AÇOS PARA MOTORES DE CARROS HÍBRIDOS

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1 AÇOS PARA MOTORES DE CARROS HÍBRIDOS DESENVOLVIMENTOS DA ARCELORMITTAL INOX BRASIL Sebastião da Costa Paolinelli

2 INTRODUÇÃO O PROBLEMA DE CORRELACIONAR RESULTADOS DE TESTES PADRONIZADOS COM DESEMPENHO DOS MOTORES NAS INÚMERAS CONDIÇÕES A QUE SÃO SUBMETIDOS; TESTE EPSTEIN; TESTE EPSTEIN GENERALIZADO*. Torres, A. G. et alli, IEEE/IAS 39th Annual Conference, Seattle, Oct-2004

3 INTRODUÇÃO - O fluxo magnético não é uniforme e sua densidade é heterogênea devido à estrutura e não linearidade das propriedades magnéticas do aço; - O fluxo magnético gira localmente no estator como resultado do giro do rotor; - Deformações e tensões permanecem nas lâminas que compõem o núcleo resultantes da estampagem e fixação das lâminas juntas; - Existem harmônicos espaciais causados pelos slots que abrigam os enrolamentos entre os dentes; - Existem harmônicos de tempo causados por circuitos de inversor de uma unidade de fonte de potência; - Ocorre a superposição do fluxo de campo de um magneto e o campo magnético da corrente dos enrolamentos; - A temperatura do núcleo aumenta como resultado das perdas no ferro e no cobre e ocorre heterogeneidade de temperatura dependendo do método de resfriamento. Yabumoto, M. et alli, Nippon Steel Techinical Report, 87, Jul. 2003, 57-61

4 REQUISITOS DO MOTOR PEQUENO; LEVE; POTENTE e EFICIENTE.

5 DESAFIOS ALCANÇAR EFICIÊNCIA MAIOR, DIMINUIR TAMANHO, COM POTÊNCIA E EFICIÊNCIA ALTAS; METODO PARA DECRESCER TAMANHO SEM DIMINUIR POTÊNCIA É AUMENTAR VELOCIDADE (10000rpm) f = 1kHz; ALTO TORQUE; USO DE MATERIAIS COM PERDA BAIXA EM FREQUÊNCIAS ALTAS (400Hz) E ALTO B50.

6 EFEITO DA PERDA MAGNÉTICA-MCCSE Ishida, M. et alli, Kawasaki Technical Report 48, March 2003, 39-46

7 EFEITO DA INDUÇÃO MAGNÉTICA- MCCSE Ishida, M. et alli, Kawasaki Technical Report 48, March 2003, 39-46

8 EFEITO DAS CONDIÇÕES DE OPERAÇÃO-MI Ishida, M. et alli, Kawasaki Technical Report 48, March 2003, 39-46

9 REQUISITOS DO AÇO BAIXA PERDA PRINCIPALMENTE EM ALTAS FREQUÊNCIAS (ALTAS ROTAÇOES f ALTA; ALTA EFICIÊNCIA); ALTA DENSIDADE DE FLUXO (ALTO TORQUE, ALTA EFICIÊNCIA); BOA ESTAMPABILIDADE (REDUÇÃO ENTREFERRO); BOA CONDUTIVIDADE TÉRMICA(MELHOR DISSIPAÇÃO DE CALOR); ALTA RESISTÊNCIA MECÂNICA (RESISTIR ALTA FORÇA CENTRÍFUGA EM ALTAS ROTAÇÕES).

10 Ptot = Pa+Ph+Pe 1T - 300Hz 1T 20Hz Perda Perda (W/kg) (W/kg) dg ( m) Pa Ph Pe dg (10-6 m) Pa Ph Pe Cunha, M. A. e colaboradores, Metalurgia e Materiais 566, V.62, Maio 2006,

11 O EFEITO DA ESTRUTURA SOBRE AS PERDAS MAGNÉTICAS TORNA-SE MENOS SIGNIFICATIVO À MEDIDA QUE SE ELEVA A FREQUÊNCIA DIFERENCIAÇÃO DE PRODUTOS SE FAZ, PRINCIPALMENTE, COM BASE EM COMPOSIÇÃO QUÍMICA E ESPESSURA; PERMEABILIDADE EM ALTA INDUÇÃO E B50 INDEPENDEM DA FREQUÊNCIA E SÃO DETERMINADOS PELA COMPOSIÇÃO QUÍMICA E FATORES ESTRUTURAIS, PARTICULARMENTE, A ORIENTAÇÃO CRISTALOGRÁFICA.

12 COMO ATENDER AOS REQUISITOS ESPESSURAS FINAS < 0,35mm; ALTA RESISTIVIDADE; OTIMIZAÇÃO DA TEXTURA; MINIMIZAÇÃO DE RESIDUAIS; CONTROLE DE TENSÕES E DEFORMAÇÕES CONTROLE DE TAMANHO DE GRÃO; ADIÇÃO DE ELEMENTOS ENDURECEDORES (P, Ni, Mn, etc).

13 TIPOS DE MOTORES DE TRAÇÃO UTILIZADOS MOTORES DE INDUÇÃO (η BAIXO) - MAIS ROBUSTOS E BARATOS, FÁCIL MONTAGEM (USA); MOTORES SEM ESCOVA-BRUSHLESS (η INTERM.) - CORRENTE CONTÍNUA E IMÃ PERMANENTE, MAIS CAROS, MENORES (JAPÃO);

14 TIPOS DE AÇOS FABRICADOS AÇO W10/400 W1/10000 B50 LR (W/kg) (W/kg) ( T ) (Mpa) 15HTH HTH HTH HTH H250(CONV) H310(CONV) Yabumoto, M. SMM 16 Sept. 2003; Proceedings, Vol.1; p79-85

15 TIPOS DE AÇOS FABRICADOS AÇO W1/10000 B50 LR (W/kg) ( T ) (Mpa) 15HST780Y HST570Y HST780Y H250(CONV) H310(CONV) Yabumoto, M. SMM 16 Sept. 2003; Proceedings, Vol.1; p79-85

16 PRODUTOS ARCELORMITTAL PRODUTO ESPESSURA W15/60 W10/400 B50 LR NOMINAL ESPEC. TIPICO ESPEC. TIPICO TIPICO (mm) (W/kg) (W/kg) (W/kg) (W/kg) ( T ) (Mpa) M230-50A M210-35A M195-35AP M185-30A M185-30AP M175-23A ? 12.00??? M175-23AP ? 12.00???? AINDA NÃO PRODUZIDO

17 COMPARAÇÃO Em desenvolvimento B50 ( T ) W10/400 (W/kg) 0.15mm 0.20mm 0.35mm mm 0.35mm 0.30mm 0.23mm

18 CURVAS Specific Magnetic Losses Polarization x Magnetic x Magnetic Polarization Field M185-30A mm - REF.:CBDFI1 F Magnetic Specific Polarization Losses (W/kg) (Tesla) Magnetic Magnetic Polarization Field (A/m) (Tesla) 50Hz 60Hz 100Hz 200Hz 400Hz 700Hz 50Hz 1000Hz 60Hz 1500Hz 100Hz 2500Hz 200Hz 400Hz 700Hz 1000Hz 1500Hz 2500Hz

19 CURVAS Specific Polarization Losses x Magnetic x Polarization Field - - M230-50A REF.: BYBOH2-F mm 1.80 Magnetic Specific Polarization Losses (W/kg) (Tesla) Magnetic Magnetic Polarization Field (A/m) (Tesla) 50Hz 50Hz 60Hz 60Hz 100Hz 100Hz 200Hz 200Hz 400Hz 400Hz 700Hz 700Hz 1000Hz 1000Hz 1500Hz 1500Hz 2500Hz 2500Hz

20 BASES % (Si+Al) MAIS BAIXA; ALTA PUREZA: BAIXOS TEORES DE RESIDUAIS: C,S, N, Ti; TEXTURA MAIS ADEQUADA: MENOR FRAÇÃO DA FIBRA GAMMA, ALTAS FRAÇÕES DA FIBRA ETA E DA ORIENTAÇÃO CUBO; ALTA VELOCIDADE DE CRESCIMENTO DE GRÃO MENOR NITRETAÇÃO E OXIDAÇÃO.

21 VANTAGENS DOS AÇOS ALTA INDUÇÃO DE SATURAÇÃO; ALTA PERMEABILIDADE; MAIOR CONDUTIVIDADE TÉRMICA; MENOR DUREZA-MENOR DESGASTE; COMBINA BAIXA PERDA COM ALTA PERMEABILIDADE MAIOR FAIXA DE OPERAÇÃO DA MÁQUINA; ESPESSURA FINA COM ALTA PERMEABILIDADE.

22 CONCLUSÕES ARCELOR MITTAL INOX BRASIL JÁ TEM DISPONÍVEL AÇOS PARA MOTORES DE TRAÇÃO DE CARROS HÍBRIDOS COM VANTAGEM DE APRESENTAR PERMEABILIDADE MAIS ALTA E MAIOR CONDUTIVIDADE TÉRMICA; NUM FUTURO PRÓXIMO DESENVOLVERÁ AÇOS COM ESPESSURA MAIS FINA (0,23mm), COM MAIS BAIXAS PERDAS E MESMAS CARACTERÍSTICAS DE PERMEABILIDADE.