ES2915548T3

ES2915548T3 - Núcleo de transformador del tipo cortado-apilado, y transformador que lo incluye

Info

Publication number: ES2915548T3
Application number: ES16785559T
Authority: ES
Inventors: Thierry Waeckerle; Olivier Hubert
Original assignee: Aperam SA
Current assignee: Aperam SA
Priority date: 2016-09-30
Filing date: 2016-09-30
Publication date: 2022-06-23
Anticipated expiration: 2036-09-30
Also published as: EP3520124A1; WO2018109509A1; KR102632108B1; BR112019006378A2; CA3038893A1; KR20190067829A; JP2019537248A; JP6759458B2; CA3038893C; US20200027641A1; US11626234B2; CN110024059A; EP3520124B1; BR112019006378B1; CN110024059B; MX2019003651A; RU2713469C1

Abstract

Núcleo de transformador eléctrico (49; 59), del tipo cortado-apilado, caracterizado porque incluye dos apilamientos (53, 57; 60, 61) o grupos de apilamientos (70, 71; 82, 84, 88, 89, 92, 93), que presentan cada uno un primer espesor (ep1), estando dichos apilamientos (53, 57; 60, 61, 70, 71; 82, 84, 88, 89, 92, 93) constituidos cada uno por una pieza plana única o varias piezas planas idénticas aisladas entre sí, cuyas direcciones principales de corte son rectilíneas y son o bien paralelas o bien perpendiculares entre sí, de manera que dichos apilamientos (53, 57; 60, 61) o grupos de apilamientos (70, 71; 82, 84, 88, 89, 92, 93) están enfrentados e incluyen al menos un entrehierro (ε) residual o calibrado de valor máximo 10 mm entre sí, estando dichas piezas planas hechas de al menos una aleación FeNi austenítica que contiene Ni = 30-80% en % en peso, preferentemente Ni = 40-60% en % en peso, y como máximo el 10% en % en peso, preferentemente como máximo el 2% en % en peso, de elementos de aleación y de impurezas resultantes de la elaboración, siendo el resto hierro, presentando dichas piezas planas cada una un plano cristalográfico (100), de manera que dicha aleación tiene una textura cúbica {100}<001> aguda, en la que al menos el 80% de los granos, preferentemente al menos 95% de los granos, están separados un ángulo (ω) igual como máximo a 20° con respecto a la orientación ideal {100}<001>, siendo las dos direcciones principales de corte de dichas piezas planas sustancialmente paralelas bien a la dirección de laminación (DL) o bien a la dirección transversal (DT) perpendicular a la dirección de laminación (DL), de manera que dicho plano cristalográfico (100) se separa como máximo 20° con respecto al plano de laminación, preferentemente como máximo 10°, mejor como máximo 5°, y los ejes [001] o [010] y respectivamente la dirección de laminación (DL) o la dirección transversal (DT) se separan un ángulo (α) como máximo igual a 20°, preferentemente como máximo igual a 10°, mejor como máximo igual a 5°, teniendo dichas piezas planas pérdidas magnéticas en ondas de inducción sinusoidales recibidas del núcleo magnético, para una inducción máxima de 1 T, inferiores a 20 W/kg a 400 Hz, preferentemente inferiores a 15 W/kg, y mejor, inferiores a 10 W/kg, siendo la magnetostricción aparente para una inducción máxima de 1,2 T (λs1,2T) inferior a 5 ppm, preferentemente inferior a 3 ppm, preferentemente a 1 ppm, cuando la medida se realiza sobre una muestra rectangular alargada, aplicándose el campo según la dirección del lado mayor de la muestra y siendo esta dirección paralela a la dirección de laminación (DL), de manera que la magnetostricción aparente para una inducción máxima de 1,2 T (λs1,2T) es inferior a 5 ppm, preferentemente inferior a 3 ppm, preferentemente a 1 ppm, cuando la medida se realiza sobre una muestra rectangular alargada, aplicándose el campo según la dirección del lado mayor de la muestra y siendo esta dirección paralela a la dirección transversal (DT) perpendicular a la dirección de laminación (DL) y estando situada en el plano de laminación, y de manera que la magnetostricción aparente para una inducción máxima de 1,2 T (λs1,2T) es inferior a 10 ppm, preferentemente inferior a 8 ppm, preferentemente a 6 ppm, cuando la medida se realiza sobre una muestra rectangular alargada, aplicándose el campo según la dirección longitudinal de la muestra y siendo esta dirección paralela a la dirección intermedia a 45° de la dirección de laminación (DL) y de la dirección transversal (DT).

Description

DESCRIPCIÓN

Núcleo de transformador del tipo cortado-apilado, y transformador que lo incluye

[0001] La invención se refiere al campo de los transformadores eléctricos susceptibles de ser embarcados a bordo de aeronaves. Su función es el aislamiento galvánico entre la red-fuente y los sistemas eléctricos y electrónicos a bordo, así como la transformación de tensión entre el circuito primario (lado de la red de alimentación por la o las generatrices de a bordo) y uno o varios circuitos secundarios. Además estos transformadores pueden ser «rectificadores» por una funcionalidad a base de componentes electrónicos, con el fin de suministrar una tensión constante a determinados aparatos de a bordo.

[0002] Los transformadores de a bordo de baja frecuencia (< 1 kHz) están constituidos principalmente por un núcleo magnético de aleación magnética dulce, laminado, apilado o arrollado según las restricciones de fabricación, y de arrollamientos primario y secundario(s) de cobre. Las corrientes primarias de alimentación son variables en el tiempo, periódicas pero no necesariamente de forma puramente sinusoidal, lo que no cambia fundamentalmente las necesidades del transformador.

[0003] El documento WO 2016/083866 A1 describe un núcleo de arrollamientos Fe-Ni superpuestos con dos entrehierros.

[0004] El documento US 2004/212269 A1 describe un núcleo apilado del tipo cortado-apilado.

[0005] Las restricciones que se aplican a estos transformadores son múltiples.

[0006] Deben tener un volumen y/o una masa (en general ambos están muy relacionados) lo más reducidos posible, y con ello una densidad de potencia en volumen o en masa lo más elevada posible. Cuanto más baja es la frecuencia de funcionamiento, más importantes son la sección del yugo magnético y el volumen (y, por tanto, también la masa) de este yugo, lo que acentúa el interés de miniaturizarlo en las aplicaciones de baja frecuencia. Como muy a menudo se impone la frecuencia fundamental, esto lleva a obtener un flujo magnético de trabajo lo más elevado posible o bien, si se impone la potencia eléctrica suministrada, a reducir al máximo la sección de paso del flujo magnético (y, por tanto, la masa de los materiales), siempre para aumentar la potencia en masa por reducción de las masas a bordo.

[0007] Deben tener una longevidad suficiente (10 a 20 años como mínimo según las aplicaciones) para permitir rentabilizarlos. Debido a ello, el régimen térmico de funcionamiento debe tenerse muy en cuenta en relación con el envejecimiento del transformador. Por lo general, se desea una vida útil mínima de 100.000 h a 200 °C.

[0008] El transformador debe funcionar en una red de alimentación de frecuencia aproximadamente sinusoidal, con una amplitud de la tensión eficaz de salida que puede variar de forma transitoria hasta el 60% de un momento a otro, y en particular durante la conexión a tensión del transformador o durante la activación brusca de un accionador electromagnético. Esto tiene como consecuencia, y por construcción, una entrada de corriente al primario del transformador a través de la curva de imanación no lineal del núcleo magnético. Los elementos del transformador (aislantes y componentes electrónicos) deben poder soportar sin daños fuertes variaciones de esta corriente de conexión, que se denomina «efecto de irrupción».

[0009] Este efecto de irrupción puede cuantificarse mediante un «índice de irrupción» In que se calcula mediante la fórmula In = 2.Bt Br - Bsat, en la que Bt es la inducción nominal de trabajo del núcleo magnético del transformador, Bsat es la inducción de saturación del núcleo y Br es su inducción remanente.

[0010] Es importante precisar que la irrupción traduce la posibilidad de que el transformador experimente bruscamente (por ejemplo, durante la puesta en marcha del transformador, mientras el sistema de a bordo genera ya su potencia eléctrica) una petición violenta de tensión eléctrica correspondiente a la variación de flujo magnético nominal dO/dt para el que ha sido diseñado. Si en este instante el flujo magnético en el transformador es inicialmente 00, entonces el flujo magnético se lleva bruscamente a 00 dO. Si Oo es cercano a 0, entonces Oü+dO es cercano a dO, que puede ser cercano a un flujo de saturación si el transformador se ha dimensionado así. Pero si Oü es elevado, por ejemplo, cercano al codo de la curva B(H), entonces la adición de un flujo dO lo llevará a un valor Oo+dO muy elevado, y por tanto a una inducción magnética hipersaturante para llevar a generar este flujo suplementario dO. Para ello, el transformador invocará a un campo magnético aplicado hipersaturante, y a una corriente correspondiente al primario del transformador que provocará un aumento brusco de corriente en la electrónica de alimentación de a bordo, que puede causar grandes daños.

[0011] También con el fin de evitar encontrarse en dicha situación de Oo+dO hipersaturante, y como es imposible prever si O0 será bajo o elevado en el momento de la conexión del transformador, los expertos en la materia de los transformadores usan en particular las reglas siguientes, integradas en la fórmula de irrupción mostrada a continuación:

Una primera regla consiste en aumentar la inducción de saturación del material para aceptar el máximo de flujo magnético durante la conexión eléctrica del transformador;

Una segunda regla consiste en reducir la inducción remanente Br para reducir O0.

[0012] Se entiende por inducción remanente Br, tanto aquí como en el resto del texto, el punto de inducción en el que el campo magnético se anula en el ciclo de histéresis mayor. De hecho, como a priori no se sabe (y así sucede en general con un funcionamiento de transformador de a bordo) la historia magnética del transformador, es imposible saber si el transformador -ya esté en reposo o en el estado eléctrico en el que se encuentra antes de su conexión a la red eléctrica de a bordo- ha recorrido anteriormente un ciclo de histéresis mayor (en cuyo caso se encontrará en reposo a la inducción Br máxima, que se denomina simplemente Br) bajo el efecto de una punta transitoria de corriente, o si ha recorrido un ciclo de histéresis menor (es decir, interior al ciclo mayor debido a que el núcleo magnético no ha sido llevado a una inducción de saturación por el campo máximo aplicado). Ante esta incógnita, no se puede considerar por precaución la inducción Br del ciclo de histéresis mayor como magnitud característica frente al fenómeno de irrupción.

[0013] Se recuerda que, en magnetismo, los ciclos de histéresis «mayores» y «menores» se definen clásicamente de la forma siguiente.

[0014] Un ciclo de histéresis, en imanación M bajo un campo aplicado variable H, es la figura cerrada M(H) obtenida haciendo variar H entre 2 valores Hmin y Hmax hasta que las imanaciones correspondientes M(Hmin) y M(Hmax) se estabilicen; mientras que el bucle M(H) se cierra. La histéresis se caracteriza por el hecho de que la imanación M es diferente, en parte o en su totalidad, entre el trayecto de ida (Hmin-->Hmax) denominado "curva de histéresis ascendiente" y el trayecto de vuelta (Hmax-->Hmin) denominado "curva de histéresis descendiente". Se observa que la histéresis forma así un bucle con sus dos partes ascendiente y descendiente, y que estas dos partes se unen mediante dos campos de "cierre" del ciclo Hferml y Hferm2.

[0015] Al aumentar los campos extremos aplicados Hmin y Hmax, se observa que el ciclo de histéresis termina por acortarse para formar en los campos magnéticos más elevados una única curva de imanación: el campo en el que se pasa de dos a una curva es el campo denominado "de cierre" Hferml o Hferm2.

[0016] Si Hmax > Hferm2 y Hmin <Hferm1 (y, por tanto, si el ciclo de histéresis se transforma en sus dos extremos para los campos aplicados más altos en una única curva de imanación) entonces el ciclo de histéresis se dice «mayor». En caso contrario se dice «menor».

[0017] Una tercera regla consiste en reducir la inducción nominal de trabajo Bt, lo que lleva a hacer describir en el núcleo magnético del transformador un ciclo de histéresis menor cuyo valor máximo es por definición Bt.

[0018] Con el fin de limitar el efecto de irrupción, el procedimiento más empleado y el más seguro es, para los usos más habituales de los transformadores de baja frecuencia, reducir Bt (véase la fórmula anterior), con el fin de reducir el aumento de flujo dO (que vale 2.Bt.sección del núcleo) que deberá percibir transitoriamente el transformador, por ejemplo, durante su conexión eléctrica.

[0019] Por el contrario reducir Bt también lleva a reducir la capacidad de transformación eléctrica de tensión del transformador en régimen permanente (tarea principal del transformador), lo que deberá compensarse aumentando la sección de yugo magnético (tensión = dO/dt = d(N.Bt.S)/dt con N = número de espiras en el secundario), con lo que aumenta el peso, lo cual no resulta una solución satisfactoria en un transformador de a bordo. En este caso, se preferirán siempre así, para limitar la irrupción, soluciones fundadas en una elección de materiales magnéticos que permita aumentar Bs y reducir Br, con el fin de limitar el descenso de Bt.

[0020] El ruido emitido por el transformador debido a las fuerzas electromagnéticas y a la magnetostricción debe ser suficientemente bajo para estar de acuerdo con las normas en vigor o para satisfacer las exigencias de los usuarios y del personal dispuesto cerca del transformador. Cada vez más, los pilotos y copilotos de aeronaves desean poder comunicarse sin ayuda de cascos, sino por vía directa.

[0021] El rendimiento térmico del transformador es también un aspecto muy importante para considerar, ya que fija a la vez su temperatura de funcionamiento interna y los flujos de calor que deben evacuarse, por ejemplo, por medio de un baño de aceite que rodea los arrollamientos y el yugo, asociado a bombas de aceite dimensionadas en consecuencia. Las fuentes de potencia térmica son principalmente las pérdidas por efecto Joule producidas a partir de los arrollamientos primario y secundarios, y las pérdidas magnéticas producidas por variaciones del flujo magnético en el tiempo y en el material magnético. En la práctica industrial, la potencia térmica en volumen para extraer se limita a un cierto umbral impuesto por el tamaño y la potencia de las bombas de aceite, y la temperatura límite de funcionamiento interno del transformador.

[0022] Finalmente, el coste del transformador debe permanecer lo más bajo posible con el fin de asegurar el mejor compromiso técnico-económico entre los costes de los materiales, del diseño, de la fabricación y el mantenimiento y de la optimización de la densidad de potencia eléctrica (en masa o en volumen) del dispositivo a través de la consideración del régimen térmico del transformador.

[0023] De manera general, se tiene interés en buscar la densidad de potencia en masa/en volumen más elevada posible. Los criterios que deben tenerse en consideración para apreciarlo principalmente la imanación de saturación Js y la inducción magnética a 800 A/m Bs00 para materiales de permeabilidad medianamente elevada como el hierro, las aleaciones de hierro-silicio y hierro-cobalto o la inducción magnética a 80A/m Bs0 para materiales magnéticos de permeabilidad elevada como las aleaciones Fe-Ni.

[0024] Actualmente se usan dos tecnologías de fabricación de transformadores de a bordo de baja frecuencia.

[0025] Según una primera de estas tecnologías, el transformador incluye un circuito magnético arrollado cuando la alimentación es monofásica. Cuando la alimentación es trifásica, la estructura del núcleo del transformador se realiza mediante dos núcleos tóricos del tipo anterior contiguos, y rodeados por un tercer toro arrollado y que forma un «ocho» alrededor de los dos núcleos tóricos anteriores. Esta forma de circuito impone en la práctica un espesor bajo de la lámina magnética (normalmente 0,1 mm). De hecho, esta tecnología se usa solamente cuando la frecuencia de alimentación limita, teniendo en cuenta las corrientes inducidas, el uso de bandas de este espesor, es decir, normalmente para frecuencias de algunos cientos de Hz.

[0026] Según la segunda de estas tecnologías, se usa un circuito magnético apilado, con independencia de los espesores de láminas magnéticas contempladas. Esta tecnología es válida así para cualquier frecuencia inferior a algunos kHz. Sin embargo, debe prestarse un cuidado particular al desbarbado, a la yuxtaposición, e incluso al aislamiento eléctrico de las láminas, con el fin de reducir a la vez los entrehierros parásitos (y, por tanto, optimizar la potencia aparente) y limitar las corrientes inducidas entre láminas.

[0027] En una u otra de estas tecnologías, en los transformadores de potencia de a bordo, y con independencia del espesor de banda contemplado, se usa un material magnético dulce de alta permeabilidad. Existen dos familias de estos materiales en espesores de 0,35 mm a 0,1 e incluso 0,05 mm, y se distinguen claramente por sus composiciones químicas:

- las aleaciones Fe-3% Si (las composiciones de las aleaciones se proporcionan en todo el texto en % en peso, con la excepción de las aleaciones nanocristalinas que se expondrán a continuación), cuya fragilidad y resistividad eléctrica se controlan principalmente por el contenido de Si; sus pérdidas magnéticas son bastante bajas (aleaciones de granos no orientados N.O.) o bajas (aleaciones de granos orientados G.O.), su imanación de saturación Js es elevada (del orden de 2 T), su coste es muy moderado; existen dos subfamilias de Fe-3% Si usadas bien para una tecnología de núcleo de transformador de a bordo o bien para otra:

- los Fe-3%Si de granos orientados (G.O.), usados para las estructuras de transformador de a bordo de tipo «arrollado»: su permeabilidad elevada (B800 = 1,8 - 1,9 T) está relacionada con su textura {110} <001> muy pronunciada; estas aleaciones ofrecen la ventaja de ser económicas, fáciles de conformar, de gran permeabilidad, pero su saturación está limitada a 2 T, y presentan una no linealidad muy marcada de la curva de imanación que puede provocar armónicos muy importantes;

- los Fe-3%Si de granos no orientados (N.O.), usados para las estructuras de transformador de a bordo de tipo «cortado-apilado»; su permeabilidad es más reducida, su imanación de saturación es similar a la de los G.O; - las aleaciones Fe-48% Co-2% V, cuya fragilidad y resistividad eléctrica son controladas principalmente por el vanadio; deben sus permeabilidades magnéticas elevadas no solo a sus características físicas (K1 baja) sino también al enfriamiento después de recocido final que regula K1 a un valor muy bajo; debido a su fragilidad, estas aleaciones deben ser conformadas en estado endurecido en frío (por corte, estampación, plegado, etc.), y solo una vez que la pieza posea su forma final (rotor o estator de máquina giratoria, perfilado en E o I de transformador) el material es recocido en la última etapa; además, a causa de la presencia de V, la calidad de la atmósfera de recocido debe estar perfectamente controlada para no ser oxidante; finalmente el precio de este material, muy elevado (20 a 50 veces el del Fe-3% Si - G.O.), está relacionado con la presencia de Co y es aproximadamente proporcional al contenido de Co.

[0028] En la actualidad se usan solo estas dos familias de materiales de alta permeabilidad en los transformadores de potencia de baja frecuencia de a bordo. Sin embargo, se sabe desde hace tiempo que las adiciones de Co en el hierro aumentan la saturación magnética de la aleación, hasta alcanzar 2,4 T hacia entre el 35 y el 50% de Co, y por tanto habría podido esperarse al uso de otros materiales a base de FeCo y que contienen menos cobalto que el Fe-48% Co-2% V en los transformadores de a bordo.

[0029] Por desgracia, se revela que estas aleaciones intermedias tienen una anisotropía magnetocristalina de varias decenas de kJ/m3, lo que no las autoriza a tener una permeabilidad elevada en el caso de una distribución aleatoria de las orientaciones cristalográficas finales. En el caso de láminas magnéticas de menos del 48% de Co para transformadores de a bordo de frecuencia media, se sabe así desde hace tiempo que las posibilidades de éxito pasan necesariamente por una textura aguda caracterizada por el hecho de que en cada grano, un eje <100> está muy cerca de la dirección de laminación. La textura {110}<001> obtenida por Goss en los Fe 3% Si por recristalización secundaria es un caso significativo. Sin embargo, según estos trabajos la lámina no debía contener cobalto.

[0030] Más recientemente, se ha mostrado en el documento US-A-3881967 que con adiciones del 4 al 6% de Co y del 1 al 1,5% de Si, y usando también una recristalización secundaria, podían obtenerse también altas permeabilidades: Bsoo “ 1,98 T, es decir, una ganancia de 0,02 T/% Co a 800 A/m con respecto a las mejores láminas de Fe 3% Si G.O. actuales (Bs00 “ 1,90 T). Sin embargo, es evidente que un aumento de solo el 4% del Bs00 no es suficiente para aligerar sustancialmente un transformador. A modo de comparación, una aleación Fe-48% Co-2% V optimizada para transformador presenta un Bs00 de aproximadamente 2,15 T ± 0,05 T, lo que permite un aumento de flujo magnético, para una misma sección de yugo, de aproximadamente el 13% ± 3 % a 800 A/m, de aproximadamente el 15% a 2.500 A/m y de aproximadamente el 16% a 5.000 A/m.

[0031] Es preciso señalar también la presencia en los Fe 3% Si -G.O. de granos gruesos debidos a la recristalización secundaria, y de una muy baja desorientación entre cristales que hace posible un Bs00 de 1,9 T, junto con la presencia de un coeficiente de magnetostricción A100 muy claramente superior a 0. Esto hace que este material sea muy sensible a las restricciones de montaje y de funcionamiento, lo que lleva en la práctica industrial el B800 de un Fe 3% Si G.O. en funcionamiento en un transformador de a bordo a aproximadamente 1,8 T. También sucede así para las aleaciones del documento US-A-3 881 967. Además, el Fe-48% Co-2% V tiene coeficientes de magnetostricción de amplitud todavía 4 a 5 veces más elevada que el Fe-3%Si, pero una distribución aleatoria de las orientaciones cristalográficas y un pequeño tamaño medio de los granos (varias decenas de micrómetros), lo que lo hace mucho menos sensible a las restricciones bajas, y, por tanto, no disminuye significativamente el B800 en funcionamiento.

[0032] En funcionamiento, es preciso considerar así que la sustitución de un Fe 3% Si G.O. por un Fe-48% Co-2% V lleva a un aumento del flujo magnético a sección constante del transformador de a bordo del orden del 20 al 25% para amplitudes de campo de funcionamiento de 800 a 5.000 A/m, es decir, aproximadamente el 0,5% de aumento del flujo magnético por % de Co. La aleación del documento US-A-3881967 permite un aumento del 1% del flujo magnético por el 1% de Co, pero como se ha dicho, este aumento total (4%) se ha considerado demasiado bajo para justificar el desarrollo de este material.

[0033] También se ha propuesto, en particular en el documento US-A-3843424, utilizar una aleación de Fe-5 que contiene el 35% de Co, que comprende menos del 2% de Cr y menos del 3% de Si, y que tiene una textura de Goss obtenida mediante recristalización primaria y crecimiento de grano normal. Se citan composiciones Fe-27% Co-0,6% Cr o Fe-18% Co-0,6% Cr que permiten alcanzar 2,08 T a 800 A/m y 2,3 T a 8.000 A/m. Estos valores permitirían en funcionamiento, con respecto a una lámina Fe-3% Si-G.O. que funcionan a 1,8 T a 800 A/m, y a 1,95 T a 5.000 A/m, aumentar el flujo magnético en una sección de yugo dada del 15% a 800 A/m y del 18% a 5.000 A/m, y, por tanto, reducir en la misma proporción el volumen o la masa del transformador. Así, se han propuesto varias composiciones y procedimientos de fabricación de aleaciones Fe-bajo Co (con adiciones eventuales de elementos de aleación) que permiten forma general obtener inducciones magnéticas a 10 Oe cercanas a las accesibles con las aleaciones comerciales Fe-48% Co-2% V pero con contenidos de Co (y, por tanto, precios de coste) sustancialmente menores (del 18 al 25%).

[0034] En la tecnología de núcleo cortado-apilado solo se conoce el uso de aleaciones Fe-Ni en los transformadores aeronáuticos. De hecho estos materiales tienen una imanación de saturación denotada por Js (1,6 T como máximo para Fe-Ni50) bastante más baja que los Fe-Si (2 T) o Fe-Co (> 2,3 T) anteriores, y además presentan coeficientes de magnetostricción para FeNi50 de A-m = 7 ppm y A100 = 27 ppm. De ello se desprende una magnetostricción aparente de saturación Asat = 27 ppm para un material policristalino Fe-Ni50 de tipo «no orientado» (es decir, que no posee textura pronunciada). Dicho nivel de magnetostricción provoca un ruido elevado, lo que explica, además de una imanación de saturación Js bastante moderada, que este material no se use

[0035] En resumen, las diferentes problemáticas a las que se enfrentan los diseñadores de transformadores aeronáuticos pueden plantearse así.

[0036] En ausencia de alta exigencia en el ruido debido a la magnetostricción, el compromiso entre las exigencias de un bajo efecto de irrupción, una alta densidad en masa del transformador, un buen rendimiento y pérdidas magnéticas bajas conducen a usar soluciones que ponen en juego núcleos magnéticos arrollados en Fe-Si G.O., en Fe-Co o en materiales amorfos a base hierro, o soluciones que ponen en juego núcleos magnéticos en piezas cortadas y apiladas de Fe-Si N.O. o de Fe-Co.

[0037] En este último caso, frecuentemente se usan núcleos cortados-apilados de E o de I de acero eléctrico FeSi N.O. o G.O., o de aleaciones FeCo tales como Fe49Co49V2. Ahora bien, dado que estos materiales tienen una magnetostricción importante y que la dirección de imanación no se mantiene siempre según la misma dirección cristalográfica en una estructura en E, estas estructuras de transformador se deforman mucho y emiten un ruido importante si su dimensionamiento se realiza con un nivel de inducción de trabajo habitual (aproximadamente el 70% de Js). Para reducir la emisión de ruido, es necesario:

- reducir la inducción de trabajo, en cuyo caso se debe aumentar en la misma relación la sección del núcleo, y con ello su volumen y su masa para conservar una misma potencia transferida; o bien

- blindar acústicamente el transformador, y con ello un sobrecoste y un aumento de la masa y del volumen del transformador.

[0038] En estas condiciones, está siempre muy alejada la posibilidad de diseñar un transformador que responda simultáneamente a las restricciones de peso y de ruido del pliego de condiciones.

[0039] Al estar las exigencias de un bajo ruido de magnetostricción cada vez más extendidas, no es posible satisfacerlas con las tecnologías anteriores más que aumentando el volumen y la masa del transformador, ya que no se sabe reducir el ruido de ninguna otra forma que no sea reducir la inducción de trabajo media Bt, y por tanto aumentando la sección del núcleo y la masa total para mantener el mismo flujo magnético de trabajo. Es preciso reducir B1 a aproximadamente 1 T, en lugar de 1,4 a 1,7 T para Fe-Si o Fe-Co en ausencia de exigencias sobre el ruido. También es preciso a menudo acolchar el transformador, de lo que se deriva un aumento de su peso y del volumen que ocupa.

[0040] Solo un material de magnetostricción nula permitiría, a primera vista, resolver el problema, y con la condición de que tenga una inducción de trabajo superior a la de las soluciones actuales. Solos las aleaciones Fe-80% Ni que presentan una inducción de saturación Js de 0,75 T aproximadamente y las nanocristalinas con Js de 1,26 T aproximadamente presentan dicha magnetostricción baja. Pero las aleaciones Fe-80%Ni tienen una inducción de trabajo Bt demasiado baja para procurar transformadores más ligeros que los transformadores tradicionales. Solo las aleaciones nanocristalinas permitirían este aligeramiento con el bajo ruido demandado.

[0041] No obstante, las aleaciones nanocristalinas plantean un problema mayor en el caso de una solución de «transformador de a bordo»: su espesor es de aproximadamente 20 pm y están arrollados en toro en estado flexible amorfo alrededor de un soporte rígido, con el fin de que la forma del toro se conserve durante todo el tratamiento térmico que conducen a la nanocristalización. Y este soporte no se puede retirar después del tratamiento térmico, siempre para que se pueda preservar la forma del toroide, y también porque el toroide se corta a menudo por la mitad para permitir una mejor compacidad del transformador mediante el uso de la tecnología del circuito arrollado descrito anteriormente. Solo las resinas para impregnar el toroide arrollado pueden mantenerlo en la misma forma en ausencia del soporte que se retira después de la polimerización de la resina. Sin embargo, después de un corte en forma de C del toroide nanocristalino impregnado y endurecido, se observa una deformación de la C que evita que las dos partes se vuelvan a colocar exactamente cara a cara para reconstituir el toroide cerrado, una vez que se han insertado los bobinados. Las limitaciones de la fijación de las C dentro del transformador también pueden conducir a su deformación. Por lo tanto, es preferible mantener el soporte, lo que hace que el transformador sea más pesado. Además, los nanocristales tienen una magnetización de saturación Js que es marcadamente menor que los otros materiales blandos (Hierro, FeSi3 %, Fe-Ni50 %, FeCo, base de hierro amorfo), lo que requiere que el transformador sea marcadamente más pesado, ya que el aumento en la sección del núcleo magnético tendrá que compensar la reducción en la inducción de trabajo impuesta por Js. Además, la solución «nanocristalina» solo se usará como último recurso, si el nivel de ruido máximo exigido es bajo y si no aparece otra solución más ligera y poco ruidosa.

[0042] El objeto de la invención es proponer un diseño de transformador eléctrico de baja frecuencia, adaptado para su uso en aeronaves, y que permita resolver óptimamente los problemas técnicos que se acaban de exponer, y responder a un pliego de condiciones que implique:

- un índice de irrupción muy bajo, normalmente inferior a 0,8, cuyo valor preciso buscado podrá depender del tipo de alimentación del transformador, del tipo de componente eléctrico o eléctrico sometido a la irrupción del transformador; - un ruido en funcionamiento, fuera de los períodos en los que se hace sentir el efecto de irrupción, inferior o igual a 80 dB, preferentemente inferior o igual a 55 dB para que el transformador pueda colocarse en la cabina de pilotos; - y la masa total de núcleo magnético más baja posible obtenida por la mayor densidad en masa de potencia posible, normalmente al menos igual a 1 kVA/kg y preferentemente superior 1,25 kVA/kg e incluso superior a 1,5 kVA/kg.

[0043] Para este fin, la invención tiene por objeto un núcleo de transformador eléctrico, del tipo cortado-apilado, caracterizado porque incluye dos apilamientos o grupos de apilamientos, que presentan cada uno un primer espesor (ep1), estando dichos apilamientos constituidos cada uno por una pieza plana única o varias piezas planas idénticas aisladas entre sí, cuyas direcciones principales de corte son rectilíneas y son o bien paralelas o bien perpendiculares entre sí, de manera que dichos apilamientos o grupos de apilamientos están enfrentados y que incluye al menos un entrehierro (^e) residual o calibrado de valor máximo 10 mm entre sí, estando dichas piezas hechas con al menos una aleación FeNi austenítica que contiene Ni = 30-80%, preferentemente Ni = 40-60%, y como máximo el 10%, preferentemente como máximo el 2%, de elementos de aleación y de impurezas resultantes de la elaboración, siendo el resto hierro, de manera que dicha aleación tiene una textura cúbica {100}<001> aguda, en la que al menos el 80% de los granos, preferentemente al menos 95% de los granos, están separados un ángulo (^w) igual como máximo a 20° con respecto a la orientación ideal {100}<001>, siendo las dos direcciones principales de corte de dichas piezas planas sustancialmente paralelas bien a la dirección de laminación o bien a la dirección transversal perpendicular a la dirección de laminación, y el plano cristalográfico (100) se separa como máximo 20° con respecto al plano de laminación, preferentemente como máximo 10°, mejor como máximo 5°, y los ejes [001] o [010] y respectivamente la dirección de laminación o la dirección transversal están separados un ángulo (a) como máximo igual a 20°, preferentemente como máximo igual a 10°, mejor como máximo igual a 5°, teniendo dichas piezas planas pérdidas magnéticas en ondas de inducción sinusoidales recibidas del núcleo magnético, para una inducción máxima de 1 T, inferiores a 20 W/kg a 400 Hz, preferentemente inferiores a 15 W/kg, y mejor, inferiores a 10 W/kg, siendo la magnetostricción aparente para una inducción máxima de 1,2 T inferior a 5 ppm, preferentemente inferior a 3 ppm, preferentemente a 1 ppm, cuando la medida se realiza sobre una muestra rectangular alargada, aplicándose el campo según la dirección del lado mayor de la muestra y siendo esta dirección paralela a la dirección de laminación, de manera que la magnetostricción aparente para una inducción máxima de 1,2 T es inferior a 5 ppm, preferentemente inferior a 3 ppm, preferentemente a 1 ppm, cuando la medida se realiza sobre una muestra rectangular alargada, aplicándose el campo según la dirección del lado mayor de la muestra y siendo esta dirección paralela a la dirección transversal perpendicular a la dirección de laminación y situada en el plano de laminación, y siendo la magnetostricción aparente para una inducción máxima de 1,2 T inferior a 10 ppm, preferentemente inferior a 8 ppm, preferentemente a 6 ppm, cuando la medida se realiza sobre una muestra rectangular alargada, aplicándose el campo según la dirección longitudinal de la muestra y siendo esta dirección paralela a la dirección intermedia a 45° de la dirección de laminación y de la dirección transversal.

[0044] Dichos apilamientos pueden tener cada uno forma de C, de E o de I.

[0045] El núcleo puede estar formado entonces por dos subnúcleos en forma de E enfrentados.

[0046] El núcleo puede estar formado entonces también por un apilamiento de piezas planas en forma de E colocadas cabeza con cola, estando los espacios vacíos entre las ramas laterales de dichas piezas planas en forma de E llenos por piezas planas en forma de I de igual composición y textura que las de las piezas planas en forma de E, estando presentes entrehierros (£) entre dichas piezas planas en forma de E y dichas piezas planas en forma de I.

[0047] El núcleo puede estar formado también entonces por un subnúcleo en forma de E y un subnúcleo en forma de I enfrentados.

[0048] El núcleo puede estar formado también entonces por dos subnúcleos en forma de C enfrentados.

[0049] El núcleo puede estar formado también entonces por dos conjuntos contiguos de dos subnúcleos en forma de C, con dichos conjuntos enfrentados.

[0050] Como variante, el núcleo puede estar formado por una sucesión de capas de apilamientos, estando cada dos capas sucesivas colocadas cabeza con cola y separadas por un entrehierro (82).

[0051] Al menos uno de dichos apilamientos puede estar constituido por varias piezas planas de formas idénticas separadas cada una por un entrehierro (81).

[0052] Dichos elementos de aleación pueden elegirse entre uno al menos de entre Cr, Si, Al, Zr, Mo, W, V, Nb, Cu, Mn.

[0053] Dichas piezas planas cortadas pueden presentar una simetría.

[0054] El tamaño de los granos de dichas piezas puede ser inferior o igual a 200 pm.

[0055] El núcleo de transformador puede incluir también segundos apilamientos de piezas planas, que presentan un segundo espesor (ep2), de la misma forma que los apilamientos que presentan un primer espesor (ep1) y superpuestos a ellos, estando dichas piezas planas de los segundos apilamientos hechas de al menos un material que presenta una imanación de saturación superior o igual a 2 T, de manera que dichos segundos apilamientos representan menos del 50% del volumen del núcleo.

[0056] Dichas piezas planas de los segundos apilamientos pueden estar hechas de al menos un material elegido entre aleaciones FeCo, aleaciones FeCo(V, Ta, Cr, Si, X) con X elegido entre uno o más de Mo, Mn, Nb, Si, Al, aleaciones FeCoSi, hierro dulce, aceros, aceros inoxidables ferríticos que contienen el 5-22% de Cr y del 0 al 10% en total de Mo, Mn, Nb, Si, Al, V y aceros eléctricos FeSiAl no orientados.

[0057] El entrehierro (£) entre dos apilamientos o grupos de apilamientos enfrentados puede presentar una anchura diferente entre los primeros apilamientos que presentan un primer espesor (ep1) y entre los segundos apilamientos que presentan un segundo espesor (ep2).

[0058] Dicho entrehierro (£) puede tener una anchura (£1) comprendida entre 2 y 1.500 pm entre dichos apilamientos que presentan un primer espesor (ep1) y una anchura (£2) comprendida entre 2 y 3.000 |jm entre dichos apilamientos que presentan un segundo espesor (ep2).

[0059] La invención tiene también por objeto un transformador eléctrico monofásico o trifásico que incluye un núcleo magnético de tipo cortado-apilado, caracterizado porque dicho núcleo magnético es del tipo anterior.

[0060] Puede tratarse de un transformador destinado a ser colocado a bordo de una aeronave.

[0061] Puede tratarse de un transformador destinado a ser colocado en la cabina de pilotos de una aeronave.

[0062] Como se habrá entendido, la invención consiste en adoptar una tecnología de transformador muy normalmente «de núcleo cortado-apilado que usa láminas superpuestas de material magnético en E, en I o en C», muy a menudo dispuestas para formar apilamientos, es decir, grupos de láminas sustancialmente idénticas a la vez en forma, en dimensiones, en composición química y en textura (cuando esta, para una lámina de un apilamiento dado, es importante para las propiedades del núcleo que se quiere obtener), superpuestas, y en asociarle las características siguientes:

- una alta densidad de potencia en volumen y/o en masa a una frecuencia de 400 Hz en ondas de inducción sinusoidales, normalmente al menos igual a 1,5 kVA/kg y preferentemente superior o igual a 3 kVA/kg e incluso superior o igual a 4 kVA/kg;

- bajas pérdidas magnéticas a 400 Hz en ondas de inducción sinusoidales recibidas del núcleo magnético, en concreto inferiores a 20 W/kg, preferentemente inferiores a 15 W/kg y preferentemente inferiores a 10 W/kg, para una inducción máxima de 1 T;

- una magnetostricción aparente a inducción máxima de 1,2 T As12T inferior o igual a 5 ppm, preferentemente inferior o igual a 3 ppm, mejor inferior o igual a 1 ppm, cuando la medida se realiza sobre una muestra rectangular alargada (tipo Epstein o normalmente 100 x 10 mm2), aplicándose el campo según la dirección longitudinal de la muestra y siendo esta dirección paralela a la dirección de laminación DL de la lámina;

- una magnetostricción aparente a inducción máxima de 1,2 T As12T inferior o igual a 5 ppm, preferentemente inferior o igual a 3 ppm, mejor inferior o igual a 1 ppm, cuando la medida se realiza sobre una muestra rectangular alargada (tipo Epstein o normalmente 100 x 10 mm2), aplicándose el campo según la dirección del lado mayor de la muestra y siendo esta dirección paralela a la dirección transversal DT de la lámina;

- una magnetostricción aparente a inducción máxima de 1,2 T As12T inferior o igual a 10 ppm, preferentemente inferior o igual a 8 ppm, mejor inferior o igual a 6 ppm, cuando la medida se realiza sobre una muestra rectangular alargada (tipo Epstein o normalmente 100 x 10 mm2), aplicándose el campo según la dirección del lado mayor de la muestra y siendo esta dirección del lado mayor de la muestra paralela a la dirección intermedia a 45° de DL y de DT;

- una remanencia magnética Br del ciclo de histéresis mayor del circuito magnético global regulable a un valor más o menos bajo debido a los diferentes entrehierros distribuidos entre las piezas cortadas.

- la presencia de al menos un entrehierro, residual o calibrado, para cada nivel de superposición de las láminas.

[0063] En algunos casos, se podrá sustituir los apilamientos de láminas idénticas, o solo algunos de ellos, por piezas únicas más masivas que simples láminas.

[0064] La solución elegida por los autores de la invención permite conservar el interés de la compacidad de fabricación del transformador, lo que permite una alta densidad de potencia, gracias a las piezas cortadas y después dispuestas según la invención, de igual forma que los núcleos magnéticos en piezas cortadas para transformador que usan clásicamente Fe3% Si o FeCo. También permite emitir poco ruido gracias a una elección apropiada de los materiales y/o de sus microestructuras con respecto a las direcciones tomadas por la imanación en las E y las I superpuestas. Finalmente permite limitar el efecto de irrupción mediante el acceso a altos flujos magnéticos en periodos transitorios, por la obtención de una baja remanencia del circuito magnético.

[0065] Se alcanza un buen compromiso de transformador de a bordo de yugo magnético del tipo cortadoapilado, para responder a las exigencias acumuladas de bajas pérdidas magnéticas, bajo efecto de irrupción, bajos A.Tr, bajas pérdidas-conductor, bajo o muy bajo ruido acústico emitido y alta densidad de potencia, mediante la solución general siguiente, desarrollada aquí en el caso más restrictivo de un transformador trifásico, e ilustrada en las figuras anexas siguientes:

- las figuras 1 a 6 que muestran esquemáticamente diferentes ejemplos de configuración posibles para núcleos magnéticos de transformadores realizados según la invención;

- la figura 7 que muestra más en detalle un ejemplo de núcleo de transformador «en E I» según la invención; - la figura 8 que muestra un ejemplo de núcleo de transformador «en doble E» según la invención;

- la figura 9 que muestra cómo se sitúan los ejemplos de la tabla 3 en un diagrama que muestra sus pares «ruidoíndice de irrupción» y que indica la masa de los núcleos correspondientes;

- la figura 10 que representa en perspectiva una variante de configuración de núcleo constituida por una superposición de tres capas de apilamientos de placas, estando las placas dispuestas en E I en el interior de cada capa de apilamientos, y estando cada capa de apilamientos dispuesta cabeza con cola con respecto a la o a las capas vecinas; - la figura 11 que representa en vista de perfil una variante de configuración de núcleo que incluye un entrehierro entre planos calibrado por una capa amagnética dispuesta entre cada capa de apilamientos de bajo espesor superpuestos, en una configuración en la que las dos capas de apilamientos representadas están dispuestas cabeza con cola.

[0066] El módulo elemental de la invención es un núcleo magnético, de estructura de tipo cortado-apilado en piezas planas en forma de E, de I, de C o todas las demás piezas cuyos lados de las diferentes partes son rectilíneos, y son paralelos o perpendiculares entre sí. Este núcleo magnético se lleva a cabo mediante el uso de al menos una aleación FeNi austenítica de textura {100}<001>, denominada clásicamente «textura cúbica», de composición típica Fe50%-Ni50% en peso (FeNi50), de tal manera que las dos direcciones principales de corte de las piezas en forma de E, I, C (u otras) son paralelas a la dirección de laminación DL o a la dirección transversal Dt (la dirección perpendicular a DL y situada en el plano de laminación). Así, las E, I, C u otros están dispuestos de manera que formen un yugo magnético alrededor de los bobinados del transformador, preparados previamente. Este tipo de estructura es conveniente, por ejemplo, para transformadores monofásicos o trifásicos.

[0067] Los autores de la invención han constatado sorprendentemente que, en dicha configuración, los núcleos de FeNi (normalmente de FeNi50) que presentan sin embargo altos coeficientes de magnetostricción A100 y A-m, experimentan bajas deformaciones mecánicas y solo emiten bajos ruidos, tanto en una configuración de transformador monofásico (C C o C I) como en una configuración de transformador trifásico (E E o E I).

[0068] Los autores de la invención han constatado también que si la inducción de trabajo Bt es demasiado cercana a la imanación de saturación Js, entonces el efecto de irrupción no se amortigua bastante.

[0069] Los autores de la invención han constatado también que si se añadía una proporción menor de piezas cortadas de material de alta saturación y magnetostricción elevada (tales como FeSi o FeCo) al núcleo anterior de FeNi, entonces el efecto de irrupción se amortigua para una masa total idéntica de núcleo magnético.

[0070] La solución propuesta consiste en diseñar un núcleo magnético, de estructura de tipo cortado-apilado en piezas planas en forma de E, de I, de C u otro, en la que los diferentes lados de estas piezas son rectilíneos, y son paralelos o perpendiculares entre sí. Preferentemente, las piezas cortadas y o más generalmente los apilamientos (de piezas/láminas cortadas) presentan una simetría, pero no es absolutamente indispensable. Por ejemplo, la rama central de una E podría estar más cerca de una rama lateral que de la otra rama lateral.

[0071] Las piezas de los diferentes materiales superpuestas entre sí para formar los apilamientos no tienen necesariamente la misma anchura en todas sus porciones correspondientes. En particular, las diferentes porciones rectilíneas de las piezas de FeNi de textura cúbica (que forman el elemento principal del núcleo magnético) tienen, preferentemente, una anchura superior a la de las porciones rectilíneas correspondientes de las piezas opcionales complementarias de material de alta saturación y magnetostricción elevada (FeSi o FeCo por ejemplo), que, preferentemente, se colocan a un lado o a una y otra parte del apilamiento de piezas de FeNi. Esto permite en particular «redondear» los ángulos de la sección del núcleo magnético, en el que se hace entonces más fácil bobinar los conductores de cobre. Esto permite también reducir al mínimo la cantidad de cobre usada para el bobinado. En caso necesario, para atenuar suficientemente el efecto de irrupción, se compensa el descenso de anchura de las porciones de FeCo/FeSi por un aumento del número de piezas que forman los apilamientos.

[0072] Las piezas que forman el elemento principal del núcleo magnético son, según la invención, cortadas en una banda de aleación austenítica FeNi endurecida en frío según un proceso metalúrgico que permite obtener, después de recocido, una textura {100}<001>, del tipo conocido denominado «textura cúbica». Las piezas son cortadas de tal manera que:

- o bien la dirección de laminación DL que está orientada según la dirección cristalográfica <001> es paralela a los lados mayores de las ramas laterales de la E o de la C; entonces la dirección transversal de la lámina DT que está orientada según la dirección cristalográfica <100> es paralela a la parte posterior de la E o de la C (dicho de otro modo del lado de la E o de la C que une sus ramas laterales);

- o bien la dirección de laminación DL que está orientada según la dirección cristalográfica <001> es paralela a la parte posterior de la E o de la C; entonces la dirección transversal de la lámina DT que está orientada según la dirección cristalográfica <100> es paralela a los lados mayores de las ramas laterales de la E o de la C.

[0073] Si la pieza se corta en forma de I se aplican preceptos comparables.

[0074] Dicho de otro modo, las aristas de corte de las diferentes porciones rectilíneas de las piezas del núcleo deben ser siempre sustancialmente paralelas a sus DL o a sus DT respectivas, en caso contrario se constata una degradación rápida de los rendimientos de ruido del transformador cuando existe, por ejemplo, una desorientación entre DL y la dirección cristalográfica <100>.

[0075] Normalmente (pero no de forma limitativa), las piezas cortadas tienen cada una un espesor de 0,1 a 0,3 mm. En todos los ensayos que se describirán a continuación, cada pieza cortada tenía un espesor de 0,2 mm.

[0076] Las figuras 1 a 6 muestran muy esquemáticamente diferentes ejemplos no limitativos de configuraciones posibles para los núcleos de transformadores según la invención, referidas con respecto a las direcciones de laminación DL y DT de sus partes respectivas. Se ha representado también la dirección DN que forma con DL y DT un marco de referencia ortogonal, y que corresponde así sustancialmente a la dirección de superposición de las diferentes piezas que componen el núcleo.

[0077] La figura 1 muestra un núcleo de transformador trifásico en doble E, es decir, formado por dos subnúcleos en E 1, 2 colocados frente a frente. Las ramas laterales 3-8 y las partes posteriores 9, 10 a las que se unen tienen todas secciones idénticas.

[0078] La figura 2 muestra un núcleo de transformador monofásico, formado por dos subnúcleos en E 11, 12 colocados frente a frente. Sus ramas laterales exteriores 13-16 y sus partes posteriores 17, 18 tienen la misma sección, mientras que las ramas laterales interiores 19, 20 tienen secciones iguales al doble de la sección de las otras ramas 13-16 y de las partes posteriores 17, 18. En un transformador monofásico, esto permite obtener una configuración muy compacta para una potencia dada, en comparación con la configuración representada en la figura 5.

[0079] La figura 3 muestra un núcleo 21 de transformador trifásico en forma global de «ocho» con secciones idénticas para su parte posterior 22 y para cada rama 23, 24, 25, estando las piezas en E superpuestas cabeza con cola. Se entiende así que dos piezas superpuestas sucesivas del núcleo 21 están superpuestas de forma alterna, una con su parte posterior 22 colocada a la derecha y sus ramas laterales 23, 24, 25 orientadas hacia la izquierda y la otra con su parte posterior colocada a la izquierda y sus ramas laterales orientadas hacia la derecha. Se obtienen así espacios vacíos entre las ramas laterales 23, 24 y 24, 25 de cada pieza en E. Para obtener una sección de material magnético constante y uniforme en todo el núcleo 21 y, por tanto, rendimientos óptimos del núcleo 21 para esta configuración, se llenan estos espacios vacíos mediante piezas planas en forma de I 70, 71. Se crean así entrehierros £ en cada nivel de superposición entre las ramas laterales 23, 24, 25 de las piezas planas en forma de E y los extremos de las piezas planas 70, 71 en forma de I. La presencia de estos entrehierros £ asegura que este ejemplo es acorde con la invención.

[0080] La figura 4 muestra un núcleo en E I 26, que forma también un núcleo en «ocho» para transformador trifásico y que incluye un entrehierro £ entre la E y la I. En este tipo de estructura el subnúcleo en E 27 está cerrado por un subnúcleo 28 en I que une los extremos de las ramas 29, 30, 31 de la E 27. Esta configuración puede realizarse de dos formas:

- se puede obtener colocando en cada nivel de superposición del núcleo 26 una pieza en E y una pieza en I que se le adosa, y disponiendo cabeza con cola las piezas en E de dos niveles sucesivos; se tiene así una sección de material magnético constante en todo el núcleo 26 a la vez que se conserva la forma en «ocho» de la variante de la figura 3; - se puede obtener adosando un apilamiento de piezas en E y un apilamiento de piezas en I.

[0081] La figura 5 muestra un núcleo 32 de transformador monofásico formado por dos subnúcleos 33, 34 en C colocados frente a frente, de manera que las ramas 35, 36, 37, 38 y las partes posteriores 39, 40 de las C tienen una misma sección y son todas rectilíneas con las ramas 35-38 perpendiculares a las partes posteriores 39, 40.

[0082] La figura 6 muestra un núcleo 41 de transformador monofásico formado por dos conjuntos 42, 43 de subnúcleos en C 44, 45, 46, 47 colocados frente a frente con las ramas y de las partes posteriores rectilíneas de igual sección, estando los dos conjuntos 42, 43 (que son cada uno del mismo tipo que el núcleo 32 de la figura 5) contiguos con un entrehierro residual o calibrado £' que los separe, de manera que formen un núcleo 41 cuya forma general es comparable a la del núcleo de la figura 2, y por tanto con la rama lateral interior 48 que presenta una sección doble a la de las otras ramas laterales y las partes posteriores. Así, se tiene un núcleo 41 en forma general de «ocho» que presenta dos entrehierros £ y £' residuales o calibrados perpendiculares entre sí y que dividen el núcleo en cuatro partes simétricas.

[0083] La aleación austenítica FeNi usada en el marco de la invención puede contener del 30 al 80% de Ni, aunque más preferentemente del 45 al 60% de Ni para obtener la imanación de saturación Js más elevada posible y, así, poder reducir en la medida de lo posible la sección de las diferentes partes del núcleo, y por tanto la masa del núcleo.

[0084] La aleación puede contener hasta el 10% en peso en total de elementos de adición tales como Cr, Si, Al, Zr, Mo, W, V, Nb, Cu, Mn, así como de todos los elementos residuales e impurezas que se encuentran habitualmente en las aleaciones elaboradas en un horno de arco o de inducción sin haberlas añadido voluntariamente. Preferentemente el total de estos elementos de adición, residuales e impurezas será como máximo del 2%. Una adición significativa de determinados elementos distintos a Ni puede ofrecer como ventaja limitar las pérdidas por corrientes inducidas en las láminas magnéticas aumentando la resistividad de la aleación. No obstante, la contrapartida será una degradación de Js. Esta razón justifica los límites del 10 y el 2% citados anteriormente.

[0085] Opcionalmente se pueden usar aleaciones diferentes en los apilamientos de un mismo núcleo, disponiéndolas en forma de capas sucesivas de espesores definidos o mezclándolas en el interior del apilamiento, si se considera de interés, por ejemplo, en términos de rendimientos del núcleo. No obstante, cada una de estas aleaciones deberá responder a las exigencias de composición citadas anteriormente.

[0086] A continuación, las piezas cortadas en forma de E, I, C u otro se aíslan eléctricamente entre sí por un revestimiento grueso de 1 a varios pm, que se deposita sobre la superficie de la banda endurecida en frío. Así, dos piezas planas superpuestas de un apilamiento están separadas por al menos una capa de revestimiento aislante. Para este aislamiento, de forma conocida se pueden usar deposiciones de materiales aislantes, tales como resinas orgánicas (a menudo denominadas «barniz de aislamiento» o «coatings») u óxidos tales como CaO o MgO o AhO3. También se puede oxidar preferentemente la superficie de las piezas durante un recocido oxidante que conduce a la formación superficial de óxidos de Fe y de Ni. Asimismo se puede fosfatar la superficie de la pieza en una capa de enganche con óxidos de Ni y Fe. Naturalmente, esta lista de procedimientos de aislamiento no es limitativa. En particular, se puede sustituir la deposición de material aislante descrito anteriormente por una inserción, entre las piezas para aislar, durante la formación del apilamiento, de láminas de un material aislante y no magnético de espesor calibrado (normalmente de varias decenas de pm a varias décimas de mm), que tendría también como función el calibrado del entrehierro que separa dos apilamientos para determinadas configuraciones del núcleo. Un material plástico, papel, cartón, una espuma rígida, un material compuesto aislante y no magnético, son ejemplos de dichos materiales. La deposición de aislante y la inserción de láminas aislantes pueden acumularse.

[0087] Debe entenderse que un «apilamiento», en el sentido en que se entiende en la descripción, puede, si se revela que esto permite obtener los resultados buscados, estar constituido por una única pieza cortada, más o menos gruesa. En el caso general, será preferible sin embargo usar, para un espesor total dado, varias láminas relativamente delgadas idénticas, aisladas entre sí, para constituir el «apilamiento», con el fin en particular de limitar la formación de corrientes de Foucault que podrían degradar los rendimientos del núcleo.

[0088] A continuación, las piezas se someten a recocido bajo un gas protector (Ar, H2, H2 N2, N2 u otro), durante unos minutos a unas horas, de forma que se obtenga una estructura de grano homogéneo de tamaño normalmente inferior o igual a 200 pm, una ausencia total de crecimiento anormal (que generaría granos gruesos mal orientados cristalográficamente) y una textura cúbica aguda, es decir, con al menos el 80%, y preferentemente al menos el 95%, de los granos con su orientación cristalográfica en separación según un ángulo w igual como máximo a 20° con respecto a la orientación ideal {100}<001>.

[0089] Como variante, el recocido de texturización, y después la deposición de revestimiento aislante eléctrico, pueden realizarse antes del corte de las piezas.

[0090] Las piezas recocidas y revestidas de aislante eléctrico están superpuestas para constituir los «apilamientos» (como se acaba de decir, opcionalmente podrían, al menos para algunos de los casos, estar constituidos cada uno por una sola pieza), estando los apilamientos opcionalmente separados unos de otros por láminas de material aislante, de tal manera que las E, I, C u otras, que los apilamientos permiten construir por sus superposiciones y/o sus yuxtaposiciones, puedan formar un yugo magnético alrededor del cual se disponen bobinados realizados previamente. Sin embargo, se podrían preparar bobinados después del ensamblaje del yugo. Este tipo de estructura es conveniente, por ejemplo, para transformadores monofásicos o trifásicos.

[0091] La colocación de un aislante entre los apilamientos no es indispensable, pero permite, gracias al control del entrehierro £, £' que proporciona, controlar mejor la remanencia del circuito magnético y la corriente magnetizante del transformador, aumentar las prestaciones de irrupción, y hacer más reproducibles las prestaciones de los transformadores en una producción industrial.

[0092] No es obligatorio, aunque sí ventajoso, superponer a los apilamientos de piezas de FeNi otros apilamientos que contengan una proporción en volumen minoritaria (es decir, que constituyan menos del 50% del volumen total del núcleo) de piezas que tienen la misma forma que las de FeNi citadas anteriormente y dimensiones idénticas o muy cercanas a las de estas mismas piezas, pero hechas con materiales magnéticos de alta saturación conocidos de por sí tales como FeSi y FeCo. Se superponen estando aisladas eléctricamente entre sí, de la misma forma que las piezas de FeNi.

[0093] Estos materiales de alta saturación funcionan a muy baja inducción en el transformador. Estos materiales de Js elevada pueden ser especialmente: Fe-3%Si, Fe-6,5%Si, Fe-15 a 50%Co-(V, Ta, Cr, Si, X) texturizados o no con X elegido entre un elemento o varios de entre Mo, Mn, Nb, Si, Al, hierro dulce, ciertos aceros, aceros inoxidables ferríticos Fe-Cr que contienen del 5 al 22% de Cr en peso y del 0 al 10% en total de Mo, Mn, Nb, Si, Al, V, aceros eléctricos Fe-Si-Al N.O., que tienen todos un valor de Js claramente superior a los 1,6 T del FeNi50 (que tiene la Js más elevada entre los FeNi austeníticos). Es necesaria una Js de al menos 2 T.

[0094] En la tabla 1 mostrada a continuación se proporcionan ejemplos de materiales clásicos de alta Js con su punto de funcionamiento magnético B(H) dado a 800 A/m (B800) y 8.000 A/m (B8000) (las composiciones dadas son, naturalmente, aproximadas y no excluyen la presencia de otros elementos de aleación en cantidades relativamente bajas; asimismo, la lista de ejemplos no pretende ser exhaustiva y podrá usarse cualquier material que presente características comparables). De hecho, es alrededor del codo de la curva B(H), y por tanto hacia B800 en este tipo de material, donde se alcanza el mejor compromiso entre reducción de volumen (B elevé) y bajo consumo del transformador (bajo A.tr). El B8000 da cuenta, por su parte, de la inducción de acercamiento a la saturación, que no solo se aprovecha en el potencial de densidad de potencia (Bt < B8000) sino también en la reducción del efecto de irrupción.

Tabla 1: Composiciones de materiales de alto valor de Js que pueden usarse en la invención y puntos de ___________________________funcionamiento magnético a 800 A/m y 8.000 A/m___________________________ Aleaci %Co % Cr Fe Js B800 (T) B8000 (T) 1 15 Resto 2,25 2,08 2,24 2 15 Resto 2,21 1,95 2,18 3 18,5 Resto 2,32 2,12 2,30 4 18 Resto 2,26 2 2,23 5 10 Resto 2,22 2,01 2,12 6 27 0,5 Resto 2,38 2,03 2,28 7 48 Resto 2,35 2,1 2,35

8

0

Resto

2,03

1,9

2

[0095] En los ejemplos que se ofrecerán a continuación se considerará el caso de transformadores trifásicos, que necesitan el corte de piezas planas en forma de E y/o de I.

[0096] En un primer ejemplo representado en la figura 7, se usa un núcleo de transformador 49 que incluye una estructura en E I del tipo de la representada esquemáticamente en la figura 4. Las dos ramas laterales exteriores 50, 51 y la rama lateral interior 52 del apilamiento en E 53 llevan cada una uno de los arrollamientos 54, 55, 56 de cada fase del transformador. El apilamiento en I 57 es contiguo a los extremos libres de las ramas laterales 50, 51, 52 de la E 53. Cada apilamiento 53, 57 se obtiene, según la invención, por superposición en un espesor ep1 de láminas de textura cúbica de aleación Fe-Ni que contiene normalmente del 40 al 60% de Ni. Los apilamientos en E 53 y en I 57 están separados por un entrehierro £. Se observará que, en este ejemplo, la parte posterior 58 y las tres ramas laterales 50, 51, 52 del apilamiento en E 53 y el apilamiento en I 57 tienen todos la misma anchura a. Los dos apilamientos en E 53 y en I 57 están superpuestos sobre otros dos apilamientos, en E 53' y en I 57', compuestos a su vez por una superposición de láminas de material de alta Js de espesor ep2, de manera que los dos pares de apilamientos en E 53, 53' y en I 57, 57' tienen un espesor total ep1 ep2. En el ejemplo no limitativo representado, las láminas de los apilamientos 53', 57' de material de alta Js tienen las mismas formas y dimensiones que las láminas que constituyen los apilamientos 53, 57 a los que están superpuestos.

[0097] En este ejemplo, los lados de corte rectilíneos de las láminas superpuestas que constituyen los apilamientos en E 53, 53' y las láminas superpuestas que constituyen los apilamientos en I 57, 57' están alineados en los ejes DL (dirección de laminación de cada lámina) y DT (dirección perpendicular a la dirección de laminación de cada lámina) de la lámina de FeNi de textura cúbica, denotada cristalográficamente por {100}<001>. En el ejemplo representado, el eje de las ramas laterales 50, 51, 52 de la E 53 está alineado en DL mientras que la I 57 y la parte posterior 58 de la E están alineadas según DT. No obstante, también se habría podido invertir la disposición de corte manteniéndose en el marco de la invención. Son las cualidades de alineación de los ejes <100> en DL (o en DT) y del plano (100) en el plano de laminación, las que determinan, de forma sorprendente, la reducción de las vibraciones y del ruido emitido por el núcleo magnético. El plano cristalográfico (100) de la orientación «cúbica» ideal se representa en la figura 7 como perfectamente paralelo al plano de laminación (que es el plano de la E 53), pero se puede aceptar hasta 20° de desorientación w entre estos dos planos para que el efecto sorprendente actúe de forma significativa. Preferentemente esta desorientación w es como máximo de 10°, mejor como máximo de 5°. Asimismo se puede aceptar hasta 20° de desorientación a entre los ejes [001] o [010] y, respectivamente, DL o DT, para que el efecto sorprendente actúe de forma significativa (véase la figura 7 para una visualización de esta desorientación a). Preferentemente esta desorientación a es como máximo de 10°, mejor como máximo de 5°.

[0098] Se aplica lo mismo, naturalmente, para las láminas del apilamiento en I 57, y se aplicaría lo mismo para las láminas de un apilamiento en C tal como se representa esquemáticamente en las figuras 5 y 6.

[0099] Así en el caso de una textura cúbica que tiene al menos el 80% (en superficie o volumen) de los granos que poseen dichas orientaciones w y a (es decir, desorientadas como máximo 20° según los diferentes ejes y planos considerados), se observa el fenómeno sorprendente de vibraciones muy reducidas del núcleo de transformador 49 en su totalidad, y, por tanto, un ruido de magnetostricción bajo.

[0100] Además el ajuste del entrehierro £ entre la E 53 y la I 57 permite establecer la permeabilidad equivalente del circuito magnético, y al mismo tiempo ajusta la remanencia del circuito magnético. La anchura de este entrehierro £ puede ajustarse mediante suplementos de espesor.

[0101] Además, la superposición, como se representa, de apilamientos 53', 57' de un espesor ep2 de láminas en E o en I en un material de alta saturación (FeCo o FeSi por ejemplo) para cada uno de los dos apilamientos 53, 57 permite que este material participe en la amortiguación del efecto de irrupción lo que permite dimensionar la parte principal de FeNi del transformador de forma que haga trabajar el transformador a una inducción más elevada. Así, se puede reducir la sección y la masa del circuito magnético. El experto en la materia sabe encontrar un buen compromiso entre la masa añadida de FeCo o FeSi con respecto a la masa ahorrada de FeNi, para un mismo espesor ep1 ep2 del núcleo 49.

[0102] Debe entenderse que no es necesario que las láminas de este material de alta Js tengan necesidad de una textura de un tipo determinado. En el caso en que tengan una textura marcada cualquiera, esta textura no está orientada obligatoriamente de una forma precisa con respecto a DL y DT. Solo las orientaciones de los lados de corte de las láminas con respecto a DL y DT son importantes, porque estas orientaciones son idénticas a las de los lados de corte de las láminas de FeNi de textura cúbica del material de baja magnetostricción.

[0103] En un segundo ejemplo de núcleo magnético de transformador trifásico según la invención denominado «en doble E», representado en la figura 8 (esta vez no se han representado los bobinados), el núcleo 59 del transformador se presenta en forma de dos apilamientos 60, 61 en columnas de elementos en láminas, cortados cada uno en forma de E, estando los dos apilamientos 60, 61 dispuestos frente a frente para formar un circuito magnético y separados por un entrehierro £. La anchura de este entrehierro £ puede ajustarse mediante suplementos de espesor. Se encuentra la configuración representada esquemáticamente en la figura 1. Las ramas laterales exteriores 62, 63, 64, 65 e interiores 66, 67 tienen una misma anchura a, igual a la anchura de las partes posteriores 68, 69 que las unen. Las ramas laterales 62-67 de todos los apilamientos 60, 61 tienen una misma longitud c y las ramas laterales 62-67 de cada apilamiento están separadas entre sí una longitud b.

[0104] Cada uno de estos apilamientos 60, 61 se prepara a partir de una o, preferentemente, varias láminas cortadas que son al menos mayoritariamente en volumen, es decir, para más del 50% del volumen total del núcleo, en un primer material que es una aleación FeNi al 30-80% (preferentemente al 45-50%) de Ni, de textura cúbica {100}<001>, y están revestidos con aislante o separados por una lámina de aislante, como se explica anteriormente. Estas láminas de FeNi están superpuestas en un espesor ep1. La orientación a de la textura de las láminas con respecto a las direcciones DL y DT tal como se define anteriormente y se ilustra para el ejemplo de la figura 7, está también presente en este ejemplo y no se repite en la figura 8.

[0105] Preferentemente, como en los ejemplos representados en las figuras 7 y 8, el núcleo se completa mediante superposiciones de espesor ep2 constituidas cada una por una o, preferentemente, varias láminas de un segundo material, de alta Js, como los definidos en la tabla 1.

[0106] La presencia de un entrehierro £ entre dos apilamientos enfrentados es obligatoria en el marco de la invención (en ausencia de dicho entrehierro £, para las configuraciones de las figuras 7 y 8, se tendría un núcleo de estructura «en ocho» ininterrumpida, no conforme con la invención). Es ventajosa desde varios puntos de vista: - permite reducir la inducción remanente del circuito magnético;

- facilita el montaje de los bobinados;

- es preferible para el llenado de la ventana de bobinado, y por tanto para el aumento de la densidad de potencia en volumen.

[0107] Además, el entrehierro £ puede tener una anchura diferente para los dos grupos de láminas, el de láminas de FeNi texturizado y el de láminas de material de alta Js.

[0108] La posible presencia de un entrehierro £ de valor diferente para los dos grupos de láminas es también válido para las otras variantes de núcleos según la invención, especialmente para la variante de la figura 7. Se observará que en la variante de la figura 3 están los entrehierros £ que separan las placas en I 70, 71 de las ramas 23, 24, 25 de las placas en E entre las cuales se colocan y que desempeñan el papel del entrehierro £ visible en las figuras 6 y 7.

[0109] La tendencia en la aeronáutica civil es diseñar transformadores de a bordo con un ruido acústico emitido cada vez más bajo, e incluso muy bajo cuando se sitúa junto a la cabina de pilotos y los pilotos trabajan sin casco para comunicarse. Como cualquier componente a bordo, el transformador debe ser lo más ligero y lo menos voluminoso posible, consumir la menor corriente posible y calentarse lo menos posible, y también poder recibir sin daños para su integridad (sus aislantes, sus componentes electrónicos) fuertes variaciones de carga, es decir, fuertes variaciones de la corriente de conexión del transformador. Esta corriente de conexión, denominada «corriente de irrupción», debe ser también lo más baja posible, como se ha visto.

[0110] En la bibliografía reciente se establece que la corriente máxima de irrupción (corriente transitoria que magnetiza un transformador) es proporcional a (2Bt Br- Bs) en la que Bt es la inducción de trabajo nominal (obtenida del dimensionamiento del circuito magnético), Br es la inducción remanente del ciclo de histéresis mayor del circuito magnético (en concreto del conjunto constituido por el núcleo ferromagnético y entrehierros localizados o distribuidos según la estructura de fabricación del núcleo) y Bs es la inducción de saturación del núcleo.

[0111] Para obtener una baja corriente máxima de irrupción se necesita:

- un material de alta imanación de saturación (FeSi o FeCo, preferentemente a FeNi y a los nanocristalinos);

- un circuito magnético (y no simplemente un material que constituya el núcleo, considerado de forma aislada) de baja remanencia, lo que puede obtenerse bien directamente por la elección del material (ejemplo del ciclo de histéresis con capas de aleaciones nanocristalinas) o bien por un efecto de fabricación del yugo (entrehierros distribuidos o localizados, que producen un campo de desmagnetización suficiente)

- una inducción de trabajo Bt baja; aunque esto es antinómico con la densidad de potencia elevada, la miniaturización y el aligeramiento de los transformadores, y por tanto no constituye una solución satisfactoria para el problema planteado, salvo si las características estructurales del núcleo ventajosas en otros puntos (especialmente el ruido) permitían conservar en el núcleo un volumen y una masa todavía aceptables para Bt relativamente bajas;

- una baja sección de núcleo magnético lo que conduciría a usar un material de alta saturación;

- una alta sección de aire de las bobinas.

[0112] En resumen, si solo consideramos la cuestión de la irrupción, el circuito magnético ideal incluye una aleación de alta imanación con saturación (FeSi, FeCo) y baja remanencia, utilizada en inducción reducida. Esto lleva a un diseño y un dimensionamiento optimizados del circuito magnético, y a un calibrado adecuado del o de los entrehierros a partir de estos materiales de alta imanación de saturación Js. Un entrehierro del orden de 1 pm normalmente entre dos subnúcleos en forma de C o de E o en forma de E y de I tendrá un efecto escaso en la remanencia intrínseca del material, y entonces un FeNi50 de textura cúbica {100}<001> conserva su inducción remanente muy elevada (cercana a Js = 1,6 T, normalmente 1,4 a 1,55 T). En este caso de entrehierro, y según la fórmula que produce el índice de irrupción anterior, la amortiguación del efecto de irrupción no será muy buena. Para reducir la remanencia se introduce un entrehierro de, por ejemplo, 200 o 600 pm, o de 0,1 mm (calibrado por una deposición o una capa de material aportado) entre las capas de piezas cortadas, y también entre las piezas ensambladas como la E 53 y la I 57 del ejemplo de la figura 7. El valor del entrehierro necesario para una reducción significativa de Br depende mucho de la configuración de los apilamientos de las diferentes piezas magnéticas, como se verá a continuación en la descripción de los ejemplos según la invención y de los resultados que permiten obtener con respecto a los ejemplos de referencia. En este caso, la inducción remanente Br puede reducirse, para estar comprendida entre algunos % y varias decenas de %. Debe observarse que, por el contrario, no se tiene interés en exagerar la anchura del entrehierro £, ya que según el teorema de Ampére, sería muy costoso obtener más corriente de magnetización, con lo que se provocaría más calentamiento por efecto Joule, más consumo eléctrico y una reducción del rendimiento. Por tanto es preciso encontrar un buen compromiso entre, por una parte, una irrupción baja y, por otra parte, bajos niveles de calentamiento y consumo de corriente. El experto en la materia sabrá encontrar mediante cálculos y experimentos un equilibrio prudente entre estas exigencias.

[0113] En el caso opcional en el que se desea añadir un segundo material, que, a su vez, presente una Js elevada (FeCo o FeSi), con el fin de amortiguar aún más la irrupción, se desea que este segundo material funcione muy poco en régimen permanente, con lo que estará poco, o incluso muy poco, imantado por la corriente de magnetización definida para el primer material (FeNi cúbico) con su o sus entrehierro(s). De hecho el segundo material de Js elevada está presente principalmente para funcionar en régimen transitorio durante fuertes entradas de corriente del transformador. Si se imantara también en buena medida en régimen permanente del transformador, entonces su magnetostricción elevada conllevaría un ruido inaceptable para el transformador. Para limitar su imanación se pueden introducir en los apilamientos compuestos de este segundo material de Js elevada un entrehierro específico £2 cuyo valor, que puede ser diferente del correspondiente al entrehierro £1 que separa los apilamientos compuestos de FeNi de textura cúbica, se obtiene a partir de la aplicación del teorema de Ampére, de la corriente de magnetización del transformador en régimen permanente y de las características magnéticas del segundo material. Por ejemplo, en el ejemplo de la figura 7, si el entrehierro £1 entre el apilamiento de láminas de FeNi en E y el apilamiento de láminas de FeNi en I vale 0,1 mm, se puede ver abocado a introducir un entrehierro £2 de 0,2 mm entre el apilamiento en E de material de alta Js y el apilamiento en I de material de alta Js. Las capas intercaladas usadas, preferentemente, para calibrar los entrehierros £1 y £2 pueden ser de cualquier material aislante no magnético muy ligero tal como papel, cartón, un plástico, una espuma rígida, un material compuesto, etc.

[0114] De manera general, £1 puede estar comprendido, preferentemente, entre 2 y 1.500 pm y £2 puede estar comprendido, preferentemente, entre 2 y 3.000 pm.

[0115] Estos valores pueden transponerse también especialmente a la configuración en E E de la figura 8.

[0116] Si se acumulan las restricciones de bajo volumen y baja masa, de bajas pérdidas magnéticas, de ruido acústico bajo a muy bajo y de bajo efecto de irrupción en un transformador aeronáutico de a bordo, queda recuperar las soluciones más interesantes para optimizar cada magnitud restrictiva vista anteriormente. La tabla 2 resume las reflexiones de los autores de la invención en este punto, en el caso, según la invención, de circuitos magnéticos cortados/apilados (en E, I o C):

[0117] En este caso se considera la calidad de aleación Fe-50%Ni denominada calidad «transformar». Se conoce desde hace tiempo en el estado de la técnica, y corresponde a una gama metalúrgica que lleva a una microestructura final de granos gruesos (de varias centenas de pm a varios mm), con diferentes componentes de textura de amplitud media pero que no presentan componente de textura cúbica significativa, y que presentan en consecuencia bajas pérdidas magnéticas en circuitos en C o en E, y con una magnetostricción aparente de saturación del orden de 10-20 ppm. Se encuentra una descripción de dichas aleaciones especialmente en las referencias «Alloy 48» publicada por Engineering Alloys Digest, Inc. Upper Montclair, Nueva Jersey, junio de 1975, y F.J.G.Landgraf, "Effect of annealing on Magnetic Properties of Fe- 47,5%Ni alloy", J. Mater. Eng. (1989) vol. 11, n. 1, pág. 45-49.

[0118] En una variante de configuración, que estará también entre las consideradas en los ensayos que se describirán (tablas 3 y 4), las placas superpuestas que forman el núcleo pueden cortarse en forma de «ocho». Se obtiene entonces un núcleo de forma general idéntica a la que se representa en la figura 1, pero carente de entrehierro y, por tanto, no según la invención.

[0119] La invención se basa así en el uso, como único material o como principal material constitutivo del núcleo, de una aleación austenítica FeNi de textura cúbica, preferentemente con una imanación de saturación elevada, tales como las aleaciones que contienen del 30 al 80% de Ni, preferentemente del 40 al 60% de Ni, y como máximo del 10%, mejor como máximo del 2% de elementos distintos de Fe y Ni. Los autores de la invención han descubierto de hecho con asombro que el uso de dichos materiales en las condiciones de la invención reducía significativamente el ruido de magnetostricción, mientras que los coeficientes de magnetostricción verdadera de estos materiales siguen siendo, sin embargo, elevados (por ejemplo, A100 > 20 ppm).

[0120] Este ejemplo de implementación de la invención se describirá mejor mediante un cierto número de ejemplos que se precisan a continuación y en los cuales se consideran diferentes espesores ep1 y ep2 para los apilamientos realizados con el primer y el segundo material en su caso, respectivamente, y para diferentes materiales magnéticos de referencia, para preparar un circuito magnético que:

- esté cortado «en ocho ininterrumpido», y, por tanto, carente de entrehierro (por tanto, no según la invención), o, según una realización de la invención, provisto de un entrehierro residual (Res.) £ del orden de 1 pm entre las E que forman el «ocho»;

- esté hecho mediante la colocación frente a frente de dos apilamientos en E con disposición de un entrehierro £ calibrado de varios pm o decenas de pm (e incluso hasta 1 mm) entre las dos E (ejemplo de la figura 1).

[0121] En los casos en que se usan varios materiales, se han indicado dos valores para este entrehierro £, que pueden ser diferentes, y que corresponden sucesivamente al entrehierro £1 que separa las E o las E I a la altura de los apilamientos hechos con el primer material y al entrehierro £2 que separa las E o las E I a la altura de los apilamientos hechos con el segundo material. La columna «config.» (por «configuración») precisa la morfología del núcleo que se ha adoptado para cada ensayo.

[0122] Los resultados se proporcionan para un transformador trifásico de a bordo que tiene las características siguientes:

- frecuencia fundamental: 360Hz;

- corriente primaria de magnetización del transformador: I1 = 115 A;

- tensiones primaria V1 y secundaria V2 del transformador: V1 = V2 = 230 V,

- potencia eléctrica aparente transformada por el transformador: P = 46 kVA aproximadamente.

[0123] La geometría del circuito se fija por los parámetros a, b y c establecidos en el ejemplo de la figura 8 en: - a (anchura de cada rama horizontal y vertical de los ocho o de las E) = 20 mm;

- b (intervalo entre cada rama horizontal de los ocho o de las E) = 50 mm;

- c (longitud de cada rama horizontal de los ocho o de las E, con la excepción de la parte común entre esta rama horizontal y la rama vertical a la que está unida) = 60 mm.

[0124] Es imperativo aislar eléctricamente al menos una de las caras, mejor las dos caras, de las bandas o láminas de FeNi con un espesor de material aislante de varios pm hasta, preferentemente, 5-10 pm, de lo que puede obtenerse:

- una deposición de barniz, o de resina orgánica, con o sin carga mineral, depositado después de corte de la lámina y recocido de texturización;

- un recocido oxidante en las láminas después de recocido de texturización, que produce la formación de una capa oxidada en la superficie de las láminas;

- un espolvoreado dosificado o deposición de una suspensión de partículas de óxidos (alúmina, magnesia, cal, etc.) en un líquido y sus aditivos, tal como por ejemplo, la «leche de magnesia (agua cola polvo fino de partículas de MgO de varios pm de diámetro);

- la deposición en la banda de aleación FeNi de una capa capaz de crear un aislamiento eléctrico y resistente a altas temperaturas de recocido (900-1.000 °C normalmente): por ejemplo, la deposición de ciertos compuestos organometálicos como el metilato de Mg, que forma MgO poco adherente después de un recocido a alta temperatura del núcleo de transformador ya ensamblado, de manera que las partículas permanecen atrapadas entre las láminas, lo que garantiza un entrehierro calibrado entre las láminas; en los ejemplos de la tabla 2, las dos caras de las láminas estaban revestidas de 2 pm de metilato de Mg.

[0125] Como se ha dicho, el aislamiento podría garantizarse también mediante la interposición en los apilamientos de láminas aislantes no magnéticas entre las láminas sucesivas que componen estos apilamientos.

[0126] Este aislamiento se practica también, de la misma forma, en las láminas de material de alta Js del segundo apilamiento.

[0127] El experto en la materia sabe bien que si la inducción de trabajo se reduce para rebajar el ruido y el efecto de irrupción, entonces es preciso aumentar la sección magnética (y, por tanto, la masa del circuito magnético) para mantener la misma tensión inducida V2 de 230 V, y, por tanto, garantizar la potencia transformada P. El pliego de condiciones de este transformador de bajo ruido es un Índice de irrupción In inferior a 0,8 y un ruido inferior o igual a un límite que se puede situar entre 55 y 80 dB según el emplazamiento del transformador en la aeronave.

[0128] En los ejemplos de referencia, el primer material es FeSi o FeCo, y no hay segundo material añadido.

[0129] Los resultados de los ensayos se refieren en la tabla 3. Los resultados que satisfacen el pliego de condiciones citado anteriormente están subrayados.

[0130] Se recuerda que la invención pretende obtener transformadores eficaces que presenten las características siguientes.

[0131] Tienen la mayor densidad en masa de potencia posible, normalmente al menos igual a 3 kVA/kg, y preferentemente superior 4 kVA/kg, e incluso superior a 5 kVA/kg a 400 Hz. Las masas consideradas son las del núcleo magnético en solitario.

[0132] El ruido del transformador de origen magnetostrictivo es inferior o igual a un límite situado entre 55 y 80 dB según los casos de pliegos de condiciones. Algunos ejemplos según la invención tienen efectivamente un ruido inferior a 55 dB, y los transformadores correspondientes pueden colocarse así en una cabina de pilotos.

[0133] Tienen un índice de irrupción de 0,8 como máximo.

[0134] Estas características se obtienen con una masa de núcleo de 16 kg como máximo.

[0135] De los ensayos mostrados a continuación se desprende que es preciso usar, para formar el núcleo, una banda o una lámina de aleación FeNi de bajo espesor (normalmente 0,2 mm) y los elementos cortados que se obtienen, caracterizados por bajas pérdidas magnéticas en ondas de inducción sinusoidales recibidas del núcleo magnético inferiores a 20 W/kg a 400 Hz, preferentemente inferiores a 15 W/kg y preferentemente inferiores a 10 W/kg, para una inducción máxima de 1 T.

[0136] La aleación FeNi debe contener del 30 al 80% de Ni, preferentemente del 40 al 60% de Ni, y como máximo el 10% en total de elementos de aleación tales como Cr, Si, Al, Zr, Mo, W, V, Nb, Cu, Mn y de impurezas diversas resultantes de la elaboración, preferentemente como máximo el 2%.

[0137] Las láminas de FeNi presentan una componente de textura cúbica {100}<001> aguda (más del 80% de los granos en volumen o superficie). El grano se considera cúbico cuando su desorientación es como máximo de 20° con respecto a la orientación ideal, preferentemente como máximo de 10°, mejor como máximo de 5°.

[0138] Las láminas de FeCo (FeCo27 o FeCo50V2) y de FeSi al 3% de Si usadas en los ejemplos de referencia o bien como segundo material añadido en los ejemplos según la invención, pueden ser de una textura cualquiera, ya que solo se aprovechan para su imanación de saturación Js elevada y, opcionalmente, su inducción de trabajo Bt baja que limita su magnetostricción. En los casos presentados, el FeCo27 del ejemplo 1 presenta una textura con el 43% de componente {110}<001> denominada Goss, el 38% de componentes de textura aleatoria, incluyendo el resto texturas según otros componentes menores para varios % cada una, el FeCo27 del ejemplo 12B presenta una componente de textura Goss del 10% y una textura aleatoria para el resto, los FeCo49V2 de los diferentes ejemplos 2 a 6 presentan el 14,5% de componente {001}<110>, el 14% de componente {112}<110>, el 13,5% de componente {111}<110>, el 26% de componente {111}<112> y el 32% de componentes de textura aleatoria. Los FeSi3 tienen para algunos una estructura de granos no orientados (NO), y por tanto totalmente aleatoria (ejemplos 7 a 10) y para otros (ejemplos 11-12) una estructura de granos orientados (GO), es decir, de textura de Goss {110}<001> tal como se presenta anteriormente.

[0139] Las láminas que forman el núcleo están cortadas en elementos en forma de E, I, o C, o cualquier otra forma cuyos lados son rectilíneos y perpendiculares o paralelos unos con respecto a otros. Los lados de las láminas son sustancialmente perpendiculares o paralelos a una de entre la dirección de laminación de la banda DL y la dirección DT perpendicular a la dirección de laminación DL. El plano cristalográfico (100) de la orientación «cúbica» ideal se representa en la figura 7 como perfectamente paralelo al plano de laminación (que es el plano del apilamiento en E 53) aunque se puede aceptar hasta 20° de desorientación w entre estos dos planos para que el efecto sorprendente actúe de forma significativa. Preferentemente esta desorientación es como máximo de 10°, mejor como máximo de 5°. Asimismo se puede aceptar hasta 20° de desorientación a entre los ejes [001] o [010] y respectivamente DL o DT, para que el efecto sorprendente actúe de forma significativa. Preferentemente esta desorientación a es como máximo de 10°, mejor como máximo de 5°.

[0140] La magnetostricción aparente para una inducción máxima de 1,2 T, denotada por As12T, es inferior a 5 ppm, preferentemente inferior a 3 ppm, preferentemente a 1 ppm, cuando la medida se realiza sobre una muestra rectangular alargada (del tipo de un marco Epstein o normalmente de una placa de 100 x 10 mm2), aplicándose el campo según la dirección «longitudinal» de la muestra (dicho de otro modo la dirección de los lados mayores del rectángulo formado por la muestra) y siendo esta dirección paralela a la dirección de laminación DL.

[0141] Asimismo, la magnetostricción aparente para una inducción máxima de 1,2 T, denotada por As12T, es inferior a 5 ppm, preferentemente inferior a 3 ppm, preferentemente a 1 ppm, cuando la medida se realiza sobre una muestra rectangular alargada (del tipo de un marco Epstein o normalmente de una placa de 100 x 10 mm2), aplicándose el campo según la dirección «longitudinal» de la muestra y siendo esta dirección paralela a la dirección transversal DT que es la dirección perpendicular a la dirección de laminación DL y situada en el plano de laminación.

[0142] Finalmente, la magnetostricción aparente para una inducción máxima de 1,2 T, denotada por As12T, es inferior a 10 ppm, preferentemente inferior a 8 ppm, preferentemente a 6 ppm, cuando la medida se realiza sobre una muestra rectangular alargada (del tipo de un marco Epstein o normalmente de una placa de 100 x 10 mm2), aplicándose el campo según la dirección «longitudinal» de la muestra y siendo esta dirección paralela a la dirección intermedia a 45° de la dirección de laminación DL y de la dirección transversal DT y situada en el mismo plano que DL y DT.

[0143] El 80% al menos de los granos, contados en volumen o en superficie, lo que viene a ser lo mismo, tienen orientación de «cubo» {100}<001> con un máximo de desorientación media w de la distribución de las orientaciones cristalográficas de 20° con respecto a la orientación ideal {100}<001>. Debe entenderse que w es más en concreto la media de las tres desorientaciones de la componente de textura cúbica, medidas cada una en torno a DL, DT o DN.

[0144] La remanencia magnética Br del circuito magnético puede regularse a un valor más o menos bajo por medio de los diferentes entrehierros distribuidos entre las piezas cortadas: bien un entrehierro residual, es decir, que se obtiene solo del corte y de la puesta a bordo de los elementos del núcleo (en este caso, puede ser del orden de 1 o varios pm), o bien, preferentemente, controlado (por ejemplo, por medio de suplementos de espesor) tanto entre los elementos apilados (en la dirección DN) como entre los bordes de elementos ensamblados en E I, E E, C C, C I, etc., y por tanto en sus planos de laminación. Más adelante en el texto se ofrecen ejemplos precisos de configuraciones de piezas magnéticas (apiladas en forma alterna total, parcial o ausente) y de valores de entrehierro.

[0145] En relación con las denominaciones de los diversos entrehierros de los que se trata, es necesario precisar lo siguiente.

[0146] Se toman como referencia (véanse las figuras 7, 8 y 10) los ejes naturales de simetría de un núcleo de transformador compuesto por elementos en E, I o C, en concreto:

- el eje X paralelo a las patas de las E o las C, y que corresponde a la dirección de laminación DL;

- el eje Y paralelo a la parte posterior de las E o de las C y a las direcciones principales de las I y que corresponde a la dirección DT perpendicular a DL;

- el eje Z normal a los planos de las láminas cortadas en E, I o C y que definen un sistema de referencia ortogonal con los ejes X e Y.

[0147] El «plano del núcleo de transformador» se define por el plano que contiene los ejes X e Y.

[0148] Debe entenderse que, en el razonamiento precedente, se podría muy bien invertir DT y DL haciéndolos corresponder a X e Y respectivamente, como se indica además en la lámina de dibujos 1 en la que se presentan dos referencias correspondientes a cada uno de estos razonamientos.

[0149] Las zonas de entrehierro son volúmenes, que se apoyan en superficies enfrentadas que delimitan, cada una, una pieza en E, I, C, etc. Estos volúmenes de entrehierro tienen formas muy delgadas ya que su espesor es, hablando en propiedad, «el entrehierro», en concreto la distancia que separa las dos superficies enfrentadas.

[0150] El o los entrehierros £ se definen apoyándose en superficies de base X-Z o Y-Z que son las secciones rectas terminales (en los extremos) de las piezas magnéticas cortadas en E, I o C del transformador. El entrehierro £ es, por tanto, la medida de la separación media, según respectivamente los ejes Y o X, entre las dos superficies enfrentadas en los extremos de dos piezas. Estos entrehierros £ pueden tomar dos valores diferentes £1 y £2 en el caso del uso (no obligatorio) de dos materiales diferentes en el núcleo como se ha dicho. Normalmente, estos entrehierros £ están comprendidos entre un espesor «residual» (unos pm) y un espesor controlado por la interposición de suplementos de espesor o de láminas no magnéticas del orden de varias decenas a varios centenares de pm, e incluso del orden del mm.

[0151] El o los entrehierros 8 se definen apoyándose en superficies de base X-Y que son las superficies principales de piezas magnéticas cortadas en E, I o C del transformador, y por tanto un entrehierro 8 es la medida de la separación media entre dos superficies enfrentadas, en el interior de los apilamientos o entre dos apilamientos, y por tanto según la dirección Z. Estos entrehierros 8 son producidos por la interposición de un material plano no magnético entre piezas cortadas en E, I, C por ejemplo, o entre apilamientos de dichas piezas cortadas. Estas piezas o estos apilamientos de piezas pueden estar o no dispuestos cabeza con cola. Un entrehierro 8 puede adoptar un valor 81 entre dos piezas cortadas de un mismo apilamiento de piezas cortadas de forma, dimensiones y orientación iguales, y un valor 82 entre dos apilamientos superpuestos de piezas cortadas de formas y/o de orientaciones diferentes. Se puede aprovechar esta posible diferencia entre 81 y 82 para reducir la inducción remanente Br. Los valores de 8 están normalmente en los mismos órdenes de magnitud que los de £.

[0152] Los entrehierros £, 81 y 82 se ponen de relieve en la figura 10.

[0153] También puede ser interesante modular los valores de los entrehierros 8 según que se trate del material principal de baja magnetostricción del núcleo o que se trate del material opcional de alta Js.

[0154] Los ejemplos mostrados a continuación 1 a 5 y 7 a 9, y también los ejemplos 13, 17, 20, 23, 27 se han realizado completamente a partir de láminas cortadas en una sola pieza en forma de ocho. En este caso solo hay una posibilidad para el apilamiento de las piezas en ocho unas sobre otras. Las únicas modificaciones que podrían aportarse al circuito magnético una vez que se prepara el número de piezas en ocho deseado, son la introducción o no de un entrehierro sustancial del tipo de los entrehierros 8 descritos anteriormente (por medio de suplementos de espesor, de láminas no magnéticas intercaladas, etc.) entre todas las piezas en ocho o algunas de entre ellas.

[0155] Aun cuando no se recoja en la tabla 3 mostrada a continuación, los autores de la invención han ensayado añadir entrehierros entre todas o algunas de las piezas en ocho: los resultados de los ejemplos citados anteriormente no han cambiado en absoluto. La ausencia de interés de las soluciones con piezas en ocho, que tienen al menos el 50% de las piezas cortadas en una sola pieza en ocho pero sin entrehierro de tipo £, puesta de relieve a continuación a partir de los resultados recogidos en la tabla 3 mostrada más abajo, también es válida para estos mismos ejemplos si se usaron suplementos de espesor de entrehierro de tipo 8 entre las piezas en ocho. Un entrehierro solo es eficaz en núcleos magnéticos en forma general de ocho según la invención cuando se divide el ocho en dos bloques en E, un bloque en E y un bloque en I, dos bloques en E formados cada uno de dos bloques yuxtapuestos C, u otros, enfrentados.

[0156] En algunos casos de ejemplos mostrados a continuación (tablas 3, 4 y 5) que usan piezas cortadas en E o en E I o en E formada por dos C contiguos (ejemplos 6, 10-12B, 14-16, 18, 18bis, 18ter, 19, 21,22, 24-26), están superpuestas según una configuración 1 denominada «en serie»: en este caso las E, I o C están siempre superpuestas según una E, I o C, lo que produce, en definitiva, subcircuitos magnéticos formados por apilamientos en E, o en I, o en C, que están enfrentados con un entrehierro £, al menos residual, entre estas dos partes; esto corresponde a los casos representados en las figuras 7 y 8; se puede insertar entre los apilamientos en E, I o C enfrentados un suplemento de espesor, cuyo espesor se denota por £ en la tabla 3 mostrada a continuación de ejemplos y referencias y que define la anchura del entrehierro entre estos apilamientos; en los ejemplos mostrados a continuación no se ha insertado ningún suplemento de espesor en el interior de cada apilamiento en E, I o C, y los entrehierros entre láminas en el interior de estos apilamientos siguen siendo residuales (normalmente unos pm). Todos los ejemplos de la tabla 3 presentan esta configuración en «serie».

[0157] En algunos ejemplos de las tablas 4 y 5, se usa una configuración 2 denominada en «paralelo» (denotada por // en las tablas 4 y 5): en este caso las láminas en E o en I, o en C, etc., se apilan sin estar forzosamente en la misma posición que la lámina anterior del apilamiento: así se encuentra al menos una alternancia que está «cabeza con cola», de manera que esta expresión tiene el significado ofrecido en la figura 3. En el caso de los ejemplos de la tabla 3, no se ha colocado ningún suplemento de espesor de entrehierro entre las ramas de las E y de las I pertenecientes a dos niveles sucesivos de un apilamiento: los entrehierros correspondientes siguen siendo así residuales.

[0158] En las tablas 3, 4 y 5, los valores de ruido, índice de irrupción y masa total del núcleo que se consideran como al menos aceptables para una implementación de la invención en el caso de un transformador de potencia trifásica del orden de 46 kVA están subrayados. Un ejemplo que se declare adecuado para la invención debe así ser aceptable en estos tres puntos, dado que se ha considerado que un ruido inferior a 80 dB entraba dentro de esta categoría, aplicándose el máximo preferido de 55 dB a un transformador de a bordo especialmente adaptado para instalarse en la cabina de pilotos en sí. Para ser aceptables, el índice de irrupción debe ser inferior a 0,8 y la masa total debe ser inferior o igual a 17 kg.





[0159] A continuación se mostrará que las configuraciones en E I o en C son todas igualmente aptas para procurar las ventajas de la invención. Partiendo del ejemplo anterior 18 en E E entrehierro de tipo £, se comparan en la tabla 4 las configuraciones de E I (del tipo de la figura 4) también de tipo transformador trifásico (conservación de la sección) y la de 2 x E con E = 2C contiguos (del tipo de la figura 6) de tipo transformador monofásico (bobinado en la pata central). Estos ejemplos no incluyen material 2 de alta Js, sino solo el material 1 de baja magnetostricción.

[0160] Para el ejemplo 18 (E E) trifásico la geometría del circuito es fijada por los parámetros a, b y c, como en el ejemplo de la figura 1: a (anchura de rama de E y de parte posterior de la E) = 20 mm, b (intervalo entre ramas de la E) = 50 mm, c (longitud de las ramas de la E) = 60 mm.

[0161] Para el ejemplo 18bis (E I) trifásico la geometría del circuito es fijada por los parámetros a, b y c, como en el ejemplo de la figura 4: a (anchura de rama de E o de I o de parte posterior de la E) = 20 mm, b (intervalo entre rama de E) = 50 mm, c (longitud de rama de E) = 120 mm

[0162] Para el ejemplo 18ter (E = 2C E = 2C) monofásico la geometría del circuito es fijada por los parámetros a, b y c como en el ejemplo de la figura 6: a (anchura de rama de la C) = 20 mm lo que lleva a constituir una pata central de la E = 2C de 2 x 20 = 40 mm, b (intervalo entre las ramas de la C) = 50 mm, c (longitud de las ramas de la C) = 60 mm.

[0163] Para el ejemplo 18quater (en E I alternos) trifásico, se usa el mismo material que para 18bis, aunque en configuración de apilamientos de E I alternos en cada capa, con entrehierros residuales tanto entre las E y las I, como entre cada capa de E I. Se trata, por tanto, de una configuración paralela (//).



[0164] Se observa que los ejemplos 18bis y 18ter tienen rendimientos totalmente comparables a los del ejemplo 18, y que están, como los suyos, de acuerdo con la invención. El ejemplo 18ter conduce a un aumento de peso del núcleo, aunque sigue siendo aceptable.

[0165] Para el ejemplo 18quater, de su configuración se produce una inducción remanente Br del ciclo de histéresis mayor de 0,8 T, y si se quiere reducir la irrupción hasta el límite admisible (0,8), entonces es preciso reducir la inducción Bt en régimen nominal a 0,8 T y también aumentar la sección de material con el fin de conservar la tensión secundaria suministrada y la potencia aparente transformada. De ello se obtiene un aumento de masa del núcleo magnético hasta 16,5 kg, lo que todavía es admisible, mientras que el ruido emitido está ampliamente por debajo del umbral tolerado. Se observa así que incluso con un valor de Br bastante elevado y al coste de un aumento de peso aceptable de unos kg, se puede obtener todavía un beneficio de la invención con un ruido emitido bajo y un índice de irrupción aceptable. Se observa sin embargo que es interesante, para reducir la masa al mínimo, buscar reducir el Br del núcleo magnético: los ejemplos mostrados a continuación muestran diferentes vías en este sentido.

[0166] La figura 9 muestra un diagrama en el que se sitúan los diferentes ejemplos de la tabla 3. En abscisas figura el ruido emitido por el transformador, y en ordenadas figura el índice de irrupción. Las líneas en trazo discontinuo delimitan los dominios de ruido y de irrupción que corresponden a los objetivos (imperativo y preferido en relación con el ruido) pretendidos por la invención. También se han comunicado las masas de los núcleos correspondientes, y se han referido los materiales de formas diferentes.

[0167] El análisis de los resultados permite llegar a las conclusiones siguientes.

[0168] El uso exclusivo de las aleaciones habituales, no texturizadas o texturizadas, usadas en los transformadores de a bordo, en concreto las aleaciones FeCo al 27% de Co o al 50% de Co y el 2% de V, o los aceros eléctricos Fe-3%Si N.O. o G.O., provoca un ruido muy importante si la inducción de trabajo es elevada (Bt del primer material superior a 1 T, normalmente), mientras la masa de circuito magnético es baja (ejemplos 1 a 3). Esto solo sucede con una inducción de trabajo de 1 T (ejemplo 4) con lo que el efecto de irrupción se debilita (es de 1,3), sin llegar a respetar el pliego de condiciones de un índice de irrupción de 0,8 como máximo. Los niveles de ruido alcanzados en los ejemplos 1 a 3 (100 a 117 dB) son inaceptables, para cualquier uso a bordo que necesite un intercambio de voz entre personas, sin la ayuda de un material técnico (en concreto, micrófonos y cascos de que están dotados los puestos de pilotos actuales). El nivel de ruido del ejemplo 4, aunque más reducido (82 dB), sigue estando por encima del umbral aceptable de 80 dB para un uso a bordo.

[0169] Para alcanzar niveles de magnetostricción más bajos, en este caso de configuración y para estas elecciones del material, queda solo reducir aún más la inducción de trabajo. Así, se muestra en el ejemplo 5 en el que al bajar la inducción de trabajo a 0,3 T, se obtiene un nivel de ruido que puede ser aceptable (65 dB frente a 55 dB de investigación óptima), pero la masa del circuito magnético se ha triplicado ampliamente (42 kg), lo que es también inaceptable en aeronáutica. Por tanto, esta solución no es satisfactoria.

[0170] Todos los ejemplos de referencia 1 a 5 usan una configuración de circuito con láminas superpuestas cortadas en 8, sin entrehierro. El paso a una estructura cortada en doble E según la figura 1 con un entrehierro calibrado de 200 pm del ejemplo de referencia 6 permite reducir aún más el efecto de irrupción con respecto al ejemplo 4, pero el ruido se degrada un poco. Esta modificación, por sí sola, no vuelve más aceptable el circuito magnético de aleación FeCo en un «transformador bajo ruido».

[0171] Por otra parte, el empleo de acero eléctrico Fe-3%Si No Orientado (N.O., es decir, sin textura marcada distinta de la resultante, de forma súbita, de la gama de laminación y de recocido necesaria para alcanzar el espesor final) conduce a resultados muy similares a los de los ejemplos que usan las aleaciones FeCo27. Los ejemplos de referencia 7, 8 y 9, de corte en ocho sin entrehierro, muestran que, mediante una reducción progresiva de la inducción de trabajo Bt, el circuito magnético pasa de una masa baja (ejemplo 7: 8,4 kg) y ruidosa (96 dB) de alto efecto de irrupción (índice > 2) a (ejemplo 9) una masa muy alta para Bt = 0,3 T (42 kg) con un ruido emitido relativamente bajo y casi en el límite de lo óptimo admisible (58 dB) y un efecto de irrupción muy bajo (< 0). Con independencia de cuál sea el ruido importante o de su masa importante impuesta por la necesidad de trabajar a una baja inducción Bt para obtener de bajo ruido e irrupción, estos ejemplos no pueden ser satisfactorios para la aplicación «transformador de a bordo de bajo ruido».

[0172] La comparación de los ejemplos de referencia 8 y 10 presenta el efecto de un corte en doble E. Como en los ejemplos que usan FeCo, este modo de corte mejora el efecto de irrupción pero degrada el ruido emitido. Esto no modifica las conclusiones sobre la imposibilidad de aplicar FeSi3 N.O. a un circuito magnético de transformador de a bordo de bajo ruido.

[0173] Los ejemplos de referencia 11 y 12 describen el uso de acero eléctrico al 3% de Si y de granos orientados (FeSi3 G.O.) en una estructura en doble E con entrehierro calibrado de 50 pm, para inducciones medias de 1 y 1,5 T, que permiten conservar una baja masa a bordo (8-12 kg). Sin embargo, el empleo de dicho tipo de textura, denominada de Goss {110}<001>, solo mejora un poco el ruido emitido: véase la comparación de los ejemplos 10 (N.O.) y 12 (G.O.), con una reducción del ruido de solo 8 dB. Esto no permite alcanzar una masa reducida de bajo ruido emitido. Se ve así, en este caso, que un material texturizado cualquiera no es necesariamente interesante por sí solo para reducir significativamente el ruido emitido por un circuito magnético cortado, incluso si la estructura incluye un entrehierro.

[0174] Los ejemplos 12 y 12 B tienen la misma configuración de núcleo magnético formada por dos apilamientos de piezas cortadas en E enfrentados, separados por un mismo entrehierro calibrado de 50 |jm. Estos dos ejemplos permiten comparar el uso de dos materiales diferentes, ya que son todos de dos monomateriales. Para el ejemplo 12, se usa un material FeSi3% G.O. (de granos orientados) reconocido por su muy baja magnetostricción según DL y su gran magnetostricción según DT: de ello se desprende que para un transformador que tiene dos direcciones principales ortogonales del flujo magnético en el plano de las piezas en E, en C o en I, las deformaciones de magnetostricción serán elevadas y que solo se podrá reducirlos reduciendo el nivel de inducción. Es lo que se realiza en el ejemplo 12 con un valor Bt = 1,1 T (55% de Js) mientras que un bajo valor de remanencia Br se asegura mediante el suplemento de espesor de entrehierro, es decir, Br = 0,1 T. Incluso a este nivel de inducción de trabajo reducido de 1,1 T, el ruido sigue siendo bastante alto (82 dB), aunque reducido significativamente 9 dB con respecto al ejemplo 11. Por el contrario el valor bajo de Br y el valor elevado de Js, permiten un coeficiente de irrupción baja, y serán compatibles con el pliego de condiciones del transformador. La masa resultante de 11,5 kg es admisible por la aplicación, debido a la drástica reducción de inducción de trabajo Bt que ha sido necesario compensar mediante un aumento en las mismas proporciones de la sección del núcleo, con el fin de mantener la potencia eléctrica transformada. El ruido demasiado elevado (27 dB de más con respecto al límite superior preferido y 2 dB de más con respecto al límite superior aceptable) hacen sin embargo que este ejemplo no se adecue al pliego de condiciones, ni siquiera en su variante la menos exigente para el ruido de magnetostricción.

[0175] El ejemplo 12B sustituye el FeSi3% G.O. por una aleación Fe-Co 27% conocida por ser la aleación magnética que tiene la más alta imanación de saturación (2,38 T), siendo las aleaciones FeCo magnéticamente dulce las que se usan históricamente en electrotecnia a bordo para reducir las masas de las máquinas eléctricas. Al probar el ejemplo 12B se busca entonces lógicamente reducir de forma significativa la masa a bordo, con el fin de observar las consecuencias en la irrupción y el ruido en comparación con la solución Fe3%Si G.O. del ejemplo 12. Al llevar la inducción de trabajo a 2 T, a la vez que se conserva una baja inducción remanente (0,2 T) mediante suplementos de espesor de entrehierro y una disposición en serie, se consigue reducir considerablemente la masa del núcleo magnético a 8 kg, que es la masa más baja de todos los ejemplos y contraejemplos de estos experimentos. Por el contrario, el ruido de magnetostricción asciende también considerablemente, y pasa a ser superior a 100 dB. Las aleaciones FeCo tradicionales se conocen efectivamente por sus altos coeficientes de magnetostricción verdadera A100 y A111, a la vez que por sus altos coeficientes de magnetostricción aparente. El coeficiente de irrupción asciende también sustancialmente a valores mucho más elevados para el transformador, como resultado de la inducción de trabajo Bt muy cerca de la imanación de saturación (según la fórmula de la irrupción).

[0176] Mediante estos dos ejemplos 12 y 12B se ve así que el empleo de materiales de alta imanación de saturación con altos valores de inducción de trabajo Bt, e incluso con un entrehierro calibrado, no permite alcanzar los niveles de irrupción y de ruido deseados. Una reducción muy alta de Bt permitiría conseguirlo, pero al coste de un aumento de la masa de a bordo importante y que no sería admisible. Estos ejemplos 12 y 12B no llegan por tanto a resolver el problema expuesto en los transformadores aeronáuticos.

[0177] Los ejemplos 13 a 18 permiten evaluar las ventajas de uno de los elementos de la invención, en concreto el uso de una aleación austenítica Fe-Ni normalmente al 50% en peso de Ni, de saturación elevada y de textura cúbica {100}<001>. En estos ejemplos, se usa solo para realizar el circuito magnético, es decir, sin que se le adose una estructura de material de alta Js.

[0178] Los ejemplos 13 (núcleo en ocho) y 14 (núcleo en doble E) no son ejemplos según la invención, ya que el material considerado (Fe-50%Ni) no tiene, en su caso, textura marcada. Se constata, de hecho, que el ruido emitido sigue siendo relativamente elevado (75 y 82 dB), lejos del valor óptimo máximo pretendido (55 dB) y no siempre adecuado al valor máximo tolerable (80 dB), para una inducción de trabajo Bt media de 1,1 T y una masa de yugo magnético de 12 kg. El ejemplo 13, cuyo ruido es de 75 dB, podría ser acústicamente aceptable para un transformador colocado fuera de la cabina de pilotos, pero su índice de irrupción es demasiado elevado (1,7). Sucede lo contrario en el ejemplo 14: el índice de irrupción es bueno (0,655), pero el ruido es demasiado elevado (82 dB). Por tanto no puede plantearse realizar con dicho material un circuito magnético de transformador que responda en todos los puntos al pliego de condiciones fijado.

[0179] El ejemplo 14B tiene una configuración comparable a la del ejemplo 14, pero requiere una masa de Fe-50%Ni no texturizado superior, y se usa con una inducción de trabajo Bt menor. Estas modificaciones conducen a un aumento de peso del núcleo que empieza a ser excesivo, y que va de la mano con una disminución sustancial de la potencia en masa. Así, aunque sus rendimientos en ruido e irrupción sean buenos en las condiciones de ensayo precisadas, no constituye una solución satisfactoria a los problemas planteados.

[0180] Los ejemplos 15, 16 y 18 según la invención están hechos con una aleación Fe50%Ni texturizada {100}<001>. Resulta sorprendente constatar que para una inducción de trabajo Bt idéntica, la introducción de dicha textura permite reducir significativamente el ruido emitido. A 15° de desorientación media w de la textura, el ruido se ha reducido ya sustancialmente para descender hasta 62 dB, y se vuelve así aceptable en ciertos usos, mientras que para desorientaciones tres veces más bajas, el ruido emitido se vuelve, notablemente, inferior o igual al límite superior óptimo de 55 dB. Esta desorientación media w de la textura puede ser tolerable hasta 20°, según la invención.

[0181] Además el efecto de irrupción puede reducirse, por un corte en E, a niveles aceptables (índice < 0,8) en los ejemplos 15 y 16, mientras que el corte en ocho sin entrehierro £ (ejemplo de referencia 17) degrada excesivamente el efecto de irrupción. Este último ejemplo muestra que la ausencia total de entrehierro en el plano de corte de las piezas perfiladas de transformador no permite obtener de forma suficiente una amortiguación del efecto de irrupción, a causa de la demasiado grande remanencia magnética Br del circuito magnético, pese al uso de FeNi50 de textura cúbica y baja desorientación (7°).

[0182] Se observará que el ejemplo 16 presenta características según las exigencias de la invención, aunque presenta un único entrehierro £ residual entre sus E.

[0183] Si se aprovechan estos resultados para conservar el corte favorable en doble E con un entrehierro £ al menos residual, y se limita un poco más la inducción de trabajo para reducir más el índice de irrupción, se obtiene una solución de monoaleación Fe50%Ni texturizada que es satisfactoria en términos de ruido, de irrupción y de masa reducida de circuito magnético (en el ejemplo 18 es de 13,1 kg). Se ha descubierto así de forma sorprendente que una aleación FeNi al 30-80% de Ni, óptimamente al 40-60% de Ni, de textura cúbica suficientemente aguda, aunque tiene coeficientes importantes de magnetostricción verdadera A100 y A-m, podía reducir significativamente el ruido emitido por un transformador cuyo circuito magnético está hecho por corte y superposición de placas en E o en ocho. Además se observa que los circuitos en ocho carentes de entrehierro al menos residual no permiten, al contrario que los circuitos en E, en I, en C, amortiguar de forma suficiente el efecto de irrupción. Por tanto, están excluidos del campo de la invención.

[0184] Los autores de la invención han querido también precisar cómo los entrehierros permiten reducir la inducción remanente de un circuito magnético, aun cuando el material que lo constituye presente intrínsecamente una inducción remanente elevada debido a su textura cúbica {100}<001>.

[0185] Los autores de la invención presentan a continuación en la tabla 5 ejemplos precisos que se derivan del ejemplo 18bis de la tabla 4, ejemplo que está de acuerdo con la invención (y cuyas características se recuerdan en el encabezamiento de la tabla 5), porque usan láminas de FeNi50 cúbico w = 7°, dispuestas en E I y no incluyen material de alta Js. Estos nuevos ejemplos se apoyan en los dos tipos de configuraciones en «serie» y en «//» presentados antes con diferentes variantes, usando siempre una E una I a cada nivel de un apilamiento. Se precisan los entrehierros £ entre E e I enfrentados (es decir, según el eje longitudinal de las ramas de las E), 81 entre dos E o dos I sucesivos de un mismo apilamiento y 82 entre dos apilamientos sucesivos de E I. Cuando no son residuales, se obtienen con ayuda de suplementos de espesor £, 81 o 82.

[0186] Para todos los ensayos, Js es de 1,6 T ya que es el único material usado para componer el núcleo. La potencia es del orden de 46 kVA.

[0187] La figura 10 muestra un ejemplo de configuración mixta del tipo de la de los ejemplos 14 a 17. En dicha configuración mixta, se encuentran apilamientos cuyas láminas que los componen están dispuestas cada una en serie, aunque dos apilamientos sucesivos están dispuestos en paralelo, es decir, cabeza con cola. «Res.» significa que el entrehierro £ o 81 en cuestión es residual. «-» referido a 82 significa que este entrehierro no existe en la configuración en cuestión ya que no se trata de una configuración «mixta».

[0188] Así, el material del ejemplo 18bis se ha sometido a ensayo en la misma configuración que la que ha permitido obtener los resultados de la tabla 4, por ello con un solo apilamiento de 353 láminas en E frente a un solo apilamiento de 353 láminas en I, pero con un entrehierro £ solo residual entre las E y las I. En la configuración de tipo «serie» de los ejemplos 18bis 2, 5, 7, 9, esta altura de cada apilamiento de E y de I se reduce a cinco láminas superpuestas, y permite obtener un muy bajo valor de inducción remanente Br, cercano a 0,2 T o menos. Las configuraciones de los otros ejemplos de tipo «serie» 18bis 3, 6, 8 y 18bis 4" en los que solo varía el número de capas (10 y 15 respectivamente) muestran resultados de Br muy semejantes a los de la configuración en serie de cinco láminas por apilamiento: Br disminuye cuando el número de láminas aumenta, si todo lo demás permanece igual.

[0189] Para poder comparar las diferentes soluciones 18bis2 a 18bis19 en el ejemplo 18bis de las que se derivan, se calcula la masa magnética de cada solución y la potencia en masa (en kVA/kg) a partir de la inducción de trabajo Bt, y después se puede calcular entonces la masa del transformador que corresponde a la misma potencia (46 kVA) que la del ejemplo 18bis. Se constata naturalmente que los ejemplos l8bis2, 18bis3 y 18bis4 tienen las mismas densidades de potencia y la misma masa equivalente de yugo magnético. El ruido y el índice de irrupción permanecen también sin cambios o próximos.

[0190] En las configuraciones serie 18bis5 a 8 se hace variar el tamaño del entrehierro £ entre las E y las I mediante un suplemento de espesor 83 o 190 pm, para núcleos magnéticos que incluyen apilamientos de cinco o diez láminas superpuestas. Br alcanza esta vez valores bajos (18bis5), o incluso muy bajos acercándose a 0 (18bis6 a 8). Se observa así que el modo «serie» es muy eficaz para reducir Br, en conjugación con un entrehierro calibrado entre los apilamientos de E y los apilamientos de I. Br está en la misma proporción más baja cuando £ es alto, y además el número de capas es alto. El ruido sigue siendo bajo (40-45 dB) mientras que el índice de irrupción se reduce aún más bajo el efecto del bajo o muy bajo Br.

[0191] En la configuración 18bis9 que es también una configuración en serie, el entrehierro £ es residual entre los apilamientos de E y los apilamientos de I, aunque esta vez es el entrehierro 81 entre cada E y cada I el que ya no es residual, gracias a un suplemento de espesor amagnético de espesor 83 pm interpuesto entre cada lámina de cada apilamiento. También en este caso se consigue obtener una inducción remanente Br muy baja, del orden de 0,1 T, y por tanto dos veces menos que con entrehierros 81 residuales, de número de láminas igual. El descenso de permeabilidad global engendrada por este tipo de entrehierro reduce sin embargo la inducción de trabajo Bt y, por tanto, aumenta la masa de núcleo magnético necesaria para la transferencia de la potencia eléctrica: aproximadamente 15 kg, es decir, 2 kg de más, si bien esto permite, por el contrario, dar una cohesión mecánica al núcleo magnético mediante suplementos de espesor de entrehierro amagnético que unen la E y I de una misma capa, un hecho buscado por las tecnologías de fabricación industrial. Así, el núcleo magnético, presentado como un apilamiento de N (5 en 18bis9, 10 en 18bis8) láminas en E que está frente a un apilamiento de N láminas en I puede encontrar, mediante suplementos de espesor amagnéticos para cada nivel de apilamientos, una gran cohesión mecánica monobloque.

[0192] El inconveniente de la configuración serie es que el circuito magnético está en dos partes distintas que deben mantenerse ensambladas garantizando el entrehierro que, según la invención, debe estar presente en cada nivel de cada apilamiento (ya sea residual o calibrado por suplementos de espesor), algo que a los fabricantes de transformadores se muestran reticentes. Estos prefieren con mucho la configuración en «paralelo» ya que alternando según la dirección de superposición del apilamiento, de las E con las I, se crea una cohesión mecánica alta del núcleo magnético por fabricación. Esta es la configuración que se estudia en los ejemplos 18bis10 a 13 y 18,19.

[0193] Las configuraciones 18bis10 y 18bis11 son comparables a lo que se sabe emplear en transformadores de a bordo según un modo «cortado-apilado», pero se distinguen de las configuraciones conocidas, independientemente del material texturizado particular usado, por la presencia del entrehierro £. Este entrehierro £ es residual tanto entre capas como entre las E y las I de una misma capa. La inducción remanente Br es en este caso elevada (del orden de poco más de 0,8 T), lo que degradará el factor de irrupción. El hecho de que haya cinco o diez capas no cambia los resultados prácticamente en nada. No obstante, estos ejemplos 18bis10 y 18bis11, cuando se usan en una inducción de trabajo Bt de 1 T, tienen ciertamente un ruido bajo (45 y 44 dB), pero también un índice de irrupción del orden de 1,2, lo que sería demasiado elevado para estar de acuerdo con la invención.

[0194] Más adelante se verá sin embargo (ejemplos 18bis18 y 18bis19) que cuando Bt se reduce un poco, esta configuración puede dar resultados de irrupción aceptables, y un ruido todavía más bajo, al coste de un aumento de peso que sigue siendo razonable, y que esta configuración puede considerarse así relevante para la invención cuando se conjuga con los materiales particulares usados, con sus texturas orientadas como se ha dicho. La introducción de un suplemento de espesor que procura un 81 de 83 pm entre cada nivel del apilamiento de E I (configuración 18bis12) reduce Br0,2 T, lo que mejora bastante significativamente la irrupción. Esta pista podría seguirse aumentando aún más el espesor del suplemento de espesor amagnético: es preciso alcanzar un espesor de suplemento de espesor de, aproximadamente, 300 pm entre cada capa para que Br alcance 0,2 a 0,3 T, nivel próximo a lo que se alcanza sin entrehierros 81 con la configuración en «serie». Un posible problema es que añadir un espesor amagnético de 300 pm para cada espesor de lámina magnética del orden de 200 pm en el ejemplo presentado lleva a aumentar el 150% el volumen del transformador, incluso si el aumento de masa correspondiente puede seguir siendo muy reducido (si se usan suplementos de espesor de plástico, por ejemplo). Sin embargo, esta solución puede usarse si el aumento de volumen del transformador sigue siendo aceptable. El ejemplo 18bis13 muestra que introducir un entrehierro £ de 83 |jm en lugar de un entrehierro 81 de 83 jm conservando una inducción de trabajo Bt de 1 T no permite tener una irrupción suficientemente bajo. Así pues, será preciso, en este caso, reducir Bt, a riesgo de aumentar un poco la masa del núcleo.

[0195] Los autores de la invención han descubierto que una configuración de tipo «mixto», que alterna apilamientos de láminas que, tomados de forma aislada, están dispuestos en modo «serie», pero con dos apilamientos sucesivos de formas y dimensiones iguales dispuestos uno con respecto al otro en modo «paralelo» (es decir, con dos apilamientos sucesivos colocados cabeza con cola), como se representa en la figura 10, permitía tener un buen compromiso entre un volumen del yugo magnético reducido y un Br bajo. Así se pone de relieve mediante los resultados obtenidos en las configuraciones 18bis14 a 17 de la tabla 5. Representa también un buen compromiso para la cohesión del conjunto. Esta cohesión es menos intensa que en el caso de una configuración en modo paralelo, aunque es suficiente para que no sea indispensable un dispositivo de apriete.

[0196] No obstante, se puede llegar incluso a colocar suplementos de espesor de entrehierro de espesor 81 entre las diferentes láminas de un mismo apilamiento, lo que tiene como consecuencia una degradación de la potencia en volumen (mientras que la potencia en masa se mantendrá alta). En la figura 10 se observa así un núcleo 80 que incluye tres capas de apilamientos superpuestas:

- una primera capa 81 que incluye un apilamiento 82 de tres láminas en I, separadas cada una por suplementos de espesor 83 de espesor 81, y un apilamiento 84 de tres láminas en E separadas cada una por suplementos de espesor 85 también de espesor 81, estando estos dos apilamientos 82, 84 enfrentados y separados por un suplemento 86 de espesor £;

- una segunda capa 87 que incluye un apilamiento 88 de tres láminas en I separadas por suplementos de espesor 81 y un apilamiento 89 de tres láminas en E separadas por suplementos también de espesor 81, estando estos dos apilamientos 88, 89 enfrentados y separados por un suplemento 90 de espesor £, estando la segunda capa 87 dispuesta cabeza con cola con respecto a la primera capa 81;

- una tercera capa 91 que incluye un apilamiento 92 de tres láminas en I separadas por suplementos de espesor 81 y un apilamiento 93 de tres láminas en E separadas por suplementos también de espesor 81, estando estos dos apilamientos 92, 93 enfrentados y separados por un suplemento 94 de espesor £, estando la tercera capa 91 dispuesta cabeza con cola con respecto a la segunda capa 87 y estando así orientada de la misma forma que la primera capa 81; - suplementos de entrehierro de espesor 82 (opcionalmente diferente de 81) entre las diferentes capas 81, 87, 91.

[0197] En relación con los ejemplos 18bis18 y 18bis19, se ha hablado ya sobre los ejemplos 18bis10 y 18bis11. Muestran que su configuración en E y I alternas con entrehierros residuales puede dar resultados al menos aceptables desde todos puntos de vista, con una condición: que se trabaje a una inducción Bt no demasiado elevada (0,8 T), un poco inferior a lo que permiten otras configuraciones más ventajosas. En esta condición, y al coste de un aumento de peso del transformador de potencia igual que, sin embargo, sigue siendo tolerable, se obtiene una irrupción según el pliego de condiciones fijado, en su variante menos exigente.

[0198] Según los resultados presentados se observa en las diversas tablas que todos los casos de densidad en masa de más de 4 kVA/kg (por tanto, muy interesantes en términos de aligeramiento del avión) tienen un ruido demasiado elevado o bien una irrupción demasiado alto. Así pues, todos los ejemplos interesantes de la invención se sitúan, como se puede ver, a menos de 4,5 kVA/kg para las inducciones de trabajo Bt consideradas (ejemplo 22: 4,42 kVA/kg; obsérvese que este ejemplo se considera un ejemplo de referencia en la tabla 3 debido a su irrupción demasiado elevado de 0,926 para una inducción de trabajo Bt de 1,39 T; pero si se redujera suficientemente Bt (0,92 T), como en el ejemplo 18quater Inv de la tabla 4, se llegaría a una irrupción conveniente y a una potencia en masa de 3,2 kVA/kg). Se puede observar que la potencia en masa obtenida en el ejemplo 18quater Inv es la mejor (la más elevada) obtenida para una configuración en «paralelo» (//, con lo que existe una alternancia cabeza con cola de las capas) del núcleo magnético de transformador y que, por tanto, tiene su propia cohesión mecánica sin masa añadida. Este rendimiento debe compararse con el mejor 4,15-4,2 kVA/kg de potencia en masa que es el mejor rendimiento obtenido en configuración en «serie» del núcleo magnético. No obstante, necesita suplementos de espesor y, sobre todo, un dispositivo de mantenimiento de las partes libres del núcleo magnético.

[0199] Se puede considerar que los ejemplos de la invención son todos potencialmente interesantes a partir del momento en que, en el caso de este ejemplo preciso de exigencias de transformador, se está entre 3 y 4,5 kVA/kg de potencia en masa. Debe observarse que, en función de la exigencia en ruido y en irrupción del transformador, las soluciones que deben primarse podrían ser diferentes. Se observará también que todos los ejemplos 1 a 18 corresponden a estructuras en E E (apilamientos enfrentados) correspondientes a la figura 8, por tanto sin autocohesión mecánica, y necesitan la sobrecarga de una estructura rígida que mantenga con precisión los dos apilamientos frente a frente, con un entrehierro controlado, resistente a las fuerzas magnéticas. Si se limitan entonces a las estructuras en «paralelo» o «mixta» que no tienen esta sobrecarga, los mejores resultados globales se obtienen con el ejemplo 18bis17b derivado del 18bis17, a 3,42 kVA/kg, que tiene su propia cohesión mecánica debido a su configuración mixta.

[0200] Los ejemplos 19 a 27 de la tabla 3 ilustran los efectos de la introducción de un segundo material de alta imanación de saturación Js a los lados de la aleación FeNi de textura cúbica citada anteriormente. Este segundo material es FeSi N.O. al 3% de Si o FeCo al 27% de Co. Esta introducción se traduce en una reducción del efecto de irrupción, y la masa suplementaria introducida por la presencia del segundo material se compensa en gran parte por el nuevo aumento posible de la inducción de trabajo de la aleación FeNi (por ejemplo, se puede imponer Bt = 1,1 T en lugar de 1 T) ya que el efecto de irrupción ya no es tan elevado. De nuevo se aprecia que el simple corte en ocho, sin entrehierro £, aumenta el efecto de irrupción de forma no satisfactoria (véase la comparación entre los ejemplos 26 y 27). Se aprecia también que las soluciones que usan dos materiales complementarios, accesibles y satisfactorios en ruido y en irrupción dan acceso a masas de yugo magnético que son del mismo orden que los ejemplos que incluyen una aleación FeNi en solitario, es decir, de 12,7 a 14,5 kg, y por tanto son suficientemente reducidos para estar de acuerdo con el pliego de condiciones fijado.

[0201] En todos los ejemplos descritos en la tabla 3 que hacen uso de dos materiales, uno de baja magnetostricción y el otro de alta imanación de saturación Js, estos dos materiales están dispuestos en apilamientos sucesivos en modo «serie». Sin embargo, no es obligatorio agrupar las láminas de los dos materiales según dos entidades homogéneas bien distintas una de otra. Puede contemplarse colocar láminas aisladas o apilamientos de láminas en material de alta Js entre apilamientos de láminas de material de baja magnetostricción. Asimismo se puede contemplar que la lámina o el apilamiento de material de alta Js presenten una forma diferente a la del apilamiento (o apilamientos) vecino de láminas en material de baja magnetostricción, para formar un núcleo de configuración de tipo «paralelo» o «mixto», en el que las diferencias de forma de los elementos irían a la par con las diferencias de naturaleza del material. Así sería posible acumular las ventajas de baja inducción remanente, bajo ruido, buena cohesión mecánica y baja masa relacionadas con las diferentes variantes de la invención.

[0202] De manera general, los valores de Br de las configuraciones de la tabla 5 son bajas, e incluso muy bajas, pese a la forma rectangular del ciclo de histéresis del material sin entrehierro. Esta baja inducción remanente conduce, para las mejores configuraciones, a un índice de irrupción baja, independientemente del campo aplicado.

[0203] Las medidas de B (80 A/m) son muy comparables para todos estos ensayos, y muestran que en todos los casos, para este tipo de campo aplicado relativamente bajo, uno se encuentra cerca de la saturación.

[0204] A la vista de la figura 9 aparece claramente que una estructura de circuito magnético de tipo cortadoapilado y que comprende entrehierros localizados y que constituye un núcleo magnético de base (solo o asociado a una aleación de alta Js) de aleación FeNi texturizado «cúbico» {100}<001> conduce, de forma sorprendente, a la vez a un respeto de las limitaciones deseadas en ruido y efecto de irrupción y a una masa reducida de circuito magnético. Se recuerda que, en aeronáutica, los límites admisibles en ruido, e incluso de irrupción, cambian de un transformador a otro según el avión, la función exacta del transformador en el avión, su lugar en el avión, etc. Se han fijado límites admisibles para el índice de irrupción (0,8) y el ruido (80 dB o, mejor, 55 dB) que representan objetivos cuyas condiciones de cumplimiento permiten poner en valor las ventajas de las configuraciones según la invención, unidas a una masa de núcleo relativamente baja para una potencia dada.

[0205] Este efecto es sorprendente porque muestra que, en condiciones de uso particulares, una aleación FeNi de valores elevados de magnetostricción verdadera puede usarse, no obstante, en solitario (u opcionalmente acompañada minoritariamente de un material de alta Js tal como FeCo o FeSi) para realizar un circuito magnético de bajo ruido.

[0206] También es sorprendente ya que, a la vista de la elección que proponía la técnica anterior entre, por una parte, 42 kg de circuito magnético FeCo o FeSi de bajo ruido y baja irrupción, y, por otra parte, 6-8 kg de circuito magnético en FeCo cuyo ruido e índice de irrupción no son admisibles, era difícil adivinar que una solución exclusiva o mayoritariamente a base de FeNi podría satisfacer a la vez las exigencias de ruido y de irrupción con un núcleo magnético cuya masa solo sería del orden de 10 a 17 kg e incluso menos. Era igualmente difícil adivinar que el uso de un FeNi50 convencional (sin textura marcada y particular) no llevara ya a las reducciones combinadas buscadas en irrupción, ruido y masa.

[0207] Se ha descrito el caso en el que se usa un único material de textura cúbica. No obstante, también se pueden emplear simultáneamente varios materiales de textura cúbica, por ejemplo, diferentes aleaciones FeNi austeníticas que responden a las condiciones de composición precisadas anteriormente, siempre que representen, tomados en conjunto, una proporción en volumen mayoritaria del núcleo magnético. Estos materiales diferentes pueden estar dispuestos, a elección del fabricante, en cada porción de núcleo en E, C o I cada uno en forma de apilamientos de espesores definidos de elementos de igual composición, o mezclarse de forma aleatoria dentro de dicha porción. Lo que se necesita es que las partes del núcleo de un mismo nivel de apilamiento enfrentadas y separadas por un entrehierro £ residual o calibrado tengan la misma disposición en términos de elección del o los materiales, dicho de otro modo, que una lámina cortada, que constituye un nivel de un apilamiento, en un material dado se encuentre siempre enfrente de una pieza cortada del mismo material, que constituye el nivel correspondiente del apilamiento (con independencia de la forma de la lámina que constituye el otro apilamiento, que puede ser idéntico o diferente al de la lámina del mismo nivel del primer apilamiento de la que se ha hablado).

[0208] En el mismo orden de ideas se pueden usar también soluciones de superposición de piezas cortadas intermedias entre los apilamientos de E o I o C y las superposiciones cabeza con cola entre cada capa (E E, E I o C I o C C...) sucesiva. De hecho se puede ensamblar, por ejemplo, apilamientos de bajo espesor (normalmente unos |jm) que incluyen normalmente cada uno una, algunas o varias (hasta varias decenas) piezas cortadas en forma de E o I o C, y después superponer cabeza con cola estos apilamientos de bajo espesor. Para las configuraciones en E E y en C C, una superposición cabeza con cola solo tiene sentido evidentemente si las E o C de una misma capa tienen ramas de longitudes diferentes, y en caso contrario se caería en una configuración en E E o C C simple. Esto ofrece la ventaja de hacer más práctica la disposición de un entrehierro calibrado entre dos capas sucesivas de apilamientos (por ejemplo, 500 mm de anchura de entrehierro para 1 o 2 mm de altura de apilamiento) a la vez que se conserva la ventaja de una buena cohesión mecánica del núcleo magnético gracias a la superposición cabeza con cola. Esta disposición se ha descrito antes con la denominación de configuración «mixta» en diferentes ejemplos de la tabla 5 y se representa en la figura 10. En este caso, es muy preferible, además, asegurar un entrehierro entre planos calibrado por una capa amagnética dispuesta entre cada capa de paquetes de bajo espesor apilados, pues en caso contrario el flujo magnético cortocircuita el entrehierro entre la E y la I pasando por las capas de encima y de debajo, lo que reduce significativamente la eficacia del entrehierro con respecto a un entrehierro solo residual que resultaría de la simple superposición de paquetes. Este entrehierro entre planos es normalmente de varias decenas a varios centenares de jm (véase ejemplos anteriores).

[0209] En la tabla 5 se observa que algunos ejemplos de configuración paralela o mixta presentan un índice de irrupción un poco demasiado elevado para las inducciones de trabajo Bt sometidas a ensayo del orden de 1 T. No obstante, para obtener resultados convenientes con las configuraciones de núcleos correspondientes bastaría trabajar a inducciones Bt un poco más bajas, del orden por ejemplo, de 0,8 T como sucede en varios ejemplos de esta tabla 5, para obtener índices de irrupción inferiores a 0,8 a la vez que solo se necesita un aumento de peso tolerable del núcleo de unos kg.

[0210] De hecho, como se dice anteriormente, si se mantienen densidades de potencia en masa y se eliminan todos los casos que no respeten la irrupción y el ruido, si además se considera que las sobrecargas de los ejemplos en «serie» (E E de los ejemplos 1 a 18) degradan su densidad de potencia volviéndolos menos interesantes que las otras configuraciones, entonces se observa que las estructuras mixtas son las más interesantes en densidad de potencia (el máximo de los ejemplos es a 3,42 kVA/kg)

[0211] La figura 11 representa dicha configuración. En ella se observa en sección transversal un primer apilamiento 70 de láminas cortadas en E, adosadas a un primer apilamiento 71 de láminas cortadas en I, estando estos dos apilamientos 70, 71 separados por un entrehierro preparado por medio de un material aislante no magnético 72 de espesor £. El conjunto así formado está recubierto, en su cara superior, por un aislante amagnético 73. Este conjunto, como indican las flechas 74, 75, se coloca, durante el ensamblaje del núcleo, en un segundo conjunto similar que incluye un segundo paquete de láminas cortadas en E 76, contiguo a un segundo paquete de láminas cortadas en I 77, estando estos dos paquetes 76, 77 separados por un entrehierro £ preparado por medio de un material aislante no magnético 78, y estando el conjunto revestido en su superficie superior por un aislante amagnético 79. Los dos conjuntos están dispuestos cabeza con cola, es decir, que el primer apilamiento 70 de láminas en E se superpone al segundo apilamiento de láminas en I 77, y el primer apilamiento 71 de láminas en I se superpone al segundo apilamiento de láminas en E 76. El aislante 79 del segundo paquete asegura el calibrado del entrehierro que separa los dos conjuntos, y para el espesor denotado por 82 en la figura 10 y en la descripción que antecede.

[0212] Se ha descrito el caso en que se empleó un único segundo material de alta Js para constituir el complemento del núcleo de transformador según la invención junto con la aleación o las aleaciones FeNi 30-80% de textura cúbica. No obstante, podría idearse usar conjuntamente varios de dichos materiales de alta Js, por ejemplo, una aleación Fe-3%Si texturizada Goss y una aleación Fe-50%Co, en diferentes proporciones respectivas. Lo esencial es que el FeNi 30-80% de textura cúbica siga siendo el material mayoritario en volumen en el núcleo. Como sucede para la porción mayoritaria del núcleo que usa láminas de FeNi de textura cúbica, la distribución de los diferentes materiales de alta Js en dicho complemento puede realizarse en forma de apilamientos de composición homogénea o de apilamientos de distribución de composición aleatoria, siempre que las dos partes del núcleo sean idénticas desde el punto de vista de la composición de las láminas enfrentadas en un nivel de apilamiento dado.

[0213] La invención se ha descrito y representado para el caso de un transformador trifásico de núcleo en «E E» o «E I», pero también sería aplicable al caso de un transformador monofásico cuyo núcleo estuviera en forma de «C C» (figuras 5 y 6) o en forma de cuadrado o de rectángulo en el que cada lado esté formado por un apilamiento diferente. La estructura monofásica se representa además en el ejemplo 18ter Inv (tabla 4), considerando que, en este caso, el mínimo de potencia en masa aplicado a todos los ejemplos presentes no vale para la estructura monofásica, bien conocida por ser mucho menos eficaz en potencia en masa que las soluciones trifásicas.

[0214] La colocación de un revestimiento aislante sobre las caras de las piezas cortadas o la inserción de láminas no magnéticas entre las piezas cortadas permite controlar mejor la remanencia del circuito magnético y la corriente de magnetización del transformador. Esto permite también aumentar los rendimientos de irrupción, y hacer más reproducibles los transformadores en una producción industrial.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Núcleo de transformador eléctrico (49; 59), del tipo cortado-apilado, caracterizado porque incluye dos apilamientos (53, 57; 60, 61) o grupos de apilamientos (70, 71; 82, 84, 88, 89, 92, 93), que presentan cada uno un primer espesor (ep1), estando dichos apilamientos (53, 57; 60, 61, 70, 71; 82, 84, 88, 89, 92, 93) constituidos cada uno por una pieza plana única o varias piezas planas idénticas aisladas entre sí, cuyas direcciones principales de corte son rectilíneas y son o bien paralelas o bien perpendiculares entre sí, de manera que dichos apilamientos (53, 57; 60, 61) o grupos de apilamientos (70, 71; 82, 84, 88, 89, 92, 93) están enfrentados e incluyen al menos un entrehierro (£) residual o calibrado de valor máximo 10 mm entre sí, estando dichas piezas planas hechas de al menos una aleación FeNi austenítica que contiene Ni = 30-80% en % en peso, preferentemente Ni = 40-60% en % en peso, y como máximo el 10% en % en peso, preferentemente como máximo el 2% en % en peso, de elementos de aleación y de impurezas resultantes de la elaboración, siendo el resto hierro, presentando dichas piezas planas cada una un plano cristalográfico (100), de manera que dicha aleación tiene una textura cúbica {100}<001> aguda, en la que al menos el 80% de los granos, preferentemente al menos 95% de los granos, están separados un ángulo (u>) igual como máximo a 20° con respecto a la orientación ideal {100}<001>, siendo las dos direcciones principales de corte de dichas piezas planas sustancialmente paralelas bien a la dirección de laminación (DL) o bien a la dirección transversal (DT) perpendicular a la dirección de laminación (DL), de manera que dicho plano cristalográfico (100) se separa como máximo 20° con respecto al plano de laminación, preferentemente como máximo 10°, mejor como máximo 5°, y los ejes [001] o [010] y respectivamente la dirección de laminación (DL) o la dirección transversal (DT) se separan un ángulo (a) como máximo igual a 20°, preferentemente como máximo igual a 10°, mejor como máximo igual a 5°, teniendo dichas piezas planas pérdidas magnéticas en ondas de inducción sinusoidales recibidas del núcleo magnético, para una inducción máxima de 1 T, inferiores a 20 W/kg a 400 Hz, preferentemente inferiores a 15 W/kg, y mejor, inferiores a 10 W/kg, siendo la magnetostricción aparente para una inducción máxima de 1,2 T (As12T) inferior a 5 ppm, preferentemente inferior a 3 ppm, preferentemente a 1 ppm, cuando la medida se realiza sobre una muestra rectangular alargada, aplicándose el campo según la dirección del lado mayor de la muestra y siendo esta dirección paralela a la dirección de laminación (DL), de manera que la magnetostricción aparente para una inducción máxima de 1,2 T (As12T) es inferior a 5 ppm, preferentemente inferior a 3 ppm, preferentemente a 1 ppm, cuando la medida se realiza sobre una muestra rectangular alargada, aplicándose el campo según la dirección del lado mayor de la muestra y siendo esta dirección paralela a la dirección transversal (DT) perpendicular a la dirección de laminación (DL) y estando situada en el plano de laminación, y de manera que la magnetostricción aparente para una inducción máxima de 1,2 T (As12T) es inferior a 10 ppm, preferentemente inferior a 8 ppm, preferentemente a 6 ppm, cuando la medida se realiza sobre una muestra rectangular alargada, aplicándose el campo según la dirección longitudinal de la muestra y siendo esta dirección paralela a la dirección intermedia a 45° de la dirección de laminación (DL) y de la dirección transversal (DT).

2. Núcleo de transformador según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos apilamientos (53, 57; 60, 61) tienen cada uno forma de C, de E o de I.

3. Núcleo de transformador según la reivindicación 2, caracterizado porque está formado por dos subnúcleos (60, 61) en forma de E enfrentados.

4. Núcleo de transformador según la reivindicación 2, caracterizado porque está formado por un apilamiento (21) de piezas planas en forma de E colocadas cabeza con cola, estando los espacios vacíos entre las ramas laterales (23, 24, 25) de dichas piezas planas en forma de E llenos por piezas planas (70, 71) en forma de I de igual composición y textura que las de las piezas planas en forma de E, habiendo entrehierros (£) presentes entre dichas piezas planas en forma de E y dichas piezas planas (70, 71) en forma de I.

5. Núcleo de transformador según la reivindicación 2, caracterizado porque está formado por un subnúcleo en forma de E (53) y un subnúcleo en forma de I (57) enfrentados.

6. Núcleo de transformador según la reivindicación 2, caracterizado porque está formado por dos subnúcleos en forma de C (33, 34) enfrentados.

7. Núcleo de transformador según la reivindicación 2, caracterizado porque está formado por dos conjuntos contiguos de dos subnúcleos en forma de C (42, 43), con dichos conjuntos enfrentados.

8. Núcleo de transformador según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque está formado por una sucesión de capas de apilamientos, estando cada dos capas sucesivas colocadas cabeza con cola y separadas por un entrehierro (82).

9. Núcleo de transformador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque al menos uno de dichos apilamientos está constituido por varias piezas planas de formas idénticas separadas cada una por un entrehierro (81).

10. Núcleo de transformador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque dichos elementos de aleación se eligen entre uno al menos de entre Cr, Si, Al, Zr, Mo, W, V, Nb, Cu, Mn.

11. Núcleo de transformador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque dichas piezas planas cortadas presentan una simetría.

12. Núcleo de transformador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque el tamaño de los granos de dichas piezas es inferior o igual a 200 pm.

13. Núcleo de transformador (49; 53) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque incluye también segundos apilamientos de piezas planas, que presentan un segundo espesor (ep2), de la misma forma que los apilamientos que presentan un primer espesor (ep1) y superpuestos a ellos, estando hechas dichas piezas planas de los segundos apilamientos de al menos un material que presenta una imanación de saturación (Js) superior o igual a 2 T, de manera que dichos segundos apilamientos representan menos del 50% del volumen del núcleo.

14. Núcleo de transformador (49; 53) según la reivindicación 13, caracterizado porque dichas piezas planas de los segundos apilamientos están hechas de al menos un material elegido entre aleaciones FeCo, aleaciones FeCo (V, Ta, Cr, Si, X) con X elegido entre uno o más de Mo, Mn, Nb, Si, Al, aleaciones FeCoSi, conteniendo el hierro dulce, aceros, aceros inoxidables ferríticos que contienen, en % en peso, el 5-22% de Cr y del 0 al 10% en total de Mo, Mn, Nb, Si, Al, V, aceros eléctricos FeSiAl no orientados.

15. Núcleo de transformador (49; 53) según cualquiera de las reivindicaciones 13 o 14, caracterizado porque el entrehierro (£) entre dos apilamientos o grupos de apilamientos enfrentados presenta una anchura diferente entre los primeros apilamientos que presentan un primer espesor (ep1) y entre los segundos apilamientos que presentan un segundo espesor (ep2).

16. Núcleo de transformador (49; 53) según la reivindicación 15, caracterizado porque dicho entrehierro (£) tiene una anchura (£1) comprendida entre 2 y 1.500 pm entre dichos apilamientos que presentan un primer espesor (ep1) y una anchura (£2) comprendida entre 2 y 3.000 pm entre dichos apilamientos que presentan un segundo espesor (ep2).

17. Transformador eléctrico monofásico o trifásico que incluye un núcleo magnético de tipo cortado-apilado, caracterizado porque dicho núcleo magnético es del tipo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16.

18. Transformador según la reivindicación 17, caracterizado porque se trata de un transformador destinado a ser colocado a bordo de una aeronave.

19. Transformador según la reivindicación 18, caracterizado porque se trata de un transformador destinado a ser colocado en la cabina de pilotos de una aeronave.