Costo do processo de fragmentação magnética para separadores magnéticos nanocristalinos: compensação de engenharia entre perdas de corrente de eddy e fiabilidade de dobramento

Na seleção de separadores magnéticos nanocristalinos para receptores de carga sem fio, a permeabilidade magnética é geralmente o primeiro parâmetro a ser considerado. Uma faixa nanocristalina com uma permeabilidade magnética inicial superior a 80000 parece ser um material ideal de direção do fluxo magnético. Mas quando é feita em uma folha de isolamento magnético acabada e ligada à parte de trás da bobina de recepção, a permeabilidade magnética efetiva é muitas vezes apenas 800-1500. Essa lacuna não é um defeito de processo, mas um resultado inevitável do processo de demagnetização.

A fragmentação magnética é um processo chave na transformação de separadores magnéticos nanocristalinos de "strip" para "sheet", e também é o ponto de partida para entender a contradição entre sua perda e confiabilidade.

Por que o magnétismo quebrado não pode ser omitido: limitações físicas da perda corrente de Eddy

Ligações nanocristalinas são materiais metálicos com resistência de apenas cerca de 130 Ω· cm, muito menor que ferritos. No campo magnético alternado de carga sem fio, baixa resistência significa que correntes de eddy significativas serão induzidas dentro da faixa contínua de grande área, e perdas de corrente de eddy dominam as perdas totais. Se não for tomado tratamento, maior é a área de tira, maior é o caminho de fechamento da corrente, maior é a perda, e a eficiência de carga é diretamente reduzida, resultando em um aumento da temperatura.

A função da demagnetização é dividir linhas contínuas de nanocristalina em pequenos fragmentos isoladores mutuamente, cortando o caminho fechado de correntes de eddy sobre uma grande área. A resistência elétrica da distância do ar entre fragmentos é muito maior que a da própria ligação, e as correntes de eddy só podem formar pequenos ciclos dentro de fragmentos individuais, suprimindo grandes perdas. O tamanho do fragmento é geralmente na faixa de 0,005-20 mm, e o espaço de fragmentação comum na indústria é de cerca de 0,5-2 mm.

O primeiro custo da fragmentação magnética: uma diminuição sistemática da permeabilidade magnética efetiva

A permeabilidade magnética efetiva do separador magnético fragmentado é muito menor do que o valor inicial da faixa. A permeabilidade magnética inicial da faixa de nanocristalina original pode atingir mais de 80000, mas após fragmentação e laminação, a permeabilidade magnética efetiva do produto acabado normalmente fica dentro da faixa de 800-1500. A causa raiz do declínio está na "lacuna de ar" formada pela lacuna de resíduos no circuito magnético. As linhas de campo magnético precisam saltar entre fragmentos ao penetrar o separador magnético, e cada salto é equivalente a um aumento da resistência magnética. Quanto menor o fragmento e maior a área total de lacuna, mais significativa é a perda de permeabilidade magnética efetiva.

Esse custo é diretamente transmitido como uma diminuição da eficiência de acoplamento no receptor de carga sem fio. A função central de um separador magnético é limitar o fluxo magnético e reduzir a fuga. Permabilidade magnética eficaz insuficiente significa que algumas linhas magnéticas não podem ser orientadas para a área de acoplamento da bobina, resultando em fuga aumentada e desvio do valor de indução da bobina receptora do valor projetado. Para o intervalo de frequência operacional de 110-205 kHz de acordo com o padrão Qi, a correspondência de ressonância LC no extremo receptor é sensível a mudanças na indução, e as flutuações de lote na permeabilidade magnética efetiva serão diretamente convertidas em uma mudança na frequência de ressonância.

Mas a diminuição da permeabilidade magnética causada por cinta magnética quebrada não é sem espaço de compensação. A magnetização de alta saturação Bs (cerca de 1,2-1,25 T) de materiais nanocristalinos é muito maior que a de ferritos (0,4-0,5 T), o que permite que separadores magnéticos nanocristalinos alcançam efeitos de orientação do fluxo magnético comparáveis aos ferritos em espessuras de camadas magnéticas mais finas. Quando a permeabilidade magnética é a mesma que 600, os nanocristais só precisam de 0,11 mm para alcançar a condutividade magnética equivalente de ferrito 0,27 mm, com uma eficiência de carga cerca de 2,5 pontos percentuais mais elevada e um aumento da temperatura 7-8 [UNK] menor. Os altos Bs servem como um "buffer pad" para o custo da fragmentação magnética, permitindo aos engenheiros ajustar espessura e eficiência mesmo após uma diminuição da permeabilidade magnética.

O segundo custo da fragmentação magnética: a derivação μ sob estresse de dobramento

A maneira como o magnetismo fragmentado proporciona flexibilidade ao separador magnético é transferindo tensão de dobramento para as lacunas entre os fragmentos. A unidade fragmentada passa por deslizamento relativo durante a dobra, e a camada adesiva e a lacuna de ar absorvem a deformação. Macroscopicamente, a folha pode aderir à superfície curva sem quebrar. Mas esse mecanismo também introduz um perigo de confiabilidade: o comprimento da lacuna de fragmento é sensível ao estresse dobrado.

As próprias ligas nanocristalinas são mecânicamente muito fracas, e o estado de crack dentro dos fragmentos vai mudar sob estresse de dobramento. Os microcracks existentes podem se propagar, e o comprimento de distância entre fragmentos também pode mudar devido à deformação da camada adesiva. Qualquer mudança no comprimento da lacuna alterará a lacuna de ar equivalente no circuito magnético, mudando assim a parte real da permeabilidade magnética μ '. A derivação de μ 'não diminui unidirecionalmente, mas depende da direção do estresse e da orientação do fragmento, o que pode aumentar ou diminuir. Essa incerteza dificulta a predição da correspondência de ressonância após a montagem.

Processo de anelação: encontrar uma janela entre propriedades magnéticas suaves e dureza dobrada

O custo da demagnetização depende em grande parte do estado de anelação da banda nanocristalina antes da demagnetização. A anelação determina o tamanho de grãos, coercividade e estresse residual, que simultaneamente afetam propriedades magnéticas suaves e fraqueza mecânica.

A faixa de nanocristalina obteve uma estrutura uniforme de grãos de 10-20 nm através da rápida solidificação e cristalização anelando, com uma coercividade Hc reduzida para inferior a 0,8 A/m e perdas controladas dentro de 20 W/kg a 100 kHz/0,1 T. A baixa coercividade reduz diretamente a perda de histerese, permitindo ao material manter baixa perda residual mesmo após a demagnetização.

Mas o processo de anelação tem uma janela estreita. Pesquisas sobre ligações nanocristalinas baseadas em Fe mostram que anelação rápida pode manter tensão de fratura em um nível útil, ao mesmo tempo que atinge altos Bs e baixo Hc; Se o tempo de anelação for muito longo, intensificará o gradiente do elemento na interface amorfa/cristalina, suprimirá a formação de bandas de corte e aumentará a fraqueza macroscópica. Isso significa que a precisão do controle do processo de anelação pelo fornecedor não só determina a permeabilidade magnética inicial e perda do separador magnético, mas também determina sua estabilidade μ 'após montagem e dobramento.

A tabela seguinte resume o custo e o espaço ajustado do processo de demagnetização em duas dimensões:

Três julgamentos de engenharia em seleção

Para a seleção de separadores magnéticos nanocristalinos, focar exclusivamente na permeabilidade magnética inicial da faixa ou na permeabilidade magnética nominal do produto acabado já não é suficiente para prever o desempenho real. As três dimensões seguintes dos dados podem refletir melhor a disponibilidade de materiais em condições de trabalho reais.