APLICAÇÃO DE MATERIAIS MAGNÉTICOS MACIOS SINTERIZADOS EM MÁQUINAS ELÉTRICAS ROTATIVAS SÍNCRONAS

Resumen

Este trabalho objetivou o estudo de materiais magnéticos macios sinterizados em núcleos de rotores e estatores de máquinas elétricas rotativas síncronas com ímãs de NdFeB. Tradicionalmente, esses núcleos são construídos a partir de chapas de aço laminadas. Contudo, neste trabalho, tais núcleos foram substituídos por peças maciças, obtidas da Metalurgia do Pó, na qual pó de ferro foi misturado a elementos de liga (P, Si e Ni), compactado e sinterizado. Inicialmente, corpos de prova foram confeccionados para obtenção de propriedades magnéticas, mecânicas e resistividade elétrica. Realizaram-se simulações no software FEMM 4.2, considerando-se núcleos de estator e rotor de materiais sinterizados e chapas de aço laminadas para análise de torque e fluxo magnético de entreferro. A máquina simulada a partir de núcleos de chapas laminadas apresentou densidade de fluxo magnético de 2,02 T e torque de 34,49 N.m. Por sua vez, a liga sinterizada Fe1%P, 2,00 T e 32,46 N.m para os mesmos parâmetros referenciados anteriormente. Também foram realizados ensaios destes materiais em núcleos magnéticos alimentados com variação da frequência da corrente elétrica, verificando-se que a partir de 500 Hz, as perdas magnéticas totais em núcleos de materiais magnéticos macios sinterizados tendem a se igualar às perdas em núcleo de chapas laminadas.
Palavras-chave: Materiais magnéticos macios. Metalurgia do pó. Núcleo de máquinas elétricas. Simulação por elementos finitos.

ABSTRACT

The aim of this work was to study the use of soft magnetic materials in rotor and stator cores of synchronous rotating electrical machines with NdFeB magnets. Traditionally, these cores are built from laminated steel sheets. However, in this study the cores of laminated sheets were replaced by massive pieces obtained from Powder Metallurgy processes, in which iron powder was mixed with different alloying elements (P, Si and Ni), compacted and sintered. Initially, specimens were made in order to obtain the magnetic and mechanical properties and electrical resistivity. In the sequence, simulations were performed using the finite element software FEMM 4.2 considering stator and rotor cores with sintered materials and laminated steel for comparative analysis of torque and magnetic flux of airgap. The simulated machine built with cores of laminated sheets presented a magnetic flow density of 2.02 T and torque of 34.49 N.m. In turn, the sintered alloy Fe1%P presented values of 2.00 T and 32.46 N.m respectively for the referred parameters. Tests of these materials were also performed in magnetic cores supplied with a variation of the frequency of the electric current, where it was found that from 500 Hz, the total magnetic losses in cores of soft magnetic materials tend to equal the losses attributed to laminated sheets.
Keywords: Soft magnetic materials. Powder metallurgy. Electric machine cores. Finite element simulation.