Steinmetz式 — CAE术语解说

Steinmetz式是 P = k·f^α·B^β 的经验公式，用周波数f和磁通密度B的函数来估计磁性体铁心的损失。k、α、β是材料固有系数，从制造商数据手册中确定。例如对于硅钢板（35A300），α≈1.5、β≈2.0是典型值。

完全正确。铁损包含两个分量：滞后损（与f成正比）和涡流损（与f²成正比），两者相加后与f的1~2次方成正比。所以对于电动汽车电机的高速旋转区域（数百Hz）或功率电子器件的开关频率（数十kHz~数百kHz），铁损成为主要发热源。逆变器的开关噪声产生的高次谐波流入铁芯的铁损也不能忽视。

在JMAG、Ansys Maxwell等电磁场求解器中，首先用有限元法计算各单元的磁通密度波形，然后在后处理阶段使用Steinmetz式（或改进版本）计算各单元的铁损。对于非正弦波形通常使用iGSE（改进的广义Steinmetz方程）。

磁场计算本身是用Maxwell方程进行的，铁损是从计算结果进行的后处理。

磁性材料制造商（JFE钢铁、新日铁住金等）的产品目录中刊登了各周波数、磁通密度下的铁损值。对该数据进行对数图表的最小二乘法拟合，即可确定k、α、β。但在宽泛的周波数和磁通密度范围内，单一组系数精度不够，实务上通常将范围分段，准备多组系数。

理解铁损的内部组成和B-H曲线是前提条件。

高速旋转区域效率下降的大部分原因都是铁损，所以材料选择（电磁钢板厚度和等级）和铁损模型精度直接相关。仅从0.35mm板改为0.20mm板，涡流损就能大幅降低，所以要从设计和仿真两个方面来综合考虑。