第三节 永磁体在磁感应、磁场方面的应用

永磁体在磁感应、磁场方面得到广泛的应用。各种扬声器、受话器，各种电磁式仪器、仪表等都是利用永磁体的磁场或磁感应的性质。

1.永磁体在扬声器、受话器中的应用

在当今世界的扬声器中，诸如电视机中的扬声器，各种放像器中的扬声器，各种收音机中的扬声器，手提式扬声器，各种耳机、电话的送话器和受话器等无一不是用永磁体的。

扬声器分内磁式和外磁式两种。

图2-15a所示是外磁式扬声器的结构。永磁体径向磁化，永磁体呈筒状，内置一个磁导率很高的圆柱体，永磁体内圆与圆柱体外径之间有一定间隙，扬声器的音圈就置于这个圆环的间隙中。当音圈的线圈有音频电流通过时，音频电流产生的磁场与永磁体的磁场叠加后使音圈按着音频电流的波动而振动，而音圈与扬声器的纸盆是一体的，因此纸盆也按着音频电流的交变频率振动而发声。

图2-15b所示是内磁式扬声器结构。其发声机理与外磁式扬声器相同，所不同的是永磁体做成圆柱形，置于音圈之内。内磁式扬声器由于永磁体置于音圈之内，外部磁场很弱，对周围元器件影响较小，而外磁式扬声器永磁体在外部，磁场较强，对周围元器件影响较大。

图2-15c所示是耳机的典型结构。这种耳机受话器可以做得很小，发声机理与内磁式扬声器相同，所不同的是音圈不连接纸盆，而是一个很薄的圆钢片被音频电流磁场和永磁体磁场叠加后的磁场以音频的频率吸引，在空气中以音频的频率振动发声。

送话器的机理正好和扬声器相反。送话器亦称话筒，结构与耳机结构相同。当对着送话器说话时，送话器中的极薄的钢片振动，钢片带动音圈以说话的同样频率和波长振动。当音圈在永磁体磁场中振动时，在音圈的线圈中会产生与说话相同频率和波长的音频电流。这个与人说话相同的音频电流经放大或处理，完成送话过程。

图2-15 扬声器和耳机的结构

2.永磁体在磁电系仪表中的应用

永磁体在磁电系仪表中的应用十分广泛。它的机理是通电导体在磁场中运动或磁场变化使线圈中产生电流的机理。磁电系仪表和万用表、电压表、电流表、磁电式传感器等，还有如磁疗设备、磁化水等。

图2-16所示是电流表的结构。在圆形的永磁体磁场中的可沿永磁体圆形气隙转动的矩形线圈1，当有电流通过线圈时，线圈会在磁场中转动。线圈中心有指针2及卷弹簧4，线圈转动带动指针转动及卷弹簧。电流在磁场中的磁力矩和卷弹簧的力矩相平衡，不同的电流在磁场中形成不同的磁力矩与其相对应的卷弹簧相平衡，指针会停在不同位置，从而可指示出电流的大小。

令弹簧的转矩与通电线圈的磁力矩相平衡，则

T=NIABsinθ=Kφ （2-1）

式中 N——线圈匝数，单位为匝；

I——流经线圈的电流，单位为A；

A——线圈高，单位为m；

B——线圈宽，单位为m；

φ——线圈通电后的角偏转，单位为（°）；

θ——指针转角，单位为（°）。

式（2-1）是确定电流表的刻度、电流及弹簧的计算公式。

图2-16 电流表结构

1—线圈 2—指针 3—内支座 4—卷弹簧 5—永磁体 6—刻度

3.永磁体磁场在控制带电粒子运动方面的应用

用永磁体磁场控制带电粒子运动在显像管、粒子加速器、磁控贱射、微波管、电视行输出变压器、开关电源变压器等诸多方面得到广泛的应用。图2-17所示是电子在永磁体磁场中运动发生电子运动路径弯曲。在经典理论中，磁场使电子运动路径发生弯曲的力称作洛仑兹力。

图2-17 电子在永磁体磁场中运动路线发生弯曲（图中虚线为电子未在永磁体磁场中运动，其路线为直线）