一图读懂"退磁曲线"：剩磁、矫顽力和磁能积的前世今生

永磁材料的性能如何衡量？Br（剩磁）、Hcj（内禀矫顽力）和(BH)max（最大磁能积）这些关键参数究竟代表什么？它们又是如何从一条"退磁曲线"上诞生的？

对于永磁材料行业的工程师来说，这些术语是日常工作的"通用语言"；但对于行业之外的人而言，这些概念往往显得艰涩难懂。今天，我们将深入解析这张永磁材料的"身份证"，探寻这些行业标准如何从经验走向科学，帮助更多工程师真正理解永磁性能的精髓。

一、从完整磁滞回线到退磁曲线——工程师只要"有用的那部分"

01磁滞回线：记录磁性材料"记忆力"的曲线

在讲退磁曲线之前，我们先要理解一个更基础的概念：磁滞回线（Hysteresis Loop）。

19世纪末，当科学家们开始系统研究磁性材料时，他们发现了一个有趣的现象：给一块铁磁材料施加外磁场，材料会被磁化；但当撤去外磁场后，材料并不会立即回到初始状态，而是"记住"了一部分磁性。如果再施加反向磁场，材料的磁性才会逐步消失，然后向反方向磁化。

这种"磁化-保持-消磁-反向磁化"的完整循环，在坐标系中画出来，就是一个闭合的环形曲线——这就是磁滞回线。它的横轴是外加磁场强度H，纵轴是材料内部的磁感应强度B，曲线的形状反映了材料的"磁化记忆能力"。

磁滞回线示意图

为什么用磁滞回线描述磁性材料？

因为它能完整记录三个关键信息：

1. 材料能被磁化到什么程度（饱和磁化强度）

2. 撤去外场后能保留多少磁性（剩磁）

3. 需要多大的反向磁场才能消除磁性（矫顽力）

这三个信息，正是评价一块磁性材料"好不好用"的核心指标。软磁材料（如硅钢片）的磁滞回线又窄又瘦，容易磁化也容易消磁，适合做变压器；而永磁材料（如钕铁硼磁钢）的磁滞回线又宽又方，充磁后难以消磁，适合做永久磁铁。

软磁材料与永磁材料的磁滞回线形状对比示意图

02从完整回线到第二象限：聚焦"实战区间"

在实际工程应用中，永磁材料一旦被充磁定型后，就不会再经历"反复充磁-消磁"的循环——永磁行业聚焦的是磁滞回线的第二象限部分，也就是从剩磁点(Br)到矫顽力点(Hc)这一段，称为退磁曲线（Demagnetization Curve）。

退磁曲线-磁滞回线示意图

为什么要关注退磁曲线？

理解这一点，需要从永磁体的实际工作过程说起：

永磁体在实际应用中，总是先被充磁至饱和（此时处于磁滞回线的第一象限），然后在开路或闭路状态下工作。当磁体开始工作时，会发生以下变化：

1. 磁体内部的H总是负值（反向退磁场）

• 即使在开路状态（悬空在空气中），磁体内部也会产生自退磁场，这是由磁体两端的磁荷产生的反向磁场
• 在闭路状态（如电机中工作），气隙、电枢反应等都会对磁体施加反向磁场
• 因此，磁体内部的磁场强度H必然是负值

2. 磁体内部的B仍然是正值（保持对外输出磁通）

• 磁体虽然受到反向磁场作用，但其内部仍保持正向的磁感应强度
• 这正是磁体能够对外提供磁通、产生磁场的根本原因

3. 因此磁体的工作状态必然在第二象限（H<0, B>0）

这就是为什么永磁行业会特别关注退磁曲线，这条曲线记录的是：当磁铁受到反向磁场作用时，磁性能如何逐步衰减，直至完全消失。工程师需要的，就是通过这条退磁曲线，预判磁铁在最恶劣工况下还能保留多少磁性——最关键的性能，往往藏在最极端的那一段曲线里。

典型退磁曲线示意图（烧结钕铁硼N35）

03退磁曲线的历史由来

这种对"极端工况"的关注，正是永磁材料行业从"经验"走向"量化"的开端。

在永磁应用早期（19世纪末至20世纪初），人们评判一块磁铁好坏，靠的是"感觉"——吸力大不大，能不能吸起更重的铁钉，时间长了会不会失磁。这种朴素的经验无法满足工业化对精确、可重复性能的要求。

随着电磁学理论的成熟和电机工业的兴起（20世纪初电话交换机、发电机大量普及），工程师们迫切需要一种标准化的方法来"量化"永磁材料的性能。他们思考的核心问题是：一块磁钢在被充分磁化后，投入实际工作环境（如电机内部），其表现如何？

工作环境中充满了各种"考验"——反向磁场、高温、机械冲击，这些都是试图让磁铁"退磁"的因素。因此，衡量一块永磁体在抵抗外部退磁因素时，自身磁性如何变化的曲线，就成了描述其核心性能的关键。

这，就是退磁曲线的由来。它截取了完整磁滞回线中，从磁饱和状态（Br点）到磁性被完全抵消（Hc点）的第二象限部分，这恰恰是永磁体在绝大多数应用中的工作区间，是其性能的"试金石"。

理解了退磁曲线的由来，我们再来看这条曲线上最关键的三个参数——剩磁、矫顽力和磁能积。

二、剩磁Br：磁铁的"底气"从哪里来？

01专业定义

剩磁（Remanence，符号Br）是指：当永磁材料被外磁场磁化至饱和后，撤去外磁场，材料在开路状态下（无外磁场、无闭合磁路）自发保留的磁感应强度。单位为特斯拉（T）或高斯（Gs，1T=10,000Gs）。在退磁曲线上，剩磁Br是曲线与纵轴（B轴）的交点，代表磁铁充磁之后能保持的最大磁场强度。

剩磁-退磁曲线图

02不同永磁材料剩磁数据对比

• 钕铁硼的剩磁可达1.4~1.5T（高牌号如N52）
• 钐钴的剩磁约为1.0~1.15T
• 铝镍钴的剩磁约为0.7~1.2T
• 铁氧体的剩磁只有0.2~0.4T

这就是为什么同样尺寸的钕铁硼磁铁，能产生数倍于铁氧体的吸附力——剩磁越大，对外提供的磁场强度就越高。

03剩磁概念的历史由来

剩磁概念的提出，源于20世纪初电机工业的实际需求。

早期的电话交换机和发电机使用钴钢永磁体，工程师们发现：同样大小的磁钢，充磁后产生的磁场强度差异很大。有的磁钢能让电话听筒产生清晰的声音，有的则声音微弱。经过系统测试，他们发现关键在于"撤去充磁磁场后，材料自身能保留多少磁场强度"。

这个"保留值"，就是剩磁Br。它直接决定了磁铁在开路状态下（比如悬空在空气中）的磁场强度，是评价磁铁"底子好不好"的第一指标。

为什么要在"开路状态"下测量？

因为这是最理想化的测试条件——没有任何外部磁路损耗，纯粹反映材料本身的磁化能力。实际应用中，磁铁会处于闭路或半闭路状态，实际工作磁场会低于Br，但Br提供了一个性能上限的参考值。

三、矫顽力Hcb/Hcj：磁铁的"抗压能力"有多强？

01专业定义

矫顽力（Coercivity）是指：使已磁化至饱和的永磁材料的磁性降至零所需的反向磁场强度。单位为安/米（A/m）或奥斯特（Oe，1kA/m≈12.566Oe）。

矫顽力分为两种：

• 磁感矫顽力Hcb：使磁感应强度B降至零所需的反向磁场，对应的是B-H曲线与H轴的交点；
• 内禀矫顽力Hcj：使材料内部磁化强度M降至零所需的反向磁场，对应的是M-H曲线（内禀退磁曲线）与H轴的交点。

两者的差异源于 B = μ₀(H + M) 这一基本关系（μ₀为真空磁导率，M为材料的磁化强度）。工程上更关注Hcj，因为它代表材料内部磁性完全被"清零"的临界点，是真正的"抗退磁能力"指标。而Hcb只是让外部磁场表现为零，材料内部还保留部分磁化能力，所以Hcj总是大于Hcb。

矫顽力-退磁曲线图

02不同永磁材料矫顽力数据对比

• 钕铁硼的Hcj约900~2400 kA/m（不同牌号差异大）
• 钐钴的Hcj约1500~2800 kA/m
• 铁氧体的Hcj约200~300 kA/m
• 铝镍钴的Hcj只有40~160 kA/m（最易退磁）

03矫顽力概念的历史由来

矫顽力概念的诞生，比剩磁更晚，也更复杂。

20世纪30年代，铝镍钴（AlNiCo）永磁材料问世，剩磁突破1.0T，远超当时的钴钢。但工程师们很快发现一个严重问题：铝镍钴在电机中容易退磁。

原因在于：电机运行时，电枢绕组产生的反向磁场会"攻击"磁钢。虽然铝镍钴剩磁很高，但"抗打击能力"很弱——只需40~160 kA/m的反向磁场，就能让磁性大幅衰减。相比之下，钴钢虽然剩磁低，但矫顽力相对较高，在恶劣工况下反而更稳定。

这个矛盾让工程师们意识到：仅用剩磁评价磁铁是不够的，还需要一个指标来衡量"抗退磁能力"。于是，矫顽力Hc的概念被正式引入永磁材料评价体系。

为什么后来又提出Hcj（内禀矫顽力）？

随着测试技术的进步，科学家们发现：Hcb只是让外部磁感应强度B归零，但材料内部的磁化强度M可能还没归零——这意味着材料还保留着"东山再起"的能力。而Hcj才是让材料内部磁畴完全"投降"的临界点。

对于需要长期稳定工作的应用（如电机、传感器），Hcj才是真正的"硬指标"。这就是为什么严苛工况必须选用高矫顽力牌号（如N42SH、N38UH）的根本原因。

四、磁能积(BH)max：从"越重越好"到"越高效越好"的革命

01专业定义

磁能积（Maximum Energy Product，符号(BH)max）是指：退磁曲线第二象限上，B×H乘积的最大值。单位为千焦/立方米（kJ/m³）或兆高·奥（MGOe，1 MGOe≈7.958 kJ/m³）。在退磁曲线上，磁能积对应的是B-H退磁曲线下方能画出的最大矩形面积。

最大磁能积-退磁曲线图

对于非专业人士来说，磁能积可能是三个参数中最难理解的。为什么要用B和H的"乘积"来评价磁铁？这个"乘积"的物理意义是什么？让我们先从磁路的基本原理说起。

02从磁路原理看磁能积的物理本质

在永磁体的实际应用中（如电机、扬声器、磁选机），磁体总是与一个气隙（工作区域）组合使用。比如电机中，磁钢和转子之间有空气间隙；扬声器中，磁铁和音圈之间也有间隙。

永磁体磁路简化模型示意图

磁铁的实际工作状态：从"开路"到"工作点"

回顾前面讲到的，永磁体在实际应用中总是先被充磁至饱和，然后在开路或闭路状态下工作。当磁铁与气隙组成磁路后，气隙会产生反向退磁作用，导致磁体内部的磁场强度H变为负值，磁感应强度B也会从剩磁Br下降。此时，磁铁的工作状态会落在退磁曲线第二象限的某个"工作点"上，这个点的位置取决于磁路的几何结构（如气隙长度、磁体尺寸等）。

工作点在退磁曲线上的位置示意图

有了剩磁和矫顽力，为什么还需要磁能积？

这个问题的答案，正是磁能积概念诞生的核心原因。

剩磁Br测量的是磁铁在"开路状态"（悬空在空气中，无外部磁路）的磁场强度，但这不是磁铁的实际工作状态。仅凭剩磁无法判断磁铁在实际工作时的表现。两块磁铁可能有相同的剩磁，但因为退磁曲线形状不同，在相同气隙条件下，一块的工作点可能在高位（B值保持较高），另一块可能在低位（B值衰减严重）。

矫顽力Hcj虽然衡量了抗退磁能力，但它只告诉你"多大的反向磁场能让磁性完全归零"，并没有告诉你"在具体工作状态下，磁铁能输出多强的磁场"或"能量利用效率如何"。

工程师需要的是一个综合性指标，能够直接反映"磁铁在实际带负载工作时的效率"。在工作点上：

• B代表磁体维持的磁通密度（输出能力）
• H代表磁体承受的退磁场强度（负载压力）
• B×H的乘积代表磁体单位体积内储存的磁场能量密度

这个乘积在退磁曲线上存在一个最大值，这就是最大磁能积(BH)max。它综合了Br和Hcj的影响，反映了材料在实际工作状态下的"能量转换效率"，成为评价永磁材料最核心的指标。

磁能积的工程意义

磁能积最直接的工程意义是：它决定了达到同样磁场效果所需的磁体体积。磁能积越高，所需体积越小；磁能积越低，所需体积越大。

实现相同的磁场，使用钕铁硼（磁能积约48MGOe）用到的磁体体积，只需要铁氧体（磁能积约3.5MGOe）的几十分之一，这就是为什么现代手机扬声器能做到硬币大小，而老式收音机的喇叭磁铁有拳头那么大，这几十倍的进步能带来产品革命性的小型化、轻量化。

距磁体N极5mm处产生1000Gs磁场所需磁体体积

在产品设计阶段，工程师会根据气隙尺寸、所需磁场强度和磁路结构，反推出所需的磁体体积，并优化负载线使工作点接近(BH)max点，以最大化能量利用效率。

技术进步标尺：材料进化的"计分板"

从钴钢到钕铁硼，磁能积的提升史就是永磁材料的进化史：

磁能积的提升，使得磁体在相同磁场输出下所需体积大幅减小，实现了高性能与小型化的统一，这才让智能手机、无人机、新能源汽车等小型化、轻量化产品成为可能。

五、结语：从经验到科学的百年跃迁

看完这段历史，你会发现：退磁曲线和三大参数的诞生，本质上是永磁行业从"经验主义"走向"科学量化"的里程碑，让磁体不再只是一个“能吸铁的块”，而成为一种可计算、可预测、可工程化的高性能材料。

这就是退磁曲线背后隐藏的秘密——它不仅记录着这块磁铁的性能数据，更承载着从钴钢到钕铁硼的百年材料进化史。如果你对某个历史节点或技术细节感兴趣，欢迎留言交流！我们会在后续文章中，深入讲解稀土永磁的故事。