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En la revisión del diseño del cargador de auriculares TWS y el reloj inteligente, los criterios de selección de las pastillas de aislamiento magnético están experimentando un cambio sutil. Hace unos años, los parámetros centrales que preocupaban a los ingenieros eran la permeabilidad magnética y la inducción magnética saturada. Hoy en día, en condiciones de montaje en las que el espesor se comprime a menos de 0,5 mm y la superficie de montaje cambia de plano a superficie curva, la "flexibilidad" y el "ultradelgado" han reemplazado a la "conductividad magnética" como las principales condiciones de selección.
Este cambio plantea un problema de ingeniería fácilmente ignorado: la flexibilidad no es gratuita.
De dónde viene la flexibilidad: la esencia física del proceso de trituración magnética
La conductividad magnética de la tira de aleación nanocristalina a granel es extremadamente alta, pero es dura y crujiente. Una tira de nanocristales no tratada producirá una rotura incontrolable y la dispersión de fragmentos al doblarse, y las propiedades magnéticas se perderán por completo. Para que este material sea "flexible", se necesita pasar por un proceso llamado magnetismo roto.
La esencia del magnetismo roto es dividir las tiras nanocristalinas continuas en pequeños fragmentos aislados entre sí de manera controlada. Las brechas entre las unidades de fragmentos se llenan con aire o material aislante, estableciendo así una barrera de resistencia entre los fragmentos, cortando el camino cerrado del vórtice en grandes áreas. 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 razón por la que el imán roto puede doblarse sin fallar es porque la tensión de flexión es "absorbida" por la brecha entre los fragmentos. La unidad de fragmentos se desliza relativamente cuando se dobla, lo que se manifiesta macroscópicamente como la flexibilidad del material, y cada fragmento en sí no ha experimentado una deformación significativa. Las películas adhesivas a ambos lados fijan los fragmentos, incluso si se doblan hasta el Estado de fractura, los fragmentos no se dispersan y las propiedades electromagnéticas se pueden mantener.
El primer costo del magnetismo roto: la disminución de la permeabilidad efectiva
La permeabilidad magnética efectiva de la placa de aislamiento magnético después de romper el magnetismo es mucho menor que la permeabilidad magnética inicial de la tira original. La conductividad magnética inicial de la tira nanocristalina original puede alcanzar entre 30.000 y 80.000, pero después del proceso de trituración y laminación, la conductividad magnética efectiva del producto terminado generalmente se reduce a 800 - 1500. Esta disminución no es un defecto tecnológico, sino el resultado inevitable de la estructura fragmentada: la brecha entre los fragmentos forma una resistencia magnética, las ondas electromagnéticas necesitan "saltar" entre los fragmentos al penetrar en el imán, y la ruta magnética efectiva se corta.
En el extremo receptor de carga inalámbrica, la función central de la placa de aislamiento magnético es guiar la línea de fuerza magnética, restringir el flujo magnético en el área de acoplamiento de la bobina y proteger la pérdida de vórtice de la placa trasera metálica. Si el magnetismo roto causa una permeabilidad magnética efectiva demasiado baja, la línea de fuerza magnética no se puede guiar completamente, la fuga magnética aumenta, el coeficiente de acoplamiento de la bobina disminuye y la eficiencia de carga se reduce. En los módulos de carga inalámbrica típicos de 15w, la pérdida de vórtice de la placa trasera metálica puede reducir la eficiencia de carga entre un 18% y un 25% sin el uso de separadores magnéticos; Después de adoptar una placa magnética de nanocristales de alto rendimiento, la pérdida de vórtice se puede reducir a menos del 3%, y la eficiencia general se puede mejorar en 8 - 12 puntos porcentuales. Pero la premisa de esta mejora es que el tamaño de los fragmentos y el modo de llenado de la brecha del proceso de trituración magnética se controlan con precisión.
El segundo costo del magnetismo roto: el desprendimiento de la interfaz y la integridad del Circuito magnético
Las láminas magnéticas flexibles suelen estar compuestas por capas magnéticas después de romper el magnetismo en varias capas a través de pegamento de doble Cara. La intención original del diseño de la estructura multicapa es obtener suficiente flujo magnético dentro de un espesor limitado, pero cada interfaz de capa se ha convertido en un punto de falla potencial.
Durante la flexión repetida o el ciclo térmico, el deslizamiento relativo entre las unidades de fragmentos producirá un esfuerzo de cizallamiento periódico en la capa de pegamento. Bajo la acción de la adherencia y la contracción de la solidificación, la capa adhesiva produce tensiones adicionales en los fragmentos, lo que resulta en cambios en la orientación de los fragmentos, expansión de las grietas y, en última instancia, disminución de la permeabilidad magnética. Este proceso se acelera cuando el radio de flexión es pequeño (por ejemplo ≤ 3 mm) o cuando el número de curvas es mayor (por ejemplo, más de 1000).
El problema más oculto es la forma de llenar la brecha de escombros. Si las piezas están completamente rellenas por la capa de pegamento, la adherencia de la capa de pegamento genera una presión de extrusión sobre las piezas, lo que resulta en deformación y cambio de orientación de las piezas. 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. En algunos esquemas de proceso, la capa aislante penetra en la brecha de los escombros para formar un soporte amortiguador para evitar colisiones y microfragmentaciones entre los escombros, lo que es particularmente importante en condiciones de flexión.
El tercer precio de la flexibilidad: la compensación entre ultradelgado y pérdida
Otra tendencia de diseño de los separadores magnéticos flexibles es el ultradelgado. En la actualidad, el espesor de una sola capa de las pastillas de separación magnética nanocristalina más líderes ha alcanzado los 16 micras, y el rango de espesor del producto típico es de 0018 - 0,1 mm. en la misma eficiencia, el espesor típico de las pastillas de separación magnética nanocristalina es de solo 0,11 mm, mientras que la ferrita necesita 0,27 mm, la eficiencia de carga es aproximadamente un 2,5% superior y el aumento de temperatura es de 7 - 8 ° c.
Pero el adelgazamiento también tiene un costo de pérdida. La capacidad de carga del flujo magnético de la placa magnética es proporcional a su área transversal. Cuando el espesor se comprime de 0,27 mm a 0,11 mm, el flujo magnético que puede soportar el mismo sistema de materiales disminuye en aproximadamente un 60%. Esto significa que bajo la misma frecuencia de trabajo y densidad de flujo magnético, el punto de trabajo de la placa magnética ultradelgada está más cerca de la zona saturada, una vez que entra en la saturación, la conductividad magnética disminuye drásticamente, el campo magnético penetra en la placa magnética y entra en la capa metálica, y el aumento de la temperatura del vórtice y el deterioro de la eficiencia de carga ocurren simultáneamente.
La inducción magnética saturada BS de los materiales nanocristalinos es de aproximadamente 1,2 - 1,25 t, aproximadamente tres veces mayor que la de las ferritas (0,35 - 0,45 t), una característica de alta BS que proporciona una base física para el ultrafiltramiento. Sin embargo, en escenarios de alta potencia (como la carga inalámbrica del vehículo por encima de 50w), incluso las pastillas de separación magnética nanocristalinas deben superponerse en varias capas para garantizar una capacidad de carga de flujo magnético suficiente.
La siguiente tabla compara las necesidades de espesor y los puntos clave del control de pérdidas de los separadores magnéticos flexibles en diferentes escenarios de aplicación:
Lógica anti - selección de restricciones flexibles
Para los ingenieros que necesitan separadores magnéticos flexibles, la lógica de selección debe partir de la restricción de "flexibilidad" para deducir la relación de coincidencia entre el sistema de materiales y el plan de proceso en sentido inverso.
Primero, confirme la coincidencia entre el radio de flexión y el tamaño de los fragmentos magnéticos rotos.
Cuanto menor sea el radio de flexión, mayor será la amplitud de deslizamiento relativa entre las unidades de fragmentos y mayor será el esfuerzo de cizallamiento soportado por la capa de pegamento. Para aplicaciones con un radio de flexión ≤ 3 mm, el tamaño del fragmento debe controlarse en un rango más pequeño (por ejemplo, 0,5 - 1,5 mm) para dispersar el esfuerzo de flexión. Al seleccionar el modelo, se debe confirmar al proveedor que la permeabilidad magnética efectiva del producto en el radio de flexión real mantiene los datos, en lugar de mirar solo los valores iniciales. La vida útil de flexión dinámica de algunos productos supera los 1000 veces, y el radio de flexión es ≤ 3 mm (180 ° sin grietas).
En segundo lugar, evaluar el impacto del modo de llenado de la brecha de escombros en la pérdida
Si el aislamiento magnético necesita trabajar durante mucho tiempo en un ambiente de alta temperatura y alta humedad, la brecha de escombros rellena de película adhesiva puede cambiar las propiedades de aislamiento eléctrico debido al envejecimiento del coloide, y la pérdida de vórtice aumenta. La elección de un esquema de relleno de brecha de aire o diseño de capa permeable aislada es más ventajosa en fiabilidad a largo plazo. 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 un recubrimiento de conducción térmica o disipación 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.
En tercer lugar, se retrocede el margen de saturación desde el nivel de potencia del sistema.
Para aplicaciones de más de 15w, la densidad de flujo magnético de trabajo de la placa de aislamiento magnético es cercana o superior a la inducción magnética saturada de la ferrita. Al seleccionar el modelo, se debe confirmar la tasa de retención de la permeabilidad del material a la densidad de flujo magnético de trabajo, en lugar de mirar solo la permeabilidad inicial. El BS de las pastillas de separación magnética nanocristalinas es de aproximadamente 1,2 - 1,3 t, 2,5 - 4 veces mayor que la de las ferritas, y el punto de Trabajo está lejos de la zona saturada a la misma densidad de flujo magnético. Sin embargo, los productos ultrafinos tienen una capacidad de carga de flujo magnético más baja al mismo espesor, y los escenarios de alta potencia deben compensarse a través de la superposición de varias capas.
Academia avanzada (shenzhen) Technology co., Ltd.La placa de aislamiento magnético flexible adopta una estructura compuesta de banda nanocristalina y ferrita, con una conductividad magnética inicial de 8000 - 30000, una conductividad magnética efectiva del producto terminado de 150 - 2000 personalizable, una inducción magnética saturada de aproximadamente 1,2 t, una fuerza coercitiva ≤ 1,0 A / m, una pérdida ≤ 10 W / kg @ 20khz / 0,5t y una temperatura de Curie ≥ 500 ° c.
El producto mantiene una conductividad magnética estable entre - 40 ° C y 150 ° c, soporta bobinas, láminas, troquelado en forma especial, pegamento trasero y compuesto multicapa, y puede personalizar los parámetros de acuerdo con las limitaciones de frecuencia, potencia y espacio específicas. Para más información técnica, visitehttp://www.avanzado.cn/.