极薄电工钢用于不同结构铁心的磁特性测量及磁场分析

发布日期：2025-08-22 浏览次数：2259

近年来，由于能源问题，电机被要求实现更高的效率和更低的损耗，并且需要同时实现小型化和高功率化需求。在电机的高功率化中，传统的铁心材料会产生发热问题。日本文理大学研究团队开发了厚度为0.08mm的极薄电工钢，并制作成卷绕式铁心，通过研究表明其具有与传统叠片铁心相同甚至更佳的磁特性。除了对磁特性进行评估外，他们还通过磁场解析探讨了不同铁心结构对磁特性的影响，从而研究了卷绕铁心的实用性。

两种铁心的磁特性测试
从磁滞回线可以看出，卷绕式铁心的最大磁场强度比叠片铁心小约64A/m。从频率与铁损曲线可以看出，卷绕式铁心的铁损低于叠片铁心。由于两种铁心样品都使用了极薄电磁钢带，因此铁损随频率增加较为缓慢，这是其特点。

图1 传统叠片铁心与卷绕式铁心示意图

图2 叠片铁心和卷绕式铁心的磁滞回线和铁损

三维磁场分析
分析对象

为了研究层叠方法对铁心磁特性的影响，研究人员通过制作块状铁心、叠片铁心和卷绕式铁心的分析模型，进行了三维磁场分析（Mutech，µ-MF）。为了缩短计算时间，分析模型的尺寸设定为直径5mm、内径1.8mm、高度1.09mm。叠片铁心和卷绕式铁心模型中电工钢厚度设为0.1mm，分别叠10片和卷绕5层。假设填充率为90%。三种模型的材料选择电磁钢板（35H440）。

分析结果

从图3显示了各形状铁心模型的磁通密度分布（截面图）。块状铁心由于涡流的产生，内部没有磁通流动，仅表面有分布。层叠铁心的磁通可以流到钢板内部，内径侧的磁通密度较高。卷绕式铁心虽然钢板内部也有磁通流动，但由于卷绕结构的特殊性，在卷绕开始和结束部分磁通密度降低，导致整个铁心的分布不均匀。

图3 各形状铁心的磁密分布（截面图）

结论
从实测结果来看，卷绕式铁心相比传统叠片铁心具有更低的磁场强度和更低的铁损。在研究分析中，尽管实际模型尺寸和材料数据存在差异，但卷绕式铁心可以获得与叠片铁心相当或更高的磁通密度。

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