磁导率；电感为什么存在饱和电流？气隙的定义，磁芯开气隙有哪些作用

磁性的产生

   所有物质的磁性都是电流产生的，永久磁铁的磁性就是分子电流产生的，分子电流是磁性材料原子内的电子围绕原子核旋转形成。

磁畴   

  电子运动产生电流形成一个个小的磁铁，这些小的磁体在晶格中排列在一个方向，形成一个个小的磁区域，即是磁畴。磁性材料里面的磁畴整齐排列有方向，宏观上呈现磁铁有磁性，如果磁畴是杂乱无序的对外无磁性。

线圈加磁芯作用

  为电感线圈增加磁芯，电感值为什么会增大很多，线圈没有磁芯的时候，给线圈通电，根据电磁原理，这时会有磁场穿过线圈，若此时产生磁场强度H，如果这时候线圈中有磁芯，磁芯中的部分磁畴会在磁场强度H作用下有序排列，这些磁畴会产生与原磁场方向相同的磁场，并且比H大得多，所以总的磁场会增大很多，二者增加后的磁场强度称为B.

这种增大磁场的能力，有一个参数，叫磁导率u，B=uH

磁导率u的定义

   相同条件下，铁磁介质中所产生的磁感应强度比空气介质中大得多。为了表征这种特性，将不同的磁介质用一个系数u来考虑，表征物质的导磁能力。在介质中，u越大，介质中的磁感应强度B就越大。

电感为什么会存在饱和电流

   磁芯里面的磁畴有序排列，使的电流产生的磁场大大加强。电流越大，有序排列的磁畴也越多，产生的磁场也越大，穿过线圈的磁通量也越大，基本是和电流成正比的。电感定义就是线圈的自感系数，等于磁通量与电流的比值，所以正常情况下，电感L是常量。

 当电流达到一定程度，这个时候磁芯里面所有的磁畴已经都有序排列了，即使再增大电流，已经没有多余的磁畴能有序排列来增加磁场了，所以磁场强度基本不增加。

  这个时候就说电感已经饱和了，电流增大，而磁通量不再增加，电感值等于磁通量除以电流，所以电感值下降。通常实际用的电感，饱和电流一般定义为电感值相对初始值下降了30%对应的电流值。

气隙

   磁芯的气隙，是指一部分磁路是由空气构成，故称为空气间隙，。如EI 型磁芯，E 和I 的结

合总存在缝隙，磁路就有气隙。圆形磁环中间开缺口，缺口处就是气隙。

气隙作用

  若有一个圆形磁环，绕上线圈，通上正好使磁芯饱和的电流。正好饱和，说明里面的都已经有序排列了。

 若在磁环上开一个气隙，即去除掉一部分磁芯，则这部分磁畴也被去掉了。原来在气隙处的磁畴是有序排列的，相当于是一个小磁铁，对气隙旁边的磁畴的有序排列有正向的作用力，现在被去掉，所以作用力消失。

   气隙旁边的磁畴原来恰好可以全部有序排列，现在受到正向作用力变小了，所有就不能全部有序排列了，磁性变小,进一步导致气隙旁边的磁畴受到的作用力也变小，没有全部有序排列，磁畴之间相互作用，整个磁芯的磁畴没有有序排列的更多。因此开了气隙的磁环是没有磁饱和的。

若要使磁畴再次全部有序排列，必须通上更大的电流，直到再次饱和。

  因此，增加气隙，饱和电流增大了。从整体上看，磁畴总的有序排列变少，那么产生的磁通也变小了，即磁导率变小了。气隙增加，弱化了磁畴间的正向相互作用力，故在没有电流时候，即外部H为零，剩磁变小了。

思考：

  若没有气隙，完全饱和时磁场强度Bm，加了气隙之后，增大电流，磁芯的磁畴全部有序排列，即磁芯饱和，此时的磁场强度应该是多少呐

  磁芯内的磁畴在饱和电流时全部排列，即最难偏转的那个磁畴此时正好偏转，无论加不加气隙，即要使最难的磁畴发生偏转，它所在地方的磁场强度就是Bm。所以加了气隙之后，饱和时磁场强度还是Bm。

磁场能量密度公式

  磁场能量密度单位为单位体积所包含的磁场能，其公式为B 的平方除以2μ，磁芯的储能不变，气隙处的磁导率变成了空气，空气的相对磁导率为1，因此，气隙处的储能密度提升了成百上千倍。

气隙是越大越好？

  气隙最大时候就是没有磁环，即空心电感，理论上空心电感永不饱和，储能没有上限，只要电流够大，实际中电流是有上限的，太大导线也无法承受。

  气隙增大了储能上限，说的是在各自都饱和情况下的储能。而在都不饱和的情况下，通上相同的电流，不加气隙的储能更多。能量密度公式等于二分之一的μ乘以H 的平方，电流相同时，H相同，不加气隙磁导率更高。气隙太大，磁导率太低，电感感量难以做上去，应该选择合适气息大小。

如何选择气隙大小

  工程设计中，输入输出电流的最大值，以及电感值是确定的，需要保证电感通过最大电流时，磁芯不发生饱和，气隙不能太小，否则容易饱和。气隙过大，要想获得较大感量，磁芯体积需要增大，要综合考虑选取合适的气隙大小。

总结：气隙可以减小磁导率，可以增大饱和电流，可以增大储能上限，可以减小剩磁，气隙的大小要综合进行考虑。