評(píng)價(jià)永磁材料磁性能的幾個(gè)參數(shù)，像剩磁、矯頑力、最大磁能積等，都頗為專業(yè)不易理解，今天我們就來聊聊“最大磁能積”，這個(gè)聽起來有些高深的名詞，到底是什么意思呢？為什么它對(duì)磁鐵性能這么重要？?
一、最大磁能積的由來——為什么會(huì)提出這個(gè)概念？
在19世紀(jì)末到20世紀(jì)初，隨著電機(jī)、發(fā)電機(jī)和揚(yáng)聲器的興起，磁性材料的性能成為設(shè)備效率和體積的關(guān)鍵。早期的鐵氧體磁鐵體積大、磁力弱，要做出強(qiáng)力電機(jī)，往往需要一大塊磁鐵，導(dǎo)致設(shè)備笨重，成本高昂。工程師們開始思考：能不能用更小的磁鐵，產(chǎn)生更強(qiáng)的磁場(chǎng)？
雖然剩磁（Br）告訴你磁鐵被充分充磁后的磁場(chǎng)強(qiáng)度，矯頑力（Hc）告訴你磁鐵抗退磁的能力，但是單憑這兩個(gè)指標(biāo)無法直接解決“磁鐵能提供多少能量”，以及“磁鐵能否在有限的空間內(nèi)提供足夠強(qiáng)的磁場(chǎng)”這些問題。
于是，科學(xué)家們提出了“最大磁能積(BH)max”的概念，用來綜合衡量磁鐵在實(shí)際工作中能“輸出”的能量效率。
二、最大磁能積是什么？——從退磁曲線說起
在永磁材料的退磁曲線上，不同的點(diǎn)對(duì)應(yīng)磁體處在不同的工作狀態(tài)，退磁曲線上的某一點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的Bd和Hd（橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)）分別代表磁體在該狀態(tài)下，磁體內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)的大小，Bd和Hd的絕對(duì)值的乘積（Bd x Hd）代表磁體在該狀態(tài)下對(duì)外做功的能力，等同于磁體所貯存的磁能量，稱為磁能積。
當(dāng)磁體處在最佳工作點(diǎn)時(shí)，磁能積（B×H）達(dá)到最大值，這個(gè)值就是我們所說的“最大磁能積”(BH)max。這個(gè)值越大，說明磁體單位體積內(nèi)存儲(chǔ)的磁能越大，意味著在同樣體積的情況下，磁鐵能提供的磁能就越大，也就能產(chǎn)生更強(qiáng)的磁場(chǎng)或驅(qū)動(dòng)更大的負(fù)載。
這個(gè)概念的提出，解決了永磁體在磁路設(shè)計(jì)中如何實(shí)現(xiàn)能量效率最大化的需求，將材料本身的磁性能與實(shí)際應(yīng)用中的磁路設(shè)計(jì)緊密結(jié)合起來，使工程師在設(shè)計(jì)磁路時(shí)，能夠有一個(gè)明確的目標(biāo)去優(yōu)化磁體的形狀和尺寸，使其工作點(diǎn)盡量在 (BH)max附近，從而達(dá)到最佳性能。
三、最大磁能積與磁性材料的發(fā)展歷史
回顧永磁材料的發(fā)展歷程，其實(shí)也是其“最大磁能積”不斷突破的過程：
? 20世紀(jì)初：最早的永磁材料是碳鋼和鎢鋼，最大磁能積不到1 MGOe，性能非常有限；
? 1930年代：鋁鎳鈷（AlNiCo）合金問世，磁能積提高到5 MGOe以上，開啟工程應(yīng)用時(shí)代；
? 1950年代：鐵氧體磁鋼登場(chǎng)，雖然磁能積不高（3~5 MGOe），但因其低成本和優(yōu)異的電絕緣性能被廣泛采用；
? 1970年代：釤鈷（SmCo）磁鋼誕生，首次將磁能積提升到20 MGOe以上，適應(yīng)高溫、高性能場(chǎng)合需求；
? 1980年代至今：釹鐵硼（NdFeB）磁鋼橫空出世，最大磁能積突破50 MGOe，成為現(xiàn)代高性能磁鐵的主力軍。
可以說，最大磁能積每一次的突破，都直接推動(dòng)了永磁材料在航空航天、電機(jī)、電子、醫(yī)療等領(lǐng)域的應(yīng)用飛躍。
永磁材料磁能積性能發(fā)展歷程
四、為什么選擇磁鐵要關(guān)注最大磁能積？
選磁鐵時(shí)，最大磁能積不僅決定了磁鐵的吸力強(qiáng)弱，更直接影響磁鐵的尺寸設(shè)計(jì)與系統(tǒng)整體性能。比如在高端音響或耳機(jī)中，廠商為了在極小的體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)勁音效，往往選擇磁能積非常高的釹鐵硼磁鋼。這樣不僅可以縮小音圈系統(tǒng)的體積，還能提升音效響應(yīng)效率，實(shí)現(xiàn)小巧與高性能的平衡。
相反，如果選擇磁能積較低的磁材，就可能需要更大的體積來提供相同的驅(qū)動(dòng)能力，影響產(chǎn)品的外觀設(shè)計(jì)與用戶體驗(yàn)。如果釹鐵硼沒有發(fā)明，Airpods的體積可能要翻好幾遍，戴在耳朵上就會(huì)像掛了個(gè)收音機(jī)。
距磁體N極5mm處產(chǎn)生1000Gs磁場(chǎng)所需磁體體積
此外，在釹鐵硼磁體中，磁能積的大小通常會(huì)直接體現(xiàn)在磁鐵的牌號(hào)中，例如常見的N35、N42、N52等。這里的數(shù)字大致對(duì)應(yīng)其最大磁能積的范圍，
? N35：33-36 MGOe
? N42：40-43 MGOe
? N52：49-53 MGOe
了解這些牌號(hào)背后的含義，有助于我們?cè)谶x型過程中快速判斷磁鐵的性能等級(jí)和應(yīng)用適配度。
五、最大磁能積是如何測(cè)量的？
最大磁能積一般通過磁滯回線測(cè)量?jī)x測(cè)定。將磁鐵樣品置于測(cè)量?jī)x的磁場(chǎng)線圈中，儀器對(duì)樣品施加逐漸變化的磁場(chǎng)，使磁體經(jīng)歷從飽和磁化到逐步退磁的過程，獲得磁體的完整磁滯回線。在磁滯回線上，記錄B和H對(duì)應(yīng)數(shù)值，計(jì)算所有工作點(diǎn)的B×H值。找出其中的最大值，這就是該磁體的最大磁能積。
磁滯曲線儀與退磁曲線
總結(jié)一下
? 最大磁能積是衡量磁鐵性能的重要指標(biāo)，決定磁鐵儲(chǔ)存磁能的能力。
? 它最初提出是為了解決磁鐵設(shè)計(jì)中的空間與性能平衡問題，體現(xiàn)了磁體能釋放磁場(chǎng)的最大潛力。
? 磁鐵的牌號(hào)一般直接體現(xiàn)了其最大磁能積的大小。
? 最大磁能積通過磁滯回線測(cè)量?jī)x器測(cè)定。
? 永磁材料的發(fā)展史，本質(zhì)上也是磁能積不斷突破的過程。
想更深入了解磁鐵的性能或如何選擇合適的磁鐵嗎？可以參考[永磁材料選擇指南]
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發(fā)布時(shí)間: 25-08-22