永磁体的温度稳定性：剩磁温度系数、矫顽力温度系数、可逆温度系数

news2024/11/13 7:59:39

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永磁体一般是作为磁场源，在一定的空间内来提供恒定磁场，对于一些精密的仪器仪表和磁性器件来说，磁体磁场的稳定性至关重要，它会直接影响仪器的精度和可靠性。

但是，在外界条件如：温度、时间、电磁场、机械振动或冲击、射线、化学作用等等变化的情况下，磁体性能可能会发生变化。环境条件变化引起的磁性能的变化主要在两个方面：

磁畴结构变化引起的磁性能变化（也称为磁时效），这种变化是可逆的，当磁体再一次磁化或充磁时，磁体的性能大部分可恢复。

磁体的显微组织变化引起的磁性能变化（也称为组织时效），这种变化是不可逆的，当磁体再一次磁化或充磁时，磁体性能不能恢复。

任何环境条件变化引起的磁体磁性能改变都包括磁时效和组织时效两种。

磁体的稳定性包括了温度稳定性、时间稳定性、振动与冲击稳定性、电磁场稳定性与化学稳定性等方面，一般用磁体性能参数的变化量来描述（如温度每升高1℃剩磁变化百分之几，室温条件下磁体剩磁每年衰减多少）。

磁体的使用环境条件不同，所要求的性能稳定性也不同，例如航天器上使用的磁体普遍关注振动和冲击条件下的性能稳定性，同时也要求在射线、温度与时间条件下稳定；要在酸、碱环境下，或在湿度较大的环境下（湿热、盐雾等）工作的磁体，一般要求其具有化学稳定性；而在工作环境温度有变化的地方，都关注磁体是否具备温度稳定性。

永磁体的温度稳定性

用永磁材料制造的仪器设备一般很难在恒定的温度下工作，而环境温度改变对磁体磁性能有直接的影响，为了使仪器设备在温度变化时能正常工作，在设计磁路时，需要知道磁体磁性能随温度的变化量。

为了定量的反映温度对磁体性能的影响程度，人们定义了一些与环境温度相关的温度稳定性参数，如剩磁温度系数αBr、内禀矫顽力温度系数αHcJ、开路磁通密度的可逆损失Lrev和不可逆损失Lirr、开路磁通密度的可逆温度系数、耐热温度或最高连续工作温度Tm等，其中剩磁温度系数αBr、内禀矫顽力温度系数αHcJ是商用永磁体必须提供的性能指标之一。

剩磁温度系数和内禀矫顽力温度系数

温度系数顾名思义，就是物理量随温度的相对变化率，从参考温度T0到某个高温T的温度区间，剩磁温度系数和内禀矫顽力温度系数的定义如下，单位为%/℃。

其中，Br(T)和Br(T0)分别是在温度T和参考温度点T0的剩磁（HcJ同理），通常选择室温或20℃作为T0，而高温T的数值需要根据使用环境由供需双方确定。如果αBr是正的，表示随温度升高剩磁增高；如果它是负的，表示随温度升高剩磁降低。

下图是烧结钕铁硼永磁材料国家标准（GB/T13560-2017）中对各牌号永磁体剩磁温度系数和内禀矫顽力温度系数的参考值规定。

可逆温度系数

磁体通常在有气隙的开路状态下工作，开路剩磁（或称开路磁通）随温度变化的特征更具实际意义。当环境温度从室温T0开始升高到某给定温度T1时，开路磁通从B(T0)下降到B(T1)，如果温度再回到室温T0，开路磁通一般会恢复到比B(T0)低一些的B(T0)值，如下图。实验证明当温度在T0和T1间反复变化，并且ΔT不十分大时，B的变化是线性可逆的，即下图PB(T0)线。