CN109711091B - 一种高温磁体不可逆磁通损失的精确预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高温磁体不可逆磁通损失的精确预测方法，SmCo高温磁体在高温预稳定处理时所产生的不可逆磁通损失量的准确预测，为了确保高温磁体在长期高温工作状态中提供稳定的磁环境，高温磁体元件在装配到器件中使用之前须进行高温预稳定处理，其导致的不可逆磁通损失，通常只能是永磁元件加热后测磁通才能获知，这为高温应用磁路设计时磁参数的选用带来困难。本发明提出了一种更为简单且有效的方法，可根据磁体形状和永磁退磁曲线计算出磁体元件在特定温度下的不可逆损失量，从而为高温永磁磁路的精确设计提供了可靠的磁参量依据。
Description
技术领域
本发明涉及高温磁体元件预稳定不可逆损失量的预测方法，具体说，通过需要预稳定处理的磁体的形状尺寸和预稳定处理温度下磁体的退磁曲线，预测出磁体在该温度下的不可逆磁通损失的大小，从而为高温磁体的磁路设计提供精确的磁参量依据。
背景技术
永磁材料自古以来，就被人们运用于生活生产中，从最早司南的应用逐步发展到航空航天、医疗器械、能源技术、通信、交通运输等多个领域应用，成为社会进步必不可少的一环。现如今，一个国家永磁材料的发展已然成为其综合国力和高新技术领域强弱的重要标志之一。
近年来随着信息技术、汽车、核磁共振、风力发电和特种电机等领域的迅速发展，对耐高温永磁体需求越来越迫切，既需要耐高温永磁体具有良好的磁性能，同时要求永磁体在温度变化的服役环境中保持磁性能稳定，从而确保永磁装备的灵敏度、稳定性和可靠性，尤其是在航空航天等高科技领域。因此，高温磁体在装配到设备中之前要进行预稳定的处理，如发明专利201210017729.0“提高永磁体磁稳定性的冷热循环老化处理方法”和发明专利CN201810120238.6“一种耐高温永磁体预稳定处理方法”中所提到的预稳定处理方法，其引致的磁体元器件不可逆磁通损失无法在磁路设计之初进行预测，因此只能在磁路设计完成之后，根据磁路的设计要求制备出相应的高温磁体的元器件，此时高温磁体的性能已不可更改，而预稳定处理后磁体的退磁量无法预测只能通过实验，一旦预稳定处理后磁体的性能下降到低于磁路设计所需性能的要求，就需要重新制备新的磁体或更改磁路的设计，这大大增加了设备制造装配的时间。研究发现，采用高温磁体的退磁曲线结合高温磁体元件的形状因子可以精确的计算预测磁体高温预稳定处理后的不可逆磁通损失量，从而大大去除中间的磁体筛选和实验时间，为高温磁体器器件的精确磁路设计提供了可靠的磁参量依据，也大大节省了设备的制造装配周期。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的什么不足，提供一种高温磁体不可逆磁通损失的精确预测方法，在高温磁体元器件具体制备前即可通过公式直接计算出该元器件在高温预稳定处理后的磁性能是否核能满足磁路设计中所要求的高温磁体性能的需求，从而节省了中间的实验步骤，大大缩短了设备的制造和装配周期。
本发明技术解决方案：一种高温磁体不可逆磁通损失的精确预测方法，包括以下步骤：
(1)确定高温磁体将要进行预稳定处理的温度；
(2)测量需要进行预稳定处理的高温磁体的元器件在所述预稳定处理的温度下的退磁曲线，并计算出退磁曲线的近线性段曲线斜率；
(3)确定出需要预稳定处理的高温磁体的元器件形状，并计算出相应的高温磁体的元器件的退磁因子；
(4)将步骤(2)的退磁曲线的近线性段曲线斜率与步骤(3)的退磁因子相乘，即计算得到相应的高温磁体的元器件在所述温度进行预稳定处理后的不可逆磁通损失大小。
所述高温磁体在进行预稳定处理后所产生的不可逆磁通损失通过再次充磁完全恢复。
所述步骤(4)中不可逆磁通损失是指饱和的不可逆损失，即高温磁体元件预稳定处理的保温时间不低于2小时，此时高温磁体所产生的不可逆磁损失直接预测。
所述步骤(4)中，计算得到高温磁体在所述温度进行预稳定处理后的不可逆磁通损失大小，是磁体在开路条件下所产生的磁性能损失。
所述步骤(2)中的退磁曲线是在闭路条件下测量。
所述步骤(2)中所测量的退磁曲线的BH线必须为直线。
所述方法适用于所有高温100～600℃使用的永磁元件。
本发明与现有技术相比的优点在于：
永磁材料的磁路设计依据永磁体的磁性能作为核心设计参量，而高温磁体元件在装配到器件中使用前通常进行高温预稳定处理，以确保其在以后的长时间使用过程中能够提供一个稳定的磁环境。通常得到磁体高温预稳定处理后磁性能损失的方法是，加工出所需形状的工件，然后在预设温度保温一段时间后，对比加热前后的磁通量变化。一旦预稳定处理后的工件磁性能不能满足磁路设计的需求，就只能重新设计参数并加工测试。这种试错法的会大大增加设计及实验的工作量。
本发明的方法直接根据磁体预稳定处理温度下的退磁曲线和工件形状计算出磁体将会产生的磁性能损失，提前预测高温永磁元件在预稳定处理之后的不可逆磁通损失量，可大大缩短了磁路设计及实验时间，这将为高温永磁器件设计提供更为快捷有效的数据。
附图说明
图1为高温Sm-Co磁体在500℃的退磁曲线；
图2为两种磁性能不同的Sm-Co磁体在500℃下的退磁曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步描述本发明，但不以任何方式限制本发明的范围。
SmCo高温磁体在高温预稳定处理时所产生的不可逆磁通损失量的准确预测，为了确保高温磁体在长期高温工作状态中提供稳定的磁环境，高温磁体元件在装配到器件中使用之前须进行高温预稳定处理，其导致的不可逆磁通损失，通常只能是永磁元件加热后测磁通才能获知，这为高温应用磁路设计时磁参数的选用带来困难。本发明提出了一种更为简单且有效的方法，可根据磁体形状和永磁退磁曲线计算出磁体元件在特定温度下的不可逆损失量，从而为高温永磁磁路的精确设计提供了可靠的磁参量依据。
如图1所示，为一种高温Sm-Co烧结磁体在500℃的退磁曲线。则根据根据退磁曲线可得，零磁场时曲线对应的点为(0，Mr)，根据磁体形状可以计算出磁体内的退磁场Hd大小，即：
其中
为磁体的退磁因子，Hd为磁体的退磁场，M为磁体的磁化强度。而Hd在图1中的退磁曲线上对应的点为(-Hd，Mr’)。由这两点直接确定出退磁曲线进线性段的曲线斜率k为：
k＝(Mr-Mr’)/Hd＝ΔM/Hd (2)
其中Mr为磁体的剩磁，Mr’为磁体Hd退磁场下的磁化强度。在将公式(1)带入公式(2)得：
这里的ΔM和M的值均为磁体在500℃时的数据值，因此为高温剩500℃磁损失ΔMHT和高温剩500℃的剩磁MHT。即公式(3)变为：
通过磁体的剩磁温度系数将磁体的高温的ΔMHT和MHT值变为室温数值，即：
其中MRT为室温的剩磁，T为高温温度(此处温度为500℃)，T0为室温温度。所以，将公式(5)带入公式(4)得：
其中磁性能的不可逆损失hirr＝-ΔMRT/MRT，所以通过以上推导，得到磁体在500℃加热之后所产生的不可逆损失的计算公式为：
其中hirr为剩磁不可逆损失。通过公式(7)，只需要测量出磁体在所需温度的退磁曲线，然后计算出所需工件的退磁因子，则直接计算出在该温度下磁体的的不可逆磁损失，如果磁体在预稳定处理后产生的磁性能不可逆损失使得磁体的磁性能降低到模拟需求值以下，则可以即使更换其他磁体，而不用再去实际加工磁体并进行预稳定处理。
实施例1：
本发明实施例中，选用了两种不同性能的高温SmCo磁体，它们的退磁曲线如图2所示，它们的剩磁、矫顽力和最大磁能积分别为，磁体A：0.72T、0.75T和93.4kJ/m3；磁体B：0.73T、0.42T和63.3kJ/m3。分别切割尺寸为φ10×10mm的两种磁体，通过计算可得他们的退磁因子
为0.31，根据以上推导过程计算出该尺寸的磁体在退磁曲线上的斜率k分别为0.19(磁体A)和0.62(磁体B)，根据公式(7)磁体A和磁体B在500℃保温2小时后的不可逆损失分别为5.8％和19.2％。把两种切割后尺寸为φ10×10mm的磁体充磁后测量出磁体的磁通量，然后在500℃真空环境下保温2h后，再次测量磁体的磁通量，计算出磁体磁通量损失分别为6.0％和19.3％，这与通过以上推导计算出来的数据相符。
实施例2：
本发明实施例中，选用了4种不同形状的A磁体，它的剩磁、矫顽力和最大磁能积分别为0.72T、0.75T和93.4kJ/m3。尺寸分别为φ3.8×8.9mm，φ3.8×6.4mm，φ3.0×3.0mm和φ9.9×5.4mm，通过计算可得它们的退磁因子
分别为0.16，0.21，0.31和0.45，根据公式(7)四种尺寸的A磁体在500℃保温2小时后的不可逆损失分别为3.0％，3.9％，5.9％和8.5％。分别在磁体A中切割出四种尺寸的磁体，充磁后测量出磁体的磁通量，然后在500℃真空环境下保温2h后，再次测量磁体的磁通量，计算出磁体磁通量损失分别为2.8％，3.7％，6.0％和8.6％，这与通过以上推导计算出来的数据基本相符。
通过以上的实例与传统方法对比可知，本发明中所提到预测磁体不可逆损失的方法更加简单有效，为高温永磁磁路的设计提供了更为快捷准备的依据。
上述实例仅用于说明本发明的技术方案某些实施情况而非对其进行限制，本领域的普通技术人员显然可以对本发明的技术方案进行修改，并可以把本发明的技术原理运用到其他实例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实例，不脱离本发明范畴所做出的修改或者等同替换都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种高温磁体不可逆磁通损失的精确预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)确定高温磁体将要进行预稳定处理的温度；
(2)测量需要进行预稳定处理的高温磁体的元器件在所述预稳定处理的温度下的退磁曲线，并计算出退磁曲线的近线性段曲线斜率；
(3)确定出需要预稳定处理的高温磁体的元器件形状，并计算出相应的高温磁体的元器件的退磁因子；
(4)将步骤(2)的退磁曲线的近线性段曲线斜率与步骤(3)的退磁因子相乘，即计算得到相应的高温磁体的元器件在所述温度进行预稳定处理后的不可逆磁通损失大小。
2.根据权利要求1所述的一种高温磁体不可逆磁通损失的精确预测方法，其特征在于：所述高温磁体在进行预稳定处理后所产生的不可逆磁通损失通过再次充磁完全恢复。
3.根据权利要求1所述的一种高温磁体不可逆磁通损失的精确预测方法，其特征在于：所述步骤(4)中不可逆磁通损失是指饱和的不可逆损失，即高温磁体元件预稳定处理的保温时间不低于2小时，此时高温磁体所产生的不可逆磁损失直接预测。
4.根据权利要求1所述的一种高温磁体不可逆磁通损失的精确预测方法，其特征在于：所述步骤(4)中，计算得到高温磁体在所述温度进行预稳定处理后的不可逆磁通损失大小，是磁体在开路条件下所产生的磁性能损失。
5.根据权利要求1所述的一种高温磁体不可逆磁通损失的精确预测方法，其特征在于：所述步骤(2)中的退磁曲线是在闭路条件下测量。
6.根据权利要求1所述的一种高温磁体不可逆磁通损失的精确预测方法，其特征在于：所述步骤(2)中所测量的退磁曲线的BH线为直线。
7.根据权利要求1所述的一种高温磁体不可逆磁通损失的精确预测方法，其特征在于：所述方法适用于所有高温100～600℃使用的永磁元件。
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