通过磁滞回线详解剩磁、矫顽力、内禀矫顽力和最大磁能积

对于钕铁硼等永磁材料，我们主要是利用它产生磁性和保存磁性的能力，这是对磁性材料最基础的功能要求，那么如何来衡量磁体产生磁性和保存磁性的能力呢？我们通常会用四个指标：剩磁Br、矫顽力Hcb、内禀矫顽力Hcj和最大磁能积BH(max)。

要真正理解上述指标，首先必须要了解一下退磁曲线。因为永磁材料需要先充磁，充磁后的永磁体，在使用中需要经受住各种对磁性不利的因素影响，退磁曲线能有效地反映磁体的整体性能情况。

上图是一张典型的永磁体磁滞回线，第一象限是磁化曲线，第二象限是退磁曲线，第三象限是反磁化曲线，第四象限是反退磁曲线。横坐标代表外加的磁场强度H，纵坐标代表磁感应强度B和磁极化强度J。【简单来说磁感应强度B就是外加磁场和磁体内部磁场的累加，磁极化强度J就是磁体的内部磁场】

剩磁、矫顽力、内禀矫顽力和最大磁能积这四个磁性能参数均来源于退磁曲线,上图中红线叫 J-H 退磁曲线（磁极化强度 J 与外加磁场 H 的变化曲线），也叫内禀退磁曲线，蓝线叫 B-H 退磁曲线（磁感应强度 B 与外加磁场 H 的变化曲线），我们用一个个小方框代表一个个磁畴，磁畴可以理解为微小的磁体，一个磁体是由非常多的磁畴构成，箭头为磁畴的自发磁化方向 C 轴。对于磁中性状态的永磁体（简单理解就是没充过磁的磁铁），磁畴绝大部分是处于同一坐标但是方向互相抵消，这样对外不显示磁性，如图 1。

图1

当沿磁化方向施加磁场时，磁畴逐渐通过磁畴壁位移和旋转让其C轴方向指向一致，如图2和图3，这就是磁化曲线，饱和磁化时磁体对应的磁极化强度值，称为饱和磁极化强度Js。

图2

图3

当磁体饱和磁化后将外加磁场去掉，由图可看出大部分的磁畴仍然维持方向不变，少部分稍有旋转但是主体方向也不变，如图4，这样磁体的磁感应强度和磁极化强度均保留高的数值，这个数值就叫剩余磁感应强度Br或剩余磁极化强度Jr，直观的理解就是磁化饱和的磁体去掉外磁场，磁体所剩余的磁感应强度B或磁极化强度J，当外加磁场H为0时，Br=Jr，我们常用Br来描述，也就是我们最常说的剩磁，单位Gs或T。

Br越高，意味着能保留的磁感应强度越强，越具有成为强磁材料的潜力。

图4

当施加的外磁场在反方向增加时，磁体的磁畴逐渐出现位移和旋转，如图 5，当磁场强度达到一定数值时，磁体的磁感应强度 B 降为 0，简单的理解就是磁体内部保留的磁场强度和外加反向的磁场强度互相抵消，此时对应的磁场强度值，称为磁感矫顽力 Hcb（也有 bHc 的写法），单位为 Oe 或 kA/m。磁感矫顽力 Hcb 与 J-H 退磁曲线的倾斜度密切相关，如果磁体的磁畴短期内很难出现位移或旋转，J-H 线就会很直，这样数值上 Hcb 就会无限接近 Br，Hcb 的上限就是 Br，Hcb=Br 这是理想的情况，意味着反向磁场强度在数值上达到 Br 之前未出现任何磁畴反向的倾向，这样磁体是非常稳定的，也就是磁体对反向磁场数值上在 Br 以下的初始状态抗退磁能力非常强。

图5

当反向磁场继续增加时，达到一个临界值，反向磁畴快速出现，使得磁体的磁极化强度快速降为 0，简单的理解就是磁体内部保留的磁场强度降为 0，如图 6，此时对应的磁场强度值，称为内禀矫顽力 Hcj（也有 jHc 的写法），单位为 Oe 或 kA/m。内禀矫顽力是反映磁体本身抗退磁能力大小的物理量，内禀矫顽力越大，则抗退磁能力越强，确切的说是抗完全退磁的能力越强。这里需要特别注意 Hcj 与 Hcb 的区别，当 Hcj 数值上大于 Br时，Hcb 的极限值就是 Br，当 Hcj 数值上小于 Br 时，Hcb 的极限值就是 Hcj。

图6

B-H 退磁曲线上任意一点所对应的 B 和 H 的乘积称为磁能积，最大值就是最大磁能积(BH)max，理论上最大磁能积 (BH)max=(½ Br)²，最大磁能积兼顾了剩磁和磁感矫顽力，其数值代表磁体蕴含的磁能量的大小，也可反应 J-H 线的初始倾斜度，单位 GOe 或 j/m³。

如果对于以上四个参数仍然难以理解，可以简单的认为磁体就是一杯水，充磁就是加热，剩磁就是停止加热后水的热量，退磁就像是对水进行降温，Hcb就是当环境低温达到一个数值时，与水的热量抵消，整体对外不体现热量，Hcj就是完全把水的热量降为0所需的环境低温数值。下面是一张简化版的磁滞回线第二象限图，可以帮助大家加深对相关概念的理解。

对于以上磁性参数，我们在实际应用中，应该注意以下几点：

1.对于需要磁场强的磁体，通常我们需要尽量提高其剩磁，以释放更多的磁性，但是需要注意的是，这是在没退磁的前提下，如果存在退磁，单纯的提高剩磁可能是无效的，还需要提高 Hcj 以减少退磁，最简单的例子，D10*1 的圆片形磁铁，54H 的表磁是要高于 N54 的，原因就是 54H 的 Hcj 更高，可让其 Br 充分发挥，而 N54 的 Hcj 很低，无法维持其处于不退磁的状态，Br 再高也无法充分发挥其磁性。

2.对于需要抗退磁能力以及稳定性强的磁体，通常我们需要提高 Hcj，另外还需要 Hcb 值尽量接近 Br。

3.对于需要耐温性好的磁体，通常我们会选择提高 Hcj，因为相同 Hcj 的钕铁硼永磁体矫顽力温度系数差异不大，提高 Hcj 最直接的作用就是让 B-H 线的拐点尽量晚出现或者不出现，如果对温度稳定性要求严格，还需要考虑 Hcb 的要求，尽量降低 B-H 线的斜率，以降低磁体的不可逆衰减幅度。