将永磁体做成一定形状,以下图块状磁体为例,如果沿着磁体的x、y、z三个方向测量开路状态下的磁化曲线,可以发现沿x方向磁化,仅需要较低的磁场(H1)就可以将其磁化到技术饱和,而沿y和z方向测量,则分别需要更高的磁场才能将其磁化到技术饱和,这种现象称为永磁体的形状各向异性。需要较小的磁场就能将其磁化到技术饱和的方向称为易磁化方向;需最大磁场才能将其磁化到技术饱和的方向,称为难磁化方向。
退磁场Hd
为什么一定形状(非球状)的永磁体会出现形状各向异性的现象呢?这与非圆环状永磁体存在退磁场有关。
我们知道块状或圆柱状的永磁体总会出现N极和S极,有磁极的存在就会在其周围和磁体内部产生磁场。永磁体磁极产生的磁场总是从N极到S极,在磁体的周围和内部都是如此。永磁体内部的退磁场用Hd表示,它的方向由N极到S极,永磁体磁矩的方向Mm或磁化强度方向是由S极到N极。永磁体内部的Hd与磁化强度M的方向相反,起到退磁的作用,因此称为退磁场。
永磁体的退磁场是怎样产生的呢?我们可以将一块永磁体看做是A和B两块磁体组成的,A磁体整好处在B磁体产生的磁场中,同样B磁体也处于A磁体产生的磁场中。这些磁场正好由N极到S极,因此它与磁体的磁化强度方向是相反的,因此称为退磁场。
永磁体的退磁场强度与永磁体的形状和尺寸有关。例如圆环状的永磁体,其退磁场强度是随圆环状永磁体缺口大小(即永磁体的长度)而变化的。当沿圆环状永磁体圆环轴线方向磁化时,不产生退磁场;当圆环状永磁体被切掉一半时,半圆环的退磁场为Hd;圆环状永磁体被切得越短,其退磁场Hd的绝对值也逐渐增加。退磁场绝对值逐渐增加的顺序为Hd (e)> Hd(d) > Hd (c) > Hd (b) > Hd (a)0。
由此可以推断,当永磁体矫顽力Hcj不足够大时,如果永磁体做得薄,沿薄的方向充磁时,就可能充不上,因为退磁场过大。
退磁因子N
上述例子说明,永磁体退磁场的大小与磁体的形状和尺寸比有关。实验和理论计算可证明,永磁体的退磁场Hd=-NM,其中M为永磁体的磁化强度,N为退磁因子,式中的负号表示Hd与M方向相反。
对一根无限长的圆棒状永磁体来说,沿长度方向的退磁因子N1和直径方向的退磁因子Nd可表示为下式,其中k是尺寸因子,k=l/d,d是棒状磁体的直径,l是长度。
任何永磁体三个相互垂直方向的退磁因子(N1+Nd+Nd=1)等于1.0。可见k=l/d=0,相当于很薄很薄的薄板,其退磁因子N11.0;对于圆棒状永磁体沿轴向磁化时其退磁因子沿长度l的变化如下图。当长度l相当于直径的200倍时,其退磁因子可以忽略,可考虑其退磁场。
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