本發明涉及一種高頻低損耗軟磁鐵氧體磁芯的損耗和溫升有限元仿真分析，尤其涉及一種形狀更復雜的ee型磁芯的損耗及溫升有限元仿真分析。

背景技術：

1、功率電子元件是電力電子技術領域的基礎元器件，直接關系到電子信息產業、家居產業、計算機產業、通信產業、環保和節能技術的發展。近幾年來，隨著5g通訊技術和新能源電動汽車的發展，對功率電子元件的性能及其穩定性和可靠性提出了更高的要求。軟磁鐵氧體材料是功率電子元件的核心材料，其性能的優劣將直接決定功率電子元件的性能。在電能轉換過程中，由于鐵氧體磁芯材料磁損耗的產生，功率電子元件的能效降低；同時損耗的能量轉變為熱能，使電子元件的溫度上升，這極大地影響了其性能的穩定性和可靠性。目前業界和學術界對于鐵氧體磁損耗對電子元件溫升的影響研究較少。且不同的應用場景中，磁芯的形狀是多種多樣的，除了環形，還有更復雜的ei型、ee型和pq型等。對于復雜的磁芯形狀，分析磁芯的溫升和磁損耗的關系更加困難。

2、近年來，有限元仿真技術的發展，特別是電磁場與溫度場耦合方法的發展突飛猛進，如：在變壓器方面，balci等建立了鐵氧體n87中頻變壓器在不同冷卻方式下的熱模型，并對其進行了電磁和熱分析。tomczuk等在計算變壓器熱量時，運用磁熱耦合法，分析不同固體材料代替磁芯的發熱情況。liu等通過磁熱耦合分析，對鐵芯結構參數和繞組布置參數的調整，優化變壓器損耗，減少熱量，設計了在llc諧振變換器中不添加任何諧振電感的集成變壓器。在電機方面，ru等利用獨特的電磁場和熱場耦合原理對于浸沒式蒸發冷卻定子給出了一些計算和仿真，并設計出新的絕緣結構，使蒸發冷卻技術能夠發揮更好的作用，提高發電機的冷卻效果。jiang等采用磁熱雙向耦合方法研究了不同工況下雙凸起電磁電機溫度分布的變化，為電機冷卻設計提供參考。陳小軍等利用了有限元分析軟件搭建了高速永磁無刷直流電機磁熱耦合分析模型，對電機定子、轉子、永磁體等關鍵零部件進行了瞬態二維溫度場分析。在電纜方面，管廣域等使用matlab-ansys的聯合仿真，建立了超導電纜電磁熱耦合運行特性仿真系統，對超導電纜穩態運行下的電流分布、達到熱穩態的時長和穩態溫度分布進行了仿真分析，得到其電流、溫度和磁場分布情況。磁熱耦合方法在以上方面的快速發展，使得系統工作時復雜形狀磁芯溫升和磁損耗的關系的分析成為可能，但是目前業界和學術界針對高頻下、復雜形狀的鐵氧體磁芯損耗及溫升仿真分析較少。

3、綜上所述，運用有限元仿真結合磁熱耦合方法分析高頻下復雜形狀的鐵氧體的溫升情況具有重要應用和價值。

技術實現思路

1、本發明針對目前存在的問題提出了一種高頻低損耗軟磁鐵氧體的損耗及溫升有模擬分析方法。

2、本發明采用的技術方案如下：

3、一種軟磁鐵氧體的損耗與溫升模擬分析方法，包括：

4、步驟一、對待分析的軟磁鐵氧體進行幾何建模獲得磁芯模型及線圈模型；

5、步驟二、獲取待分析的軟磁鐵氧體的基本參數，包括：相對介電常數、電導率、密度、相對磁導率；基于待分析的軟磁鐵氧體材料的基本參數設置所述磁芯模型及線圈模型的材料；

6、步驟三、基于步驟一中獲得的磁芯模型及線圈模型設置邊界條件；

7、步驟四、將步驟一中獲得的線圈模型通過xy平面依據每個線圈分別切割出一個截面并將截面賦予激勵；

8、步驟五、在靜態場求解器中對步驟一中獲得的磁芯模型及線圈模型劃分網格并將劃分結果導入至渦流場或瞬態場求解器；

9、步驟六、設置求解參數，利用渦流場或瞬態場求解器進行仿真損耗；

10、步驟七、基于損耗結果求解溫度場，獲得溫升結果。

11、進一步地，所述軟磁鐵氧體為錳鋅鐵氧體、鎳鋅鐵氧體、金屬軟磁材料中的一種。

12、進一步地，所述軟磁鐵氧體的幾何結構磁芯結構，其中磁芯為圓環型、ei型、ee型或pq型。

13、進一步地，步驟一中，幾何建模將磁芯雙線圈簡化為單線圈進行建模。

14、進一步地，步驟五中，劃分網格采用面網格劃分或體網格劃分，其中面網格中包括基于趨膚深度及長度劃分網格兩種方式，體網格中包括基于長度劃分網格方式。

15、一種電子設備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，所述處理器執行所述計算機程序時實現如權利要求1-5任一項所述的一種軟磁鐵氧體的損耗與溫升模擬分析方法。

16、一種包含計算機可執行指令的存儲介質，所述計算機可執行指令在由計算機處理器執行時實現所述的一種軟磁鐵氧體的損耗與溫升模擬分析方法。

17、一種計算機程序產品，包括計算機程序/指令，該計算機程序/指令被處理器執行時實現所述的一種軟磁鐵氧體的損耗與溫升模擬分析方法的步驟。

18、與現有技術相比，本發明提出的磁熱耦合法對高頻下不同形狀功率鐵氧體磁芯工作時的溫升進行有限元仿真分析具有以下有益效果：

19、1、圓環磁芯形狀相對簡單，損耗和溫升比較有規律，測量起來簡單方便，但不同的應用場景中，磁芯的形狀是多種多樣的，除了環形，還有更復雜的ei型、ee型和pq型等。對于復雜的磁芯形狀，磁芯各個位置的溫升并不均勻，分析磁芯的溫升和磁損耗的關系更加困難，但又是很有意義的；本發明通過改進網格劃分方式，提升網格劃分精度，從而顯著提升了復雜結構的仿真精度。

20、2、本發明利用磁熱耦合法求解出的溫度場可以更加直觀的預測磁芯的溫升情況及熱點位置，也可以得到磁芯溫度隨時間變化的關系，而且本發明提出的仿真分析方法比實驗更高效。

21、本發明運用有限元仿真結合磁熱耦合方法分析高頻下復雜形狀的鐵氧體的溫升情況，并進行實測比較，驗證仿真模型的準確性。通過仿真方法可以更加直觀地預測不同類型磁芯的溫升情況，并且通過對導出的溫度分布進行后處理分析，也可用于磁芯熱點位置和溫度的確定。研究結果將為實際器件采用適當的冷卻散熱提供參考，提高電子元件性能的穩定性和可靠性。

技術特征：

1.一種軟磁鐵氧體的損耗與溫升模擬分析方法，其特征在于，包括：

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述軟磁鐵氧體為錳鋅鐵氧體、鎳鋅鐵氧體、金屬軟磁材料中的一種。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述軟磁鐵氧體的幾何結構磁芯結構，其中磁芯為圓環型、ei型、ee型或pq型。

4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，步驟一中，幾何建模將磁芯雙線圈簡化為單線圈進行建模。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟五中，劃分網格采用面網格劃分或體網格劃分，其中面網格中包括基于趨膚深度及長度劃分網格兩種方式，體網格中包括基于長度劃分網格方式。

6.一種電子設備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，其特征在于，所述處理器執行所述計算機程序時實現如權利要求1-5任一項所述的一種軟磁鐵氧體的損耗與溫升模擬分析方法。

7.一種包含計算機可執行指令的存儲介質，所述計算機可執行指令在由計算機處理器執行時實現如權利要求1-5任一項所述的一種軟磁鐵氧體的損耗與溫升模擬分析方法。

8.一種計算機程序產品，包括計算機程序/指令，其特征在于，該計算機程序/指令被處理器執行時實現權利要求1-5任一項所述的一種軟磁鐵氧體的損耗與溫升模擬分析方法的步驟。

技術總結
本發明提供了一種軟磁鐵氧體的損耗與溫升模擬分析方法，是運用磁熱耦合法對高頻低損耗功率MnZn鐵氧體環形和EE型磁芯工作時的溫升進行有限元仿真分析的方法。本發明通過改進網格劃分方式，提升網格劃分精度，從而顯著提升了復雜結構的仿真精度。仿真結果與實測進行對比，結果表明，損耗和溫度的仿真分析結果與實驗結果符合較好，且溫升誤差隨著損耗誤差的變化而變化。此外還給出了環形以及EE型磁芯的溫度隨時間變化情況和不同位置的溫度分布。研究結果表明，磁熱耦合法擬合可用于確定異形磁芯的發熱點位置和溫升情況，從而在設計時可采取適當的散熱措施，提高功率電子元件性能的穩定性和可靠性。

技術研發人員：應耀,楊一曲,車聲雷,喬梁,鄭精武,李涓,余靚
受保護的技術使用者：浙江工業大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28