Cos'è un nucleo magnetico e qual è la sua funzione?

Un nucleo magnetico è un componente chiave utilizzato nei dispositivi elettrici ed elettronici per migliorare e diretti campi magnetici. È in genere realizzato con materiali ferromagnetici, come ferro, ferrite, acciaio al silicio, leghe amorfe o metalli nanocristallini. Questi materiali hanno un'elevata permeabilità magnetica, il che significa che consentono a linee di forza magnetiche (flusso magnetico) di attraversarli facilmente.
Nuclei magnetici si trovano in una vasta gamma di dispositivi tra cui trasformatori, induttori, strozzatori, elettromagneti, motori elettrici e generatori. Il loro scopo principale è concentrare i campi magnetici, aumentare l'efficienza e ridurre le perdite di energia nei sistemi elettromagnetici.

Funzioni di un nucleo magnetico
1. Flusso magnetico concentrato
La funzione più fondamentale di un nucleo magnetico è concentrare e guidare il flusso magnetico creato da una bobina di filo. Quando una corrente elettrica passa attraverso una bobina di filo, genera un campo magnetico. Un nucleo magnetico collocato all'interno della bobina funge da percorso a bassa riduzione per questo campo magnetico, consentendo al flusso magnetico di essere più focalizzato e potente.

2. Induttanza crescente
I nuclei magnetici aumentano l'induttanza di una bobina aumentando il flusso magnetico per una determinata corrente. Ciò consente alla bobina di immagazzinare più energia nel suo campo magnetico, che è particolarmente importante in componenti come induttori e trasformatori. Una maggiore induttanza porta a un migliore accumulo di energia e a miglioramenti di filtraggio o trasferimento di energia.

3. Miglioramento dell'efficienza
I nuclei magnetici aiutano a ridurre al minimo le perdite di energia. In trasformatori e induttori, un nucleo magnetico scelto correttamente riduce il flusso di perdita e focalizza il campo magnetico dove è più necessario. Aiuta anche a ridurre l'interferenza elettromagnetica (EMI), rendendo il dispositivo più stabile ed efficiente.

4. Controllo della saturazione magnetica
Ogni materiale del nucleo magnetico ha un punto di saturazione, in cui non può più trasportare più flusso magnetico. Un buon design prevede la scelta di un materiale fondamentale con le giuste caratteristiche di saturazione per prevenire il degrado delle prestazioni. I nuclei consentono un migliore controllo su come si verifica la saturazione magnetica in un sistema.

5. Abilitazione di miniaturizzazione
Aumentando l'efficienza magnetica di un dispositivo, i nuclei magnetici consentono ai componenti di essere più piccoli e più leggeri pur raggiungendo le stesse prestazioni. Ciò è fondamentale per l'elettronica moderna, dove lo spazio è limitato e le richieste di prestazioni sono elevate.

Materiali utilizzati per i nuclei magnetici
Ferrite: utilizzato per applicazioni ad alta frequenza; ha basse perdite di corrente elevatore.
Acciaio al silicio: comune trasformatori di potenza; Offre un'elevata permeabilità magnetica e una bassa perdita di isteresi.
Metatto amorfo: eccellente per i trasformatori di risparmio energetico a causa della bassa perdita del nucleo.
Nanocristallino: offre prestazioni superiori in applicazioni ad alta frequenza con perdite molto basse.

Applicazioni di nuclei magnetici
Transformers: per la conversione e l'isolamento della tensione.
Induttori: per lo stoccaggio di energia e il filtro in alimentatori.
Motori e generatori: per incanalare i campi magnetici e migliorare la coppia o la potenza.
Electromagnets: per generare campi magnetici forti e controllabili.