磁性理论与设计
1.你能解释一下矫顽力和内在矫顽力的区别吗？
2.通常，当Nd-Fe-B材料的最大能量乘积增加时，Hci下降。什么时候和为什么我应该关心？
3.在偶极子中，为什么我们有时候想在间隙中产生Oersteds，有时在间隙中产生磁通？有什么区别，如果有？
4.我订购的磁铁的Br规格为12.4 kG - 为什么磁通密度只有3.0 kG？
5.磁化到饱和是什么意思是磁性？
6.什么是极面？
7.什么是极点强度？
8.北极的定义是什么？为什么北极更适当地称为“北 - 西南”极？我如何找到它？
9.通量密度和场强之间有什么区别？哪个磁路设计师应该更关心和为什么？
10.什么是磁导系数及其如何用于磁设计？
11.磁场形状和磁体比例之间的关系是什么？材料类型有什么区别？
12.磁体保持器的尺寸和形状与磁场的形状和强度之间的关系是什么？
13.磁性应用中开路和闭合电路之间有什么区别？
14.固有曲线和正常曲线有什么区别？我知道我们一般在设计磁铁时使用正常曲线，所以什么时候使用内在曲线？为什么吸引力比排斥力强？磁力不应该相等和相反吗？
1.你能解释一下矫顽力和内在矫顽力的区别吗？
本征矫顽力是在闭合电路构造中磁体材料的矫顽力。 闭合回路配置意味着磁体不具有任何暴露的极。 闭合回路配置的一些示例是周向磁化的环形，或者挤压在电磁体的极片之间的块或盘。
2.通常，当Nd-Fe-B材料的最大能量乘积增加时，Hci下降。 什么时候和为什么我应该关心？
如果磁体处于闭合电路配置中并且没有任何暴露的极，则其将不产生外部磁场。 如果它不产生磁场，则它通常不起作用。
正常的矫顽力，刚刚被称为矫顽力，描述了开路配置中的磁体，这对于大多数应用来说是典型的。
3.通常，当Nd-Fe-B材料的最大能量乘积增加时，Hci下降。 什么时候和为什么我应该关心？
你应该关心磁体是否将暴露在高温（150°F / 65°C以上），如果磁体将排斥，或者磁体将进入正交或Halbach组件。
你应该关心，因为低Hci磁体将不可逆地损失大量的磁力。 通常，这可以通过再磁化来恢复，但是如果它们在复杂的装配中，则可能必须将其分开。
4.在偶极子中，为什么我们有时候想在间隙中产生Oersteds，有时在间隙中产生磁通？ 有什么区别，如果有？
我们通常测量高斯的磁场强度，但如果该场用于磁化其他东西，它在奥斯特里成为磁化力。 由于磁导率（U）等于B / H，在U = 1的任何地方，B将等于H.在cgs系统中，空气的磁导率为1，磁化力（H）的单位为Oersted， 的磁通密度是高斯，因此Oersteds在数值上等价于高斯（B = H）。 注意，“间隙中的通量”必须除以间隙的面积（厘米），以获得高斯或奥斯特的值。
5.我订购的磁铁的Br规格为12.4 kG - 为什么磁通密度只有3.0 kG？
这最好通过参考磁导系数的永久磁铁特性来解释，该磁特性严格地由几何形状决定。通常，较长的磁体具有较大的磁导系数。此外，具有较高磁导系数的磁体在较高的工作点起作用。现在，想象伸展一个磁铁，使它的磁长是无限的。根据前面的几句话，这将导致具有最大可能的磁导系数的磁体，并且因此导致最高可能的操作点。这是磁体在Br处工作的唯一配置。
任何其他几何配置将在小于这个点的某个点操作。由于实际磁体具有小于无穷大的离散长度，它们成为这种几何约束的牺牲，并且在低于Br值的水平下操作。此外，磁体的Br值不是在磁体外部看到的场密度的指示。它是磁体内部的感应场，当磁化力被消除并且磁导系数是无穷大时，该磁场保持。
为了执行工作，磁通量必须离开磁体并且在空间中引起场。该感应场将随着磁体外部的位置而变化。许多图像显示了空间中的磁通线的曲线图（例如在学校的铁屑实验）。高斯读数测量这些线在任何给定空间中的密度或密集程度。磁体的表面将产生最高的高斯读数，因为（非常接近）由磁体产生的所有磁通从极面离开。然而，这个读数仍然不等于Br。这是由于前面提到的几何约束。当磁通线进入外部世界时，它们变得不那么致密地包装，因为它们到达最近的可渗透材料（通常是相同磁体的相反磁极）。因此，在设计磁体时，不仅必须考虑材料的磁特性，而且还要考虑所提出的形状的几何效应。
6.磁化到饱和是什么意思是磁性？
所有“可磁化”材料总是随着其热状态允许而完全磁化。这是因为轨道不成对电子自旋是原子磁矩的源。这些完全磁化的原子磁体自身组装成具有相同取向的团块或域。然后，畴自身取向以彼此抵消，因此没有可测量的外部磁场。磁化是将所有磁畴变成公共对准的过程，使得磁体显示外部磁场。
磁化材料所需的能量取决于许多因素，并且保留的能量的量与磁体材料的几何形状和矫顽力有关。磁化到饱和意味着所有的畴将被旋转到共同对准。这是不可能的，因为所需的能量随着磁化水平的增加而渐近地增加。在过去，“完全饱和”的普遍接受的标准是当施加两次磁化能量时，在感应中不应该有可测量的增加。对于大型高能磁体，这在今天是不可能的，或不切实际，但这可以用小规模样品完成。来自小样品的测试数据然后可用于建立大线圈中较大部件所需的磁化场。
材料制造商通常陈述磁化具有产生最大能量积的几何形状的部件所需的场。由于这种情况很少，并且可测量的磁性能与形状相关，因此益磁科技使用边界元素分析模型为各个零件建立了测试极限，考虑了零件的几何形状和材料的特性。
7.什么是极面？
对于具有垂直于磁化方向的均匀横截面和均匀磁性质的部件，极性表面包括磁体总表面积的大约一半。 这不仅包括磁体的一端，而且包括侧面区域的一半。 如果磁体的一个极端大于另一个极性端，或者磁性能不均匀，则在一个极端的磁通密度将与在另一个极端的磁通密度不同，并且极性表面积将被调整以补偿直到极 强度相等。 当用纸观察时，中性区将朝向显示较高通量密度的极偏移。
8.什么是极点强度？
磁极强度被定义为通过磁极的总磁通量，并且因为每条磁通线从内部和外部的一个磁极表面到另一个极表面连续地通过，所以磁体的两个磁极具有相等的磁极强度。
9.北极的定义是什么？为什么北极更适当地称为“北 - 西南”极？我如何找到它？
我们使用磁性材料生产商协会（MMPA）的定义，其中指出“磁铁的北极是吸引到地理北极的极，因此磁铁的北极将排斥北极磁罗盘“。换句话说，如果你想使用指南针，记住指南针的南极将指示我们的磁铁的北极。
罗盘的北极更适当地称为北极，因为它“寻找”地理北极。但很少有人花时间说“北极”。
如果你使用罗盘来确定极性，罗盘的南极将指向磁铁的北极。不要让指南针太靠近磁铁，否则你会冒险将指南针重新磁化的方式错误！
如果你使用高斯计，你必须使用轴向探头。磁铁的一面，给你一个正面的阅读将是北极。
最简单的方法是使磁体上标有北极，看哪一侧吸引和排斥另一个磁体。不像磁极吸引，像磁极排斥。
10.通量密度和场强之间有什么区别？ 哪个磁路设计师应该更关心和为什么？
磁通密度是磁通线每单位面积的量度。 每平方厘米的通量线的值的单位是高斯，由高斯计读取。 场强通常指在感兴趣的区域中可用的总通量，单位是Maxwells或Webers; 当使用搜索线圈进行磁通计测量时。
磁体将仅产生一定量的通量，这取决于其材料，尺寸和几何形状。 磁路设计者必须以最有效的方式利用可用的磁通以实现期望的结果。 这通常意味着在限定的区域中产生一些通量密度值。
11.磁导系数及其在磁设计中的应用是什么？
在其最广泛的意义上，磁导系数是磁体或磁路的品质因数，其表示磁通从北极向南极移动的容易程度（当然，磁通实际上不行进或流动 但是，在概念上有益的是以这种方式描述系统）。
在磁化之后，磁体或磁路将在该磁体的去磁曲线上的某一点操作。 某些形状的磁路将在退磁曲线上比其他形状更靠下。 通过使用纯粹基于磁路的几何参数的值计算的磁导系数允许磁设计工程师在去磁曲线上确定磁体的该操作点。
指示低和高磁导系数的磁体之间的定性差异的一个好例子是考虑长的，笔形的磁体（通过其长度磁化）和通过其厚度磁化的扁平的硬币形磁体。在铅笔形磁体的情况下，清楚的是，如果磁通必须通过磁体本身返回，或者如果磁通必须行进到磁体的外部，则磁通必须从北极到南极行进的距离大致相同磁铁通过周围的空气。我们知道，磁通（像所有物理系统）采取最简单的路径（磁阻最小磁阻的路径）。因此，在铅笔形磁体中，绝大多数磁通量将通过流到磁体本身之外而到达磁体的南极。因此，磁体的自退磁量（Hd）非常低。在这种情况下，磁体非常接近Br，在去磁曲线上很高。
考虑到平坦的硬币形磁体，可以想象出从北极表面的中心出现的磁通线。这条磁通线将再次寻找最小磁阻的路径。然而，在硬币形磁体中，通过周围空气到相对极的路径相当长。事实上，在一些情况下，磁通将优选地通过磁体本身（抵抗其磁化方向）返回，以便到达南极。在这种情况下，磁体看到的自退磁的量可以是相当大的。在这种情况下，Hd具有相当高的值，并且磁体将沿去磁曲线进一步操作，更接近Hc。
磁导系数在数学上等于Bd / Hd。 磁导系数的计算允许磁性设计工程师通过以等于磁导系数的梯度从BH曲线的原点构造负载线来确定磁体的操作点。 该负载线和去磁曲线的交点（在点（Hd，Bd））是磁体的工作点。
12.场形状和磁体比例之间的关系是什么？材料类型有什么区别？
磁通线采用最容易的（最低磁阻）路径，它们可以从一个极面到另一个极面。 这意味着通过隔离磁体的所有磁通线将尽可能地向侧面弯曲。 由于磁通朝极端的边缘聚集，径向磁通密度增加。 使用铁屑看到场的形状，这给出了从磁极到极的弯曲磁通线的外观，具有朝向磁体端的较高的集中度，以及一些从磁体的侧面弯曲的磁通线。 如果离轴磁通矢量幅度大于磁体的该部分中的畴的矫顽力，则较弱的畴将与矢量对准。
磁场形状也由磁体几何形状或磁导系数（PC）决定，磁致伸缩系数（PC）与磁体的有效l / d（等效长度/直径比）相关。 总退磁阻力与长度和矫顽力（Hc）的乘积成比例，因此较长的磁体具有较高的PC和较小的自退磁效应（Hd）。 较长磁体中较大的磁极间隔导致较大的磁场“到达”，以及从磁体的侧表面出现的场线。 地球的磁场就是一个例子。
所有高矫顽力材料（其中Oersteds中的Hc的值接近高斯的Br的值），如稀土和陶瓷，具有相似的外场形状。 由于退磁阻抗（Hc）几乎等于剩余磁化强度（Br），外部磁场强度（Bd）对内部磁畴对准的影响较小，因此有效磁极似乎处于磁场的极性端 线图。
低矫顽力材料，如Alnico 5，具有不同的外场形状，因为Hc远低于Br。 Alnico 5的Hc约为Br的5％，因此磁体自身的外部场Bd影响向极性端的内部畴取向。 因此，在空心线圈中的磁化（除非保持）之后，开路Alnico棒磁体的端部和角部处的畴不保持对准，并且绘制的外部场线看起来具有在磁体的极性表面下方的焦点。 通常在计算中使用0.7的长度因子以解决这种影响（极点从每个极端偏移15％）。 然而，0.85是铝镍钴磁体的更现实的长度因子，其几何形状使得它们在第二象限曲线中在膝盖上方操作。
13.磁铁保持器的尺寸和形状与磁场的形状和强度之间的关系是什么？
作为示例，对于位于工作台上的“U”磁体，保持器应当与磁体深度（朝向工作台）“深”，并且保持器厚度应当为磁极宽度的大约2/3。 这是基于这样的事实，即最好的磁体材料的Br值是最好的钢的Bs的大约2/3。 对于较低等级的材料（较低的Br），保持器厚度应为（Br / 18000）×Wp（磁极宽度）。 对于Alnico 2，这将是7500/18000×Wp，或对于1.0“的Wp为0.42”。
14.磁体应用中的开路和闭合电路之间有什么区别？
本身操作的磁体被称为开路应用。 存在许多开路应用，例如用于致动霍尔效应器件和簧片开关的永磁体。 亥姆霍兹线圈测量是开路测试，因为在测试期间没有其他磁性材料在磁通路径中。 开路磁体的磁导系数仅由磁体的几何形状决定。 例如，长度等于其半径的磁体将具有接近1.0的PC。
真实的闭合磁路将通过高磁导率材料和无限的Bd / Hd比连接磁极，因为Hd = 0。 当使用钢磁化夹具时，或者当在磁导计中测试磁体时，该条件近似。 真正的闭合磁路具有很小的实际价值，因为没有外部通量可用于执行功能。 然而，许多功能磁路比开路更闭合，即它们具有高PC值。 磁路的PC值的估计是电路中的磁体的磁长除以工作间隙的长度。 对于电动机，这可以是用估计PC值为20的0.5英寸厚的磁体除以0.025的间隙长度。
15.固有曲线和正态曲线有什么区别？我知道我们一般在设计磁铁时使用正常曲线，所以什么时候使用内在曲线？
“内在”被定义为“属于某物的真实性质”。在永磁体的情况下，本征是指其内部磁参数，称为Bd（i）和Hc（i）。由于不可能直接测量内部值，我们从它们与外部参数Bd和Hd的关系中获得它们。该关系表示Bd（i）= Bd-Hd，因此可以从正态曲线构建本征曲线。在永磁体工作的第二象限中，H为负，因此Bd（i）= Bd-（-Hd）= Bd + Hd。在通常的操作条件下，Bd总是小于Bd（i）。
在闭合电路中，其中H = 0（无间隙），Bd = Bd（i）= Br。然而，在静态磁路中将总是存在用于其使用的间隙，因此总是存在自退磁力（Hd）。被称为“正常”磁通密度的外部磁通密度Bd用于电路设计，因为它表示在考虑自退磁场Hd之后可用于电路的磁通量。
当分析外部施加场的影响时，内部值变得重要，如在永磁体受到强反转场的电动机中。测量或计算的相对磁场强度被绘制为相对于固有负载线[Bd（i）/ Hd]的偏移[Ha]，以确定是否可能通过在其固有的曲线。另一个必须考虑内在特性的地方是计算磁体形状（磁导系数）对磁体饱和所需的场强的影响。
16.为什么吸引力比排斥力强？磁力不应该相等和相反吗？
吸引磁铁在它们接近时在它们之间的间隙中产生增加的场强度，并且因此产生更大的力。原因是有效系统磁导系数（PC）随着磁体越来越近而增加。当它们接近时，更多的磁通线从一个磁体流到另一个磁体，而不是采取从同一磁体的北极到南极的路径。这使得它们越来越像具有更大负载线斜率的单个更长的磁体，增加Bd的值并且减小两个磁体的Hd。 （PC = Bd / Hd）
由于磁通线不能彼此交叉，磁体在排斥中的抵消磁场被压缩。当磁体彼此接近时，在屈曲场的径向分量中的磁通密度增加幅度，并且更多的它们自己的外部场（Bd）被推回到磁体本身中，其中它变成自退磁场（Hd）的一部分， 。由于Bd减小而Hd增加，PC值随着排斥磁体越来越近而减小，并且存在较少的外部场可用于产生排斥力。排斥磁体布置可以施加强交叉场，其中磁畴对外部影响具有最小的阻抗，因此取决于磁体几何形状和材料的矫顽力，可能发生一定程度的退磁。