ES2317169T3 - Rotor para motor electrico y motor electrico correspondiente. - Google Patents
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Abstract
Rotor para motor eléctrico, del tipo que comprende varios elementos de arrastre magnéticos (17), distribuidos alrededor del (A) de rotación del rotor, definiendo cada elemento de arrastre magnético (17) un polo magnético del rotor y teniendo un eje magnético sensiblemente radial, comprendiendo cada elemento magnético de arrastre, al menos, un imán permanente (18), comprendiendo, al menos, uno de los elementos magnéticos de arrastre (17) una pluralidad de imanes permanentes (18) distintos, estando separados entre sí los imanes (18) del o de cada uno de los elementos magnéticos de arrastre (17) según, al menos, una superficie de separación sensiblemente paralela al eje magnético del o de cada uno de los elementos magnéticos de arrastre (17), y estando interpuesto un aislante eléctrico (55) entre los imanes (18) del o de cada uno de los elementos magnéticos de arrastre (17) según la o cada una de las superficies de separación, caracterizado porque comprende: - un cubo (11) dotado con una cavidad (21) para su montaje sobre un árbol (9); - una llanta (13), que rodea al cubo (11); - un ensamblaje en forma de láminas (15), que rodea a la llanta (13), y que está fijado sobre la misma, comprendiendo el ensamblaje en forma de láminas (15) discos anulares (29) conductores del campo magnético, que están apilados en la dirección axial; y porque: - los elementos magnéticos de arrastre (17) están distribuidos sobre la periferia exterior del ensamblaje en forma de láminas (15); y - la llanta (13) es maciza y está constituida por un metal conductor del campo magnético o por una aleación conductora del campo magnético, para permitir el paso a través de la llanta (13) de un flujo magnético, que circulan entre los elementos magnéticos de arrastre (17) durante el funcionamiento de un motor eléctrico equipado con el rotor.
Description
Rotor para motor eléctrico y motor eléctrico
correspondiente.
La presente invención se refiere a un rotor para
motor eléctrico, del tipo que comprende varios elementos de
arrastre magnéticos distribuidos alrededor del eje de rotación del
rotor, definiendo cada elemento de arrastre magnético un polo
magnético del rotor, que tiene un eje magnético sensiblemente
radial, y que comprende, al menos, un imán permanente.
Los rotores de motores eléctricos con imanes
permanentes, comprenden imanes permanentes que están distribuidos
sobre sus periferias, constituyendo cada imán permanente un polo
magnético del rotor.
Durante el funcionamiento, la materia del rotor
es atravesada por flujos magnéticos, que circulan entre los imanes
permanentes. Estos flujos magnéticos tienen como origen los imanes
permanentes propiamente dichos y un campo magnético inducido por el
estator del motor eléctrico.
Como consecuencia de los flujos magnéticos, que
circulan a través del rotor, pueden sobrevenir pérdidas eléctricas,
principalmente por circulación de corrientes inducidas a través del
rotor y por efecto Joule.
Para limitar la formación de corrientes en
dirección axial a través del rotor, es posible preveer, por ejemplo
como en el documento EP 1 239 569, un rotor constituido por un
ensamblaje en forma de láminas, que está compuesto por discos
conductores de campo magnético intercalados con discos aislantes
desde el punto de vista electromagnético, y fijar los imanes sobre
la periferia de este ensamblaje. El ensamblaje está dispuesto
directamente sobre un árbol.
Sin embargo, los ensamblajes en forma de láminas
son de realización costosa. Esto es mucho más verdadero en el caso
de los rotores de elevada potencia, que presentan diámetros
importantes.
Se han realizado esfuerzos para concebir rotores
que puedan ser, a la vez, ligeros, rígidos y con bajos costes de
fabricación.
El documento EP 0 854 558 describe un rotor, que
comprende un elemento cilíndrico poroso, que hace las veces de
cubo, alrededor del cual está dispuesto un ensamblaje en forma de
láminas, sobre cuya periferia están dispuestos imanes permanentes.
El elemento poroso cilíndrico está realizado con resina cargada con
polvo de hierro. En una variante, el elemento poroso cilíndrico
está realizado con una estructura de nido de abeja metálica o de
resina.
El documento EP 1 050 946 describe un rotor para
un motor eléctrico compuesto, que comprende un cubo de acero
rodeado por un elemento anular, que está constituido por resina, que
está rodeado, a su vez, por una banda de acero no ferromagnética.
Un ensamblaje en forma de láminas rodea la banda de acero no
ferromagnética y porta en su periferia imanes.
Sin embargo, estos rotores no son completamente
satisfactorios cuando se relacionan el peso y su coste de
fabricación con las limitaciones de las pérdidas electromagnéticas
que permiten.
Se conoce por la publicación JP 11255 833 un
rotor según el preámbulo de la reivindicación 1.
Un objeto de la presente invención consiste en
proporcionar un roto para motor eléctrico, que permita disminuir
las pérdidas electromagnéticas.
Con esta finalidad, la presente invención
propone un rotor para motor eléctrico según la reivindicación 1.
De conformidad con modos de realización
particulares, el rotor comprende una o varias de las características
siguientes, tomadas aisladamente o según cualquiera de las
combinaciones técnicas posibles:
- \bullet
- el aislamiento recubre todas las caras de cada imán;
- \bullet
- el o cada uno de los elementos magnéticos de arrastre presenta, al menos, un plano de separación paralelo al eje del rotor;
- \bullet
- el o cada uno de los elementos magnéticos de arrastre presenta, al menos, un plano de separación perpendicular al eje del rotor;
- \bullet
- el cubo es macizo y está constituido por un metal conductor del campo magnético o por una aleación conductora del campo magnético;
- \bullet
- la llanta está realizada en una sola pieza con el cubo;
- \bullet
- la llanta y/o el cubo están constituidos por hierro o por acero conductor del campo magnético;
- \bullet
- los elementos magnéticos de arrastre son imanes permanentes;
- \bullet
- la llanta es más larga en la dirección axial que el cubo, de tal manera, que el rotor presenta en, al menos, una de sus extremidades axiales una cavidad central delimitada, en la dirección radial, por la llanta y delimitada, en la dirección axial, por el cubo;
- \bullet
- el cubo comprende una porción central, tubular, y un disco radial, que une en la dirección radial la porción central tubular con la llanta;
- \bullet
- la porción central tubular es más larga, en la dirección axial, que el disco radial;
- \bullet
- el ensamblaje en forma de láminas presenta un espesor radial comprendido entre 2 y 100 mm, preferentemente comprendido entre 5 y 50 mm;
- \bullet
- la relación entre el espesor radial del ensamblaje en forma de láminas y el espesor radial de la llanta está comprendida entre 0,2 y 5;
- \bullet
- la relación entre el espesor radial del ensamblaje en forma de láminas y el espesor radial de la llanta está comprendida entre 0,25 y 1;
- \bullet
- los espesores del ensamblaje en forma de láminas y de la llanta se eligen de tal manera, que el campo magnético, inducido por las harmónicas, circula a través del ensamblaje en forma de láminas y, que el campo magnético inducido por la fundamental, circula a través de la llanta y a través del ensamblaje en forma de láminas; y
- \bullet
- el ensamblaje en forma de láminas comprende primeros discos anulares conductores del campo magnético, alternados con segundos discos anulares, constituidos por material que es un aislante electromagnético.
La invención se refiere, así mismo, a un motor
eléctrico, que comprende un estator y un rotor como los que han
sido definidos precedentemente.
En un modo de realización, el rotor y el estator
están alojados en un cárter, siendo solidario el estator con el
cárter, siendo solidario el rotor con un árbol, comprendiendo el
motor cojinetes de guía en rotación que están dispuestos entre el
cárter y el árbol, estando alojado al menos un cojinete, al menos en
parte, en una cavidad del rotor.
La invención se comprenderá mejor por la lectura
de la descripción que sigue, dada únicamente a título de ejemplo, y
hecha haciéndose referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
\bullet la figura 1 es una vista en sección
axial de un motor eléctrico con imanes permanentes, que comprende un
rotor de conformidad con la invención;
\bullet la figura 2 es una vista en sección
según II-II del rotor de la figura 1;
\bullet la figura 3 es análoga a la de la
figura 1 e ilustra un rotor solo, según una variante de la
invención;
\bullet la figura 4 es una vista en
perspectiva de un elemento de arrastre magnético; y
\bullet las figuras 5 y 6 son vistas
esquemáticas en planta desde arriba que ilustran circulaciones de
corrientes de Foucault en un elemento de arrastre magnético durante
el funcionamiento del motor eléctrico.
Tal como se ha representado en la figura 1, un
motor eléctrico 1 comprende un estator 3 solidario con un cárter 5
y un rotor 7 solidario con un árbol 9.
El rotor 7 comprende un cubo 11, una llanta 13
que rodea al cubo 11 y que está fijada sobre la periferia del cubo
11, un ensamblaje en forma de láminas 15 tubular cilíndrico que
rodea a la llanta 13 y que está fijado sobre la llanta 13, y
elementos magnéticos de arrastre 17, que están distribuidos sobre la
periferia exterior del ensamblaje en forma de láminas 15.
El cubo 11 comprende una porción central 19,
tubular, que está dotada con una cavidad 21, en la que está alojado
el árbol 9. El cubo 11 y el árbol 9 son solidarios en rotación con
ayuda de medios de arrastre, que no han sido representados, tales
como, por ejemplo, acanaladuras. El cubo 11 comprende un disco
radial 23, anular, que rodea a la porción central 19 y que se
extiende, en la dirección radial, entre la porción central 19 y la
llanta 13. La porción central 19 es más larga, en la dirección
axial, que el disco radial 23.
La llanta 13 es tubular y cilíndrica y presenta
una superficie interior 25 y una superficie exterior 27
cilíndrica.
La llanta 13 es más larga, en dirección axial,
que el disco radial 23 y que la porción central 19. La llanta 13
está unida, como consecuencia, con el cubo 11 únicamente a través de
un segmento limitado en la dirección axial de la superficie
interior 25 de la llanta 13.
La llanta 13 está centrada, por ejemplo, en
dirección axial con relación al cubo 11.
De este modo, en cada extremidad axial del rotor
7 están formadas cavidades 26. Las cavidades 26 están delimitadas
en la dirección radial por la superficie interior 25 de la llanta 13
y, en la dirección axial, por el cubo 11.
El ensamblaje en forma de láminas 15 está
compuesto por discos anulares 29, 31, que están apilados en la
dirección axial. El ensamblaje en forma de láminas 15 comprende
primeros discos 29 conductores del campo magnético, que están
alternados con segundos discos 31, que están constituidos por un
material que es un aislante electromagnético.
El ensamblaje en forma de láminas 15 está
dispuesto alrededor de la llanta 13, ensartado sobre su superficie
exterior 27.
De manera preferente, al menos los primeros
discos 29 están en contacto a través de sus bordes interiores con
la superficie exterior 27 de la llanta 13, con el fin de realizar
una continuidad magnética entre estos discos 29 y la llanta 13.
Se han practicado, por ejemplo, muescas axiales
sobre la superficie exterior del ensamblaje en forma de láminas 15,
opuesta a la llanta 13 para disponer en las mismas los elementos
magnéticos de arrastre 17.
Como se ha ilustrado en la figura 2, los
elementos magnéticos de arrastre 17 están, por ejemplo, espaciados
en la dirección circunferencial de manera regular y tienen ejes
magnéticos radiales y polaridades alternadas cuando se recorre la
circunferencia del rotor 7. Cada elemento magnético de arrastre 17
forma un polo magnético del rotor 7, es decir una región de
concentración de las líneas del campo magnético.
El rotor 7 comprende, por ejemplo, seis
elementos magnéticos de arrastre 17, que están distribuidos a 60º
alrededor del eje de rotación del rotor.
Cada elemento magnético de arrastre 17 comprende
varios imanes permanentes 18, como se describirá con mayor detalle
a continuación.
Haciendo referencia de nuevo a la figura 1, el
ensamblaje en forma de láminas 15 está retenido en la dirección
axial sobre la llanta 13 por medio de collarines 33, que se
extienden en la dirección radial hacia el exterior, a partir de las
extremidades axiales de la llanta 13. Los collarines 33 pueden estar
unidos sobre la llanta 13 o pueden estar formados de una sola pieza
con la llanta 13 y pueden estar realizados, por ejemplo, de
aleación.
La llanta 13 es maciza y está constituida,
exclusivamente, por un metal conductor del campo magnético o por
una aleación conductora del campo magnético, en particular
ferromagnética.
Una aleación metálica designa, en este caso, un
producto metálico obtenido por incorporación de uno o varios
elementos a un metal.
Un metal adecuado es el hierro, que presenta una
permeabilidad y una saturación magnéticas excelentes. Una aleación
metálica es, por ejemplo, una aleación ferrosa y, en particular, un
acero, preferentemente un acero dulce. Las clases posibles de acero
son las clases C22 hasta C60 según la norma EN10083.
En general, el acero presenta una permeabilidad
y una saturación magnéticas menores que las del hierro, pero
presenta propiedades mecánicas de resistencia más elevadas.
De manera ventajosa, el cubo 11 también es
macizo y está constituido, exclusivamente, por un metal conductor
del campo magnético o por una aleación conductora del campo
magnético, en particular ferromagnética.
Para limitar los costes de fabricación del rotor
7, al mismo tiempo que se aumente su solidez, la porción central
19, el disco radial 23 y la llanta 13 se realizan en una sola
operación, en una sola pieza.
De igual modo, los primeros discos 29 del
ensamblaje en forma de láminas 15 están constituidos, por ejemplo,
por un metal conductor del campo magnético o por una aleación
conductora del campo magnético, en particular ferromagnética,
idéntica o diferente al de la llanta 13 y/o del rotor 7.
La relación entre el espesor radial del
ensamblaje en forma de láminas 15 y el espesor radial de la llanta
13 está comprendida, por ejemplo, entre 0,1 y 5, de manera
preferente entre 0,25 y 1.
El espesor radial del ensamblaje en forma de
láminas 15 está comprendido, por ejemplo, entre 2 y 100 mm, de
manera preferente entre 5 y 50 mm.
El estator 3 rodea al rotor 7. El estator 3
comprende un ensamblaje en forma de láminas 35 similar al ensamblaje
en forma de láminas 15 del rotor 7 pero que presenta un diámetro
interno mayor que el diámetro externo del rotor 7. El estator 3
comprende bobinados 37 que se extienden en la dirección axial en su
ensamblaje en forma de láminas 35 a través de pasajes axiales
39.
Los bobinados 37 están conectados, de forma no
representada, con medios de alimentación eléctrica.
El espacio anular, que está situado, en la
dirección radial, entre el ensamblaje en forma de láminas 15 del
rotor 7 y el ensamblaje en forma de láminas 35 del estator 3,
constituye el entrehierro 40 del motor 1.
El cárter 5 comprende una cubierta 41 tubular y
cilíndrica, que rodea al estator 3. El estator 3 está fijado sobre
la superficie interior de la cubierta 41.
El cárter 5 está cerrado en la dirección axial
en sus extremidades por intermedio de dos bridas 43 anulares, que
son sensiblemente simétricas con relación al plano radial meridiano
del motor eléctrico 1.
Cada brida 43 comprende una corona 45 externa,
anular, radial y una porción interna anular 47, troncocónica, que
se extiende a partir de la zona de menor diámetro de la corona 45 en
dirección radial hacia el interior, y en dirección axial hacia el
interior del cárter 5.
La porción interior 47 de cada brida 43
converge, como consecuencia, en el sentido dirigido hacia la otra
brida 43, hacia el interior del cárter 5.
De una manera más precisa, la porción interior
47 de cada brida 43 retorna en la dirección axial en el sentido
dirigido hacia el rotor 7 con el fin de que éste sobresalga
parcialmente en la cavidad 26 correspondiente.
La porción interior 47 presenta, al nivel de su
zona de menor diámetro, un talón 49 anular, que rodea al árbol 9.
Se han dispuesto cojinetes 51 de guía en rotación en la dirección
radial entre el talón 49 de cada una de las bridas 43 y el árbol
9.
Se han dispuesto medios de estanqueidad, por
ejemplo, juntas anulares 53 en la dirección radial entre cada talón
49 y el árbol 9, en la dirección axial de cada lado del cojinete 51
correspondiente. Las juntas 53 aseguran la estanqueidad entre el
cárter 5 y el árbol 9 con objeto de evitar la contaminación del
interior del cárter 5.
Los cojinetes 51 y los medios de estanqueidad
53, que están portados por el talón 49, están alojados en parte en
las cavidades 26 correspondientes. La presencia de las cavidades 26
permite, de este modo, limitar el tamaño axial del motor eléctrico
1 en su conjunto.
Durante el funcionamiento, los bobinados 37 son
alimentados con energía eléctrica con una señal eléctrica de
excitación, que presenta un perfil determinado, por ejemplo un
perfil periódico del tipo sinusoidal o cuadrado.
Los bobinados 37 crean un campo electromagnético
de excitación variable en el interior del estator 3. Los elementos
magnéticos de arrastre 17, que están sometidos a este campo
electromagnético de excitación, sufren esfuerzos que están
dirigidos en dirección circunferencial. Como consecuencia, el rotor
7 es arrastrado en rotación alrededor del eje del árbol 9.
En el motor 1 circula un flujo magnético desde
el estator 3 hacia los elementos magnéticos de arrastre 17 a través
del entrehierro 40, a continuación entre los elementos magnéticos de
arrastre 17 a través de los primeros discos 29 de ensamblaje en
forma de láminas 15 y la llanta 13 (como se ha ilustrado por medio
de las flechas F1 en la figura 2), a continuación retorna hacia el
estator 3 por el entrehierro 40. El flujo magnético circula en el
estator (como se ha ilustrado por medio de las flechas F2 en la
figura 2) antes de retornar hacia el rotor 7.
En el rotor 7 tienden a formarse corrientes
eléctricas, del tipo de las corrientes de Foucault, debido al
desplazamiento de éste en el campo electromagnético.
Estas corrientes eléctricas se desplazan,
principalmente, en la dirección axial a través del rotor 7. La
presencia del ensamblaje en forma de láminas 15 permite evitar la
formación de tales corrientes eléctricas y limita, como
consecuencia, las pérdidas electromagnéticas, en particular las
pérdidas por efecto Joule.
La señal de excitación periódica puede ser
descompuesta, en función de su forma, en una pluralidad de señales
sinusoidales, que comprende una señal fundamental de mayor amplitud
y de frecuencia más baja y señales harmónicas de menor amplitud y
con frecuencias correspondientes a múltiplos de la frecuencia de la
señal fundamental.
El campo electromagnético, inducido en el rotor
7, puede ser descompuesto de la misma manera, en un campo
electromagnético inducido por la señal fundamental y en campos
magnéticos, inducidos por las señales harmóni-
cas.
cas.
El campo electromagnético, inducido por la señal
fundamental, permite, principalmente, el arrastre en rotación del
rotor 7.
Los campos electromagnéticos, inducidos por las
señales harmónicas, son, principalmente, el origen de las pérdidas
electromagnéticas.
La profundidad de penetración radial de los
campos electromagnéticos inducidos por cada señal fundamental o
harmónica es, por otra parte, inversamente proporcional a la
frecuencia de éstos.
Los campos electromagnéticos, inducidos por las
señales harmónicas, tienen, como consecuencia, una profundidad de
penetración en el espesor radial del rotor 7 menor que la del campo
electromagnético, inducido por la señal fundamental.
El espesor radial del ensamblaje en forma de
láminas 15 se elige de tal modo, que durante el funcionamiento, su
espesor sea mayor que la profundidad de penetración de los campos
electromagnéticos, inducidos por las señales harmónicas.
El espesor radial de la llanta 13 se toma de tal
manera, que el espesor radial del ensamblaje en forma de láminas 15
más el de la llanta 13, sea mayor que la profundidad máxima de
penetración del campo electromagnético, inducido por la señal
fundamental.
De este modo, el ensamblaje 15 y la llanta 13
permiten la circulación del flujo magnético del campo
electromagnético, inducido por la señal fundamental, en dirección
circunferencial entre los elementos magnéticos de arrastre 17. El
ensamblaje en forma de láminas 15 asegura el paso del flujo
magnético de los campos electromagnéticos, inducidos por las
señales harmónicas, en dirección circunferencial entre los elementos
magnéticos de arrastre 17 al mismo tiempo que impide la propagación
en la dirección axial de corrientes eléctricas resultantes de los
campos electromagnéticos inducidos por las señales harmónicas. Esto
permite limitar las pérdidas electromagnéticas debidas a las
señales harmónicas.
Por ejemplo, en una señal periódica en forma de
almena, la frecuencia fundamental es igual a la de la señal en
forma de almena y la primera frecuencia harmónica es cinco veces
mayor que la frecuencia fundamental. Como consecuencia, la
profundidad de penetración del campo electromagnético, inducido por
la señal fundamental, es cinco veces mayor que la profundidad de
penetración del campo electromagnético, inducido por la primera
señal harmónica.
Por lo tanto, es posible, en este caso, prever
un ensamblaje en forma de láminas 15 que presente un espesor radial
cuatro veces menor que la de la llanta 13. De forma general, la
limitación del espesor radial del ensamblaje en forma de láminas 15
permite limitar el coste de fabricación del rotor 7.
La llanta 13 maciza, es decir plena y
desprovista de porosidades, y que se ha realizado por completo de
metal o de aleación metálica conductora del campo, presenta una
permeabilidad magnética y una saturación magnética elevadas, en
contra de lo que ocurre en el caso de los materiales porosos o con
una resina, incluso cargada con partículas de hierro. Esto permite
buclear el circuito del flujo magnético en el rotor 7, con lo que se
limita la resistencia al paso del flujo magnético a través del
rotor 7, y permite obtener un motor eléctrico que presente
prestaciones mejoradas, principalmente en términos de velocidad de
rotación máxima y de par transmisible al árbol 9.
La llanta 13 maciza es, además, resistente y su
fabricación que da facilitada, en contra de lo que ocurre, por
ejemplo, en el caso de un material en forma de nido de abejas.
Puesto que la llanta 13 es sensiblemente tubular
y está unida con el cubo 11 solamente a través de una región axial,
limitada, de su superficie interna, el rotor 7 es ligero al mismo
tiempo que resistente, y que permite la circulación de los flujos
magnéticos.
El motor eléctrico 1 puede ser utilizado en
aplicaciones que necesiten pares muy importantes, por ejemplo, el
motor eléctrico 1 es empleado para el arrastre de vehículos
ferroviarios tales como trenes o tranvías.
Como puede verse en la figura 2, cada elemento
magnético de arrastre 17 está segmentado y comprende una pluralidad
de imanes permanentes 18, por ejemplo cuatro, adyacentes y separados
entre sí por un aislante eléctrico 55, que impide la circulación de
una corriente eléctrica entre los imanes 18 contiguos.
De una manera más precisa, los imanes 18 de cada
elemento 17 están alojados según el eje de rotación del rotor 7 y
están dispuestos de manera adyacente según la circunferencia del
rotor 7. Los imanes 18 de cada elemento 17 están separados entre sí
según planos axiales, es decir planos paralelos al eje A y que pasan
por el eje A.
El aislante 55 está dispuesto entre los imanes
18 de cada elemento 17 en forma de películas que se extienden según
los planos de separación.
Los imanes 18 de cada elemento 17 tienen ejes
magnéticos sensiblemente radiales y con la misma polaridad. Cada
elemento 17 tiene, por lo tanto, un eje magnético resultante radial
y con la misma polaridad que los imanes 18 que lo constituye.
El aislante 55 está interpuesto según los planos
axiales de separación de los imanes 18, es decir de los planos
paralelos a los ejes magnéticos de los imanes 18. De una manera más
precisa, el aislante 55 reviste cada imán 18 y recubre todas las
caras de cada imán 18, principalmente sus caras dirigidas en
dirección radial hacia el interior y hacia el exterior.
Durante el funcionamiento, el flujo magnético
(flechas F1 y F2) atraviesa los imanes 18 en dirección radial,
según su eje magnético. En los propios imanes 18 tienden a formarse
corriente eléctricas inducidas, en dirección axial y en dirección
circunferencial al eje A.
El aislante 55 tiene un espesor pequeño (por
ejemplo 20 micras), con relación, principalmente, al espesor de un
entrehierro (por ejemplo 5 mm) o de los imanes 18 (por ejemplo 10
mm), de forma que el aislante 55 no impide la circulación del flujo
magnético.
Por el contrario, el aislante 55 se opone, por
naturaleza, a la circulación de las corrientes inducidas en
dirección circunferencial al eje A entre los imanes 18 de un mismo
elemento 17.
Como consecuencia, las pérdidas
electromagnéticas por efecto Joule en el rotor quedan disminuidas al
nivel de los imanes 18.
En el modo de realización de la figura 3, un
rotor 7 porta elementos magnéticos de arrastre 17, estando
segmentado cada elemento 17 según planos radiales de separación,
que son perpendiculares al eje A, y que comprenden varios imanes 18
que están alineados en la dirección axial, estando separados por el
aislante 55, que se presenta en forma de películas que se extienden
según los planos radiales de separación.
Tal como se ha ilustrado en esta figura 3, los
elementos magnéticos de arrastre 17 están dispuestos sobre un rotor
7, que está constituido por un ensamblaje en forma de láminas 15.
Los elementos magnéticos de arrastre 17 están dispuestos, como
variante, sobre el rotor 7 de la figura 1, y de forma más general
sobre cualquier tipo de rotor 7.
Como variante, y tal como se ha ilustrado en la
figura 4, un elemento 17 está segmentado según planos de separación
axiales y según planos de separación radiales.
Como variante, la separación entre los imanes 18
se efectúa según una o varias superficies inclinadas.
De una manera más general, el elemento 17 está
segmentado según una o varias superficies de separación paralelas
al eje magnético del elemento 17, siendo paralelas o no entre sí las
superficies.
En una primera aproximación, cuanto más
segmentado esté un elemento 17 tanto más quedarán disminuidas las
pérdidas electromagnéticos. Una segmentación grosera permite ya una
disminución importante, como se ha explicado con relación a las
figuras 5 y 6.
En la figura 5, un bucle 57 ilustra una
circulación de corrientes inducidas en un elemento magnético de
arrastre 58, que está constituido por un imán permanente 59
monobloque, cuyo eje magnético es perpendicular al plano de la
figura 5.
En la figura 6, un elemento magnético de
arrastre 17, con las mismas dimensiones que el de la figura 5, está
constituido por varios imanes 18, separados según planos de
separación perpendiculares al plano de la figura 6, extendiéndose
un aislante eléctrico 55 según estos planos de separación.
Las corrientes inducidas durante el
funcionamiento se propagan según bucles 65 en cada uno de los imanes
18.
La suma de las longitudes de los bucles 65 de la
figura 6 es mayor que la longitud del único bucle 57 de la figura
5. Las corrientes inducidas encuentran, por lo tanto, una mayor
resistencia a su circulación en el elemento 17 de la figura 6 y,
como resultado, las corrientes inducidas se forman de una manera más
difícil en el elemento 17. Como consecuencia para un mismo flujo
magnético, que atraviese los elementos 17 y 58, las corrientes
inducidas y las pérdidas por efecto Joule serán menos importantes en
el elemento 17 que en el elemento 58.
En aquellas aplicaciones, que necesiten un motor
eléctrico de gran potencia, con un rotor de tamaño importante, la
segmentación de los elementos magnéticos de arrastre permite, así
mismo, utilizar imanes permanentes de pequeñas dimensiones, que son
de fabricación menos costosa.
Se observará que el rotor 7 de la figura 1
presenta cualidades intrínsecas de limitación de las pérdidas
electromagnéticas, de resistencia, de coste de fabricación y de
bajo peso, incluso cuando porte elementos magnéticos de arrastre
encontrándose cada uno de ellos en forma de un imán permanente
monobloque o incluso de un bobinado.
De una manera más general, la invención tiene
así mismo por objeto un rotor que comprende un cubo dotado con una
cavidad para su montaje sobre un árbol, una llanta que rodea al
cubo, un ensamblaje en forma de láminas que rodea a la llanta y que
está fijado sobre la misma, comprendiendo el ensamblaje en forma de
láminas discos anulares, apilados, conductores del campo magnético,
estando distribuidos los elementos magnéticos de arrastre sobre la
periferia externa del ensamblaje en forma de láminas, y siendo
maciza la llanta y estando constituida por un material o por una
aleación metálica conductora del campo magnético, para permitir el
paso a través de la llanta de un flujo magnético, que circula entre
los elementos magnéticos de arrastre durante el funcionamiento de
un motor eléctrico, equipado con el rotor.
Los elementos magnéticos 17 están distribuidos
sobre la periferia externa del ensamblaje 15. Éstos están formados
por imanes espaciados de manera regular, por ejemplo en la dirección
circunferencial, y que presenta polaridades alternadas. No es
necesario que, al menos, uno de los elementos magnéticos de arrastre
comprenda una pluralidad de imanes permanentes distintos, estando
separados entre sí los imanes del o de cada uno de los elementos
magnéticos de arrastre, según, al menos, una superficie de
separación sensiblemente paralela al eje magnético del o de cada
uno de los elementos magnéticos de arrastre, y un aislante eléctrico
interpuesto entre los imanes del o de cada uno de los elementos
magnéticos de arrastre según la o cada una de las superficies de
separación.
Claims (18)
1. Rotor para motor eléctrico, del tipo que
comprende varios elementos de arrastre magnéticos (17), distribuidos
alrededor del (A) de rotación del rotor, definiendo cada elemento
de arrastre magnético (17) un polo magnético del rotor y teniendo
un eje magnético sensiblemente radial, comprendiendo cada elemento
magnético de arrastre, al menos, un imán permanente (18),
comprendiendo, al menos, uno de los elementos
magnéticos de arrastre (17) una pluralidad de imanes permanentes
(18) distintos, estando separados entre sí los imanes (18) del o de
cada uno de los elementos magnéticos de arrastre (17) según, al
menos, una superficie de separación sensiblemente paralela al eje
magnético del o de cada uno de los elementos magnéticos de arrastre
(17), y estando interpuesto un aislante eléctrico (55) entre los
imanes (18) del o de cada uno de los elementos magnéticos de
arrastre (17) según la o cada una de las superficies de
separación,
caracterizado porque comprende:
- -
- un cubo (11) dotado con una cavidad (21) para su montaje sobre un árbol (9);
- -
- una llanta (13), que rodea al cubo (11);
- -
- un ensamblaje en forma de láminas (15), que rodea a la llanta (13), y que está fijado sobre la misma, comprendiendo el ensamblaje en forma de láminas (15) discos anulares (29) conductores del campo magnético, que están apilados en la dirección axial; y porque:
- -
- los elementos magnéticos de arrastre (17) están distribuidos sobre la periferia exterior del ensamblaje en forma de láminas (15); y
- -
- la llanta (13) es maciza y está constituida por un metal conductor del campo magnético o por una aleación conductora del campo magnético, para permitir el paso a través de la llanta (13) de un flujo magnético, que circulan entre los elementos magnéticos de arrastre (17) durante el funcionamiento de un motor eléctrico equipado con el rotor.
2. Rotor según la reivindicación 1,
caracterizado porque el aislante (55) recubre todas las caras
de cada imán (18).
3. Rotor según la reivindicación 1 o 2,
caracterizado porque el o cada uno de los elementos
magnéticos de arrastre (17) presenta, al menos, un plano de
separación paralelo al eje (A) del rotor.
4. Rotor según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el o cada
uno de los elementos magnéticos de arrastre (17) presenta, al
menos, un plano de separación perpendicular al eje (A) del
rotor.
5. Rotor según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el cubo
(11) es macizo y está constituido por un metal conductor del campo
magnético o por una aleación conductora del campo magnético.
6. Rotor según la reivindicación 5,
caracterizado porque la llanta (13) constituye una sola pieza
con el cubo (11).
7. Rotor según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la llanta
(13) y/o el cubo (11) están constituidos por hierro o por acero
conductor del campo magnético.
8. Rotor según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los
elementos magnéticos de arrastre (17) son imanes permanentes.
9. Rotor según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la llanta
(13) es más larga en la dirección axial que el cubo (11), de manera
que el rotor presenta, al menos, en una de sus extremidades axiales
una cavidad central (26), que está delimitada en la dirección radial
por la llanta (13) y en la dirección axial por el cubo (11).
10. Rotor según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el cubo
(11) comprende una porción central tubular (19) y un disco radial
(23) que une, en la dirección radial, la porción central tubular
(19) con la llanta (13).
11. Rotor según la reivindicación 10,
caracterizado porque la porción central tubular (19) es más
larga, en la dirección axial, que el disco radial (23).
12. Rotor según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
ensamblaje en forma de láminas (15) presenta un espesor radial
comprendido entre 2 y 100 mm, de manera preferente entre 5 y 50
mm.
13. Rotor según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la
relación entre el espesor radial del ensamblaje en forma de láminas
y el espesor radial de la llanta está comprendida entre 0,2 y
5.
14. Rotor según la reivindicación 13,
caracterizado porque la relación entre el espesor radial del
ensamblaje en forma de láminas y el espesor radial de la llanta
está comprendida entre 0,25 y 1.
15. Rotor según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los
espesores del ensamblaje en forma de láminas (15) y de la llanta
(13) se eligen de tal manera que el campo magnético, inducido por
las harmónicas, circule a través del ensamblaje en forma de láminas
(15) y que el campo magnético, inducido por la fundamental, circule
a través de la llanta (13) y a través del ensamblaje en forma de
láminas (15).
16. Rotor según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
ensamblaje en forma de láminas (15) comprende primeros discos (29)
anulares, conductores del campo magnético, alternados con segundos
discos (31) anulares, constituidos por un material que es un
aislante electromagnético.
17. Motor eléctrico que comprende un estator (3)
y un rotor (7), caracterizado porque comprende un rotor
según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes.
18. Motor eléctrico según la reivindicación 17,
que depende de la reivindicación 9, caracterizado porque el
rotor (7) y el estator (3) están alojados en un cárter (5), siendo
el estator (3) solidario con el cárter (5), siendo solidario el
rotor (7) con un árbol (9), comprendiendo el motor cojinetes (51) de
guía en rotación que están dispuestos entre el cárter (5) y el
árbol (9), estando alojado, al menos, un cojinete (51), en parte,
en la cavidad (26) del rotor (7).
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