ES2837115T3 - Motor lineal de imanes permanentes de conmutación de flujo - Google Patents

Abstract

Motor lineal (10) de imán permanente de conmutación de flujo (FSPM) que comprende un estator lineal longitudinal (14) con dientes (16) de estator enfrentados a un entrehierro (a) y un elemento propulsor (12) que comprende al menos una armadura (13), consistiendo dicha armadura (13) de varios perfiles (15) de armadura en forma de U, consistiendo cada perfil (15) de armadura en forma de U de una base (21) de perfil que se extiende paralela al entrehierro (a) y de dos miembros (23) de perfil paralelos que extienden perpendiculares al perfil (21) de base, en donde los perfiles (15) de armadura en forma de U se colocan sucesivamente y adyacentes entre sí en la dirección paralela al entrehierro (a), separados únicamente por imanes permanentes (20, 22) posicionados entre ellos, en donde los miembros (23) de perfil de dos perfiles (15) de armadura adyacentes forman un diente (18) de armadura que sobresale desde la armadura (13) en la dirección del entrehierro (a), en donde se forma una ranura (30) entre los miembros (23) de perfil de cada perfil (15) de bastidor para alojar un devanado (32) de armadura, en donde los imanes permanentes (20, 22) consisten en un primer imán permanente (22) y un segundo imán permanente (20), en donde el primer imán permanente (22) se encuentra sobre la parte superior del segundo imán permanente (20) en el área de una punta (19) de diente, en donde el primer imán permanente (22) está alineado con su superficie superior con la punta (19) del diente (18) de armadura enfrentado al entrehierro (a), y en donde el segundo imán permanente (20) está integrado sobre la mayor parte de una longitud (l) del diente (18) de armadura, por lo que los dos imanes permanentes (20, 22) tienen diferentes propiedades magnéticas, en donde el primer imán permanente (22) se encuentra en el área hacia la punta del diente, mientras que el segundo imán permanente (20) se encuentra a lo largo de la mayor parte de la longitud del diente por debajo del primer imán permanente (22) y en donde el segundo imán (20) tiene una remanencia menor pero mejores propiedades de desmagnetización irreversible que el primer imán permanente (22).

Description

DESCRIPCIÓN

Motor lineal de imanes permanentes de conmutación de flujo

La invención se refiere a un motor lineal de imanes permanentes de conmutación de flujo que comprende un estator lineal longitudinal con dientes del estator enfrentados a un entrehierro y un elemento propulsor que comprende una armadura que comprende perfiles de armadura que comprenden miembros de perfil que forman junto con al menos un imán permanente un diente de armadura del elemento propulsor, por lo que los dientes de la armadura están separados por ranuras para recibir un devanado de la armadura. Los dientes tienen un primer lado que se ajusta contra el o los imanes permanentes y un segundo lado enfrentado a las ranuras y que se ajusta contra los devanados de la armadura, por lo que los dientes tienen una anchura aumentada hacia el entrehierro. Una construcción conocida de este tipo se muestra, por ejemplo, en la fig. 2(a) donde una ranura semicerrada está formada por puntas de dientes que se extienden en la parte más superior de los dientes de modo que el área donde se encuentra el cobre o el devanado en las ranuras no resulta afectada por la punta del diente con la anchura incrementada. Esta realización tiene la ventaja de que el espacio para el cobre de los devanados de la armadura no resulta afectado por la punta del diente aumentada.

En los motores lineales de imanes permanentes de conmutación de flujo (FSPM), esta solución puede conducir a una sobresaturación en las puntas de los dientes que va acompañada de una fuga de flujo e incluso puede conducir a una desmagnetización irreversible de los imanes permanentes.

El documento CN 104242501 A describe un motor de imanes permanentes de conmutación de flujo según el preámbulo de la reivindicación 1.

Por tanto, el objeto de la presente invención es proporcionar un motor de FSPM en el que se reducen los problemas mencionados anteriormente.

El objeto se resuelve con un motor lineal de FSPM según la reivindicación 1. Las realizaciones preferidas de la invención son objeto de las reivindicaciones dependientes. Las realizaciones preferidas de la invención también se describen en la descripción, así como en los dibujos.

Básicamente, el motor lineal de imanes permanentes de conmutación de flujo (FSPM) de la invención comprende un estator lineal longitudinal con dientes del estator enfrentados a un entrehierro a y un elemento propulsor que comprende al menos una armadura que comprende dientes de la armadura, que están separados por ranuras para recibir un devanado de la armadura. Según la invención, al menos algunos, preferiblemente todos, los dientes de la armadura integran al menos dos imanes permanentes, respectivamente, que están colocados sucesivamente en la dirección longitudinal I del diente, por lo que los dos imanes permanentes tienen diferentes propiedades magnéticas.

En el área de las puntas del diente de la armadura, la densidad de flujo es realmente alta, lo que puede conducir a una sobresaturación. Más lejos de la punta del diente, la densidad de flujo en los imanes permanentes podría caer a un valor relativamente bajo. Este bajo valor de densidad de flujo operativo puede causar una desmagnetización irreversible de los imanes permanentes, especialmente cuando los imanes permanentes funcionan en condiciones de alta temperatura. Por tanto, los segundos imanes permanentes con buenas propiedades de desmagnetización se seleccionan para esta área del diente, cuya área se extiende preferiblemente sobre la mayor parte de la longitud del diente de la armadura. De todos modos, los imanes con buenas propiedades de desmagnetización irreversible como por ejemplo los imanes de neodimio tienen una remanencia más débil lo que significa que el rendimiento del motor disminuye al seleccionar imanes más fuertes en términos de magnetización, que por otro lado son más débiles en términos de remanencia. Por lo tanto, el uso de dos imanes permanentes diferentes (imanes híbridos) a lo largo del diente de la armadura resuelve este problema porque en la longitud más superior del diente de la armadura se usa un segundo imán permanente que tiene buenas propiedades de desmagnetización, pero una remanencia menor, y solo en el área de la punta del diente se utiliza un primer imán permanente de alta remanencia que aporta una buena eficiencia. Este tipo de imán permanente híbrido satisface la necesidad de imanes permanentes eficientes y, por otro lado, de una buena protección contra la desmagnetización en la longitud más superior del diente de la armadura.

Preferiblemente, el primer imán permanente tiene un área en sección transversal mayor en un plano paralelo al entrehierro que el segundo imán permanente, que se obtiene mediante una anchura mayor que la del segundo imán permanente. Esto reduce el peligro de sobresaturación en la punta del diente. Además, esta característica tiene el efecto de que todo el grupo del primer y segundo imanes tiene una eficiencia incrementada y se reducen las fugas de flujo.

Según la invención, la superficie superior del primer imán permanente está alineada con la punta del diente. Esto conduce al hecho de que el primer imán permanente se utiliza en el área donde está presente la mayor densidad de flujo. Mediante el uso de un segundo imán permanente con baja remanencia, pero, por otro lado, con buenas propiedades de desmagnetización, la eficiencia de operación y la fiabilidad del motor SPM se pueden mejorar esencialmente.

Preferiblemente, el material del primer y segundo imanes permanentes difieren uno de otro como se ha mencionado anteriormente de modo que el segundo imán tiene una remanencia menor pero mejores propiedades de desmagnetización irreversible que el primer imán permanente que tiene una remanencia mayor para aumentar la eficiencia. Como la densidad de flujo en esta parte inferior del diente de la armadura no es tan alta como en el área superior, particularmente la punta del diente, la baja remanencia junto con las buenas propiedades de desmagnetización, mejoran la fiabilidad del motor.

Preferiblemente, el material del primer y segundo imanes permanentes dieren uno del otro, de modo que la necesidad de diferentes remanencia y propiedades de desmagnetización ya se satisface seleccionando un material base correspondiente para los imanes permanentes.

Preferiblemente, la anchura de los dientes de la armadura aumenta hacia su punta (y hacia el entrehierro), por lo que el aumento de anchura de los dientes de la armadura comienza en la dirección longitudinal de los dientes de la armadura ya porque la porción de anchura aumentada de los dientes de la armadura comienza en la dirección longitudinal I de los dientes de la armadura ya al nivel de los devanados de la armadura, es decir, donde los dientes y los devanados adyacentes se enfrentan entre sí. Mediante esta medida, el aumento de anchura de los dientes de la armadura tiene lugar en una porción mayor de su longitud. Esto conduce a una densidad de flujo reducida en las puntas de los dientes con respecto al diseño conocido como se muestra en la Fig. 2(a). Aunque el espacio para el cobre de los devanados de la armadura se reduce en la solución de la invención, se reducen esencialmente la fuga de flujo, la evitación de una densidad de flujo excesiva y también por consiguiente el peligro de desmagnetización de los imanes permanentes.

Preferiblemente, el aumento de la anchura de los dientes de la armadura tiene lugar al menos en la mitad de su longitud. En consecuencia, el flujo magnético está mejor distribuido y armonizado en esta geometría de motor.

Preferiblemente, la anchura de los dientes de la armadura aumenta continuamente sin formar un borde en sus segundos lados. Esta geometría de los dientes de la armadura conduce a un flujo homogéneo y a una reducción de las fugas de flujo.

En una realización preferida de la invención, el aumento de la anchura de los dientes de la armadura aumenta continuamente hacia el entrehierro. Esta característica conduce al hecho de que el segundo lado está en la dirección de la punta del diente o entrehierro curvado cada vez más hacia fuera en la dirección de la ranura adyacente. Por tanto, la fuga de flujo en la punta del diente se minimiza y no se produce una sobresaturación en la dirección del entrehierro en el diente de la armadura.

Ventajosamente, el aumento de la anchura del diente se realiza, al menos en parte, mediante un aumento de la anchura de una parte de anchura aumentada de los miembros del perfil. Por tanto, la geometría del diente aumentado puede diseñarse fácilmente mediante la geometría de la parte de anchura aumentada. Por supuesto, también un aumento de la anchura del imán o de los imanes permanentes puede contribuir al aumento de la anchura del diente hacia la punta del diente, especialmente si se utilizan varios imanes permanentes en un diente o polo.

En una realización preferida, la armadura tiene al menos una base de la armadura que se extiende paralela al entrehierro. Desde la base de la armadura, los miembros de la armadura sobresalen en la dirección del entrehierro, es decir, perpendicular a la base de la armadura. La base de la armadura puede ser una parte de una sola pieza que se extiende sobre una porción más grande de la longitud del elemento propulsor, p. ej. extendiéndose sobre un tercio, la mitad o incluso la longitud completa del elemento propulsor. A esta base de armadura se conecta un gran número correspondiente de elementos de armadura, preferiblemente como una parte de una pieza. Alternativamente, la armadura también puede consistir en una sucesión de perfiles de armadura únicos en forma de U que solo tienen dos miembros de perfil como miembros de armadura que se extienden perpendiculares a la base del perfil. En cualquiera de estos casos, los miembros de armadura forman parte de los dientes de la armadura. El aumento de anchura del diente de los dientes de la armadura hacia el entrehierro se forma entonces preferiblemente de las porciones de anchura aumentada de dos miembros de armadura que integran los imanes permanentes, así como del aumento de la anchura del primer imán permanente con respecto al segundo imán permanente. En particular, si esta característica se combina con una mayor remanencia del primer imán permanente con respecto al segundo imán permanente, esto conduce a una saturación reducida del diente y a un mayor par.

En una realización preferida de la invención, el aumento de la anchura de diente de los dientes de la armadura hacia el entrehierro está formado por las porciones de anchura aumentada del miembro de perfil de dos perfiles de armadura adyacentes, así como por el aumento de la anchura del primer imán permanente con respecto al segundo imán permanente. Esta realización utiliza el aumento de anchura para mejorar la circulación de flujo a través de los dientes aumentando el área en sección transversal (anchura) del primer imán permanente que está ubicado en el área de la punta del diente.

En una realización preferida de la invención, los imanes permanentes integrados en los dientes de la armadura sobresalen de la base de los perfiles de la armadura en la parte posterior que mira en dirección opuesta al entrehierro. Por tanto, se reduce eficazmente la fuga de flujo en la zona de la base del perfil. Preferiblemente, el tamaño de esta protuberancia o voladizo está entre 2 mm y 6 mm, preferiblemente entre 3 mm y 6 mm.

Preferiblemente, el número de dientes del elemento propulsor por metro de longitud del elemento propulsor en su dirección de movimiento es de entre 22 y 42, preferiblemente de entre 27 y 37. Este número relativamente alto de dientes (polos) por metro de longitud del elemento propulsor conduce por un lado a una disminución del par en comparación con, por ejemplo, 13 polos por metro debido a la saturación. Sin embargo, el número de polos más alto reduce el par de engranaje o la ondulación del par del motor. Por otro lado, el efecto de saturación debido al mayor número de polos y a la disminución del par de torsión se logra haciendo dientes de la armadura con la porción de anchura aumentada de acuerdo con la idea básica de la invención. Se ha probado que los intervalos mencionados anteriormente cumplen mejor los objetivos divergentes de una saturación y una disminución de la ondulación del par suficientes.

Dos imanes permanentes diferentes están dispuestos entre los primeros lados de cada diente de la armadura, por lo que un segundo imán permanente se extiende sobre la mayor parte de la longitud del diente de la armadura, mientras que el primer imán permanente está dispuesto sobre el primer imán permanente hacia el entrehierro a.

En una realización preferida de la invención, se incrementa el número de ranuras. De esta manera, se reduce la densidad de flujo en cada ranura, lo que nuevamente reduce la fuga de flujo y una densidad de flujo excesiva en los topes de los dientes y, por lo tanto, también reduce el riesgo de desmagnetización de los imanes permanentes. De este modo, los miembros del perfil de la armadura y los imanes permanentes pueden tener una anchura reducida. Por tanto, preferiblemente la anchura de los dientes de la armadura es menor del 30% de la anchura del entrehierro. En esta solicitud, el término "anchura" se refiere a la extensión en la dirección de movimiento del elemento propulsor (o dirección longitudinal del estator). El término "longitud" se refiere a la dimensión perpendicular al plano del entrehierro.

La invención también se refiere a un ascensor que comprende un motor lineal como se ha descrito anteriormente. De esta manera, el elemento propulsor del motor de FSPM está conectado a lo largo de un lado de la cabina del ascensor y el estator está montado en una viga que se extiende a lo largo del hueco del ascensor. Un ascensor con un elemento propulsor así especificado tiene, por un lado, una buena eficiencia y, por otro lado, buenas características de funcionamiento y alta fiabilidad, particularmente contra la desmagnetización de los imanes permanentes del motor de FSPM.

Los siguientes términos se utilizan como sinónimos: Perfil de armadura - apilamiento de laminación - segmento de apilamiento; PM - imán permanente - imán; devanados de cobre-armadura; motor - máquina; saliente - voladizo;

La presente invención enfatiza tres técnicas para mejorar las propiedades magnéticas de un motor de FSPM como se describe a continuación:

1. Aumento de la anchura del diente hacia el entrehierro

2. Voladizo magnético de los imanes permanentes en la base de la armadura

3. Implementación de imanes permanentes híbridos de al menos dos imanes permanentes diferentes

1. Aumento de la anchura del diente hacia el entrehierro

Si se aumenta el número de ranuras (por ejemplo, de 13 ranuras a 25 ranuras), el grosor del imán permanente y el grosor del diente de la armadura en el motor de 25 ranuras es la mitad que en la estructura de 13 ranuras (si no se realizan más modificaciones de geometría).

Suponiendo que el número de ranuras se duplica hasta que el aumento del número de ranuras da como resultado que las nuevas ranuras tienen la mitad del grosor de las ranuras originales. Así, en un motor con mayor número de ranuras, el circuito magnético tiene aproximadamente el doble de reluctancia que el motor original con menor número de ranuras. Una de las principales contribuciones de la mayor reluctancia proviene del área del entrehierro más estrecha. En las figs.

3a y 3b se muestra que el área del entrehierro a través del cual se conduce el flujo es más pequeña en el caso de un diente delgado, como es evidente en la fig. 3b en comparación con el flujo en un diente grueso, como se muestra en la figura 3a. Si por ejemplo la anchura del diente delgado es la mitad de la anchura del diente grueso, esto significa que la reluctancia magnética en el caso del diente delgado de acuerdo con la fig.3b es el doble que en un diente grueso de acuerdo con la fig.3a porque la reluctancia es inversamente proporcional al área conductora (A) como se puede ver en la Ecuación (1).

donde Rs es la reluctancia del entrehierro, 5 es la longitud del entrehierro, ijo es la permeabilidad del vacío y As es el área de conducción del flujo.

La mayor reluctancia conduce inevitablemente a un flujo menor por un solo imán permanente que conduce a través del entrehierro. Por lo tanto, en el caso de un motor de FSPM con un gran número de ranuras y, en consecuencia, un grosor de diente pequeño es ventajoso aplicar dientes con una anchura de diente creciente que conduzca a ranuras de armadura semicerradas. El objetivo es aumentar el área del entrehierro a través de la cual está conduciendo el flujo magnético como se muestra en la fig. 4a que describe un diseño de diente rectangular y en la Fig. 4b que muestra un diseño de anchura de diente aumentada.

Es posible reducir significativamente la reluctancia del entrehierro aplicando ranuras semicerradas en un FSPM con dientes de armadura delgados. Sin embargo, este es un método tradicional para aumentar el flujo que se desplaza a través del entrehierro aplicado en los PMSM. Sin embargo, este método tiene un inconveniente significativo. La razón del inconveniente se explica en la fig. 5a. En esta figura se muestra que un efecto acumulativo de la concentración de flujo en el diente conduce a una fuerte sobresaturación del flujo hacia el entrehierro. Considerando que, esta sobresaturación aumenta la reluctancia del circuito magnético (no en el entrehierro sino en el apilamiento de laminación) y consecuentemente reduce el flujo de PM que cruza el entrehierro.

Las ranuras semicerradas se implementan tradicionalmente mediante puntas de dientes, como se muestra en la fig. 2a. En consecuencia, las puntas de los dientes deben ocupar el menor espacio posible en la ranura para reservar este espacio para el cobre (por debajo del nivel de devanado 28). Sin embargo, el solicitante descubrió que en las máquinas FSPM ha resultado beneficioso hacer que los dientes sean más anchos hacia el entrehierro que reservar el espacio para el cobre. Los dientes más anchos compensan menos cobre en la ranura y aumentan la densidad de fuerza de la máquina FSPM al aumentar el flujo de PM que cruza el entrehierro. Por consiguiente, el diseño de diente preferido para la armadura es cambiado del diseño de la técnica anterior de espacios semicerrados como se muestra en la fig. 2a a una forma según las figs. 2b y 2c en donde el aumento de anchura de los dientes se extiende hacia el área del cobre (en el área debajo del nivel de cobre 28 de los devanados de la armadura. Por tanto, en la fig. 2a, el aumento de anchura se extiende sobre la mitad de la longitud de los dientes de la armadura. En la fig. 2c, el aumento de anchura se extiende incluso sobre la longitud completa de los dientes de la armadura, calculado a partir del suelo de cobre o base del perfil.

Esto evita áreas locales con fuerte sobresaturación. Por lo tanto, se mejora el rendimiento de la máquina FSPM. La comparación de la fuerza producida por la topología del motor con ranuras semicerradas (fig. 2a) y el diseño inventivo (fig. 2b) se muestra en la fig. 6.

En la fig.6, la fuerza generada por los FSPM con ranuras semicerradas se muestra en una línea continua, mientras que con la forma del diente de la invención propuesta (con anchura incrementada hacia el entrehierro ya en el área de cobre) se muestra en una línea discontinua. Se puede ver que con la forma de diente propuesta es posible aumentar la fuerza producida por el motor de FSPM en un 30%.

2. Voladizo magnético en la base de la armadura

Tradicionalmente, en una máquina de FSPM, el imán tiene la misma altura que el segmento del apilamiento de laminación (o la longitud del miembro del perfil más la extensión de la base del perfil en la dirección I perpendicular al entrehierro). Sin embargo, si la ruta magnética principal tiene una gran reluctancia, aparece una cierta cantidad de fuga de flujo. Si la cantidad de fuga de flujo es moderada, no es crítica para la densidad de fuerza generada por una máquina de FSPM. Sin embargo, si esta fuga de flujo ocupa un cierto espacio en el apilamiento de laminación o en el perfil de la armadura, esto podría conducir a una sobresaturación creciente en ciertas áreas, lo que nuevamente podría incrementar la reluctancia del circuito magnético principal. Por lo tanto, podría aparecer una fuga de flujo en la base de la armadura entre dos perfiles de la armadura. Esta fuga fluye en la misma ruta con el flujo principal y útil y, en consecuencia, tiene un cierto impacto en la reluctancia general del circuito magnético. Para reducir la fuga en la base de la armadura, la longitud del imán se prolonga de manera que sobresalga del perfil de la armadura en la parte posterior que mira hacia afuera del entrehierro.

Por tanto, la fig. 7a muestra la distribución de la densidad de flujo y la trayectoria de fuga entre dos perfiles de armadura cuando los imanes permanentes no sobresalen por la parte posterior de los perfiles de armadura.

La fig. 7b muestra la distribución de la densidad de flujo y la fuga de flujo cuando el imán sobresale (vuela) en aproximadamente 3,5 mm. En el caso del imán permanente en voladizo, la densidad de flujo en la parte superior del diente de laminación se reduce y es posible hacer esta área más delgada y así aumentar el espacio de la ranura para el cobre.

3. Implementación de imanes permanentes híbridos

El circuito magnético de la FSPM con dientes relativamente delgados tiene una gran reluctancia. Por lo tanto, la densidad de flujo en los imanes permanentes podría caer a un valor relativamente bajo. Este bajo valor de densidad de flujo operativo puede causar una desmagnetización irreversible del imán o de los imanes permanentes, especialmente cuando los imanes permanentes funcionan en condiciones de alta temperatura.

Con el fin de evitar esta desmagnetización irreversible, el tipo de material seleccionado para los imanes permanentes debe dedicarse a esas duras condiciones de trabajo. Sin embargo, los imanes permanentes, p. ej., los imanes de neodimio, que tienen buenas propiedades de desmagnetización irreversible, tienen por otro lado una remanencia débil. Esto significa que el rendimiento de la máquina disminuye al seleccionar imanes más fuertes en términos de desmagnetización y más débiles en términos de remanencia. Por este motivo se emplea preferiblemente un sistema híbrido de imanes permanentes, en el que se seleccionan al menos dos tipos diferentes de imanes:

a) Primeros imanes permanentes que producen el flujo de trabajo principal.

b) Segundos imanes permanentes que eliminan la fuga de flujo entre los segmentos de laminación y solo mantienen el flujo principal (creado por el primer grupo de imanes) en la ruta correcta.

Con esta división es posible optimizar el material de estos dos imanes permanentes diferentes según su funcionalidad. El primer grupo de imanes permanentes no funciona en condiciones adversas, pero, por lo tanto, puede estar hecho de un tipo de material con una alta remanencia (p. ej., Br = 1,3 T) mientras que el segundo imán permanente no necesita tener una alta remanencia porque su contribución al flujo principal es relativamente baja, pero trabaja en una densidad de flujo baja y necesita tener buenas propiedades de desmagnetización irreversible. Por lo tanto, este grupo de segundos imanes permanentes puede estar hecho de un tipo de material con baja remanencia (p. ej., Br = 1,1 T) pero con buenas propiedades de desmagnetización.

Para aumentar la eficacia del primer grupo de imanes que crea el flujo real y al mismo tiempo optimizar la forma del segmento para reducir las fugas de flujo, es ventajoso hacer que este primer imán permanente sea más ancho (con un área en sección transversal más grande) luego el segundo grupo de imanes permanentes como se muestra en las figs. 1 y 8. El material de imán híbrido ventajoso que incluye al menos dos imanes permanentes diferentes y preferiblemente anchuras diferentes, da más libertad en la optimización de la máquina de FSPM de la invención para mejorar su rendimiento y evita la desmagnetización irreversible.

Como es habitual en la geometría de la armadura de los motores eléctricos, la armadura está formada por perfiles de armadura en forma de U (segmentos de apilamiento), por lo que cada imán permanente del elemento propulsor está integrado entre los lados de dos perfiles de armadura adyacentes, y donde el devanado de la armadura se encuentra entre los dos miembros paralelos de los perfiles de armadura en forma de U, cuyos miembros paralelos forman los dientes de la armadura junto con los imanes permanentes integrados. Este diseño permite que diferentes imanes permanentes, incluso de diferente anchura, se integren de manera segura entre dos miembros paralelos de perfiles de armadura adyacentes. De este modo, se puede diseñar un posible aumento de anchura por el aumento de anchura de los miembros de la armadura de los perfiles de armadura y/o por el aumento de anchura de los imanes permanentes, preferiblemente que el primer imán permanente en la punta del diente tenga una anchura mayor que el primero. en el área del diente inferior, que se extiende preferentemente sobre la mayor parte de la longitud del diente.

Preferiblemente, cada perfil de armadura está formado por chapas metálicas de perfil de armadura apiladas, como es una práctica fiable y actual en diseños de armadura.

Preferiblemente, el al menos un imán permanente está magnetizado en una dirección perpendicular a la dirección longitudinal de los dientes de la armadura. En este caso, preferiblemente, imanes permanentes sucesivos en la dirección de la anchura w del elemento propulsor se magnetizan en direcciones opuestas.

Preferiblemente, la longitud del o de los imanes permanentes en la dirección longitudinal I del diente es mayor que la longitud de los miembros del perfil del perfil de la armadura, particularmente que la longitud del perfil de la armadura en total. Mediante esta característica, se asegura que el imán permanente sobresale hacia la parte posterior de la armadura para mejorar las propiedades de flujo, reduciendo particularmente las fugas de flujo.

Preferiblemente, los imanes permanentes integrados en los dientes de la armadura sobresalen por un voladizo (d) sobre los perfiles de la armadura en una dirección que se aleja del entrehierro (a). Esto reduce las fugas de flujo en la base de la armadura, por lo que el voladizo está preferiblemente entre 2 y 6 mm, preferiblemente entre 3 y 5 mm.

Preferiblemente, en la dirección de movimiento del elemento propulsor, la anchura del diente de la armadura que consiste en el imán o de los imanes permanentes integrados entre dos miembros del perfil está en relación con la anchura de la ranura de la armadura adyacente entre 40 y 65%, preferiblemente entre 50 y 60 %, que por supuesto se refiere a la porción del diente que no tiene una anchura incrementada. Esta geometría de polos conduce a propiedades de magnetización muy ventajosas y a un flujo fuerte y homogéneo.

Preferiblemente, la anchura máxima de la porción de anchura incrementada del diente está entre 30 y 60%, particularmente entre 40 y 50% de la anchura del miembro de perfil en su porción que no es de anchura incrementada. Esto conduce a un aumento de la saturación y a un par más alto, particularmente a un aumento del número de polos por metro de longitud del elemento propulsor, es decir, entre 20 y 40 por metro de longitud del elemento propulsor.

El elemento propulsor en un ascensor de pasajeros tiene típicamente una longitud de entre 0,5 m y 1,5 m, particularmente de entre 0,7 m y 1 m.

Los siguientes términos se utilizan como sinónimo: miembro de armadura - miembro de perfil; base de armadura - base de perfil; flujo - flujo magnético; perfil de armadura - hierro de armadura; diente - polo; base de armadura - suelo de armadura - parte trasera de la armadura;

La invención también es aplicable principalmente a un motor rotativo, por lo que en este caso los entrehierros son circulares y no lineales.

Por supuesto, la invención también cubre el uso de tres o más imanes diferentes por diente de la armadura. Esto permitiría optimizar el imán permanente con respecto a su distancia desde el entrehierro. Así, en la punta, el primer imán permanente puede tener una alta remanencia, pero menos buenas propiedades de desmagnetización. Debajo del primer imán permanente se podría usar un segundo con propiedades equilibradas relativas a las propiedades de remanencia y desmagnetización, mientras que debajo del segundo se podría usar un tercero con menor remanencia, pero buenas propiedades de desmagnetización.

Algunas tecnologías de la técnica anterior, como también la invención, se describen a continuación mediante una realización en relación con los dibujos esquemáticos adjuntos.

La fig. 1 muestra una sección transversal longitudinal a través de un elemento propulsor y una parte de un estator de un motor de FSPM de la invención, y

La fig. 2a muestra un diseño de perfil de armadura según la técnica anterior, con una ranura semicerrada,

Las figs. 2b y c muestran formas de perfil de armadura de acuerdo con la presente invención,

Las figs. 3a y b muestran el flujo cuando la anchura del diente se reduce debido al aumento del número de dientes y a la disminución de la anchura del miembro del perfil de la armadura,

Las figs. 4a y b muestran el flujo en el caso de una ranura semicerrada conocida,

Las figs. 5a y b muestran el flujo en un diente de armadura de la técnica anterior, así como en un diente de armadura de acuerdo con la invención,

La fig. 6 muestra la fuerza generada por un elemento propulsor convencional con ranuras semicerradas según la fig. 2(a) y por un elemento propulsor con una anchura de diente aumentada según la fig. 2(b),

Las figs. 7a y b muestran el flujo de fuga en la base del perfil con un diseño convencional (fig. 7a) así como con un voladizo de imán permanente según la invención (fig. 7b),

La fig. 8 muestra el flujo en una armadura de elemento propulsor de la invención con una anchura de diente aumentada, así como con una anchura de un imán permanente híbrido que consta de dos imanes permanentes diferentes.

La figura 1 muestra un motor lineal 10 de FSMP que comprende un elemento propulsor 12 y un estator 14 que solo se muestra en una parte ya que el estator normalmente se extiende sobre una longitud de varios metros hasta una decena de metros o incluso hasta centenares de metros en ascensores de gran altura. en el hueco de un ascensor. El elemento propulsor 12 normalmente está conectado a lo largo de un costado de una cabina de ascensor y la cooperación entre un estator 14 y el elemento propulsor 12 se utiliza para mover la cabina de ascensor verticalmente a lo largo del hueco del ascensor. Entre el estator 14 y el elemento propulsor 12, se prevé un entrehierro a por lo que en el lado del estator, los dientes 16 del estator están enfrentados al entrehierro a, mientras que en el lado del elemento propulsor 12, hay prevista una armadura 13 que consta de varios perfiles 15 de armadura preferiblemente en forma de U colocados sucesivamente y adyacentes entre sí en la dirección de la anchura w de la armadura 13, solo separados por imanes permanentes 20, 22 posicionados entre ellos. I denomina la dirección de la longitud de la armadura 13 en la dirección del entrehierro a (perpendicular al plano del entrehierro) para definir las áreas de la armadura con respecto a su distancia desde el entrehierro a. Estas nominaciones de dirección son válidas para todas las figuras.

Cada perfil 15 de armadura consta de una base 21 de perfil que tiene dos miembros 23 de perfil paralelos que se extienden perpendicularmente a la base 21 de perfil. Los miembros 23 de perfil de dos perfiles 15 de armadura adyacentes forman un diente de armadura que integra al menos dos imanes permanentes 20, 22 diferentes integrados entre ellos. El primer imán permanente 22 está en el área de la punta del diente, tiene una anchura mayor que el segundo imán permanente 20 y una remanencia más alta pero menos buenas propiedades de desmagnetización. El segundo imán permanente se extiende sobre la mayor parte de la longitud del diente 18 de la armadura y sobresale en la parte posterior de la armadura o base de la armadura por un voladizo d. El segundo imán permanente tiene una remanencia menor que los primeros imanes permanentes pero mejores propiedades de desmagnetización. Los dientes 18 de la armadura sobresalen de la armadura 13 en la dirección del entrehierro a. Entre los miembros 23 de perfil de cada perfil 15 de armadura se forma una ranura para 30 que está adaptada para alojar un devanado 32 de armadura.

Los perfiles 15 de armadura son apilamientos o segmentos de apilamiento laminados regularmente, construidos a partir de chapas de metal perfiladas correspondientemente. Un perfil 15 de armadura también puede constar de varios de estos perfiles en U sucesivamente como una parte de una sola pieza, reduciendo el número de perfiles 15 de armadura separados para la armadura 13.

Los miembros 23 de perfil de dos perfiles de armadura adyacentes integran un segundo imán permanente 20 en la mayor parte de la longitud I del diente 18 de la armadura. Un primer imán permanente 22 está situado sobre la parte superior del segundo imán permanente 20, particularmente en el área de la punta 19 del diente. El primer imán permanente 22 tiene un área de base y una anchura mayores que el segundo imán permanente 20 y está alineado con su superficie superior con la punta 19 del diente 18 de la armadura enfrentada hacia el entrehierro a.

Los segundos imanes permanentes 20 sobresalen por encima de la parte trasera de la armadura 13 formada por la base 21 del perfil de los perfiles 15 de la armadura por un voladizo d, lo que reduce la fuga de flujo en el área de la base 21 del perfil.

Un motor lineal de FSPM con estas propiedades tiene una alta eficiencia y una baja fuga de flujo y una alta fiabilidad contra la desmagnetización.

Las figs. 2 (b) y 2 (c) muestran dos posibles geometrías diferentes de los hierros de armadura o perfiles 15 de armadura para el elemento propulsor, por lo que en la realización de la fig. 2(b) la porción 36 de anchura aumentada del miembro 23 de perfil se extiende sobre la mitad de su longitud, mientras que en la realización de la fig. 2(c), la parte 36 de anchura aumentada del diente 18 de la armadura se extiende sobre toda la longitud I del miembro 23 de perfil.

Las figs. 3a y 3b muestran en general el efecto de la reducción de la anchura de los elementos 23 del perfil sobre el flujo entre la armadura 13 y el estator 14.

Las figs. 4a y 4b muestran en general el efecto de aumento de flujo de la bien conocida solución 36 de ranura semicerrada de los miembros 23 de perfil sobre el flujo entre la armadura 13 y el estator 14.

Las figs. 5a y 5b muestran la ventaja de una densidad de flujo reducida entre la armadura 13 y el estator 14 cuando se utilizan dientes 18 de anchura aumentada de acuerdo con la presente invención, en donde la porción 36 de anchura aumentada de los miembros del perfil conduce a una densidad de flujo reducida (flecha negra) entre los dientes 18 de la armadura y los dientes 16 del estator.

Con respecto a las figs. 6 y 7 se hace referencia a la descripción general anterior.

La fig. 8 muestra el flujo magnético de un motor lineal de FSPM de la invención, que tiene dientes 18 de armadura de anchura aumentada en un lado e imanes permanentes híbridos que consisten en segundos imanes permanentes 20, preferiblemente de menor remanencia (y de estabilidad de desmagnetización mayor correspondiente) sobre la parte más superior de la longitud de los dientes 18 que se superponen en la dirección de la punta 19 del diente por primeros imanes permanentes 22 que tienen una anchura mayor que los segundos imanes permanentes 20. Estos segundos imanes permanentes 22 tienen también una mayor remanencia que los primeros imanes permanentes 20 para mejorar la eficiencia del motor.

En resumen, el aumento de anchura de los dientes 18 de la armadura se realiza mediante las porciones 36 de anchura aumentada de los miembros 23 de perfil, así como por la anchura aumentada de los primeros imanes permanentes 22 con respecto a los segundos imanes permanentes 20. Puede verse que la densidad de flujo en la interfaz entre los dientes 18 de la armadura y los dientes 16 del estator es moderada, lo que conduce a una menor fuga de flujo y a una tendencia reducida a la desmagnetización irreversible de los imanes permanentes 20, 22.

En la realización de los dibujos, el aumento de la anchura de los dientes de la armadura es opcional. Los dientes de la armadura también pueden ser rectos o semicerrados con la porción de anchura aumentada por encima del cobre (o devanados). Además, el voladizo d de los imanes permanentes sobre el suelo de la armadura es opcional.

La invención no se limita a las realizaciones descritas, sino que puede variar dentro del alcance de las reivindicaciones de patente adjuntas.

Lista de números de referencia

10 motor lineal de FSPM

12 elemento propulsor

13 armadura

14 estator

15 perfil de armadura

16 diente del estator

18 diente de la armadura

20 segundo imán permanente

21 base de armadura - base de perfil de armadura

22 primer imán permanente

23 miembro de armadura - miembro de perfil

24 primer lado del miembro de perfil enfrentado al imán o a los imanes permanentes 26 segundo lado del miembro de perfil enfrentado a la ranura

28 nivel del devanado de la armadura en la ranura

30 ranura

32 devanado de armadura - cobre

36 partes de anchura aumentada de los miembros del perfil

l dirección en longitud perpendicular al área del elemento propulsor

d voladizo del segundo imán permanente sobre el suelo de la armadura

w dirección en anchura de la armadura en dirección de longitud o movimiento del elemento propulsor a entrehierro

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Motor lineal (10) de imán permanente de conmutación de flujo (FSPM) que comprende un estator lineal longitudinal (14) con dientes (16) de estator enfrentados a un entrehierro (a) y un elemento propulsor (12) que comprende al menos una armadura (13),

consistiendo dicha armadura (13) de varios perfiles (15) de armadura en forma de U,

consistiendo cada perfil (15) de armadura en forma de U de una base (21) de perfil que se extiende paralela al entrehierro (a) y de dos miembros (23) de perfil paralelos que extienden perpendiculares al perfil (21) de base,

en donde los perfiles (15) de armadura en forma de U se colocan sucesivamente y adyacentes entre sí en la dirección paralela al entrehierro (a), separados únicamente por imanes permanentes (20, 22) posicionados entre ellos,

en donde los miembros (23) de perfil de dos perfiles (15) de armadura adyacentes forman un diente (18) de armadura que sobresale desde la armadura (13) en la dirección del entrehierro (a),

en donde se forma una ranura (30) entre los miembros (23) de perfil de cada perfil (15) de bastidor para alojar un devanado (32) de armadura,

en donde los imanes permanentes (20, 22) consisten en un primer imán permanente (22) y un segundo imán permanente (20),

en donde el primer imán permanente (22) se encuentra sobre la parte superior del segundo imán permanente (20) en el área de una punta (19) de diente,

en donde el primer imán permanente (22) está alineado con su superficie superior con la punta (19) del diente (18) de armadura enfrentado al entrehierro (a),

y en donde el segundo imán permanente (20) está integrado sobre la mayor parte de una longitud (l) del diente (18) de armadura, por lo que los dos imanes permanentes (20, 22) tienen diferentes propiedades magnéticas,

en donde el primer imán permanente (22) se encuentra en el área hacia la punta del diente, mientras que el segundo imán permanente (20) se encuentra a lo largo de la mayor parte de la longitud del diente por debajo del primer imán permanente (22) y en donde el segundo imán (20) tiene una remanencia menor pero mejores propiedades de desmagnetización irreversible que el primer imán permanente (22).

2. Motor (10) según la reivindicación 1, en el que un primer imán permanente (22) tiene una anchura mayor que el segundo imán permanente (20).

3. Motor (10) según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la superficie superior del primer imán permanente (22) está alineada con la punta (19) del diente.

4. Motor (10) según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el material del primer y segundo imanes permanentes (22, 20) difieren entre sí.

5. Motor (10) según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la armadura (13) está formada por perfiles (15) de armadura en forma de U, que consisten de una base (21) de perfil y al menos dos miembros (23) de perfil paralelos que se extienden perpendiculares a la base (21) del perfil y hacia el entrehierro (a), por lo que los imanes permanentes (20, 22) están integrados entre los primeros lados (24) de los miembros (23) de perfil y donde el devanado (32) de la armadura está ubicado entre los segundos lados (26) de los miembros (23) de perfil.

6. Motor (10) según la reivindicación 5, en el que cada perfil (15) de armadura está formado por chapas metálicas de perfil de armadura apiladas.

7. Motor (10) según la reivindicación 5 o 6, en el que la longitud de los imanes permanentes (20, 22) en dirección longitudinal (I) del diente (18) es mayor que la longitud de los miembros (23) de perfil del perfil (15) de la armadura,

8. Motor (10) según una de las reivindicaciones 5 a 7, en el que los imanes permanentes (20, 22) integrados en los dientes (18) de la armadura sobresalen en un voladizo (d) sobre los perfiles (15) de la armadura en dirección que mira en sentido opuesto al entrehierro (a).

9. Motor (10) según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la armadura (13) presenta al menos una base (21) de armadura desde la que sobresalen los miembros (23) de la armadura en la dirección del entrehierro, cuyos miembros (23) de armadura forman una parte de los dientes (18) de la armadura, y en el que un aumento de la anchura del diente de los dientes (18) de la armadura hacia el entrehierro (a) está formado por las porciones (36) de anchura aumentada de dos miembros (23) de la armadura que integran los imanes permanentes (20, 22) así como del aumento de anchura del primer imán permanente (22) con respecto al segundo imán permanente (20).

10. Motor (10) según una de las reivindicaciones anteriores, en el que los dientes (18) de la armadura presentan una anchura aumentada hacia el entrehierro, por lo que la anchura de los dientes (18) de la armadura comienza en la dirección longitudinal (I) de los dientes de la armadura ya al nivel de los devanados (32) de la armadura.

11. Motor (10) según la reivindicación 10, en el que el aumento de anchura de los dientes (18) de la armadura tiene lugar sobre al menos la mitad de su longitud, preferiblemente en toda su longitud.

12. Motor (10) según la reivindicación 10 u 11, en el que la parte (36) de anchura aumentada de los dientes (18) de la armadura aumenta continuamente sin formar un borde en sus lados (26) enfrentados a las ranuras (30).

13. Motor (10) según una de las reivindicaciones 10 a 12, en el que el aumento de la anchura de la parte (36) de anchura aumentada, aumenta continuamente hacia el entrehierro (a), conduciendo a su lado (26) enfrentado al devanado (32) de la armadura cada vez más curvado hacia el exterior hacia la ranura (30).

14. Motor (10) según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el número de dientes (18) del elemento propulsor está comprendido entre 22 y 42, en particular de 27 a 37 por metro de longitud del elemento propulsor (12) en su dirección de movimiento.

15. Ascensor que comprende un motor lineal (10) de FSPM según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento propulsor (12) está conectado a lo largo de un lateral de la cabina del ascensor y el estator (14) está montado sobre una viga que se extiende a lo largo del hueco del ascensor.