O sistema de medição MBN de alta sensibilidade de banda larga, apresentado neste estudo, esclareceu a origem física das perdas de corrente de Foucault em Materiais Magnéticos Magnéticos, oferecendo insights cruciais para o desenvolvimento de eletrônicos de potência eficientes e de alta frequência. Crédito: Dr. Takahiro Yamazaki da Universidade de Ciência de Tóquio, Japão
Os materiais magnéticos moles podem ser facilmente magnetizados e desmagnetizados, o que os torna um componente essencial em dispositivos de energia elétrica, como geradores, transformadores e amplificadores. À medida que os eletrônicos de potência avançam em direção à operação de alta frequência, a demanda está crescendo para materiais magnéticos moles de baixa perda.
A eficiência desses materiais é fundamentalmente limitada pela perda de ferro, onde a energia é perdida como calor quando um campo magnético variável passa através deles, como é típico em transformadores e geradores. A perda de ferro consiste principalmente em perda de histerese, perda de corrente clássica de redemoinho e excesso de perda atual de Foucault. Entre eles, o excesso de perda de corrente de Foucault se torna cada vez mais dominante em altas frequências, mas seus mecanismos não são claramente entendidos.
Quando um campo magnético variável passa por um condutor, ele gera correntes de Foucault, parecendo redemoinhos em água na água. Essas correntes desperdiçam energia como calor, conhecido como perda de corrente clássica do redemoinho. O excesso de perda de corrente de Foucault, no entanto, surge devido a correntes de Foucault localizadas induzidas pelo movimento irregular de paredes de domínio magnético (DWS) sob um campo magnético variável. Os DWs magnéticos são limites que separam pequenos domínios magnéticos, separando regiões magnetizadas uniformemente.
O ruído magnético de Barkhausen (MBN) serve como uma sonda chave para a dinâmica DW. No entanto, os sistemas atuais de medição do MBN não possuem a cobertura de frequência ampla e a alta sensibilidade necessárias para capturar os eventos individuais do MBN, dificultando a compreensão da relação entre a dinâmica do DW e as perdas de corrente de Foucault.
Para abordar essa lacuna, uma equipe de pesquisa liderada pelo professor assistente Takahiro Yamazaki do Departamento de Ciência e Tecnologia de Materiais da Universidade de Ciência de Tóquio (TUS), Japão, desenvolveu um sistema de medição MBN de banda larga e de alta sensibilidade. Eles usaram esse sistema para investigar a dinâmica magnética de DW em 25 μM de espessura de Fe-Si-B-P-Cu (Nanomet), uma classe de ligas magnéticas moles.
A pesquisa é publicada na revista IEEE Access.
O Dr. Yamazaki explica: “O entendimento mais fundamental com base em nossos estudos anteriores é que ‘medir o que antes era imensurável”. Com o nosso sistema de medição MBN de alta sensibilidade de banda larga, obtivemos com sucesso a captura de alta fidelidade de pulsos MBN individuais, fornecendo evidências experimentais diretas de relaxamento magnético de DW em fitas metálicas “.
A equipe também incluiu o pesquisador sênior Shingo Tamaru, do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia Industrial Advanced (AIST), Japão, e o professor Masato Kotsugu, da TUs.
O sistema de medição MBN desenvolvido integra um gabarito de bobina de camada dupla com blindagem eletromagnética completa, fiação e um amplificador de baixa ruído personalizado. Projetado para minimizar o ruído, mantendo uma largura de banda larga, o sistema permite a captura de pulsos de MBN individuais com a fidelidade mais alta possível. Esse sistema permitiu à equipe visualizar efetivamente o comportamento de relaxamento e a avaliação precisa do DWS, concentrando -se nas características microestruturais associadas à dissipação de energia.
Usando essa configuração, a equipe observou pulsos MBN isolados claros, indicativos de relaxamento DW, em fitas nanometas amorfas. Esses materiais têm coercividade excepcionalmente baixa e são bem conhecidos por suas propriedades magnéticas moles. A análise estatística dos pulsos capturados revelou uma constante média de tempo de relaxamento de aproximadamente 3,8 μs com um desvio padrão de cerca de 1,8 μs, muito menor que os valores previstos por modelos convencionais.
Para explicar essa diferença, eles construíram um novo modelo físico de relaxamento DW. O modelo mostrou que o amortecimento causado pelas correntes de redemoinho gerado durante o movimento DW é a principal causa de excesso de perda de corrente de Foucault, em vez da viscosidade magnética intrínseca dos próprios DWs. Isso esclarece experimentalmente e teoricamente a origem física das perdas atuais de excesso de redemoinho, oferecendo informações cruciais para o futuro design de materiais.
A equipe utilizou ainda seu sistema para analisar fitas nanometas nanocristalinas tratadas termicamente, encontrando um declínio significativo na amplitude dos pulsos de MBN, indicando uma redução substancial na irregularidade do movimento DW. Isso mostra que é possível suavizar o movimento DW e, portanto, reduzir a perda de energia através do controle microestrutural. Ao colaborar com as indústrias, o Nanomet pode ser traduzido em componentes ultra-eficientes para sistemas de energia renovável.
“Nosso método tem o potencial de ampla aplicação no design de materiais magnéticos moles de baixa geração de baixa perda, especialmente em transformadores de alta frequência, motores de veículos elétricos, abrindo caminho para dispositivos menores, mais leves e mais eficientes”, conclui o Dr. Yamazaki. As idéias obtidas com este estudo podem ajudar no projeto de dispositivos com melhor desempenho de direção e baixo consumo de energia.
Mais informações: Takahiro Yamazaki et al, Análise do ruído magnético de Barkhausen para revelar a dinâmica da parede do domínio em fitas amorfas/nanocristalinas, acesso IEEE (2025). Doi: 10.1109/access.2025.3596507
Fornecido pela Universidade de Ciências de Tóquio
Citação: O novo sistema de medição de ruído de Barkhausen desbloqueia a chave para eletrônicos de energia eficiente (2025, 5 de setembro) Recuperado em 7 de setembro de 2025 em https://techxplore.com/news/2025-09-barkhausen-noise-key-eficiente-power.html
Este documento está sujeito a direitos autorais. Além de qualquer negociação justa para fins de estudo ou pesquisa particular, nenhuma parte pode ser reproduzida sem a permissão por escrito. O conteúdo é fornecido apenas para fins de informação.
