BR112019006378B1

BR112019006378B1 - Núcleo de transformador elétrico do tipo corte e empilhamento e transformador elétrico

Info

Publication number: BR112019006378B1
Application number: BR112019006378-1A
Authority: BR
Inventors: Thierry Waeckerle; Olivier Hubert
Original assignee: Aperam
Priority date: 2016-09-30
Filing date: 2016-09-30
Publication date: 2022-11-29
Also published as: RU2713469C1; KR20190067829A; EP3520124B1; ES2915548T3; MX2019003651A; JP2019537248A; CA3038893A1; US11626234B2; CN110024059B; JP6759458B2; CA3038893C; US20200027641A1; BR112019006378A2; EP3520124A1; WO2018109509A1; CN110024059A; KR102632108B1

Abstract

A presente invenção se refere ao núcleo de transformador (49); (59), incluindo dois empilhamentos (53, 57, 60, 61), cada um que possui uma primeira espessura (ep1), cada um dos empilhamentos (53, 57, 60, 61) que consiste em uma ou mais partes planas, cujas direções de corte são retilíneas e paralelas ou perpendiculares umas às outras, os empilhamentos (53, 57, 60, 61) voltadas para e incluindo uma lacuna (1), as peças planas produzidas de uma liga de FeNi austenítica contendo o Ni = de 30 a 80% e 10% de elementos de liga, e possui uma textura cúbica {100} 001> precisa, as direções de corte de as partes fixas paralelas à direção de laminação (DL) ou à direção transversal (DT), as partes planas com perdas magnéticas, para uma indução máxima de 1 T, 20 W/kg a 400 Hz, a magnetostrição aparente para uma indução máxima de 1,2 T sendo 5 ppm, o campo é aplicado na direção do lado maior da amostra e esta direção é paralela à direção de laminação (DL), a magnetostrição aparente para uma indução máxima de 1,2 T sendo 5 ppm, o campo é aplicado na direção do lado maior da amostra e esta direção é paralela à direção transversal (DT) e localizada no plano de laminação, e a magnetostrição aparente para uma indução máxima de 1,2 T sendo 10 ppm, o campo é aplicado na (...).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001]A presente invenção refere-se ao campo de transformadores elétricos que podem ser transportados a bordo de aeronaves. Sua função é o isolamento galvânico entre a rede de origem e os sistemas elétricos e eletrônicos de bordo, bem como a transformação de voltagem entre o circuito primário (lado da fonte de energia do(s) gerador(es) a bordo) e um ou diversos circuitos secundários. Além disso, estes transformadores podem ser "retificadores" através de uma função a jusante com base em componentes eletrônicos, de maneira a fornecer uma voltagem constante a determinados dispositivos da aeronave.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Os transformadores de baixa frequência a bordo (< 1 kHz) principalmente consistem em um núcleo de liga magnética macia, laminada, empilhada ou enrolada, de acordo com restrições de construção, e enrolamentos primários e secundários de cobre. As correntes primárias de fonte de energia são variáveis ao longo do tempo, periódicas, mas não necessariamente puramente sinusoidais, o que não altera fundamentalmente as necessidades do transformador.

[003]As restrições nesses transformadores são múltiplas.

[004] Eles devem possuir um volume e/ou um peso (em geral, os dois estão intimamente conectados), que é o menor possível para fornecer uma densidade de volume ou energia em peso que seja a mais elevada possível. Quanto menor for a frequência de operação, maior será a seção e o volume do flange magnético (por conseguinte, também o peso) deste flange, o que exacerba a necessidade de miniaturização em aplicações de baixa frequência. Uma vez a frequência fundamental muitas vezes é imposta, isso significa obter o maior fluxo magnético de trabalho possível ou, se a energia elétrica aplicada for imposta, reduzir tanto quanto possível a seção da passagem do fluxo magnético (e, por conseguinte, o peso da materiais), sempre com o objetivo de aumentar a relação energia / peso reduzindo o peso a bordo.

[005] Eles devem possuir longevidade suficiente (pelo menos, de 10 a 20 anos, dependendo da aplicação) para tornar os mesmos econômicos. Por conseguinte, o regime de operação térmica deve ser levado em conta em relação ao envelhecimento do transformador. Normalmente, uma vida útil mínima de 100.000 h a 200° C é desejada.

[006] O transformador deve operar em uma rede de fonte de energia de frequência razoavelmente senoidal, com uma amplitude da voltagem de saída que pode variar, de maneira transitória, em até 60% de um momento para o outro e, em especial, quando o transformador é energizado ou quando um atuador eletromagnético é ligado subitamente. Isto apresenta como consequência, e através da construção, um consumo de corrente para o primário do transformador através da curva de magnetização não linear do núcleo magnético. Os elementos do transformador (isoladores e componentes eletrônicos) devem ser capazes de resistir grandes variações desse consumo de corrente, o denominado "efeito de irrupção", sem danos.

[007] Este efeito de irrupção pode ser quantificado por um "índice de irrupção" In, que é calculado por Fórmula In = 2.Bt + Br - Bsat, em que Bt é a indução nominal de trabalho do núcleo magnético do transformador, Bsat é a indução de saturação do núcleo, e Br é a sua indução remanescente.

[008] É importante especificar que a irrupção traduz a possibilidade de que o transformador seja submetido subitamente (por exemplo, durante a partida do transformador quando o sistema a bordo já está gerando sua energia elétrica) a um violento consumo de voltagem correspondente ao fluxo magnético nominal variação dΦ / dt para a qual foi projetada. Se neste momento o fluxo magnético no transformador é inicialmente Φ0, por conseguinte, o fluxo magnético é abruptamente trazido para Φ0 + dΦ. Se Φ0 estiver próximo de 0, por conseguinte, Φ0 + dΦ está próximo de dΦ, o que pode estar próximo de um fluxo de saturação se o transformador tiver sido dimensionado de acordo. Mas se Φ0 for elevado, por exemplo, próximo do cotovelo da curva B(H), por conseguinte, a adição de um fluxo dΦ irá provocar um valor muito elevado Φ0 + dΦ e, por conseguinte, a uma indução magnética hipersaturada para gerar esse valor. fluxo adicional dΦ. Para realizar isso, o transformador, por conseguinte, irá utilizar um campo magnético de hipersaturação aplicado e uma corrente correspondente ao primário do transformador que irá provocar um aumento súbito de corrente na placa eletrônica de energia, o que pode causar danos significativos.

[009]Além disso, para evitar estar em tal situação de hyperstaurating Φ0 + dΦ, e uma vez que é impossível prever se Φ0 será baixo ou elevado no momento da conexão do transformador, os técnicos no assunto de transformadores, em especial, aplicam as seguintes regras integradas em Fórmula de irrupção acima:

[010] Uma primeira regra é aumentar a indução de saturação do material para aceitar o fluxo magnético máximo durante a conexão elétrica do transformador;

[011] Uma segunda regra é reduzir a indução remanescente Br para reduzir Φ0.

[012] O termo “indução remanescente Br”, no presente, por conseguinte, como no resto do texto, significa o ponto de indução em que o campo magnético é cancelado no ciclo de histerese principal. Na verdade, como não conhecemos a priori a história magnética do transformador (e este é o caso geral de uma operação de um transformador a bordo), é impossível saber se o transformador - está em repouso ou naquele estado elétrico antes de ser conectado à rede elétrica a bordo - passou anteriormente por um grande ciclo de histerese (caso em que ficará em repouso na indução Br máxima, que simplesmente é denominad Br) sob o efeito de um pico de corrente transitória, ou se percorreu um ciclo de histerese menor (isto é, dentro do ciclo principal em que o núcleo magnético não foi levado à indução de saturação pelo campo máximo aplicado. Como precaução em vista dessa incerteza, não podemos considerar a indução Br do ciclo principal de histerese como uma quantidade característica em relação ao fenômeno de irrupção.

[013] É observado que no magnetismo, os ciclos de histerese "maior" e "menor" são convencionalmente definidos como se segue.

[014] Um ciclo de histerese, em magnetização M sob um campo variável H aplicado, é a curva fechada M(H) obtida pela variação de H entre 2 valores Hmin e Hmax até que as magnetizações correspondentes M(Hmin) e M(Hmax) estejam estabilizadas; em seguida, a alça M(H) está fechada. A histerese é caracterizada pelo fato de que a magnetização M é diferente - na totalidade ou em parte - entre o caminho para frente (Hmin -> Hmax) denominado de "curva de histerese ascendente" e o caminho de retorno (Hmax -> Hmin) denominado de "curva de histerese decrescente". Pode ser observado que a histerese, por conseguinte, forma uma alça com suas duas partes ascendentes e descendentes, e que estas duas partes se unem para dois campos de "fechamento" do anel Hferm1 e Hferm2.

[015]Ao aumentar os campos extremos aplicados Hmin e Hmax, se percebe que o ciclo de histerese acaba se estreitando para formar uma curva de magnetização única nos campos magnéticos mais elevados: esse campo que passa de duas para uma curva é denominado campo de "fechamento" Hferm1 ou Hferm2.

[016]Se Hmax > Hferm2 e Hmin <Hferm1 (isto é, se a alça de histerese se transformar em uma curva de magnetização única em ambas as extremidades para os campos mais elevados aplicados), por conseguinte, o ciclo de histerese será denominado "maior". Caso contrário, é denominado "menor".

[017] Uma terceira regra consiste em reduzir a indução nominal do trabalho de Bt, que equivale a possuir o núcleo magnético do transformador descrevendo um ciclo menor de histerese, cujo valor máximo, por definição, é Bt.

[018] Para limitar o efeito de irrupção, o método mais utilizado e mais seguro para as utilizações mais comuns de transformadores de baixa frequência é reduzir o Bt (vide Fórmula acima), para reduzir o aumento de fluxo dΦ (que vale 2.Bt. seção do núcleo) que irá precisar entrar temporariamente no transformador durante sua conexão elétrica, por exemplo.

[019] Por outro lado, a redução do Bt também equivale a reduzir a capacidade de transformação elétrica da voltagem do transformador no estado estacionário (a principal tarefa do transformador), que deve ser compensada aumentando a seção do flange magnético (voltagem = dΦ/dt = d(N.Bt.S)/dt, em que N = número de voltas no secundário), por conseguinte, aumentando o seu peso, o que não é uma solução satisfatória para um transformador a bordo. Neste caso, sempre é de preferência limitar a irrupção por meio de soluções com base na seleção de materiais magnéticos para aumentar o Bs e reduzir Br a fim de limitar o rebaixamento de Bt.

[020] O ruído emitido pelo transformador devido às forças eletromagnéticas e à magnetostrição deve ser baixo o suficiente para estar de acordo com os padrões em vigor ou para atender aos requisitos dos usuários e do pessoal próximo ao transformador. Cada vez mais, os pilotos e copilotos querem poder se comunicar diretamente sem fones de ouvido.

[021]A eficiência térmica do transformador também é muito importante a considerar, uma vez que isso define a sua temperatura operacional interna e os fluxos de calor que devem ser descarregados, por exemplo, por meio de um banho de óleo ao redor dos enrolamentos e do flange, associados às bombas de óleo adequadamente. As fontes de energia térmica principalmente são as perdas por efeito Joule de enrolamentos primários e secundários, e as perdas magnéticas de variações do fluxo magnético ao longo do tempo e no material magnético. Na prática industrial, a energia térmica volumétrica a ser extraída é limitada a um limite determinado imposto pelo tamanho e energia das bombas de óleo e pela temperatura limite de operação interna do transformador.

[022] Finalmente, o custo do transformador deve ser mantido o mais baixo possível para garantir o melhor compromisso técnico-econômico entre o custo de materiais, projeto, fabricação e manutenção, e a otimização da densidade de energia elétrica (peso ou volume) do dispositivo., levando em conta o regime térmico do transformador.

[023] Em geral, é vantajoso procurar a densidade mais elevada de energia em peso / volume possível. Os critérios a serem considerados para seu aumento principalmente são a magnetização de saturação Js e a indução magnética a 800 A/m B800 para os materiais de permeabilidade média e elevada, tais como as ligas de ferro, ferro-silicone, ferro-cobalto ou a indução magnética a 80 A/m B80 para os materiais magnéticos de permeabilidade elevada, tai como as ligas de Fe-Ni.

[024] Duas tecnologias para fabricação de transformadores a bordo de baixa frequência são utilizadas atualmente.

[025] De acordo com uma primeira dessas tecnologias, o transformador compreende um circuito magnético enrolado quando a fonte de energia é de fase única. Quando a fonte de energia é de três fases, a estrutura do núcleo do transformador está na forma de dois núcleos toróides contíguos do tipo precedente, e ao redor de um terceiro toróide enrolado para formar um "oito" em torno dos dois núcleos toróides anteriores. Na prática, esta forma de circuito impõe uma pequena espessura na placa magnética (normalmente de 0,1 mm). Na verdade, esta tecnologia apenas é utilizada quando a frequência de fornecimento se restringe, levando em conta as correntes induzidas, a utilização de tiras desta espessura, isto é, normalmente para as frequências de algumas centenas de Hz.

[026] De acordo com a segunda destas tecnologias, é utilizado um circuito magnético empilhado, independentemente das espessuras das placas magnéticas previstas. Esta tecnologia, por conseguinte, é válida para qualquer frequência abaixo de alguns kHz. No entanto, cuidados especiais devem ser tomados na rebarbação, justaposição ou até mesmo no isolamento elétrico das placas, a fim de reduzir as lacunas de ar parasitas (e, por conseguinte, otimizar a energia aparente) quanto limitar as correntes induzidas entre as placas.

[027] Em qualquer uma destas tecnologias, um material magnético macio com permeabilidade elevada é utilizado em transformadores de energia a bordo, qualquer que seja a espessura da tira prevista. Duas famílias desses materiais existem em espessuras de 0,35 mm a 0,1 mm ou, até mesmo 0,05 mm, e são claramente diferenciadas por suas composições químicas: - Fe-3% de ligas Si (as composições das ligas são fornecidas em porcentagem (%) em peso ao longo do texto, com exceção das ligas nanocristalinas que serão discutidas posteriormente), cuja fragilidade e resistividade elétrica principalmente são controladas pelo teor de Si; em que as suas perdas magnéticas são bastante baixas (N.O. ligas de grãos não orientados) a baixas (G.O. ligas de grãos orientados), a sua magnetização de saturação Js é elevado (da ordem de 2 T), o seu custo é muito moderado; existem duas subfamílias de Fe-3% de Si que são utilizadas para uma tecnologia de núcleo de transformador a bordo ou algo similar: - Fe-3% de Si com os grãos orientados (G.O.), utilizados para as estruturas de transformador a bordo do tipo "enrolado": em que a sua permeabilidade elevada (B800 = 1,8 - 1,9 T) é devido à sua textura altamente presente {110} <001>; em que estas ligas apresentam a vantagem de serem não dispendiosas, fáceis de formar, de permeabilidade elevada, mas a sua saturação é limitada a 2T e possuem uma não linearidade muito marcada da curva de magnetização que pode ocasionar harmônicos muito importantes; - os grãos não orientados (N.O.) de Fe-3% de Si, utilizados para as estruturas de transformadores a bordo do tipo "corte e empilhamento"; em que a sua permeabilidade é reduzida e a sua magnetização de saturação é similar àquela de G.O.; - as ligas em V de Fe-48% e Co-2%, cuja fragilidade e resistividade elétrica principalmente são controladas pelo vanádio; elas devem suas permeabilidades magnéticas elevadas não apenas às suas características físicas (K1 baixo), mas também ao resfriamento após o recozimento final, que define K1 em um valor muito baixo; devido à sua fragilidade, essas ligas devem ser moldadas no estado endurecido (cortando, estampando, dobrando), e somente quando a peça obter seu formato final (rotor ou estator de uma máquina rotativa, na forma de um transformador E ou I) o material, em seguida, é recozido na etapa final; além disso, devido à presença de V, a qualidade da atmosfera de recozimento deve ser perfeitamente controlada para evitar a oxidação; finalmente, o preço deste material, que é muito elevado (20 a 50 vezes o preço de Fe-3% de Si - G.O.), está relacionado à presença de Co e é razoavelmente proporcional ao teor de Co.

[028]Apenas estas duas famílias de materiais de permeabilidade elevada são utilizadas atualmente em transformadores de energia de baixa frequência a bordo. No entanto, é conhecido a muito tempo que a adição de Co ao ferro aumenta a saturação magnética da liga, alcançando 2,4 T na direção de 35 a 50%fr Co, e pode ser esperar observar a utilização de outros materiais à base de FeCo que contêm menor quantidade de cobalto do que Fe-48% e Co-2% V nos transformadores a bordo.

[029] Infelizmente, foi descoberto que essas ligas intermediárias possuem uma anisotropia magnetocristalina de diversas dezenas de kJ/m3, o que não lhes possibilita oferecer a permeabilidade elevada no caso de uma distribuição aleatória das orientações cristalográficas finais. No caso de placas magnéticas com quantidade inferior a 48% de Co para os transformadores a bordo de frequência média, é conhecido a muito tempo que as chances de sucesso necessariamente passam por uma textura aguda caracterizada pelo fato de que em cada grão, um eixo <100> está muito próximo da direção de laminação. A textura {110} <001> obtida por Goss em Fe 3% de Si através da recristalização secundária é um caso ilustrativo. No entanto, de acordo com esses trabalhos, a placa não deve conter cobalto.

[030] Mais recentemente, foi mostrado na patente US-A- 3.881.967, que com as adições de 4 a 6% de Co e de 1 a 1,5% de Si, e também utilizando a recristalização secundária, as permeabilidades elevadas também poderiam ser obtidas: B800 de cerca de 1,98 T, um ganho de 0,02 T/% de Co a 800 A/m em comparação com as melhores placas de corrente Fe 3% de Si de G.O. (B800 ± 1,90 T). É óbvio, no entanto, que um aumento de apenas 4% de B800 não é suficiente para significativamente aliviar um transformador. A título de comparação, uma liga de Fe-48% Co-2% em V otimizada para os transformadores que possuem um B800 de cerca de 2,15 T ± 0,05 T, o que possibilita um aumento do fluxo magnético para a mesma seção de flange, a partir de cerca de 13% ± 3% a 800 A/m, a partir de cerca de 15% a 2.500 A/m, a partir de cerca de 16% a 5.000 A/m.

[031]Também deve ser observada a presença em Fe 3% de Si de G.O. de grãos grandes devido à recristalização secundária, e de uma desorientação muito baixa entre os cristais possibilitando um B800 de 1,9 T, acoplado à presença de um coeficiente de magnetostrição À100 muito claramente maior que 0 Isso torna este material muito sensível às restrições de montagem e operação, o que conduz o B800 de um Fe 3% de Si de G.O. para a prática industrial em operação em um transformador a bordo a cerca de 1,8 T. Este também é o caso das ligas da patente US-A-3 881 967. Além disso, o Fe- 48% e Co-2% em V possui coeficientes de magnetostrição de amplitude que ainda são 4 a 5 vezes mais elevadas que Fe-3% de Si, mas uma distribuição aleatória de orientações cristalográficas e um tamanho de grão pequeno para médio (algumas dezenas de micrômetros), o que torna o mesmo muito menos sensível a baixas tensões e, por conseguinte, não reduz significativamente o B800 em operação.

[032] Em operação, por conseguinte, deve ser considerado que a substituição de um Fe 3% de Si de G.O. por um Fe-48% e Co-2% em V conduz a um aumento na seção constante do fluxo magnético do transformador a bordo da ordem de 20 a 25% para operar as amplitudes de campo de 800 a 5.000 A/m, por conseguinte, um aumento de cerca de 0,5% no fluxo magnético por porcentagem (%) de Co. A liga da patente US-A-3.881.967 possibilita um aumento de 1% no fluxo magnético em 1% de Co, mas conforme mencionado acima, esse aumento total (4%) foi considerado baixo demais para justificar o desenvolvimento desse material.

[033]Também foi proposto, especialmente na patente US-A- 3.843.424, utilizar uma liga de Fe-5 a 35% de Co que possui inferior a 2% Cr e inferior a 3% de Si, e possui uma textura Goss obtida através da recristalização primária e crescimento normal de grãos. As composições de Fe-27% e Co- 0,6% de Cr ou Fe-18% e Co-0,6% de Cr são mencionadas como tornando possível alcançar 2,08 T a 800 A/m e 2,3 T a 8.000 A/m. Estes valores permitiriam em operação, comparados a uma placa de Fe-3% e Si-G.O., operando de 1.8 T a 800 A/m e a 1.95 T a 5.000 A/m, para aumentar o fluxo magnético em uma seção de flange fornecida de 15% a 800 A/m e de 18% a 5.000 A/m, por conseguinte, reduzindo o volume ou peso do transformador na mesma quantidade. Por conseguinte, diversas composições e métodos para a produção de baixas ligas de Co-Fe-Co (com possíveis adições de elementos de liga) foram propostas, em geral, possibilitando obter as induções magnéticas de 10 Oe próximas daquelas acessíveis com as ligas comerciais de Fe-48% e Co-2% em V, mas com níveis de Co (e, por conseguinte, custo) significativamente menor (de 18 a 25%).

[034] Na tecnologia de núcleo de corte e empilhamento, não se sabe que as ligas de Fe-Ni são utilizadas em transformadores de aeronaves. Na verdade, esses materiais possuem uma magnetização de saturação denominada Js (no máximo a 1,6 T para o Fe-Ni50) muito menor do que para o Fe-Si (2T) ou Fe-Co (> 2,3T) mencionado acima, e também possuem coeficientes de magnetostrição para o FeNi50 de À111 = 7 ppm e À100 = 27 ppm. Isto resulta em uma magnetostrição de saturação aparente Àsat = 27 ppm para um material policristalino Fe-Ni50 do tipo "não orientado" (isto é, que não possui textura significativa). Esse nível de magnetostrição está na origem do ruído elevado, o que explica o motivo pelo qual, além de uma magnetização de saturação bastante moderada Js, esse material não é utilizado.

[035] Em resumo, os diversos problemas enfrentados pelos projetistas de transformadores de aeronaves podem surgir dessa maneira.

[036] Na ausência de uma forte exigência em relação ao ruído devido à magnetostrição, o comprometimento entre os requisitos em relação a um efeito baixo de irrupção, uma densidade elevada de peso do transformador, boa eficiência e baixas perdas magnéticas conduzem à utilização de soluções que envolvem os núcleos magnéticos enrolados em Fe-Si de G.O., em Fe-Co, ou em materiais amorfos à base de ferro, ou soluções envolvendo os núcleos magnéticos em peças de corte e empilhamento produzidas de Fe-Si NO ou Fe- Co.

[037] No último caso, os núcleos E ou I de corte e empilhamento de FeSi de N.O. ou de aço elétrico de G.O., ou de ligas de FeCo, tal como Fe49Co49V2, frequentemente são utilizados. Mas uma vez que estes materiais possuem magnetostrição significativa e a direção de magnetização nem sempre permanece na mesma direção cristalográfica em uma estrutura E, estas estruturas do transformador pode deformar significativamente e emitem ruído significativo se seu dimensionamento é realizado com um nível de indução de trabalho usual de (cerca de 70% de Js). Para reduzir a emissão de ruído, é necessário: - reduzir a indução do trabalho, mas é necessário aumentar a seção do núcleo na mesma proporção, de maneira que seu volume e peso mantenham a mesma energia transferida; - ou acusticamente proteger o transformador, resultando em um custo adicional e um aumento no peso e volume do transformador.

[038]Sob essas condições, está longe de ser sempre possível projetar um transformador que atenda simultaneamente às restrições de peso e ruído das especificações.

[039] Uma vez que os requisitos em relação à magnetostrição de ruído baixo estão se tornando cada vez mais difundidos, não é possível satisfazer os mesmos com as tecnologias anteriores além de aumentar o volume e o peso do transformador, uma vez que não conhecemos a maneira como reduzir o ruído, diferente do que reduzindo a média de indução do trabalho de Bt, por conseguinte, aumentando a seção do núcleo e o peso total para manter o mesmo fluxo de trabalho magnético. O B1 deve ser reduzido para cerca de 1 T em vez de 1,4 a 1,7 T para o Fe-Si ou Fe-Co na ausência de requisitos de ruído. Também é frequentemente necessário acolchoar o transformador, resultando em um aumento de peso e volume.

[040]Apenas um material com magnetostrição zero, à primeira vista, iria solucionar o problema e desde que possua uma maior indução de trabalho do que as soluções atuais. Apenas as ligas de Fe-80% de Ni que possuem uma indução de saturação Js de cerca de 0,75 T e os materiais nanocristalinos para os quais Js é de cerca de 1,26 T, possuem uma magnetostrição tão baixa. Mas as ligas de Fe-80% de Ni possuem uma indução de trabalho de Bt muito baixa para fornecer os transformadores mais leves que os transformadores tradicionais. Somente os materiais nanocristalinos iriam possibilitar essa leveza com o ruído baixo necessário.

[041] Mas as nanocristalinas representam um grande problema no caso de uma solução de "transformador a bordo": sua espessura é de cerca de 20 μm e são toróides enrolados em um estado flexível amorfo em torno de um suporte rígido, de maneira que o formato do toróide é retido durante todo o tratamento térmico, resultando em nanocristalização. E esse suporte nem sempre pode ser removido após o tratamento térmico, a fim de preservar o formato do toróide, e também uma vez que o toróide, em seguida, é cortado ao meio para possibilitar uma compactação aprimorada do transformador, através da utilização da tecnologia de circuito enrolado descrita anteriormente. Apenas a impregnação de resinas no núcleo enrolado pode mantê-lo na mesma forma na ausência do suporte que é removido após a polimerização da resina. Mas após um corte em C do núcleo nanocristalino impregnado e endurecido, existe uma deformação de C que impede que as duas partes sejam recolocadas exatamente face a face para reconstruir o toróide fechado, uma vez que os enrolamentos tenham sido inseridos. As restrições de fixação de C dentro do transformador também podem ocasionar a sua deformação. Por conseguinte, de preferência, é manter o suporte, mas isso resulta em um aumento do peso do transformador. Além disso, os nanocristais possuem uma magnetização de saturação Js significativamente inferior a os demais materiais macis (ferro, FeSi3%, Fe-Ni50%, FeCo, ligas à base de ferro amorfo), o que requer um aumento significativo do peso do transformador, uma vez que o aumento da seção do núcleo magnético irá precisar compensar a queda na indução de trabalho imposta por Js. Além disso, a solução "nanocristalina" seria utilizada como último recurso, se o nível de ruído máximo necessário for baixo, e se outra solução mais leve com ruído baixo não aparecer.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[042] O objeto da presente invenção é propor um projeto de transformador elétrico de baixa frequência que seja adequado para a utilização em aeronaves, e que permita solucionar os problemas técnicos que foram mencionados acima da melhor maneira possível, e atender às especificações envolvendo: - um índice de irrupção muito baixo, normalmente inferior a 0,8, cujo valor preciso desejado pode depender do tipo de fonte de energia do transformador, do tipo de componente elétrico ou eletrônico do transformador submetido à irrupção; - um ruído durante a operação, fora dos períodos em que o efeito de irrupção é sentido, inferior ou igual a 80 dB, de preferência, inferior ou igual a 55 dB, para um transformador ser colocado na cabine do piloto; - e um peso total do menor núcleo magnético possível obtido por uma densidade ponderal da maior energia possível, normalmente, pelo menos, igual a 1 kVA/kg e, de preferência, superior a 1,25 kVA/kg, ou até mesmo superior a 1,5 kVA/kg.

[043] Para este propósito, o objeto da presente invenção é um núcleo de transformador elétrico, do tipo corte e empilhamento, caracterizado pelo fato de que compreende dois empilhamentos ou grupos de empilhamentos, cada um contendo uma primeira espessura (ep1), em que os empilhamentos são,cada um, que consiste em uma única peça plana ou em diversas peças planas idênticas isoladas uma da outra, cujas direções de corte principais são retilíneas e paralelas ou perpendiculares entre si, em que os empilhamentos ou grupos de empilhamentos estão voltados um para o outro e compreendem, pelo menos, uma lacuna de ar residual (ε) que é calibrada com um valor máximo de 10 mm entre elas, em que as peças planas são, pelo menos, de uma liga de FeNi austenítica contendo o Ni = 30-80%, de preferência, o Ni = 40-60%, e no máximo 10%, de preferência, no máximo 2%, dos elementos de liga e impurezas resultantes da preparação, enquanto o equilíbrio é o ferro, em que a liga possui uma textura cúbica aguda {100} <001>, da qual, pelo menos, 80% dos grãos, de preferência, pelo menos, 95% dos grãos, se desviam por um ângulo (w) de não superior a 20° da orientação ideal {100} <001>, ambas as direções de corte principais são das peças planas substancialmente paralelas à direção de laminação ou à direção transversal à direção de laminação, com o plano cristalográfico (100) se desviando no máximo 20° do plano de laminação, de preferência, no máximo 10°, melhor ainda no máximo 5°, enquanto os eixos [001] ou [010] e, respectivamente, a direção de laminação ou a direção transversal se desviarem de um ângulo (α) no máximo igual a 20°, de preferência, no máximo igual a 10°, de maior preferência, no máximo 5°, as peças planas que possuem perdas magnéticas em ondas de indução sinusoidais do núcleo magnético, para uma indução máxima de 1 T, inferior a 20 W/kg a 400 Hz, de preferência, inferior a 15 W/kg, e ainda melhor, inferior a 10 W/kg, a magnetostrição aparente é para uma indução máxima de 1,2 T inferior a 5 ppm, de preferência, inferior a 3 ppm, de preferência, 1 ppm, quando a medição é realizada em uma amostra retangular alongada, o campo a ser aplicado na direção do lado grande da amostra e esta direção sendo paralela à direção de laminação, a magnetostrição aparente é para uma indução máxima de 1,2 T inferior a 5 ppm, de preferência, inferior a 3 ppm, de preferência, 1 ppm, quando a medição é realizada em uma amostra retangular alongada, o campo é aplicado na direção do lado longo da amostra e esta direção é paralela à direção transversal à direção de laminação e situada no plano de laminação, e a magnetostrição aparente para uma indução máxima de 1,2 T é inferior a 10 ppm, de preferência, inferior a 8 ppm, de maior preferência, 6 ppm, quando a medição é realizada em uma amostra retangular alongada, o campo é aplicado na direção maior da amostra e esta direção é paralela à direção intermediária a 45° da direção de laminação e da direção transversal.

[044] Os empilhamentos podem estar no formato de C, no formato de E ou no formato de I.

[045] O núcleo, em seguida, pode ser formado por dois subnúcleos no formato de E voltados um para o outro.

[046] O núcleo, em seguida, pode também ser formado por um empilhamento de peças planas no formato de E posicionadas da cabeça à cauda, os espaços vazios estão entre os braços laterais das peças planas no formato de E preenchidos por peças planas no formato de I com a mesma composição e textura daquelas das partes planas no formato de E, as aberturas de ar (ε) estão presentes entre as peças planas no formato de E e as peças planas no formato de I.

[047] O núcleo, em seguida, pode também ser formado por um subnúcleo no formato de E. e um subnúcleo no formato de I voltados um para o outro.

[048] O núcleo, em seguida, pode também ser formado por dois subnúcleos no formato de C voltados um para o outro.

[049] O núcleo, em seguida, pode também ser formado por dois conjuntos contíguos de dois subnúcleos no formato de C, os conjuntos voltados um para o outro.

[050] De maneira alternativa, o núcleo pode ser formado por uma sucessão de camadas de empilhamentos, duas camadas sucessivas estão colocadas da cabeça à cauda e separadas por uma lacuna de ar (δ2).

[051] Pelo menos, um dos empilhamentos pode consistir em diversas peças planas de formato idêntico, cada uma separada por uma lacuna de ar (δ1).

[052] Os elementos de liga podem ser selecionados a partir de, pelo menos, um de Cr, Si, Al, Zr, Mo, W, V, Nb, Cu, Mn.

[053]As peças planas cortadas podem possuir uma simetria.

[054] O tamanho de grão das partes pode ser inferior ou igual a 200 μm.

[055] O núcleo do transformador também pode compreender segundos empilhamentos de peças planas, que possuem uma segunda espessura (ep2), do mesmo formato que os empilhamentos que possuem uma primeira espessura (ep1) e sobrepostas sobre elas, as peças planas dos segundos empilhamentos estão em, pelo menos, um material que possui uma magnetização de saturação superior ou igual a 2 T, os segundos empilhamentos são inferiores a 50% do volume do núcleo.

[056]As peças planas dos segundos empilhamentos podem ser produzidas de, pelo menos, um material selecionado a partir de ligas de FeCo, ligas de FeCo (V, Ta, Cr, Si, X), em que X é selecionado a partir de um ou mais de Mo, Mn, Nb, Si, Al, ligas de FeCoSi, aços maleáveis, aços inoxidáveis ferríticos contendo de 5 a 22% de Cr e de 0 a 10% total de aços elétricos não orientados de FeSiAl de Mo, Mn, Nb, Si, Al, V,.

[057]A lacuna de ar (ε) entre dois empilhamentos ou grupos de empilhamentos voltados um para o outro pode possuir uma largura diferente entre os primeiros empilhamentos que possuem uma primeira espessura (ep1) e entre os segundos empilhamentos que possuem uma segunda espessura (ep2).

[058]A lacuna (ε) pode possuir uma largura (ε1) entre 2 e 1.500 μm entre os empilhamentos que possuem uma primeira espessura (ep1) e uma largura (ε2) entre 2 e 3.000 μm entre os empilhamentos com uma segunda espessura (ep2).

[059] O objeto da presente invenção também é um transformador elétrico de fase única ou de três fases que compreende um núcleo magnético de corte e empilhamento, caracterizado pelo fato de que o núcleo magnético é do tipo anterior.

[060] Pode ser um transformador destinado a estar a bordo de uma aeronave.

[061] Pode ser um transformador destinado a ser colocado na cabine do piloto de uma aeronave.

[062] Conforme será entendido, a presente invenção consiste em adotar a “tecnologia de transformadores de núcleo de corte e empilhamento mais típica utilizando as placas sobrepostas de material magnético em E, I ou C”, na maioria das vezes organizadas para formar os empilhamentos, isto é, os grupos de placas substancialmente idênticas em formato, tamanho, composição química e textura (quando, para uma placa de um determinado empilhamento, a textura é importante para as propriedades do núcleo que se deseja obter), sobreposta e para associar as seguintes características a ela: - uma densidade elevada de densidade de energia e/ou peso a uma frequência de 400 Hz em ondas de indução sinusoidais, normalmente, pelo menos, 1,5 kVA/kg e de preferência, superior ou igual a 3 kVA/kg ou, até mesmo, superior ou igual a 4 kVA /kg; baixas perdas magnéticas a 400 Hz em ondas de indução sinusoidais com origem no núcleo magnético, isto é, inferiores a 20 W/kg, de preferência, inferiores a 15 W/kg, e de preferência, inferiores a 10 W/kg, para uma indução máxima de 1T; - uma magnetostrição aparente com uma indução máxima de 1,2 T Às1,2T inferior ou igual a 5 ppm, de preferência, inferior ou igual a 3 ppm, melhor ainda inferior ou igual a 1 ppm, quando a medição é realizada em uma amostra retangular alongada (tipo Epstein ou normalmente de 100 x 10 mm2), o campo é aplicado na direção longa da amostra e esta direção é paralela à direção de laminação DL da placa; - uma magnetostrição aparente com uma indução máxima de 1,2 T Às1,2 inferior ou igual a 5 ppm, de preferência, inferior ou igual a 3 ppm, melhor ainda inferior ou igual a 1 ppm, quando a medição é realizada em um amostra retangular alongada (tipo Epstein ou normalmente de 100 x 10 mm2), o campo é aplicado na direção do lado longo da amostra e esta direção é paralela à direção transversal DT da placa; - uma magnetostrição aparente com uma indução máxima de 1,2 T Às1,2 inferior ou igual a 10 ppm, de preferência, inferior ou igual a 8 ppm, melhor ainda inferior ou igual a 6 ppm, quando a medição é realizada em uma amostra retangular alongada (tipo Epstein ou normalmente 100 x 10 mm2), o campo é aplicado na direção do lado maior da amostra e esta direção do lado maior da amostra é paralela à direção intermediária de 45° de DL e DT; - um magnético remanescente Brdo ciclo de histerese principal do circuito magnético global que pode ser ajustado a um valor mais ou menos baixo por meio das diversas lacunas de ar distribuídos entre as peças cortadas. - a presença de, pelo menos, uma lacuna de ar residual ou calibrado em cada nível de superposição das placas.

[063] Em alguns casos, podemos substituir os empilhamentos de placas idênticas, ou apenas alguns deles, por peças únicas mais pesadas que as peças simples.

[064]A solução selecionada pelos Depositantes possibilita preservar o interesse na construção compacta do transformador, possibilitando uma densidade elevada de energia, graças às peças cortadas, por conseguinte, dispostas, de acordo com a presente invenção, da mesma maneira que os núcleos magnéticos em peças convencionalmente de corte para um transformador utilizando o Fe3% de Si ou FeCo. Também possibilita emitir pouco ruído graças a uma seleção adequada dos materiais e/ou de suas microestruturas em relação às direções tomadas pela magnetização nos E e I superpostos. Finalmente, é possível limitar o efeito de irrupção pelo acesso a fluxos magnéticos elevados em períodos transitórios, obtendo uma baixa remanência do circuito magnético.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[065] Um bom compromisso para um transformador a bordo com uma flange magnética do tipo corte e empilhamento, para atender aos requisitos cumulativos de baixas perdas magnéticas, efeito baixo de irrupção, baixo A.Tr, condutor de baixa perda, ruído acústico emitido de baixo a muito baixo, e densidade elevada de energia, é alcançado pela seguinte solução geral, desenvolvida no presente no caso mais restritivo de um transformador de três fases, e ilustrado nas Figuras em anexo, em que:

[066]As Figuras 1 a 6 mostram esquematicamente diversos exemplos de configuração possíveis para os núcleos magnéticos de transformadores produzidos, de acordo com a presente invenção;

[067]A Figura 7 mostra em maiores detalhes um exemplo de um núcleo de transformador "E + I", de acordo com a presente invenção;

[068]A Figura 8 mostra um exemplo de um núcleo de transformador "E duplo", de acordo com a presente invenção;

[069]A Figura 9 mostra como os Exemplos da Tabela 3 estão localizados em um diagrama mostrando os seus pares de "índice de ruído de irrupção " e indicando o peso dos núcleos correspondentes;

[070]A Figura 10 mostra em perspectiva uma variante de uma configuração central que consiste em uma superposição de três camadas de empilhamentos de placas, as placas estão dispostas em E + I dentro de cada camada de empilhamentos, e cada camada de empilhamentos está disposta da cabeça a cauda com em relação à(s) camada(s) adjacente(s);

[071]A Figura 11 mostra em perfil uma variante da configuração do núcleo que possui uma lacuna interplanar calibrada por uma camada não magnética disposta entre cada camada de camadas finas sobrepostas, em uma configuração em que as duas camadas de empilhamentos mostradas estão dispostas da cabeça à cauda.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[072] O módulo elementar da presente invenção é um núcleo magnético de uma estrutura do tipo corte e empilhamento em peças planas no formato de E, I, C, ou quaisquer outras peças cujos lados das diferentes peças são retilíneos, e são paralelos ou perpendiculares um ao outro. Este núcleo magnético é produzido através da utilização de, pelo menos, uma liga de FeNi austenítica com uma textura {100} <001>, convencionalmente denominada de "textura cúbica", de composição típica de Fe50% -Ni50% em peso (FeNi50), de maneira que duas direções de corte principais das peças no formato de E, I, C (ou outras) são paralelas à direção de laminação DL ou à direção transversal DT (a direção perpendicular a DL e localizada no plano de laminação). Por conseguinte, o E, I, C ou similar estão dispostos de maneira a formar um flange magnético em torno dos enrolamentos previamente produzidos do transformador. Este tipo de estrutura é adequado para os transformadores de fase únicas ou de três fases, por exemplo.

[073] Os Depositantes ficaram surpresos ao descobrir que, em tal configuração, os núcleos de FeNi (normalmente de FeNi50), que apesar de possuírem fortes coeficientes de magnetostrição À100 e À111, apenas sofrem pequenas deformações mecânicas e apenas emitem ruído baixo em uma configuração de transformador de fase única (C + C ou C + I) tal como em uma configuração de transformador de três fases (E + E ou E + I).

[074] Os Depositantes também descobriram que se a indução de trabalho de Bt está muito próxima da magnetização de saturação Js, por conseguinte, o efeito de irrupção não é mais suficientemente amortecido.

[075] Os Depositantes também descobriram que se uma proporção menor de peças cortadas de saturação elevada e material de magnetostrição elevada (tal como o FeSi ou FeCo) é adicionada ao núcleo de FeNi anterior, por conseguinte, o efeito de irrupção é melhor amortecido para um peso total idêntico do núcleo magnético.

[076]A solução proposta consiste em projetar um núcleo magnético da estrutura de tipo corte e empilhamento em peças planas no formato de E, I, C ou similares, nas quais os diferentes lados dessas peças são retilíneos, e são paralelos ou perpendiculares um ao outro. De preferência, as peças cortadas e/ou mais em geral os empilhamentos (peças / placas cortadas) possuem uma simetria, mas não é absolutamente essencial. Por exemplo, o braço central de um E pode estar mais próximo de um braço lateral do que do outro braço lateral.

[077]As partes de diferentes materiais sobrepostas umas sobre as outras para formar os empilhamentos não necessariamente possuem a mesma largura em todas as partes correspondentes. Em especial, as diversas porções retilíneas das peças de FeNi de textura cúbica (formando o elemento principal do núcleo magnético) de preferência, possuem uma largura maior do que as porções retilíneas correspondentes das peças opcionais complementares produzidas de material de magnetização elevada e saturação elevada. (FeSi ou FeCo, por exemplo) que, de preferência, são colocados em um lado ou em ambos os lados do empilhamento de peças de FeNi. Isso, em especial, possibilita o "arredondamento" dos ângulos da seção do núcleo magnético, sobre o qual fica mais fácil enrolar os condutores de cobre. Isso também minimiza a quantidade de cobre utilizada para o enrolamento. Caso necessário, atenuar suficientemente o efeito de irrupção, em que a largura das porções de FeCo / FeSi é compensada por um aumento no número de peças que formam os empilhamentos.

[078]As peças que formam o elemento principal do núcleo magnético, de acordo com a presente invenção, são cortadas em uma tira de liga austenítica de FeNi endurecida, de acordo com um método metalúrgico, que possibilita obter, após o recozimento, uma textura {100} <001>, do tipo conhecido como "textura cúbica". As peças são cortadas de tal maneira que: - ou a direção de laminação DL que está orientada na direção cristalográfica <001> é paralela aos lados compridos dos braços laterais de E ou C; por conseguinte, a direção transversal da placa DT que está orientada na direção cristalográfica <100> é paralela à parte de partes traseiras de E ou C (em outras palavras, no lado E ou C que conecta seus braços laterais); - ou a direção de laminação DL que está orientada na direção cristalográfica <001> é paralela à parte de partes traseiras de E ou C; por conseguinte, a direção transversal DT que está orientada na direção cristalográfica <100> é paralela aos lados longos dos braços laterais de E ou C.

[079] Se a peça for cortada no formato de I, são aplicados preceitos comparáveis.

[080] Em outras palavras, as arestas de corte das diversas porções retilíneas das peças de núcleo devem sempre ser substancialmente paralelas às suas respectivas DL ou DT, caso contrário, existe uma rápida degradação do desempenho de ruído do transformador quando, por exemplo, existe uma desorientação entre DL e a direção cristalográfica <100>.

[081] Normalmente (mas não exclusivamente), cada uma das peças cortadas possui uma espessura de 0,1 a 0,3 mm. Em todos os testes que serão descritos posteriormente, cada peça cortada possuía uma espessura de 0,2 mm.

[082]As Figuras de 1 a 6 mostram muito esquematicamente diversos exemplos não limitantes de configurações possíveis para os núcleos de transformador, de acordo com a presente invenção, identificados em relação às direções DL e DT das respectivas peças. A direção DN, que forma com o DL e DT um sistema de coordenadas ortogonais, e que, por conseguinte, corresponde substancialmente à direção de superposição das diferentes peças que compõem o núcleo, também foi representada.

[083]A Figura 1 mostra um núcleo de transformador duplo E de três fases, isto é, formado por dois subnúcleos E1, 2 colocados face a face. Os braços laterais de (3) a (8) e as partes traseiras (9), (10) aos quais estão ligados possuem seções idênticas.

[084]A Figura 2 mostra um núcleo de transformador de fase única, que consiste em dois subnúcleos E (11), (12) colocados voltados um para o outro. Seus braços laterais externos de (13) a (16) e suas partes traseiras (17), (18) possuem a mesma seção, enquanto os braços laterais internos (19), (20) possuem seções iguais a duas vezes a seção dos outros braços de (13) a (16) e partes traseiras (17), (18). Em um transformador de fase única, isso fornece uma configuração muito compacta para uma determinada energia, em comparação com a configuração mostrada na Figura 5.

[085]A Figura 3 mostra um núcleo de transformador de três fases (21) no formato global de um "oito" com seções idênticas para as suas partes traseiras (22) e para cada braço (23), (24), (25), as peças E sendo sobrepostas da cabeça á cauda. Isto significa que duas peças sobrepostas sucessivas do núcleo (21) são sobrepostas alternadamente, um contendo as suas partes traseiras (22) posicionadas à direita e os seus braços laterais (23), (24), (25) voltados para a esquerda e a outra contendo as partes traseiras colocadas à esquerda e os seus braços laterais voltados para a direita. Isto fornece espaços vazios entre os braços laterais (23), (24) e (24), (25) de cada peça em E. Para obter uma seção constante e uniforme do material magnético sobre todo o núcleo (21) e, por conseguinte, o desempenho ótimo do núcleo (21), nesta configuração, esses espaços vazios são preenchidos por peças planas no formato de I (70), (71). Por conseguinte, as lacunas de ar ε são criadas em cada nível de superposição entre os braços laterais (23), (24), (25) das peças planas no formato de E e as extremidades das peças planas (70), (71) na forma de I. A presença dessas lacunas de ar ε garante que este exemplo é bom, de acordo com a presente invenção.

[086]A Figura 4 mostra um núcleo E + I (26), também formando um núcleo "oito" para um transformador de três fases e possui um lacuna de ar ε entre o E e o I. Neste tipo de estrutura, o subnúcleo em E (27) é fechado por um subnúcleo (28) conectando as extremidades dos braços (29), (30), (31) de E (27). Esta configuração pode ser alcançada de duas maneiras: - pode ser obtida colocando em cada nível de sobreposição do núcleo (26) uma peça em E e uma peça em I que é contígua a ela, e organizando as peças em E de dois níveis sucessivos da cabeça à cauda; por conseguinte, existe uma seção de material magnético constante sobre todo o núcleo (26) enquanto retém o formato "oito" da variante da Figura 3; - pode ser obtida juntando um empilhamento de peças E e um empilhamento de peças I.

[087]A Figura 5 mostra um núcleo (32) de um transformador de fase única formado por dois subnúcleos (33), (34) em C colocados voltados um para o outro, os braços (35), (36), (37), (38) e as partes traseiras (39), (40) de cada C contendo todos a mesma seção e todos são retilíneos com os braços de (35) a (38) perpendiculares às partes traseiras (39), (40).

[088]A Figura 6 mostra um núcleo (41) de um transformador de fase única formado por dois conjuntos (42), (43) de subnúcleos C (44), (45), (46), (47) colocados voltados um para o outro com os braços e partes traseiras retilíneas da mesma seção, os dois conjuntos (42), (43) (que são cada um do mesmo tipo que o núcleo (32) da Figura 5) sendo contíguos com uma lacuna de ar residual ou calibrado ε' que os separa, o núcleo da Figura 2, por conseguinte, com o braço lateral interno (48) para formar um núcleo (41) cujo formato geral é comparável àquele de uma seção dupla dos outros braços e partes traseiras laterais. Por conseguinte, existe um núcleo (41) no formato geral de um "oito" contendo duas lacunas de ar residual ε e ε' calibradas perpendicularmente uma a outra e dividindo o núcleo em quatro peças simétricas.

[089]A liga austenítica de FeNi utilizada no contexto da presente invenção pode conter de 30 a 80% de Ni, mas, de maior preferência, a partir de 45 a 60% de Ni para obter a magnetização de saturação mais elevada possível de Js e, por conseguinte, ser capaz de reduzir tanto quanto possível a seção das diferentes peças do núcleo e, por conseguinte, o peso do núcleo.

[090]A liga pode conter até 10% em peso no total de elementos de adição, tais como o Cr, Si, Al, Zr, Mo, W, V, Nb, Cu, Mn, bem como quaisquer elementos residuais e impurezas que normalmente são encontrados em ligas de produzidas em um arco ou forno de indução sem terem sido adicionados voluntariamente. De preferência, o total destes elementos residuais e de adição de impurezas será no máximo de 2%. Uma adição significativa de determinados outros elementos além de Ni pode apresentar a vantagem de limitar as perdas de corrente induzidas nas placas magnéticas aumentando a resistividade da liga. Mas a contrapartida será uma degradação de Js. Esse motivo justifica os limites de 10% e 2% mencionados acima.

[091] Pode ser possível utilizar diferentes ligas nos empilhamentos do mesmo núcleo, organizando as mesmas na forma de camadas sucessivas de espessuras definidas ou misturando as mesmas dentro do empilhamento, se for de interesse, por exemplo, em termos de desempenho do núcleo. Mas cada uma dessas ligas deve atender aos requisitos de composição mencionados acima.

[092]As peças cortadas no formato de E, I, C ou similares, em seguida, são isoladas eletricamente umas das outras por um isolamento, cuja espessura é de 1 a alguns micrômetros, que é depositada na superfície da tira endurecida. Duas peças planas sobrepostas em um empilhamento são separadas por, pelo menos, uma camada de revestimento isolante. Os materiais de isolamento, tais como as resinas orgânicas (frequentemente denominadas "vernizes de isolamento" ou "revestimentos") ou os óxidos tais como o CaO ou MgO ou Al2O3, podem ser utilizados para este isolamento de uma maneira conhecida. Também é possível oxidar, de preferência, a superfície das peças durante o tratamento com a oxidação, conduzindo à formação superficial de óxidos de Fe e Ni. Também é possível fosfatar a superfície da parte em uma camada de ligação de óxidos de Ni e Fe. Essa lista de processos de isolamento, obviamente, não é limitante. Em especial, é possível substituir o depósito de material isolante descrito acima inserindo, entre as peças a serem isoladas, durante a formação do empilhamento, as placas de material isolante e não magnético de espessura calibrada (normalmente algumas dezenas de micrômetros a alguns décimos de milímetro), que também possuiria a função de ajustar a lacuna de ar separando dois empilhamentos para determinadas configurações do núcleo. Os exemplos de tais materiais são o plástico, papel, cartão, espuma rígida, compósito isolante e não magnético. O depósito de isolamento e a inserção de placas isolantes podem ser acumulados.

[093] Deve ser entendido que o "empilhamento", no sentido em que é compreendido na descrição, se provar que isto torna possível obter os resultados desejados, pode consistir em uma única peça cortada, mais ou menos espessa. No caso geral, no entanto, será de preferência utilizar, para uma espessura total determinada, diversas placas idênticas relativamente finas, isoladas umas das outras, para formar o "empilhamento", em especial para limitar a formação de correntes parasitas que poderiam degradar o. desempenho do núcleo.

[094]As peças, em seguida, são recozidas sob um gás de proteção (Ar, H2, H2 + N2, N2 ou similares), durante alguns minutos a algumas horas, para obter uma estrutura de grãos homogênea de tamanho normalmente inferior ou igual a 200 μm, uma ausência total de crescimento anormal (que iria gerar grandes grãos mal orientados cristalograficamente), e uma textura cúbica aguda, isto é, com, pelo menos 80%, e de preferência, pelo menos, 95%, de grãos que possuem sua orientação cristalográfica desviando de um ângulo w igual a no máximo 20° à orientação ideal {100} <001>.

[095] De maneira alternativa, o recozimento texturizado e, em seguida, a deposição de revestimento isolante elétrico, pode ser realizado antes de cortar as peças.

[096]As peças recozidas e revestidas com o isolamento elétrico são sobrepostas para formar os "empilhamentos" (em que poderiam, pelo menos, para alguns deles, cada uma ser constituída de uma única peça), os empilhamentos possivelmente sendo separadas entre si por placas de material isolante, de maneira que o E, I, C ou similar, que possibilitam que os empilhamentos se acumulem por suas sobreposições e/ou suas justaposições, para formar um flange magnético em torno do qual estão dispostos os enrolamentos previamente produzidos. Mas poderíamos produzir enrolamentos após montar o flange. Este tipo de estrutura é adequado, por exemplo, para os transformadores de fase únicas ou de três fases.

[097] O estabelecimento de um isolante entre os empilhamentos não é essencial, mas possibilita, graças ao controle da lacuna de ar ε, ε' que possibilita um melhor controle da remanência do circuito magnético e da corrente de magnetização do transformador, aumenta o desempenho de irrupção, e torna o desempenho de transformadores em uma produção industrial mais reprodutível.

[098] Não é obrigatório, mas vantajoso, sobrepor os empilhamentos de partes de FeNi a outros empilhamentos contendo uma proporção em volume minoritário (isto é, constituindo inferior a 50% do volume total do núcleo) de partes que possuam o mesmo formato que aqueles FeNi mencionados acima, e dimensões idênticas ou muito similares àquelas dessas mesmas partes, mas produzidas de materiais magnéticos de saturação elevada conhecidos em si mesmos como FeSi e FeCo. Eles são superpostos sendo eletricamente isolados uns dos outros, da mesma maneira que as partes de FeNi.

[099] Estes materiais de saturação elevada operam a baixa indução no transformador. Estes materiais de nível elevado podem ser: o Fe- 3% de Si, Fe-6,5% de Si, Fe-15 a 50% de Co-(V, Ta, Cr, Si, X) texturizados ou não, com X selecionado a partir de um ou mais de Mo, Mn, Nb, Si, Al, ferro macio, alguns aços, ferro inoxidável ferrítico Fe-Cr contendo de 5 a 22% de Cr em peso e de 0 a 10% total de aços elétricos de Mo, Mn, Nb, Si, Al, V, Fe -Si-Al de N.O., todos os quais possuem um valor de Js bem acima de 1,6 T de FeNi50 (que possui o maior Js entre o FeNi austenítico). Um Js de, pelo menos, 2 T é necessário.

[0100] Os exemplos de materiais Js elevados convencionais com seu ponto de operação magnético B(H) fornecido em 800 A/m (B800) e 8.000 A/m (B8.000) são fornecidos na Tabela 1 abaixo (as composições fornecidas, naturalmente, são aproximadas e não excluem a presença de outros elementos de liga em quantidades relativamente pequenas; da mesma maneira, a lista de exemplos não pretende ser exaustiva e pode ser utilizado qualquer material com características comparáveis). Na verdade, é em torno do cotovelo da curva B (H), em direção a B800 nesse tipo de material, que se alcança o melhor compromisso entre a redução de volume (B elevado) e baixo consumo do transformador (A.tr baixo). O B8.000, por outro lado, é responsável pela abordagem de indução de saturação, que é utilizada não apenas no potencial de densidade de energia (Bt < B8.000), mas também na redução do efeito de irrupção. TABELA 1 - Composições de materiais de Js elevado utilizáveis na presente invenção e seus pontos de operação magnéticos a 800 A/m e 8.000 A/m

[0101] Nos exemplos que se seguem, consideraremos o caso de transformadores de três fases, que exigem o corte de peças planas no formato de E e/ou I.

[0102] Em um primeiro Exemplo mostrado na Figura 7, é utilizado um núcleo de transformador (49) que possui uma estrutura E + I do tipo mostrado esquematicamente na Figura 4. Os dois braços laterais externos (50), (51) e o braço lateral interno (52) do empilhamento E (53) transportam cada um dos enrolamentos (54), (55), (56) de cada fase do transformador. O empilhamento I (57) é fixado às extremidades livres dos braços laterais (50), (51), (52) de E (53). Cada empilhamento (53), (57) é produzido, de acordo com a presente invenção, sobreposto a uma espessura ep1 de metal de placa de liga de Fe cúbica. Normalmente contendo de 40 a 60% de Ni, os empilhamentos E (53) e I (57) são separadas por uma lacuna ε. Observe que neste Exemplo, a parte traseira (58) e os três braços laterais (50), (51), (52) do empilhamento E (53) e o empilhamento I (57) todos possuem a mesma largura a. Os dois empilhamentos E (53) e I (57) são sobrepostos em dois outros empilhamentos, E (53’) e I (57’), eles próprios compostos de uma superposição de placas de material ep2 de espessura elevada Js, de maneira que os dois pares de empilhamentos E (53), (53') e I (57), (57') possui uma espessura total ep1 + ep2. No exemplo não limitante mostrado, as placas dos empilhamentos (53’), (57’) de material de teor elevado de J possuem os mesmos formatos e dimensões que as placas que constituem os empilhamentos (53), (57) nas quais estão sobrepostos.

[0103] Neste Exemplo, os lados de corte reto das placas superpostas que constituem os empilhamentos E (53), (53') e as placas sobrepostas que constituem os empilhamentos I (57), (57') estão alinhadas nos eixos DL (direção de laminação de cada placa) e DT (direção perpendicular para a direção de laminação de cada placa) da placa de textura cúbica de FeNi, designada cristalograficamente {100} <001>. No Exemplo mostrado, o eixo dos braços laterais (50), (51), (52) de E (53) está alinhado com DL enquanto que o I (57) e a parte traseira (58) de E estão alinhados ao longo de DT. Mas poderíamos também reverter o traçado de corte, permanecendo dentro do âmbito da presente invenção. São as qualidades de alinhamento dos eixos <100> em DL (ou em DT) e o plano (100) no plano de laminação que, de maneira surpreendente, determinam a redução de vibrações e ruídos emitidos pelo núcleo magnético. O plano cristalográfico (100) da orientação "cúbica" ideal é mostrado na Figura 7 como sendo perfeitamente paralelo ao plano de laminação (que é o plano de E (53)), mas até 20° de desorientação pode ser aceita entre estes dois planos de maneira que o efeito surpreendente seja significativo. De preferência, esta desorientação w é no máximo de 10°, de maior preferência, no máximo, de 5°. De maneira similar, é possível aceitar até 20° de desorientação α entre os eixos [001] ou [010] e, respectivamente, DL ou DT, de maneira que o efeito surpreendente seja significativo (vide Figura 7 para uma visualização dessa desorientação α). De preferência, esta desorientação α é no máximo de 10°, de maior preferência, no máximo, de 5°.

[0104] É o mesmo, naturalmente, para as placas do empilhamento I (57), e seria o mesmo para as placas de um empilhamento de C, como aquelas mostradas esquematicamente nas Figura 5 e 6.

[0105] Por conseguinte, no caso de uma textura cúbica com, pelo menos, 80% (em superfície ou volume) de grãos com tais orientações w e α (isto é, desorientados no máximo em 20°, de acordo com os diferentes eixos e planos considerados), observamos o surpreendente fenômeno de vibrações muito pequenas do núcleo do transformador (49) em sua totalidade e, por conseguinte, um ruído baixo magnetostritivo.

[0106]Além disso, o ajuste da lacuna de ar ε entre o E (53) e o I (57) possibilita estabelecer a permeabilidade equivalente do circuito magnético e, ao mesmo tempo, regula a remanência do circuito magnético. A largura desta lacuna ε pode ser ajustada por calços.

[0107]Além disso, a superposição, conforme mostrado, de empilhamentos (53’), (57’) com uma espessura ep2 de placas E ou I em um material de saturação elevada (FeCo ou FeSi, por exemplo) em cada um dos dois empilhamentos (53), (57) possibilita que este material participe no amortecimento do efeito de irrupção que possibilita que a parte principal de FeNi do transformador seja dimensionada para trabalhar o transformador para uma indução mais elevada. Por conseguinte, é possível reduzir a seção e o peso do circuito magnético. Os técnicos no assunto sabem como encontrar o compromisso correto entre o peso adicionado de FeCo ou FeSi comparado com o FeNi de redução de peso para a mesma espessura ep1 + ep2 do núcleo (49).

[0108] Deve ser entendido que as placas deste material de densidade elevada Js não precisam possuir um tipo especial de textura. No caso em que possuírem qualquer textura marcada, esta textura não é necessariamente orientada de uma maneira precisa em relação a DL e DT. Apenas as orientações das arestas de corte das placas em relação a DL e DT são significativas, na medida em que estas orientações são idênticas àquelas dos lados cortados das placas de FeNi com uma textura cúbica do material de baixa magnetostrição.

[0109] Em um segundo Exemplo de um núcleo de transformador magnético de três fases, de acordo com a presente invenção, conhecido como "duplo E", representado na Figura 8 (desta vez, os enrolamentos não estão representados), o núcleo (59) do transformador é apresentado na forma de dois empilhamentos (60), (61) em colunas de elementos de placa, cada uma cortada no formato de E, os dois empilhamentos (60), (61) estão dispostos face a face para formar um circuito magnético e separadas por uma lacuna ε. A largura desta lacuna ε pode ser ajustada por calços. Encontramos a configuração mostrada esquematicamente na Figura 1. Os braços laterais externos (62), (63), (64), (65) e os braços laterais internos (66), (67) possuem a mesma largura, igual à largura das partes traseiras (68), (69) que os ligam. Os braços laterais de (62) a (67) de todos os empilhamentos (60), (61) possuem o mesmo comprimento c, enquanto os braços laterais de (62) a (67) de cada empilhamento estão espaçados um do outro por um comprimento b.

[0110] Cada uma destes empilhamentos (60), (61) é produzido de uma ou, de preferência, diversas placas de corte que são, pelo menos, predominantemente em volume, isto é, para superior a 50% do volume total do núcleo, de um primeiro material que é uma liga de FeNi de 30 a 80% (de preferência, de 45 a 50%) com uma textura cúbica {100} <001>, e é isolado ou separado por uma placa isolante, conforme explicado anteriormente. Estas placas de FeNi são sobrepostas em uma espessura ep1. A orientação α da textura das placas em relação às direções DL e DT, conforme definidas anteriormente e ilustradas para o Exemplo da Figura 7, também está presente neste Exemplo e não é repetida na Figura 8.

[0111] De preferência, tal como nos Exemplos mostrados nas Figuras de 7 e 8, o núcleo suplementado por superposições de espessura ep2, cada uma que consiste em uma ou, de preferência, em diversas placas de um segundo material, com um teor elevado, tal como aquelas definidas na Tabela 1.

[0112]A presença de uma lacuna de ar ε entre dois empilhamentos opostas é obrigatória no contexto da presente invenção (na ausência de tal lacuna de ar ε, iríamos possuir, para as configurações das Figuras 7 e 8, um núcleo de estrutura em "oito" intacto, não de acordo com a presente invenção). É vantajosa de diversos pontos de vista: - possibilita reduzir a indução remanescente do circuito magnético; - facilita a montagem dos enrolamentos; - de preferência, preenche a janela de enrolamento, por conseguinte, para aumentar a densidade de energia do volume.

[0113]A lacuna de ar ε, além disso, pode possuir uma largura diferente para os dois grupos de placas, aquela de placas com textura de FeNi e aquela de placas de material elevado de Js.

[0114]A possível presença de uma lacuna de ar ε de um valor diferente para os dois grupos de placas também é válida para as outras variantes de núcleos, de acordo com a presente invenção, em especial, para a variante da Figura 7. Será observado que na variante da Figura 3 que são as lacunas de ar ε separando as placas I (70), (71) dos braços (23), (24), (25) das placas E entre as quais elas são colocadas, que desempenham o papel da lacuna de ar ε visível na Figura 6 e 7.

[0115]A tendência na aviação civil é projetar os transformadores a bordo com ruído acústico emitido cada vez mais baixo ou muito baixo quando está localizado próximo à cabine do piloto, possibilitando que os pilotos se comuniquem sem um fone de ouvido. Como qualquer componente a bordo, o transformador deve ser o mais leve e o menos volumoso possível, consumir o mínimo de energia possível, aquecer o mínimo possível e também, na medida do possível, ser submetido sem prejuízo de sua integridade (seus isoladores, seus componentes eletrônicos) a grandes variações de carga, isto é, grandes variações na corrente de irrupção do transformador. Essa corrente de irrupção deve ser a mais baixa possível, conforme observado.

[0116] Foi estabelecido na literatura recente que a corrente máxima de irrupção (corrente transiente magnetizante de um transformador) é proporcional a (2Bt + Br - Bs) em que Bt é a indução nominal do trabalho (resultante do dimensionamento do circuito magnético), Br é o indução residual da alça de histerese principal do circuito magnético (isto é, do conjunto que consiste no núcleo ferromagnético e das lacunas de ar localizadas ou distribuídas de acordo com a estrutura da construção do núcleo) e Bs é a indução de saturação do núcleo.

[0117] Para obter uma corrente de irrupção máxima baixa, é necessário: - um material de magnetização de saturação elevada (FeSi ou FeCo que, de preferência, são aos materiais de FeNi e nanocristalinos); - um circuito magnético (e não apenas um material que constitui o núcleo considerado isoladamente) com baixa remanência, que pode ser obtido diretamente pela seleção do material (exemplo do ciclo de histerese plana das ligas nanocristalinas) ou por um efeito de construção da flange (lacunas distribuídas ou localizadas, produzindo um campo de desmagnetização suficiente) - baixa indução de trabalho de Bt; mas isso é antinômico com a densidade elevada de energia, a miniaturização e a iluminação dos transformadores e, por conseguinte, não constitui uma solução satisfatória para o problema, a menos que as características estruturais do núcleo que são vantajosas em outros pontos (incluindo o ruído) mantenham um volume e peso que ainda são aceitáveis para Bt relativamente baixo; - uma pequena seção de núcleo magnético que iria conduzir a um material de saturação elevada; - uma grande área de seção transversal dos enrolamentos.

[0118] Em resumo, se for considerada apenas a questão da irrupção, o circuito magnético ideal inclui uma liga com magnetização elevada de saturação (FeSi, FeCo) e baixa remanência que é utilizada na indução reduzida. Isso envolve um projeto e dimensionamento otimizados do circuito magnético e uma calibração adequada da(s) lacuna(s) de ar desses materiais com saturação elevada de magnetização Js. Uma lacuna de ar da ordem de 1 μm normalmente entre dois subnúcleos no formato de C ou formato de E ou formato de E e formato de I irá apresentar pouco efeito sobre a remanência intrínseca do material e, por conseguinte, uma textura cúbica de FeNi50 {100 } <001> retém sua indução remanescente muito elevada (próxima de Js = 1,6 T, normalmente de 1,4 a 1,55 T). Neste caso da lacuna de ar, e de acordo com a Fórmula que fornece o índice de irrupção acima, o amortecimento do efeito de irrupção não será muito bom. Para reduzir a remanência, uma lacuna, por exemplo, de 200 ou 600 μm, ou 0,1 mm (calibrada por um depósito ou uma camada de material adicionado) é introduzida entre as camadas de peças cortadas e também entre as partes cortadas como E (53) e I (57) no Exemplo da Figura 7. O valor da lacuna de ar necessário para uma redução significativa de Br depende muito da configuração dos empilhamentos de diferentes peças magnéticas, conforme será observado abaixo na descrição dos Exemplos, de acordo com a presente invenção, e os resultados que tornam possível obter em relação aos Exemplos de referência. Neste caso, a indução remanescente Br pode ser reduzida, variando de algumas porcentagens (%) a algumas dezenas de porcentagens (%). Observe que, inversamente, não exageramos a largura da lacuna de ar ε, uma vez que, de acordo com o teorema de Ampère, iria exigir muito mais corrente de magnetização, por conseguinte, iria causar mais aquecimento através do efeito Joule, mais consumo de energia e menor desempenho. Por conseguinte, é necessário encontrar um bom compromisso entre uma irrupção baixa, por um lado, e um baixo consumo de calor e corrente, por outro lado. Os técnicos no assunto irão saber, por cálculo e experiência, como encontrar um equilíbrio judicioso entre estes requisitos.

[0119] No caso opcional em que queremos adicionar um segundo material, que possui um Js elevado (FeCo ou FeSi), para amortecer ainda mais a irrupção, queremos que este segundo material funcione muito pouco em estado estacionário, de maneira que seja apenas um pouco, até mesmo muito pouco, magnetizado pela corrente de magnetização definida para o primeiro material (FeNi cúbico) com sua(s) lacuna(s) de ar. Na verdade, o segundo material Js elevado está presente principalmente para funcionar sob condições transitórias durante as correntes fortes do transformador. Se magnetizada em grande parte também no estado estacionário do transformador, sua magnetostrição elevada iria causar um ruído incapacitante para o transformador. De maneira a limitar a sua magnetização, é possível introduzir nos empilhamentos que compreendem este segundo material em Js elevado, uma lacuna de ar específica ε2 cujo valor, que pode ser diferente daquela da lacuna de ar ε1 que separa os empilhamentos que compõem a textura cúbica de FeNi, é obtido a partir da aplicação do teorema de Ampère, da corrente de magnetização do transformador em estado estacionário e das características magnéticas do segundo material. Por exemplo, no Exemplo da Figura 7, se a lacuna ε1 entre o empilhamento de placas de FeNi em E e o empilhamento de placas de FeNi em I for 0,1 mm, pode ser necessário introduzir uma lacuna de 0,2 mm ε2 entre o empilhamento do material E de Js elevado e o empilhamento de material I de Js elevado. As camadas intermediárias utilizadas, de preferência, para calibrar as lacunas de ar ε1 e ε2 podem ser qualquer material isolante não magnético muito leve, tais como o papel, papelão, plástico, espuma rígida, compósito e similares.

[0120] Em geral, ε1, de preferência, pode estar entre 2 e 1.500 μm, enquanto ε2, de preferência, pode estar entre 2 e 3.000 μm.

[0121] Estes valores também podem ser transpostos em especial para a configuração E + E da Figura 8.

[0122] Se combinarmos as restrições de tamanho pequeno e baixo peso, baixas perdas magnéticas, ruído acústico de baixo a muito baixo e efeito baixo de irrupção em um transformador de aeronave, ainda resta identificar as soluções mais interessantes para otimizar cada magnitude de restrição descrita anteriormente. A Tabela 2 resume as reflexões dos Depositantes sobre este ponto, no caso, de acordo com a presente invenção, de circuitos magnéticos cortados / empilhados (em E, I ou C): TABELA 2 - Propriedades esperadas dos materiais utilizados para constituir um núcleo de monomaterial para os circuitos de corte e empilhamento (Redução das taxas de interesse: excelente> muito boa> boa> média> fraca> ruim)

[0123] Foi considerada no presente a qualidade da liga de -50% de Ni, denominada qualidade do "transformador". Isto é conhecido da técnica anterior há muito tempo e corresponde a um intervalo metalúrgico com uma microestrutura final de grãos grossos (de algumas centenas de μm a alguns mm), com diferentes componentes texturizados de amplitude média, mas sem apresentar nenhum componente de textura cúbica significante, e consequentemente com baixas perdas magnéticas em circuitos em C ou E, e com magnetostrição aparente na saturação da ordem de 10 a 20 ppm. Uma descrição de tais ligas pode ser encontrada especialmente nas referências "Alloy 48" publicadas por Engineering Alloys Digest, Inc. Upper Montclair, Nova Jérsia, junho de 1975, e F.J.G. Landgraf, "Effect of annealing on Magnetic Properties of Fe-47.5% Ni alloy", J. Mater. Eng. (1989) Volume11, No. 1, páginas 45-49.

[0124] Em uma variante de configuração, que também estará entre as consideradas nos testes que serão descritos (Tabelas 3 e 4), as placas sobrepostas que formam o núcleo podem ser cortadas em uma forma de "oito". Isto fornece um núcleo de um formato geral que é idêntica à mostrada na Figura 1, mas sem uma lacuna de ar, de maneira que não esteja, de acordo com a presente invenção.

[0125]A presente invenção, por conseguinte, é com base na utilização, como material único ou como material constituinte principal do núcleo, de uma liga de FeNi austenítica de textura cúbica, de preferência, com uma magnetização de saturação elevada, tais como as ligas contendo de 30 a 80% de Ni, de preferência de 40 a 60% de Ni, e no máximo de 10%, melhor no máximo de 2% de outros elementos além de Fe e Ni. Os Depositantes descobriram, na verdade, com surpresa, que a utilização de tais materiais nas condições da presente invenção reduz significativamente o ruído de magnetostrição, enquanto os coeficientes de magnetostrição verdadeiros destes materiais permanecem elevados (por exemplo, de 100 x 20 ppm).

[0126] Esta implementação exemplificativa da presente invenção será melhor descrita por uma série de Exemplos específicos abaixo, que consideram diferentes espessuras ep1 e ep2 para os empilhamentos produzidos com o primeiro e o segundo material possível, respectivamente, e para diferentes materiais de referência magnéticos, para a produção de um circuito magnético que é: - ou o corte"em um oito ininterrupto" e, por conseguinte, sem uma lacuna de ar (de maneira a não estar de acordo com a presente invenção) ou, de acordo com uma realização da presente invenção, provido de uma lacuna de ar residual (Res.) ε da ordem de 1 μm entre os E's formando o "oito"; - ou o alcance colocando dois empilhamentos E face a face com a provisão de uma lacuna de ar calibrado ε de alguns micrômetros ou dezenas de micrômetros (ou até 1 mm) entre os dois E's (Exemplo da Figura 1).

[0127] Nos casos em que diversos materiais são utilizados, dois valores foram indicados para esta lacuna de ar ε, que pode ser diferente, e sucessivamente corresponder à lacuna de ar ε1 separando o E ou E + I ao nível dos empilhamentos produzidos com o primeiro material e na lacuna de ar ε2 separando E ou E + I nos empilhamentos produzidos com o segundo material. A coluna "Config." (configuração) especifica qual morfologia do núcleo foi adotada para cada teste.

[0128] Os resultados são fornecidos para um transformador de três fases on-board que possui as seguintes características: - frequência fundamental: 360Hz; - corrente primária de magnetização do transformador: I1 = 115A; - voltagem primária V1 e secundária V2 do transformador: V1 = V2 = 230V, - energia elétrica aparente transformada pelo transformador: P = 46 kVA aproximadamente.

[0129]A geometria do circuito é fixada pelos parâmetros a, b e c fixados no Exemplo da Figura 8 como: - a (largura de cada braço horizontal e vertical do oito ou E) = 20 mm; - b (intervalo entre cada braço horizontal do oito ou E) = 50 mm; - c (comprimento de cada braço horizontal do oito ou E, com exceção da parte comum entre este braço horizontal e o braço vertical ao qual está anexado) = 60 mm.

[0130] É imperativo isolar eletricamente, pelo menos, uma das faces, melhor as duas faces, das tiras ou placas de FeNi com uma espessura de material isolante de poucos μm até, de preferência, de 5 a 10 μm, o que pode resultar em: - ou em um depósito de verniz ou resina orgânica, com ou sem a carga mineral, depositada após o corte da placa e recozimento texturizado; - ou um recozimento oxidante nas placas após o recozimento texturizado, produzindo a formação de uma camada oxidada na superfície das placas; - ou um pó medido ou a deposição de uma suspensão de partículas de óxido (alumina, magnésia, cal) em um líquido e seus aditivos, tal como, por exemplo, o leite de magnésia (água + cola + pó fino de MgO. partículas de poucos μm de diâmetro); - ou a deposição na tira de liga de FeNi de uma camada capaz de criar o isolamento elétrico e resistente a temperaturas elevadas de recozimento (normalmente de 900 a 1000° C), por exemplo, a deposição de determinados compostos organometálicos, tal como o metóxido de Mg, formando um MgO pouco pegajoso, após um recozimento a temperatura elevada do núcleo do transformador montado anteriormente, as partículas permanecem presas entre as placas, garantindo uma lacuna de ar calibrado entre as placas; nos Exemplos da Tabela 2, ambos os lados das placas foram revestidos com 2 μm de metóxido de magnésio.

[0131] Conforme foi mencionado anteriormente, o isolamento também pode ser assegurado pela interposição de placas não magnéticas isolantes nos empilhamentos entre as placas sucessivas que compõem estes empilhamentos.

[0132] Este isolamento também é praticado, da mesma maneira, nas placas de material Js elevadas do segundo empilhamento.

[0133] É bem conhecido dos técnicos no assunto que se a indução do trabalho for reduzida para reduzir o ruído e o efeito de irrupção, por conseguinte, a seção magnética (e consequentemente o peso do circuito magnético) deve ser aumentada para manter a mesma voltagem induzida V2 de 230V e, por conseguinte, garantir a energia transformada P. A especificação deste transformador de ruído baixo é um índice de irrupção In inferior a 0,8 e ruído inferior ou igual a um limite que pode ser entre 55 e 80 dB dependendo da localização do transformador na aeronave.

[0134] Nos Exemplos de referência, o primeiro material é de FeSi ou FeCo, e nenhum segundo material é adicionado.

[0135] Os resultados dos testes são mostrados na Tabela 3. Os resultados que satisfazem as especificações mencionadas acima estão sublinhados.

[0136] Observe que a presente invenção visa obter os transformadores de desempenho elevado com as seguintes características.

[0137] Possuem a maior energia de densidade de peso possível, normalmente, pelo menos, igual a 3 kVA/kg e, de preferência, superior a 4 kVA/kg, ou até mesmo superior a 5 kVA/kg a 400 Hz. Os pesos considerados são aqueles somente do núcleo magnético.

[0138] O ruído da origem magnetostritiva do transformador é inferior ou igual a um limite entre 55 e 80 dB, dependendo das especificações. Alguns exemplos, de acordo com a presente invenção, realmente possuem um ruído inferior a 55 dB, e os transformadores correspondentes, por conseguinte, podem ser colocados em uma cabine do piloto.

[0139] Eles possuem um índice de irrupção de 0,8 no máximo.

[0140] Essas características são obtidas com um peso central de até 16 kg.

[0141] Segue-se dos testes abaixo que é necessário utilizar, para formar o núcleo, uma tira ou placa de liga de FeNi de pequena espessura (normalmente de 0,2 mm) e elementos de corte derivados, caracterizada por baixas perdas magnéticas em ondas de indução sinusoidais originadas a partir do núcleo magnético: inferiores a 20 W/kg a 400 Hz, de preferência, inferiores a 15 W/kg e, de um moo de maior preferência, inferiores a 10 W/kg, para uma indução mínima de 1 T.

[0142]A liga de FeNi deve conter a partir de 30 a 80% de Ni, de preferência, a partir de 40 a 60% de Ni, e no máximo 10% no total de elementos de liga tais como o Cr, Si, Al, Zr, Mo, W, V, Nb, Cu, Mn e diversas impurezas resultantes da preparação, de preferência, no máximo 2%.

[0143]As placas de FeNi possuem um componente de textura cúbica aguda {100} <001> (mais de 80% dos grãos por volume ou superfície). O grão é considerado cúbico quando sua desorientação é no máximo 20° em relação à orientação ideal, de preferência, no máximo 10°, melhor no máximo 5°.

[0144]As placas de FeCo (FeCo27 ou FeCo50V2) e FeSi 3% de Si utilizadas em Exemplos de referência ou como segundo material adicionado nos Exemplos, de acordo com a presente invenção, podem ser de qualquer textura, uma vez que são utilizadas apenas para sua magnetização elevada de saturação Js e, possivelmente sua baixa indução de trabalho de Bt, que limita a sua magnetostrição. Nos presentes casos, o FeCo27 do Exemplo 1 possui uma textura com 43% do componente {110} <001> denominado Goss, 38% de componentes de textura aleatória, o restante que compreende as texturas de acordo com outros componentes menores, com algumas porcentagens (%) para cada um deles, o FeCo27 do Exemplo 12B possui um componente de textura Goss de 10% e uma textura aleatória para o restante, o FeCo49V2 dos diversos Exemplos de 2 a 6 possui 14,5% de componente {001} <110>, 14% de componente {112} <110>, 13,5% de componente {111} <110>, 26% de componente {111} <112> e 32% de componentes aleatórios de textura. O FeSi3 possui para alguns uma estrutura com grãos não orientados (N.O.), por conseguinte, completamente aleatórios (Exemplos de 7 a 10) e para outros (Exemplos de 11 a 12) uma estrutura orientada por grãos (G.O.), isto é, textura Goss {110} <001> conforme apresentado anteriormente.

[0145]As placas que formam o núcleo são cortadas em elementos no formato de E, I ou C, ou qualquer outro formato cujos lados são retos e perpendiculares ou paralelos entre si. Os lados das placas são substancialmente perpendiculares ou paralelos à direção de laminação da tira DL e à direção DT perpendicular à direção de laminação DL. O plano cristalográfico (100) da orientação "cúbica" ideal é mostrado na Figura 7 como sendo perfeitamente paralelo ao plano de laminação (que é o plano do empilhamento E (53)), mas é possível aceitar até 20° de desorientação w entre estes dois planos de maneira que o efeito surpreendente seja significativo. De preferência, esta desorientação é no máximo 10°, de preferência, no máximo 5°. De maneira similar, se pode aceitar até 20° de desorientação α entre os eixos [001] ou [010] e, respectivamente, DL ou DT, de maneira que o efeito surpreendente seja significativo. De preferência, esta desorientação α é no máximo 10°, de maior preferência, no máximo 5°.

[0146]A magnetostrição aparente para uma indução máxima de 1,2 T, denominada À1, 2T, é inferior a 5 ppm, de preferência, inferior a 3 ppm, de maior preferência, 1 ppm, quando a medição é realizada em uma amostra retangular alongada (da estrutura do tipo de Epstein ou normalmente uma placa de 100 x 10 mm2), o campo é aplicado na direção "longa" da amostra (em outras palavras, a direção dos lados longos do retângulo formado pela amostra) e esta direção é paralela à direção de laminação DL

[0147]Além disso, a magnetostrição aparente para uma indução máxima de 1,2 T, denominada À1,2, é inferior a 5 ppm, de preferência, inferior a 3 ppm, de maior preferência, 1 ppm, quando a medição é realizada em uma amostra retangular alongada (do tipo de quadro Epstein ou normalmente de uma placa de 100 x 10 mm2), o campo é aplicado na direção "longa" da amostra e esta direção é paralela à direção transversal DT que é a direção perpendicular à direção de laminação DL e localizada na laminação plana.

[0148] Finalmente, a magnetostrição aparente para uma indução máxima de 1,2 T, denominada Às1'2T, é inferior a 10 ppm, de preferência, inferior a 8 ppm, de preferência, 6 ppm, quando a medição é realizada em uma amostra retangular alongada (do tipo quadro Epstein ou normalmente de uma placa de 100 x 10 mm2), o campo é aplicado na direção "longa" da amostra e esta direção é paralela à direção intermediária a 45° da direção de laminação DL e direção transversal DT, e situada no mesmo plano que DL e DT.

[0149] Pelo menos, 80% dos grãos, contados em volume ou superfície, o que equivale ao mesmo, são de orientação "cúbica" {100} <001> com um máximo de desorientação média w da distribuição das orientações cristalográficas de 20° relativa para a orientação ideal {100} <001>. Deve ser entendido que w é mais precisamente a média das três desorientações do componente de textura CUBIC, cada uma medida em torno de DL, DT ou DN.

[0150]A remanência magnética Br do circuito magnético é ajustável a um valor mais ou menos baixo através das diversas lacunas de ar distribuídas entre as partes cortadas: ou uma lacuna de ar residual, isto é, resultante apenas do corte e configuração borda a borda dos elementos do núcleo (neste caso, pode ser da ordem de 1 μm ou alguns μm) ou, de preferência, uma lacuna controlada (por exemplo, por meio de calços) entre os elementos empilhados (na direção DN) do que entre as bordas de elementos montados em E + I, E + E, C + C, C + I e similares, por conseguinte, em seus planos de laminação. Os exemplos específicos de configurações de partes magnéticas (empilhadas alternadamente, totalmente, parcialmente ou nada) e valores de lacuna de ar são fornecidos abaixo no texto.

[0151] Em relação às denominações das diversas lacunas de ar em questão, é necessário especificar o seguinte.

[0152] Os eixos naturais de simetria de um núcleo de transformador composto por elementos E, I ou C, isto é: - o eixo X paralelo às pernas do E ou C, e que corresponde à direção de laminação DL; - o eixo Y paralelo às partes traseiras E ou C e às direções principais dos I e correspondentes à direção DT perpendicular a DL; - o eixo Z normal ao plano das placas cortadas em E, I ou C e definindo uma referência ortogonal com os eixos X e Y.

[0153] O "plano do núcleo do transformador" é definido pelo plano que contém os eixos X e Y.

[0154] Deve ser entendido que, no raciocínio acima, DT e DL poderiam muito bem ser trocados combinando os mesmos para X e Y, respectivamente, como também é indicado na prancheta 1, em que duas marcas correspondentes a cada um desses raciocínios são mostradas.

[0155]As zonas de lacuna de ar são volumes, com base em superfícies opostas que delimitam cada parte em E, I, C. Estes volumes de lacuna de ar são muito finos uma vez que sua espessura é estritamente falando "a lacuna de ar", isto é, a distância que separa as duas superfícies opostas.

[0156]A(s) lacuna(s) de ar ε é / são definida(s) com base nas superfícies de base X-Z ou Y-Z, que são as seções transversais finais (nas extremidades) das partes magnéticas cortadas em E, I ou C do transformador. A lacuna ε, por conseguinte, é a medida do espaçamento médio, ao longo dos eixos Y ou X, respectivamente, entre as duas superfícies voltadas para as extremidades de duas partes. Estas lacunas de ar ε podem possuir dois valores diferentes ε1 e ε2 no caso da utilização (não obrigatório) de dois materiais diferentes no núcleo, conforme foi mencionado acima. Normalmente, essas lacunas de ar ε variam de uma espessura "residual" (alguns μm) a uma espessura controlada pela interposição de calços ou placas não magnéticas da ordem de algumas dezenas a algumas centenas de μm, ou até mesmo, da ordem de mm.

[0157]A(s) lacuna(s) de ar δ é / são definida(s) utilizando as superfícies de base X-Y que são as principais superfícies de partes magnéticas cortadas em E, I ou C do transformador, e a lacuna de ar δ, por conseguinte, é a medição do espaçamento médio entre duas superfícies opostas dentro dos empilhamentos ou entre dois empilhamentos, por conseguinte, na direção Z. Essas lacunas de ar δ são produzidas pela interposição de um material plano não magnético entre as peças cortadas em E, I, C, por exemplo, ou entre empilhamentos de tais peças cortadas. Essas partes ou empilhamentos de peças podem ou não ser organizadas da cabeça a cauda. Uma lacuna de ar δ pode possuir um valor δ1 entre duas partes cortadas do mesmo empilhamento de partes cortadas, de mesmo tamanho, dimensões e orientação, e um valor δ2 entre dois empilhamentos sobrepostos de partes cortadas de formatos e/ou orientações diferentes. Podemos jogar nesta diferença possível entre δ1 e δ2 para reduzir a indução remanescente Br. Os valores de δ, normalmente, são da mesma ordem de grandeza que daqueles de ε.

[0158]As lacunas de ar ε, δ1 e δ2 são destacadas na Figura 10.

[0159]Também pode ser interessante modular os valores das lacunas de ar δ de acordo com se um está no material principal com baixa magnetostrição do núcleo ou no material opcional com Js elevado.

[0160] Os seguintes Exemplos de 1 a 5 e de 7 a 9, e também os Exemplos 13, 17, 20, 23, 27 são inteiramente produzidos a partir de uma placa cortada em uma peça de formato em oito. Neste caso, existe apenas uma possibilidade para empilhar as peças de formato em oito umas nas outras. As únicas modificações que podem ser realizadas no circuito magnético, uma vez alcançado o número desejado de peças de formato em oito, são a introdução ou não de uma lacuna de ar substancial do tipo de lacunas de ar δ previamente descritas (por meio de calços, espaçadores não magnéticos e similares) entre todas as partes em oito ou algumas delas.

[0161] Embora isto não seja mostrado na Tabela 3 abaixo, os Depositantes tentaram adicionar as lacunas entre todas ou algumas das partes no formato de oito: os resultados dos Exemplos mencionados acima não mudaram. O não interesse das soluções com peças de formato em oito, que possuem, pelo menos, 50% das partes cortadas em uma única peça de formato em oito, mas sem a lacuna de ar do tipo ε, destacada abaixo dos resultados relatados na Tabela 3, por conseguinte, é a mesma para esses mesmos Exemplos como se tivessem utilizado espaçadores de lacuna de ar do tipo δ entre as partes de formato em oito. Uma lacuna de ar é eficaz em núcleos magnéticos no formato geral em oito, de acordo com a presente invenção, em que se divide o oito em dois blocos em E, um bloco E e um bloco I, dois blocos E cada um formado por dois blocos de C justapostos ou similar, voltados um para o outro.

[0162] Em alguns casos dos Exemplos abaixo (Tabelas 3, 4 e 5) utilizando as partes cortadas em E ou E + I ou E formadas por dois C contíguos (Exemplos 6, de 10 a 12B, de 14 a 16, 18, 18bis, 18ter, 19, 21, 22, de 24 a 26), estes são superpostos em uma configuração 1 denominada "série": neste caso, o E, I ou C são sempre sobrepostos em um E, I ou C, que fornece no final, os subcircuitos magnéticos formados por empilhamentos E, ou I ou C, colocados face a face com uma lacuna ε, pelo menos, residual, entre estas duas partes; isto corresponde aos casos mostrados nas Figuras de 7 e 8; um calço, cuja espessura é indicada na Tabela 3, Exemplos e referências abaixo, que define a largura da lacuna entre estes empilhamentos, pode ser inserido entre os empilhamentos em E, I ou C voltados um para o outro; nos Exemplos abaixo, nenhum calço foi inserido dentro de cada empilhamento de E, I ou C, e as lacunas entre as placas dentro desses empilhamentos permanecem residuais (normalmente alguns μm). Todos os Exemplos na Tabela 3 mostram essa configuração de "séries".

[0163] Em alguns Exemplos das Tabelas 4 e 5, uma configuração denominada "paralela" 2 (observada nas Tabelas 4 e 5) é utilizada: neste caso, as placas em E ou I, ou em C e similares, são empilhadas, mas não necessariamente colocadas na mesma posição da placa anterior do empilhamento: por conseguinte, satisfazemos pelo menos, uma alternação que é "cabeça à cauda", esta expressão possui o significado observado com referência à Figura 3. No caso dos Exemplos da Tabela 3, não foi estabelecido nenhuma lacuna de ar entre os braços de E e I pertencentes a dois níveis sucessivos de um empilhamento: as lacunas de ar correspondentes permanecem residuais.

[0164] Nas Tabelas 3, 4 e 5, os valores de ruído, índice de irrupção e peso total do núcleo que são considerados, pelo menos, aceitáveis para uma implementação da presente invenção no caso de um transformador de energia de três fases da ordem de 46 kVA estão sublinhados. Um exemplo, de acordo com a presente invenção, fornecido, por conseguinte, deve ser aceitável nestes três pontos, uma vez que se considera que um ruído inferior a 80 dB se enquadra nesta categoria, o máximo de preferência, a partir de 55 dB aplicável a um transformador a bordo que é especialmente adequado para instalação no própria cabine do piloto. Para ser aceitável, o índice de irrupção deve ser inferior a 0,8, enquanto o peso total deve ser inferior ou igual a 17 kg. TABELA 3 - Resultados de testes de diversos projetos do núcleo (NB: Induções Br são medidas no ciclo de histerese principal na saturação)

[0165] Será mostrado no momento que as configurações E + I ou C são igualmente adequadas para fornecer as vantagens da presente invenção. Partindo do Exemplo 18 em E + E + lacuna de ar do tipo ε, comparamos na Tabela 4 as configurações E + I (do tipo da Figura 4) também de um tipo de transformador de três fases (seção de conservação) e aquela com 2 x E com E = 2C contíguo (do tipo da Figura 6) transformador do tipo de fase única (enrolamento na perna central). Esses Exemplos não incluem o material 2 de Js elevado, mas apenas o material 1 de magnetostrição baixa.

[0166] Para as três fases do Exemplo 18 (E + E), a geometria do circuito é fixada pelos parâmetros a, b e c, como no Exemplo da Figura 1: a (largura do braço de E e de partes traseiras de E) = 20 mm, b (intervalo entre os braços de E) = 50 mm, c (comprimento dos braços de E) = 60 mm.

[0167] Para o Exemplo 18bis de três fases (E + I), a geometria do circuito é fixada pelos parâmetros a, b e c, como no Exemplo da Figura 4: a (largura do braço de E ou I ou de partes traseiras de E) = 20 mm, b (intervalo braço de E) = 50 mm, c (comprimento braço de E) = 120 mm.

[0168] Para o Exemplo da fase única 18ter (E = 2C + E = 2C), a geometria do circuito é fixada pelos parâmetros a, b e c como no Exemplo da Figura 6: a (largura do braço de C) = 20 mm o que equivale a constituir: uma perna central de E = 2C de 2 x 20 = 40 mm, b (intervalo entre os braços de C) = 50 mm, c (comprimento dos braços de C) = 60 mm.

[0169] Para o Exemplo 18 de três fases (na alternância E + I), o mesmo material é utilizado para 18bis, mas na configuração de empilhamentos E + I alternando com cada camada, com as lacunas de ar residual entre E e I, bem como entre cada camada de E + I., por conseguinte, é uma configuração em paralelo (//). TABELA 4 - Comparações entre os resultados do Exemplo 18 e configurações derivadas do Exemplo 18 - CUB = textura "cúbica" {100} <001>; ε = lacuna de ar calibrada; P-tri: energia aparente de três fases (V.A)

[0170] Pode ser observado que os Exemplos 18a e 18b possuem desempenhos comparáveis àqueles do Exemplo 18 e que são, como os últimos, de acordo com a presente invenção. O Exemplo 18 conduz a um núcleo mais pesado, mas permanece aceitável.

[0171] Para o Exemplo 18quater, resulta da sua configuração uma indução remanescente Br do ciclo de histerese principal de 0,8 T, e se quisermos, por conseguinte, reduzir a irrupção para o limite admissível (0,8), por conseguinte, a indução Bt deve ser reduzida no modo nominal para 0,8 T e a seção de material também aumentaram para manter a voltagem secundária entregue e a energia aparente transformada. Isso resulta em um aumento no peso do núcleo magnético de até 16,5 kg, o que ainda é aceitável, enquanto o ruído emitido está bem abaixo do limite tolerado. Por conseguinte, pode ser observado que até mesmo com um valor razoavelmente elevado de Br e ao custo de um aumento aceitável de alguns quilogramas, ainda é possível se beneficiar da presente invenção com um ruído baixo emitido e um índice de irrupção aceitável. No entanto, foi observado que é interessante, para minimizar o peso, tentar reduzir o Br do núcleo magnético: os Exemplos abaixo mostram diferentes maneira de alcançar isso.

[0172]A Figura 9 mostra um diagrama em que os diversos Exemplos da Tabela 3 são apresentados. Na abscissa está o ruído emitido pelo transformador, enquanto na ordenada está o índice de irrupção. As linhas pontilhadas delimitam os domínios de ruído e irrupção correspondentes aos objetivos (imperativos e, de preferência, para o ruído) visados pela presente invenção. Os pesos dos núcleos correspondentes também foram observados e os materiais foram identificados de diversas maneiras.

[0173]A análise dos resultados possibilita chegar às seguintes conclusões.

[0174]A utilização exclusiva das ligas usuais, não texturizadas ou texturizadas, utilizadas em transformadores a bordo, isto é, as ligas de FeCo com 27% de Co, ou 50% de Co, e 2% de V, ou N.O. ou G.O. Os aços elétricos de Fe-3% de Si causam um ruído muito grande se a indução do trabalho for elevada (normalmente, Bt do primeiro material superior a 1 T), enquanto o peso do circuito magnético é baixo (Exemplos de 1 a 3). É apenas com uma indução de trabalho de 1 T (Exemplo 4) que o efeito de irrupção enfraquece (é 1,3), sem, no entanto, ser capaz de respeitar as especificações de um índice de irrupção de 0,8 no máximo. Os níveis de ruído atingidos nos Exemplos de 1 a 3 (de 100 a 117 dB) são proibitivos, para qualquer utilização a bordo que exija comunicação falada entre as pessoas, sem o auxílio de equipamento técnico (isto é, os microfones e fones de ouvido que equipam as cabinas de piloto atuais). O nível de ruído do Exemplo 4, embora inferior (82 dB), ainda permanece acima do limite aceitável de 80 dB para a utilização a bordo.

[0175] Para alcançar os níveis mais baixos de magnetostrição, apenas resta, neste caso de configuração e para essas seleções de material, reduzir ainda mais a indução do trabalho. Isso é mostrado no Exemplo 5, em que, reduzindo a indução do trabalho para 0,3 T, um nível de ruído aceitável é obtido (65 dB contra o idealmente procurado 55 dB), mas o peso do circuito magnético mais do que triplicou (42 kg) que também é proibitivo em aeronaves. Esta solução, por conseguinte, não é satisfatória.

[0176]Todos os Exemplos de referência de 1 a 5 utilizam uma configuração de circuito com placas sobrepostas cortadas em um 8, sem uma lacuna de ar. A transição para uma estrutura cortada como E duplo, de acordo com a Figura 1, com uma lacuna de ar calibrado de 200 μm do Exemplo de referência 6, possibilita reduzir ainda mais o efeito de irrupção comparado ao Exemplo 4, mas o ruído é um pouco degradado. Esta modificação por si não torna o circuito magnético de liga de FeCo mais aceitável como um "transformador de ruído baixo".

[0177] Por outro lado, a utilização de aço elétrico não orientado de Fe-3% de Si (N.O., isto é, sem textura marcada diferente da resultante, de maneira descontrolada, da laminação e recozimento necessário para alcançar a espessura final), fornece resultados muito similares àqueles Exemplos utilizando ligas de FeCo27. Os Exemplos de referência 7, 8 e 9, seção de formato em oito sem uma lacuna de ar, mostram que, com uma redução progressiva da indução de trabalho de Bt, o circuito magnético alcança um peso baixo (Exemplo 7: 8,4 kg) e ruído (96 dB) com um forte efeito de irrupção (índice > 2) no (Exemplo 9) um peso muito elevado para Bt = 0,3 T (42 kg) com um ruído relativamente baixo emitido quase no limite ideal (58 dB) e um efeito de irrupção baixa (< 0). Seja devido ao ruído elevado ou peso elevado imposto pela necessidade de trabalhar com uma baixa indução de Bt para obter ruído e irrupção baixo, esses Exemplos não podem ser satisfatórios para a aplicação de "ruído baixo de processamento a bordo".

[0178]A comparação dos Exemplos de referência 8 e 10 mostra o efeito de um corte de duplo E. Tal como nos Exemplos que utilizam o FeCo, este modo de corte aprimora o efeito de irrupção, mas degrada o ruído emitido. Isso não altera as conclusões sobre a impossibilidade de aplicar o FeSi3 de N.O. para um circuito magnético de ruído baixo de um transformador a bordo.

[0179] Os Exemplos de referência 11 e 12 descrevem a utilização de aço elétrico de 3% de Si e grãos orientados (FeSi 3 de G.O.) em uma estrutura de duplo E com uma lacuna de ar calibrado de 50 μm, para as induções médias de 1 e 1,5 T, para manter um peso baixo a bordo (de 8 a 12 kg). No entanto, a utilização desse tipo de textura, denominado Goss {110} <001>, apenas aprimora ligeiramente o ruído emitido: vide a comparação dos Exemplos 10 (N.O.) e 12 (G.O.) com um ruído de redução de apenas 8 dB. Isto não alcança um peso reduzido e um ruído baixo emitido. Por conseguinte, pode ser observado no presente que qualquer material texturizado não é necessariamente de interesse em si mesmo para reduzir significativamente o ruído emitido por um circuito magnético cortado, até mesmo se a estrutura compreender uma lacuna de ar.

[0180] Os Exemplos 12 e 12 B possuem a mesma configuração de núcleo magnético composta de dois empilhamentos de peças de corte E, uma em frente à outra, separados pela mesma lacuna de ar calibrado de 50 μm. Esses dois Exemplos possibilitam comparar a utilização de dois materiais diferentes, uma vez que ambos são monomateriais. Para o Exemplo 12, é utilizado um material de FeSi a 3% de G.O. (grão orientado), conhecido por sua magnetostrição muito baixa de acordo com DL e sua magnetostrição grande de acordo com DT: segue que para um transformador que possui duas direções ortogonais principais do fluxo magnético no plano das peças em E, C ou I, as deformações de magnetostrição serão elevadas e só podem ser reduzidas reduzindo o nível de indução. Isso é realizado no Exemplo 12 com um valor Bt = 1,1 T (55% de Js), enquanto um valor baixo de remanescência Br é fornecido pela lacuna de ar, Br = 0,1 T. Até mesmo neste nível de indução de trabalho reduzido de 1,1 T, o ruído ainda permanece bastante forte (82 dB), mas, no entanto significativamente reduzido em 9 dB comparado ao Exemplo 11. Por outro lado, o valor baixo de Br e o valor elevado de Js, possibilitam um coeficiente baixo de irrupção, e seriam compatíveis com as especificações do transformador. O peso resultante de 11,5 kg é permissível para a aplicação, devido à drástica redução da indução de trabalho de Bt que precisou ser compensada por um aumento da seção do núcleo nas mesmas proporções, a fim de manter a energia elétrica transformada. O ruído é muito elevado (27 dB muito elevado comparado ao limite superior, de preferência, e 2 dB muito acima do limite superior aceitável), por conseguinte, este Exemplo não está em conformidade com as especificações, até mesmo em sua variante menos exigente para o ruído magnetostritivo.

[0181] O Exemplo 12B substitui o FeSi3% de G.O. por uma liga de Fe-Co a 27% conhecida por ser a liga magnética com a magnetização de saturação mais elevada (2,38 T), as ligas de FeCo são magneticamente macias utilizadas historicamente na engenharia elétrica a bordo para reduzir os pesos das máquinas elétricas. Ao testar o Exemplo 12B, procuramos logicamente reduzir significativamente o peso a bordo, a fim de observar as consequências na irrupção e no ruído em comparação com a solução Fe3% de Si de G.O. do Exemplo 12. Levando a indução do trabalho a 2T, enquanto mantém uma indução residual baixa (0,2 T) utilizando os calços de lacuna de ar e um arranjo em série, é possível reduzir consideravelmente o peso do núcleo magnético para 8 kg, que é o peso mais baixo de todos os Exemplos e contraexemplos destas experiências. Por outro lado, a magnetostrição do ruído aumenta consideravelmente e passa acima de 100 dB. As ligas de FeCo tradicionais, na verdade, são conhecidas por seus verdadeiros coeficientes de magnetostrição verdadeiros À100 e À111, bem como por seus fortes coeficientes de magnetostrição aparentes. O coeficiente de irrupção também aumenta significativamente para valores muito elevados para o transformador, que é o resultado da indução de trabalho de Bt estar muito próxima da magnetização de saturação (de acordo com a Fórmula da irrupção).

[0182] Por conseguinte, pode ser observado a partir destes dois Exemplos 12 e 12B que a utilização de materiais de magnetização de saturação elevada com valores elevados de indução de trabalho de Bt, e até mesmo com uma lacuna de ar calibrado, não possibilita alcançar o nível desejado de irrupção e ruído. Uma redução muito forte no Bt tornaria isso possível, mas ao custo de um aumento significativo no peso a bordo, o que não seria admissível. Esses Exemplos 12 e 12B, por conseguinte, não conseguem solucionar o problema exposto para os transformadores de aeronaves.

[0183] Os Exemplos 13 a 18 tornam possível avaliar as vantagens de um dos elementos da presente invenção, isto é, a utilização de uma liga de Fe-Ni austenítica, normalmente, a 50% em peso de Ni, com saturação elevada e com uma textura cúbica {100} <001>. Nestes Exemplos, é utilizado isoladamente para obter o circuito magnético, isto é, sem uma estrutura contígua de material Js elevada.

[0184] Os Exemplos 13 (núcleo de formato em oito) e 14 (núcleo de duplo E) não são Exemplos, de acordo com a presente invenção, uma vez que o material em consideração (Fe-50% de Ni), no seu caso, não possui nenhuma textura marcada. Na verdade, foi descoberto que o ruído emitido permanece relativamente elevado (75 e 82 dB), longe do valor máximo ideal (55 dB) e nem sempre de acordo com o valor máximo tolerável (80 dB), para uma média de indução de trabalho de Bt de 1,1 T e um peso de flange magnético de 12 kg. O Exemplo 13, cujo nível de ruído é de 75 dB, pode ser acusticamente aceitável para um transformador colocado fora da cabine do piloto, mas seu índice de irrupção é muito elevado (1.7). O oposto é verdadeiro, por Exemplo, 14: o índice de irrupção é bom (0,655), mas o ruído é muito elevado (82 dB). Por conseguinte, não pode ser considerado produzir um circuito magnético transformador que satisfaça as especificações em todos os aspectos com um tal material.

[0185] O Exemplo 14B possui uma configuração comparável àquela do Exemplo 14, mas requer um peso superior de Fe-50% de Ni não texturizado e é utilizado com uma indução de trabalho de Bt mais baixa. Estas modificações conduzem a um núcleo que começa a ser excessivamente pesado, e que acompanham em conjunto com uma redução significativa na energia por unidade de massa. Por conseguinte, embora seus desempenhos de ruído e irrupção sejam bons sob as condições de teste especificadas, não constitui uma solução satisfatória para os problemas apresentados.

[0186] Os Exemplos 15, 16 e 18, de acordo com a presente invenção, são realizados com uma liga de Fe50% de Ni texturada {100} <001>. É surpreendente observar que, no mesmo trabalho de indução Bt, a introdução de tal textura torna possível reduzir significativamente o ruído emitido. A 15° de desorientação média w da textura, o ruído diminuiu significativamente para 62 dB, e por conseguinte, se torna aceitável em algumas utilizações, enquanto que para as desorientações três vezes inferiores, o ruído emitido se torna notavelmente inferior ou igual ao limite superior ideal de 55 dB. Esta desorientação média da textura pode ser tolerada até 20°, de acordo com a presente invenção.

[0187] Além disso, o efeito de irrupção pode ser reduzido, por um corte E, a níveis aceitáveis (índice < 0,8) nos Exemplos 15 e 16, enquanto o corte em oito sem uma lacuna de ar ε (Exemplo de referência 17) degrada excessivamente o efeito de irrupção. Este último Exemplo mostra que a ausência total de uma lacuna de ar no plano de corte das peças do transformador perfilado, não possibilita obter um amortecimento suficiente do efeito de irrupção, devido à excessiva remanência magnética Br do circuito magnético, apesar da utilização de FeNi50 com textura cúbica e desorientação baixa (7°).

[0188] Será observado que o Exemplo 16 possui características de acordo com os requisitos da presente invenção, embora possua apenas uma lacuna de ar residual ε entre os seus E’s.

[0189] Se aproveitarmos esses resultados para manter o corte de E duplo favorável com, pelo menos, uma lacuna de ar residual ε, e limitarmos um pouco mais a indução do trabalho para baixar ainda mais o índice de irrupção, obteremos uma solução de monoliga texturizada de Fe50% de Ni que é satisfatória em termos de ruído, irrupção e peso reduzido do circuito magnético (no Exemplo 18 é 13,1 kg). Por conseguinte, de maneira surpreendente, foi descoberto que uma liga de FeNi com de 30 a 80% de Ni, de maneira ideal, de 40 a 60% de Ni, com uma textura cúbica suficientemente aguda, apesar de possuir coeficientes significativos de magnetostrição verdadeira À100 e À111, poderia reduzir significativamente o ruído emitido por um transformador cujo circuito magnético é realizado por corte e superposição de E ou placas de formato em oito. Além disso, é observado que os circuitos de formato em oito desprovidos de, pelo menos, uma lacuna de ar residual não possibilita, ao contrário dos circuitos E, I, C, o amortecimento suficiente do efeito de irrupção. Por conseguinte, eles são excluídos do âmbito da presente invenção.

[0190] Os Depositantes também queriam especificar como as lacunas de ar tornam possível reduzir a indução remanescente de um circuito magnético, até mesmo que o material que o constitui inerentemente possua uma indução remanescente elevada devido à sua textura cúbica {100} <001>.

[0191] Os Depositantes daqui em diante mostram na Tabela 5, os Exemplos específicos que derivam do Exemplo 18bis da Tabela 4, um Exemplo que está, de acordo com a presente invenção, (e cujas características são repetidas no título da Tabela 5), em que utilizam placas de FeNi50 w cúbico = 7°, dispostos em E + I e não incluem o material Js elevado. Esses novos Exemplos são com base nos dois tipos de configurações "séries" e "//" apresentadas anteriormente com diferentes variantes, sempre utilizando um E + um I em cada nível de um empilhamento. As lacunas de ar ε entre E e I voltadas de uma para outra (isto é, ao longo do eixo longitudinal dos braços E), δ1 entre dois E ou dois sucessivos I um do mesmo empilhamento, e δ2 entre dois empilhamentos sucessivos de E + I são especificados. Quando não são residuais, são obtidos utilizando os calços espessos ε, δ1 ou δ2.

[0192] Para todos os testes, o Js é de 1,6 T, uma vez que é o único material utilizado para compor o núcleo. A energia é da ordem de 46 kVA.

[0193] A Figura 10 mostra um Exemplo de uma configuração mista do tipo dos Exemplos 14 a 17. Em uma tal configuração mista, são encontrados empilhamentos cujas placas que os compreendem estão cada uma organizada em série, mas dois empilhamentos sucessivos estão dispostos em paralelo, em outras palavras, de cabeça para baixo. "Res." significa que a lacuna ε ou δ1 em questão é residual. "-" em relação a δ2 significa que esta lacuna de ar não existe na configuração em questão, uma vez que não é uma configuração "mista". TABELA 5 - Influência das lacunas de ar na indução remanescente do circuito magnético

[0194] Por conseguinte, o material do Exemplo 18a foi testado na mesma configuração que permitiu obter os resultados da Tabela 4, por conseguinte, com um único empilhamento de 353 placas E voltadas para um único empilhamento de placas 353 I, mas com apenas uma lacuna de ar residual ε entre o E e o I. Na configuração "em série" dos Exemplos 18bis 2, 5, 7, 9, esta altura de cada empilhamento de E e I é reduzida a cinco placas sobrepostas e torna possível obter uma valor baixo de indução remanescente Br, próximo a 0,2 T ou até inferior. As configurações dos outros Exemplos do tipo "série" também 18bis 3, 6, 8 e 18bis 4, variando apenas no número de camadas (10 e 15, respectivamente), mostram os resultados de Br que são muito similares àqueles da configuração de série com cinco placas por empilhamento: Br reduz à medida que o número de placas aumenta, sendo todas as coisas iguais.

[0195] Para poder comparar as diversas soluções 18bis2 a 18bis19 com o Exemplo 18bis do qual elas são derivadas, o peso magnético de cada solução e o peso de energia (em kVA/kg) são calculados a partir da indução de trabalho de Bt, e por conseguinte, o peso do transformador correspondente à mesma energia (46 kVA) que aquela do Exemplo 18bis é calculada. É evidente que os Exemplos 18bis2, 18bis3 e 18bis4 possuem as mesmas densidades de energia e o mesmo peso equivalente do flange magnética. O ruído e o índice de irrupção também permanecem inalterados ou próximos.

[0196] Nas configurações de séries 18bis5 a 8, o tamanho da lacuna de ar ε entre E e I é variado por um calço de espessura 83 ou 190 μm, para os núcleos magnéticos que compreendem os empilhamentos de cinco ou dez placas sobrepostas. Neste momento, Br alcança valores baixos (18bis5), ou até mesmo, valores muito baixos, se aproximando de 0 (18bis6 a 8). Por conseguinte, observamos que o modo "série" é muito eficaz na redução de Br, em conjunto com uma lacuna de ar calibrado entre os empilhamentos de E e os empilhamentos de I. Br é inferior quando ε é grande e também quando o número de camadas for elevado. O ruído permanece baixo (de 40 a 45 dB) enquanto o índice de irrupção é ainda mais reduzido pelo efeito fraco ou muito fraco de Br.

[0197] Na configuração 18bis9, que também é uma configuração em série, a lacuna ε é residual entre os empilhamentos de E e os empilhamentos de I, mas desta vez é a lacuna δ1 entre cada E e cada I que não é mais residual graças a um calço não magnético de 83 μm de espessura interposto entre cada placa de cada empilhamento. No presente, também é possível obter um Br de indução remanescente muito baixo, da ordem de 0,1 T, por conseguinte, duas vezes inferior do que com as lacunas de ar residual δ1, com um número igual de placas. A redução da permeabilidade geral gerada por este tipo de lacuna de ar, no entanto, reduz a indução de trabalho de Bt e, por conseguinte, aumenta o peso do núcleo magnético necessário para a transferência de energia elétrica: cerca de 15 kg, isto é, mais 2 kg, mas, por outro lado, isto fornece uma coesão mecânica ao núcleo magnético através de calços de lacuna de ar não magnéticos conectando o E e I da mesma camada, o que é procurado pelas tecnologias de construção industrial. Por conseguinte, o núcleo magnético, apresentado como um empilhamento de placas N (5 em 18bis9, 10 em 18bis8) E voltadas para um empilhamento de placas N I, pode encontrar uma grande coesão de monobloco mecânico utilizando os calços não magnéticos em cada nível dos empilhamentos.

[0198]A desvantagem da configuração em série é que o circuito magnético está em duas partes distintas que devem ser mantidas em conjunto para garantir a lacuna de ar que, de acordo com a presente invenção, deve estar presente em cada nível de cada empilhamento (residual ou calibrado por calços), que os fabricantes de transformadores estão relutantes em realizar. Preferem muito mais a configuração "paralela" uma vez que, alternando o E com I na direção de superposição do empilhamento, criamos uma coesão mecânica forte do núcleo magnético pela construção. É esta configuração que é estudada nos Exemplos de 18bis10 a 13 e 18.19.

[0199]As configurações de 18bis10 e 18bis11 são comparáveis ao que é conhecido por ser utilizado em transformadores a bordo em um modo "corte e empilhamento", mas são diferenciadas das configurações conhecidas, independentemente do material texturizado utilizado, pela presença da lacuna de ar ε. Esta lacuna de ar é residual entre camadas e entre o E e o I da mesma camada. A indução remanescente Br é aumentada no momento (da ordem de um pouco mais de 0,8 T), o que irá degradar o fator de irrupção. Se existirem cinco ou dez camadas, isto resulta em pouca diferença nos resultados. Mas esses Exemplos de 18bis10 e 18bis11, quando utilizados em uma indução de trabalho de Bt de 1 T, emitem, reconhecidamente, ruído baixo (45 e 44 dB), mas também possuem um índice de irrupção da ordem de 1,2, que seria elevado demais para se adequar para a presente invenção.

[0200] No entanto, será observado posteriormente (Exemplos de 18bis18 e 18bis19) que quando o Bt é abaixado um pouco, essa configuração pode fornecer resultados de irrupção aceitáveis, e até mesmo ruído inferior, com o peso restante razoável, e que essa configuração pode ser considerada como caindo dentro do âmbito da presente invenção, quando esta está acoplada aos materiais especiais utilizados, com as suas texturas orientadas, conforme foi referido acima. A introdução de um calço fornecendo um δ1 de 83 μm entre cada nível do empilhamento de E + I (configuração 18bis12) reduz Br em 0,2 T, o que aprimora significativamente a irrupção. Esta abordagem poderia ser continuada aumentando ainda mais a espessura do calço não magnético: é necessário alcançar uma espessura de calço de cerca de 300 μm entre cada camada, de maneira que Br atinja 0,2 a 0,3 T, um nível próximo ao alcançado sem lacunas de ar δ1 com a configuração "série". Um possível problema é que adicionar uma espessura não magnética de 300 μm para cada espessura de chapa magnética da ordem de 200 μm no exemplo apresentado, significa aumentar em 150% o volume do transformador, mesmo que o aumento correspondente no peso possa permanecer muito pequeno (se utilizar os calços de plástico, por exemplo). No entanto, esta solução pode ser utilizada se o aumento de volume do transformador permanecer aceitável. O Exemplo 18bis13 mostra que a introdução de uma lacuna de ar ε de 83 μm em vez de uma lacuna de ar δ1 de 83 μm, embora mantendo uma indução de trabalho de Bt de 1 T, não possibilita que se possua uma irrupção suficientemente baixa. Será necessário, neste caso, reduzir o Bt, até mesmo que isso aumente um pouco o peso do núcleo.

[0201] Os Depositantes descobriram que uma configuração do tipo "misto" de empilhamentos alternados de placas que, tomados isoladamente, são organizados no modo "série", mas com dois empilhamentos sucessivos dos mesmos formatos e dimensões dispostos em relação um com os outros em modo "paralelo” (isto é, com dois empilhamentos sucessivos colocados da cabeça à cauda), conforme mostrado na Figura 10, tornou possível possuir um bom compromisso entre um volume reduzido do flange magnético e um Br baixo. Isto é destacado pelos resultados obtidos nas configurações de 18bis14 a 17 da Tabela 5. Também representa um bom compromisso para a coesão do todo. Esta coesão é menos forte do que no caso de uma configuração em modo paralelo, mas, no entanto, é suficiente para que um dispositivo de fixação não seja essencial.

[0202] Mas é possível até colocar os calços de lacuna de ar de espessura δ1 entre as diferentes placas do mesmo empilhamento, resultando em uma degradação da densidade de energia (enquanto a densidade de energia permanece forte). Na Figura 10, um núcleo 80, por conseguinte, é observado que compreende três camadas de empilhamento sobrepostas: - uma primeira camada (81) que compreende um empilhamento (82) de três placas I, cada uma separada por calços (83) de espessura δ1 e um empilhamento (84) de três placas E, cada uma separada por calços (85), também de espessura δ1, estes dois empilhamentos (82), (84) voltados um para o outro e sendo separado por um calço (86) de espessura ε; - uma segunda camada (87) que compreende um empilhamento (88) de três placas I separadas por calços de espessura δ1 e um empilhamento (89) de três folhas E separadas por calços também de espessura δ1 estes dois empilhamentos (88), (89) voltados um para o outro e separados por um calço (90) de espessura ε, a segunda camada (87) estando disposta de cabeça à cauda em relação à primeira camada (81); - uma terceira camada (91) que compreende um empilhamento (92) de três placas I separadas por calços de espessura δ1 e um empilhamento (93) de três placas E separadas por calços também de espessura δ1, estes dois empilhamentos (92), (93) voltados um para o outro e separados por um calço (94) de espessura ε, a terceira camada (91) estando disposta cabeça à cauda em relação à segunda camada (87) e por conseguinte, sendo orientada da mesma maneira que a primeira camada (81); - os calços de lacuna de ar com uma espessura δ2 (possivelmente diferente de δ1) entre as diferentes camadas (81), (87), (91).

[0203] Com relação aos Exemplos 18bis18 e 18bis19, foi falado anteriormente sobre os Exemplos 18bis10 e 18bis11. Eles mostram que sua configuração em E e I alternando com as lacunas de ar residual pode fornecer resultados que são, pelo menos aceitáveis de todos os pontos de vista, com uma condição: que trabalhemos com uma indução não muito elevada de Bt (0,8 T), um pouco inferior a outras configurações mais vantajosas. É nessa condição, e à custa de um transformador mais pesado, que a energia igual permanece, no entanto, tolerável, e obtemos uma irrupção que é consistente com as especificações definidas em sua variante menos exigente.

[0204] Pode ser observado a partir dos resultados apresentados nas diversas Tabelas que todos os casos com uma densidade de peso de mais de 4 kVA/kg (por conseguinte, muito interessantes em termos de leveza da aeronave) possuem um ruído muito elevado ou uma irrupção que é muito forte. Por conseguinte, todos os Exemplos interessantes da presente invenção, conforme pode ser observado, são inferior a 4,5 kVA/kg para as induções de trabalho de Bt consideradas (Exemplo 22: 4,42 kVA/kg; um Exemplo que é considerado como um Exemplo de referência na Tabela 3 uma vez que de sua irrupção elevada de 0,926 para uma indução de Bt de 1,39 T, mas se Bt (0,92 T) diminuiu o suficiente, como para o Exemplo 18 da Tabela 4, se pode encontrar uma irrupção adequada e uma densidade de energia de 3,2 kVA /kg). Pode ser observado que a energia do peso obtida no Exemplo 18 é a melhor (a mais elevada) obtida para uma configuração "paralela" (//, por conseguinte uma alternação de cabeça à cauda das camadas) do núcleo magnético do transformador e, por conseguinte, possui sua própria coesão mecânica sem peso adicional. Este desempenho é comparado com a melhor energia de peso de 4,15 a 4,2 kVA/kg, que é o melhor desempenho obtido na configuração "série" do núcleo magnético. Mas requer calços e especialmente um dispositivo para segurar as partes livres do núcleo magnético.

[0205] Pode ser considerado que os Exemplos da presente invenção são todos potencialmente interessantes a partir do momento em que, no caso deste Exemplo específico de requisitos de transformadores, está entre 3 e 4,5 kVA/kg de energia específica. Observe que, dependendo dos requisitos de ruído e irrupção do transformador, as soluções, de preferência, podem ser diferentes. Também deve ser observado que todos os Exemplos de 1 a 18 correspondem às estruturas E + E (empilhamentos opostos) correspondentes à Figura 8, por conseguinte sem autocoesão mecânica, e requerem o peso adicional de uma estrutura rígida mantendo os dois empilhamentos precisamente voltados um para o outro, com uma lacuna de ar controlado, resistente às forças magnéticas. Se nos restringirmos às estruturas "paralelas" ou "mistas" que não possuem esse peso adicional, os melhores resultados gerais são obtidos com o Exemplo 18bis17b derivado de 18bis17, a 3.42 kVA/kg, que possui sua própria coesão mecânica devido à sua configuração mista.

[0206] Os Exemplos 19 a 27 da Tabela 3 ilustram os efeitos da introdução de um segundo material Js de magnetização de saturação elevada ao longo da liga de FeNi de textura cúbica mencionada acima. Este segundo material é de FeSi de N.O. com 3% Si ou FeCo com 27% de Co. Esta introdução resulta em uma redução do efeito de irrupção, enquanto o peso adicional introduzido pela presença do segundo material é largamente compensado pelo possível novo aumento da indução de trabalho da liga de FeNi (por exemplo, Bt = 1,1 T, em vez de 1 T), uma vez que o efeito de irrupção não é mais tão elevado. Novamente é observado que o corte simples de formato em oito, sem uma lacuna de ar ε, aumenta o efeito de irrupção insatisfatoriamente (vide a comparação entre os Exemplos 26 e 27). Também observamos que as soluções que utilizam dois materiais complementares, acessíveis e satisfatórios em ruído e irrupção, fornecem acesso aos pesos magnéticos do flange que são da mesma ordem que os Exemplos que compreendem apenas uma liga de FeNi, isto é, 12,7 a 14,5 kg e, por conseguinte, são suficientemente reduzidos para cumprir as especificações do conjunto.

[0207] Em todos os exemplos descritos na Tabela 3, que utilizam dois materiais, um com baixa magnetostrição e outro com saturação elevada de magnetização Js, estes dois materiais estão dispostos em empilhamentos sucessivos no modo "série". No entanto, não é obrigatório agrupar as placas dos dois materiais em duas entidades homogêneas que são bastante distintas uma da outra. É concebível colocar as placas individuais ou empilhamentos de placas de material Js elevado entre os empilhamentos de placas de material de magnetostrição baixo. Até mesmo pode ser considerado que a placa ou o empilhamento de material Js elevado pode possuir um formato diferente daquele do empilhamento adjacente de placas de material magnetostritivo baixo, para formar uma configuração de núcleo de tipo "paralelo" ou "misto", em que as diferenças no formato dos elementos iriam acompanhar as diferenças na natureza do material. Por conseguinte, é possível combinar as vantagens da indução residual baixa, ruído baixo, coesão mecânica boa e peso baixo relacionado com diferentes variantes da presente invenção.

[0208] Em geral, os valores de Br das configurações da Tabela 5 são baixos ou muito baixos, apesar da retangularidade do ciclo de histerese do material sem uma lacuna de ar. Esta indução residual baixa, para as melhores configurações, conduz a um índice baixo de irrupção, independentemente do campo aplicado.

[0209]As medições de B (80 A/m) são muito comparáveis para todos esses testes e mostram que, em todos os casos, para este tipo de campo aplicado relativamente baixo, um está próximo da saturação.

[0210] É evidente, na Figura 9, que uma estrutura de circuito magnético do tipo corte e empilhamento compreende as lacunas de ar localizadas e constitui um núcleo magnético (isoladamente ou associado a uma liga Js elevada) com base na liga de FeNi texturizada com uma textura "cúbica" {100} <001> de maneira surpreendente, conduz respeitar as limitações desejadas no ruído e no efeito de irrupção quanto a um peso reduzido do circuito magnético. Observe que nas aeronaves, os limites de ruído admissíveis, ou até mesmo os limites de irrupção, mudam de um transformador para outro dependendo da aeronave, a função exata do transformador na aeronave, seu lugar na aeronave, e similares. Os limites permissíveis para o índice de irrupção (0,8) e ruído (80 dB, ou melhor, 55 dB), que representam os objetivos, cujas condições de satisfação possibilitam destacar as vantagens das configurações, de acordo com a presente invenção, acopladas a um peso central relativamente baixo por uma energia determinada.

[0211] Este efeito é surpreendente uma vez que mostra que, sob condições especiais de utilizações, uma liga de FeNi com valores de magnetostrição verdadeiros elevados pode ser utilizada isoladamente (ou possivelmente acompanhada em minoria por um material de qualidade elevada, tais como FeCo ou FeSi) para obter um circuito magnético de ruído baixo.

[0212]Também é surpreendente uma vez que, tendo em vista a seleção proposta no estado da técnica anterior entre, por um lado, 42 kg de circuito magnético de FeCo ou FeSi com ruído baixo e irrupção baixa, e, por outro lado, de 6 a 8 kg de circuito magnético em FeCo, cujo ruído e índice de irrupção não são admissíveis, era difícil adivinhar que uma solução exclusiva ou principalmente com base em FeNi poderia satisfazer as exigências de ruído e a irrupção com um núcleo magnético, cujo peso seria somente da ordem de 10 a 17 kg ou inferior. Ainda foi mais difícil adivinhar, uma vez que a utilização de um FeNi50 convencional (não que possui uma textura marcada e especial) não conduz às reduções combinadas procuradas para a irrupção, ruído e peso.

[0213] O caso foi descrito em que apenas um dos materiais utilizados possui uma textura cúbica. No entanto, também é possível utilizar simultaneamente diversos materiais com uma textura cúbica, por exemplo, diferentes ligas de FeNi austeníticas que satisfazem as condições de composição especificadas acima, desde que representem, em conjunto, uma proporção de volume maioritário do núcleo magnético. Estes diferentes materiais, à seleção do fabricante, podem ser dispostos em cada porção do núcleo E, C ou I na forma de empilhamentos de espessuras definidas de elementos da mesma composição, ou misturados aleatoriamente dentro da porção. O que é necessário é que as partes do núcleo no mesmo nível do empilhamento, voltados um para o outro e separados por uma lacuna de ar residual ou calibrado ε, possuam a mesma disposição em termos de seleção do(s) material(is), isto é, a placa de corte, constituindo um nível de um empilhamento de um determinado material é sempre na frente de uma parte cortada do mesmo material, constituindo o nível correspondente da outro empilhamento (independentemente da forma da placa que constitui o nível correspondente de outro empilhamento, que pode ser o mesmo ou diferente daquele da placa no mesmo nível do primeiro empilhamento mencionado).

[0214] Na mesma linha, também é possível utilizar as soluções de camadas das partes intermediárias cortadas entre os empilhamentos de E ou I ou C e as sobreposições entre cada camada sucessiva (E + E, E + I ou C + I ou C + C e similares) Na verdade, é possível, por exemplo, montar os empilhamentos de espessura pequena (normalmente, alguns mm), normalmente cada uma que compreende uma, algumas ou mais (até diversas dezenas) de peças cortadas na forma de E ou I ou C e, em seguida, sobrepoem esses empilhamentos finos. Para as configurações E + E e C + C, uma sobreposição de cabeça à cauda obviamente somente faz sentido, se E ou C da mesma camada possuírem braços de diferentes comprimentos, caso contrário, iriamos cair em uma única configuração em E + E ou C + C. Isto apresenta a vantagem de tornar mais conveniente fornecer uma lacuna calibrada entre duas camadas sucessivas de empilhamentos (por exemplo, 500 μm de largura de abertura para 1 ou 2 mm de altura de empilhamento), mantendo a vantagem de uma coesão mecânica boa do núcleo magnético graças à sobreposição. Este arranjo foi previamente descrito sob o nome de configuração "mista" por diversos Exemplos da Tabela 5 e conforme mostrado na Figura 10. Neste caso, de maior preferência, também é assegurar uma abertura interplanar calibrada por uma camada não magnética disposta entre cada camada fina dos empilhamentos, caso contrário o fluxo magnético contorna a lacuna de ar entre o E e I através das camadas acima e abaixo, o que reduz significativamente a eficiência da lacuna de ar comparado a um lacuna de ar residual que iria resultar da superposição simples dos pacotes. Esta lacuna de ar interplanar, normalmente, é de algumas dezenas a algumas centenas de μm (vide os Exemplos anteriores).

[0215] Pode ser observado na Tabela 5 que alguns Exemplos de configurações paralelas ou mistas possuem um índice de irrupção ligeiramente superior que as induções de trabalho testadas Bt da ordem de 1 T. No entanto, seria suficiente obter resultados adequados com as configurações dos núcleos correspondentes, trabalhar com induções ligeiramente inferiores Bt, da ordem de, por exemplo, 0,8 T, conforme foi o caso em diversos Exemplos da Tabela 5, a fim de obter índices de irrupção inferiores a 0,8, enquanto requerendo apenas um aumento tolerável do núcleo de alguns kg.

[0216] Na verdade, conforme mencionado acima, se mantivermos as densidades de energia ponderadas e se eliminarmos todos os casos que não respeitem a irrupção e o ruído, se além disso for considerado que o peso adicional dos exemplos "séries" (Exemplos de 1 a 18 de E + E) degradam sua densidade de energia, tornando os mesmos menos interessantes do que outras configurações, observamos que as estruturas mistas são as mais interessantes em densidade de energia (o máximo dos Exemplos é de 3,42 kVA/kg).

[0217]A Figura 11 mostra essa configuração. Pode ser observado na seção transversal um primeiro empilhamento (70) de placas E cortadas, contíguas a um primeiro empilhamento (71) de placas I cortadas, sendo estes dois empilhamentos (70), (71) separadas por uma lacuna de ar formado por meio de um material isolante não magnético (72) de espessura ε. A montagem, por conseguinte, formada é coberta, na sua face superior, com um isolador não magnético (73). Este conjunto, conforme indicado pelas setas (74), (75), é colocado, durante a montagem do núcleo, em um segundo conjunto similar que compreende um segundo feixe de placas E cortadas (76), anexadas a um segundo feixe de placas I cortadas (77), estes dois feixes (76), (77) sendo separados por um lacuna de ar ε produzidos por meio de um material isolante não magnético (78), e o conjunto sendo revestido no seu superfície superior por um isolador não magnético (79). Os dois conjuntos são dispostos da cabeça à cauda, isto é, o primeiro empilhamento de placas E (70) é sobreposto no segundo empilhamento de placas em I (77), e o primeiro empilhamento de placas I (71) está sobreposto no segundo empilhamento de placas E (76). O isolador (79) do segundo empilhamento assegura a calibração da lacuna de ar que separa os dois conjuntos e a espessura designada por δ2 na Figura 10 na descrição anterior.

[0218] Foi descrito o caso em que um único segundo material Js elevado foi utilizado para formar o complemento do núcleo do transformador, de acordo com a presente invenção, em conjunto com a(s) liga(s) de FeNi de 30 a 80% com textura cúbica. Mas seria concebível utilizar diversos materiais de valor elevado, tal como, por exemplo, uma liga de Fe-3% de Si texturizada Goss e uma liga de Fe-50% de Co, em diferentes proporções respectivas. A linha inferior é que o FeNi de 30 a 80% com uma textura cúbica continua a ser o material predominante por volume no núcleo. Como é o caso para a porção maioritária do núcleo utilizando as placas de FeNi de textura cúbica, a distribuição dos diversos materiais de Js elevado no complemento pode ser realizada na forma de empilhamentos de composição homogênea ou de empilhamentos com a composição distribuída aleatoriamente, desde que as duas partes do núcleo sejam idênticas do ponto de vista da composição das placas voltadas uma para a outra em um nível determinado de empilhamento.

[0219]A presente invenção foi descrita e mostrada para o caso de um núcleo de transformador de três fases "E + E" ou "E + I". Mas também seria aplicável ao caso de um transformador de fase única cujo núcleo iria possuir o formato de "C + C" (Figura 5 e 6) ou na forma de um quadrado ou retângulo, cada lado do qual é formado por um empilhamento diferente. A estrutura de fase única também é representada no Exemplo 18ter Inv (Tabela 4), considerando que, neste caso, a energia de ponderação mínima aplicada a todos os Exemplos presentes não se aplica à estrutura de fase única que é bem conhecida por ser muito menos eficaz em energia em peso do que soluções de três fases. A colocação de um revestimento isolante nas faces das peças cortadas ou a inserção de placas não magnéticas entre as peças cortadas torna possível controlar melhor a remanência do circuito magnético e a corrente de magnetização do transformador. Também aumenta o desempenho de irrupção e torna os transformadores mais reprodutíveis na produção industrial.

Claims

1. NÚCLEO DE TRANSFORMADOR ELÉTRICO (49, 59) DO TIPO CORTE E EMPILHAMENTO, caracterizado por compreender dois empilhamentos (53, 57, 60, 61) ou grupos de empilhamentos (70, 71, 82, 84), cada um deles possui uma primeira espessura (ep1), os empilhamentos (53, 57, 60, 61) cada um consiste em uma única parte plana ou diversas partes planas idênticas isoladas umas das outras, cujas direções de corte principais são retilíneas e são paralelas ou perpendiculares entre si, os empilhamentos (53, 57, 60, 61) ou grupos de empilhamentos (70, 71, 82, 84) voltados um para o outro e possuem, pelo menos, um lacuna de ar residual ou calibrado (ε) com um valor máximo de 10 mm entre eles, as partes planas sendo de, pelo menos, uma liga de FeNi austenítica contendo o Ni = 30-80% em peso, de preferência, o Ni = de 40 a 60% em peso, e no máximo 10% em peso, de preferência, no máximo 2% em peso, de elementos de liga e impurezas resultantes da preparação, o restante sendo o ferro, as partes planas tendo cada uma um plano cristalográfico (100), a liga que possui uma textura cúbica aguda {100} <001>, dos quais, pelo menos, 80% dos grãos, de preferência, pelo menos, 95% dos grãos, se desviam por um ângulo (w) igual a no máximo 20° em relação à orientação ideal {100} <001>, as duas direções de corte principais das peças planas sendo paralelas à direção de laminação (DL) ou à direção transversal (DT) perpendicular à direção de laminação (DL), o plano cristalográfico (100) que desvia no máximo 20° a partir do plano de laminação, de preferência, no máximo 10°, mais preferencialmente no máximo 5° e os eixos [001] ou [010] e respectivamente a direção de laminação (DL) ou a direção transversal (DT) divergindo de um ângulo (α) no máximo igual a 20°, de preferência, no máximo igual a 10°, mais preferencialmente inferior a 5°, as partes planas com perdas magnéticas em ondas de indução sinusoidais do núcleo magnético, para uma indução máxima de 1 T, inferior a 20 W/kg a 400 Hz, de preferência, inferior a 15 W/kg, e mais preferencialmente, inferior a 10 W/kg, a magnetostrição aparente para uma indução máxima de 1,2 T (Às1'2T) sendo inferior a 5 ppm, de preferência, inferior a 3 ppm, mais preferencialmente, 1 ppm, quando a medição é realizada em uma amostra retangular alongada, o campo é aplicado na direção do lado longo da amostra e esta direção é paralela à direção de laminação (DL), a aparente magnetostrição para uma indução máxima de 1,2 T (Às1,2T) sendo inferior a 5 ppm, de preferência, inferior a 3 ppm, mais preferencialmente, inferior a 1 ppm, quando a medição é realizada em uma amostra retangular alongada, o campo é aplicado na direção do lado longo da amostra e esta direção é paralela à direção transversal (DT) perpendicular à direção de laminação (DL) e localizada no plano de laminação, e a magnetostrição aparente para uma indução máxima de 1,2 T (Às1.2T) sendo inferior a 10 ppm, de preferência, inferior a 8 ppm, mais preferencialmente, inferior a 6 ppm, quando a medição é realizada em uma amostra retangular alongada, o campo é aplicado na direção maior da amostra e esta direção é paralela à direção intermediária a 45° da direção de laminação (DL) e direção transversal (DT).

2. NÚCLEO DE TRANSFORMADOR (49, 59), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos empilhamentos (53, 57, 60, 61), respectivamente, estarem no formato dentre C, em E ou em I.

3. NÚCLEO DE TRANSFORMADOR (49, 59), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por ser formado por dois subnúcleos no formato de E (60, 61) voltados um para o outro.

4. NÚCLEO DE TRANSFORMADOR (49, 59), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por ser formado por um empilhamento (53, 57, 60, 61) de partes planas no formato de E, colocadas lado a lado, os espaços vazios entre os braços laterais (23, 24, 25) das partes planas no formato de E são preenchidas com as partes planas no formato de I (70, 71) com a mesma composição e textura das partes planas no formato de E, as lacunas de ar (ε) estando presentes entre as partes planas no formato de E e as partes planas no formato de I (70, 71).

5. NÚCLEO DE TRANSFORMADOR (49, 59), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por ser formado por um subnúcleo no formato de E (53) e um subnúcleo no formato de I (57) voltados um para o outro.

6. NÚCLEO DE TRANSFORMADOR (49, 59), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por ser formado por dois subnúcleos no formato de C (33, 34) voltados um para o outro.

7. NÚCLEO DE TRANSFORMADOR (49, 59), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por ser formado por dois conjuntos contíguos de dois subnúcleos no formato de C (42, 43) voltados um para o outro.

8. NÚCLEO DE TRANSFORMADOR (49, 59), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado por ser formado por uma sucessão de camadas de empilhamentos, duas camadas sucessivas estão colocadas da cabeça à cauda e separadas por uma lacuna de ar (δ2).

9. NÚCLEO DE TRANSFORMADOR (49, 59), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado por pelo menos, um dos empilhamentos (53, 57, 60, 61) consistir em diversas partes planas de formato idêntico, cada uma separada por uma lacuna de ar (δ1).

10. NÚCLEO DE TRANSFORMADOR (49, 59), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelos elementos de liga serem selecionados a partir de, pelo menos, um de Cr, Si, Al, Zr, Mo, W, V, Nb, Cu, Mn.

11. NÚCLEO DE TRANSFORMADOR (49, 59), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelas partes planas cortadas possuírem uma simetria.

12. NÚCLEO DE TRANSFORMADOR (49, 59), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo tamanho de grão das partes ser inferior ou igual a 200 μm.

13. NÚCLEO DE TRANSFORMADOR (49, 59), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado por também compreender os segundos empilhamentos de partes planas, que possuem uma segunda espessura (ep2), do mesmo formato que os empilhamentos (53, 57, 60, 61) que possuem uma primeira espessura (ep1) e sobrepostos, as partes planas dos segundos empilhamentos estão em, pelo menos, um material que possui uma magnetização de saturação (Js) superior ou igual a 2T, o segundo empilhamento representando inferior a 50% do volume do núcleo (49, 59).

14. NÚCLEO DE TRANSFORMADOR (49, 59), de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelas partes planas dos segundos empilhamentos serem produzidas de, pelo menos, um material selecionado a partir de ligas de FeCo, ligas de FeCo (V, Ta, Cr, Si, X) com X selecionado a partir de uma ou mais ligas de Mo, Mn, Nb, Si, Al, FeCoSi, ferro macio, aços, aços inoxidáveis ferríticos contendo de 5 a 22% em peso de Cr e de 0 a 10% em peso total de Mo, Mn, Nb, Si, Al, V, aços elétricos de FeSiAl não orientados.

15. NÚCLEO DE TRANSFORMADOR (49, 59), de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 14, caracterizado pela lacuna de ar (ε) entre dois empilhamentos (53, 57, 60, 61) ou grupos de empilhamentos (70, 71, 82, 84) frente um ao outro possuir uma largura diferente entre os primeiros empilhamentos (53, 57, 60, 61) que possuem uma primeira espessura (ep1) e entre os segundos empilhamentos que possuem uma segunda espessura (ep2).

16. NÚCLEO DE TRANSFORMADOR (49, 53), de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pela lacuna de ar (ε) possuir uma largura (ε1) entre 2 e 1.500 μm entre os empilhamentos (53, 57, 60, 61) que possuem uma primeira espessura (ep1) e uma largura (ε2) entre 2 e 3.000 μm entre os empilhamentos que possuem uma segunda espessura (ep2).

17. TRANSFORMADOR ELÉTRICO de fase única ou de três fases que compreende um núcleo magnético de tipo corte e empilhamento, caracterizado pelo núcleo magnético ser conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 16.

18. TRANSFORMADOR ELÉTRICO, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por ser um transformador destinado a bordo de uma aeronave.

19. TRANSFORMADOR ELÉTRICO, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado por ser um transformador destinado a ser colocado na cabine do piloto de uma aeronave.