三 技術(shù)磁化

3.1技術(shù)磁化的過程

技術(shù)磁化：指鐵磁體在外場作用下通過磁疇轉(zhuǎn)動和疇壁位移實現(xiàn)宏觀磁化的過程，一般包括以下幾個過程：

1.鐵磁材料處于磁中性時，磁疇雜亂無序排列，宏觀磁化強度為零；

2.增加外磁場，磁疇向著外磁場方向發(fā)生磁疇轉(zhuǎn)動或疇壁位移，原有的磁疇向新磁疇轉(zhuǎn)變；

3.磁場逐步增大，最終所有的磁疇都與外磁場方向一致，疇壁消失，鐵磁體達到磁飽和。

反之，從磁飽和狀態(tài)回到磁中性狀態(tài)的過程稱為反磁化過程。

圖3.1 磁化過程

技術(shù)磁化從可逆不可逆角度看，主要包括四種：1.可逆疇壁位移；2.不可逆疇壁位移；3.可逆磁疇轉(zhuǎn)動；4.不可逆磁疇轉(zhuǎn)動。一般材料的磁化過程是其中的一種或幾種。

對于一般軟磁材料如硅鋼，磁化過程：弱磁下以疇壁位移磁化為主，隨著磁場的增大出現(xiàn)籌轉(zhuǎn)最終達到磁飽和。對于單疇顆粒材料，僅存在磁疇轉(zhuǎn)動磁化。

3.2 技術(shù)磁化的幾個參數(shù)

磁化強度M：單位體積內(nèi)分子磁矩（也可以為原子或離子磁矩）的矢量和為磁化強度?？梢岳斫鉃榇啪氐捏w積密度。

表示為

在磁性材料所在空間無外磁場，且處于磁中性狀態(tài)時，其總磁化強度M=0；當在磁性材料所處空間施加磁場強度為H的外磁場時，材料中出現(xiàn)疇壁位移或磁疇轉(zhuǎn)動，其總磁化強度M不再為0。

根據(jù)磁化率值的大小和正負，可以把物質(zhì)分為抗磁性物質(zhì)，順磁性物質(zhì)和鐵磁性物質(zhì)（見上節(jié)）。

?3.3 鐵類材料磁化過程舉例

鐵類材料磁化過程如圖3.2所示：

1.在起始狀態(tài)（0點）為自發(fā)磁化形成的磁疇結(jié)構(gòu)；

2.在弱場范圍(0-a)發(fā)生可逆疇壁位移，磁化強度M隨H的變化緩慢。

3.當H增大到一定程度，磁化曲線會快速變化，出現(xiàn)圖中陡峻的區(qū)域(a-b)，發(fā)生不可逆疇壁位移。

4.在曲線拐點處(c點)，樣品處于單磁疇狀態(tài)，隨著磁場的進一步增大，會發(fā)生磁疇轉(zhuǎn)動；

5.達到磁飽和后與外磁場方向一致。

圖3.2 鐵類材料磁化過程圖

3.4 技術(shù)磁化中的幾個參數(shù)

1.磁場強度H：在磁荷觀點中，單位正磁荷在磁場中所受的力被稱為磁場強度(符號為H)。

2.磁化強度M：磁性材料磁化后單位體積內(nèi)分子磁矩（也可以為原子或離子磁矩）的矢量和（磁化前M為0）；

3.磁極化強度J：磁性材料磁化后單位體積內(nèi)磁偶極矩的矢量和；

4.磁感應(yīng)強度B（也稱磁通密度）：由于磁荷說的概念先一步出現(xiàn)并且定義出磁場強度；由于磁單極子一直未被發(fā)現(xiàn)，后來安培提出分子電流假說，認為磁現(xiàn)象的本質(zhì)是分子電流，磁場是由電流感應(yīng)出來的，自此磁場的強度多用磁感應(yīng)強度B表示，是指所在空間感應(yīng)出來的總磁場。?

5.磁導(dǎo)率μ：表示材料磁化性能的一個物理量，磁導(dǎo)率越大，材料越容易磁化；磁導(dǎo)率數(shù)值上是材料磁感應(yīng)強度B與磁場強度H之比，又稱為絕對磁導(dǎo)率。

6.真空磁導(dǎo)率μ0

?H/M/B三者的區(qū)別：

H：電流觀點占主導(dǎo)后，H作為輔助量，關(guān)注的更多的是磁場和磁源（電流）之間的關(guān)系，比如后面說的安培環(huán)路定理，根據(jù)HL=NI（L為安培環(huán)路的長度，I為電流強度，N為線圈匝數(shù)），可得H=NI/L。

M：M是磁性材料內(nèi)部在磁化后額外產(chǎn)生的磁場。M=χH。由于M為單位體積內(nèi)分子磁矩矢量和，因此磁化強度是材料自身磁化后產(chǎn)生的磁場。

3.5 靜態(tài)磁化

靜態(tài)磁化：在磁場恒定的情況下，樣品從一個穩(wěn)定的磁化狀態(tài)轉(zhuǎn)變到新的平衡狀態(tài)，不考慮平衡狀態(tài)建立的時間問題，稱為靜態(tài)磁化過程。

磁化曲線：表示磁感應(yīng)強度B、磁化強度M與磁場強度H之間的非線性曲線。磁化理論常用M-H關(guān)系討論，但由于M無法直接測出，因此工程上一般使用B-H曲線代替M-H曲線。

B-H曲線測試原理：

圖3.3 BH曲線測試原理

圖3.4 某磁性材料起始磁化曲線

3.6 動態(tài)磁化

3.6.1 動態(tài)磁化概念

電機里面的磁性材料如硅鋼片、永磁體等，需要在交變的磁場中工作，因此需要考慮磁化的時間問題，這就涉及到動態(tài)磁化過程。

3.6.2磁滯現(xiàn)象

鐵磁材料達到磁飽和后，逐漸減小外磁場H，磁感應(yīng)強度B或磁化強度M也逐漸減小，但并不沿著初始磁化曲線返回，即鐵磁材料中B或M的變化滯后于H的變化，這種現(xiàn)象稱為磁滯現(xiàn)象。

磁滯回線：在周期變化的外磁場中，鐵磁材料磁感應(yīng)強度B或磁化強度M與外磁場H之間形成的閉合曲線稱為磁滯回線。

磁滯回線解讀：

圖3.5 磁滯回線

表3.1 B-H曲線對應(yīng)表

當磁場H按0→Hs→0→-Hc→-Hs→ 0 →Hc→Hs依次變化時，對應(yīng)的B所經(jīng)歷的變化為0→Bs→Br→0→-Bs→-Br→0→Bs，如圖所示，oa段為起始B-H曲線（或稱為起始磁化曲線）a→b→c→d→e→f→a段為一封閉B-H曲線，即為磁滯回線。

1.oa段：為起始磁化曲線，Hs稱為飽和磁場強度； Bs為飽和磁感應(yīng)強度；Ms稱為飽和磁化強度；

2.ab段（第一象限）：當磁場強度降為0時，磁感應(yīng)強度仍保持一定的數(shù)值Br，Br稱為剩余磁感應(yīng)強度，簡稱剩磁。

3.bc段（第二象限）：磁場強度減為0后繼續(xù)施加反向磁場，磁感應(yīng)強度B繼續(xù)減小，當反向磁場達到-Hc時，材料的磁感應(yīng)強度B減為0。此時的反向磁場強度Hc稱為鐵磁性材料的矯頑力，是材料磁化后保持磁性的能力。

4.cde段（第三象限）：繼續(xù)增大反向磁場強度H，材料中的磁感應(yīng)強度也會變?yōu)榉聪颍擧達到-Hs時，磁感應(yīng)強度也將達到飽和值-Bs。然后逐漸減小反向磁場強度至0，磁感應(yīng)強度會變?yōu)?Br。

5.ef段（第四象限）：H減小為0后施加正向的磁場強度，H達到Hc時，磁感應(yīng)強度將逐漸從-Br變?yōu)?;

6.fa段（第一象限）：繼續(xù)增大H至飽和磁場強度Hs，材料達到正向磁飽和狀態(tài)；

依此循環(huán)。

3.6.3 硬磁材料及軟磁材料

磁滯現(xiàn)象中的重要概念：矯頑力（Coercivity），是材料抵抗退磁的能力，矯頑力越大，材料越容易保持磁性。根據(jù)矯頑力的大小，可以將鐵磁材料分為硬磁材料（Hc一般在10^5A/m以上）和軟磁材料（Hc小于1000A/m)。硬磁指的是磁性'硬'，磁性不容易被改變，一般也稱硬磁材料為永磁材料，具有寬磁滯回線、高矯頑力和高剩磁的特點。同樣的軟磁指磁性的'軟'，很容易被磁化，同樣的也很容易受外磁場的影響而發(fā)生退磁，具有窄磁滯回線、高磁導(dǎo)率、低矯頑力的特點。

軟磁材料和硬磁材料在電機中都有廣泛的應(yīng)用，軟磁材料（如硅鋼）主要用來制作定轉(zhuǎn)子的導(dǎo)磁材料，硬磁材料（如汝鐵硼永磁體）主要在永磁同步電機的轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生主磁場。