D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1998.05.008 第20卷第5期 北京科技大学学报 Vol.20 No.5 1998年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.1998 NdFeB导磁材料磁场强度 郭汉杰) 孙东海) 陈运权) 唐海燕) 1)北京科技大学冶金学院，北京1000832)包头磁性材料厂，包头014045 摘要设计了一个闭合磁路，对内磁扬声器用NdFeB作永久磁体，选用A3低碳钢作导磁材料 时，考察了磁路气隙中磁场强度随dFB永磁体厚度、A3钢导磁体厚度的变化规律，得到了A3 钢在内磁扬声器磁路中的导磁行为.结果表明：气隙大小、导磁片厚度、永磁体厚度对气隙处磁感 应强度大小都有影响. 关键词扬声器；磁性材料：NdFeB;导磁材料 分类号TM273 NdFB永磁材料的B和其他高剩磁永磁材料的B相当，但其最大磁能积却是其他永磁 材料的4~10倍.目前，我国对NdFeB永磁材料的研究已达到一定水平，并且已有相当的产 量，但对于NdFeB永磁材料的应用研究很少). 传统内磁扬声器用的永磁体是铁氧体永磁材料，性能受到其矫顽力和最大磁能积的限 制（金山器材厂编.永磁合金工艺.1975）.现改用NdF®B永磁体，加大了扬声器输出功率，诚 小了扬声器体积，但对于其在内磁扬声器中相应的导磁材料的研究在国内外尚未开始.本文 对此进行了研究， 1实验方法 实验对象选用内磁扬声器磁动系统，增加 通过导磁材料的磁感应强度得到材料的磁饱 和值.通过多点测量导磁片与导磁壳气隙处 的磁感应强度作出磁感应强度一高斯计探头 特斯拉计 深度曲线，通过改变导磁片厚度得到磁感应强 度分布曲线.本实验所用N30钕铁硼及导磁片 图1实验装置围 尺寸见表1、表2，实验装置如图1所示.图中特 1导磁片：2-探针：3导磁壳：4永磁体 表1N30钕铁翻性能尺寸 表2导磁片尺寸和数量 样品编号 1 2 3 4 5 6 样品编号 2 3 直径/mm12.1012.0112.1021.1012.1012.10 厚度/mm 2.30 3.20 4.20 高/mm2.204.106.008.0010.1012.10 直径mm 13.10 13.10 13.10 中心表a磁T0.1250.2590.2980.3260.3100.358 数量/个 6 2 2 1997-12-29收稿 郭汉杰男，40岁，副教授、博士
第20 卷 第5 期 1 9 8 年 10 月 北 京 科 技 大 学 学 报 JO u r n a l o f Un i v e r s i ty o f Sc i e n e e a n d T e e h n o l o g y B e ij i n g V 0 1 . 20 N 0 . 5 《) c t . 1 9 8 N d F e B 导磁材料磁场强度 郭汉 杰 ’ ) 孙 东海l) 陈运权l) 唐 海燕 “ ) l) 北京科技大学冶金 学 院 , 北京 10 0 0 8 3 2) 包头磁性材料厂 , 包头 0 14 0 45 摘要 设计 了一个 闭合磁路 , 对 内磁扬声器 用 喇 eF B 作永久磁体 , 选用 A 3 低碳钢作导磁材料 时 , 考察 了磁路气隙 中磁场强度随 喇eF B 永磁体厚度 、 A 3 钢导磁体 厚度 的变化规律 , 得到了 A 3 钢 在内磁扬 声器磁路 中的导磁行 为 . 结果表 明 : 气 隙大小 、 导磁片厚度 、 永磁体厚度对气隙处磁感 应 强度大小都有影响 . 关挂词 扬声器 ; 磁性材料 ; Nd eF B ; 导磁材料 分类号 T M 2 7 3 Nd eF B 永磁 材料 的 B r和 其他 高剩 磁永 磁材料 的 B r相 当 , 但 其最 大磁 能 积却 是其 他永磁 材 料 的 4 一 10 倍 . 目前 , 我 国 对 N d eF B 永磁 材料 的研 究 已 达 到一定 水 平 , 并 且 已 有 相 当的产 量 , 但对于 N d eF B 永 磁材 料 的应用研 究很少 l[] . 传统 内磁扬声 器用 的永 磁体是铁氧 体永 磁材 料 , 性 能 受到 其矫 顽 力 和最 大 磁能 积 的 限 制 ( 金 山器材 厂 编 . 永 磁 合 金工 艺 . 19 7 5) . 现改 用 Nd eF B 永 磁 体 , 加大 了扬声 器 输 出功率 , 减 小 了扬 声器 体积 , 但对于 其在 内磁 扬声 器 中相应 的 导磁材 料 的研 究在 国 内外 尚未开 始 . 本 文 对此 进行 了研究 . 1 实验方法 实 验 对象 选用 内磁扬 声器 磁 动系 统 , 增加 通 过 导磁 材 料 的磁 感 应 强 度 得 到 材料 的磁 饱 和 值 . 通 过 多 点测 量 导磁 片 与 导磁 壳 气 隙 处 的磁 感应 强 度 作 出磁 感 应 强 度一 高斯 计 探 头 深度 曲线 . 通过 改变 导磁 片 厚度 得 到磁感 应 强 度分 布 曲线 . 本实验 所用 N3 0 钱铁 硼 及 导磁 片 尺寸 见表 1 、 表 2 , 实验 装置 如 图 1 所示 . 图中特 特斯拉计 图1 实验装t 图 1召导磁片 ; 2月深针 ; 3 ~导磁壳 ; -4 永磁体 表 1 N 3 0教铁硼性能尺寸 表2 导磁片尺 寸和数 . 样 品编号 直径 / r n l l l 高 / n ” n 中心表磁厅 l 2 12 . 1 0 1 2 . 0 1 1 2 . 1 0 1 0 . 1 0 0 . 3 1 0 1 2 . 1 0 1 2 . 1 0 0 3 5 8 样 品编 号 厚度 /m m 直径 m/ m 数量 /个 ] 2 . 30 1 3 . 10 6 3 . 2 0 1 3 . 10 3 4 . 20 1 3 . 1 0 2 ) 曰,` ; 书ùnUn, 材巧O 住4 ù`, 乙一ù, .02 19 9 7 一 1 2 一 2 9 收稿 郭汉杰 男 , 4 0 岁 , 副教授 , 博士 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1998. 05. 008
Vol.20 No.5 郭汉杰等：NdFeB导磁材料磁场强度 ·439· 斯拉计选用中科院半导体所生产的T6-A特斯拉计，导磁壳材料为A3钢. 2实验结果 本实验主要研究导磁片1与导磁壳3之间气隙处的磁感应强度.将探针由上至下地放人 气隙，读取不同位置气隙处的磁感应强度值，为使实验数据比较准确，实验采用取平均值法， 在探针的同一高度时，在环形气隙处同时测量等间距4点的磁感应强度，取其平均值作为该 高度位置的磁感应强度值，对应于不同厚度的导磁片测量的点数和测量的位置也不同 2.1导磁片厚度为2.3mm时的实验结果 导磁片厚度为2.3mm时探针的起始位置从导磁片上表面以上0.5mm处开始，每隔 0.5m测1个点，由上向下共测出7个不同高度位置.为了直观地看出A3钢的导磁特性和 气隙内磁感应强度分布状态，将实验数据整理绘制成图2， 2.2导磁片厚度为3.2mm时实验结果 导磁片厚度为3.2mm时测量点的分布为：探针的初始位置为导磁片上表面以上1mm 处，除由上向下的第3,4,5个点间距为0.5mm外，其余各点间距为1mm,由上向下共测出7 个不同高度位置.实验数据如图3所示， 0.7 0.6 245/6 0.5 兰生 0.5 0.4 数字为样品号 0.3 1一6为样品号 0.3 0.2 0.1 0.1 0.0 0.51.01.52.02.53.0 2 3 5 探针深度/mm 探针深度/mm 图2导磁片厚2.3mm时探针深度与磁场强度的关系 图3导磁片厚3.2mm时探针深度与磁场强度关系 2.3导磁片厚度为4.2mm时实验结果 0.5 导磁片厚度为4.2mm时测量点的分布 0.4 为：探针的初始位置为导磁片上表面以上1 mm处，每隔1mm测1个点，由上向下共测 0.3 出7个不同高度位置.实验数据如图4所示. 数字为样品号 0.2 3分析与讨论 0.1 -1 (1)由图1，图2，图3可知对于不同厚度 0 234 5 NdFeB永磁体所对应的曲线都有相同规律， 探针深度/mm 即随高斯计探针在气隙中深度增加，磁感应 图4导磁片厚4.2mm时探针深度与磁场强度关系 强度先由小到大增加，但增加到一定值后开 始下降.图1在起始位置磁感应强度值都很低，探针深度由0增加到1.5m时磁感应强度B 增加得很快，而在1.5~2.5mm深度时磁感应强度B变化平缓，达到最大值，当深度超过
v .lo 20 No .5 郭汉杰等 : Nd Fe B 导磁材料磁场 强度 · 4 39 . 斯 拉计 选 用 中科院半 导体所 生产 的 6T 一 A 特 斯拉计 , 导磁 壳材 料 为 A 3 钢 . 2 实验结 果 本 实验 主要 研究 导磁片 1 与 导磁壳 3 之 间气 隙处的磁感 应 强度 . 将 探 针 由上 至下 地放人 气 隙 , 读取 不 同位 置气 隙处 的磁 感 应强 度值 . 为使 实验 数 据 比 较 准确 , 实验 采用 取平 均值 法 , 在 探 针 的 同一高 度 时 , 在 环形 气 隙处 同时测 量等 间距 4 点 的磁 感应 强 度 , 取其 平均 值作 为 该 高度位 置 的磁感 应强 度值 , 对应于 不 同厚 度的 导磁 片测量 的 点数 和测量 的位 置也不 同 . 2 . 1 导 磁片厚 度为 .2 3 m m 时的实验结 果 导 磁 片 厚 度 为 2 . 3 n l l n 时 探 针 的 起 始 位 置 从 导磁 片 上 表 面 以 上 0 . 5 ~ 处 开始 , 每 隔 0 . 5 m m 测 l 个点 , 由上 向下共 测 出 7 个 不 同高度 位置 . 为 了 直 观地 看 出 A 3 钢 的 导磁特 性 和 气隙 内磁感 应 强度 分 布状态 , 将 实验数 据整理 绘制成 图 2 . .2 2 导磁片厚 度为 .3 2 m m 时 实验结果 导磁 片厚 度 为 .3 2 ~ 时测 量 点 的 分布 为 : 探 针 的初 始 位 置为 导 磁 片 上表 面 以 上 1 ~ 处 , 除 由上 向下 的第 3 , 4 , 5 个点 间距 为 0 . s r n r n 外 , 其余各 点 间距 为 l r n r n , 由上 向下共 测 出 7 个不 同高度位 置 . 实 验数 据 如 图 3 所示 . 呈仓匆 孟U`J 4 ù,、 . … 0 八”曰 冷耸目头 匕 喝 勺竺 一弋- . ~ q , ” 2 3 } 匕 ! 闰 l一 6为样 品 号 } 数字为样品 号 一, l : n0 0 . 0 0 . 5 1 . 0 1 . 5 2 . 0 2 . 5 3 . 0 探针深度 / m m 图 2 导磁 片厚 .2 3m m 时探针深度与磁场强度 的关 系 .2 3 导磁片厚度为 .4 2 m m 时 实验结 果 导磁 片厚度 为 .4 2 m m 时 测量 点 的分 布 为 : 探 针 的初 始位 置 为导磁 片 上表 面 以 上 l m r n 处 , 每 隔 l r n r n 测 1 个 点 , 由上 向 下共 测 出 7 个不 同高度 位置 . 实验 数据 如 图 4 所示 . 探针深度 / ~ 导磁 片厚 1 2m m 时探针深度与磁场 强度关 系 匕 闪 3 分析 与讨论 ( l) 由图 l , 图 2 , 图 3 可 知对于 不 同厚度 dN eF B 永 磁 体所 对 应 的曲线 都有 相 同规律 , 即随 高斯 计探针在 气 隙中深度 增 加 , 磁感 应 强度 先 由小 到 大增 加 , 但增加 到一 定值 后 开 ù、峥月ùJ,, `, l . … n00 CU _ _ I _ _ 卫 _ 探针深度 / m l l l 图4 导磁 片厚 .4 2m m 时探针深度 与磁场强度关系 始下 降 . 图 1 在起 始位置 磁感应 强度值 都很 低 , 探针 深度 由 0 增 加到 1 . s m m 时磁 感应 强度 B 增 加 得 很 快 , 而 在 1 . 5 一 2 . 5 m m 深 度 时 磁 感 应 强 度 B 变 化 平 缓 , 达 到 最 大 值 , 当深 度 超 过
·440· 北京科技大学学报 1998年第5期 2.5mm后随深度增加B开始下降；边缘部分B较小主要是因为导磁片上下边缘处漏磁较多， 使该处磁力线较为稀疏，磁感应强度较小；在导磁片侧面中部漏磁少，则该处磁感应强度B较 大 (2)图2,3与图1相比，由于导磁片厚度增加，气隙宽度不变，气隙内均匀磁场区域增大； 另外，图2,3的最大磁感应强度值与图1的最大磁感应强度值相比下降，其主要原因是导磁 片厚度增加使导磁片侧面积增大，导致气隙内最大磁感应强度值下降， (3)为了便于研究永磁体厚度与气隙处 最大磁感应强度的关系，作出永磁体厚度与 0.6 Bmax曲线，如图5所示：对于不同厚度磁体， 随磁体厚度增加，其表面磁场强度逐渐增大； 0.4 随磁体厚度增加，气隙处最大磁感应强度 6 Bax逐渐增大，当磁体增加到一定厚度时， 0.2 ●2.3mm Bmax达到最大值，再增加磁体厚度，气隙处 o 3.2 mm 最大磁感应强度Bmax不再增加. 04.2mm 0.0 2 3 4 5 6 4结论 永磁厚度/mm 图5永磁体厚度与量大磁场强度B✉关系 N30牌号NdFeB永磁体用A3钢作导磁 1材料的闭合磁路中气隙宽度为0.75mm,当导磁片厚度一定时，增加NdFeB磁体厚度，气隙 处磁感应强度B有一最大值Bm;当NdFeB磁体厚度一定时，导磁片厚度增加，气隙处最大磁 感应强度Bm减小；永磁体NdFeB厚度增加，气隙处最大磁感应强度增加.所以，在选择扬声 器永磁材料和导磁体时，应注意磁体厚度的选择，这样在保证扬声器最大输出功率的条件下， 还可以减小扬声器的体积. 参考文献 1齐凤春.永磁材料的发展现状.材料导报，1994(3)：15 Magnetic Field of Conducting Magnetic Material of NdFeB Guo Hanjie Sun Donghai Chen Yunquan)Tang Haiyan2) 1)Metallurgy School.UST Beijing,Beijing 100083.China 2)Factory of Magnetic Material,Baotou 014045 ABSTRACT A closed magnetic circuit was designed.In the circuit of speaking system, NdFeB and A3 steel were served as hard magnetic material and conducting material respectively,moreover,it has been studied that the conducting properties of soft magnetic material of A3 low-carbon steel in different thickness.The magnetic density in the opening of the circuit was researched in different thickness of NdFeB.The experi- ment revealed that the width of opening,conducting material and hard material have much effect on the magnetic density in the opening of circuit. KEY WORDS speaking system;magnetic material;NdFeB;soft magnetic material
. 4 4 0 . 北 京 科 技 大 学 学 报 19 % 年 第 5期 2 . 5 ~ 后 随深度 增 加 B 开始 下降 ; 边 缘部分 B 较 小 主要是 因为导磁 片上下 边缘处漏磁较多 , 使该处磁力 线 较为稀 疏 , 磁感 应强 度较 小 ; 在 导磁 片侧 面 中部 漏磁 少 , 则该处磁 感应强度 B 较 大 . ( 2) 图 2 , 3 与 图 1 相 比 , 由于 导磁 片厚度 增加 , 气 隙宽 度不 变 , 气 隙 内均匀磁 场 区域 增大 ; 另外 , 图 2 , 3 的 最大 磁 感应 强 度值 与 图 1 的最 大磁 感应 强 度值 相 比 下降 , 其 主要 原 因是 导磁 片厚度 增加 使导磁 片侧 面 积增大 , 导致气隙 内最大 磁感 应 强度值 下降 . ( 3) 为 了 便于研 究 永磁 体厚度 与气 隙处 最大 磁 感 应 强 度 的 关 系 , 作 出永 磁 体 厚 度 与 石的l ax 曲线 , 如 图 5 所 示 : 对于 不 同厚度 磁体 , 随磁 体 厚度 增 加 , 其 表 面磁 场 强度 逐渐 增大 ; ~ 随 磁 体 厚 度 增 加 , 气 隙 处 最 大 磁 感 应 强 度 飞 肺ax 逐 渐 增 大 , 当磁 体增 加 到 一 定 厚 度 时 , 蔺 角n ax 达 到 最 大 值 , 再 增 加 磁 体厚 度 , 气 隙 处 最 大磁感应 强 度 丑m ax 不再 增加 . 2 3 4 5 6 4 结论 N 30 牌 号 N d eF B 永磁 体用 A 3 钢 作 导磁 永磁厚度 / r n 们。 图5 永磁体厚度与最大磁场强度凡。 关系 1 材 料 的 闭合 磁路 中气隙宽度 为 .0 75 In l ll , 当导磁 片厚度一定 时 , 增 加 N d eF B 磁体 厚度 , 气隙 处磁感 应 强度 B 有 一最大 值 mB ;ax 当 Nd eF B 磁体厚度 一定 时 , 导磁 片厚度增 加 , 气隙处最 大磁 感应强度 B ~ 减 小 ; 永磁体 Nd eF B 厚度 增加 , 气隙处最大 磁感 应强度 增加 . 所 以 , 在 选择 扬声 器永 磁 材料 和 导磁 体时 , 应注 意磁体 厚度 的选择 , 这样 在保证 扬声器 最大输 出功 率的条件 下 , 还 可 以 减小 扬 声器 的体积 . 参 考 文 献 齐凤春 . 永磁 材料的发展 现状 . 材料导报 , 1 9 9 4 (3) : 巧 M a g n e t i e F i e ld o f C o n d u c t i n g M a g n e t i e M a t e r i a l o f N d F e B ` u o alI nj i e , ) su n D o n g h a i , ) hC e n 玩n 叮u a n ’ ) aT n g 物iy a n , ) l ) Me alt l u 电 y S c h o o l , U S T B e ij i n g , B e ij i飞 1 00 0 8 3 , C ih n a Z ) 凡C ot 卿 o f M a g n e U e M a te ir al . B a o ot u 0 14 0 4 5 A B ST R A C T A e l o s e d m ag n e it c e ire ul t w as d e s i g n e d . I n ht e c i cr u it o f s pe adl n g s y s te m , N d eF B a n d A 3 s et e l w e er s e vr e d as h a dr m a g n e it e m aet ir al a n d e o n d cu it n g m a et ir a l er s pe e it v e l y , m o er o v e r , it h as be e n s ut d i e d t h a t t h e c o n d cu it n g P or pe irt e s o f s o ft m a g n e it e m a et ir al o f A 3 l o w 一 c a r b o n s et e l i n d i fe er n t t ih e k n e s s . hT e m a g n e it e d e n s i yt i n ht e o pe in n g o f ht e e i cr 证 t w as er s e a er h e d i n d i fe er n t th i e k n e s s o f dN eF B . hT e e x pe ir - m e n t er v e al e d ht a t ht e w id ht o f o pe n i n g , e o n d u e it n g m a et ir a l a n d h a r d m a et ir a l h va e m uc h e fe e t o n ht e m ag n e it e d e n s i yt i n th e o pe n i n g o f e i cr u i t . K E Y W O R D S s pe iak n g s y s et m ; m a g n e it e m a et ir a l ; Nd eF B ; s o ft m a g n e it e m a et ir a l