多物理场仿真研究微观结构对电工钢磁滞与涡流损耗的影响
材料科学
2025-08-12 v2
摘要
提高电机效率需要从根本上理解磁芯材料（以铁硅合金为原型）的磁损耗和涡流损耗机制。这些损耗本质上受材料微观结构的影响，这需要基于物理的、微观结构信息驱动的多尺度仿真。在本文中，我们利用微磁学仿真和计算均匀化方法计算了铁硅电工钢的有效磁滞和有效电导率。为演示该方法，我们研究了具有不同微观结构的粘结剂喷射打印电工钢材料样品。微观结构样品基于描述符合成重建和SEM图像数字化进行数字化处理。生成了更多具有不同微观结构特征（如晶粒尺寸和晶界相）的样品。随后进行微磁学仿真以研究磁滞和磁滞损耗。还通过计算均匀化方法使用有效电导率评估了涡流损耗。通过对一系列合成微观结构进行参数研究，揭示了平均晶粒尺寸和晶界相厚度对磁滞损耗和涡流损耗的影响。约120微米的平均晶粒尺寸具有最低的磁滞损耗，尽管涡流损耗随晶粒尺寸增大而增加。增加晶界相厚度有助于降低两种损耗。结果表明，通过微观结构优化有可能降低磁芯材料的损耗。
引用
@article{arxiv.2502.01559,
title = {Multiphysics simulations of microstructure influence on hysteresis and eddy current losses of electrical steel},
author = {Patrick Kühn and Yangyiwei Yang and Guanyu Chen and Shanelle N. Foster and Herbert Egger and Bai-Xiang Xu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2502.01559},
year = {2025}
}