【电机设计】磁铁参数材料理论基础

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材料如何带磁

这世界上所有的物体都是由原子所组成的，原子就是由电子、质子和中子组成的，电子和中子都带电荷，而电子在原子内的活动比较活泼一点，除了绕原子核跑来跑去，还会不断旋转，这就是自旋。

自旋会让电子像小磁铁一样带着磁性，所以原子核的周围就像是有很多小磁铁绕着转一样，大部分元素带的电子数都是成对的，产生的磁场会抵消掉。

如果是具有不成对的电子，那么没有抵消掉的磁场，就会带有磁性。表中只有这些元素会带着磁性。

有磁性的元素组合起来还是不代表就有磁性，堆叠时原子会有各自的小圈圈，每个可能会有不同的磁场。

某个方向磁场特别强时，整个磁场就会偏往一个方向。

进一步带有磁性，天然磁石就是这样带有磁性的。

磁化原理

当小圈圈都差不多大小，且各有各自方向时，磁力就会相互抵消。

这时如果我们在外部施加一个强大的磁场，让他们都慢慢转向一个方向而放大，产生明显的磁场，这个过程我们称为磁化。

但是小圈圈并没有那么容易改变方向，一般情况下只有超强的磁力才可能转向，一般从外部施加能量，可以帮助我们有效率的磁化。

第一种是对磁性材料进行敲击，会让分子变得活跃，变得容易被外部磁场影响，但是因为震动不均衡，小圈圈还是会逐步回到原来的位置，慢慢恢复没有磁性的状态。

第二种就是加热，磁性物质加热到特定温度，这个温度点叫居里温度，依据材料有所不同，通常700~800度左右，这时分子因为热能而变得活跃，内部磁场就会容易变得松动，用这种方式当温度下降后，磁性就会被固定住，只要这样改变磁场，他们就会变得有秩序，磁力更强，所以磁化我们也称为充磁。

工业上生产磁铁时，就是把磁性材料加热到具体温度慢慢降温达到消磁、退磁，然后再用电磁线圈在外部施加磁场来充磁，让磁铁拥有磁性，经过磁化后，如果能保留磁力，我们称之为永磁体。

钕磁铁

钕磁铁是如今磁力最强的磁铁，在相同体积下它的磁能值是普通铁氧磁铁的18倍，相同质量下也有12倍之多。它具有更高的剩磁（磁化强度）、更高的矫顽力（不消磁的能力）和磁能积。但是它很容易被腐蚀，所以外面经常镀有其他金属来保护它，敲碎它才能看到它的真面目。

磁铁参数

剩磁（Br）

物理意义：永磁材料饱和磁化后，去除外磁场时剩余的磁感应强度，单位为kGs（千高斯）或T（特斯拉）（1T=10kGs）。

作用：直接反映磁体 “输出磁场强度” 的能力 ——(Br) 越高，相同体积的磁体产生的表面磁场、磁通密度越强。

选型参考：若需强磁场场景（如高性能电机、精密传感器），选 (Br) 高的型号（如 N56，Br=15.20）；若对磁场强度要求一般（如普通磁扣、简易传感器），可选 (Br)适中的型号（如 N35，B_r=12.30）。

温度系数

物理意义：分为剩磁温度系数和内禀矫顽力温度系数，表示温度每变化1℃，对应磁性能（Br或Hcj）的变化百分比。

作用：反映磁体温度稳定性—— 系数绝对值越小，磁性能随温度变化越平缓。

选型参考：若应用环境温度波动大（如户外设备、高温电机），优先选温度系数小的系列（如 M 系列，剩磁温度系数-0.11%/℃，比 N 系列的-0.12%/℃更稳定；若工作温度≤80℃，N 系列可满足；若≤100℃，M 系列更适配。

内禀矫顽力（HcJ）

物理意义：衡量永磁材料抗退磁能力的核心指标，单位为kOe（千奥斯特）或kA/m（1kOe≈79.58kA/m）。HcJ越高，磁体越难被外界磁场、温度变化 “消磁”。

作用：决定磁体在复杂工况下的可靠性（如电机启动时的反向磁场、高温环境）。

选型参考：若应用存在强反向磁场或振动（如电动汽车电机、工业强磁设备），选 HcJ高的型号（如 N48，HcJ≥12kOe）；若工况温和（如静态磁吸附），HcJ适中的型号即可（如 N35，HcJ≥12kOe也能满足基础抗退磁需求）。

最大磁能积（BH）max

物理意义：磁滞回线上 “磁感应强度B× 磁场强度H” 的最大值，单位为MGOe（兆高奥）或kJ/m³（1MGOe≈7.96kJ/m³。是 ** 综合反映磁体 “储能 + 输出能力”** 的关键指标。

作用：(BH）max越高，相同体积的磁体可提供的磁能越多，电机转矩密度、传感器灵敏度也越高。

选型参考：若需高性能场景（如伺服电机、高端磁悬浮设备），选(BH）max高的型号（如 N56，57MGOe）；若追求成本与性能平衡（如普通工业电机），可选(BH）max适中的型号（如 N45，46MGOe）。

密度（p）

物理意义：磁体的质量密度，单位为g/cm³。表格中钕铁硼磁体的密度约为7.50g/cm³，属于行业常规值。

作用：主要用于计算磁体重量重量=体积×密度。

选型参考：若应用对重量敏感（如无人机电机），需结合体积设计综合考虑，但密度本身由材料特性决定，选型时优先级较低。

磁导率（μ）

物理意义：永磁材料的导磁能力，表格中为1.05μ（接近空气磁导率μ₀≈1）。

作用：永磁材料的磁导率极低，说明其 “导磁能力弱，主要用于产生磁场而非导磁”。

选型参考：磁导率在选型中优先级极低，仅在特殊磁路设计（如需要磁体参与导磁）时需关注，绝大多数场景可忽略。

选型参考

表明处理（防腐蚀）

级别

从N25到N65，级别越高磁体越强，这与大小无关而是按能级大小进行分级的。