磁性材料基础知识PPT讲稿课件.ppt

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1、磁性材料基础知识课件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 磁性材料是最早被人类认识和利用的功能材料，伴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。随了人类文明的发展。指南针罗盘磁石头、后记录为磁铁石头、后记录为磁铁MagicMagnet具有魔力的具有魔力的一、磁性材料发展简史指南针指南针 司马迁司马

2、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.Weis

3、s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场,理论上预言了磁畴结构理论上预言了磁畴结构1946年 Bioembergen发现NMR效应1948年 Nee

4、l建立亜铁磁理论1954-1957年 RKKY相互作用的建立1958年 Mssbauer效应的发现1960年 非晶态物质的理论预言1965年 Mader和Nowick制备了CoP铁磁非晶态合金1970年 SmCo5稀土永磁材料的发现1982年 扫描隧道显微镜,Brining和Rohrer,(1986年,AFM)1984年 NdFeB稀土永磁材料的发现 Sagawa(佐川)1986年 高温超导体，Bednortz-muller1988年 巨磁电阻GMR的发现(M.N.Baibich)，法国Paris-Sud大学的Albert Fert以及德国尤里希研究中心的Peter Grnberg获2007年

5、诺贝尔物理学奖1994年 CMR庞磁电阻的发现，Jin等LaCaMnO31995年 隧道磁电阻TMR的发现,T.Miyazaki一、磁性材料发展简史（续）古老而年轻的功能材料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二、磁学常识-磁性来源粉粉纹法演示磁力法演示磁力线分布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

6、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 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 ，

7、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 MJ 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 磁性来源 铁磁材料之所以具有高导磁性，是因为在它们的内部具有一种特殊的物质结构磁畴磁畴。2.1 磁性来源 铁磁材料内部往往有相邻的几百个分子电流圈流向一致，因此在这些极小的区域内就形成了一个个天然的磁性区域磁畴磁畴。铁磁

8、材料内部的磁畴排列杂杂乱乱无章无章，磁性相互抵消磁性相互抵消，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附加磁附加磁场场。（a a）无外磁场情况）无外磁场情况（b b）有外磁场情况）有外磁场情况2.1 磁性来源-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B BH HB BH HB BH HB BH H(A)(B)(C)(D)2.1 磁性来源-典型磁化过程2.2 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

9、化强度M M；2 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 B=0（H H+M M）3 3、磁化率、磁化率：4 4、磁导率、磁导率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

10、与磁场强度之比：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 磁性材料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的性质与强度，将磁性材料分为5类：与外部无响应（基本）：抗磁性 顺磁性 X 1 反铁磁性 与外部磁场有强烈的相互作用：铁磁性 X1 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 磁性材料分类按按矫矫顽顽力力分分类类软磁材料软磁材料半硬磁材料

11、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）；微晶；非晶；块体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

12、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3.1毕奥萨伐尔定律奥斯特试验：P*(1)1)电流元流元：1.1.电流元产生的磁场电流元产生的磁场(2)(2)(2)(2)毕毕奥奥奥奥萨萨伐尔定律：伐尔定律：伐尔定律：伐尔定律：方向：方向：线元上元上电流的方向。流的方向。大小：大小：单位矢量位矢量表述表述:电流元流元 在空在空间 点点产生的磁生的磁场 为: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

13、感应强度。沿导线积分求总磁场沿导线积分求总磁场 B B：(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：(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(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(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(1)(1)(2)(2)(3)(3)I I 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，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圆圆形电形电流流（圆环）（圆环）

14、轴线上轴线上的磁场的磁场.p*毕奥毕奥萨伐尔定律的应用萨伐尔定律的应用2 2p*毕奥毕奥萨伐尔定律的应用萨伐尔定律的应用2 2oI（5 5）*Ad d（4 4）*IRo（1 1）xo（2 2R）I+(教教材材p18p18)半半圆圆环讨论：各种形状电流的磁场讨论：各种形状电流的磁场R（3 3）oI任意任意圆弧弧3.2 磁场高斯定律1 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。2 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

15、该曲面。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 安培环路定理L L1 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：2.2.验证：验证：o o 设设 与与 成成右右螺旋螺旋关系关系（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

16、其中心载流长直导线位于其中心3.3 安培环路定理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）2 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.令令即即3.3 安培环路定理-应用3.3 法拉第定律-磁生电当磁通按正弦规律变化时，即当磁通按正弦规律变化时，即:则上式变为则上式变为: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为参考相量，则：为参考相量，则：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磁路的磁路的磁阻：磁阻

17、：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 的净磁通量必定恒为零。的净磁通量必定恒为零。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！磁路的基尔霍夫第一定律（磁通磁路的基尔霍夫第一定律（磁通连续性原理）性原理）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，则称称称称为为磁路各段的磁磁路各段的磁磁路各段的磁磁路各段的磁压压降降降降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

18、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 磁链、电感和能量磁通(Wb)：穿过曲面S的磁通是磁感应密度B的法线分量的面积分定义：线圈交链的磁链定义：电感磁路的欧姆定律：磁路的欧姆

19、定律：自感自感N 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。磁路的欧姆定律：磁路的欧姆定律：N 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

20、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 磁链、电感和能量3.6 磁链、电感和能量磁场的能量密度(单位体积磁场储能)电感储能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4.1 4.1 磁化曲线磁化曲线 磁滞性：磁滞性：磁性材磁性材料中料中磁感应强度磁感应强度B B的变的变化总是滞后于外磁场化总是

21、滞后于外磁场变化的性质。变化的性质。磁性材料在交变磁性材料在交变磁场中反复磁化，其磁场中反复磁化，其B-HB-H关系曲线是一条回关系曲线是一条回形闭合曲线，称为形闭合曲线，称为磁磁滞回线滞回线。HBHmBmaBr剩磁剩磁-Hcbc-Hm-Bmd-Bref矫顽力力Hc铁磁材料的磁磁材料的磁滞滞回回线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析(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 B H max i0B/0H4.2 4.2 磁导率磁导

22、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)(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2 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，而且其等配对磁芯

23、，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；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功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率型磁芯在高磁通密度下的磁特性;=

24、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值是一个常数。值是一个常数。故常用故常用/i

25、 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。1）磁致收缩：铁磁体在磁场中

26、磁化，形状与尺寸都会发生变化。特性：（1）与磁场强度有关 （2）与磁化方向成角度时，有：（3）各向异性 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：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：B BB BH HH Ht tt t0 00 00 0B Bm mH Hm mT T/4/4T T/2/23 3T T/4/4T TT T/4/4T T/2/23 3T T/

27、4/4T T/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 软磁材料的软磁材料的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：相位角称为损耗角，相位角称为损耗角，tant

28、an 称为损耗正称为损耗正切切 通常要求：通常要求：tantan 越小越好越小越好4.4 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。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）

29、，），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若不计线圈电阻，铁心线圈从交流电源吸收的瞬时电功率p为损耗能量为 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f、铁心体积V和磁滞回线的面积成正比磁滞损耗磁滞损耗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生损耗 n涡流q铁磁材料在交变磁场将有围绕磁通呈涡旋状的感应电动势和电流产生，简称涡流。n

30、涡流损耗q涡流在其流通路径上的等效电阻中产生的I2R损耗称为涡流损耗。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。涡流损耗涡流损

31、耗PePe（续）（续）铁耗P：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，当铁心内的磁场为交变磁场时，常将磁滞损耗和涡流损耗合在一起来计算，并统称为铁心损耗，简称铁耗。铁耗 pFe fBm2G。其中12，与材料性质有关。铁芯损耗铁芯损耗P P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5.

32、1 5.1 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

33、磁致伸缩材料：纯镍(w(Ni)99.9%)、Fe-w(Al)13%合金、Fe49Co49V2、Fe-w(Ni)50%；磁屏蔽材料：纯铁、坡莫合金或FeSiAl合金，非晶态合金；非晶态、微晶与纳米晶软磁合金 5.2 软磁材料的主要应用 滤波器波器 环形形电感感滤波器波器 谐波波电流抑制器流抑制器 变压器器 磁磁条条贴 防防盗盗磁磁条条5.3 软磁材料的性能比较5.4 主要软磁材料生产工艺比较原料分析原料分析配配 料料一次球磨一次球磨烘烘 干干预预 烧烧二次球磨二次球磨加粘结剂加粘结剂制制 粒粒压压 型型烧烧 结结检检 验验铁氧体硅钢非晶/纳米晶5.4 软磁材料性能趋势软磁材料追求：器件高频化、小

34、型化和性能最大化特性特性要求要求效益效益磁导率磁导率i高高相同感量可减少绕线圈数，以降低体积、绕线相同感量可减少绕线圈数，以降低体积、绕线电阻及分布电容。电阻及分布电容。饱和磁通密饱和磁通密度度Bs高高可允许大磁场强度（大电流）存在，小体积大可允许大磁场强度（大电流）存在，小体积大功率。功率。矫顽力矫顽力HcHc低低降低磁滞损，提高工作效率。降低磁滞损，提高工作效率。剩磁剩磁BrBr低低 高高提高动作范围，减少损失提高动作范围，减少损失 提高角形比，以得到良好的控制（磁气放大器提高角形比，以得到良好的控制（磁气放大器方式）方式）品质因数品质因数Q Q视用途而定视用途而定居里温度居里温度TcTc

35、高高须高于最高工作温度须高于最高工作温度电阻率电阻率高高降低涡流损，还可以避免造成线圈绝缘之困扰降低涡流损，还可以避免造成线圈绝缘之困扰温度特性温度特性 磁场特性磁场特性 频率特性频率特性 机械特性机械特性越稳定越好越稳定越好其他其他绕线、散热、漏磁绕线、散热、漏磁 5.5 软磁材料应用分析举例1、变压器低损耗的获得：1、磁滞损耗：低Hc/磁滞回线面积2、涡流损耗：低叠片厚度/高电阻率小型化的获得：1、高Bs;2、高叠片系数2、漏电保护器工作原理材料性能要求：材料性能要求：a a、较高磁导率、较高磁导率m m.要求在很小的漏电电流时在副边感应较高的电压值，因此须有较高的磁导率m。b.b.低的矫顽力低的矫顽力 Hc.Hc.Hc的影响有两个方面，其一，低的Hc才能确保高的m，更为重要的是Hc直接影响电磁式剩余电流保护断路器耐大电流冲击的能力。其二，导致动作电流升高，其数值主要与铁芯的矫顽力Hc有关。因此，若要使铁芯大电流冲击时性能变化小，就必须尽量降低矫顽力Hc.c.c.高高Br/Bs Br/Bs ACAC型型-交流流交流流 低低Br/Bs Br/Bs A A型型-直流脉冲直流脉冲高Br/Bs低Br/Bs