Noyaux nanocristallins pour la protection EMI, le transformateur de courant et la transformation de puissance

Ce sont des alliages métalliques qui sont rapidement refroidis à partir de la fusion en rubans d’environ 20 µm d’épaisseur grâce à un processus de solidification rapide. Le refroidissement soudain préserve une structure amorphe (vitreuse). Certains alliages sont utilisés directement dans cet état comme matériaux magnétiques amorphes. Pour les matériaux nanocristallins, un traitement thermique ultérieur – parfois dans un champ magnétique – produit une nanostructure qui entraîne des propriétés magnétiques exceptionnelles: haute perméabilité, faibles pertes, faible magnétostriction et une induction de saturation élevée (>1,2 T).

Le ruban est coupé à la largeur et enroulé en cylindres en forme d’anneau (cœurs toroïdaux). Si nécessaire, ceux-ci sont fixés dans d’autres formes (ovale, rectangulaire) à l’aide de gabarits. Cela est suivi d’un traitement thermique dans une atmosphère protectrice, parfois dans un champ magnétique, pour détendre le noyau et définir les propriétés magnétiques cibles. Le noyau est ensuite enduit ou collé dans un boîtier, et éventuellement imprégné pour une stabilité supplémentaire.

Un aspect fascinant des matériaux nanocristallins est leur flexibilité. En ajustant le traitement thermique, une large gamme de propriétés magnétiques peut être définie:

• Boucles d’hystérésis plates (linéaires) avec des perméabilités de quelques milliers à environ 200 000
• Boucles rondes avec des perméabilités maximales jusqu’à 600 000
• Boucles rectangulaires avec des niveaux de rémanence de 90 à 97 % de l’induction de saturation

Grâce à une induction de saturation 3 à 4 fois supérieure, une perméabilité supérieure jusqu’à environ 100 kHz, et une haute résistance à la température (jusqu’à 200 °C), les noyaux nanocristallins sont idéaux pour:

• Transformateurs compacts et à faible perte (5-100 kHz)
• Selfs de mode commun large bande économisant de l’espace (CMC)
• Transformateurs de courant haute précision et capteurs RCD
• Certains types d’inducteurs push-pull

Ils sont particulièrement utilisés dans les industries automobile, aérospatiale, la technologie d’installation et la robotique.

Oui, plusieurs classes de matériaux existent. Pour les applications industrielles, un matériau offrant le meilleur rapport coût-performance est devenu standard – initialement développé sous la marque Finemet par Hitachi Metals, désormais disponible en de nombreuses variantes.

La magnétostriction décrit l’interaction entre la magnétisation et la déformation mécanique. Elle peut entraîner des effets indésirables tels que le bruit du transformateur (bourdonnement) ou des changements dans les propriétés magnétiques sous contrainte mécanique. Avec des processus optimisés, tels que l’utilisation du matériau Acal BFi kOr 120, une performance pratiquement sans magnétostriction est atteinte, permettant des perméabilités stables supérieures à 100 000.

La qualité des noyaux nanocristallins dépend de la stabilité du processus tant pour la production des bandes que des noyaux. Seuls quelques fabricants dans le monde garantissent une qualité de bande constante. Les fabricants de noyaux fiables ont une longue expérience en production de série et offrent des conceptions personnalisées utilisant des matériaux de haute qualité.

Acal BFi propose le matériau standard sans magnétostriction kOr 120, ainsi que des variantes spécialisées kOr 118 et kOr 122. Les noyaux anneaux et les noyaux à bande coupée sont disponibles dans des tailles standard établies. Sur demande, Acal BFi développe des solutions personnalisées en termes de forme, de dimensions, de perméabilité, de rémanence, de découpes, d’entrefer, de boîtiers ou de revêtements – de manière efficace et rentable.

La perméabilité (µ) décrit la capacité à guider le flux magnétique. Une haute perméabilité augmente l’inductance ou l’impédance, idéale pour les transformateurs, selfs de mode commun ou capteurs RCD. À des fréquences élevées, la perméabilité effective diminue, de sorte que les matériaux à faible perte deviennent plus critiques. Une perméabilité plus faible permet des courants de saturation plus élevés, bénéfique dans les selfs push-pull et les transformateurs de courant sensibles au courant continu.

La coupe des noyaux imprégnés introduit des entrefer qui réduisent la perméabilité effective (généralement 2 500 à 10 000) et permettent l’enroulement sur des bobines. Des entrefer plus grands peuvent être ajoutés pour réduire davantage la perméabilité et améliorer la résistance à la saturation et la linéarité – offrant des avantages par rapport aux noyaux en poudre avec une perméabilité comparable.

Les noyaux revêtus ou logés peuvent être enroulés directement avec un fil de cuivre émaillé. Pour séparer les enroulements dans les transformateurs ou selfs de mode commun, des entretoises peuvent être utilisées. Les noyaux à bande coupée sont généralement montés sur des bobines sans revêtement. Pour les applications à haute intensité, les câbles ou les barres omnibus sont souvent passés directement à travers des noyaux en anneaux ou ovales.