磁场。磁性在生产和技术、科研和国防、以及家庭生活中有广泛的应用。活中有广泛的应用。磁性材料，是古老而用途十分广泛的功能磁性材料，是古老而用途十分广泛的功能材料，而物质的磁性早在材料，而物质的磁性早在30003000年以前就年以前就被人们所认识和应用，例如中国古代用天被人们所认识和应用，例如中国古代用天然磁铁作为指南针。现代磁性材料已经广然磁铁作为指南针。现代磁性材料已经广泛的用在我们的生活之中，例如将永磁材泛的用在我们的生活之中，例如将永磁材料用作马达，应用于变压器中的铁心材料，料用作马达，应用于变压器中的铁心材料，作为存储器使用的磁光盘，计算机用磁记作为存储器使用的磁光盘，计算机用磁记录软盘等。可以说，磁性材料与信息化、录软盘等。可以说，磁性材料与信息化、自动化、机电一体化、国防、国民经济的自动化、机电一体化、国防、国民经济的方方面面紧密相关。而通常认为，磁性材方方面面紧密相关。而通常认为，磁性材料是指由过度元素铁、钴、镍及其合金等料是指由过度元素铁、钴、镍及其合金等能够直接或间接产生磁性的物质。能够直接或间接产生磁性的物质。司南铁磁材料应用的起源 中国是磁的故乡早在中国是磁的故乡早在 3000 3000 多年前我国就已发现磁石相互多年前我国就已发现磁石相互吸引和磁石吸铁的现象吸引和磁石吸铁的现象,并在世界上最先发明用磁石作为指示并在世界上最先发明用磁石作为指示方向和校正时间的应用。方向和校正时间的应用。公元前公元前 4 4 世纪，中国发明了司南。后来，出现了指南车。世纪，中国发明了司南。后来，出现了指南车。司南司南 指南车指南车磁性材料的应用很广泛,可用于电声、电信、电表、电机中,还可作记忆元件、微波元件等。可用于记录语言、音乐、图像信息的磁带、计算机的磁性存储设备、乘客乘车的凭证和票价结算的磁性卡等。磁悬浮列车 3-1 概述一、磁性材料的基本特性和分类二、磁性材料的特性曲线三、影响磁性能的外在因素物质按照其内部结构及其在外磁场中的性状物质按照其内部结构及其在外磁场中的性状可分为抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性可分为抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性物质。铁磁性和亚铁磁性物质为和亚铁磁性物质。铁磁性和亚铁磁性物质为强磁性物质，抗磁性和顺磁性物质为弱磁性强磁性物质，抗磁性和顺磁性物质为弱磁性物质。物质。磁性材料按性质分为金属和非金属两类。磁性材料按性质分为金属和非金属两类。按矫顽力的大小分为按矫顽力的大小分为软磁材料、永（硬）磁软磁材料、永（硬）磁材料和特殊性能的磁性材料材料和特殊性能的磁性材料。按其在外磁场中表现的不同磁性可分为按其在外磁场中表现的不同磁性可分为顺磁顺磁物质、反磁物质和铁磁物质物质、反磁物质和铁磁物质。磁性材料的特性曲线是指磁性材料的磁感应强度B与外磁场的磁场强度H之间的曲线，简称B-H曲线。工程上常用磁化曲线和磁滞回线等特性曲线来反映磁性材料的基本性能。1.起始磁化曲线P602.磁滞回线P60磁滞：剩磁：矫顽力：磁滞损耗：磁滞损耗与磁滞回线所包围的面积成正比。铁损：铁损主要包括磁滞损耗和涡流损耗3.基本磁化曲线P60基本磁化曲线是软磁材料确定工作点的重要依据。4.退磁曲线磁积能：退磁曲线最大磁能积最大磁能积(BH)max不同形状对应退磁场不同，磁能积不同。不同形状对应退磁场不同，磁能积不同。*可根据可根据(BH)max确定各种永磁体的最佳形状。确定各种永磁体的最佳形状。(BH)max越高的永磁体，产生同样的磁场所需的体积越高的永磁体，产生同样的磁场所需的体积越小；在相同体积下，越小；在相同体积下，(BH)max越高的永磁体获得的越高的永磁体获得的磁场越强。磁场越强。注：注：(BH)max是评价永磁体强度的最主要指标。是评价永磁体强度的最主要指标。稀土永磁体稀土永磁体(BH)max450KJ/m3；普通磁钢；普通磁钢(BH)max8KJ/m3磁致伸缩材料的应用磁致伸缩材料的应用一、一、磁致伸缩材料的应用基础磁致伸缩材料的应用基础（1）磁致伸缩效应）磁致伸缩效应(Joule效应效应)制作磁致伸缩制动器制作磁致伸缩制动器（2）磁磁致致伸伸缩缩逆逆效效应应(Villari效效应应)制制作作磁磁致致伸伸缩缩传传感感器器（3）E效效应应：磁磁致致伸伸缩缩材材料料由由于于磁磁化化状状态态的的改改变变而而引引起起自身杨氏模量发生变化的现象，可用于声延迟线。自身杨氏模量发生变化的现象，可用于声延迟线。（4）魏魏德德曼曼效效应应(Viedemann效效应应)：在在磁磁性性体体上上形形成成适适当当的的磁磁路路，当当有有电电流流通通过过时时，磁磁性性体体发发生生扭扭曲曲变变形形的的现现象象，可用于扭转马达。可用于扭转马达。（5）魏魏德德曼曼逆逆效效应应(Anti-Viedeman效效应应)：使使圆圆管管状状磁磁致致伸伸缩缩材材料料沿沿管管轴轴发发生生周周向向扭扭曲曲，同同时时沿沿轴轴向向施施加加交交变变磁磁场场，则沿圆周出现交变磁化的现象，可用于扭转传感器。则沿圆周出现交变磁化的现象，可用于扭转传感器。二、声学领域二、声学领域的应用的应用1、声纳系统、声纳系统电电磁磁波波常常被被用用于于通通讯讯和和探探测测等等方方面面。但但在在水水下下它它因因衰衰减减过过快快而而无无法法利利用用，于于是是人人们们利利用用声声波波及及超超声声波波讯讯号号来来进进行行水水下下通通讯讯、探探测测、遥遥控控等等工工作作，声声纳纳就就成成为为潜潜艇艇的的口口、眼眼。早早先先采采用用的的都都是是压压电电材材料料，但但它它们们有有以以下下缺缺点点：(1)机机电电转转换换系系数数低低，输输出出功功率率低低；(2)响响应应频频率率高高，信信号号在在水水下下衰衰减减快、传输距离小；快、传输距离小；(3)在数千伏的高压下工作，安全性差。在数千伏的高压下工作，安全性差。自自从从大大应应变变和和低低响响应应频频率率的的REFe2压压磁磁材材料料出出现现以以来来，声声纳性能大大改善，海底探测距离已达到数千公里。纳性能大大改善，海底探测距离已达到数千公里。应应用用领领域域：海海底底通通讯讯、海海底底测测绘绘、海海洋洋捕捕捞捞、矿矿藏藏勘勘探探、油油井井测测探探、超超声声邻邻近近传传感感器器、超超声声焊焊接接、超超声声无无损损探探伤伤、超声全息摄像、超声体外排石等等。超声全息摄像、超声体外排石等等。2、声延迟线、声延迟线REFe2等等化化合合物物的的弹弹性性模模量量E随随磁磁场场的的改改变变变变化化极极大大，由由于于E的的变变化化，声声速速也也随随磁磁场场发发生生显显著著改改变变。利利用用这这种种效效应应，美美国人研制成可变延迟线。国人研制成可变延迟线。三、伺服领域三、伺服领域的应用的应用*伺伺服服机机构构是是将将电电信信号号及及磁磁信信号号等等的的能能量量变变换换为为机机械械能能的的机机构。构。*利利用用REFe2材材料料的的低低场场大大应应变变、大大输输出出应应力力、高高响响应应速速度度且且无无反反冲冲的的特特征征，可可以以制制成成结结构构简简单单的的微微位位移移致致动动器器，广广泛泛用用于于超超精精密密定定位位、激激光光微微加加工工、精精密密流流量量控控制制、原原子子力力显微镜、数控车床、机器人和阀门控制等方面。显微镜、数控车床、机器人和阀门控制等方面。三、力学传感领域三、力学传感领域1、静应力传感领域、静应力传感领域利利用用应应变变导导致致磁磁特特性性的的变变化化从从而而输输出出电电压压发发生生变变化化的的现现象象，用用于于磁磁应应变变传传感感器器检检测测料料斗斗的的料料位位。把把测测力力器器放放在在料料斗斗支支持持部部位位，与与负负载载成成比比例例的的输输出出电电压压经经放放大大比比较较后后自自动动触触发发上上/下限位开关从而实现料位的在线监测和实时控制。下限位开关从而实现料位的在线监测和实时控制。2、振动、冲击应力传感器领域、振动、冲击应力传感器领域在在机机器器人人领领域域，通通常常的的磁磁致致伸伸缩缩器器件件原原型型有有3种种。以以c为为例例，当当处处于于受受力力状状态态时时，x方方向向和和y方方向向的的磁磁场场不不再再均均匀匀分分布布，这这样样就就会会在在输输出出线线圈圈中中产产生生磁磁通通，激激发发线线圈圈上上成成比比例例的的2次次电压信号。利用它做传感器，可精确感受的质量。电压信号。利用它做传感器，可精确感受的质量。3、扭转传感领域、扭转传感领域扭矩传感器、阻尼减震系统扭矩传感器、阻尼减震系统1.温度温度升高，磁性能降低2.频率频率升高，导磁性能降低此外，磁性材料的磁性能，不仅取决于其化学成分，还与机械加工的方法和热处理条件有关