永磁磁路基础_一_
合集下载
磁路基础知识
磁压降
N I ＝ H l H 1l1 H 2 l 2 H 3 Φ 1 R m 1 Φ 2 R m 2 Φ R m
沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁路磁压降的代数和。
第1章
返 回
上 页
下 页
磁路和电路比较
第1章
返 回
上 页
下 页
磁路和电路有相似之处，却要注意有以下几点差别：
电动机
T
2 GDR
m
GD
j1
电动机 工作机构
GD
2 m
1 j2
2 1
T
Tm
2 GDeq
等效负载 Teq
(a) 多轴拖动系统
(b) 等效的单轴系统
图1-12 多轴拖动系统折算成单轴拖动系统
折算原则：保持系统的功率传递关系及系统的贮存动能不变。 负载转矩的折算：从已知的实际负载转矩求出等效的负载转矩。 系统飞轮矩的折算：从已知的各转轴上的飞轮矩求出系统的总飞 轮矩。
电机与电力拖动基础教程
羌予践 主编
第1章 磁路及动力学基础知识
1.1 1.2
1.3 磁路和磁路基本定律
铁磁材料及其特性
电力拖动系统的动力学基础
第1章
1.1磁路和磁路基本定律
1.1.1描述磁场的基本物理量 1、磁感应强度B（磁密） 2、磁通 3、磁导率：表示物质导磁能力强弱的物理量 真空磁导率0=4×10-7H/m 铁磁材料磁导率 >>0 4、磁场强度H=B/
第1章
返 回 上 页 下 页
铁磁材料
1．软磁材料 定义: 磁滞回线窄、剩磁和矫顽力都很小的材料。 附图1-8a 常用软磁材料:铸铁、铸钢和硅钢片等。 软磁材料的磁导率较高,故用以制造电机和变压器的铁心。
电机学 第1章 磁路基础知识
第1章 磁路基础知识
1.1
1.2
磁路和磁路基本定律 铁磁材料及其特性
南通大学《电机学》
磁路基础知识
1.1磁路和磁路基本定律 1.1.1描述磁场的基本物理量
1、磁感应强度B（磁密） 2、磁通 3、磁导率：表示物质导磁能力强弱的物理量 真空磁导率0=4×10-7H/m 铁磁材料磁导率 >>0 4、磁场强度H=B/
南通大学《电机学》
dΨ dt
为负，而e为正，将企图增加磁链。
磁路基础知识
1.1.2电磁感应定律
线圈磁链的变化，可以有以下两种不同的方式： 若磁场由交流电流产生，则磁通随时间变化，所产 生的电动势称为变压器电动势。
若通过线圈的磁通不随时间变化，但线圈与磁场之 间有相对运动，也会引起线圈磁链的变化，所产生 的电动势称为运动电动势。
南通大学《电机学》
磁路基础知识
1.1.2电磁感应定律
若电动势、电流和磁通的正方向如图所示，则感应电 动势可表示为
e dΨ dt
或
e N
dΦ dt
必须指出：在建立上式时，各电、磁 量的正方向十分重要，其物理概念是： 线圈中的感应电动势倾向于阻止线圈 中磁链的变化。
dΨ
1、磁链正向增加， d t 为正，而e为负值，将企图减少磁链； 2、磁链正向减少，
南通大学《电机学》 磁路基础知识
1.1.5磁路的基尔霍夫定律
1、磁路的基尔霍夫第一定律 闭合面A显然有：
－ Φ1＋ Φ 2＋ Φ 3＝ 0
A
i
N
即：
Φ＝ 0
2
1
3
图1-4 磁路的基尔霍夫第一定律
穿出(或进入)任一闭合面的总磁通量恒等于零(或 者说，进入任一闭合面的磁通量恒等于穿出该闭 合面的磁通量)
1.1
1.2
磁路和磁路基本定律 铁磁材料及其特性
南通大学《电机学》
磁路基础知识
1.1磁路和磁路基本定律 1.1.1描述磁场的基本物理量
1、磁感应强度B（磁密） 2、磁通 3、磁导率：表示物质导磁能力强弱的物理量 真空磁导率0=4×10-7H/m 铁磁材料磁导率 >>0 4、磁场强度H=B/
南通大学《电机学》
dΨ dt
为负，而e为正，将企图增加磁链。
磁路基础知识
1.1.2电磁感应定律
线圈磁链的变化，可以有以下两种不同的方式： 若磁场由交流电流产生，则磁通随时间变化，所产 生的电动势称为变压器电动势。
若通过线圈的磁通不随时间变化，但线圈与磁场之 间有相对运动，也会引起线圈磁链的变化，所产生 的电动势称为运动电动势。
南通大学《电机学》
磁路基础知识
1.1.2电磁感应定律
若电动势、电流和磁通的正方向如图所示，则感应电 动势可表示为
e dΨ dt
或
e N
dΦ dt
必须指出：在建立上式时，各电、磁 量的正方向十分重要，其物理概念是： 线圈中的感应电动势倾向于阻止线圈 中磁链的变化。
dΨ
1、磁链正向增加， d t 为正，而e为负值，将企图减少磁链； 2、磁链正向减少，
南通大学《电机学》 磁路基础知识
1.1.5磁路的基尔霍夫定律
1、磁路的基尔霍夫第一定律 闭合面A显然有：
－ Φ1＋ Φ 2＋ Φ 3＝ 0
A
i
N
即：
Φ＝ 0
2
1
3
图1-4 磁路的基尔霍夫第一定律
穿出(或进入)任一闭合面的总磁通量恒等于零(或 者说，进入任一闭合面的磁通量恒等于穿出该闭 合面的磁通量)
永磁材料及磁路基础资料课件
永磁材料及磁路基础资料课件
目录
• 永磁材料概述 • 永磁材料的磁学基础 • 永磁材料的制造工艺 • 永磁材料的磁路设计 • 永磁材料的市场趋势与未来发展 • 永磁材料的应用案例分析
01
永磁材料概述
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
永磁材料的定义与特性
总结词
永磁材料是一种具有长期保持磁性的 特殊材料，其特性包括高磁导率、高 矫顽力、高剩磁等。
该方法可以制备出高性能的永磁材料，如铝镍钴永磁材料和铁铬钴永磁材 料等，但生产效率较低，成本较高。
熔炼法可以通过控制合金成分和热处理工艺等手段，进一步提高永磁材料 的磁性能和稳定性。
化学合成法
化学合成法是一种制备永磁 材料的较新工艺，通过化学 反应将原材料合成成为具有
优异磁性能的永磁材料。
该方法可以制备出高性能的 永磁材料，如铁氮化合物永 磁材料和铁基非晶态永磁材 料等，具有较高的生产效率
环保化
研发低能耗、低排放、低污染的 永磁材料制备技术，降低生产过 程中的环境影响。
永磁材料的未来发展前景
应用领域拓展
随着新能源、电动汽车、智能制造等领域的快速发展，永磁材料 的应用领域将进一步拓展。
技术创新推动
未来永磁材料的发展将更加依赖于技术创新，如纳米技术、生物技 术等，推动永磁材料向更高性能、更低成本的方向发展。
THANKS
感谢观看
02
永磁材料的磁学基础
磁学的基本概念
01
02
03
磁场
磁场是磁力作用的场，存 在于磁体和电流周围。
磁感应线
磁感应线是描述磁场分布 的假想曲线，类似于电场 中的电场线。
磁通量
磁通量是穿过某一面积的 磁力线的数量，表示磁场 的大小。
目录
• 永磁材料概述 • 永磁材料的磁学基础 • 永磁材料的制造工艺 • 永磁材料的磁路设计 • 永磁材料的市场趋势与未来发展 • 永磁材料的应用案例分析
01
永磁材料概述
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
永磁材料的定义与特性
总结词
永磁材料是一种具有长期保持磁性的 特殊材料，其特性包括高磁导率、高 矫顽力、高剩磁等。
该方法可以制备出高性能的永磁材料，如铝镍钴永磁材料和铁铬钴永磁材 料等，但生产效率较低，成本较高。
熔炼法可以通过控制合金成分和热处理工艺等手段，进一步提高永磁材料 的磁性能和稳定性。
化学合成法
化学合成法是一种制备永磁 材料的较新工艺，通过化学 反应将原材料合成成为具有
优异磁性能的永磁材料。
该方法可以制备出高性能的 永磁材料，如铁氮化合物永 磁材料和铁基非晶态永磁材 料等，具有较高的生产效率
环保化
研发低能耗、低排放、低污染的 永磁材料制备技术，降低生产过 程中的环境影响。
永磁材料的未来发展前景
应用领域拓展
随着新能源、电动汽车、智能制造等领域的快速发展，永磁材料 的应用领域将进一步拓展。
技术创新推动
未来永磁材料的发展将更加依赖于技术创新，如纳米技术、生物技 术等，推动永磁材料向更高性能、更低成本的方向发展。
THANKS
感谢观看
02
永磁材料的磁学基础
磁学的基本概念
01
02
03
磁场
磁场是磁力作用的场，存 在于磁体和电流周围。
磁感应线
磁感应线是描述磁场分布 的假想曲线，类似于电场 中的电场线。
磁通量
磁通量是穿过某一面积的 磁力线的数量，表示磁场 的大小。
第一章 磁路基础知识
l1 l2 3l 15 10 2 m 两边磁路长度：
气隙磁位降： B 1.211 2H 2 2 2.5 10 3 A 4818 A 0 4π 10 7
1.211 (2 0.25) 2 B T 1.533T 中间铁心磁位降： 3 4 A 4 10
磁路基础知识
1.2.3涡流与涡流损耗 1、涡流 2、涡流损耗：涡流在铁心中引起的损耗 3、注意:为减小涡流损耗，电机和变压器的铁心都用 含硅量较高的薄硅钢片叠成。 4、铁心损耗：磁滞损耗+涡流损耗
2 pFe f 1.3 BmG
南通大学《电机学》
磁路基础知识
1.3直流磁路的计算
磁路计算正问题——给定磁通量，计算所需的励磁磁动势 磁路计算逆问题——给定励磁磁势，计算磁路内的磁通量 磁路计算正问题的步骤： 1）将磁路按材料性质和不同截面尺寸分段； 2）计算各段磁路的有效截面积Ak和平均长度lk； 3）计算各段磁路的平均磁通密度Ak ，Bk=Φk/Ak； 4）根据Bk求出对应的Hk；
Φ
RmFe
N
F
Rm
i
Φ
串联磁路 南通大学《电机学》 磁路基础知识
模拟电路图
解：铁心内磁通密度为 BFe 0.0009 T 1T
AFe 0.0009
从铸钢磁化曲线查得：与BFe对应的HFe=9×102A/m
H FelFe 9 10 2 0.3A 270 A 铁心段的磁位降：
查磁化曲线：H1 H 2 215 A/m
H1l1 H 2l2 215 15 10 2 A 32.25A
总磁动势和励磁电流为：
Ni 2H H l
3 3
H 1l1
永磁磁路设计
永磁设计参考材料从研制角度而言，是希望性能尽可能地优越。
但从使用角度考虑，对已研制出的材料，如何合理利用以期获得最大的收益则显得更为重要。
具体到永磁材料，则涉及到磁体的选用和磁路的设计。
下面对永磁磁路设计做简单介绍。
·永磁磁路的基本知识磁路：最简单的永磁磁路由磁体、极靴、轭铁、空气隙组成。
磁路之所以采用路的说法，是从电路借用而来，所以传统意义上的磁路设计是与电路设计相类似的，为了更明了地说明这个问题，简单比较如下图：磁路的基本类型有并联磁路、串联磁路，其形式同于电路。
静态磁路基本方程：静态磁路有两个基本方程：其中k f为漏磁系数，k r为磁阻系数，Bm、Hm、Am、Lm分别为永磁体工作点、面积和高度；Bg、Hg、Ag、Lg为气隙的磁通密度、磁场强度、气隙面积和长度。
由以上两式可得：上式中Vm=Am.Lm表示永磁体体积，Vg=Ag.Lg表示气隙的体积，(HmBm)是永磁体工作点的磁能积。
·磁路设计的一般步骤：·根据设计要求（Bg Ag、Lg的值由要求提出），选择磁路结构的磁体工作点。
在选择磁路结构时，需要结合磁体性能来考虑磁体的尺寸，设法使磁体的位置尽量靠近气隙，磁轭的尺寸要够大，以便通过其中的磁通不至于使磁轭饱和，即φ=B轭A轭，式中的B轭最好相当于最大磁导率相对应的磁通密度。
如果B轭等于饱和磁通密度的话，则磁轭本身的磁阻增加很多，磁位降加大，或者说磁动势损失太大。
·估计一个Kf和Kr，利用初步算出磁体尺寸Am 、 Lm；·据磁体尺寸、磁轭尺寸，算出整个磁路的总磁导P（其中关键是漏磁系数Kf的计算），再将原工作点代入下式：Bg=F/[KfAg(r+R+1/P)]·据总磁导P、漏磁系数Kf、磁体内阻r和磁轭的磁阻R，看Bg是否与要求相符，否则再从头起设计。
在已知气隙要求(Bg、Ag、Lg)和磁体工作点的情况下，欲求磁体的尺寸（Lm、Am），则需要知道漏磁系数Kf和磁阻系数Kr。
3.3 永磁电机磁路计算解读
图 计算
框图
（三）解析法的应用
上述方法推广应用于所有永磁材料 1.对于铁氧体永磁和部分高温下工作的钕铁硼永磁
（1）设计时保证最低工作点 高于拐点，用 替代
计算矫顽力
（2）工作点低于拐点，用 和 替代 和
图 具有拐点的直线型退磁曲线和回复线
计算剩磁密度
2.对于铝镍钴类永磁
曲线型退磁曲线和回复线
用
和
i—气隙极弧系数； —极距；
Lef—电枢计算长度； K—气隙系数； Ks—饱和系数
2、漏磁导
漏磁导的计算较为繁杂
（五）漏磁因数和空载漏磁因数
1、定义
2、空载
二、等效磁路的解析法
（一）等效磁路各参数的标么值
（二）等效磁路的解析解
（三）解析法的应用
（一）等效磁路各参数的标么值
1、基值选取： 磁通基值
图
最大有效磁能时的永磁体工作图
图2－16（b） 最大有效磁能时的永磁体工作图
（三）永磁体最佳工作点的应用及注意事项
1．当退磁曲线具有拐点时，首先要进行最大去磁工作
点( 拐点( ， ， )的校核，使其高于退磁曲线(或回复线)的 )，即 ﹥ 或 ﹤ ，并留有充分余
地，以防止永磁体产生不可逆退磁。在保证不失磁的 前提下追求尽可能大( 通常不是最大)的有效磁能。 2．在设计电机时首先着眼于最佳电机设计，有时只好 放弃永磁体的最佳利用。一般取 ＝0.60～0.85，这 需要根据对电机的具体要求，经过方案比较后确定。
磁化强度
内禀磁感应强度
Mr是剩余磁化强度，对特定永磁 是常数， 为永磁体磁化系数， 是H的函数
取绝对值 （其中：Bir=Br=0Mr）
（其中：Bir=Br=0Mr）
磁路、磁场基础知识
磁畴磁矩沿某个易磁化方向(direction of easy）
NN 静磁能高 交换能低
SS
NS 静磁能低 交换能高
SN
矛盾因素协调平 衡，才使铁磁体 整体能量最低。
磁路、磁场补充基础知识
二 . 铁磁质的磁化规律
铁磁质
B~
H关系非线性，也不单值，
形式上表示为
B
H，
Const.
1. 起始磁化曲线
试件
（2） 质子和中子的磁矩
质子轨道磁矩 m e
L，中子无轨道磁矩。
2m p
质子和中子都有自旋磁矩：
m
g
e
S
2m p
g 称为 g 因子，质子g = 5.5857，
（3） 原子核的磁矩
整个原子核的自旋磁矩
m g
e
I
I
2m p
为核的自旋角动量，因子g由原子核决定。
由上可知，核磁矩远小于电子磁矩。
磁路、磁场补充基础知识
一. 磁畴（magnetic domain） 铁磁质中起主要作用的是电子的自旋磁矩。
各电子的自旋磁矩靠交换偶合作用使方向一致， 从而形成自发的均匀磁化小区域 — 磁畴。
未加磁场
在磁场 B 中
磁路、磁场补充基础知识
各种材料磁畴线度相差较大：从10-3m到10-6m， 一般为 10-4~10-5m，磁畴体积约为10-6(mm)3， 一个磁畴中约有1012~1015个原子。
磁路、磁场补充基础知识
电子轨道磁矩
电子自旋磁矩 原子核的磁矩
分子磁矩 m分 等效
( molecular magnetic moment )
(molecular current)
i分
m分
NN 静磁能高 交换能低
SS
NS 静磁能低 交换能高
SN
矛盾因素协调平 衡，才使铁磁体 整体能量最低。
磁路、磁场补充基础知识
二 . 铁磁质的磁化规律
铁磁质
B~
H关系非线性，也不单值，
形式上表示为
B
H，
Const.
1. 起始磁化曲线
试件
（2） 质子和中子的磁矩
质子轨道磁矩 m e
L，中子无轨道磁矩。
2m p
质子和中子都有自旋磁矩：
m
g
e
S
2m p
g 称为 g 因子，质子g = 5.5857，
（3） 原子核的磁矩
整个原子核的自旋磁矩
m g
e
I
I
2m p
为核的自旋角动量，因子g由原子核决定。
由上可知，核磁矩远小于电子磁矩。
磁路、磁场补充基础知识
一. 磁畴（magnetic domain） 铁磁质中起主要作用的是电子的自旋磁矩。
各电子的自旋磁矩靠交换偶合作用使方向一致， 从而形成自发的均匀磁化小区域 — 磁畴。
未加磁场
在磁场 B 中
磁路、磁场补充基础知识
各种材料磁畴线度相差较大：从10-3m到10-6m， 一般为 10-4~10-5m，磁畴体积约为10-6(mm)3， 一个磁畴中约有1012~1015个原子。
磁路、磁场补充基础知识
电子轨道磁矩
电子自旋磁矩 原子核的磁矩
分子磁矩 m分 等效
( molecular magnetic moment )
(molecular current)
i分
m分
磁路基础知识
Φ＝0
基尔霍夫第二定律
NI＝ Hl ΦRm
电路旳基本物理量及公式
电动势E 电 流I 电 阻R 电 导G 欧姆定律
I E/R
基尔霍夫第一定律
i＝0
基尔霍夫第二定律
e＝iR
南通大学《电机学》
磁路基础知识
1.2铁磁材料及其特征
1.2.1铁磁材料旳高导磁性 1．铁磁物质旳磁化
将铁、镍、钴等铁磁物质放入磁场后，铁磁物质 呈现很强旳磁性，这种现象，称为铁磁物质旳磁化。
磁畴：在铁磁物质内部存在着许多很小旳天然磁化区。
南通大学《电机学》
磁路基础知识
2．起始磁化曲线
将一块还未磁化旳铁磁材料进行磁化，当磁场 强度H由零逐渐增大时，磁通密度B也将随之增大， 曲线B=f(H)就称为起始磁化曲线
B
c
d
B f (H)
b
a
0
南通大学《电机学》
磁路基础知识
B 0H
H
3.磁滞回线
相应旳模拟电路图
南通大学《电机学》
磁路基础知识
1.1.5磁路旳基尔霍夫定律 1、磁路旳基尔霍夫第一定律
闭合面A显然有：
－Φ1＋Φ2＋Φ3＝0
Φ＝0
穿出(或进入)任一闭合面旳总磁通量恒等于零( 或者说，进入任一闭合面旳磁通量恒等于穿出该闭 合面旳磁通量)
南通大学《电机学》
磁路基础知识
2、磁路旳基尔霍夫第二定律
Φ
RmFe
F
Rm
磁路基础知识
模拟电路图
解：铁心内磁通密度为
0.0009
BFe
AFe
T 1T 0.0009
从铸钢磁化曲线查得：与BFe相应旳HFe=9×102A/m
铁心段旳磁位降： H l Fe Fe 9 102 0.3A 270A
基尔霍夫第二定律
NI＝ Hl ΦRm
电路旳基本物理量及公式
电动势E 电 流I 电 阻R 电 导G 欧姆定律
I E/R
基尔霍夫第一定律
i＝0
基尔霍夫第二定律
e＝iR
南通大学《电机学》
磁路基础知识
1.2铁磁材料及其特征
1.2.1铁磁材料旳高导磁性 1．铁磁物质旳磁化
将铁、镍、钴等铁磁物质放入磁场后，铁磁物质 呈现很强旳磁性，这种现象，称为铁磁物质旳磁化。
磁畴：在铁磁物质内部存在着许多很小旳天然磁化区。
南通大学《电机学》
磁路基础知识
2．起始磁化曲线
将一块还未磁化旳铁磁材料进行磁化，当磁场 强度H由零逐渐增大时，磁通密度B也将随之增大， 曲线B=f(H)就称为起始磁化曲线
B
c
d
B f (H)
b
a
0
南通大学《电机学》
磁路基础知识
B 0H
H
3.磁滞回线
相应旳模拟电路图
南通大学《电机学》
磁路基础知识
1.1.5磁路旳基尔霍夫定律 1、磁路旳基尔霍夫第一定律
闭合面A显然有：
－Φ1＋Φ2＋Φ3＝0
Φ＝0
穿出(或进入)任一闭合面旳总磁通量恒等于零( 或者说，进入任一闭合面旳磁通量恒等于穿出该闭 合面旳磁通量)
南通大学《电机学》
磁路基础知识
2、磁路旳基尔霍夫第二定律
Φ
RmFe
F
Rm
磁路基础知识
模拟电路图
解：铁心内磁通密度为
0.0009
BFe
AFe
T 1T 0.0009
从铸钢磁化曲线查得：与BFe相应旳HFe=9×102A/m
铁心段旳磁位降： H l Fe Fe 9 102 0.3A 270A