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磁铁特有用语说明

磁铁特有用语说明磁量与磁矩相当于“电荷”的“磁量”(Magnetic Charge)其符号为“N”,“S”。

N极、S极的磁荷与N极、S极间的距离积相当于力学的力矩,因此叫磁矩。

因为磁铁是由无数磁矩汇成的,所以在磁铁的表面存在着“N”、“S”极。

磁性物质被均匀磁化时的每一单位体积的磁矩被称为“磁极化”J(magnetic polarization)或“磁化的强度”M(intensity of magnetization)。

用j=∮Oh来表示。

磁场在地球上存在着磁场,不用说是永久磁铁,即使在通电的引线周边也存在着磁场。

磁场的单位为SI用A/m(CGS单位用Oe)表示。

例如地球磁场大致为24A/m(0.3Oe),如果有1.6MA/m(20,000Oe)左右的磁场,虽然可通过电磁铁以很简单方法制成磁场,但要产生比此更强的磁场需要各方面研究才能获得。

磁化将磁铁原材料放入磁场中,那么此原材料就会出现磁性变化,我们称此变化为磁化。

另外此磁化的变化程度用“磁化强度”来表示,记号为M,单位是A/m(CGS系记号为4π或4πI,单位为G)。

饱和磁化随着磁场不断进入磁铁原材料,原材料的磁化增加最终饱和,我们称此量为饱和磁化。

例如:钡铁氧体磁铁的饱和磁化(JS)大致是0.44T(4,400G);2-17系钐钴钡大致为1.1T,钕铁硼磁铁大致是1.6T。

粘结磁铁的饱和磁化是用磁铁粉的饱和磁化×磁石粉的体积含有率求出来的。

粘结磁铁常用的钡铁氧体粉与锶铁氧体粉大概为0.45T(在100%饱和情况下的值)必需不断地使磁铁粉有真密度是磁粉的饱和磁化所利用的工作(所谓的真比重)。

若举例每种磁铁粉的概略真密度,钕铁硼磁铁为7.6g /cm3、2-17系列钐钴磁铁为8.4 g/ cm3、锶铁氧体磁铁为5.1g/ cm3、钡铁氧体磁铁为5.1g/ cm3起磁使磁铁原材料磁化达到饱和的充磁作业叫起磁。

清除起磁时所要的磁场就会使磁化残留在磁铁原材料上。

磁铁原材料是由这里开始转变为永久磁铁的.起磁采用的磁场强度一般设在[矫磁Hcj3~5倍以上的强度]磁通量(磁感应)通过起磁,磁铁原材料被磁化,这时原材料上会有磁通量通过。

每一单位面积的磁通量称之为磁通密度(磁感应强度)记号为B,单位与磁化强度单位相同。

由于此磁通密度可以用B=J+μoH(H是磁场强度)来表示,所以由外部加入原材料的磁通密度μoH及当时通过磁化μoM(严格称之磁极化)加入的磁通密度相等。

因空气磁场强度与磁场强度关系几乎为0(也就是空气的4π1几乎为0)所以除了起磁用的磁场外,在取出磁铁后其磁铁周边的磁场大小将会是当时原来的磁场)。

残留磁感应强度、矫顽力磁滞曲线让我们调查一下缓缓向磁铁原材料加磁场或减少磁场,及加入相反的磁场时,磁铁原材料磁化强度及磁感应强度是如何变化的。

首先向磁铁原材料缓缓加入磁场,原材料随之磁化加强达到饱和。

在这里这种磁化过程称之为初磁化过程。

接着减少磁场,将向磁铁原材料加入的外部磁场减至0时,磁铁原材料所持有的磁通密度叫残留磁通密度Br(残留磁感应)。

另又从无外部磁场的情况下向与之前相反方向加磁场时,就会发现磁化及磁通密度都开始减少。

跟着磁通量无法通过磁铁原材料。

这时称所需要的磁场大小叫做矫磁力Hcb。

再增加反方向磁场时,磁通开始向之前的相反方向流动。

在某一程度上磁化也跟着消失。

这时的磁场大小称之为矫磁力Hcj。

也就是矫磁力有两种:一种是将磁通密度B定为0的磁场Hcb,另一种是将磁场强度J定为0的磁场Hcj。

那么将反磁场增加超过矫磁力Hcj点时,磁化与开始时方向相反,与反磁场方向一致,最终磁化达到饱和。

这种反复描绘的曲线称之为磁滞曲线(磁力履历曲线、B-H曲线)去磁场永久磁铁是可通过自己制作的N极、S极向外部发出磁场,以及在磁铁内部也同样可通过N极S极产生磁场,称为去磁场。

其大小、方向与磁铁内部的磁通密度不同,去磁场起着减少本身的磁化作用,N极、S极越接近也就是磁铁的尺寸比(长度/直径)越小,去磁场就作用越大。

去磁曲线由于永久磁铁所利用的是磁化后剩余的磁通,所以即使是再大的去磁,磁感应强度也不会消失,而且残留的越多磁铁就越具备良好的特性。

因此可以说好的磁铁所需要的条件是残留磁感应强度及大的矫磁力HcB。

运用去磁曲线掌握逆磁场大小对磁通量的变化,此曲线即是表示磁感应强度与磁场关系的磁滞曲线的第二象限。

评价永久磁铁的第一步首先要看去磁曲线。

“去磁曲线”原本是针对B-H曲线称呼的,现在也用在J-H曲线上,这样必须得留意“去磁”的意思。

J-H曲线上的“去磁”是指通过物质内部的变化(磁畴壁的移动及磁化的反转等)仅J减少的意思。

而另一方面B-H曲线上的“减磁”是指在J减少上,由外部加入了磁感应强度(与J 反向)。

理想的磁铁虽然J不会减到Hcj,但B会减少,所以就概念上讲“去磁曲线”应仅限定于B-H曲线动作点磁铁上运动的有效磁场(去磁+外部磁场)在-Hd(Hd>0)时,磁铁会产生相对B-H去磁曲线上的H=-Hd的磁感应强度Bd。

在这里称P=Bd/μoHd为磁导率系数。

磁导率(Permeance)是指易浸透量。

它的由来是Bd/μoHd相当于将磁通量当作电流时的电导率(电流/电压)。

斜度等同Bd/μoHd,且将通过原点的直线叫动作线,动作线与去磁曲线的交点称之为相对磁铁的动作点。

动作点会随着磁铁周围情况而变化。

例如:起磁后的磁铁动作点为下图的P点,如将铁片靠近此磁铁,磁铁内的有效磁场向正侧偏移,由于被铁片诱导后的磁化给予其磁铁“引力磁场”,去磁场部分成为消失状态。

其结果动作点向磁感应强度大的方向移动。

这种变化常称之为“向高磁导率侧偏移”在磁铁与铁片间加入引力,整体的磁能积会降低,因此将整个系列更加稳定化,使磁铁在单独的情况下更难去磁。

也就是“高磁导率情况”就是更难去磁的情况。

“单独的磁铁”的“向高磁导率侧偏移”是指N极、S极变细长及制成V形、马蹄形,靠近N、S极,不易去磁的意思。

最大磁能积磁铁的磁特性判定标准首先是确认去磁曲线。

也就是要知道某一去磁场Hd在某一时候能产生多少磁感应强度。

有一种简单的判定磁铁的磁特性方法,是采用动作点上的Hd×Bd积最大值,由于Hd×Bd与磁铁向外部空间可发出的磁铁单位体积的能量成正比,所以称最大值为最大磁能积。

最大磁能积的单位SI系为J/m3、CGS系为Goe最好的磁铁设计是动作点能够达到最大磁能积点上。

理由是在发出所需要的磁能积下,能够将磁铁的体积设计到最小。

小循环动作点会随着磁铁的使用情况而移动,但此移动一般并不是在磁曲线上直接移动,而是如59页上图所示,移动以开始的动作点位置为起点制成的小的磁滞曲线叫小循环。

一般磁铁的动作点会到达此小循环上。

但,扩音器所用磁铁的动作点是不会移动的,所以动作点当然在去磁曲线上。

反弹相对导磁率“小循环”的“循环”描绘面积小,一般可用一条线来代表一个往返。

将此直线的倾向B/μoH(H>0)称为“反弹”。

“相对导磁率”用μr表示。

“反弹相对导磁率”会随着去磁曲线上的出发位置而不同。

“RECOIL”的意思是“反跳”、“返回”的意思,所表现为动作点在小循环上呈直线式往返动作。

将希土类磁铁与铝镍钴磁铁的‘反弹相对导磁率’在同一刻度下比较,如左下图。

一般反弹相对导磁率用一个数字来代表时,所采用的是代表最大磁能积在动作点上的值。

‘去磁曲线’接近45度直线的磁铁材料,由于此‘反弹相对磁导率’接近‘1’以及矫磁大,所以即使加入强磁场,大都会返回原动作点。

因此我们不仅要产生磁场、利用吸附力,更要充分有效果地利用回弹力。

高温减磁及低温减磁高温减磁将在常温下起磁后的磁铁在高温下曝晒后会由于热活性随着磁力矩的波动磁通量一度减少,但返到常温后就会可逆性地回复,这叫可逆去磁。

将此温度的变化比率称之为可逆温度系数。

另一面,如果将在常温起磁后的磁铁放置在高温下曝晒,即使是恢复到常温磁通量也不会回复的这叫不可逆去磁。

有如下三种情况。

A.初期去磁某些磁铁常温下去磁曲线如60页○1上图所示,同样温度上升后的为○2。

首先将此磁铁所使用的磁导率系数设为P1,其动作点会随着温升暂时性由a点向b点移动,待冷却后又返回到a点。

但如果磁导系数设为P2时刚开始在a’的动作点随着温升由曲线的折射处向b’点移动。

并且这种情况下一旦移动后的动作点,即使冷却后也不会返回a’点只能回复到c点。

此结果产生的a’-C去磁称之为“初期去磁”。

像这种初期去磁的情况是以磁铁的品种、使用温度及使用磁导率系数这三种要素来决定的。

B经时变化希土类磁铁的经时变化与所使用的温度及动作点有着密切的关系。

特别是与动作点的关联。

与初期去磁相同,在动作点低处去磁大、动作点高处去磁变小。

C冶金学的结构变化即使在居里点以下也会由于冶金的结构变化而失去磁性,这也是永久去磁的一个原因。

能引起冶金学变化的温度,钐钴磁铁种类不同在350~500度。

钕铁硼磁铁在300度,因此需在此温度下使用。

除此之外氧化及生锈等变质也会产生永久去磁。

2、铁氧体磁铁的低温去磁各向异性磁铁在磁导率系数低时,将起磁后的磁铁放在-40度附近低温冷却后,再返回常温时会出现大的去磁效果。

一般通过铁氧体磁铁的温度磁力变化为Br及Hc,都各自持有温度系数,用以下值来表示Br/Br/K≈-0.18~-0.19%/KH/H/K≈+0.35~+0.5%/K由于B-H曲线会随着此变化率而变动所以动作点会随着移动。

下图所示的磁导率系数P1的磁铁,在20度时原在a点的动作点在温度达到-40度时,向b点移动。

a’→b’的斜度参照-0.18~-0.19%/K的温度系数,再返回20度时动作点又回到了a点。

但磁导率系数P2的磁铁在20度时,原在c点的动作点随着低温以-0.18~-0.19%/K的温度系数Br其动作点变化成c f。

而Hc在+0.35~+0.5%/K温度系数下减少.中途反转在-40度时到达d 点。

在此基础上再移到20度时,这次由d点随着温度系数到达e点。

此后-40度~+20度将在d、e间往返移动。

起磁方法磁铁的用途不同而起磁方法也各异。

单纯的N、S极起磁时,使用空心线圈及电磁铁的磁场可以起磁。

但多极起磁及装配后的起磁需要专有的起磁冶具。

起磁所需要的磁场用脉冲电源会造成电磁铁的电感问题及涡电流损失,需充分确认。

另外通过空心螺线管起磁及多极起磁时,请确认磁场方向与要起磁铁时磁方向是否一致。

起磁条件去磁曲线除去直线磁铁外,起磁在装成最后使用状态后进行。

仅磁铁起磁会造成装配后的磁通量损失,需要充分注意起磁后的磁铁及磁电路的使用,不仅危险还会由于吸附工具而造成去磁作用。

另外附上铁粉等物会引起意想不到的问题。

测量方法方法二种磁铁的磁特性试验方法有二种:一种是为了确保材料及LOT,测量实用状态不会造成影响的本质性磁特性测量。

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