ES2244675T3

ES2244675T3 - Maquina electrica.

Info

Publication number: ES2244675T3
Application number: ES01995608T
Authority: ES
Inventors: Oliver Gamm; Falko Winter; Alexander Shendi; Hans-Peter Groeter; Jerome Debard
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-02-13
Filing date: 2001-12-18
Publication date: 2005-12-16
Anticipated expiration: 2021-12-18
Also published as: WO2002065617A1; US20040119357A1; DE10106519A1; EP1362404B1; EP1362404A1; JP2004518400A; DE50107082D1; US6867530B2

Abstract

Máquina eléctrica, en especial un generador para un vehículo de motor, a) con una carcasa (4) y b) con un inducido (10) montado en la carcasa (4) giratoriamente alrededor de un eje de giro (12), que presenta, i) al menos un arrollamiento de inducido (14), ii) una multitud de polos de garras (17) dispuestos periféricamente, presentando polos de garras adyacentes (17) un solape axial de las garras LÜ y iii) imanes permanentes (28) con una longitud axial de imán LM, en donde en cada caso está dispuesto al menos un imán permanente (28) entre polos de garras (17) adyacentes y está magnetizado de tal modo, que se suprime un flujo de dispersión entre los polos de garras (17), c) con una relación entre longitud axial de imán LM y solape axial de las garras Ln de LM/LÜ 0, 81, en donde d) los polos de garras (7) se extienden axialmente entre una raíz de polo de garras (26) y una punta de polo de garras (27) y e) cada polo de garras (17) presenta en la raíz de polo de garras (26) una altura HW y en lapunta de polo de garras (27) una altura HS, caracterizada porque f) para la relación entre la altura HS en la punta de polo de garras (27) y la altura HW en la raíz de polo de garras (26) se aplica: HS/HW 0, 25.

Description

Máquina eléctrica.

La invención se refiere a una máquina eléctrica, en especial un generador para un vehículo de motor, conforme al preámbulo de la reivindicación 1.

Del documento FR 2 793 085 A se conocen generadores de polos de garras del género expuesto.

Del documento FR 2 786 625 A1 se conoce un generador de polos de garras con polos de garras que engranan unos en otros. Entre polos de garras dispuestos de forma adyacente se ha dispuesto en cada caso un imán permanente, cuya longitud axial del imán coincide con el solape axial de las garras.

Estos generadores de polos de garras conocidos tienen todavía, en los que concierne a sus grados de eficacia, un potencial de mejora.

Del documento EP 0 762 617 B1 se conoce igualmente un generador de polos de garras, en el que entre polos de garras adyacentes se han dispuesto imanes permanentes para reducir el flujo de dispersión. En el caso de una relación de la longitud de los imanes para solapar las garras de entre el 50% y el 80% el aumento de corriente, con relación al peso de los imanes, debe poseer un máximo. Esto se debe a una rápida caída de la inducción del campo de dispersión entre las garras en el caso de superarse la longitud indicada, de tal manera que ya no merece la pena una compensación del campo de dispersión mediante imanes permanentes. Este efecto, sin embargo, sólo se produce en polos de garras cuya altura sea relativamente pequeña en la punta.

La invención se ha impuesto la tarea de crear una máquina eléctrica, en especial un generador, con una mayor potencia.

La invención es resuelta mediante las particularidades de la parte características de la reivindicación 1. El núcleo de la invención consiste en llenar la región de solape entre polos de garras adyacentes, lo más completamente posible, con un imán permanente, en donde la altura de cada polo de garra en la punta del polo de garra no sea menor que una cuarta parte de la altura del polo de garra en la raíz del polo de garras. Conforma a otras configuraciones de la invención ha demostrado ser ventajoso equipar los polos de garras en sus puntos con una altura mínima.

De las reivindicaciones subordinadas se deducen otras configuraciones ventajosas de la invención.

Se obtienen particularidades y detalles adicionales de la invención de la descripción de un ejemplo de ejecución con base en el dibujo. Aquí muestran

la figura 1 una sección transversal de un generador con un inducido de polos de garras,

la figura 2 una sección transversal conforme a la línea de corte II-II en la figura 1,

la figura 3 una vista en planta sobre el inducido de polos de garras,

la figura 4 una sección transversal conforme a la línea de corte IV-IV en la figura 3,

la figura 5 un diagrama con el recorrido del aumento de corriente del generador y del recorrido del aumento de corriente por masa magnética, aplicado a la longitud normalizada del imán y

la figura 6 un diagrama, que representa la superficie de sección transversal normalizada de un polo de garras conforme ala invención en diferentes puntos.

Un generador 1 configurado como máquina eléctrica para vehículos de motor presenta una carcasa de fundición a presión 4 compuesta de dos mitades de carcasa 2, 3. La mitad de carcasa 2 está configurada como escudo de cojinete para un cojinete de accionamiento 5. La mitad de carcasa 3 está configurada como escudo de cojinete para un rodamiento de bolas 6. En la carcasa 4 se ha fijado centralmente un paquete de chapas de estator 7, que aloja de forma conocida un arrollamiento de estator 8 trifásico para generar una corriente alterna. El paquete de chapas de estator 7 presenta centralmente un taladro de estator 9 en el que está dispuesto un inducido de polos de garras 10 con un eje de inducido 11, estando montado este último en los cojinetes 5 y 6 de forma giratoria alrededor de un eje de giro 12. El eje de inducido 11 soporta en la región central un núcleo anular 13 magnéticamente conductor, sobre el que está dispuesto un arrollamiento excitador 14 configurado como arrollamiento de inducido. En la dirección axial delante y detrás del núcleo anular 13 se han fijado pletinas de polos de garras 15 y 16 sobre el eje de inducido 11, cuyos polos de garras 17 en forma de uña engranan unos en otros a cierta distancia para formar un campo alterno.

Para alimentar con corriente el arrollamiento excitador 14 se ha previsto en el extremo derecho en la figura 1 del eje de inducido 11 una disposición de anillos colectores 18, de la que cada anillo colector está unido eléctricamente a un extremo del arrollamiento excitador 14. Los anillos colectores cooperan de forma conocida con un dispositivo de escobillas de carbón no representado, en el que se ha integrado un regulador con el que se regula la corriente continua que circula en el arrollamiento excitador 14, de forma correspondiente a la necesidad en la red de a bordo del vehículo de motor. En los lados frontales exteriores de las pletinas de polos de garras 15 y 16 se ha fijado en cada caso un rodete de ventilador 19 que aspira, a través de rendijas 20 en la mitad de carcasa, axialmente una corriente de aire frío 21 y que descarga radialmente, pasando por la cabeza de arrollamiento trasera 22 del arrollamiento de estator 8, hacia fuera a través de rendijas radiales 23. El rodete de ventilador 19 dispuesto en el lado frontal izquierdo de la pletina de polos de garras 15 aspira una corriente de aire frío, axialmente a través de rendijas 20 en la mitad de carcasa 2, y descarga ésta hacia fuera a través de rendijas exteriores 23 pasando por la cabeza de arrollamiento delantera 24 del arrollamiento de estator 8. En la corriente de aire frío 21 aspirada axialmente por el rodete de ventilador derecho 19 en la figura 1 se encuentra, en el lado frontal exterior de la mitad de carcasa trasera 3, una unidad constructiva de rectificador 25 que está conectada de forma conocida por el lado de entrada a las salidas de arrollamiento del arrollamiento de estator 8 para rectificar la corriente alterna allí inducida. A la salida de la unidad constructiva de rectificador 25 debe tomarse de forma conocida la tensión continua necesaria para alimentar la red de abordo del vehículo de motor.

A continuación se describe el funcionamiento del generador 1. El modo de funcionamiento general de un generador de corriente alterna de la clase descrita se conoce desde hace tiempo. Mediante el llenado especialmente completo del espacio de solape 35 mediante un imán 28, es decir L_{M}/L_{\ddot{U}} \geq 0,81, puede conseguirse un aumento ulterior de potencia del generador mediante una compensación adicional del campo de dispersión. En la figura 5 se han aplicado sobre la longitud normalizada del imán L_{M}/L_{\ddot{U}} dos curvas características 36 y 37. La curva característica 37 muestra el aumento de la corriente de generador \DeltaI. Puede reconocerse que el aumento de la corriente de generador asciende permanentemente conforme aumenta el llenado del espacio de solape 35 mediante un imán 28. La curva característica 36 representa el crecimiento de la corriente de generador \DeltaI por cada masa total M del imán 28. Puede reconocerse que \DeltaI/M desciende permanentemente. Sin embargo, es esencial que el crecimiento de la corriente de generador siga ascendiendo, aunque descienda el crecimiento de la corriente de generador por masa del imán. Por ello es razonable llenar lo más completamente posible el espacio de solape 35. Las curvas características 36, 37 son válidas con la premisa de que para las superficies de sección transversal F_{S} y F_{W} y las alturas H_{S} y H_{W} se mantengan las relaciones antes indicadas. En la figura 6 se ha representado con más detalle una curva característica del dimensionado del polo de garra 17. Sobre el eje X se ha plasmado una determinada región de sección transversal del polo de garra 17 a una distancia X de la raíz 26, normalizada con el solape de garras L_{\ddot{U}}. Sobre el eje Y se ha plasmado la superficie de sección transversal A(X) del polo de garra 17 a una distancia X de la raíz 26, normalizada con la superficie F_{W}. Puede reconocerse que conforme aumenta la distancia X a la raíz 26 se reduce la superficie de sección transversal. Sin embargo, la reducción es más lenta que en el caso de los polos de garras conforme al estado de la técnica. Esto significa que la curva característica conforme a la figura 6 está situada por encima de las curvas características de otros polos de garras conforme al estado de la técnica.

Mediante un llenado completo del espacio de solape 35 con un aseguramiento simultáneo de picos 27 suficientemente elevados es de este modo posible un aumento de potencia del generador 1.

Claims

1. Máquina eléctrica, en especial un generador para un vehículo de motor,

a): con una carcasa (4) y

b): con un inducido (10) montado en la carcasa (4) giratoriamente alrededor de un eje de giro (12), que presenta,

i): al menos un arrollamiento de inducido (14),

ii): una multitud de polos de garras (17) dispuestos periféricamente, presentando polos de garras adyacentes (17) un solape axial de las garras L_{\ddot{U}} y

iii): imanes permanentes (28) con una longitud axial de imán L_{M}, en donde en cada caso está dispuesto al menos un imán permanente (28) entre polos de garras (17) adyacentes y está magnetizado de tal modo, que se suprime un flujo de dispersión entre los polos de garras (17),

c): con una relación entre longitud axial de imán L_{M} y solape axial de las garras L_{n} de L_{M}/L_{\ddot{U}} \geq 0,81, en donde

d): los polos de garras (7) se extienden axialmente entre una raíz de polo de garras (26) y una punta de polo de garras (27) y

e): cada polo de garras (17) presenta en la raíz de polo de garras (26) una altura H_{W} y en la punta de polo de garras (27) una altura H_{S}, caracterizada porque

f): para la relación entre la altura H_{S} en la punta de polo de garras (27) y la altura H_{W} en la raíz de polo de garras (26) se aplica: H_{S}/H_{W} \geq 0,25.

2. Máquina eléctrica conforme a la reivindicación 1, caracterizada porque para la relación entre la altura H_{S} en la punta de polo de garras (27) y la altura H_{W} en la raíz de polo de garras (26) se aplica: H_{S}/H_{W} \geq 0,3.

3. Máquina eléctrica conforme a la reivindicación 1, caracterizada porque para la relación entre la longitud del imán L_{M} y el solape de garras L_{M} se aplica: 0,81 \leq L_{M}/L_{\ddot{U}} \leq 1,1.

4. Máquina eléctrica conforme a la reivindicación 1, caracterizada porque un polo de garras (17) presenta en la raíz de polo de garras (26) una superficie de sección transversal F_{W} y en la punta de polo de garras (27) una superficie de sección transversal F_{S}.

5. Máquina eléctrica conforme a la reivindicación 4, caracterizada porque para la relación de la superficie de sección transversal F_{S} en la punta de polo de garras (27) y la superficie de sección transversal F_{W} en la raíz de polo de garras (26) se aplica: F_{S}/F_{W} \geq 0,04, en especial F_{S}/F_{W} \geq 0,08.

6. Máquina eléctrica conforme a la reivindicación 1, caracterizada porque para la altura H_{S} del polo de garras (17) en la punta de polo de garras (27) se aplica: H_{S} \geq 4 mm, en especial H_{S} \geq 7 mm.

7. Máquina eléctrica conforme a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque cada imán permanente (28) está dispuesto casi axialmente en el centro de un espacio de solape (35) entre polos de garras (17) adyacentes.

8. Máquina eléctrica conforme a la reivindicación 3, caracterizada porque para la relación entre la longitud del imán L_{M} y el solape de garras L_{\ddot{U}} se aplica: 0,9 \leq L_{M}/L_{\ddot{U}} \leq 1,0.