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压粉及应用磁芯磁特性

压粉磁芯磁特性

1）到几百KHz的频率范，材料的有，并要求磁围效磁导率基本不芯在高频的涡流变损耗很
小；

2）具有超过1T的高饱和磁通密度及在必，有100-200μH/m左右的有效要的磁通密度范围
磁导率；

3）高频铁损及在开关频率下的铁损都要少；

4）容易制100公斤的磁造成重量达芯；

5）有高的时间稳定性；

6）有小的电磁噪声。

除电力的输变电系统EMI系统中应用中也有之外，压粉磁芯在电机、大电流滤波器及其抗
广泛的应。本文从压用空间、压粉磁芯粉磁芯高频磁特铁损降低方法等性分析方面对压粉磁
芯进行讨论。

2压粉磁芯的高频磁特性分析

2.1磁特性的表示

压粉磁芯的磁特性由给μ′、μ″或者μ、损耗tanδ表示，系数它们之间定频率下的复数磁导率
的关系为：

根据μ的频f→0时的率特性μ或者μ′的值，把定义为μDC，μ减少μDC的80%到直流磁导率
时的f值称之为fcr，μDC和fcr是压粉粉临界频率磁芯的重要特性之一。

2.2直流磁导率

表示铁磁性粉末集合体的，根据Ollendorf表示，直流磁导率的理论表示式有多种不同的提案
其直流磁导率的表示式则、铁粉粒子N、铁粉粒子的有效去磁系数可表示成与铁粉的填充率
的固有磁η、铁粉粒N导率、铁粉粒子的有效去磁系μt的关系为子的固有磁导率数
2.3考虑粒子内部涡流时磁导率的表示式

压粉磁芯在高频的复数磁导率的频率特性，由磁芯内涡流的状况来决定。涡流分为各粒子内
孤立流动的粒子内部涡流和由于粒子间绝缘不完全而存在于粒子间的涡流，在此，各种涡流
单独作用时的复数磁导率基于古典理论来计算。

为了求出由于粒子内涡流引起的复数磁导率的频率特性，把施加交流磁场时的电磁场分布分
粒子部分和非磁性部分来计算，算出磁芯内的平均磁通密度即可。设粒子的固有电导率为
σt，粒子直径为d，则μ′、μ″可表示为

2.4考虑粒间涡流时磁导率的表示式

粒间涡流的产生机构和均匀金属物质是相同的，用磁芯的视在电导率σ和视在直流磁导率
μDC表示为
式中A为垂直磁路面的磁芯截面积，c是依赖于磁芯截面形状和视在电导率各向异性的
修正系数，Ps是包含ber，bei，ber′，bei′的s的函数。

2.5压粉磁芯高频特性分析

压磁磁芯的制备采用表1所示化学成分、粉体

特性的雾化纯铁粉，加入0.05wt%的环氧树脂，以

196-686Mpa（2-7t/cm2）的压力，压制成外径

38mm，内径25mm，高度为6.5mm的环状样品，在样品上缠绕直径为0.6mm的铜线，用
矢量阻抗仪在10KHz-2MHz频率范围内测量出样品的复阻抗，由此计算出μ′、μ″。压粉磁
芯的视在电导率则是将以同样方法制备的材料压制成宽10mm、厚6mm、长为35mm的矩
形样品，用四端子法，对样品通过1A的电流，电压端间距为20mm条件下，求出长度方向
的电导率。
图1为以不同压力成型的样品，铁粉填充率η和直流磁导率μDC关系，若外推直线到η=1，
可得到μDC→96.6μ0，这个值可以看成是铁粉粒子固有的导磁率μt。因此可在（2）式中取
μt=96.6μ。用图1的数据求粒子的有效去磁场系数N，则可得到图2的结果。随着磁芯密度
的上升，去磁系数N减少这个事实反映出由于成型而引起的粒子变形而导致去磁系数N的
减少以及由于相邻粒子的存在而导致有效磁场的增加这样的事实。

3压粉磁芯铁损降低方法

铁损是压粉磁芯的一个重要参数，能否有效地降低铁损，决定了压粉磁芯的可用程度，以下
通过一个研究实例，对实验结果进行分析来说明降低压粉磁芯铁损一些方法。

3.1降低铁损的方法

3.1.1材料成分

压粉磁芯的铁损与固有电阻、磁通密度及成型密度之间有很多的关系。在15KHz、0.05T
条件下测得的铁损与固有电阻的关系如图3所示，各种不同固有电阻的样品制备是通过改
变绝缘处理条件、树脂添加量等方法来实现的。从图中可见，当固有电阻在0.01Ωm以下值
时，铁损随固有电阻的增加而激烈地减少，而固有电阻在0.01Ωm以上时，铁损大体上维持
一固定值。
众所周知，铁损由下述（7）式所表述，它由磁滞损耗和涡流损耗二部分构成
式中Wh为磁滞损耗；We为涡流损耗；K1、K2是系数；f是频率；Bm为磁通密度；ρ是
电阻率；t为材料厚度。在铁损表示式中，涡流损耗与频率的二次方成正比，显然频率越高，
涡流损耗越大。若能提高压粉磁芯的固有电阻，涡流损耗就能被抑制。从图中可见，磁芯若
能维持0.01Ωm以上的固有电阻，就能抑制涡流损耗的增加，从而降低铁损。为提高固有电
阻，必须对每一铁粉进行绝缘处理，且通过热处理工艺时，该绝缘层不能被破坏，即绝缘层
必须具有较强的耐热性。图4和图5是添加某树脂，在0～2mass%