《Journal of Magnetism and Magnetic Materials》：Dynamic hysteresis characterization of Fe
Si materials: Comparison of magnetic performances
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非晶态FeSi材料磁性能评估的标准化方法研究。本文对比了三种标准测试方法（Epstein框架、VA方法、旋转单盘测试器）在宽频域（50Hz-1kHz）和磁密范围内对三种不同厚度和硅含量的非定向FeSi材料性能评估，发现材料性能排序在不同测试方法中保持一致，证实单一标准方法即可满足设计选材需求。
维托里奥·贝尔托利尼（Vittorio Bertolini）| 马可·斯特拉（Marco Stella）| 安东尼奥·法巴（Antonio Faba）| 埃尔曼诺·卡德利（Ermanno Cardelli）
佩鲁贾大学（University of Perugia），工程学院，G. 杜兰特尼街93号（Via G. Duranti 93），佩鲁贾06125，意大利
摘要
非定向（NO）铁硅（FeSi）合金在电气设备和电力电子领域被广泛使用，然而表征方法对其磁性能评估的影响仍研究不足。本研究系统地比较了三种商用非定向铁硅材料，采用三种标准样品几何形状（条状、环形和盘状）进行测试，并分别使用相应的测量装置：Epstein框架法、伏安法（Volt-Amperometric method）和旋转单盘测试仪（Rotational Single Disk Tester）。测量范围涵盖了从工业频率（50 Hz）到中低频电力电子应用（<1 kHz）的广泛磁通密度和频率。结果表明，这些材料的磁性能相对排名在所有表征技术中都是一致的。这一发现表明，可以根据任何一种标准方法的结果可靠地选择适用于特定应用的材料，从而弥合了传统表征方法与实际设计需求之间的差距。
引言
铁硅（FeSi）是著名的磁性合金之一。其高磁导率和高磁饱和感应强度使其在低至中频范围内（大约从工业频率到几千赫兹）得到广泛应用[1]、[2]、[3]、[4]。传统上，这些材料以层压形式生产；根据应用需求，可以制成条状、环形、E型芯（E-core）或盘状等多种形状。由于这些材料的多种潜在应用，人们持续对其进行研究，以优化其性能指标（线性、磁饱和度、磁导率、静态损耗、动态损耗、振动、机械应力等）[5]、[6]、[7]。因此，市场上有多种不同的铁硅材料，主要区别在于硅含量（及其他微量合金元素）和制造工艺。通常，制造商在数据表中提供的铁硅材料的标称性能是通过Epstein框架法（Epstein Frame technique）测得的，这是一种标准化的表征方法[11]、[12]。该方法通过对条状样品施加正弦磁通密度来进行测试。在Epstein框架装置中，激励磁场呈直线分布，这适用于电力变压器等场景。实际上，铁磁材料还应用于许多其他电力系统中，其中磁场路径各不相同。例如，电力转换器的电感器通常采用环形芯，而电动机的定子则工作在旋转磁场中（方向不同）。为了准确评估铁硅材料在这些不同环境下的性能，可以采用其他表征技术。对于环形芯，常用的方法是伏安法（VA method）[13]；对于盘状样品，则可以使用旋转单盘测试仪（RSDT）[14]、[15]进行表征。显然，材料的实际性能取决于所采用的表征技术[16]、[17]。但在为特定应用选择最合适的材料时，设计者需要能够轻松判断哪种材料最合适。因此，本文要探讨的问题是不同材料性能的差异是否由表征方法决定。本文研究了三种不同成分和厚度铁硅材料，并使用三种表征技术（Epstein框架法、伏安法、旋转单盘测试仪）在广泛频率和磁通密度范围内比较了它们的磁损耗性能。结果表明，材料性能的差异与表征方法无关。这一发现为设计者在选择适合特定应用的铁硅材料时提供了宝贵的参考。这是因为无论具体应用如何，都可以通过单一表征技术来识别材料。本文结构如下：第2节介绍了用于比较和测量的材料及技术；第3节展示了测量结果并进行了讨论；第4节总结了本文的结论，表明该研究对电气设备和电力电子应用中磁性元件的选型具有积极意义。
测试材料
本分析中使用的材料主要特性见表1。为了使评估尽可能全面，考虑了不同的厚度和硅含量比例。
从同一块铁片开始，根据表1中的铁硅样品，可以制备出三种不同形状的样品：条状、环形和盘状（见图1）。从表1的定性数据来看，预计NO@01@6.5%的样品在性能上应该是最好的。
结果
本节通过三种不同的表征技术（Epstein框架法、伏安法、旋转单盘测试仪）比较了测试材料的性能。如前所述，所有样品均为切割铁硅片制成。尽管所有样品都属于非定向晶粒结构，但在层压过程中仍会形成优先的磁化方向。
结论
本研究对比分析了不同非定向铁硅材料的性能。研究了三种不同厚度和硅含量的铁硅材料，分别对条状、环形和盘状样品进行了严格的性能测试。每种形状都采用了不同的表征方法：条状样品采用Epstein框架法，环形样品采用伏安法。
CRediT作者贡献声明
维托里奥·贝尔托利尼（Vittorio Bertolini）：负责撰写初稿、数据可视化、验证、软件开发、方法设计、研究实施、数据分析、概念构建以及审稿与编辑。马可·斯特拉（Marco Stella）：负责数据可视化、验证、概念构建、审稿与编辑。安东尼奥·法巴（Antonio Faba）：负责数据可视化、验证、项目监督、软件开发、方法设计、研究实施、数据分析、概念构建以及审稿与编辑。埃尔曼诺·卡德利（Ermanno Cardelli）：
未引用参考文献
[18]
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。
