news 2026/1/13 6:51:36

磁矩与磁通,磁矩与剩磁

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张小明

前端开发工程师

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磁矩与磁通,磁矩与剩磁


磁矩与磁通:可以通过线圈常数进行换算

磁矩(magnetic moment),是描述铁磁材料特别是永磁材料磁性强弱的重要参数,开路磁矩是成品永磁体的出厂合格指标之一, 国内永磁行业使用抽拉法测量磁矩非常普遍,使用该方法测量磁矩的另一个重要用途是抽样检验大块永磁体的均匀性,风力发电、电动汽车用永磁体基本都需要做该项检测。我国已经制定了测量永磁材料闭磁路磁性的标准GB3217-2013,但还没有适用上述要求的开路磁矩测量的相关方法标准,目前国际已有的标准准是IEC60404-14(抽拉或旋转法测试铁磁材料磁偶极矩),我国也已经在制定相似的标准。

在严格标定线圈常数为k的亥姆霍兹线圈中对开路样品进行测量,可获得磁通值Ø,通过磁通值能计算出材料的磁矩M。

利用磁通计和亥姆霍兹线圈测量磁体磁矩的计算公式如下:

M = k * Ф, 其中

M表示磁体的磁矩,单位是Wb·cm-1

k表示线圈常数,单位:cm-1(线圈常数的单位变化会引起磁矩单位的变化)

Ф表示磁通值,单位:Wb

需要提示大家的是,在生产与交易的过程中,对于成品或具有特殊形状的永磁体在开路下用抽拉线圈的方法测量其磁矩非常常见,但是一般企业自己的搭建测量装置,受线圈校准、操作手法等各种因素的影响,测量复现性较差。

测试线圈的校准需要在零磁场环境下通入稳恒电流测试磁场大小,进而得到测试线圈的常数。然而,全世界范围内真正零磁场实验室也屈指可数,所以测试线圈的校准难以在行业内推广,缺少了测试线圈的校准将直接影响测试的准确性与可靠性,进而可能带来一些贸易纠纷。

磁矩与剩磁:具有函数关系,与磁体尺寸密切相关

在明确磁体磁通量或磁矩的情况下,如果已知磁体的形状和尺寸,可以通过计算永磁材料的磁导系数Pc,来进而求得磁体的Br、HcB和(BH)max值;反之亦然,在已知形状尺寸和剩磁的情况下,可以计算磁体的磁矩。(下图公式有笔误,Pc=Bd/Hd)

磁导系数Pc

永磁体是在开路状态下工作的,由于开路状态的磁体是在退磁场的作用下,所以工作状态下的永磁体的磁感应强度不在闭路状态的Br点上,而是在比Br低的退磁曲线上的某一点,这一点称为永磁体的工作点,如上图D点。

工作点与退磁曲线的形状和工作状态下磁体的退磁场大小有关。连接工作点D与原点O的直线称为负载线,它的斜率与磁体的退磁因子有关,负载线的斜率也被称为磁导率,用Pc表示(permeance coefficient)。

Pc=BD/ HD =μ0(1-1/N)或 Pc=1-4π/N

退磁因子与磁体的几何形状密切相关,因此Pc值的大小与磁体的形状和尺寸密切相关,磁化强度方向越细长的磁体退磁因子越小,磁化强度越扁平的磁体退磁因子越大,0<N<1或0<N<4π。

下图是不同形状钕铁硼永磁体Pc推测计算公式,供大家参考(不同种类磁体Pc计算的方法不同,以下公式仅适用于烧结钕铁硼)。

已知烧结钕铁硼的尺寸和剩磁,如何计算磁矩与磁通?

1、根据形状和尺寸计算磁体的体积和Pc值

2、根据Br与Bdi关系计算Bdi

3、根据Bdi =磁矩/体积,来倒算磁体的磁矩

4、根据磁矩M = k * Ф,在确定线圈常数k的情况下可以模拟计算磁通Ф

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