ES2317169T3 - Rotor para motor electrico y motor electrico correspondiente. - Google Patents

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ES2317169T3 ES05292029T ES05292029T ES2317169T3 ES 2317169 T3 ES2317169 T3 ES 2317169T3 ES 05292029 T ES05292029 T ES 05292029T ES 05292029 T ES05292029 T ES 05292029T ES 2317169 T3 ES2317169 T3 ES 2317169T3
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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.
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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