ES2197322T3 - Maquina electrica de tipo sincrono. - Google Patents

Abstract

MAQUINA ELECTRICA SINCRONA QUE CONSTA DE UN ROTOR Y UN ESTATOR QUE PRESENTA UNA PLURALIDAD DE MUESCAS; CARACTERIZADA PORQUE EL ROTOR (21) ES UN APILAMIENTO DE CHAPAS DESPROVISTO DE BOBINADOS CONDUCTORES Y DE IMANES PERMANENTES Y PORQUE EL ESTATOR (22) PRESENTA MEDIOS DE IMANTACION (26) QUE DEFINEN EN EL AL MENOS UN PAR DE POLOS, MIENTRAS QUE LAS MUESCAS DEL MENCIONADO ESTATOR RECIBEN AL MENOS UN ARROLLAMIENTO DE INDUCIDO (25).

Description

Máquina eléctrica de tipo síncrono.

La presente invención se refiere a las máquinas eléctricas de tipo síncrono.

Se recuerda, a todos los fines útiles, que, entre las máquinas eléctricas, se distinguen las máquinas asíncronas y las máquinas con reluctancia variable.

Es sabido que los principios de funcionamiento de dichos tipos de máquinas son muy diferentes, de manera que no es deseable para el técnico transportar unas soluciones conocidas para uno de los tipos de máquinas a los otros tipos.

Así, puede observarse que la máquina síncrona de que se trata en este caso, difiere de una máquina con reluctancia variable por:

- las dimensiones de los dientes del estator que recubren un semi diente estatórico;

- la presencia de un bobinado de inductor al estator en el que ninguna F.C.E.M. es inducida por la rotación;

- el carácter bipolar del campo en los dientes del rotor;

- la estructura monofásica de cada uno de los discos del rotor.

La máquina síncrona propuesta por la invención puede ser utilizada a la vez como generador y como motor eléctrico.

Especialmente, la misma es utilizada ventajosamente en un vehículo automóvil para servir, por una parte, de alternador y, por otra parte, de motor eléctrico de motor de arranque, quedando el rotor de la máquina montado directamente sobre el árbol del motor térmico del vehículo.

Con dicha configuración, es deseable que el rotor de la máquina síncrona esté lo más equilibrado posible y no presente bobinados e imanes permanentes.

Es ya conocida por el documento FR-2 075 995 una máquina eléctrica que comprende un rotor y un estator, cada uno de los cuales presenta una sucesión de ranuras repartidas sobre su circunferencia, siendo el rotor un apilamiento de chapas desprovisto de arrollamientos conductores y de imanes permanentes, presentando el estator medios de imantación que definen por lo menos un par de polos sobre el mismo, cuyos medios de imantación presentan por lo menos un arrollamiento inductor alojado en unas ranuras del estator, cuyas ranuras del estator alojan igualmente por lo menos un arrollamiento de inducido.

La invención propone en sí una máquina eléctrica de cuerdo con la reivindicación 1.

Dicha máquina está completada ventajosamente por las diferentes características siguientes, tomadas solas o de acuerdo con todas sus combinaciones técnicamente posibles.

- el estator y el rotor presentan varias zonas, alojando cada una de las zonas del estator un arrollamiento de inducido correspondiente a una fase de la máquina;

- las ranuras de las diferentes zonas del rotor están desplazadas angularmente de una zona a la otra, en la anchura entre dos ranuras dividida por el número de zonas;

- las ranuras de las diferentes zonas del estator están repartidas sobre el mismo sin desplazamiento angular de una zona a la otra, presentando dicho estator un arrollamiento inductor que es bobinado sobre toda su altura y es común a sus diferentes zonas;

- los arrollamientos de inducido de las diferentes zonas son bobinados de manera homóloga sobre las ranuras del estator, sin desplazamiento angular de una zona a la otra.

Otras ventajas de la invención se desprenderán todavía de la descripción que sigue. Dicha descripción 4es puramente ilustrativa y no limitativa. La misma debe ser considerada frente a los dibujos anexos, en los que:

- La figura 1 es una representación en desarrollo de las ranuras del estator y del rotor de una máquina de acuerdo con un ejemplo de realización posible de la invención:

- la figura 2 es una representación en perspectiva y despiece y con separación del estator y del rotor de una máquina del tipo de la de la figura 1;

- la figura 3 representa el flujo y la tensión de fase obtenidos con un motor del tipo del de las figuras 1 y 2;

- la figura 4 es una representación esquemática desarrollada del tipo de la de la figura 1, para una máquina bifásica de acuerdo con un ejemplo de realización posible de la invención;

- la figura 5 es una representación en perspectiva, semejante a la de la figura 2, de la máquina de la figura 4; y

- la figura 6 es una representación en perspectiva, semejante a la de las figuras 2 y 5, de una máquina trifásica de acuerdo con un ejemplo de realización posible de la invención:

La máquina síncrona monofásica representada en las figuras 1 y 2 comprende un rotor 1 y un estator 2.

El rotor 1 está constituido por un apilamiento de chapas, que presenta una sucesión de ranuras 3 regularmente repartidas sobre su circunferencia.

Contrariamente a los rotores de las máquinas síncronas monofásicas clásicas, el rotor 1 no presenta ningún imán susceptible de definir unos polos y sus ranuras 3 no alojan ningún arrollamiento conductor.

El estator 2 presenta una carcasa constituida por un apilamiento de chapas. Dicha carcasa presenta una pluralidad de ranuras 4, que están repartidas sobre su circunferencia interior y que alojan por lo menos un arrollamiento inducido 5 y un arrollamiento inductor 6.

El número de las ranuras 4 es el doble del número de las ranuras 3.

Los arrollamientos 5 y 6 son bobinados sobre las ranuras 4 no ya en bucle, sino según una configuración ondulada, estando el arrollamiento inducido 5 desplazado angularmente de una ranura con relación al arrollamiento inductor 6 y extendiéndose en unas ranuras 4 centradas sobre los polos norte y sur definidos por dicho arrollamiento inductor 6.

El flujo \Phi en el inducido y la tensión generada en los bornes del arrollamiento de inducido 6 durante la rotación del rotor 1 en el estator 2, presentan unos aspectos representados en la figura 3.

Como se comprende, para realizar el inductor podría ser posible reemplazar el arrollamiento 6 por unos imanes permanentes. Sin embargo, son preferidas las soluciones con arrollamiento de inductor, dado que las mismas permiten hacer variar el campo entre los polos. De manera conocida, dicha variación del campo es utilizada en modo generador para regular la amplitud de la tensión en los bornes del inducido.

Son posibles aún otras variantes de realización. En particular, es posible prever varios bobinados de inducidos repartidos sobre el estator de manera que correspondan a varias fases para la máquina.

En las figuras 4 y 5 se ha representado un ejemplo de realización posible para una máquina bifásica de acuerdo con la invención. De acuerdo con este ejemplo, el rotor y el estator, referenciados respectivamente por 11 y 12, presentan cada uno, según la dirección del eje de rotación, dos zonas superpuestas.

Las dos zonas del rotor 11 --referenciadas por 11a y 11b-- están, respectivamente, frente a las dos zonas --referenciadas por 12a y 12b-- del estator 12. Las dos zonas 11a, 11b presentan cada una unas ranuras 13 que están regularmente repartidas sobre la circunferencia del rotor 11, quedando desplazadas angularmente de una zona a la otra en la mitad de la longitud entre dos ranuras.

Las dos zonas 12a y 12b del estator 12 presentan unas ranuras 14 que se extienden en prolongación las unas de las otras de una zona a la otra.

Un arrollamiento inductor 16 está repartido en dichas ranuras 14 según una configuración ondulada, estando bobinado sobre toda la altura del estator 12, extendiéndose las espiras de dicho arrollamiento en las ranuras 14 de las zonas 12a y 12b de un extremo al otro del estator.

Por otra parte, en las ranuras 14 de la zona 12a queda bobinado un arrollamiento de inducido 15a, mientras que un arrollamiento de inducido 15b se halla bobinado en las ranuras 14 de la zona 12b. Dichos arrollamientos 15a, 15b están ambos bobinados según una configuración ondulada, y ello de manera homóloga, es decir, sin desplazamiento angular de uno con relación al otro.

En variante, podría preverse que quedan desplazadas las ranuras del estator las que quedan desplazadas de una zona a la otra, quedando superpuestas las ranuras de una y otra de las dos zonas del rotor, sin desplazamiento angular de una zona a la otra. Sin embargo, la configuración representada en las figuras 4 y 5 presenta la ventaja de permitir utilizar un arrollamiento común para constituir el inductor de una y otra de las dos zonas.

De manera más general, una máquina eléctrica con n fases de acuerdo con un ejemplo de realización posible de la invención, va dotada de un estator y de un rotor que presentan cada uno n zonas de ranuras, quedando desplazadas las zonas del estator o del rotor de una zona a la otra en la anchura angular entre dos ranuras dividida por n.

A título ilustrativo, se ha representado en la figura 6 un ejemplo de realización de una máquina trifásica en este sentido.

Dicha máquina comprende un rotor 21 y un estator 22.

El rotor 21 y el estator 22 presentan cada uno tres zonas, referenciadas por 21a a 21c para el rotor 21 y por 22a a 22c para el estator 22.

Las ranuras 23 de dos zonas sucesivas del rotor 21 están desplazadas de una zona a la otra en la anchura entre dos ranuras dividida por 3. Las ranuras 24 de las diferentes zonas del estator quedan dispuestas en prolongación unas de otras.

El estator presenta para cada zona 22a a 22c un arrollamiento de inducido 25a a 25c, bobinado alrededor de sus ranuras 24. Un arrollamiento inductor 26 está bobinado alrededor de las zonas 24 sobre toda la altura del estator 22.

Claims (9)

1. Máquina eléctrica dotada de un rotor y un estator, cada uno de los cuales presenta una sucesión de ranuras repartidas sobre su circunferencia, siendo el rotor (1, 11, 21) un apilamiento de chapas desprovisto de arrollamientos conductores y de imanes permanentes, presentando el estator (2, 12, 22) medios de imantación (6, 16, 26) que definen por lo menos un par de polos sobre el mismo, comprendiendo dichos medios de imantación (6, 16, 26) por lo menos un arrollamiento inductor alojado en unas ranuras (4, 14, 24) del estator (2, 12, 22), cuyas ranuras del estator alojan igualmente por lo menos un arrollamiento de inducido (5, 15, 25), cuya máquina se caracteriza por el hecho de que la misma es de tipo síncrono y por el hecho de que el número de ranuras sobre una circunferencia del estator es el doble del número de zonas del rotor, quedando bobinados los arrollamientos inductor(es) e inducido(s) (5, 6; 15, 16; 25, 26) sobre las ranuras del estator según una configuración ondulada, estando un arrollamiento inducido (5, 15, 25) desplazado angularmente de una ranura con relación al arrollamiento inductor (6, 16, 26) y extendiéndose en unas ranuras (4, 14, 24) centradas sobre polos norte y sur definidos por dicho arrollamiento inductor (6, 16, 26).

2. Máquina síncrona, según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que el estator (12, 22) y el rotor (11, 21) presentan varias zonas, alojando cada una de las zonas del estator un arrollamiento de inducido correspondiente a una fase de la máquina.

3. Máquina síncrona, según la reivindicación 2, caracterizada por el hecho de que las ranuras (13, 23) de las diferentes zonas del rotor están desplazadas angularmente de una a la otra en la anchura entre dos zonas divididas por el número de zonas.

4. Máquina síncrona, según la reivindicación 3, caracterizada por el hecho de que las ranuras (14, 24) de las diferentes zonas del estator están repartidas sobre el mismo sin desplazamiento angular de una zona a la otra, presentando dicho estator (12, 22) un arrollamiento inductor (16, 26) que está bobinado sobre toda su altura y es común a sus diferentes zonas.

5. Máquina síncrona, según una de las reivindicaciones 3 y 4, caracterizada por el hecho de que los arrollamientos de inducido (15a, 15b) de las diferentes zonas están bobinados de manera homóloga sobre las ranuras del estator, sin desplazamiento angular de una etapa a la otra.

6. Máquina síncrona trifásica, según una de las reivindicaciones precedentes.

7.Máquina síncrona destinada a ser utilizada, por una parte, como generador y, por otra parte, como motor eléctrico, caracterizada por el hecho de que la misma es del tipo según una de las reivindicaciones precedentes.

8. Máquina síncrona para vehículo automóvil, destinada a ser utilizada, por una parte, como alternador y, por otra parte, como motor eléctrico de motor de arranque, caracterizada por el hecho de que la misma es del tipo según una de las reivindicaciones 1 a 6.

9. Máquina síncrona, según la reivindicación 8, caracterizada por el hecho de que su rotor está montado sobre el árbol del motor térmico.