Una investigación innovadora realizada por investigadores de la Universidad de Ciencias de Tokio ha presentado ideas cruciales sobre el fenómeno de la pérdida de histéresis magnética, un factor importante que influye en la eficiencia de los motores eléctricos, incluidos los de los vehículos eléctricos. La investigación, publicada en Informes científicosConecta con éxito la pérdida de energía durante la magnetización con la estructura de los dominios magnéticos.
La pérdida de histéresis magnética, a menudo denominada pérdida de hierro, ocurre cuando el campo magnético en el núcleo de un motor gira en la dirección. Este proceso incluye pequeñas áreas que se conocen como dominios magnéticos, que a menudo tienen que ajustar su dirección de magnetización. A pesar de los extensos estudios de más de cincuenta años, el origen preciso de la pérdida de hierro en materiales magnéticos blandos es poco conocido. Las estimaciones actuales sugieren que la pérdida de hierro contribuye a alrededor del 30% de la pérdida total de energía en los motores eléctricos, lo que significa que las emisiones significativas de los problemas ambientales son liderados por las emisiones resultantes de dióxido de carbono.
Como el proceso de reversión es inherentemente complejo, los investigadores han reconocido la necesidad de investigar la correlación entre la pérdida de energía y las características microestructurales de los dominios magnéticos. Los modelos anteriores, sin embargo, se relacionan principalmente con sistemas homogéneos, mientras que los materiales prácticos como el acero eléctrico no orientado (NOE) muestran heterogeneidad, con desafíos analíticos.
Para abordar estos problemas, el equipo de investigación, dirigido por el profesor Masato Kotsugi, utilizó una característica innovadora que es el marco de Ginzburg-Landau (antiguo GL) (ex GL). Este modelo avanzado hace posible el análisis de los sistemas heterogéneos, de modo que el camino se elimine para una comprensión más profunda de la magnetización en términos de materiales como Noos.
En su método, el equipo de Homología Persistente (PH), una herramienta matemática avanzada, utilizada para cuantificar la complejidad de los dominios magnéticos a partir de imágenes de microestructura. Al aplicar el análisis de componentes más importante (PCA), destilaron los complicados datos de pH en características esenciales, aspectos distintivos relacionados con la magnetización y las paredes de dominio magnético.
El siguiente paso incluyó construir un extenso panorama energético basado en estas funciones. Este gráfico representaba con precisión los cambios de la instrucción del dominio magnético con respecto a la energía, para que los investigadores pudieran realizar un análisis de correlación detallado entre estas funciones y parámetros físicos. Este enfoque reveló factores de promoción y resistencia durante el proceso de reversión de magnetización, y enfatizó su coexistencia en ubicaciones críticas, en particular en los límites de grano, interfaces donde diferentes cristales se encuentran en un material cristalino. Este hallazgo sugiere una dinámica competitiva entre estos factores opuestos.
El profesor Kotsugi enfatizó las implicaciones de este método y declaró: «La competencia entre los factores de promoción y resistencia identifica automáticamente la ubicación de la fijación de la pared del dominio magnético, un fenómeno importante responsable de la pérdida de energía». Descubrieron que en las regiones dominadas por factores de resistencia, los dominios magnéticos segmentados jugaron un papel importante en el desperdicio de energía.
La naturaleza automatizada, precisa y impulsada por los datos de este estudio no solo aumenta nuestra comprensión de los mecanismos detrás de la pérdida de energía, sino que también identifica ubicaciones específicas donde se produce esta pérdida, ideas que pueden pasar por alto las inspecciones visuales tradicionales.
Este estudio está en línea con objetivos más amplios establecidos por autoridades internacionales como las Naciones Unidas, que defienden el desarrollo sostenible y la innovación en la eficiencia energética. Al aumentar la comprensión de la pérdida de energía en materiales magnéticos blandos, la investigación allana el camino para el desarrollo de motores eléctricos más eficientes, lo que contribuye a alternativas más verdes en la industria automotriz y, en última instancia, promueve un futuro más sostenible.
