Núcleo para un dispositivo inductor controlable.

Un núcleo para un inductor magnético controlable, que comprende:

elementos de tubos coaxiales y concéntricos primero (101) y segundo (102), comprendiendo cada elemento de tubo (101, 102) un material magnético anisótropo y definiendo un eje;

en el que los elementos de tubo (101, 102) están conectados el uno al otro en ambos extremos por medio de acopladores de extremo magnéticos (105, 106), y en el que el núcleo presenta una primera permeabilidad magnética en una primera dirección ortogonal a los ejes de los elementos (101, 102) significativamente más alta que la segunda permeabilidad magnética en una segunda dirección paralela a los ejes de los elementos (101, 102);

el núcleo se caracteriza porque:

existe en el acoplador (105, 106) una tercera permeabilidad magnética en la dirección anular con respecto a los ejes de los elementos (101, 102), y existe en el acoplador (105, 106) una cuarta permeabilidad magnética en una dirección radial en relación con los ejes de los elementos (101, 102), en el que la cuarta permeabilidad magnética es sustancialmente mayor que la tercera permeabilidad magnética.

Núcleo para un dispositivo inductor controlable La presente invención se refiere a un inductor controlable, y más en particular, a un inductor controlable que comprende elementos de tubo coaxiales y concéntricos primero y segundo que comprenden un material anisótropo, en el que los citados elementos están conectados el uno al otro en ambos extremos por medio de acopladores de extremo magnéticos, un primer devanado arrollado alrededor de ambos elementos de tubo magnéticos, un segundo devanado arrollado alrededor de al menos uno de los citados elementos de tubo magnéticos, en el que un eje de devanado del primer devanado es perpendicular a un eje de al menos uno de los elementos de tubo magnéticos, en el que un eje de devanado del segundo devanado coincide con el eje, en el que, cuando es energizado, el primer devanado genera un campo magnético en una primera dirección que coincide con la dirección de una primera permeabilidad magnética, en el que, cuando es energizado, el segundo devanado genera un campo magnético en una segunda dirección que coincide con la dirección de una segunda permeabilidad magnética, y en el que la primera permeabilidad magnética es sustancialmente mayor que la segunda permeabilidad magnética.

Hay interés desde hace mucho tiempo en el uso de un campo de control para controlar un campo principal en un dispositivo inductivo.

El documento US 4.210.859 describe un dispositivo que comprende un cilindro interior y un cilindro exterior unidos uno al otro en los extremos por medio de elementos de conexión. En este dispositivo, el devanado principal está arrollado alrededor del núcleo y pasa a través de la abertura central del cilindro. El eje de devanado sigue un trayecto a lo largo de la periferia del cilindro. Este devanado crea un campo magnético anular en la pared del cilindro y campos circulares en los elementos de conexión. El devanado de control se arrolla alrededor del eje del cilindro. De esta manera, producirá un campo en la dirección longitudinal del cilindro. Como es habitual en los materiales magnéticos, la permeabilidad del núcleo es modificada por la acción de la corriente de control aplicada al devanado de control. Debido a que los cilindros y los elementos de conexión están fabricados del mismo material, la velocidad de cambio de la permeabilidad es la misma en ambos tipos de elementos. Como consecuencia, la magnitud del campo de control se debe limitar para impedir la saturación del núcleo y la descomposición del campo de control. Como resultado, el rango de control de este inductor es, por lo tanto, limitado, y el dispositivo, en el documento US

4.210.859 tiene un volumen relativamente pequeño que limita la capacidad de gestión de potencia del dispositivo.

Otros dispositivos incluyen la permeabilidad controlada de sólo una parte del trayecto de flujo principal. Sin embargo, un enfoque de este tipo limita drásticamente el rango de control del dispositivo. Por ejemplo, el documento US

4.393.157 describe un inductor variable fabricado de material de fleje de chapa anisótropo. Este inductor comprende dos elementos de anillo unidos perpendicularmente el uno al otro con un área de intersección limitada. Cada elemento de anillo tiene un devanado. La parte del dispositivo en la que se puede realizar el control del campo magnético está limitada a la zona en la que se cruzan los anillos. El área controlable limitada es una porción relativamente pequeña de los circuitos magnéticos cerrados del campo principal y del campo de control. Parte del núcleo se saturará en primer lugar (la saturación no se conseguirá de forma simultánea en todas las partes del núcleo debido a que los diferentes campos actúan sobre diferentes áreas) , y esta saturación producirá pérdidas generadas por campos de dispersión del flujo principal. La saturación parcial producirá un dispositivo con un intervalo de control muy limitado.

La Solicitud de Patente de los Estados Unidos US 2 883 604 desvela un variador de frecuencia magnético, en el que se proporciona un único núcleo de material de grano orientado con devanados de entrada situados sobre el núcleo, paralelos y perpendiculares a la dirección de la orientación de los granos. Esto se utiliza para proporcionar un variador de frecuencia magnético, ya sea como un divisor de frecuencia o como un multiplicador de frecuencia.

La Patente de los Estados Unidos US 3 351 860 desvela el cambio de la reactancia de un circuito aéreo para proporcionar sintonización automática, proporcionando una señal de control acoplada a un devanado en un núcleo de crisol de ferrita para variar la inductancia de un devanado controlado.

La Solicitud de Patente Internacional WO0190835 desvela un regulador de corriente o voltaje influenciado magnéticamente que comprende un cuerpo que se compone de un material magnetizable y proporciona un circuito magnético cerrado, al menos un primer conductor eléctrico arrollado alrededor del cuerpo de un primer devanado principal y al menos un segundo conductor eléctrico arrollado alrededor del cuerpo de un segundo devanado principal. El eje de devanado del devanado principal se encuentra dispuesto en ángulo recto con el eje de devanado del devanado de control con el objeto de proporcionar campos magnéticos ortogonales en el cuerpo y de esa manera controlar el comportamiento del material magnetizable en relación con el campo en el devanado principal, por medio del campo en el devanado de control.

Por lo tanto, la técnica anterior carece de un medio para controlar la permeabilidad en un núcleo para tener la capacidad sustancial de gestión de potencia sin introducir pérdidas considerables. Las deficiencias de la técnica anterior afectan a todas las geometrías de dispositivo inductivo, y en particular, a las estructuras curvadas fabricadas de flejes de chapa metálica debido a que se producen corrientes parásitas de Foucault y pérdidas de histéresis considerables en este tipo de estructuras curvadas.

La invención se refiere a estas deficiencias y se puede implementar en un dispositivo inductivo controlable de baja pérdida, adecuado para aplicaciones de alta potencia. En general, la invención se puede utilizar para controlar la conducción del flujo magnético en una dirección de laminación por medio del desplazamiento controlado de dominio en una dirección transversal.

La presente invención proporciona un núcleo para un inductor magnético controlable de acuerdo con la reivindicación 1 adjunta. Las realizaciones preferidas se exponen en las reivindicaciones dependientes.

Como se explicará en lo que sigue, la permeabilidad del material de grano orientado en la dirección de laminación es controlada mediante el empleo de un campo de control en la dirección transversal. Un dispositivo inductivo controlable de acero de grano orientado puede ser magnetizado en la dirección transversal. En una realización, se suministra un inductor controlable coaxial que comprende elementos de tubo coaxiales y concéntricos primero y segundo. Los elementos están conectados el uno al otro en ambos de extremo por medio de acopladores de extremo magnéticos. Un primer devanado se arrolla alrededor de los citados elementos, y un segundo devanado se arrolla alrededor de al menos uno de los citados elementos. El eje de devanado del primer devanado es perpendicular a los ejes de los elementos y el eje de devanado del segundo devanado coincide con los ejes de los elementos. Los elementos magnéticos primero y segundo están fabricados de un material magnético anisótropo, de manera que la permeabilidad magnética en la dirección de un campo magnético introducido por el primero de los devanados es significativamente mayor que la permeabilidad magnética en la dirección de un campo magnético introducido por el segundo de los devanados. En una versión de esta realización, el material anisótropo es seleccionado en un grupo que consiste en acero al silicio de grano orientado y acero al silicio de grano orientado de permeabilidad alta controlado por dominio.

En una realización, los acopladores de extremo magnéticos están fabricados de un material anisótropo y proporcionan un trayecto de permeabilidad baja para el campo magnético creado por el primer devanado y un trayecto de permeabilidad alta para el campo magnético creado por el segundo devanado. El inductor controlable también puede incluir una lámina de aislamiento delgada situada entre los bordes del elemento de tubo magnético y los acopladores de extremo.

También se describen en lo que sigue una estructura magnética controlable... [Seguir leyendo]

1. Un núcleo para un inductor magnético controlable, que comprende:

elementos de tubos coaxiales y concéntricos primero (101) y segundo (102) , comprendiendo cada elemento de tubo (101, 102) un material magnético anisótropo y definiendo un eje;

en el que los elementos de tubo (101, 102) están conectados el uno al otro en ambos extremos por medio de acopladores de extremo magnéticos (105, 106) , y en el que el núcleo presenta una primera permeabilidad magnética en una primera dirección ortogonal a los ejes de los elementos (101, 102) significativamente más alta que la segunda permeabilidad magnética en una segunda dirección paralela a los ejes de los elementos (101, 102) ;

el núcleo se caracteriza porque:

existe en el acoplador (105, 106) una tercera permeabilidad magnética en la dirección anular con respecto a los ejes de los elementos (101, 102) , y existe en el acoplador (105, 106) una cuarta permeabilidad magnética en una dirección radial en relación con los ejes de los elementos (101, 102) , en el que la cuarta permeabilidad magnética es sustancialmente mayor que la tercera per

meabilidad magnética.

2. Un núcleo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que los elementos de tubos primero (101) y segundo (102) están fabricados de un material de chapa laminada que comprende un extremo de chapa y un recubrimiento de un material aislante.

3. Un núcleo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que los acopladores de extremo magnéticos (105, 106) 20 están fabricados de un acero o hierro de grano orientado (GO) .

4. Un núcleo de acuerdo con la reivindicación 1 ó 3, en el que los acopladores de extremo magnéticos (105, 106) comprenden:

una pluralidad de segmentos (105a, 105b) , teniendo cada segmento (105a, 105b) un extremo radialmente hacia el exterior (112) y un extremo radialmente hacia el interior (110) ;

estando estrechado progresivamente cada segmento desde el extremo radialmente hacia el interior (110) hasta el extremo radialmente hacia el exterior (112) , y siendo más estrecho el extremo radialmente hacia el interior (110) que el extremo radialmente hacia el exterior (112) .

5. Un núcleo de acuerdo con la reivindicación 1, comprendiendo el primer elemento de tubo (101) :

una primera capa (101) ; una segunda capa (101) , y un espacio de separación (107) en una tercera dirección paralela a los ejes de los elementos, en el que la primera capa (101) y la segunda capa (101) del primer elemento de tubo (101) están unidas una a la otra por medio de una capa de aislamiento del orden de un micrómetro de grosor en una junta 35 (107) situada entre las capas primera y segunda.

6. Un núcleo de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende, además: un entrehierro (107) que se extiende en una dirección axial en cada elemento de tubo (101, 102) , y en el que la primera reluctancia del primer elemento (101) es igual a una segunda reluctancia del segundo elemento (102) .

7. Un inductor controlable (100) que comprende un núcleo de acuerdo con la reivindicación 1, comprendiendo el citado inductor controlable, además:

un primer devanado (103) arrollado alrededor de ambos de los citados elementos de tubo magnéticos, y un segundo devanado (104) arrollado alrededor de al menos uno de los citados elementos de tubo magnéticos (101, 102) , en el que un eje de devanado del primer devanado (103) es perpendicular a un eje de al 45 menos uno de los elementos de tubo magnéticos (101, 102) ;

en el que un eje de devanado del segundo devanado (104) coincide con el eje del núcleo;

en el que:

el primer devanado (103) , cuando es energizado, está adaptado para generar un campo magnético en una primera dirección que coincide con una dirección de la primera permeabilidad magnética;

el segundo devanado (104) , cuando es energizado, está adaptado para generar un campo magné5 tico en una segunda dirección que coincide con una dirección de la segunda permeabilidad magnética;

la primera permeabilidad magnética es sustancialmente mayor que la segunda permeabilidad magnética, y los acopladores de extremo magnéticos (105, 106) están fabricados de un material anisótropo y están adaptados para proporcionar un trayecto de permeabilidad baja para el campo magnético creado por el primer devanado (103) y un trayecto de permeabilidad alta para el campo magnético creado por el segundo devanado (104) .

8. El inductor controlable (100) de acuerdo con la reivindicación 7, en el que el material anisótropo es seleccionado en un grupo que consiste en acero al silicio de grano orientado y acero al silicio de grano orientado de permea15 bilidad alta controlado por dominio.

9. Un inductor controlable de acuerdo con la reivindicación 7, en el que los acopladores de extremo magnéticos (105, 106) están fabricados de acero o de hierro de grano orientado (GO) .

10. Un inductor controlable de acuerdo con la reivindicación 7 o 9, en el que los acopladores de extremo magnéticos (105, 106) comprenden:

una pluralidad de segmentos (105a, 105b) , teniendo cada segmento (105a, 105b) un extremo radialmente hacia el exterior (112) y un extremo radialmente hacia el interior (110) ;

estrechándose progresivamente cada segmento desde el extremo radialmente hacia el interior (110) hasta el extremo radialmente hacia el exterior (112) , y siendo más estrecho el extremo radialmente hacia el interior (110) que el extremo radialmente hacia el exte25 rior (112) .

11. El inductor controlable de acuerdo con la reivindicación 7, que comprende, además una lámina de aislamiento delgada (108) situada entre los bordes de los elementos de tubo magnéticos (101, 102) y los acopladores de extremo (105, 106) .

12. El inductor controlable de acuerdo con la reivindicación 7, en el que un volumen de los acopladores de extremo 30 magnéticos (105, 106) es del 10% al 20% del volumen de los elementos de tubo magnéticos (101, 102) .

13. El inductor controlable de acuerdo con la reivindicación 7, en el que el volumen de los acopladores de extremo magnéticos (105, 106) es del 25% al 50% del volumen de los elementos de tubo magnéticos (101, 102) .

14. El inductor controlable de reivindicación 7, en el que la dirección del campo magnético introducido por el primer devanado (103) está en una dirección anular con respecto al eje de al menos uno de los elementos (101, 102) .

15. El inductor controlable de reivindicación 7, en el que la dirección del campo magnético introducido por el segundo devanado (104) está en una dirección paralela al eje de al menos uno de los elementos (101, 102) .