三 技术磁化

3.1技术磁化的过程

技术磁化：指铁磁体在外场作用下通过磁畴转动和畴壁位移实现宏观磁化的过程，一般包括以下几个过程：

1.铁磁材料处于磁中性时，磁畴杂乱无序排列，宏观磁化强度为零；

2.增加外磁场，磁畴向着外磁场方向发生磁畴转动或畴壁位移，原有的磁畴向新磁畴转变；

3.磁场逐步增大，最终所有的磁畴都与外磁场方向一致，畴壁消失，铁磁体达到磁饱和。

反之，从磁饱和状态回到磁中性状态的过程称为反磁化过程。

图3.1 磁化过程

技术磁化从可逆不可逆角度看，主要包括四种：1.可逆畴壁位移；2.不可逆畴壁位移；3.可逆磁畴转动；4.不可逆磁畴转动。一般材料的磁化过程是其中的一种或几种。

对于一般软磁材料如硅钢，磁化过程：弱磁下以畴壁位移磁化为主，随着磁场的增大出现筹转最终达到磁饱和。对于单畴颗粒材料，仅存在磁畴转动磁化。

3.2 技术磁化的几个参数

磁化强度M：单位体积内分子磁矩（也可以为原子或离子磁矩）的矢量和为磁化强度。可以理解为磁矩的体积密度。

表示为

在磁性材料所在空间无外磁场，且处于磁中性状态时，其总磁化强度M=0；当在磁性材料所处空间施加磁场强度为H的外磁场时，材料中出现畴壁位移或磁畴转动，其总磁化强度M不再为0。

根据磁化率值的大小和正负，可以把物质分为抗磁性物质，顺磁性物质和铁磁性物质（见上节）。

 3.3 铁类材料磁化过程举例

铁类材料磁化过程如图3.2所示：

1.在起始状态（0点）为自发磁化形成的磁畴结构；

2.在弱场范围(0-a)发生可逆畴壁位移，磁化强度M随H的变化缓慢。

3.当H增大到一定程度，磁化曲线会快速变化，出现图中陡峻的区域(a-b)，发生不可逆畴壁位移。

4.在曲线拐点处(c点)，样品处于单磁畴状态，随着磁场的进一步增大，会发生磁畴转动；

5.达到磁饱和后与外磁场方向一致。

图3.2 铁类材料磁化过程图

3.4 技术磁化中的几个参数

1.磁场强度H：在磁荷观点中，单位正磁荷在磁场中所受的力被称为磁场强度(符号为H)。

2.磁化强度M：磁性材料磁化后单位体积内分子磁矩（也可以为原子或离子磁矩）的矢量和（磁化前M为0）；

3.磁极化强度J：磁性材料磁化后单位体积内磁偶极矩的矢量和；

4.磁感应强度B（也称磁通密度）：由于磁荷说的概念先一步出现并且定义出磁场强度；由于磁单极子一直未被发现，后来安培提出分子电流假说，认为磁现象的本质是分子电流，磁场是由电流感应出来的，自此磁场的强度多用磁感应强度B表示，是指所在空间感应出来的总磁场。 

5.磁导率μ：表示材料磁化性能的一个物理量，磁导率越大，材料越容易磁化；磁导率数值上是材料磁感应强度B与磁场强度H之比，又称为绝对磁导率。

6.真空磁导率μ0

 H/M/B三者的区别：

H：电流观点占主导后，H作为辅助量，关注的更多的是磁场和磁源（电流）之间的关系，比如后面说的安培环路定理，根据HL=NI（L为安培环路的长度，I为电流强度，N为线圈匝数），可得H=NI/L。

M：M是磁性材料内部在磁化后额外产生的磁场。M=χH。由于M为单位体积内分子磁矩矢量和，因此磁化强度是材料自身磁化后产生的磁场。

3.5 静态磁化

静态磁化：在磁场恒定的情况下，样品从一个稳定的磁化状态转变到新的平衡状态，不考虑平衡状态建立的时间问题，称为静态磁化过程。

磁化曲线：表示磁感应强度B、磁化强度M与磁场强度H之间的非线性曲线。磁化理论常用M-H关系讨论，但由于M无法直接测出，因此工程上一般使用B-H曲线代替M-H曲线。

B-H曲线测试原理：

图3.3 BH曲线测试原理

图3.4 某磁性材料起始磁化曲线

3.6 动态磁化

3.6.1 动态磁化概念

电机里面的磁性材料如硅钢片、永磁体等，需要在交变的磁场中工作，因此需要考虑磁化的时间问题，这就涉及到动态磁化过程。

3.6.2磁滞现象

铁磁材料达到磁饱和后，逐渐减小外磁场H，磁感应强度B或磁化强度M也逐渐减小，但并不沿着初始磁化曲线返回，即铁磁材料中B或M的变化滞后于H的变化，这种现象称为磁滞现象。

磁滞回线：在周期变化的外磁场中，铁磁材料磁感应强度B或磁化强度M与外磁场H之间形成的闭合曲线称为磁滞回线。

磁滞回线解读：

图3.5 磁滞回线

表3.1 B-H曲线对应表

当磁场H按0→Hs→0→-Hc→-Hs→ 0 →Hc→Hs依次变化时，对应的B所经历的变化为0→Bs→Br→0→-Bs→-Br→0→Bs，如图所示，oa段为起始B-H曲线（或称为起始磁化曲线）a→b→c→d→e→f→a段为一封闭B-H曲线，即为磁滞回线。

1.oa段：为起始磁化曲线，Hs称为饱和磁场强度； Bs为饱和磁感应强度；Ms称为饱和磁化强度；

2.ab段（第一象限）：当磁场强度降为0时，磁感应强度仍保持一定的数值Br，Br称为剩余磁感应强度，简称剩磁。

3.bc段（第二象限）：磁场强度减为0后继续施加反向磁场，磁感应强度B继续减小，当反向磁场达到-Hc时，材料的磁感应强度B减为0。此时的反向磁场强度Hc称为铁磁性材料的矫顽力，是材料磁化后保持磁性的能力。

4.cde段（第三象限）：继续增大反向磁场强度H，材料中的磁感应强度也会变为反向，当H达到-Hs时，磁感应强度也将达到饱和值-Bs。然后逐渐减小反向磁场强度至0，磁感应强度会变为-Br。

5.ef段（第四象限）：H减小为0后施加正向的磁场强度，H达到Hc时，磁感应强度将逐渐从-Br变为0;

6.fa段（第一象限）：继续增大H至饱和磁场强度Hs，材料达到正向磁饱和状态；

依此循环。

3.6.3 硬磁材料及软磁材料

磁滞现象中的重要概念：矫顽力（Coercivity），是材料抵抗退磁的能力，矫顽力越大，材料越容易保持磁性。根据矫顽力的大小，可以将铁磁材料分为硬磁材料（Hc一般在10^5A/m以上）和软磁材料（Hc小于1000A/m)。硬磁指的是磁性'硬'，磁性不容易被改变，一般也称硬磁材料为永磁材料，具有宽磁滞回线、高矫顽力和高剩磁的特点。同样的软磁指磁性的'软'，很容易被磁化，同样的也很容易受外磁场的影响而发生退磁，具有窄磁滞回线、高磁导率、低矫顽力的特点。

软磁材料和硬磁材料在电机中都有广泛的应用，软磁材料（如硅钢）主要用来制作定转子的导磁材料，硬磁材料（如汝铁硼永磁体）主要在永磁同步电机的转子中产生主磁场。