矩磁铁氧体

矩磁铁氧体压磁铁氧体

压磁铁氧体又称为磁致伸缩材料。压磁铁氧体可以制成磁致伸缩元件，利用其磁致伸缩特性将电能转换为机械能或将机械能转换为电能。压磁铁氧体有Ni-Zn、Ni-Cu、Ni-Mg、Ni-Co等系。其中，Ni-Zn铁氧体的应用最广泛。

压磁铁氧体主要用于超声、水声器件、机械滤波器及电讯器件。利用压磁铁氧体的磁致伸缩效应、磁致伸缩逆效应，铁氧体可应用于测量形变、距离、压力、速度、转矩等。

矩磁铁氧体旋磁铁氧体

旋磁铁氧体又称微波铁氧体。在高频磁场作用下，平面偏振的电磁波在铁氧体中按一定方向传播过程中，偏振面会不停绕传播方向旋转的一种铁氧体材料。广泛应用于微波领域(10⁸～10¹¹Hz)用于制作雷达、通信、电视、测量、人造卫星、导弹系统等方面的微波器件。目前主要利用铁氧体以下三方面特性制成微波器件：①铁磁共振吸收性；②旋转特性；③高功率非线性效应。

常用的微波旋磁铁氧体有尖晶石型和石榴石型两大类，前者价格便宜，后者性能优良。此外，在毫米波段也可使用六方晶系铁氧体。在材料制备方面主要分为多晶、单晶、薄膜三大类。

铁氧体在微波波段中具有许多特殊性质和效应。目前，主要利用铁氧体如下三个方面的特性，制成微波器件：

a．铁磁共振吸收现象：用于工作在铁磁共振点的器件，例如共振式隔离器；

b．旋磁特性：用于各种工作在弱磁场的器件，例如法拉第旋转器、环行器、相移器；

c．高功率非线性效应：用作非线性器件，例如，倍频器、振荡器、参量放大器。

旋磁铁氧体的种类很多。目前微波领域广泛应用的旋磁铁氧体主要是尖品石型铁氧体和石榴石型铁氧体.其中，尖晶石型铁氧体的用途最广。

矩磁铁氧体是指具有矩形磁滞倒线的铁氧体。矩磁铁氧体主要用于电子计算机及自动控制与远程控制设备中，作为记忆元件：(存贮器)、逻辑元件、开关元件、磁放大器的磁光存储器和磁声存储器。

铁氧体磁芯具有开关时间短(几十毫微秒)、体积小、制造方使、成本低等优点。自1955年大量采用铁氧体磁芯存贮器以来，铁氧体磁芯存贮器一直处于统治地位。随着电子计算机向大容量和高速化发展，铁氧体磁芯也向小型化发展。现在已制出6密尔的磁芯(1密尔=0.001英寸)。

随着电子计算机向高速化、大容量方向发展，环形的磁芯尺寸日益小型化，直径巳由原先的0.75 mm减小到0.3～0.5 mm水平，并还在继续设法减小。它具有电阻率高、抗辐射性强、可靠性高、成本低廉等优点。一般密度高、晶粒均匀、结晶各向异性较大的尖晶石型铁氧体都可制成磁特性较好的矩磁材料。

矩磁铁氧体应用

矩磁铁氧体具有矩形磁滞回线，并且矫顽力较大。这种材料广泛用于电子计算机、自动控制和远程控制等尖端科学技术中，用于制作记忆元件、开关元件、逻辑元件、磁放大器、磁光存储器及磁性存储器等。矩磁材料在磁性存储器中主要用于制作环形磁芯，直到现在仍是内存储器用得最多的一种元件。

矩磁铁氧体主要要求

从应用观点看，对矩磁铁氧体的主要要求有以下几点：

①高的剩磁比B_r/B_m，B_r/B_m在开关元件中是一个重要的参数，称开关矩形比，也表示磁滞回线的矩形度；

②在某些特殊情况下还要求高的B_d/B_m，B_d/B_m也可称为记忆矩形比，B_d为静磁场达到H_m一半时的B值；

③矫顽力Hc要小；

④开关系数要小；

⑤信噪比要高；

⑥温度、振动和时间的稳定性要好。

矩磁铁氧体存贮作用

矩磁铁氧体磁芯的存贮作用是，利用矩形磁滞回线上与磁芯感应B_m。大小相近的两种剩磁状态 Br和-B_r，分别代表二进位计算机的"0"和"1"(如图1所示)。当送进 I_m电流脉冲时，相当于磁芯受到 H_m磁场的激励而被磁化至 B_m，脉冲过去后，磁芯则保留 B_r状态，表示存入信号"1"。反之，当通过-I_m电流脉冲时，则保留-B_r状态，表示存入信号"0"。在读出信息时可通入-I_m脉冲。如果原存为信号"0"，则磁感应的变化由-Br→-B_m，变化很小，感应电压也很小，近乎没有信号电压输出。这表示读出"0"。而当原存为信号"1"时，则磁感应由 Br→-B_m，变化很大，故有明显的信号电压输出，表示读出"1"。这样，根据感应电压的大小，就可判别磁芯所存贮的信息。

铁氧体形成矩形磁滞回线的条件是结晶各向异性和应力各向异性。一般密度高、晶粒均匀、结晶各向异性较大的尖晶石型铁氧体都可制成磁性能较好的矩磁材料。在常温使用的矩磁铁氧体有Mn-Mg、Mn-Cu、及Mg-Cd铁氧体。在-65～ 125℃宽温范围内使用的铁氧体有Li-Mn、Li-Ni、Mn-Ni和Li-Cu等。

矩磁铁氧体烧结工艺

各系列铁氧体在烧结过程中，必须正确控制炉内的气氛，镍铁氧体和镍锰铁氧体所要求的氧含量是在中性的或稍具有还原性的气氛中烧结。最常用的气体是氮或二氧化碳。对成分中含有Mn₃O₄的铁氧体，在温度高于1000℃时，空气已接近平衡的气氛。但是，在较低的温度，空气或氧气的氧化性都太强了，以致会析出Mn₂O₃，作为非磁性相夹杂物，同时由于热膨胀系数不同而产生不应有的应变。解决烧结中氧化问题有二种方法，最简单的方法是把磁芯放在铂盘内烧结，以很快的速度通过氧化的温度区(约600～1000℃)。另一种方法是把铁氧体缓慢地冷却，让它们受到氧化，然后，再让它们还原，即在保护气氛(一般是氮气中重新加热到1000℃，并且在此气氛中冷却到600℃。这两种方法都可采用。

磁泡是铁氧体中的一种圆形磁畴，它在外磁场作用下具有自由移动的特征,从磁性薄膜表面上看，上去就像气泡，所以称为磁泡。因它可以用于计算机存储而引起人们的广泛关注。磁泡的大小只有数微米,单位面积存储的信息量非常大,所以磁泡存储器具有容量大、体积小功率小、可靠性高的优点,是作为记忆信息元件的理想材料。

对磁泡材料，要求缺陷尽量少、透明度高。磁泡的迁移速度要快，材料的化学稳定性和机械性能要好。正铁氧体RFeO，(R是稀士元素)和石榴石型铁氧体是最适合的磁泡材料，而后者更优，其磁泡直径小，迁移率高，已经实用化。这种材料是以无磁性的钆镓石榴石(Gd₅Ga₅O₁₂-GGG)作为衬底，以外延法生长出能产生磁泡的含稀土元素石榴石薄膜。

一般将软磁铁氧体分为多晶和单晶软磁铁氧体两大类，虽然多晶材料生产量比单晶材料大得多,几乎用于国民经济的各个领域,但因单晶软磁铁氧体材料具有独特的性能，已成为一些高性能电子元器件不可缺少的软磁材料。

铁氧体磁瓦的磁性能表现在高频时具有较高的磁导率。因而，铁氧体己成为高频弱电领域用途广泛的非金属磁性材料。由于铁氧体单位体积中储存的磁能较低，饱合磁化强度也较低（通常只有纯铁的1/3-1/5），因而限制了它在要求较高磁能密度的代频强电和大功率领域的应用。

电磁转矩是电机的一个重要指标，电磁转矩的准确计算也会影响一台电机的性能。最常用的两种方法就是麦克斯韦应力张量法和磁通法。这两种方法都基于有限元计算，有限元分析软件功能比较强大，可以通过节点磁位很容易计算电磁转矩 。

电磁转矩直流电机

直流电机的电磁转矩是由每极气隙磁通和电枢电流共同作用产生的。

直流电动机堵转转矩计算公式T_K=9.55K_eI_K。

直流电机转矩公式：T=C_TΦI_a,其中C_T为转矩常数，Φ为每极主磁通，I_a为电枢电流。

直流发电机和直流电动机的电磁转矩在性质上的介绍：1、电动机和发电机的电磁转矩都是由电枢电流在磁场中受到电磁力产生的；2、电动机的电磁转矩方向与转动方向相同，它是驱动力矩，电动机通过它将电能转换为机械能；3、发电机的电磁转矩方向与转动方向相反，它是制动力矩，发电机通过它将机械能转换为电能。

直流发电机和直流电动机的电磁转矩的产生及作用：1、直流电动机，外加电源之后，励磁线圈会在电机内产生一个磁场，电枢通电以后，就形成带电导体。带电导体在磁场中，就会受到力的作用从而产生运动，这个促使电枢运动的力矩，就是电磁力矩（这个力矩是驱动电枢运动的）。当电枢开始运动之后，就又形成导体切割磁力线，从而导体内部会产生（感应出）电势，这个电势我们称为感应电动势。外电势与感应电势关系为：U=E IR，U为外电势，E是内电势（感应电势），I是电机电流，R是电机电阻。2、直流发电机，这个情况稍稍复杂一点。有的发电机是自励磁（要求有剩磁），有的是外加励磁电源。无论是哪种情况，都要求有磁的存在，当电枢运动在磁场中切割磁力线的时候，就会产生一个电势，这个电势就是感应电势。跟电动机同样的道理，同时存在着一个电磁力矩，只是这个力矩是阻止电枢运动的，与外部拖动电枢运动的装置的力矩相平衡。同样，外电势与感应电势关系为：E=U IR，U为外电势，E是内电势（感应电势），I是电机电流，R是电机电阻。

电磁转矩异步电机

定子和转子的磁场相互作用使电机转动。 因为转子的转速必须低于旋转磁场才能对转子导线形成磁力线切割，所以转子的转速要低于定子的旋转磁场转速，所以称异步电机。

三相异步电动机的转矩公式为：

其中U₁ 为输入电压 ；

可以知道T∝U₁² 转矩与电源电压的平方成正比，设正常输入电压时负载转矩为T₂ ，电压下降使电磁转矩T下降很多；由于T₂ 不变，所以T小于T₂ 平衡关系受到破坏，导致电动机转速的下降，转差率S上升；它又引起转子电压平衡方程式的变化，使转子电流I₂上升。也就是定子电流I₁随之增加（由变压器关系可以知道）；同时I₂增加也是电动机轴上送出的转矩T又回升，直到与T₂相等为止。这时电动机转速又趋于新的稳定值 。

电磁转矩同步电机

同步发电机电磁转矩与磁场的强度和绕组里的电流大小有关。磁场越强，电磁转矩越大；电流越大，电磁转矩也越大。

1. M=CmφI 其中：M---同步发电机的电磁转矩；Cm---同步发电机的转矩常数；φ---同步发电机的磁通；I---同步发电机的电流。

2. 另外，也可用功率表示转矩的公式：M=P/ω 其中：M---同步发电机的电磁转矩；P--- 同步发电机的输出功率； ω---同步发电机的旋转角速度。