粘結(jié)稀土永磁材料是永磁材料中不可或缺的分支，其中,1988年成功開發(fā)的各向同性 NdFeB 快淬磁粉，憑借其優(yōu)異的性價比，至今仍在粘結(jié)稀土永磁領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。粘結(jié)釹鐵硼通常將快淬NdFeB 磁粉末與聚合物混合，通過模壓、注射、壓延或擠出等工藝成型，再經(jīng)表面處理制成各種形狀和尺寸的磁體。與傳統(tǒng)粉末冶金(燒結(jié))法制備的釹鐵硼永磁體相比，粘結(jié)磁體具有生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)效率高；尺寸精度高、適合復(fù)雜形狀成型；可實現(xiàn)整體多極充磁，磁路設(shè)計自由度大等顯著優(yōu)勢。
近期，我們在一款各向同性粘結(jié)圓環(huán)上觀察到一個值得探討的現(xiàn)象。矯頑力（Hcj）和剩磁（Br）在什么情況下對磁鐵設(shè)計更重要，我們選出對應(yīng)的代表性能13L和12H（圖1展示了13L和12H材料性能對比）。其中，13L的剩磁（Br）比12H高出約6%；另外，13L的內(nèi)稟矯頑力（Hcj）相對較低，理論上更容易實現(xiàn)充磁飽和。
圖1. 12H和13L材料的退磁曲線性能對比
磁環(huán)的尺寸為D9.27xd6.83xH2.255，采用兩種充磁方式：①軸向充磁（圖2中方式A），測量磁矩（Magnetic Moment）大小；②輻射充磁（圖2中方式B），測量距離磁環(huán)表面0.7mm處面掃描Z向表磁峰值（Bz）。
圖2. (A)軸向充磁取向； (B)輻射充磁取向
兩種測量方式結(jié)果如圖3所示：
軸向充磁（A方式）：12H的平均磁矩為4.53 μWb·cm，比13L的4.57 μWb·cm低了0.8%。
輻射充磁（B方式）：12H的平均Z向表磁為-1011.20 Gs，比13L的-968.42 Gs高出4.4%。
為了驗證這一測量結(jié)果，我們同步做了有限元分析（FEA）仿真對比（表1）。仿真結(jié)果與實測結(jié)果一致：在軸向充磁條件下，13L的性能略優(yōu)；而在輻射充磁條件下，12H的性能反而更好。那問題來了，13L與12H相比，性能孰優(yōu)孰劣？為什么不同的充磁方式（對應(yīng)不同產(chǎn)品的使用要求），會有完全不一樣的結(jié)果？
圖3.a)12H&13L軸向充磁磁距對比 b) 12H&13L輻射充磁表磁對比
表1.FEA仿真對比13L和12H材料在不同充磁方式下的性能
為了探究原因，我們將12H和13L的B-H/J-H退磁曲線圖疊加分析（圖4）。觀察可見，當(dāng)H=0kOe時，13L的剩磁（Br）確實高于12H。隨著反向磁場的增大，13L的退磁曲線（B-H和J-H）下降較12H更快。在H=-3kOe時，出現(xiàn)交點。通過FEA計算，得出該磁環(huán)在軸向充磁狀態(tài)下的磁導(dǎo)系數(shù)（Pc值，Permeance Coefficient）為1.79，而在輻射充磁狀態(tài)下的Pc值為0.57。在圖4的退磁曲線圖中，我們分別繪制了對應(yīng)這兩種PC值的負(fù)載線（工作線），可以看到：
當(dāng)磁環(huán)軸向充磁（Pc=1.79）時，負(fù)載線與退磁曲線的交點顯示，13L在工作點的實際磁感應(yīng)強度（Jd-A）高于12H在工作點的值（Jd'-A）。
當(dāng)磁環(huán)輻射充磁（Pc=0.57）時，負(fù)載線與退磁曲線的交點顯示，13L在工作點的實際磁感應(yīng)強度（Jd-B）低于12H的值（Jd'-B）。
圖4.12H&13L退磁曲線及不同PC值下的工作點分析
不難看出，磁體對外表現(xiàn)出的磁性能并非僅由材料的剩磁（Br）決定，而是受到材料矯頑力（Hcb/Hcj）、退磁曲線形狀（斜率/下降趨勢）以及產(chǎn)品具體應(yīng)用狀態(tài)下的磁導(dǎo)系數(shù)（Pc值）所確定的工作點的綜合影響。
對于各向同性粘結(jié)釹鐵硼材料，其制造工藝決定了內(nèi)部的NdFeB磁粉晶粒是完全隨機取向的（易磁化軸（c軸）是完全隨機分布的）。這種隨機性導(dǎo)致在反磁化過程中，那些易磁化軸接近反向磁場方向的晶粒，其磁矩在較低的反向磁場下就很容易發(fā)生反轉(zhuǎn)；那些易磁化軸接近垂直于反向磁場方向的晶粒，其磁矩反轉(zhuǎn)需要很高的反向磁場（需要克服很大的磁晶各向異性勢壘），不同取向的晶粒在不同強度的反向磁場下發(fā)生非同步反轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生相對傾斜的退磁曲線。當(dāng)負(fù)載線交在臨界點以上時（即Pc＞1.28），磁體受自身退磁場的影響相對較小，13L剩磁高的優(yōu)勢得以發(fā)揮；但當(dāng)負(fù)載線交于臨界點以下時（即Pc＜1.28)，磁體受到較強的自身退磁場作用。此時，13L退磁曲線下降較快的特性導(dǎo)致其有效磁感應(yīng)強度（B）衰減幅度大于12H，最終表現(xiàn)為12H的對外磁性能優(yōu)于13L。
對于自退磁，可以用“磁荷”等效模型來理解（圖5），永磁體被磁化后，其內(nèi)部磁距有序排列。在磁體的上表面（磁化方向北極），等效為“正磁荷”（+σm），在下表面（磁化方向南極），等效為“負(fù)磁荷”（-σm）。這些等效磁荷實質(zhì)上是表面未抵消磁矩的體現(xiàn)，是磁化強度 M 在表面法向分量的體現(xiàn)（σm= M·n）。“正磁荷”產(chǎn)生向外發(fā)散的磁場，“負(fù)磁荷”產(chǎn)生向內(nèi)匯聚的磁場。在磁體內(nèi)部，這兩者疊加形成一個與磁化方向相反的磁場，即退磁場Hd。理論表明，退磁場Hd與磁化強度M成正比，方向相反：
Hd=-N*M
其中N為退磁因子（Demagnetizing Factor），其值取決于磁體的幾何形狀和磁化方向。將此關(guān)系代入磁學(xué)基本方程：
B=Hd+M
=Hd-Hd/N
=Hd*(1-1/N)
PC=B/Hd=1-1/N
可以看到，磁導(dǎo)系數(shù)Pc值與退磁因子N直接關(guān)聯(lián)，取決于磁體形狀和磁化方向，反映永磁體抵抗退磁場影響的能力。Pc值越大，磁體工作點靠近 Br（剩磁），磁體越難退磁，工作點越穩(wěn)定。Pc值越小，工作點越靠近退磁曲線的“膝點”，磁體越容易受到退磁場或外部干擾場的影響而發(fā)生性能衰減。
圖5.“磁荷”等效模型示意圖
為了直接驗證退磁場的作用，我們設(shè)計了如下實驗（DOE）：
將上述軸向充磁圓環(huán)，一一對應(yīng)，單片測量并記錄其磁距。
將測量過的單片磁環(huán)沿其厚度方向（軸向）堆疊（接觸良好），測量堆疊體的總磁矩。
將堆疊體的實測總磁矩與各單片磁矩之和進行對比（表2）。
實驗結(jié)果表明：堆疊體的實測總磁矩要高于各單片磁矩的算術(shù)和。并且，隨著堆疊片數(shù)的增加（3片→5片），兩者之間的差值進一步增大。這一結(jié)果與理論預(yù)測完全吻合：
軸向充磁的磁環(huán)沿軸向堆疊，等效于增大了磁體在磁化方向（軸向）上的長徑比（L/D）
長徑比增大導(dǎo)致退磁因子N減少
N減少意味著自身退磁場Hd（Hd=-N*M）減弱
Hd減弱等效于增大了有效磁導(dǎo)系數(shù)Pc（Pc=1-1/N）
Pc值增大使得工作點上移，磁體對外表現(xiàn)出的有效磁感應(yīng)強度B和總磁矩增強。
表2. 12H與13L磁環(huán)疊片磁距DOE結(jié)果表
綜上所述，產(chǎn)品設(shè)計者要打破“高剩磁=高性能”的認(rèn)知誤區(qū)，Pc值設(shè)計不足，其內(nèi)部強大的退磁場（Hd）會嚴(yán)重削弱自身的有效磁感應(yīng)強度（B）。結(jié)果就是，材料本身的優(yōu)異磁性被自身的“形狀短板”（低Pc值）所抵消，無法轉(zhuǎn)化為對外部系統(tǒng)的有效磁場輸出。如同一臺高性能引擎安裝在不匹配的車架上，無法發(fā)揮其潛力。
Pc值定義了“生存環(huán)境”： Pc值直接決定了磁體在開路或工作回路中的工作點位于其B-H退磁曲線上的位置。一個高且穩(wěn)健（Robust）的Pc值：
將工作點推高：使其更靠近剩磁點（Br），最大化利用了材料的磁能。
遠(yuǎn)離“膝點”危險區(qū)：膝點以下是磁體發(fā)生不可逆退磁的敏感區(qū)域。高Pc值在工作點與膝點之間建立了寬闊的“安全緩沖區(qū)”。
提供抗干擾韌性：需要充分考慮磁體在后端的制程和工作環(huán)境下，是否面臨高溫（導(dǎo)致內(nèi)稟矯頑力Hcj下降）、是否有外部反向磁場、是否有動態(tài)負(fù)載變化等挑戰(zhàn)。一個設(shè)計裕度充足的Pc值，是磁體抵抗這些干擾、維持穩(wěn)定工作點、避免性能驟降甚至永久失效的最有力屏障。Pc值是磁體在惡劣工況下的“免疫力”指標(biāo)。