科研知識(shí)，磁滯回曲線是什么？

很多讀者留言給懂磁帝說磁滯回曲線復(fù)雜看不明白，退磁曲線、內(nèi)稟曲線、磁能積曲線容易搞混。這些實(shí)操中容易產(chǎn)生問題，其實(shí)是因?yàn)闆]有搞明白磁性能的一些基本概念，今天懂磁帝就結(jié)合磁滯回曲線帶大家溫習(xí)一下磁性材料的基礎(chǔ)知識(shí)~

硬磁性材料，如釹鐵硼強(qiáng)磁，有兩個(gè)顯著特征，一是在外磁場(chǎng)作用下能被強(qiáng)烈磁化，另一個(gè)是磁滯，即撤走外磁場(chǎng)后硬磁材料仍保留磁化狀態(tài)，下圖為硬磁材料的磁感應(yīng)強(qiáng)度B與磁化場(chǎng)強(qiáng)度H之間的關(guān)系曲線。

當(dāng)磁場(chǎng)按Hm→Hc→O→-Hc→-Hm→-Hc→O→Hc→Hm次序變化，相應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B則沿閉合曲線變化，這閉合曲線稱為磁滯回線(上圖藍(lán)色曲線）

起始磁化曲線

圖中的原點(diǎn)0表示磁化之前硬磁物質(zhì)處于磁中性狀態(tài)，即B＝H＝0，當(dāng)磁場(chǎng)H從零開始增加時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨之緩慢上升，如線段Oa所示，繼之B隨H迅速增長(zhǎng)，如ab所示，其后B的增長(zhǎng)又趨緩慢，并當(dāng)H增至Hm時(shí)，B到達(dá)飽和值Bm，這條紅色曲線稱為起始磁化曲線。

磁滯

當(dāng)磁場(chǎng)從Hs逐漸減小至零，磁感應(yīng)強(qiáng)度B并不沿起始磁化曲線恢復(fù)到“0”點(diǎn)，而是沿另一條新的曲線Sr下降，比較線段OS和Sr可知，H減小B相應(yīng)也減小，但B的變化滯后于H的變化，這現(xiàn)象稱為磁滯，磁滯的明顯特征是當(dāng)H＝0時(shí)，B不為零，而保留剩磁Br。

退磁曲線

當(dāng)磁場(chǎng)反向從O逐漸變至－Hc時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B消失，說明要消除剩磁，必須施加反向磁場(chǎng)，Hc稱為矯頑力，它的大小反映磁性材料保持剩磁狀態(tài)的能力，紫色線段稱為退磁曲線。

基本磁化曲線

對(duì)同一鐵磁材料以不同的磁場(chǎng)強(qiáng)度H分別進(jìn)行多次反復(fù)磁化，可得到多個(gè)大小不等的磁滯回線，如下圖。將各磁滯回線的頂點(diǎn)連接起來，所得到的一條曲線稱為基本磁化曲線或平均磁化曲線?；敬呕€和起始磁化曲線不是一條線，但二者差別不大，直流磁路計(jì)算時(shí)所用的磁化曲線都是基本磁化曲線。

內(nèi)稟曲線

永磁材料在外磁場(chǎng)作用下被磁化后產(chǎn)生的內(nèi)在磁感應(yīng)強(qiáng)度，稱為內(nèi)稟磁感應(yīng)強(qiáng)度Bi，又稱磁極化強(qiáng)度J。描述內(nèi)稟磁感應(yīng)強(qiáng)度Bi（J）與磁場(chǎng)強(qiáng)度H關(guān)系的曲線是F反映永磁材料內(nèi)在磁性能的曲線，稱為內(nèi)稟退磁曲線，簡(jiǎn)稱內(nèi)稟曲線。

內(nèi)稟退磁曲線上磁感應(yīng)強(qiáng)度B為0時(shí)，相應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度稱為內(nèi)稟矯頑力Hcj。內(nèi)稟矯頑力的值反應(yīng)永磁材料抗退磁能力的大小。

我們常聽說的內(nèi)稟退磁曲線矩形度或方形度，是指內(nèi)稟曲線圖中Hk與Hcj的比值。比值越大，即圖上橙色線段越短，磁性能越穩(wěn)定。Hk是內(nèi)稟退磁曲線上當(dāng)Bi=0.9Br時(shí)所對(duì)應(yīng)退磁磁場(chǎng)強(qiáng)度值，是永磁材料必測(cè)參數(shù)之一。

一般說來，永磁材料生產(chǎn)廠家會(huì)提供各牌號(hào)產(chǎn)品在不同使用溫度下的退磁曲線，如下圖?？此茝?fù)雜，但本質(zhì)就是將多個(gè)退磁曲線和內(nèi)稟曲線放在一張圖上呈現(xiàn)。

永磁材料的主要參數(shù)

永磁材料磁滯回曲線的形狀和特征可用若干參數(shù)表示，在實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)這些參數(shù)在數(shù)量上的差異對(duì)磁材進(jìn)行分類，并決定他們的用途，這些參數(shù)也是磁路設(shè)計(jì)中的主要依據(jù)。

1. 飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度Hm

在磁性材料磁化過程中，使其感應(yīng)強(qiáng)度B達(dá)到飽和值Bm的磁場(chǎng)強(qiáng)度稱為飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度Hm。磁材在充磁時(shí)應(yīng)完全磁化，即充磁磁場(chǎng)強(qiáng)度H應(yīng)達(dá)到Hm值，才能得到最大可能磁化的退磁曲線。這樣的退磁曲線最穩(wěn)定，能夠展現(xiàn)出材料的最優(yōu)磁性能。若充磁磁場(chǎng)強(qiáng)度H低于Hm值，則將有不同形狀的磁滯曲線，其退磁曲線會(huì)不穩(wěn)定，磁鐵表現(xiàn)出的磁性能也較低。

由此可見，在磁材生產(chǎn)過程中應(yīng)知道所用磁性材料的Hm值，在充磁過程中磁場(chǎng)務(wù)必達(dá)到甚至超過該值。

2. 剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br

磁滯回曲線與縱坐標(biāo)軸的交點(diǎn)，即退磁曲線的起始點(diǎn)的B值，叫做剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱剩磁，用Br表示。它是磁性材料在去除外磁場(chǎng)后，磁鐵中的磁感應(yīng)強(qiáng)度值。

3. 磁感應(yīng)矯頑力Hc

在負(fù)向磁場(chǎng)作用下，磁鐵中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨著退磁磁場(chǎng)的增大而減弱。使磁鐵中磁感應(yīng)強(qiáng)度B達(dá)到零所需的去磁磁場(chǎng)強(qiáng)度，稱為磁感矯頑力，簡(jiǎn)稱矯頑力，用Hc或Hcb表示。

4. 磁導(dǎo)率

起始磁化曲線與磁滯回曲線上的任意一點(diǎn)的斜率，即任意一點(diǎn)上B和H的增量之比，叫做磁導(dǎo)率，它隨運(yùn)行點(diǎn)的不同而變化。軟磁材料的磁導(dǎo)率很大，而永磁材料/硬磁材料的磁導(dǎo)率較小。

一般說來，剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br與矯頑力Hc之比越小，磁導(dǎo)率越小。對(duì)于永磁體，人們通常關(guān)心的是起始磁導(dǎo)率、最大磁導(dǎo)率和可逆磁導(dǎo)率這三個(gè)量，懂磁帝會(huì)在近期為大家詳細(xì)講解。

可以說磁化曲線和磁滯回線是磁性材料分類和選用的主要依據(jù)，下圖為常見的幾種典型的磁滯回線。

5. 磁能積和最大磁能積

永磁體的退磁曲線上任意一點(diǎn)的磁通密度/磁感應(yīng)強(qiáng)度B與磁場(chǎng)強(qiáng)度H的乘積，稱為磁能積BH，它的大小與該磁體在給定工作狀態(tài)下所具有的磁能密度成正比。磁能積與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的關(guān)系曲線叫做磁能積曲線，它是以永磁體退磁曲線上各點(diǎn)B和H值乘積為橫坐標(biāo)，磁通密度B為縱坐標(biāo)求得的曲線。

退磁曲線中間某個(gè)位置磁能積達(dá)到最大值，成為最大磁能積（BH）max。對(duì)于退磁曲線為直線的永磁材料，在(Br/2,Hc/2)處磁能積最大。