JFE Super Core 15JNSF/ 10JNRF/ 10JNEX900/ 10JNHF600

L’acier à 6,5 % de Si est un excellent matériau de base pour les applications à haute fréquence car sa résistivité est près de 2 fois supérieure à celle de l’acier à 3 % de Si et la génération de chaleur est faible en raison de sa faible perte par courants de Foucault. D’autre part, l’acier à 3 % de Si présente l’avantage d’une densité de flux de saturation plus élevée par rapport à l’acier à 6,5 % de Si en raison de sa plus faible teneur en Si, qui est un élément non magnétique.

Avec la technologie conventionnelle, il n’était pas possible de satisfaire à la fois une densité de flux de saturation élevée presque égale à celle de l’acier à 3 % de Si et une faible perte de fer à haute fréquence au même niveau que l’acier à 6,5 % de Si. C’est pourquoi JFE Steel a mis au point un nouveau matériau, le Gradient Si Super CoreTM JNSF, qui satisfait à la fois à une densité de flux de saturation élevée et à une faible perte de fer à haute fréquence1, 2).

Fig. 1 Courbe d’aimantation en courant continu

La figure 1 montre les courbes d’aimantation en courant continu de l’acier développé, 15JNSF950 (épaisseur : 0,15 mm) et de la tôle d’acier 6,5 % Si 10JNEX900 (épaisseur : 0,1 mm). Étant donné que le 15JNSF950 a une faible concentration de Si dans le centre d’épaisseur de la tôle, sa densité de flux de saturation montre une valeur élevée (environ 2,0 T) presque égale à celle de l’acier à 3% de Si.

Fig. 2 Perte de fer des matériaux

La figure 2 montre la perte de fer des aciers 15JNSF950 et 10JNEX900 et un noyau de poussière composé à 6,5 % d’acier Si. Les noyaux de poussière sont produits en moulant de la poudre de fer pure ou de la poudre d’acier Si avec un liant, et dans cette étude, le noyau de poussière de poudre de Si-Fe à 6,5%, qui présente d’excellentes performances même parmi les noyaux de poussière, a été utilisé comme matériau de comparaison. Lorsqu’on la compare à la condition d’excitation magnétique d’une fréquence de 50 Hz, la perte de fer du 15JNSF950 était supérieure à celle du 10JNEX900, mais était assez faible par rapport au noyau de poussière. D’autre part, à 10 kHz, la différence entre la perte de fer de 15JNSF950 et 10JNEX900 a diminué, et à 20 kHz, 15JNSF950 montre la perte de fer la plus faible, même une épaisseur de matériau plus épaisse. Cela est dû au fait que la perte par courants de Foucault a diminué en raison du fort gradient de concentration de Si dans la direction de l’épaisseur de la feuille, et cet effet devient remarquable sous excitation à haute fréquence, dans laquelle la perte par courants de Foucault est le facteur de contrôle de la perte de fer1).

En d’autres termes, le 15JNSF950 est un matériau qui satisfait à la fois une densité de flux de saturation élevée presque égale à celle de l’acier à 3 % de Si et une faible perte de fer à haute fréquence au même niveau que l’acier à 6,5 % de Si.

Dans les réacteurs à haute fréquence utilisés dans les climatiseurs, les conditionneurs de puissance pour les systèmes d’énergie solaire, les alimentations électriques embarquées pour les véhicules électriques hybrides (HEV) et les applications similaires, le courant comprend des fréquences élevées allant de plusieurs kilohertz à plusieurs dizaines de kilohertz. Par conséquent, afin d’éviter la génération de chaleur dans le réacteur, une faible perte de fer à haute fréquence est requise dans le matériau du cœur. De plus, lorsque le courant augmente et que la densité de flux dans le matériau du cœur approche de la saturation, l’inductance du réacteur diminue fortement et il y a un risque que l’appareil électrique soit endommagé. Pour cette raison, une densité de flux de saturation élevée est également exigée dans le matériau du noyau.15JNSF950, qui a une densité de flux de saturation élevée et présente une faible perte de fer à haute fréquence, convient aux applications de ce type et constitue un matériau avantageux pour la réduction de la taille et le rendement élevé dans les réacteurs.

Fig. 3 Caractéristiques de polarisation en courant continu des réacteurs d’essai

Des réacteurs du même type ont été produits en utilisant 10JNEX900 et 15JNSF950, et la Fig. 3 montre leurs caractéristiques de polarisation en courant continu. Dans l’ensemble, on peut comprendre que le 15JNSF950 présente une inductance plus élevée. En raison de la densité de flux de saturation élevée de 15JNSF950, la diminution de l’inductance dans la région du courant élevé est modérée. Certains réacteurs nécessitent une inductance élevée dans une région de courant supérieure à une valeur nominale ; 15JNSF950 est considéré comme bien adapté à de telles applications. Étant donné que la perte de fer du 15JNSF950 à la fréquence commerciale est extrêmement faible par rapport à celle du cœur de poussière (6,5 % Si), comme le montre la figure 2, le 15JNSF950 est également considéré comme un matériau de cœur approprié pour les réacteurs à courant alternatif, dans lesquels le courant alternatif commercial est superposé à une fréquence élevée.

Le 15JNSF950, qui a été développé par JFE Steel, est un matériau qui satisfait à la fois une densité de flux de saturation élevée presque égale à celle de l’acier à 3 % de Si et une faible perte de fer à haute fréquence au même niveau que l’acier à 6,5 % de Si. 15JNSF950 convient pour une utilisation dans les matériaux de base des réacteurs à haute fréquence, etc. Des applications dans le domaine de l’électronique de puissance, où la tendance vers des fréquences plus élevées progresse, sont également attendues à l’avenir.