一、电机中常用的材料

1. 导电材料

• 用途：用于制造电机的绕组，是电机中承载电流的部分。例如定子绕组、转子绕组（或导条）。

• 要求：具有良好的导电性能和很小的电阻率，以减小电流流过时产生的焦耳热损耗（损耗）。

• 常用材料：
• 铜 (Copper)：导电性能优良，是应用最广泛的导电材料。
• 电阻率 (20℃):
• 铝 (Aluminum)：导电性稍逊于铜，但价格更低、重量更轻。
• 电阻率 (20℃):

2. 导磁材料（铁磁材料）

• 用途：用于制造电机和变压器的铁心，构成设备中的主磁路。

• 作用：铁磁材料具有优良的导磁性能，可以在较小的励磁电流下产生强大的磁场，从而实现能量的高效转换。

• 常用材料：
• 主要包括铁、钴、镍及其合金。
• 在电机中，最常用的是硅钢片。将硅钢片冲压成所需形状，然后叠压起来形成定子和转子铁心(目的是减少涡流,减少铁耗)

3. 绝缘材料

• 用途：用于实现电机内部各导电部分之间的电气隔离，例如绕组与铁心之间、绕组的线匝之间的绝缘。

• 要求：具有很高的电阻率和足够的绝缘耐压强度，并能承受电机运行时的温度和机械应力。

• 常用材料：绝缘漆、绝缘薄膜、纤维编织带、环氧树脂等。

• 绝缘等级：绝缘材料的耐热能力是关键指标，决定了电机的允许温升。国际上通常用字母表示不同的绝缘等级。
• A级:
• E级:
• B级:
• F级:
• H级:
• C级:

二、铁磁材料的特性

1. 良好的导电性与高导磁性

• 导电性：铁磁材料本身是金属导体，虽然其电阻率比铜、铝大得多，但仍具有良好的导电性。这一特性是产生涡流损耗的物理基础。

• 高导磁性：铁磁材料最显著的特点是具有非常高的磁导率 。
• 真空磁导率：
• 非铁磁材料磁导率：
• 铁磁材料磁导率：
• 铸钢:
• 硅钢片:
• 坡莫合金:

2. 磁化曲线 () 的非线性

"磁畴"理论

• 未磁化状态：材料内部由许多被称为"磁畴"的小区域组成，每个磁畴内部磁矩方向一致，但不同磁畴的磁矩方向杂乱无章，对外不显示磁性。

• 磁化过程：施加外磁场后，磁畴的磁矩方向会趋向于外磁场方向排列，从而在材料内部形成一个远大于外磁场的附加磁场，使总磁感应强度显著增强。

• 磁饱和：当外磁场增大到一定程度时，绝大部分磁畴都已沿外磁场方向排列，此时再增大外磁场，总磁感应强度几乎不再增加，这种现象称为磁饱和。

B-H 曲线的特点

• 铁磁材料的磁感应强度与磁场强度的关系（即磁化曲线）是非线性的，且磁导率 不是一个常数。

• 磁化曲线的典型分段：
1. 初始段 (oa)：磁化作用较弱，随缓慢增长。
2. 线性段 (ab)：磁化作用急剧增强，随近似线性快速增长。
3. 膝点 (b点)：曲线开始弯曲，的增长速度明显放缓，该点称为膝点。为充分利用材料的导磁性能又不至于饱和度过高，电机铁心的工作点常设计在膝点附近。
4. 饱和段 (cd)：材料进入饱和状态，几乎不再随的增加而增加。

3. 磁滞现象和磁滞损耗

磁滞现象与磁滞回线

• 定义：当铁磁材料处于交变磁场中时，其磁感应强度的变化总是滞后于磁场强度的变化，这种现象称为磁滞现象。

• 磁滞回线：在交变磁场作用下，铁磁材料的B-H关系曲线形成一个闭合的环线，称为磁滞回线。

• 重要参数：
• 剩磁 ()：撤去外磁场（H=0）后，材料中仍然保留的磁感应强度。
• 矫顽力 ()：为使剩磁完全消失，需要施加的反向磁场强度的大小。它反映了材料保持磁性的能力。

• 产生原因：磁畴在转向过程中，需要克服内部的"摩擦"阻力，这种阻力导致磁化状态的变化滞后于外磁场的变化。

软磁材料与硬磁材料

• 软磁材料：
• 特点：磁滞回线窄而陡，矫顽力小，磁导率高，易于磁化也易于退磁。
• 用途：制造需要反复磁化的铁心，如电机、变压器的铁心。常用材料有硅钢片、铸钢等。

• 硬磁材料：
• 特点：磁滞回线宽而肥，矫顽力和剩磁都很大，一旦磁化后不易退磁。
• 用途：制造永磁体。常用材料有铝镍钴、铁氧体、钕铁硼等。

磁滞损耗 ()

• 定义：在交变磁场反复磁化的过程中，由于磁滞现象，铁磁材料内部的磁畴转向摩擦会消耗能量，并以热的形式散发出来，这部分能量损耗称为磁滞损耗。

• 大小：磁滞损耗的大小与磁滞回线的面积成正比。回线越"肥"，损耗越大。

• 经验公式：

4. 涡流与涡流损耗 ()

• 产生原因：铁心是导体，当穿过铁心的磁通发生交变时，根据电磁感应定律，会在垂直于磁通的平面上感应出闭合的环形电流，此电流称为涡流（或涡电流）。涡流在铁心电阻上产生的焦耳热损耗即为涡流损耗。

• 减小方法：
1. 采用叠片铁心：将铁心沿磁路方向冲制成相互绝缘的薄片（通常是硅钢片）再叠压而成。这极大地增加了涡流路径上的电阻，从而有效减小涡流损耗。
2. 在铁中掺入硅：在钢中加入硅可以提高材料的电阻率，也能起到减小涡流的作用。

• 经验公式：

5. 铁心损耗（铁耗 ）

• 定义：铁心在交变磁场中产生的总损耗，是磁滞损耗和涡流损耗之和。铁耗是电机、变压器中的一项重要损耗，会引起铁心发热，影响设备效率和温升。

• 公式：