永磁材料有兩個顯著特徵,一是在外磁場作用下能被強烈磁化,另一個是磁滯,即撤走外磁場後材料仍保留磁化狀態。外磁場的變化與永磁體磁性變化之間的關係可以用兩條曲線來描述,即磁滯回線(B-H曲線)和內稟退磁曲線(J-H曲線)。
上期每周一磁欄目向大家介紹了磁感應強度B和磁極化強度J這兩個概念,我們先來簡單回顧一下:
磁感應強度B:當鐵磁性或亞鐵磁性物質放在磁場中磁化時,在物質內除了磁場外,由於強磁性物質原子磁矩轉向外磁場方向,它在物質內部產生了附加的磁場M。外磁場和此時附加磁場的總和稱為磁感應強度B。B=μ0(H+M)磁極化強度:單位體積磁性介質的磁偶極矩,也稱內稟磁感應強度,符號為Bi或J。J=μ0M
磁滯回曲線
當磁場按Hs→Hc→O→-Hc→-Hs→-Hc→O→Hc→Hs次序變化,相應的磁感應強度B則沿閉合曲線S-HcS`HcS變化,這閉合曲線稱為B~H曲線(磁滯回線)。
1. 起始磁化曲線
圖中的原點0表示磁化之前硬磁物質處於磁中性狀態,即B=H=0,當磁場H從零開始增加時,磁感應強度B隨之緩慢上升,如線段oa所示,繼之B隨H迅速增長,如ab所示,其後B的增長又趨緩慢,並當H增至Hs時,B到達飽和值Bs,這條紅色曲線稱為起始磁化曲線。
2. 磁滯
當磁場從Hs逐漸減小至零,磁感應強度B並不沿起始磁化曲線恢復到「0」點,而是沿另一條新的曲線sr下降,比較線段os和sr可知,H減小B相應也減小,但B的變化滯後於H的變化,這現象稱為磁滯,磁滯的明顯特徵是當H=0時,B不為零,而保留剩磁Br。
3. 退磁曲線
當磁場反向從O逐漸變至-Hc時,磁感應強度B降為0,說明要消除剩磁,必須施加反向磁場,Hc稱為矯頑力,它的大小反映磁性材料保持剩磁狀態的能力,紫色線段稱為退磁曲線。
內稟退磁曲線
外磁場H變化引起磁體磁感應強度B變化的同時,磁極化強度J也在發生變化,可以用J~H曲線來描述兩者之間的關係,它是反應永磁材料內在磁性能的曲線,稱為內稟退磁曲線,簡稱內稟曲線。內稟退磁曲線上磁極化強度J為0時,相應的磁場強度稱為內稟矯頑力Hcj。
通常我們看到的磁材廠家提供的磁體退磁曲線,就是J~H曲線和B~H曲線在坐標系第二象限的情況。
1.膝點Hk
從圖中我們不難發現,當反向外磁場不斷增大時,磁體的磁極化強度下降的非常緩慢,但當外磁場大於某一值後,磁極化強度會快速下降,通常我們將退磁曲線上Ji=0.9Br的點稱為退磁曲線的彎曲點或膝點,這一點對應的磁場為Hk,也稱為膝點(knee)矯頑力。當外磁場大於Hk時,磁體性能將發生不可逆的損失,這也是Hk值受到關注的原因。
2.退磁曲線方形度Q
我們用Hk與HcJ的比值(Hk/HcJ)來表示退磁曲線的方形度Q,Q的取值範圍在0~1之間,Q越接近於1,退磁曲線越接近於方形,通常我們認為方形度Q>0.9的產品才算合格產品。
3.不同溫度下的退磁曲線
一般說來,永磁材料生產廠家會提供各牌號產品在不同使用溫度下的退磁曲線,如下圖。看似複雜,但本質就是將多個退磁曲線和內稟曲線放在一張圖上呈現。
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