稀土永磁同步电机——永磁材料的退磁曲线与内享退磁曲线

对于永磁材料，磁滞回线的第二象限部分可用于描述其特性，称为退磁曲线，由于B为正而H为负，表达不便，故将H坐标轴的方向取反，如图2一3中曲线B一f ( H）所示。根据铁磁学理论，在上述坐标系下，永磁材料中的磁场满足B－一巧H＋肠M ( 2一1 )式中，产。一47tx10一7H / m为真空的磁导率；M为单位体积内磁矩的矢量和，称为磁化强度，单位为A / m 。可以看出，在永磁材料中，B有两个分量，即与真空中一样的巧H和磁化后产生的分量内M，产。 M称为内察磁感应强度，用Bi表示。由式（2一1）可知，内察磁感应强度与磁感应强度之间满足如下关系：Bi一B＋产oH ( 2一2 )描述内察磁感应强度与磁场强度关系的曲线Bi一f ( H）称为内票退磁曲线，如图2一3所示。

二、永磁材料的主要性能参数

1．剩磁密度、矫顽力和内察矫顽力

从永磁材料的退磁曲线可以看出，当磁场强度H为零时，磁感应强度不为零，而是一个较大的值，称为剩余磁感应强度或剩磁密度，用Br表示，单位为T 。当磁感应强度为零时，H不为零而是H 。，Hc称为磁感应矫顽力，通常简称为矫顽力，单位为A / m；同理，使内察磁感强度Bi降低至零所需的磁场强度称为内察矫顽力，用Hcj表示，单位为A / m 。对于内察矫顽力较小的永磁材料，Hc和Hcj相差不大，因此最初并不加以区别。随着永磁材料的发展，Hcj越来越高，如铁氧体、稀土永磁等都有较高的Hcj ,Hc和H灼差别较大，有必要予以区别。从本质上讲，Hcj更能表征材料保持磁化状态的能力。

2．表观剩磁

当永磁体两端开路时，外磁路具有较大的磁阻，相当于对永磁体产生了一个退磁场，这个退磁场的方向和材料内的磁感应强度方向相反。此时，永磁体表现出来的磁感应强度不是Br，而是退磁曲线上低于Br的某一点D所对应的磁感应强度，如图2一4所示，称为表观剩磁BD 。

3．最大磁能积

永磁体通常是在去磁状态下工作的，退磁曲线上任何一点代表一个磁状态，该点B和H的乘积代表了该磁状态下永磁体所具有的磁场能量密度，称为磁能积。磁能积随B变化的关系曲线称为磁能积曲线，如图2一5中纵轴右边的曲线所示。退磁曲线上存在一点d，该点的磁感应强度Bd和磁场强度玩的乘积有最大值，称为最大磁能积( BH ) max表示。最大磁能积越大，永磁材料性能越好。从理论上讲，在进行磁路设计时，将永磁体的工作点设计在最大磁能积点时，永磁体的利用率最高。

永磁材料的退磁曲线往往不是直线，而是有一定程度的弯曲。如果两种材料的剩磁密度和矫顽力相同，而弯曲程度不同，则最大磁能积也不同，退磁曲线凸出程度越大，则最大磁能积越大。退磁曲线的凸出程度可用凸出系数y表示，定义为。

4．回复磁导率

如图2一6所示，当永磁体处于外加磁场中时，工作点为A；当去掉外加磁场时，工作点不是沿着退磁曲线变化，而是到一个新的位置A，。如果循环地改变外磁场，得到一个局部磁滞回线，由于其非常狭窄，故可用一条直线代替，称为回复线。回复线的斜率称为回复磁导率产。从e 。与产。的比值称为相对回复磁导率，用从表示。若退磁曲线为直线，则回复线与退磁曲线重合。

实践证明：不同永磁材料的回复磁导率是不同的，即使是同一材料，退磁曲线上不同点的回复磁导率也有差别，但为了便于计算，通常认为永磁材料的回复磁导率为常数。可以看出，用相对回复磁导率表示永磁体的特性时，满足式中，风一Br加。为剩余磁化强度。

5．温度系数

永磁体通常工作在电磁装置内，装置所处环境温度的变化和装置产生的热量使永磁体工作温度变化，对永磁体的性能有一定影响，其影响可用温度系数表示。在永磁体允许的工作范围内，其所处环境温度每变化1 ℃，剩余磁感应强度变化的百分比称为剩磁温度系数，矫顽力变化的百分比称为矫顽力温度系数，分别用、 r和aH 。表示。温度系数表征了永磁材料的温度稳定性。

6．居里温度

磁性材料并不是在任何温度下都具有磁性的，存在一个临界温度Tc，在该温度以上，由于原子的剧烈热运动，原子磁矩的排列是混乱无序的，材料不显示磁性；在此温度以下，原子磁矩排列整齐，产生自发磁化，材料表现出铁磁性。居里首先发现了这一现象，因而人们将这一温度称为居里温度。居里温度实际上是将铁磁体转化为顺磁体的温度。

7．最高工作温度

将规定尺寸的永磁材料样品加热到某一特定温度，保持l000h，然后冷却到室温，其开路磁通不可逆损失小于5％的最高保温温度，称为该永磁材料的最高工作温度。

8．退磁曲线的拐点

铁氧体永磁的退磁曲线上部为直线。 NdFeB永磁的退磁曲线在室温下为直线，但温度升高到一定程度时下部会出现弯曲。退磁曲线上明显发生弯曲的点称为拐点。如果永磁体的工作点在拐点以下，会产生磁性能的不可逆损失。

9．临界场强

通常将内察退磁曲线上所对应的磁场强度称为临界场强，用HK表示。 HK越大，意味着内察退磁曲线的矩形度越好，磁性能越稳定。

10．各向同性与各向异性

在永磁体成形过程中，往往对其施加外磁场，使其磁畴的易磁化方向都沿同一方向，这样得到的永磁体称为各向异性永磁体，否则就是各向同性永磁体。对于各向同性永磁体，在任意方向上充磁都可以得到相同的磁性能。而对于各向异性永磁体，存在一个能获得最佳磁性能的充磁方向，称为永磁体的取向方向，也称作易磁化方向，要充分利用永磁体，必须沿该方向充磁。