Aislamiento magnético de alta conductividad y baja pérdida: estrategia de control de separación de la pérdida de vórtice y la pérdida de estancamiento magnético en el diseño de carga inalámbrica

En la revisión del diseño del receptor de carga inalámbrica, la selección del aislamiento magnético a menudo se simplifica a una comparación de parámetros: quien tenga una mayor permeabilidad magnética es mejor. Sin embargo, cuando los ingenieros pegan dos separadores magnéticos con una conductividad magnética nominal similar a la misma placa receptora para probar, el aumento de temperatura puede variar de 8 a 12 ° C y la eficiencia de carga puede variar de 3 a 6 puntos porcentuales.

La raíz de la diferencia no radica en la permeabilidad magnética en sí, sino en la pérdida, más precisamente en la composición proporcional de la pérdida de vórtice y la pérdida de estancamiento magnético.

Diferencia de peso entre los dos mecanismos de pérdida

La placa magnética funciona en un campo magnético alternativo, y su pérdida se compone de una pérdida de estancamiento magnético y una pérdida de vórtice. La pérdida de estancamiento magnético proviene del movimiento irreversible de la pared del dominio magnético durante la Magnetización del material, que es directamente proporcional a la fuerza coercitiva del material hc. La pérdida de vórtice proviene de la corriente de vórtice inducida por el campo magnético alternativo en el interior del material conductor, que es proporcional a la resistencia eléctrica del material y al cuadrado de la frecuencia.

Las direcciones de dependencia de estas dos pérdidas de los parámetros del material no son consistentes. Reducir la pérdida de estancamiento requiere reducir la fuerza coercitiva, mientras que reducir la pérdida de vórtice requiere aumentar la resistencia eléctrica o reducir el tamaño de la unidad de material. En los materiales de ferritas, la resistencia eléctrica es naturalmente alta (generalmente en la magnitud de 10 ⁶ Omega · cm), la pérdida de vórtice se puede ignorar y la pérdida de estancamiento magnético es la principal contradicción. Pero en las aleaciones nanocristalinas y amorfas, la resistencia es solo una milésima parte de la de las ferritas, y la pérdida de vórtice se convierte en la dominante, especialmente a frecuencias de trabajo por encima de 100 khz, la pérdida de vórtice puede representar más del 70% de la pérdida total.

Patrón de campo magnético roto: cortar la ruta de vórtice desde la fuente

El medio central para controlar la pérdida de vórtice de las pastillas de aislamiento magnético de nanocristales es el tratamiento de campo magnético roto: dividir las tiras de nanocristales continuas en pequeños fragmentos aislados entre sí y cortar el camino cerrado de vórtice en una gran área.

El diseño del patrón del imán roto afecta directamente el efecto de supresión de la pérdida de vórtice. El proceso de rotura magnética revelado en la literatura patentada utiliza un rollo de acero magnético roto con un patrón cuadrado en la superficie, con una longitud lateral del patrón de 0,5 - 1,5 mm y una presión de rodadura de 100 - 300 kg. la brecha entre las unidades de fragmentos se llena de aire, mientras que la resistencia del aire es mucho mayor que la de las aleaciones nanocristalinas, estableciendo así una barrera aislada efectiva entre los fragmentos. La elección del tamaño del fragmento requiere un equilibrio entre la pérdida de vórtice y la conductividad magnética: cuanto menor sea el fragmento, más corta será la ruta del vórtice y menor será la pérdida de vórtice; Sin embargo, el área de brecha entre los fragmentos aumenta y la permeabilidad magnética efectiva del material disminuirá.

La forma de llenar la brecha de escombros es igualmente crítica. Si los fragmentos están completamente llenos de película adhesiva, la adherencia y la contracción solidificada de la capa adhesiva generan tensión en los fragmentos, lo que hace que la orientación de los fragmentos cambie, las grietas aumenten y, en última instancia, reduzcan la permeabilidad magnética. La mejor solución es llenar al menos parcialmente los huecos entre los escombros con aire, que es tanto un aislador como un medio no magnético y no genera tensión adicional sobre los escombros. La tecnología avanzada de la Academia adopta un esquema de llenado de brecha de aire en el proceso de trituración magnética, que se combina con el primer recubrimiento (recubrimiento térmico o disipador de calor) para evitar que el pegamento de doble cara entre en la brecha de escombros, manteniendo la estabilidad de la conductividad magnética mientras controla la pérdida de vórtice.

Supresión de la pérdida de estancamiento magnético: reducción de la fuerza coercitiva desde la fuente del material

Después de la solución de la pérdida de vórtice, la pérdida de estancamiento magnético se convierte en la principal composición de la pérdida restante. La pérdida de estancamiento magnético es proporcional a la fuerza coercitiva hc, que es muy sensible al Estado de tratamiento térmico del material.

En el proceso de preparación de la tira nanocristalina, el precursor amorfo forma una estructura nanocristalina después del tratamiento térmico. Cuando el tamaño del grano se controla en el rango de 10 - 20 nm, el material muestra excelentes propiedades magnéticas blandas: la fuerza coercitiva HC puede reducirse por debajo de 1,0 A / m, muy por debajo del nivel de fuerza coercitiva de las ferritas tradicionales. Esta baja fuerza coercitiva se traduce directamente en una baja pérdida de estancamiento magnético, lo que hace que la ventaja de pérdida de las pastillas de aislamiento magnético nanocristalinas en condiciones de alta corriente sea más obvia.

Sin embargo, en el escenario de carga inalámbrica de alta potencia, la pérdida de estancamiento magnético también está limitada por la inducción magnética saturada bs. La inducción magnética saturada de las ferritas es de aproximadamente 0,4 t, mientras que la inducción magnética saturada de los materiales nanocristalinos puede alcanzar más de 1,2 T. Un BS más alto significa que el material entra en la zona saturada con una mayor intensidad de campo magnético, y el área del bucle de estancamiento magnético es menor cuando el punto de Trabajo está lejos de la zona saturada, y la pérdida de estancamiento magnético es menor. En escenarios de carga inalámbrica a bordo o industrial de más de 50 w, esta diferencia determina directamente si los separadores magnéticos experimentarán anomalías de saturación y sobrecalentamiento local durante el Trabajo.

Prioridad de control de pérdidas en diferentes frecuencias

La frecuencia de funcionamiento del estándar Qi es de 110 - 205 khz, y la frecuencia de funcionamiento del estándar de resonancia airfuel es de 6,78 mhz. La diferencia de frecuencia cambia la relación de peso entre las dos pérdidas.

En la banda de baja frecuencia de 110 - 205 khz, aunque la pérdida de vórtice todavía existe en materiales nanocristalinos, la proporción de la pérdida de estancamiento magnético aumenta relativamente. En este momento, el diseño del patrón de imán roto se centra en garantizar que la permeabilidad magnética no disminuya excesivamente debido a la fragmentación. En la Sección de alta frecuencia de 6,78 mhz, la pérdida de vórtice es directamente proporcional al cuadrado de la frecuencia, su proporción aumenta rápidamente, y el grado de refinamiento del patrón magnético roto se convierte en una variable clave en el control de la pérdida. La selección de separadores magnéticos en el escenario airfuel debe dar prioridad a confirmar los datos de pérdida de vórtice del material a 6,78 mhz, en lugar de centrarse solo en los valores de permeabilidad magnética a baja frecuencia.

La siguiente tabla resume las diferencias en las estrategias de control de los dos mecanismos de pérdida bajo diferentes frecuencias:

Tres juicios de ingeniería en la selección del modelo

Para la selección de separadores magnéticos en el extremo receptor de carga inalámbrica, solo prestar atención a los valores de permeabilidad magnética ya no es suficiente para distinguir las diferencias reales de rendimiento del material. Los datos de verificación de las siguientes tres dimensiones pueden ayudar a los ingenieros a hacer juicios más precisos.