文｜中岛晋
编辑｜叶知秋
一半以上的耗电量来自电机
如今，可以说全球总耗电量的一半以上来自于电机。迫切需要高效率电机来控制二氧化碳排放量，从而抑制全球气候变暖。
开发高效率电机的关键是铁心材料
实现这种高效率电机的关键是铁心材料。电机的铁心材料，顾名思义，是用含铁材料制成的(详见专栏A)。
铁心材料由磁体制成，具有控制电机磁通(形成磁场)的重要作用，但同时也因铁损(磁滞损耗和涡流损耗)而成为发热源。
那么，选择铁损小的铁心材料就必然可以实现电机的高效率吗?并非如此。
铁心材料的特性有很多。而且，即使是同样的铁心材料，在用于电机和用于变压器时，所需的特性也不同。在最近开发的高效率电机中，用非晶合金代替作为铁心材料的无取向电工钢，并与铁氧体磁体相组合，已经达到了之前被认为不可能的超高效率。
不相互吸引的软磁材料
前面已经叙述了磁体，通常把吸引或排斥磁体的材料称为磁性材料(特别是铁磁材料)。铁磁材料（详见专栏B）。
再进一步，磁性材料可以大致分为硬磁材料、软磁材料。
硬磁材料是具有高矫顽力的磁性材料。简单来说，就是可以成为磁体的材料。
对于软磁材料，尽管磁导率较大(几十到几十万)，矫顽力却很小。也就是说，它们可以被磁体吸引，但它们之间不会相互吸引。
软磁材料成为了电机、变压器或电抗器(电感线圈)等的铁心材料。
（1）磁化和磁滞
A.铁心中的磁场从零开始增强—起始磁化曲线
将磁体(磁性材料)放入磁场中，磁导率较高的物质就会被磁化，并且汇聚磁通量，铁心材料即是利用了这个特性。
图1为表示铁心材料所处磁场H和铁心材料磁通密度B之间关系曲线的一个例子。
图1：起始磁化曲线的一个例子
它显示了对完全没有磁化的铁心材料(消磁后的铁心材料，如铁)缓缓地增强磁场会发生怎样的变化，铁心材料开始被磁化了。结果是铁心材料的磁通密度也逐渐增大。此图为起始磁化曲线。
B.磁通密度饱和
H和B的关系，根据磁导率的定义表示为：B=μH。
从此式可以注意到，对于B和H的关系，μ为系数，也就是图1中曲线的斜率。再细看图1，H较小的时候，B的变化也小，铁心材料的磁导率μ为较小的值(此时的μ为起始磁导率μi)。
可是，从某个值开始，随着H的增大，B急剧地增大，斜率μ急剧地增大，其最大值为最大磁导率μm。
H进一步增大，B的增量就减少了(μ在减小)。H到达某个值时，B到达一定值而不再增大(H值显著减小，最终与μ0相等)。这种现象称为磁饱和。
C.励磁电流和磁通密度
事实上，不管是何种磁性材料，都具有这样的曲线，饱和磁通密度是一定的。另外，使用由磁化曲线决定的H，通过公式
求得的电流称为励磁电流。
D.磁滞回线的形状有多种
如图2所示，同时包含BS和-BS这两个饱和点的曲线称为极限磁滞回线。
图2：磁滞回线
与之相对，不包含上述两个饱和点的曲线称为局部磁滞回线。
图3：局部磁滞回线
铁心材料的磁滞回线不仅因其材料种类的不同而有很大不同，曲线形状还会因加工方法和材料形状的影响而发生变化。
（2）损耗和变形
A.铁损≈磁滞损耗+涡流损耗
铁损为铁心内产生的能量损耗，主要以热的形式散失。
B.铁心材料叠层
铁心材料需要让磁通量容易通过，而涡流不容易通过。要通过的磁通量方向起决定性作用。因此，为了使得磁通量方向平滑地通过，一般使用薄的叠层铁心板。尤其是线圈侧的铁心材料，可以说必须使用薄的叠层铁心板。
一层一层地绝缘，使沿叠层方向的涡流无法流通，而磁通量方向的磁路容易形成。过度减薄的话，层数会增加，绝缘层的厚度也会增大，到一定程度会造成磁路减少。因此这是个折中选择。
随着绝缘层薄型技术的发展，如今薄板化也正成为趋势。
C.磁场中的材料变形—磁致伸缩
铁心材料在磁化时，磁性材料的尺寸在磁场强度的作用下产生的变形现象称为磁致伸缩。
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