考虑金属颗粒微观涡流场的动态磁滞模型构建及其在磁粉芯铁损预测中的应用

为解决高频条件下磁粉芯材料铁损计算精度不足的问题，研究人员基于Bertotti损耗分离理论，通过建立金属球体颗粒内部微观涡流场方程，结合逆Preisach静态模型和超额损耗理论，构建了适用于正弦/非正弦激励的动态磁滞模型。实验验证表明，该模型能准确预测1500-2000Hz高频激励下的铁损特性，为软磁复合材料(SMC)的工程应用提供理论支撑。

　　

随着电力电子技术和智能电网的快速发展，高频电感元件和变压器等设备对软磁复合材料(SMC)的性能要求日益提高。这类材料虽具有高饱和磁通密度(B_sat)和低损耗等优势，但其独特的颗粒结构使得传统硅钢片的涡流损耗计算方法失效。当前研究面临两大瓶颈：一是现有模型如修正Steinmetz经验公式仅适用于正弦激励，二是神经网络等复杂算法需要海量训练数据且难以推广。

针对这些问题，国内某高校的研究团队从微观尺度出发，创新性地建立了金属球体颗粒内部的泊松方程，推导出微观涡流场解析式。结合逆Preisach静态磁滞模型和统计磁畴理论，首次构建了能同时处理正弦/非正弦激励的动态磁滞模型。该成果发表在《Journal of Magnetic Resonance Open》上，为磁粉芯材料的精准设计提供了新范式。

关键技术包括：1) 基于Brockhaus磁性能测量平台的高频激励实验；2) 采用场分离技术绘制损耗分量磁滞回线；3) 通过368匝初级绕组/248匝次级绕组的样品结构验证模型。研究结果显示，在1500Hz和2000Hz正弦激励下，模型预测的铁损值与实验测量误差小于5%。特别值得注意的是，该模型首次实现了对非正弦激励工况的损耗分解，成功将总损耗W_sum分离为静态磁滞损耗W_hy、涡流损耗W_cl和超额损耗W_ex三部分。

在讨论部分，作者指出该模型的突破性在于：首次从微观尺度解析了球形颗粒的涡流场分布，克服了传统矩形硅钢片理论的局限性；通过国家自然科学基金(52177006)等项目的支持，验证了模型在复杂激励条件下的普适性。这项研究不仅为磁粉芯材料的损耗机制提供了新的理论解释，更为高频电力电子设备的优化设计开辟了新路径。未来可进一步探索多物理场耦合条件下模型的拓展应用。