1、 培训：雷原 一、简介一、简介通常认为，磁性材料是指由过度元素铁、钴、镍及其合金等能够直接或间接产生磁性的物质。实验表明，任何物质在外磁场中都能够或多或少地被磁化，只是磁化的程度不同。磁化来源：磁化来源： 铁磁材料内部往往有相邻的几百个分子铁磁材料内部往往有相邻的几百个分子电流圈流向一致，因此在这些极小的区域内电流圈流向一致，因此在这些极小的区域内就形成了一个个天然的磁性区域就形成了一个个天然的磁性区域。 铁磁材料内部的铁磁材料内部的磁畴排列磁畴排列，因此，因此对外不显示磁性。对外不显示磁性。 铁磁材料之所以具有高导磁铁磁材料之所以具有高导磁性，是因为在它们的内部具有一性，是因为在它们的内部具
2、有一种特殊的物质结构种特殊的物质结构。磁畴是怎么磁畴是怎么形成的？形成的？ 磁畴因受外磁磁畴因受外磁场作用而顺着外磁场作用而顺着外磁场的方向发生归顺场的方向发生归顺性重新排列，在内性重新排列，在内部形成一个很强的部形成一个很强的。根据物质在外磁场中表现出的特性，根据物质在外磁场中表现出的特性，物质可分为五类：物质可分为五类：顺磁性物质 弱磁性料抗磁性物质 铁磁性物质 强磁性料亚磁性物质反磁性物质u 磁性材料按磁化后去磁的难易可分为软磁性材料和硬磁性材料，一般来讲软磁性材料剩磁较小，硬磁性材料剩磁较大。u磁性材料按性质又分为金属和非金属两类，前者主要有电工钢、镍基合金和稀土合金等，后者主要是铁氧
3、体材料。词汇词汇硬磁材料：一经外磁场磁化以后，即使在相当大的反向磁场作用下，仍能保持一部或大部原磁化方向的磁性。对这类材料的要求是剩余磁感应强度Br高，矫顽力HC(即 磁性材料抗退磁能力)强，磁能积(BH)(即给空间提供的磁场能量)大。软磁材料：它的功能主要是导磁、电磁能量的转换与传输。因此，对这类材料要求有较高的磁导率和磁感应强度，同时磁滞回线的面积或磁损耗要小。与硬磁材料相反，其Br和BHC越小越好，但饱和磁感应强度Bs则越大越好。 二、基本特性二、基本特性1、磁性材料的磁化曲线 在外加磁场H 作用下，必有相应的磁化强度M 或磁感应强度B，它们随磁场强度H 的变化曲线称为磁化曲线（MH或B
4、H曲线）。 磁化曲线一般来说是非线性的，具有2个特点：磁饱和现象和磁滞现象。BHHcBsBr磁滞回线中磁滞回线中H为为零时零时B并不为零并不为零 的现象说明铁的现象说明铁磁材料具有磁材料具有。BH0cbaoa段是段是ab段是段是bc段是磁化曲线的段是磁化曲线的C点以后是点以后是起始磁化曲线的起始磁化曲线的ab段反映了铁磁材料的段反映了铁磁材料的；c点以后说明铁磁材料具有点以后说明铁磁材料具有。磁滞回线中磁滞回线中B的变化总的变化总是落后于是落后于H的变化的变化说明说明铁磁材料具有铁磁材料具有软磁材料反复磁化一周软磁材料反复磁化一周所构成的曲线称为所构成的曲线称为。词汇词汇磁饱和现象：当磁场强度
5、H足够大时，磁化强度M达到一个确定的饱和值Ms，继续增大H，Ms保持不变。磁滞现象：当材料的M值达到饱和后，外磁场H降低为零时，M并不恢复为零，而是沿MsMr曲线变化。饱和磁感应强度：铁磁材料和亚铁磁材料的磁化强度随磁场增加而增加所能达到的最大值。是温度的函数。在国际单位制（SI）中，磁感应强度的单位是特斯拉1，简称特（T）。在高斯单位制中，磁感应强度的单位是高斯(Gs )，1T=10KGs等于10的四次方高斯。三、常用软磁磁芯（磁粉芯）三、常用软磁磁芯（磁粉芯）磁粉芯磁粉芯 常用的磁粉芯有铁粉芯、坡莫合金粉芯及铁硅铝粉芯三种。铁粉芯是由碳基铁磁粉及树脂碳基铁磁粉构成。在粉芯中价格最低。饱和磁
6、感应强度值在1.4T左右；磁导率范围从22100；初始磁导率i随频率的变化稳定性好；直流电流叠加性能好；但高频下损耗高。铁粉芯初始磁导率随直流磁场强度的变化。铁粉芯初始磁导率随频率的变化。 坡莫合金粉芯主要有钼坡莫合金粉芯（MPP）及高磁通量粉芯（High Flux）。 磁粉芯 MPP是由81%Ni、2%Mo及Fe粉构成。主要特点是：饱和磁感应强度值在7500Gs左右；磁导率范围大，从14550；在粉末磁芯中具有最低的损耗；温度稳定性极佳，广泛用于太空设备、露天设备等；磁致伸缩系数接近零，在不同的频率下工作时无噪声产生。主要应用于300kHz以下的高品质因素Q滤波器、感应负载线圈、谐振电路、在
7、对温度稳定性要求高的LC电路上常用、输出电感、功率因素补偿电路等， 在AC电路中常用, 粉芯中价格最贵。 HF是由50%Ni、50%Fe粉构成。主要特点是：饱和磁感应强度值在15000Gs 左右；磁导率范围从14160；在粉末磁芯中具有最高的磁感应强度，最高的直流偏压能力；磁芯体积小。主要应用于线路滤波器、交流电感、输出电感、功率因素校正电路等， 在DC 电路中常用，高DC 偏压、高直流电和低交流电上用得多。价格低于MPP。 磁粉芯铁硅铝粉芯（Kool Mu Cores）由9%Al、5%Si, 85%Fe粉构成。主要是替代铁粉芯，损耗比铁粉芯低80%，可在8kHz以上频率下使用；饱和磁感在1.
8、05T 左右；导磁率从26125；磁致伸缩系数接近0，在不同的频率下工作时无噪声产生；比MPP有更高的DC偏压能力；具有最佳的性能价格比。主要应用于交流电感、输出电感、线路滤波器、功率因素校正电路等。有时也替代有气隙铁氧体作变压器铁芯使用。 二、常用软磁磁芯（二、常用软磁磁芯（软磁铁氧体软磁铁氧体） 软磁铁氧体（软磁铁氧体（Ferrites） 软磁铁氧体是以Fe2O3为主成分的亚铁磁性氧化物，采用粉末冶金方法生产。有Mn-Zn、Cu-Zn、Ni-Zn等几类，其中Mn-Zn铁氧体的产量和用量最大，Mn-Zn铁氧体的电阻率低，为110 欧姆-米，一般在100kHZ 以下的频率使用。Cu-Zn、Ni
9、-Zn铁氧体的电阻率为102104 欧姆-米，在100kHz10 兆赫的无线电频段的损耗小，多用在无线电用天线线圈、无线电中频变压器。磁芯形状种类丰富，有E、I、U、EC、ETD形、方形（RM、EP、PQ）、罐形（PC、RS、DS）及圆形等。软磁铁氧体软磁铁氧体由于软磁铁氧体不使用镍等稀缺材料也能得到高磁导率，粉末冶金方法又适宜于大批量生产，因此成本低，又因为是烧结物硬度大、对应力不敏感，在应用上很方便。而且磁导率随频率的变化特性稳定，在150kHz以下基本保持不变。随着软磁铁氧体的出现，磁粉芯的生产大大减少了，很多原来使用磁粉芯的地方均被软磁铁氧体所代替。三、常用软磁磁芯（带绕铁心）三、常用
10、软磁磁芯（带绕铁心）1.硅钢片硅钢片铁芯铁芯 硅钢片是一种合金，在纯铁中加入少量的硅（一般在4.5%以下）形成的铁硅系合金称为硅钢。该类铁芯具有最高的饱和磁感应强度值为20000Gs；由于它们具有较好的磁电性能，又易于大批生产，价格便宜，机械应力影响小等优点，在电力电子行业中获得极为广泛的应用，如电力变压器、配电变压器、电流互感器等铁芯。是软磁材料中产量和使用量最大的材料。也是电源变压器用磁性材料中用量最大的材料。特别是在低频、大功率下最为适用。带绕铁心带绕铁心 适用于各类电子系统、家用电器中的中、小功率低频变压器和扼流圈、电抗器、电感器铁芯，这类合金韧性好，可以冲片、切割等加工，铁芯有叠片式
11、及卷绕式。但高频下损耗急剧增加，一般使用频率不超过400Hz。2.坡莫合金坡莫合金 坡莫合金常指铁镍系合金，镍含量3090%范围内。是应用非常广泛的软磁合金。通过适当的工艺，可以有效地控制磁性能，比如超过105的初始磁导率、超过106的最大磁导率、低到2奥斯特的矫顽力、接近1或接近0的矩形系数，具有面心立方晶体结构的坡莫合金具有很好的塑性，可以加工成1m的超薄带及各种使用形态。3.非晶及纳米晶软磁合金（非晶及纳米晶软磁合金（Amorphous and Nanocrystalline alloys） 非晶态金属与合金是一个新型磁性材料，这种非晶合金具有许多独特的性能。u具有极高的初始导磁率，在地
12、磁场下具有大的阻抗和插入损耗，对若干扰具有极好的抑制作用，在较宽的频率范围内呈现出无共振插入损耗特性。 高初始导磁率：是铁氧体的5-20倍，因而具有更大的插入损耗，对传导干扰的抑制作用远大于铁氧体。 高饱和磁感应强度：比铁氧体高2-3倍。在电流强干扰的场合不易磁化到饱和。u卓越的温度稳定性：较高的居里温度，在有较大温度波动的情况下，合金的性能变化率明显低于铁氧体，具有优良的稳定性，而且性能的变化接近于线性。u灵活的频率特性：而且更加灵活地通过调整工艺来得到所需要的频率特性。通过不同的制造工艺，配合适当的线圈匝数可以得到不同的阻抗特性，满足不同波段的滤波要求，使其阻抗值大大高于铁氧体。三、软磁材料的磁性参数与器件的电气参数之间三、软磁材料的磁性参数与器件的电气参数之间的转换的转换 在设计软磁器件时，首先要根据电路的要求确定器件的电压电流特性。器件的电压电流特性与磁芯的几何形状及磁化状态密切相关。设计者必须熟悉材料的磁化过程并掌握材料的磁性参数与器件电气参数的转换关系。设计软磁器件通常包括三个步骤：正确选用磁性材料；合理确定磁芯的几何形状及尺寸；根据磁性参数要求，模拟磁芯的工作状态得到相应的电气参数。
