D0I:10.13374/j.issn1001053x.1998.01.016 第20卷第1期 北京科技大学学报 Vol.20 No.I 1998年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.1998 磁电复合线材磁热效应的计算与分析 高小玫周寿增张茂才高学绪乔神 王润 北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要推导并分析了磁与电复合的线材（柱、管、片状）样品的磁热功率P的表达式.涡流功率可分 解为与磁、电特性和样品尺寸相关，以及与磁、电复合结构（因子平）和样品形状（因子）相关的两 大部分，分析表明导体层厚度越薄，导体对样品磁热的贡献越大Ψ的最大值为0.5， 关键词磁电复合线；磁热效应；形状因子：结构因子 分类号TG132.2 在稍低于居里温度(T)时，在交变场中磁化状态变化引起的磁热效应有着它潜在的应用 价值.如：用于医学上实现一些医疗控制；高压输电线利用覆于电线表面的铁磁材料产生的磁 热效应可防覆冰~.目前研究磁热材料还处在起步阶段，理论和实验方面的基础研究工作 报导很少.防覆冰应用要求有较大的磁热效应，一般采用磁体外覆良导体的磁电复合线材结 构，但是对磁与电（导体）材料的复合（以下简称磁电复合）结构，如磁芯的尺寸、导体层的厚度 如何影响磁热效应，缺乏较深入和细致的理论分析.本文针对防覆冰应用，推导出磁热复合线 材在工频、低场(2.4~6.4kAWm)下的磁热功率（发热量）表达式，分析了影响磁热功率的各种 因素.它对磁电复合线材磁电复合结构的研究有着重要的意义， 1磁电复合线材发热量的计算 磁电复合发热线是以铁磁性材料作内芯（磁芯）、其表面覆良导体材料（导体层）所制成的 线材.所计算的发热量，是指发热线在垂直于其横截面的均匀交变弱磁场(H=HcOsωt)中， 由于磁芯感应出的强磁性(B=Bcos(ωt一d))而产生的三部分热量：1)磁芯产生的磁滞热 P;2)磁芯产生的涡流热Pm;3)导体层产生的涡流热P。 磁滞热功率P与样品形状无关.设磁芯静态磁滞回线面积为S,交变场频率为6磁芯材 料密度为d,单位质量的磁滞热功率P,则 Pa=S·f1dm (1) 1.1柱（管）状磁电复合样品 设柱状磁电复合样品长度为1，它由半径为α的铁磁芯、外敷厚度为b的良导体层组 成.有2种情况：一种为实心柱状（简称柱状样品），一种为空心管状（内径为a,外径为a,简 称管状样品)，见图1.因为导体层质量在整个复合样品中所占的比例很小，所以取磁芯的密 度d近似表示样品的密度，根据电磁感应定律，并按图2所示的样品截面及单位积分回路进 行计算，推导出单位质量的涡流磁热功率表达式： 1997-11-04收稿高小玫女，35岁，博士周寿增男，62岁，教授.博导 国家自然科学基金资助课题第2 0卷 1 9 9 8年 第 1期 2月 北 京 科 技 大 学 学 报 JO u r n a l o f U n i v e r s i t y 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 o l 一 2 0 N o . l F e b . 1 9 9 8 _ _ … ` . ` 二 “ 。 . . - … ` . ~ ~ . ` 。 . _ * 磁 电复合线材磁热效应 的 计算与分析 高小 玫 周 寿增 张茂才 高学绪 乔 伟 王 润 北京科技大学材料科学与 工 程 学院 . 北京 10 0 0 8 3 摘要 推 导并分析 了磁 与电复合的线材 (柱 、 管 、 片状 )样 品的磁 热功率 尸 的表达式 . 涡流功率可 分 解 为与磁 、 电特 性和 样 品尺 寸相 关 , 以 及与磁 、 电复合结构 ( 因子 里 )和 样 品形 状 ( 因子 , )相 关的两 大部分 . 分析表 明导体层厚度越薄 , 导体对样 品磁热 的贡献越大 . 尹的最大值 为 0 . 5 . 关健 词 磁电复合线 ; 磁热效应; 形状因 子 ; 结构 因子 分类号 T G 1 3 2 . 2 在 稍低 于 居 里 温度 (兀) 时 , 在交 变 场 中磁化 状 态变化 引 起 的磁 热 效应 有着 它 潜在 的应用 价值 . 如 : 用于 医学上 实现 一些 医 疗控制 ; 高压 输 电线利 用覆 于 电线表 面的铁 磁材料 产生 的磁 热效应可 防搜 冰 1 一 4] . 目前 研究 磁热材 料还 处在 起 步 阶段 , 理 论 和实 验方 面 的基 础研究 工作 报导很少 . 防覆 冰应 用要 求有 较大 的磁热效 应 , 一 般采 用磁 体外 覆 良导体的磁 电复合线材结 构 . 但是 对磁与 电 (导体)材 料 的复合 (以 下 简称磁 电复合)结构 , 如磁 芯的 尺寸 、 导体层 的厚度 如何影 响磁 热效应 , 缺乏 较深人 和细 致 的理 论分 析 . 本 文针 对防覆 冰应用 , 推 导出磁热复合线 材 在 工 频 、 低 场 ( .2 4 一 .6 4 ik 叼m ) 下的磁 热 功率 (发 热量 ) 表 达 式 , 分 析 了影 响磁 热功 率的各 种 因 素 . 它 对磁 电复 合线材 磁 电复合结 构 的研 究有 着重要 的意义 . 1 磁电复合线材发热量 的计算 磁 电复合发 热线是 以铁磁性 材料作 内芯 (磁芯 ) 、 其表 面覆 良导体材料 (导体层 ) 所制 成的 线材 . 所计算的 发热量 , 是指 发 热线在 垂直 于其横截 面 的均匀 交变 弱磁 场 ( H , 牙 I` 05 0 0 中 , 由于 磁芯 感应出 的强 磁 性 ( 云二 凡c os (叫 一 6) ) 而 产生 的三 部分热 量 : l ) 磁芯 产生 的磁滞热 件 2) 磁芯产 生 的涡流 热 mP ; 3) 导体层产 生的 涡流热 eP . 磁滞热功率 尺 与样 品 形状无 关 . 设磁 芯静态磁滞 回线面积为 S, 交变 场频率为 不磁 芯材 料密 度 为 dm , 单位 质量 的磁 滞热 功率 凡 , 则 尺 = .5 f/ dm ( l) 1 . 1 柱 (管 )状磁 电复合 样品 设柱 状磁 电复合 样 品 长 度 为 l , 它 由半 径 为 a 的 铁 磁 芯 、 外 敷 厚 度 为 b 的 良导体层 组 成 . 有 2 种 情 况 : 一 种为 实 心柱 状 (简称柱 状 样 品 ) , 一种 为 空心 管状 (内径 为 。 , , 外径 为 a Z , 简 称 管状样 品 ) , 见 图 1 . 因为 导体层 质 量 在整 个 复合样 品 中所 占的 比例 很小 , 所 以 取 磁 芯的 密 度 dm 近似 表示 样 品 的密度 . 根 据 电磁 感 应定律 , 并按 图 2 所示 的样 品截面及单位积分回路进 行 计算 , 推 导 出单位 质量 的 涡流磁 热功 率表 达式 : 19 97 。 1 一4 收稿 高小玫 女 . 35 岁 , 博士 周寿 增 男 , 62 岁 , 教授 , 博导 国家 自然科学 基金资助课题 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1998. 01. 016