ES2232650T3 - Maquina unipolar de flujo transversal. - Google Patents
Maquina unipolar de flujo transversal.Info
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Abstract
Máquina unipolar de flujo transversal, especialmente un motor unipolar de flujo transversal, con un rotor (12) que se asienta fijo contra giro sobre un árbol de rotor (13), que está compuesto, respectivamente, por dos anillos de rotor ferromagnéticos (14, 15) coaxiales, que están dentados en su periferia exterior, alejada del árbol del rotor (13), con división dentada constante, y por un anillo de imán permanente (16) magnetizado unipolar axialmente, empotrado axialmente entre los anillos del rotor (14, 15) y con un estator (11) concéntrico al árbol del rotor (13), que tiene yugos de estator (19) en forma de U, que presentan brazos de yugo (191, 192) unidos entre sí por medio de una nervadura transversal (193), cuyos yugos de estator están fijados en una carcasa (10) con una división que corresponde a la división de los dientes y están dispuestos de tal forma que uno de los brazos del yugo (191) está colocado opuesto a uno de los anillos del rotor (14) y el otro brazo del yugo (192) está colocado opuesto al otro anillo del rotor (15), respectivamente, con distancia radial de intersticio, y elementos de retorno (20), uno de los cuales está dispuesto, respectivamente, entre yugos de estator (19) consecutivos en el sentido de giro del rotor (12), se extiende axialmente sobre ambos anillos del rotor (14, 15) y está colocado frente a éste con distancia de intersticio radial así como posee un arrollamiento de estator (21), caracterizada porque el arrollamiento del estator (21) presenta dos bobinas (22, 23) con dos lados de bobinas (221, 222 y 231, 232) respectivos, uno de cuyos lados de la bobina (221 y 231) respectivo se extiende coaxialmente al árbol del rotor (13), respectivamente, sobre un grupo de yugos del estator (19) y elementos de retorno (20) consecutivos en la dirección circunferencial a lo largo del lado de los elementos de retorno (20), alejados del árbol del rotor, entre los brazos del yugo (191, 192), y porque el grupo, que está cubierto por el lado (221) de una de las bobinas (22), está dispuesto desplazado espacialmente frente al grupo que está cubierto por el lado (231) de la otra bobina (23) 90º eléctricamente en la periferia del estator.
Description
Máquina unipolar de flujo transversal.
La invención parte de una máquina unipolar de
flujo transversal según el preámbulo de la reivindicación 1.
Se deduce a partir del documento 97 42699 A una
máquina unipolar de flujo transversal, especialmente un motor
unipolar de flujo transversal, con un rotor que se asienta fijo
contra giro sobre un árbol de rotor que está compuesto,
respectivamente, por dos anillos de rotor ferromagnéticos coaxiales,
que están dentados en su periferia exterior, alejada del árbol del
rotor, con división dentada constante, y por un anillo de imán
permanente magnetizado unipolar axialmente, empotrado axialmente
entre los anillos del rotor, y con un estator concéntrico al árbol
del rotor, que tiene yugos de estator en forma de U, que presentan
brazos de yugo unidos entre sí por medio de una nervadura
transversal, cuyos yugos de estator están fijados en una carcasa con
una división que corresponde a la división de los dientes y están
dispuestos de tal forma que uno de los brazos del yugo está colocado
opuesto a uno de los anillos del rotor y el otro brazo del yugo está
colocado opuesto al otro anillo del rotor, respectivamente, con
distancia radial de intersticio, y elementos de retorno, uno de los
cuales está dispuesto, respectivamente, entre yugos de estator
consecutivos en el sentido de giro del rotor, se extiende axialmente
sobre ambos anillos del rotor y está colocado frente a éste con
distancia de intersticio radial así como posee un arrollamiento de
estator.
En otra máquina unipolar de flujo transversal
según el documento DE 100 39 466 no publicado anteriormente, se
propone configurar el arrollamiento del estator como bobina anular,
que está dispuesta coaxialmente al eje del rotor y se extiende sobre
el lado exterior de los elementos de retorno, que está alejado del
eje del rotor, a través de los brazos de yugo de los yugos del
estator. En este caso, la máquina puede estar realizada de un ramal,
es decir, con un módulo de estator y un módulo de rotor, o de varios
ramales, con al menos dos módulos de estator y módulos de rotor.
Poseyendo cada uno de los módulos de estator dispuestos adyacentes
una bobina anular de este tipo. En la forma de realización de dos
ramales, los módulos del estator y los módulos del rotor están
dispuestos desplazados al menos 90º eléctricamente entre sí, y las
bobinas anulares son alimentadas con impulsos de corriente
bipolarmente en función del ángulo de giro del rotor. La máquina de
un ramal con un módulo de rotor y un módulo de estator tiene el
inconveniente de que no puede arrancar de forma autónoma y deben
preverse medidas auxiliares adicionales para el arranque. Sin
embargo, tiene la ventaja de un tipo de construcción extremadamente
plano.
Se conoce a partir del documento US 4 330 727 un
motor eléctrico paso a paso, que tiene un rotor magnetizado
axialmente, en forma de disco, con dos polos magnéticos alternativos
en cada lado. Un estator comprende dos grupos de circuitos
magnéticos, cada uno de los cuales presenta un intersticio de aire,
que colabora con el rotor. El circuito magnético está acoplado con
al menos una bobina eléctrica.
Se deduce a partir del documento DE 39 27 454 A
una máquina de flujo transversal, que presenta un estator con dos
bobinas con dos lados de bobinas respectivos, uno de cuyos lados de
la bobina se extiende coaxialmente al árbol del rotor,
respectivamente, a través de un grupo de yugos del estator
consecutivos en la dirección circunferencial entre los brazos del
yugo, y que el grupo cubierto por el lado de una de las bobinas está
dispuesto desplazado espacialmente 90º eléctricamente en la
periferia del estator con respecto al grupo cubierto por el lado de
la otra bobina.
En el documento US 2 519 097 A se describe una
máquina eléctrica, que comprende un rotor, con lados polares
complementarios, que están dispuestos distanciados axialmente sobre
el mismo y magnetizados, un estator, que proporciona una trayectoria
magnética entre los lados polares complementarios, y un
arrollamiento sobre el estator.
La invención se define a través de las
características de la reivindicación 1. La máquina unipolar de flujo
transversal según la invención tiene la ventaja de un tipo de
construcción extremadamente plano y de un arranque definido,
garantizado por los dos ramales del estator en una dirección
determinada.
Por medio de las medidas indicadas en las otras
reivindicaciones son posibles desarrollos ventajosos y mejoras de la
máquina unipolar de flujo transversal indicada en la reivindicación
1.
La invención se explica en detalle en la
siguiente descripción con la ayuda de un ejemplo de realización
representado en el dibujo. En este caso:
La figura 1 muestra una representación en
perspectiva de un motor unipolar de flujo transversal.
Las figura 2 muestra una sección a lo largo de la
línea II - II en la figura 1.
La figura 3 muestra un diagrama de la
alimentación de corriente del estator del motor.
El motor unipolar de flujo transversal
representado en el dibujo en diferentes vistas y secciones para una
máquina unipolar de flujo transversal presenta un estator 11 así
como un rotor 12 giratorio en el estator 11, que se asienta de forma
fija contra giro sobre un árbol de rotor 13.
El rotor 12 está constituido por dos anillos de
rotor 14, 15 ferromagnéticos coaxiales (figura 2), que se asientan
de forma fija contra giro sobre el árbol del rotor y que empotran
entre sí un anillo magnético permanente 16, que está magnetizado
unipolarmente en dirección axial, es decir, en la dirección del eje
del rotor o de la carcasa. En la figura 2 se indica con
N-S a modo de ejemplo la dirección de la
magnetización del anillo magnético permanente 16. Cada anillo del
rotor 14, 15 está dentado en su periferia exterior, alejada del
árbol del rotor 13, con división constante de los dientes, de manera
que los dientes 18, separados entre sí en cada caso por un hueco
entre dientes 17, de la serie de dientes resultante, tienen la misma
distancia del ángulo de giro entre sí. Los dientes 18 en el anillo
del rotor 14 y en el anillo del rotor 15 están alineados entre sí en
la dirección axial. Los anillos del rotor 14, 15 con los dientes 18
formados allí integralmente en una sola pieza están laminados y se
componen con preferencia por las mismas secciones estampadas de
chapa, que están adyacentes en la dirección axial.
El estator 11, dispuesto coaxialmente con
respecto al rotor 12, presenta yugos de estator 19 en forma de U con
dos brazos de yugo 191, 192 largados, unidos por medio de una
nervadura transversal 193, elementos de retorno 20 dispuestos entre
los yugos del estator 19, que poseen en el ejemplo de realización
una forma de U con dos brazos cortos 201, 202, unidos entre sí por
medio de una nervadura transversal 203, y un arrollamiento de
estator 21. Los yugos del estator 19 que forman los polos del
estator y los elementos de retorno 20 están laminados y están
compuestos por chapas estampadas agrupadas en paquetes de chapas,
siendo la anchura b_{ZS} de los yugos del estator 19 y la anchura
de los elementos de retorno 20, medidas en cada caso en el sentido
de giro, aproximadamente del mismo tamaño. En este caso, la relación
entre la anchura b_{ZR} de los dientes en el anillo del rotor 14,
15 y la anchura b_{ZS} de los yugos del estator 19 y los elementos
de retorno 20 (en cada caso, vistos en el sentido de giro) es mayor
que 1 y menor que 2, con preferencia se selecciona igual o menor que
1,5. Los yugos del estator 19 están fijados en la carcasa 10 con una
división que corresponde a la división de los dientes y están
dispuestos de tal forma que uno de los brazos del yugo 191 está
colocado opuesto a uno de los anillos del rotor 14 y el otro brazo
del yugo 192 está colocado opuesto al otro anillo del rotor 15 en
cada caso con una distancia radial de intersticio (figura 2). Entre
los yugos del estator 19 está dispuesto en cada caso un elemento de
retorno 20 a la distancia de la mitad de la división de los yugos
del estator 19, siendo admisible una cierta desviación, para
reducir, por ejemplo, el triplete de momentos. Los elementos de
retorno 20 están desplazados de nuevo entre sí en la medida de una
división del yugo. Los elementos de retorno 20 se extienden sobre
los dos anillos del rotor 14, 15 y están colocados con sus brazos
cortos 201, 202 frente a los anillos del rotor 14, 15 en cada caso
con una distancia de intersticio. La distancia de intersticio entre
los yugos del estator 19 y los anillos del rotor 14, 15, por una
parte, y entre los elementos de retención 20 y los anillos del rotor
14, 15, por otra parte, está dimensionada del mismo tamaño. Las
superficies frontales libre 194 de los brazos de yugo 191, 192 de
los yugos del estator 19 presentan al menos la misma anchura axial
que los anillos del rotor 14, 15 y sobresalen de una manera
preferida por uno o por los dos lados sobre estos últimos. Lo mismo
se aplica para los elementos de retorno 20, en los que de la misma
manera las superficies frontales libres 204 presentan al menos la
misma anchura axial que los anillos del rotor 14, 15 o sobresalen
por uno o por los dos lados sobre éstos.
El arrollamiento del estator 21 está constituido
por dos bobinas 22, 23 idénticas, aquí por ejemplo en forma de riñón
(figura 1) con dos lados de las bobinas 21, 222, y 231, 232,
respectivamente. Uno de los lados de las bobinas 221 y 231,
respectivamente, de cada bobina 22 y 23 se extiende coaxialmente al
eje del rotor o bien al árbol del rotor 13 y se extiende sobre un
grupo de yugos del estator 19 y de elementos de retorno 20
consecutivos en la dirección circunferencial, extendiéndose el lado
de la bobina 221 y 231, respectivamente, sobre el lado de los
elementos de retorno 20, que está alejado del árbol del rotor 13,
entre los brazos de yugo 191 y 192 de los yugos del estator 19. Cada
grupo presenta un número igual de yugos del estator 19 y de
elementos de retorno 20 consecutivos en la dirección
circunferencial, que comprende, en el ejemplo de realización, seis
yugos del estator 19 y seis elementos de retorno 20. En este caso,
el grupo superior, que está cubierto por el lado 221 de la bobina
22, está dispuesto desplazado 90º eléctricamente en la periferia con
respecto al grupo inferior, que está cubierto por el lado 231 de la
bobina 23, que está constituido, en total, en cada caso por doce
yugos de estator 19 y elementos de retorno 20. Esto se puede
reconocer en la figura 1 porque los elementos de retención 20 del
grupo inferior, que está cubierto por el lado de la bobina 231,
están alineados radialmente con los dientes 18 del rotor 12,
mientras que los elementos de retención 20 en el grupo superior, que
está cubierto por el lado de la bobina 221, están desplazados en la
dirección circunferencial con respecto a los dientes 18 del rotor
12. En el caso de un número de dientes de dieciséis y, por lo tanto,
de una división de los dientes de 22,5º, el desplazamiento de los
dos grupos de yugos del estator 19 y de elementos de retorno entre
sí corresponde a un ángulo circunferencial de 5,625º. El otro lado
221 y 232 de la bobina 22 y 23, respectivamente, se extiende sobre
el lado exterior de los yugos del estator 19, que está alejado del
árbol del rotor 13, sobre su nervadura transversal 193 de forma
igualmente coaxial al árbol del rotor 13 y tiene de la misma manera
que el lado de la bobina 221 y 231, respectivamente, una
configuración en forma de sección circular.
Para la realización del desplazamiento de 90º
eléctricamente de los dos grupos de yugos del estator 19 y de
elementos de retención 20 y para el alojamiento de cabezas de
arrollamiento de las bobinas 22, 23, el número de uno de los grupos
de yugos del estator 19 correspondiente es menor que el número
máximo posible de yugos del estator 19, que se obtiene a partir de
la división de los dientes o de la división del yugo. En el ejemplo
de realización de la figura 1, el rotor 12 tiene dieciséis dientes
18. El número máximo posible de los yugos del estator 19 es, por lo
tanto, igualmente dieciséis, de la misma manera que el número máximo
posible de los elementos de retención 20. En el ejemplo de
realización de la figura 1, en cambio, a cada bobina 22, 23
solamente están asociados seis yugos del estator 19 y seis elementos
de retención 20, que dan lugar conjuntamente, en total a doce polos
para cada bobina 22, 23, estando dispuestas las bobinas 22, 23 con
los polos respectivos diametralmente opuestos entre sí, para alojar
en los espacios libres de polos las cabezas de arrollamiento de las
bobinas 22, 23.
Las dos bobinas 22, 23, que representan en cada
caso una fase de arrollamiento o un ramal de arrollamiento de un
motor bifásico, excitado con imán permanente, son alimentadas con
impulsos de corriente bipolarmente, en función del ángulo de giro
del rotor 12, estando desfasados los impulsos de la corriente en las
bobinas 22, 23 por ejemplo, 90º entre sí. El patrón de alimentación
para las dos bobinas 22, 23 se representa en la figura 3 en función
del ángulo de giro \Theta del rotor 12. La distancia del ángulo de
giro entre las líneas verticales representadas es en cada caso
5,625º.
Claims (13)
1. Máquina unipolar de flujo transversal,
especialmente un motor unipolar de flujo transversal, con un rotor
(12) que se asienta fijo contra giro sobre un árbol de rotor (13),
que está compuesto, respectivamente, por dos anillos de rotor
ferromagnéticos (14, 15) coaxiales, que están dentados en su
periferia exterior, alejada del árbol del rotor (13), con división
dentada constante, y por un anillo de imán permanente (16)
magnetizado unipolar axialmente, empotrado axialmente entre los
anillos del rotor (14, 15) y con un estator (11) concéntrico al
árbol del rotor (13), que tiene yugos de estator (19) en forma de U,
que presentan brazos de yugo (191, 192) unidos entre sí por medio de
una nervadura transversal (193), cuyos yugos de estator están
fijados en una carcasa (10) con una división que corresponde a la
división de los dientes y están dispuestos de tal forma que uno de
los brazos del yugo (191) está colocado opuesto a uno de los anillos
del rotor (14) y el otro brazo del yugo (192) está colocado opuesto
al otro anillo del rotor (15), respectivamente, con distancia radial
de intersticio, y elementos de retorno (20), uno de los cuales está
dispuesto, respectivamente, entre yugos de estator (19) consecutivos
en el sentido de giro del rotor (12), se extiende axialmente sobre
ambos anillos del rotor (14, 15) y está colocado frente a éste con
distancia de intersticio radial así como posee un arrollamiento de
estator (21), caracterizada porque el arrollamiento del
estator (21) presenta dos bobinas (22, 23) con dos lados de bobinas
(221, 222 y 231, 232) respectivos, uno de cuyos lados de la bobina
(221 y 231) respectivo se extiende coaxialmente al árbol del rotor
(13), respectivamente, sobre un grupo de yugos del estator (19) y
elementos de retorno (20) consecutivos en la dirección
circunferencial a lo largo del lado de los elementos de retorno
(20), alejados del árbol del rotor, entre los brazos del yugo (191,
192), y porque el grupo, que está cubierto por el lado (221) de una
de las bobinas (22), está dispuesto desplazado espacialmente frente
al grupo que está cubierto por el lado (231) de la otra bobina (23)
90º eléctricamente en la periferia del estator.
2. Máquina según la reivindicación 1,
caracterizada porque el otro lado de la bobina (222 ó 232) de
las dos bobinas (22, 23) se extiende sobre el lado exterior, alejado
del árbol del rotor (13), de la nervadura transversal (193) de los
yugos del estator (19).
3. Máquina según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizada porque cada grupo presenta un número igual de
yugos dele stator (19) y de elementos de retorno (20) consecutivos
en la dirección circunferencial.
4. Máquina según una de las reivindicaciones 1 a
3, caracterizada porque el número de los yugos del estator
(19), que están cubiertos, en general, por uno de los lados (221,
231) de las dos bobinas (22, 23) es menor que el número máximo
posible de yugos del estator (19) que resultan a partir de la
división de los dientes o de los yugos.
5. Máquina según una de las reivindicaciones 1 a
4, caracterizada porque las dos bobinas (22, 23) son
alimentadas de impulsos de corriente bipolarmente en función del
ángulo de giro (\Theta) del rotor y porque los impulsos de
corriente están desfasados en las bobinas (22, 23), especialmente
90º entre sí.
6. Máquina según una de las reivindicaciones 1 a
5, caracterizada porque los yugos del estator (19) y los
elementos de retorno (20) así como los anillos del rotor (14, 15)
están laminados.
7. Máquina según una de las reivindicaciones 1 a
6, caracterizada porque los elementos de retorno (20) están
dispuestos desplazados con respecto a los yugos del estator (19)
especialmente en la medida de media división del yugo.
8. Máquina según una de las reivindicaciones 1 a
7, caracterizada porque la distancia del intersticio radial
entre los yugos del estator (19) y los anillos del rotor (14, 15),
por una parte, y entre los elementos de retorno (20) y los anillos
del rotor (14, 15), por otra parte, está dimensionada del mismo
tamaño.
9. Máquina según una de las reivindicaciones 1 a
8, caracterizada porque las superficies frontales libres
(194) de los brazos de los yugos (191, 192) de los yugos del estator
(19) presentan al menos la misma anchura axial que los anillos del
rotor (14, 15), con preferencia sobresalen por uno o por ambos lados
sobre estos últimos.
10. Máquina según una de las reivindicaciones 1 a
9, caracterizada porque la anchura de los yugos dele stator
(19) y la anchura de los elementos de retorno (20), medidas en cada
caso en el sentido de giro, son aproximadamente del mismo
tamaño.
11. Máquina según una de las reivindicaciones 1 a
10, caracterizada porque la relación de la anchura dentada
(b_{ZR}) de los dientes (18) en los anillos del rotor (14, 15) con
respecto a la anchura (b_{ZS}) de los yugos del estator (19) y los
elementos de retorno (20), vistas en cada caso en el sentido de
giro, es mayor que 1 y menor que 2, con preferencia se selecciona
igual o menos que 1,5.
12. Máquina según una de las reivindicaciones 1 a
11, caracterizada porque los elementos de retorno (20)
presentan forma de U con dos brazos cortos (201, 202) respectivos
opuestos radialmente al anillo del rotor (14, 15) y con una
nervadura transversal (203) que los une entre sí.
13. Máquina según la reivindicación 12,
caracterizada porque las superficies frontales libres (204)
de los brazos cortos (201, 202) de los elementos de retorno (20)
presentan al menos la misma anchura axial que los anillos del rotor
(14, 15), con preferencia sobresalen por uno o por los dos lados
sobre éstos.
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