1前言

由于環(huán)保和節(jié)能要求的不斷提高，使得變壓器、電動(dòng)機(jī)等電磁轉(zhuǎn)換裝置的作用越來越大。電磁轉(zhuǎn)換裝置主要由鐵芯和線圈構(gòu)成。鐵芯是決定電磁轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換效率、輸出功率和體積大小的重要部件。用做鐵芯的材料有電工鋼板等鐵系合金材料、非晶態(tài)材料和軟磁鐵氧體等氧化物材料，這些材料分別適用于不同頻率和勵(lì)磁條件（圖1）。

近年來，將表面涂敷絕緣皮膜的強(qiáng)磁性鐵粉壓縮成壓粉鐵芯的鐵芯材料受到人們的關(guān)注。過去，電抗器和電動(dòng)機(jī)鐵芯使用的是電動(dòng)鋼板，現(xiàn)在壓粉鐵芯在電抗器和電動(dòng)機(jī)鐵芯的用量不斷增加。壓粉鐵芯除了使用鐵粉，還使用Fe-Si合金粉末和非晶態(tài)等強(qiáng)磁性粉末。鐵粉過去主要用做燒結(jié)部件的原料，現(xiàn)在壓粉鐵芯出現(xiàn)了的新用途，因此對(duì)鐵粉的磁學(xué)特性特別關(guān)注，并推進(jìn)了新型磁性鐵粉的開發(fā)。以下對(duì)純鐵粉壓粉鐵芯特性提高技術(shù)和壓粉鐵芯用于電磁轉(zhuǎn)換裝置的預(yù)期效果進(jìn)行簡要介紹。

2壓粉鐵芯的磁學(xué)特性

對(duì)電磁轉(zhuǎn)換裝置的要求是高效率、高功率。電磁轉(zhuǎn)換裝置鐵芯的磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁導(dǎo)率和鐵損是評(píng)價(jià)裝置效率和功率的主要指標(biāo)。因此要求鐵芯具有高磁感應(yīng)強(qiáng)度、高磁導(dǎo)率和低鐵損。材料的磁學(xué)特性用材料在靜磁場中的磁滯曲線和交變磁場中的鐵損來評(píng)價(jià)。

磁化過程中的磁感應(yīng)強(qiáng)度可用磁導(dǎo)率和外磁場強(qiáng)度之積（（1）式）來計(jì)算。

因此，鐵芯高磁導(dǎo)率，可獲得高磁感應(yīng)強(qiáng)度。此外，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度與鐵芯中的磁性體量成正比，所以增加壓粉鐵芯的密度可有效提高鐵芯的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度。

B=μH………………（1）

式中，B：磁感應(yīng)強(qiáng)度；μ：磁導(dǎo)率；H：外磁場強(qiáng)度。

磁導(dǎo)率（μDC）可用計(jì)算強(qiáng)磁粉末成形體直流磁導(dǎo)率的Ollendorf理論公式（2）計(jì)算。

μDC=ημ0（μt－μ0）/+μ0………………（2）

式中，μDC：直流磁導(dǎo)率；η：鐵粉填充率；N：鐵粉粒子的有效反磁場系數(shù)；μt：鐵粉粒子的固有磁導(dǎo)率。

由于μ0是常數(shù)，所以根據(jù)（2）式可知，直流磁導(dǎo)率μDC與鐵粉填充率η、鐵粉粒子的有效反磁場系數(shù)N、鐵粉粒子的固有磁導(dǎo)率μt有函數(shù)關(guān)系。因此與磁感應(yīng)強(qiáng)度的情況一樣，當(dāng)鐵粉相同時(shí)，鐵粉成形體高密度化是獲得高磁導(dǎo)率的有效方法。

鐵損主要由磁滯損耗和渦流損耗構(gòu)成，其控制因子如圖2。磁滯損耗相當(dāng)于圖3的靜磁場磁滯曲線包圍的面積，與矯頑力有很大關(guān)系。矯頑力的控制因子是阻礙疇壁移動(dòng)的因子。降低阻礙疇壁移動(dòng)因子的作用可以使磁滯損耗下降。鐵損（Wt）是磁滯損耗(Wh)和渦流損耗(We)之和（（3）式）。磁滯損耗與交變電流頻率成正比，渦流損耗與交變電流頻率的平方成正比。因此在高頻區(qū)，降低渦流損耗更為重要。

Wt=Wh+We=K1?f?Bm1.6+K2?f2?Bm2………………(3)

式中，K1、K2：系數(shù)；f：交變電流頻率；Bm；最大磁感應(yīng)強(qiáng)度。

渦流損耗是交變磁場中發(fā)生的渦電流產(chǎn)生的焦耳熱損失。為了降低這種能量損失并防止部件發(fā)熱，應(yīng)對(duì)渦流損耗進(jìn)行控制。渦流損耗有粒子內(nèi)渦流損耗和粒子間渦流損耗。粒子間渦流在跨越粒子間的大范圍內(nèi)流動(dòng)，造成的渦流損耗很大。所以為抑制粒子間渦流，在鐵粉粒子表面形成絕緣皮膜。

壓粉鐵芯的高密度化可有效提高磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁導(dǎo)率。此外，為了降低渦流損耗，在粒子表面形成絕緣皮膜，使粒子間具有電絕緣性。影響壓粉鐵芯磁學(xué)特性的主要因子如表1。為提高壓粉鐵芯磁學(xué)特性，在磁性鐵粉開發(fā)方面，主要是開發(fā)新型鐵粉和新型絕緣皮膜。