干货 | 永磁材料的特性有哪些，它们影响电机的哪些性能？

来源 | 老赵说制造

电机的结构特点之一就是定子磁极由永磁材料组成，磁性材料性能的优劣，直接影响到电机磁路尺寸，电机体积以及功能指标和运动特性。永磁材料又称硬磁材料，主要特征是矫顽力(Coercive Force)大、剩磁(Residual Flux Density) 高，永磁材料经饱和磁化后去掉外磁场仍能长时间保持稳定的磁性，给永磁电机励磁，在气隙中建立恒稳磁场。

剩磁 Br、矫顽力 Hcb

永磁体磁化到饱和后，把外磁场的磁场强度(Magnetic Field Intensity) H逐步减小到零，永磁体的磁感应强度(Magnet Flux Density) B由Bs退到Br，Br称为剩磁。反向加磁场使Br降到零， 此时的反向磁场强度的绝对值称为磁感应矫顽力，简称矫顽力(CoerciveForce)Hcb，见下图。连续缓慢地改变外磁场的磁场强度一个循环周期，形成的B-H闭合磁化曲线称为磁滞回线 (Magnetic hysteresis loop)，位于第二象限内的磁滞回线即为去磁曲线(DemagnetizationCurve)，它是永磁材料的基本特性曲线，表征永磁材料品质的重要依据。

内禀矫顽力Hcj

在真空中，磁场强度H与磁感应强度B 的关系为 ：B=0H ，在磁性材料中，则为：B=0M + 0H，式中，M为磁化强度(Magnetization Intensity) 单位为 A/m)，是表示永磁材料磁化程度的一个重要物理量。0(=4πx10-7 H/m)为真空磁导率(Permeability of Vacuum)。

由于第二象限内磁化磁场强度H值为负值，为了方便起见，不妨将H坐标反向，使H定义为去磁磁场强度，为正值，则式 应改写成：B=0M0H，式中表明：当H=0时，B=Br=0M；当H=Hcb时，B=0，M=Hcb为正值并未退到零。要使M退到零，还要把去磁磁场强度H继续增大直到Hcj，见下图，曲线Bj=B+0H称为内禀去磁曲线(Intrinsic Demagnetization Curve)，Bj是永磁材料磁化后内在的磁感应强度即内禀磁感应强度，Hcj称为内禀矫顽力。

回复磁导率r

永磁体磁化后去掉外磁场，磁密是Br，在去磁场强作用下，磁密沿去磁曲线下降到某一点，例如上图中的K点，然后减小去磁作用直到场强H=0，但磁密并不按去磁曲线回到Br，而是到一个较低的点，例如M点，以后再加去磁场强到Hk，磁密将沿着新的曲线到K点，形成一个局部小回环。由于局部回环的面积很小，可以近似地用直线KM表示，KM称为回复线(Recoil Line)。回复线的斜率称为回复磁导率（Recoil permeability ) r，它近似地等于去磁曲线上Br处的斜率，即回复线与去磁曲线上Br处的切线平行。r是永磁材料动态工作时的重要参数，当r较小时，永磁材料有较好的动态性能。

最大磁能积(BH)max

由于永磁磁路不同，因而材料所处的工作点不同，材料单位体积向气隙提供的磁能与此材料工作点上的磁密B与去磁场强H的乘积成正比，即：W = BH …(J/m3)，由式可知，当B=Br时，H=0，W=0；当H=Hcb时，B=0，W=0。能量最大的D点(BdHd)乘积最大，称为最大磁能积(BH)max，这一点是永磁铁的最佳工作点(见下图），对于永磁铁氧体，B=f(H)去磁曲线一般为直线，磁感应强度可写成 ：B=Br-0rH, 当H=Hcb时，B=0，代入式：

因B=f(H)为直线，(BH)max的值位于直线的中点， 故

磁感应温度系数ab、居里点Tc

磁感应温度系数(Temp. Coefficient of Br)ab，居里点(Curie Temp.)Tc是指在工作温度范围(一般是–40°C~+80°C)内剩磁Br随温度可逆变化的系数：

式中B1、B2分别是温度为t1、t2时的磁感应强度。

永磁材料的磁感应强度随温度升高而降低，因此ab是负值，当温度升高到一定值时，饱和磁感应强度Bs下降为零，失去永磁材料的基本特性，这个温度称为居里点Tc(或居里温度)。温度系数ab值越小，永磁材料的温度稳定性越好；居里点Tc高，允许的使用温度也高。

各向同性 与各向异性

由于制造工艺不同，永磁材料有各向同性(Isotropy)和各向异性(Anisotropy)之分，各向同性永磁体内不同晶粒的易磁化轴是紊乱取向的，因而剩磁Br较低，只有饱和磁感应强度Bs的二分之一左右，相应地最大磁能积(BH)max也较小。各向异性永磁体是采用磁场成型再烧结 (或压延)，其晶粒的易磁化轴沿成型磁场方向排列一致，Br接近Bs，从而使Br比各向同性约提高一倍，对于铁氧体(BH)max.将近提高四倍。因此， 电机磁铁通常采用各向异性材料。

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