考虑局部退磁效应的铁基软磁复合材料改进J-A模型研究

本文提出了一种改进的J-A（Jiles-Atherton）模型，通过引入有效退磁因子修正有效场，解决了铁基软磁复合材料（SMCs）在低频近饱和磁通密度下的磁化特性模拟难题。结合动态磁滞模型，该研究为爪极电机等三维磁路器件的优化设计提供了理论支撑，实验验证显示其铁损预测误差低于8%。

　　

Highlight

本研究通过火花等离子烧结（SPS）制备了含5 wt%和7.5 wt%镍锌铁氧体（Ni-Zn ferrite）的铁基软磁复合材料（SMCs）样品，结合改进的J-A模型，首次在磁滞回线模拟中量化了颗粒间局部退磁场对磁畴壁运动的抑制作用。

Experimental method

采用球磨法将纯铁粉与镍锌铁氧体粉末混合，在40 MPa压力和670℃真空环境下进行SPS快速烧结。通过磁滞回线测量仪获取准静态及10-100 Hz动态磁化数据，为模型验证提供实验基准。

Static J-A model

经典J-A模型将磁化强度M分解为可逆部分M_rev和不可逆部分M_irr。本研究创新性地引入几何相关的退磁系数N_e，修正有效场H_eff以反映SMCs特有的磁隔离特性。

The improved static J-A model simulation

采用粒子群优化（PSO）算法标定模型参数，其速度更新公式v_i(t+1)=w?v_i(t)+c₁?r₁(pBest_i-x_i(t))动态调整搜索路径，显著提升近饱和区模拟精度。

Conclusion

改进模型成功预测了含不同铁氧体比例SMCs的磁滞特性，在100 Hz工况下铁损误差小于8%，尤其适用于高功率电磁设备的三维磁路优化设计。