简而言之,永磁材料和软磁材料是一对互补的“伙伴”,它们经常协同工作。由于其本质上相反的特性,它们发挥着不同的作用,但由于它们拥有相同的功能目标,因此可以紧密合作。
他们的关系可以理解如下:
- 永磁材料就像稳定的磁场源(例如钕铁硼磁体)。它们的主要功能是提供恒定且持久的磁场,并且它们的磁化状态难以改变。
- 软磁材料就像高效的磁场通道和控制器(例如变压器铁芯)。它们的主要功能是引导、集中、放大或快速切换磁场,并且它们的磁化状态非常容易改变。
从磁滞回线的角度来看,它们的核心特性主要有以下几点不同:
| 特征 | 永磁材料 | 软磁性材料 |
| B-H 滞后环 | 具有大面积封闭区域的宽磁滞回线 | 具有较小封闭面积的窄磁滞回线 |
| 矫顽力(Hc) | 极高的矫顽力(通常大于 10 kA·m⁻¹) | 极低矫顽力(通常小于 1 kA·m⁻¹) |
| 剩余磁通密度(Br) | 高剩余磁通密度 | 低剩磁密度(理想情况下接近于零) |
| 磁导率(μ) | 低相对渗透性 | 极高的相对渗透率 |
| 磁化行为 | 难以磁化且具有很强的抗退磁能力 | 易磁化,易退磁 |
| 能量特征 | 旨在最大限度地提高最大能量积 (BH)_max,从而实现高效的磁能存储 | 旨在最大限度地减少磁损耗,并实现高效的磁通传导和能量转换。 |
| 代表性材料 | 钕铁硼、钐钴、铝镍钴、铁氧体 | 电工钢、软磁铁氧体、软磁复合材料(SMC)、非晶态和纳米晶合金 |
应用重叠与协同作用:它们如何协同工作?
在现代电磁器件中,这些材料通常集成在一起,以实现更复杂、更高效的功能。它们协同应用的典型场景包括:
| 应用领域 | 永磁材料的作用 | 软磁材料的作用 | 协同作用的解释 |
| 永磁电机/发电机 | 无需持续供电即可提供恒定的激励磁场(转子或定子)。 | 构成定子和转子磁芯(通常为电工钢或SMC),有效地引导和集中磁通,从而完成磁路。 | 软磁材料可作为低磁阻磁路,最大限度地减少磁损耗,使永磁体产生的磁场能够有效地驱动电机或发电机旋转。 |
| 扬声器和耳机 | 环形永磁体可提供稳定而强大的磁场。 | 磁极片和轭(例如音圈骨架和磁路)引导和均匀化磁场,确保音圈的均匀运动。 | 软磁材料优化了磁隙中的磁场分布,使音圈能够更线性地工作,从而减少失真并提高声学效率。 |
| 磁共振成像(MRI) | 利用永磁体或超导磁体产生超强静磁场。 | 用于梯度线圈和匀场磁芯,以实现磁场的快速、精确的局部调制。 | 永磁体建立主要的静态磁场,而软磁材料实现精细的磁场形状塑造和梯度控制,二者共同作用以实现高分辨率成像。 |
| 磁耦合与传输 | 安装在输入轴和输出轴上,以提供相互作用的磁极。 | 根据设计要求,用于引导、屏蔽或增强磁通路径。 | 在需要非接触式动力传输的应用中(例如,密封系统),永磁体提供扭矩,而软磁材料优化磁通耦合效率。 |
总之,永磁材料与软磁材料之间的关系是其中之一。 协同而非竞争. 永磁体充当“磁场引擎”,而软磁材料则充当“磁场路由器”。通过它们的精确协作,它们共同构成了几乎所有电磁能量和信号转换设备的基础,其应用范围从家用电器到尖端技术无所不包。