永磁体形状对磁性能的影响研究

永磁体的剩磁、矫顽力、内禀矫顽力、磁能积及磁极表面的磁感应强度除与构成永磁体的材料、成形工艺、充磁电流有关外，还与永磁体的几何形状、极面积及两极面之间的距离有关。

笔者对永磁体进行了30余年的研究并对用同一材料、同一工艺做的两极面面积相等而两极面之间距离h_m不等的数块永磁体和两极面面积不等而两极面距离相等的数块永磁体，经实测永磁体磁极表面的磁感应强度，实测结果表明永磁体极面的磁感应强度与极面积、两极面之间的距离有关。

笔者对不同尺寸的矩形永磁体的短边长度与两极面之间的距离对永磁体极面的磁感应强度的关系也进行了多次实测，矩形永磁体磁极面的磁感应强度与矩形永磁体极面短边的长度及两极面的距离有关。

表3-1及图3-1是笔者对钕铁硼N45及相同工艺制造的直径d为16mm，两极面面积相等且两极面距离分别为5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm、55mm、60mm共12块永磁体的磁极表面的磁感应强度进行实测的结果。

从表3-1的实测结果可以看到，两极面距离为10mm时，永磁体的磁感应强度比两极面距离为5mm时增加了1230Gs^[2]，增加了45.56%；两极面距离为15mm时，其磁感应强度比两极面距离为5mm时增加了1760Gs，增加了65.185%，达到4460Gs，即达到了N45永磁体的磁感应强度。

在两极面的距离为15mm与其直径d=16mm相近时，基本上达到了N45永磁体的磁感应强度。尔后，随着两极面距离的增加，永磁体的磁感应强度增加的愈来愈少，当两极面距离增加到60mm时，永磁体的磁感应强度又接近两极面距离为15mm时的磁感应强度。

表3-1 直径d=15mmN45永磁体两极面距离与磁感应强度的实测数据

图3-1 直径d=15mm N45永磁体在磁极面不变的情况下随着永磁体长度的增加，磁极表面磁感应强度变化曲线

经实验和实测，结论如下：(www.xing528.com)

1）圆柱永磁体两极面距离h_m与其直径d相等，对于矩形极面的永磁体，两极面距离h_m与极面短边a_m（a_m＜b_m）相等是永磁体最科学、合理、经济的几何形状，此时成本最低。

2）圆柱永磁体两极面距离h_m超过其直径d之后，矩形永磁体的两极面距离h_m超过其极面短边a_m（a_m＜b_m）之后，继续增加两极面距离h_m，永磁体的磁感应强度增加很少，再增加h_m，永磁体磁感应强度会缓慢下降。用增加永磁体体积（当极面积不变增加两极面距离）提高永磁体磁感应强度是最不科学、最不合理、最不经济的途径，此时，成本也高。

3）永磁体的磁能积不是永磁体体积的函数。我们从表3-1及图3-1可以看到，当永磁体两极面距离h_m增加到60mm，其体积是两极面距离为15mm的4倍，但其磁感应强度却与两极面距离为15mm的永磁体的磁感应强度相同，永磁体的磁能积与永磁体极面积及两极面距离有关，在一定范围内，永磁体的磁能积是永磁体极面积及两极面距离的函数。

4）永磁体极面积愈大，则极面中心的磁感应强度愈低于其周边的磁感应强度。图3-2表示永磁体极面与其磁感应强度的关系曲线。

5）一块两个极面积不等的永磁体，其极面上的磁感应强度也不等，但遵守S₁B₁=S₂B₂的关系。这为我们利用永磁体极面积获得理想的磁感应强度提供了数学依据，聚磁原理就是遵循这一数学模型。图3-3就是两个极面不等的永磁体极面积与磁感应强度之间关系示意图。

图3-2 永磁体极面上的磁感应强度分布曲线

图3-3 永磁体的两个极面积不等时 遵循S₁B₁=S₂B₂的关系