Núcleo magnético y uso de núcleo magnético para máquinas eléctricas.

Núcleo magnético que comprende una pila de chapas de acero eléctrico con una dirección preferente conocida de permeabilidad

, en el que en la pila, la dirección preferente de permeabilidad de chapas individuales, y / o grupos de chapas, sucesivos, difiere en un ángulo de desplazamiento previamente determinado, en el que la pila de chapas de acero eléctrico del núcleo magnético se hace de chapas de acero eléctrico de grano orientado, caracterizado por que el ángulo de desplazamiento se encuentra entre 50º y 70º.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2008/061884.

Solicitante: THYSSENKRUPP ELECTRICAL STEEL GMBH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: KURT-SCHUMACHER-STRASSE 95 45881 GELSENKIRCHEN ALEMANIA.

Inventor/es: BRUDNY,JEAN FRANÇOIS, CASSORET,BERTRAND, LEMAÎTRE,RÉGIS, VINCENT,JEAN-NOËL.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > MAQUINAS DINAMOELECTRICAS (relés dinamoeléctricos... > Detalles del circuito magnético (circuitos magnéticos... > H02K1/06 (caracterizados por la configuración, la forma o el tipo de construcción)

PDF original: ES-2528123_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Núcleo magnético y uso de núcleo magnético para máquinas eléctricas

La presente invención se refiere a un núcleo magnético que comprende una pila de chapas de acero eléctrico con una dirección preferente conocida de permeabilidad. Además, se divulga una técnica de construcción para un núcleo magnético que comprende chapas de grano orientado con el fin de aumentar la eficiencia energética de máquinas eléctricas de corriente alterna cuyo núcleo magnético está sometido a un campo magnético variable.

Una amplia diversidad de máquinas eléctricas a menudo comprenden unos núcleos magnéticos (que se mencionan como "MC" en lo sucesivo en el presente documento) fabricados sustancialmente de acero eléctrico. Naturalmente, las propiedades del acero eléctrico que constituye sustancialmente el núcleo magnético tienen influencia sobre diversas propiedades de la máquina eléctrica. En particular para núcleos magnéticos, puede usarse acero eléctrico de grano orientado.

La microestructura del acero eléctrico de grano orientado (que se menciona como "GO" en lo sucesivo en el presente documento) que se muestra en la figura 1 (a), señala que los granos están alineados con su dirección cristalográfica <1 > en paralelo con respecto a la dirección de laminado (que se menciona como "RD" en lo sucesivo en el presente documento) y que la dirección transversal es paralela con respecto a una dirección cristalográfica <11> del grano.

Un ángulo ai puede definirse como la diferencia entre la RD y la orientación <1 > de cada grano de la chapa. Este ángulo se representa de forma esquemática en la figura 1 (b). Cuanto más cerca está este de cero, mejores serán los comportamientos magnéticos si el flujo fluye a lo largo de la RD.

La figura 2 representa el comportamiento magnético de cristales individuales de acero que contienen un 3 % de silicio. La densidad de flujo magnético J en Tesla (T) se representa gráficamente frente a la intensidad de campo magnético H en kiloamperios por metro para tres orientaciones del cristal que se representan por sus índices de Miller: <1 > el eje fácil, <111 > el eje más difícil y <11> un eje intermedio tal como se muestra de forma similar en P. Brissonneau "Magnétisme et matériaux magnétiques".

Si las bandas y chapas de GO de fabricación industrial se comportan como cristales individuales, puede encontrarse el eje fácil cerca de la RD. Por lo tanto, el eje difícil que se corresponde con el eje cristalográfico <111 >, que forma un ángulo de 54,742 con el eje <1 > para cristales cúbicos (véase la figura 3), debería encontrarse cerca de un ángulo de 54,74s con respecto a la RD.

El grado de GO ya se ha usado para máquinas eléctricas rotatorias de alta potencia (diámetro de estátor, más de 1 m) mediante el uso de chapas cortadas en diferentes sectores. La figura 4 presenta una parte del MC de una máquina de este tipo que usa este diseño. Puede aprovecharse la oportunidad de hacer estos segmentos con GO de tal modo que la RD esté prácticamente alineada con el eje de los dientes. Puede observarse que el flujo en los dientes, que están sometidos a la densidad de flujo magnético lo más alta, trabaja con un ángulo 2, ángulo que se define como el ángulo entre la dirección de la densidad de flujo magnético y la RD que se corresponde con la dirección dada por el índice de Miller <1 > de los granos de los dientes, cerca de O2. Esto es diferente en el segmento de núcleo en el que 2 es principalmente igual a 92 y con otras áreas, con un 2 variable que se corresponde con un cambio en la orientación del flujo.

Con el fin de presentar el problema de este conjunto, se considera un MC con forma de toroide hecho con GO. Este toroide, que se presenta en la figura 5, se excita mediante un conjunto de bobina tal como se muestra en esta figura. Este MC se somete a un campo magnético unidireccional cuya peculiaridad es que a varía de forma continua. Unidireccional se refiere, en este contexto, a un campo cuya orientación, queriendo indicar o bien en el sentido de las agujas del reloj o bien en el sentido contrario al de las agujas del reloj, no cambia en el MC.

En una primera aproximación es posible, teniendo en cuenta la RD, caracterizar el núcleo magnético en 6 áreas que pueden asociarse en pares de dos tal como se muestra en la figura 6. En las áreas Z2, el ángulo 2, que se define una vez más como el ángulo entre la dirección de la densidad de flujo magnético y la RD que se corresponde con la dirección dada por el índice de Miller <1 > de los granos, puede considerarse como cero. Puede considerarse que este es igual a 62 para las áreas Z1 y z3 (de acuerdo con la periodicidad espacial 2 = 122 es similar a 2 = 62). Debido a que las diferentes áreas cubren el mismo ángulo, la degradación del comportamiento energético será significativa simplemente debido a 2 que ha de adoptar la totalidad de los valores posibles a lo largo de la totalidad de la trayectoria de flujo.

Con una disipación de energía aumentada debido a pérdidas, se verá disminuida la eficiencia energética de la máquina como un todo.

Por lo tanto, puede observarse que en el caso de un campo unidireccional y con un MC de tipo toroidal surgen muchos problemas.

La tendencia es la misma para campos de magnetización rotatorios de máquinas eléctricas rotatorias de corriente alterna tal como se ha evocado previamente.

La solicitud de patente de Japón JP 8223831 A divulga un núcleo magnético de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1, que comprende una pila de chapas de acero eléctrico en la que la alineación de chapas individuales, y / o grupos de chapas, sucesivos, difiere en un ángulo de desplazamiento previamente determinado. La pila de chapas de acero eléctrico del núcleo magnético se hace de acero bidireccional.

La solicitud de patente europea EP 1 53 486 A1 divulga un núcleo magnético que comprende una pila de chapas de acero eléctrico en la que la alineación de chapas individuales, y / o grupos de chapas, sucesivos, difiere en un ángulo de desplazamiento previamente determinado. En este caso, la pila de chapas de acero eléctrico del núcleo magnético se hace de acero no orientado.

El problema que ha de solucionarse es el diseño de un núcleo magnético con un comportamiento energético mejor. Además, se dará un uso ventajoso de un núcleo magnético de este tipo.

El problema se soluciona de acuerdo con la invención con un núcleo magnético descrito con las características de la reivindicación 1 y con un uso descrito de un núcleo magnético que comprende las características de la reivindicación 6.

De acuerdo con la invención, se divulga un núcleo magnético que comprende una pila de chapas de acero eléctrico con una dirección preferente conocida de permeabilidad. En la pila, la dirección preferente de permeabilidad de chapas individuales sucesivas difiere en un ángulo de desplazamiento previamente determinado. Además o como alternativa, la dirección preferente de permeabilidad de grupos de chapas sucesivos en la pila difiere en un ángulo de desplazamiento previamente determinado.

Además, de acuerdo con la invención se describe un núcleo magnético que comprende una pila de chapas de acero eléctrico con una dirección preferente conocida de permeabilidad como un estátor y adicionalmente o como alternativa como un rotor de una máquina rotatoria eléctrica, en el que en la pila, la dirección preferente de permeabilidad de chapas individuales sucesivas difiere en un ángulo de desplazamiento previamente determinado y además o como alternativa, la dirección preferente de permeabilidad de grupos de chapas sucesivos difiere en un ángulo de desplazamiento... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Núcleo magnético que comprende una pila de chapas de acero eléctrico con una dirección preferente conocida de permeabilidad, en el que en la pila, la dirección preferente de permeabilidad de chapas individuales, y lo grupos de

chapas, sucesivos, difiere en un ángulo de desplazamiento previamente determinado, en el que la pila de chapas de acero eléctrico del núcleo magnético se hace de chapas de acero eléctrico de grano orientado, caracterizado por que el ángulo de desplazamiento se encuentra entre 52 y 72.

2. Núcleo magnético de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el ángulo de desplazamiento es el 1 mismo para cada par de chapas individuales sucesivas o grupo de chapas sucesivo.

3. Núcleo magnético de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que la dirección preferente de permeabilidad de las chapas de acero eléctrico es esencialmente paralela con respecto a la dirección de laminado de la chapa de acero respectiva.

4. Núcleo magnético de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que las chapas de acero individuales tienen un espesor en el intervalo de 5 pm a 23 pm.

5. Núcleo magnético de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que las chapas 2 individuales tienen una densidad de flujo magnético BsooA/m mayor de 1,85 Tesla cuando se exponen a una

intensidad de campo magnético H de 8 amperios por metro.

6. Uso de un núcleo magnético de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 como estátor y / o rotor de una máquina rotatoria eléctrica.

7. Uso de un núcleo magnético de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado por que el ángulo entre dos dientes sucesivos del estátor es un divisor entero del ángulo de desplazamiento.