金属磁粉芯器件的功率磁损耗分析方法、优化方法及介质

技术领域

本发明涉及金属磁粉芯损耗分析技术领域，尤其涉及一种金属磁粉芯器件的功率磁损耗分析方法、优化方法及介质。

背景技术

金属磁粉芯是一种具有磁电转换特种功能的新型软磁材料。它是用金属或合金软磁材料制成的粉末为原料，采用特殊的工艺生产的磁心材料。金属磁粉芯具有高饱和特性、低损耗和良好的频率稳定性等特点，其制作的滤波电感器、谐振电感等广泛应用于航天、航空、电子、船舶等军用领域以及国家电网、高铁、新能源、绿色家电、通信等民用领域。

功率磁损耗是金属磁粉芯器件的关键指标之一，基本由磁滞损耗和涡流损耗组成。目前功率磁损耗测试采用单绕组测试或双绕VA乘积法测试，其测试数值为金属磁粉芯功率磁损耗，无法进一步判定功率磁损耗的具体组成分量。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种金属磁粉芯器件的功率磁损耗分析方法、优化方法及介质，其解决了目前技术还未给出功率磁损耗的具体组成分量的有效分辨方案的技术问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

第一方面，本发明实施例提供一种金属磁粉芯器件的功率磁损耗分析方法，包括：

通过测量设备获取金属磁粉芯器件的功率磁损耗；

将获取的功率磁损耗分解成包含待求解磁滞损耗系数的磁滞损耗和包含待求解涡流损耗系数的涡流损耗；

依据分解得到的待求解磁滞损耗系数的磁滞损耗和包含待求解涡流损耗系数的涡流损耗，形成损耗曲线；

基于形成的损耗曲线求取磁滞损耗系数和涡流损耗系数，进而依据磁滞损耗系数和涡流损耗系数确定磁滞损耗和涡流损耗。

可选地，测量设备对金属磁粉芯器件进行单绕组功率测试得到不同频率或不同磁通密度下的功率磁损耗；其中，测量设备包括：

信号发生器，用于发出测试用的信号源或激励源；

功率放大器，用于放大测试用的信号源或激励源；

积分仪，用于对经放大的测试用的信号源或激励源进行积分；以及，

烘箱，用于容纳金属磁粉芯器件以形成设定温度环境。

可选地，将获取的功率磁损耗分解成包含待求解磁滞损耗系数的磁滞损耗和包含待求解涡流损耗系数的涡流损耗包括：

通过如下分解公式将获取的功率磁损耗分解成磁滞损耗和涡流损耗：

式中，P为功率磁损耗，P

可选地，损耗曲线包括多条不同频率下的功率磁损耗线P/f。

可选地，基于形成的损耗曲线求取磁滞损耗系数和涡流损耗系数，进而依据磁滞损耗系数和涡流损耗系数确定磁滞损耗和涡流损耗包括：

基于多条不同频率下的功率磁损耗线P/f，在维持磁通密度最大值B

依据求取的涡流损耗系数e与磁滞损耗系数η，确定对应的工作频率和磁通密度最大值B

第二方面，本发明实施例提供一种金属磁粉芯器件的功率磁损耗优化方法，包括：

通过测量设备获取金属磁粉芯器件的功率磁损耗；

将获取的功率磁损耗分解成包含待求解磁滞损耗系数的磁滞损耗和包含待求解涡流损耗系数的涡流损耗；

依据分解得到的待求解磁滞损耗系数的磁滞损耗和包含待求解涡流损耗系数的涡流损耗，形成损耗曲线；

基于形成的损耗曲线求取磁滞损耗系数和涡流损耗系数，进而依据磁滞损耗系数和涡流损耗系数确定磁滞损耗和涡流损耗；

以降低磁滞损耗和/或涡流损耗为目的，基于确定的磁滞损耗和/或涡流损耗进行工艺分析得到优化方案。

可选地，以降低磁滞损耗和/或涡流损耗为目的，基于确定的磁滞损耗和/或涡流损耗进行工艺分析得到优化方案包括：

为降低磁滞损耗，通过在制粉工艺阶段采用气雾化制粉工艺，得到经增大晶粒尺寸、降低晶粒缺陷以及降低粉末微观内应力的粉末；

为降低涡流损耗，通过在绝缘工艺阶段采用无机物和有机物的混合物包覆粉末，得到在不同环境下粉末电阻率均保持一定值以上的粉末。

可选地，为降低涡流损耗，通过在绝缘工艺阶段采用无机物和有机物的混合物包覆粉末，得到在不同环境下粉末电阻率均保持一定值以上的粉末之后，还包括：

在对得到的优化后的金属磁粉芯进行功率损耗测试之后，依据获取的不同温度下磁滞损耗和涡流损耗的变化值，分析优化后的制粉工艺、优化后的绝缘工艺和优化后的热处理工艺的各自的影响因子大小，并结合这三类优化工艺的成本，得到兼顾降低磁滞损耗和/或涡流损耗的效果与成本的优化方案。

第三方面，本发明实施例提供一种金属磁粉芯器件，是应用如上所述的功率磁损耗优化方法制作而成的金属磁粉芯器件。

第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现：如上所述的金属磁粉芯器件的功率磁损耗分析方法；以及，如上所述的金属磁粉芯器件的功率磁损耗优化方法。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：本发明将产品的功率磁损耗分解成磁滞损耗和涡流损耗，其分离计算过程简单，无需依赖专门设备或大型控制器即可有效明确功率磁损耗中的损耗组成部分，提高了现有各类功率损耗仿真模拟中不同频率和磁通密度下的损耗大小的计算水平，为后续降低产品功率磁损耗的优化生产工艺打下了坚实的基础。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种金属磁粉芯器件的功率磁损耗分析方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种金属磁粉芯器件的功率磁损耗分析方法的测量设备的组成示意图；

图3为本发明实施例提供的一种金属磁粉芯器件的功率磁损耗分析方法的损耗曲线；

图4为本发明实施例提供的一种金属磁粉芯器件的功率磁损耗分析方法的步骤S4的具体流程示意图；

图5为本发明实施例提供的一种金属磁粉芯器件的功率磁损耗优化方法的流程示意图；

图6为本发明实施例提供的一种金属磁粉芯器件的功率磁损耗优化方法的步骤S5的具体流程示意图；

图7为本发明实施例提供的一种金属磁粉芯器件的功率磁损耗优化方法的不同温度下产品功率损耗曲线；

图8为本发明实施例提供的一种金属磁粉芯器件的功率磁损耗优化方法的不同温度下产品磁滞损耗和涡流损耗曲线。

【附图标记说明】

10：信号发生器；

20：功率放大器；

30：积分仪；

40：烘箱。

具体实施方式

为了更好地解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

如图1所示，本发明实施例提出的一种金属磁粉芯器件的功率磁损耗分析方法，包括：通过测量设备获取金属磁粉芯器件的功率磁损耗；将获取的功率磁损耗分解成包含待求解磁滞损耗系数的磁滞损耗和包含待求解涡流损耗系数的涡流损耗；依据分解得到的待求解磁滞损耗系数的磁滞损耗和包含待求解涡流损耗系数的涡流损耗，形成损耗曲线；基于形成的损耗曲线求取磁滞损耗系数和涡流损耗系数，依据磁滞损耗系数和涡流损耗系数确定磁滞损耗和涡流损耗。

本发明将产品的功率磁损耗分解成磁滞损耗和涡流损耗，其分离计算过程简单，无需依赖专门设备或大型控制器即可有效明确功率磁损耗中的损耗组成部分，提高了现有各类功率损耗仿真模拟中不同频率和磁通密度下的损耗大小的计算水平，为后续降低产品功率磁损耗的优化生产工艺打下了坚实的基础。

为了更好地理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

具体地，本发明实施例提供一种金属磁粉芯器件的功率磁损耗分析方法，包括：

S1、通过测量设备获取金属磁粉芯器件的功率磁损耗。

进一步，测量设备对金属磁粉芯器件进行单绕组功率测试得到不同频率或不同磁通密度下的功率磁损耗；

如图2所示，测量设备包括：信号发生器10，用于发出测试用的信号源或激励源；功率放大器20，用于放大测试用的信号源或激励源；积分仪30，用于对经放大的测试用的信号源或激励源进行积分；以及，烘箱40，用于容纳金属磁粉芯器件以形成设定温度环境。

较佳地，以上设备具体采用SG-4105函数信号发生器、IE-1125功率放大器以及2330积分仪。

S2、将获取的功率磁损耗分解成包含待求解磁滞损耗系数的磁滞损耗和包含待求解涡流损耗系数的涡流损耗。

进一步地，步骤S2包括：

将获取的功率磁损耗分解成包含待求解磁滞损耗系数的磁滞损耗和包含待求解涡流损耗系数的涡流损耗包括：

通过如下分解公式将获取的功率磁损耗分解成磁滞损耗和涡流损耗：

式中，P为功率磁损耗，P

S3、依据分解得到的待求解磁滞损耗系数的磁滞损耗和包含待求解涡流损耗系数的涡流损耗，形成损耗曲线。如图3所示，损耗曲线包括多条不同频率下的功率磁损耗线P/f。

S4、基于形成的损耗曲线求取磁滞损耗系数和涡流损耗系数，进而依据磁滞损耗系数和涡流损耗系数确定磁滞损耗和涡流损耗。

进一步地，如图4所示，步骤S4包括：

S41、基于多条不同频率下的功率磁损耗线P/f，在维持磁通密度最大值B

S42、依据求取的涡流损耗系数e与磁滞损耗系数η，确定对应的工作频率和磁通密度最大值B

此外，本发明实施例还提供一种金属磁粉芯器件的功率磁损耗优化方法，如图5所示，包括：

S1、通过测量设备获取金属磁粉芯器件的功率磁损耗。

S2、将获取的功率磁损耗分解成包含待求解磁滞损耗系数的磁滞损耗和包含待求解涡流损耗系数的涡流损耗。

S3、依据分解得到的待求解磁滞损耗系数的磁滞损耗和包含待求解涡流损耗系数的涡流损耗，形成损耗曲线。

S4、基于形成的损耗曲线求取磁滞损耗系数和涡流损耗系数，进而依据磁滞损耗系数和涡流损耗系数确定磁滞损耗和涡流损耗。

S5、以降低磁滞损耗和/或涡流损耗为目的，基于确定的磁滞损耗和/或涡流损耗进行工艺分析得到优化方案。

现有的金属磁粉芯制备方法是采用金属磁性粉末为原料，经制粉工艺之后，将粉末经绝缘包覆处理的绝缘工艺，再成形和进行热处理工艺。

进一步地，如图6所示，步骤S5包括：

S51、为降低磁滞损耗，通过在制粉工艺阶段采用气雾化制粉工艺，得到经增大晶粒尺寸、降低晶粒缺陷以及降低粉末微观内应力的粉末。

降低磁滞损耗，主要从粉末的晶粒着手，如增大晶粒尺寸、降低晶粒缺陷以及粉末微观内应力，降低金属磁粉心磁滞损耗。不同的制粉工艺，其粉末的冷却速度不同，导致粉末的晶粒尺寸不同，选取冷却速度低的制粉工艺(如气雾化制粉)制取的粉末晶粒大且晶粒缺陷少以及低的粉末围观内应力，该粉末制成的金属磁粉心磁滞损耗偏低。粉末热处理工艺会增大粉末晶粒尺寸、降低晶粒缺陷和粉末微观内应力。但热处理工艺处理不合理时，会导致粉末结块严重，需对热处理后粉末进行二次球磨。故可以有效指导技术员选取不同制粉工艺制取的粉末，同时优化粉末热处理工艺。

S52、为降低涡流损耗，通过在绝缘工艺阶段采用无机物和有机物的混合物包覆粉末，得到在不同环境下粉末电阻率均保持一定值以上的粉末。

通过优化粉末颗粒绝缘工艺，以提高粉末的电阻率，降低涡流损耗；同时优化绝缘剂，使产品在不同环境温度下，具有较高的粉末电阻率，从而保证产品的涡流损耗不增大。因此，优化粉末绝缘工艺和粉末绝缘剂是降低涡流损耗关键因素。考虑到无机物包覆层成形性不如有机物，而有机物的耐热性又没有无机物高，所以采用两者的混合包覆可以发挥各自的优点而克服各自的缺点。

S53、在对得到的优化后的金属磁粉芯进行功率损耗测试之后，依据获取的不同温度下磁滞损耗和涡流损耗的变化值，分析优化后的制粉工艺、优化后的绝缘工艺和优化后的热处理工艺的各自的影响因子大小，并结合这三类优化工艺的成本，得到兼顾降低磁滞损耗和/或涡流损耗的效果与成本的优化方案。在不同环境温度下进行功率损耗测试，比较不同温度下磁滞损耗和涡流损耗的变化，可以有效优化制粉工艺、粉末绝缘工艺和产品烧结工艺，以降低产品功率损耗。

在一具体实施例中，采用上述测试设备进行了如下功率损耗测试：

1、产品功率损耗测试条件

表1产品功率损耗测试条件

2、环境温度

25℃、55℃、85℃、125℃、150℃，各温度点保温30分钟

3、产品规格

A125-269(七星飞行)、A125-229(七星飞行)和77930(美国磁性材料公司)

4、试验结果

a)在常温条件下，磁滞损耗占绝大部分，随频率升高，磁滞损耗下降，具体如表2所示。

表2A125产品磁滞损耗和涡流损耗

b)从图7中的a、b、c、d所示，随温度升高，产品的功率损耗增大，尤其是磁滞损耗显著增加。

从图8中的a、b、c所示，七星飞行产品的磁滞损耗随温度升高显著增大；七星飞行和美磁产品的涡流损耗变化趋势基本相同。

同时，本发明实施例还提供一种金属磁粉芯器件，是应用如上所述的功率磁损耗优化方法制作而成的金属磁粉芯器件。

以及，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现：如上所述的金属磁粉芯器件的功率磁损耗分析方法；以及，如上所述的金属磁粉芯器件的功率磁损耗优化方法。

综上所述，针对传统软磁材料损耗构成分析方法困难、需要依赖专用测试设备或信息对照表的特点，本实施例公开了一种金属磁粉芯器件的功率磁损耗分析方法、优化方法及介质，其将产品的功率损耗分解成磁滞损耗和涡流损耗，同时在不同温度下测试的功率损耗进行分解的磁滞损耗和涡流损耗进行分析，优化生产工艺，降低产品功率损耗，具备较大的实际应用前景。

由于本发明上述实施例所描述的系统/装置，为实施本发明上述实施例的方法所采用的系统/装置，故而基于本发明上述实施例所描述的方法，本领域所属技术人员能够了解该系统/装置的具体结构及变形，因而在此不再赘述。凡是本发明上述实施例的方法所采用的系统/装置都属于本发明所欲保护的范围。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例，或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。

应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何附图标记理解成对权利要求的限制。词语“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件来具体体现。词语第一、第二、第三等的使用，仅是为了表述方便，而不表示任何顺序。可将这些词语理解为部件名称的一部分。

此外，需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员在得知了基本创造性概念后，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，权利要求应该解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也应该包含这些修改和变型在内。