Une équipe de recherche de l’Université des sciences de Tokyo (TUS) et du National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) a développé un système de mesure révolutionnaire qui révèle comment l’énergie est perdue dans les matériaux magnétiques doux. La découverte pourrait accélérer la conception de l’électronique de puissance de nouvelle génération, rendant les transformateurs, les moteurs et les systèmes d’énergie renouvelable plus petits, plus légers et plus efficaces.
Catchage du puzzle de la perte de fer
Les matériaux magnétiques doux sont essentiels aux appareils tels que les transformateurs et les générateurs, mais leur efficacité est fondamentalement limitée par la perte de fer, où l’énergie est gaspillée comme chaleur sous les champs magnétiques changeants. Aux hautes fréquences, le contributeur le plus significatif est la perte de courant de tourbillon excessive, causée par des mouvements irréguliers des parois du domaine magnétique (limites entre les régions magnétiques). Malgré son importance, l’origine physique de cette perte est restée claire.
Le bruit magnétique de Barkhausen (MBN) – minuscules signaux produits par les mouvements de la paroi du domaine – fournit une fenêtre sur ces dynamiques. Cependant, les systèmes existants n’ont pas la sensibilité et la bande passante pour capturer des événements MBN individuels avec suffisamment de clarté.
Un nouveau système large et haute sensibilité
Dirigée par le professeur adjoint Takahiro Yamazaki de TUS, l’équipe a créé un système de mesure MBN à haute bande de haute bande avec un gabarit de bobine à double couche, un blindage électromagnétique complet et un amplificateur à faible bruit personnalisé. Cette configuration a permis une détection à haute fidélité unique des impulsions MBN individuelles dans les rubans Fe – Si – B – P – Cu (Nanomet®).
«Notre principe directeur était de Mesurez ce qui était auparavant invalide», A déclaré le Dr Yamazaki. » Nous avons réussi à observer directement la relaxation du mur de domaine dans les rubans métalliques pour la première fois. «
Conclusions clés
- Preuve directe de la relaxation de la paroi du domaine: Le système a révélé des impulsions MBN isolées avec un temps de relaxation de ~ 3,8 μs – beaucoup plus court que les modèles conventionnels prédits.
- Nouveau modèle physique: L’équipe a montré que la perte de courant de tourbillon excessive découle principalement de l’amortissement du courant de Foucault pendant le mouvement de la paroi du domaine, et non de la viscosité magnétique intrinsèque.
- Chemin vers la conception du matériau: les rubans Nanomet® traités à la chaleur ont affiché un mouvement de paroi de domaine plus lisse, réduisant les amplitudes d’impulsion MBN et pointant des moyens de réduire la perte d’énergie par le contrôle microstructural.
Vers l’électronique de puissance plus verte
En clarifiant l’origine physique des pertes de courant de Foucault excessives, l’étude fournit une feuille de route pour l’ingénierie des matériaux magnétiques doux ultra-efficaces. Les applications potentielles comprennent des transformateurs à haute fréquence, des moteurs de véhicules électriques et des systèmes d’énergie renouvelable.
«Notre méthode ouvre de grandes possibilités de conception de matériaux magnétiques à faible perte», a déclaré le Dr Yamazaki. «Les informations aideront à créer des appareils avec une efficacité plus élevée, une amélioration des performances de conduite et une consommation d’énergie inférieure.»
