ES3059294T3

ES3059294T3 - Rotating electric machine, rotating electric motor drive system, and electric vehicle

Info

Publication number: ES3059294T3
Application number: ES19791549T
Authority: ES
Inventors: Makoto Ito; Akeshi Takahashi; Shinji Sugimoto; Shuichi TAMIYA; Takatoshi KUSHIDA
Original assignee: Hitachi Industrial Products Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Products Ltd
Priority date: 2018-04-25
Filing date: 2019-02-01
Publication date: 2026-03-19
Anticipated expiration: 2039-02-01
Also published as: JP7028707B2; WO2019207889A1; EP3787154A1; EP3787154B1; JP2019193427A

Abstract

Se proporciona una máquina eléctrica rotativa en la que las ondulaciones de par pueden reducirse en un amplio rango de operación. La máquina eléctrica rotativa está provista de un estator y un rotor equipado con un núcleo de rotor. El núcleo del rotor tiene: un núcleo del eje d (41) y un núcleo lateral circunferencial interno que están dispuestos en los lados circunferencial externo e interno de un orificio de inserción de imán, respectivamente; y un núcleo del eje q (46) adyacente al núcleo del eje d. El núcleo del eje d está acoplado al núcleo lateral circunferencial interno a través de una primera porción de puente (61) y una segunda porción de puente (62) que están adyacentes entre sí en ambos extremos del orificio de inserción del imán. La distancia L1 entre el extremo del núcleo del eje d en el lado de la primera porción de puente y el centro del polo magnético (C) es mayor que la distancia L2 entre la porción de conexión entre la primera porción de puente y el núcleo del eje d y el centro del polo magnético. La distancia L3 entre el extremo del núcleo del eje d en el lado de la segunda porción del puente y el centro del polo magnético es mayor que la distancia L4 entre la porción de conexión entre la segunda porción del puente y el núcleo del eje d y el centro del polo magnético. El núcleo del rotor tiene varios tipos de formas de sección transversal que corresponden a un ángulo de paso polar τp. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Máquina eléctrica rotativa, sistema de accionamiento de motores eléctricos rotativos y vehículo eléctricoCampo técnico

[0003] La presente invención se refiere a una máquina eléctrica rotativa, un sistema de accionamiento de motores eléctricos rotativos y un vehículo eléctrico que incluye la máquina eléctrica rotativa.

[0004] Antecedentes de la técnica

[0005] Dado que se requiere una salida alta para un motor de accionamiento, que es una máquina eléctrica rotativa que se usa en un vehículo eléctrico, tal como un automóvil eléctrico o un vehículo ferroviario eléctrico, se usa un motor magnético permanente en el que se incorpora un imán permanente que contiene energía magnética. En particular, se requiere que el motor de accionamiento tenga un amplio intervalo de funcionamiento, tal como un par grande a baja velocidad y un par bajo a alta velocidad, y se usa de modo general, por lo tanto, un motor de imanes permanentes interiores que puede satisfacer esas características. Además, adicionalmente a esas características, se requiere que el motor de accionamiento del vehículo eléctrico reduzca la vibración y el ruido. Para una reducción de la vibración y una reducción del ruido, llega a ser un problema una reducción en la pulsación de par del motor de imanes permanentes interiores.

[0006] Por otro lado, convencionalmente, se conoce una técnica divulgada en la Literatura de patentes 1. En la técnica, se prevé una parte de cambio de reluctancia en una posición circunferencialmente desviada respecto a un eje q de un núcleo q de rotor. En el rotor descrito anteriormente, una fase de una pulsación de par generada en una zona que tiene la parte de cambio de reluctancia es sustancialmente opuesta a la de una zona que no tiene la parte de cambio de reluctancia. Por esta razón, las zonas que tienen la parte de cambio de reluctancia y las zonas que no tienen ninguna parte de cambio de reluctancia están dispuestas alternativamente de manera que se reduce la pulsación de par a la que está sometido el rotor global. La Literatura de patentes 2 muestra un rotor con imanes permanentes a usar en motores síncronos, siendo sinusoidal el formato de la parte externa. La ubicación y el formato de la sección transversal de los imanes permanentes se adaptan de tal modo que la densidad del flujo magnético en el entrehierro, entre el estátor y el rotor, varía sustancialmente de modo sinusoidal. Adicionalmente, dicho rotor comprende agujeros en el área interpolar que, junto con las cavidades de imán, forman puentes para soportar las cubiertas que sirven como barreras para la dispersión del flujo magnético excitador de los imanes permanentes.

[0007] Lista de citaciones

[0008] Literatura de patentes

[0009] Literatura de patentes 1: Solicitud de patente japonesa abierta a inspección pública n.<o>2010-98830 Literatura de patentes 2: WO 2007/048211 A2

[0010] Literatura de patentes 3: US2015/171681A1

[0011] Sumario de la invención

[0012] Problema técnico

[0013] En la técnica convencional anterior, un flujo magnético de fuga de un imán permanente pasa a través de una parte de núcleo de eje d próxima a un extremo del imán permanente. Además, un flujo magnético de eje q, causado por una corriente de eje q de un motor, pasa a través de una parte de núcleo de eje d del imán permanente. Por esta razón, la parte de núcleo de eje d está saturada magnéticamente. Tras la saturación magnética de la parte de núcleo de eje d, dado que se cambia la anchura eficaz de polo magnético del imán permanente, se cambia la fase de la pulsación de par. Dado que un intervalo en el que la saturación magnética se realiza en la parte de núcleo de eje d es diferente dependiendo de una magnitud de corriente de eje q, es decir, un estado de carga, en la técnica convencional anterior, la fase de la pulsación de par en la zona que tiene la parte de cambio de reluctancia no siempre es opuesta a la de la zona que no tiene ninguna parte de cambio de reluctancia dependiendo del estado de carga, lo que hace difícil reducir suficientemente la pulsación de par.

[0014] Por consiguiente, la presente invención proporciona una máquina eléctrica rotativa, un sistema de accionamiento de motores eléctricos rotativos y un vehículo eléctrico que tiene la máquina eléctrica rotativa, que son capaces de reducir las pulsaciones de par en un amplio intervalo de funcionamiento.

[0015] Solución al problema

[0016] A fin de resolver el problema anterior, una máquina eléctrica rotativa según la presente invención incluye un estátor y un rotor que tiene un núcleo de rotor enfrente del estátor, en la que el núcleo de rotor tiene al menos un agujero de inserción de imanes por polo magnético e incluye un núcleo de eje d dispuesto en un lado circunferencial exterior del agujero de inserción de imanes, un núcleo de lado circunferencial interior dispuesto en un lado circunferencial interior del agujero de inserción de imanes y un núcleo de eje q circunferencialmente adyacente al núcleo de eje d, el imán permanente está insertado en el agujero de inserción de imanes, el núcleo de eje d está acoplado al núcleo de lado circunferencial interior por una primera parte de puente adyacente a uno de ambos extremos del agujero de inserción de imanes y una segunda parte de puente adyacente al otro de ambos extremos, una distancia L1 entre un extremo del núcleo de eje d en el lado de primera parte de puente y un centro de polo magnético es mayor que una distancia L2 entre una parte de conexión entre la primera parte de puente y el núcleo de eje d y el centro de polo magnético, una distancia L3 entre un extremo del núcleo de eje d en el lado de segunda parte de puente y el centro de polo magnético es mayor que una distancia L4 entre una parte de conexión entre la segunda parte de puente y el núcleo de eje d y el centro de polo magnético, y el núcleo de rotor está dividido en una pluralidad de partes, teniendo cada parte un tamaño de un paso de un polo, en la que una diferencia entre las distancias L1 y L2 de dos núcleos de eje d (41) adyacentes entre sí es diferente y una diferencia entre las distancias L3 y L4 de dos núcleos de eje d (41) adyacentes entre sí es diferente, de manera que los núcleos de eje d de partes adyacentes tienen una forma diferente en sección transversal.

[0017] A fin de resolver el problema anterior, un sistema de accionamiento de máquinas eléctricas rotativas según la presente invención incluye una máquina eléctrica rotativa que acciona una carga y un convertidor de potencia que acciona la máquina eléctrica rotativa, y la máquina eléctrica rotativa es una máquina rotativa según la presente invención.

[0018] A fin de resolver el problema anterior, un automóvil eléctrico según la presente invención incluye una máquina eléctrica rotativa, una batería y un convertidor de potencia que convierte una potencia de corriente continua (CC) de la batería en una potencia de corriente alterna (CA), y suministra la potencia de CA a la máquina eléctrica rotativa, en el que un par de la máquina eléctrica rotativa se transmite a una rueda a través de una transmisión, y la máquina eléctrica rotativa es una máquina eléctrica rotativa según la presente invención. A fin de resolver el problema anterior, un vehículo ferroviario eléctrico según la presente invención incluye una máquina eléctrica rotativa y una rueda accionada por la máquina eléctrica rotativa a través de un engranaje, y la máquina eléctrica rotativa es una máquina eléctrica rotativa según la presente invención.

[0019] Efectos ventajosos de la invención

[0020] Según la presente invención, la pulsación de par de la máquina eléctrica rotativa se puede reducir en un amplio intervalo de funcionamiento. Como consecuencia, en el sistema de accionamiento de máquinas eléctricas rotativas, y un vehículo eléctrico que incluye un automóvil eléctrico o un vehículo ferroviario eléctrico, incluso si se varía una carga, se pueden reducir el ruido y la vibración causados por la pulsación de par.

[0021] Los problemas, las configuraciones y los efectos distintos de los descritos anteriormente resultarán evidentes a partir de una descripción de los siguientes ejemplos.

[0022] Breve descripción de los dibujos

[0023] La Figura 1 muestra una configuración global de una máquina eléctrica rotativa según el Ejemplo 1.

[0024] La Figura 2 muestra una configuración de un rotor en la Figura 1.

[0025] La Figura 3 muestra una configuración de un rotor de una máquina eléctrica rotativa según una modificación del Ejemplo 1 y no es parte de la invención.

[0026] La Figura 4 es una vista en perspectiva que muestra una configuración de un rotor según el Ejemplo 1.

[0027] La Figura 5 es una vista en perspectiva que muestra una configuración de un rotor según una modificación. La Figura 6 es una vista en perspectiva que muestra una configuración de un rotor según otra modificación. La Figura 7 muestra una configuración de un rotor en una máquina eléctrica rotativa en un ejemplo comparativo y no es parte de la invención.

[0028] La Figura 8 muestra circulaciones de flujo magnético que pasa a través de un núcleo periférico alrededor de un imán permanente a baja carga en el ejemplo comparativo y el Ejemplo 1.

[0029] La Figura 9 muestra circulaciones de flujo magnético que pasa a través del núcleo periférico alrededor del imán permanente a alta carga en el ejemplo comparativo y el Ejemplo 1.

[0030] La Figura 10 es una vista en sección transversal de un estátor y el rotor en un plano perpendicular a un eje de rotación según el Ejemplo 1.

[0031] La Figura 11 muestra parámetros que representan la forma en sección transversal del núcleo de rotor según el Ejemplo 1.

[0032] La Figura 12 muestra una configuración esquemática de un sistema de accionamiento de máquinas eléctricas rotativas según el Ejemplo 2.

[0033] La Figura 13 muestra una configuración esquemática de un automóvil eléctrico según el Ejemplo 3.

[0034] La Figura 14 muestra una configuración esquemática de un vehículo ferroviario eléctrico según el Ejemplo 4.

[0035] Descripción de realizaciones

[0036] En lo sucesivo, las realizaciones de la presente invención se describirán con los Ejemplos 1 a 3 siguientes con referencia a los dibujos. En los dibujos, los que tienen los mismos números de referencia representan elementos constituyentes idénticos o elementos constituyentes que tienen una función similar.

[0037] Ejemplo 1

[0038] La Figura 1 muestra una configuración global de una máquina eléctrica rotativa según el Ejemplo 1 de la presente invención. La Figura 1 es una vista en sección transversal de la máquina eléctrica rotativa en un plano paralelo a un eje de rotación de la máquina eléctrica rotativa. La máquina eléctrica rotativa según el Ejemplo 1 es un motor síncrono de imanes permanentes interiores.

[0039] Como se muestra en la Figura 1, una máquina eléctrica rotativa 1 incluye un estátor 10, un rotor 30, que está soportado a rotación sobre un lado radialmente interior del estátor 10, un árbol 90, que está fijado al rotor 30, y un armazón 5, que cubre el estátor 10 y el rotor 30. El rotor 30 está enfrente del estátor 10 a través de un intersticio 100 (entrehierro). El estátor 10 incluye un devanado de estátor 21 que está enrollado en una ranura de estátor (“22” en la Figura 10) que se describe más adelante.

[0040] La Figura 2 muestra una configuración del rotor 30 en la Figura 1. La Figura 2 es una vista en sección transversal en un plano perpendicular al eje de rotación.

[0041] En la Figura 2, el rotor 30 gira alrededor de un eje de rotación X. En la siguiente descripción, a menos que se especifique de otro modo, la descripción de “lado circunferencial interior” y “lado circunferencial exterior” significa un lado más próximo al eje de rotación X y un lado más alejado del eje de rotación X, respectivamente. Además, la descripción de “radialmente” significa una dirección lineal que se cruza perpendicularmente con el eje de rotación X y la descripción de “dirección circunferencial” significa una dirección de rotación alrededor del eje de rotación X.

[0042] Como se muestra en la Figura 2, el rotor 30 incluye un núcleo de rotor hecho de un material magnético y un árbol 90 que penetra a través del núcleo de rotor 40, que es un árbol rotativo de dicho núcleo de rotor 40. Además, el rotor 30 tiene un número par (ocho en la Figura 2) de polos magnéticos. Cada uno de los polos magnéticos tiene al menos un (uno en la Figura 2) agujero de inserción de imanes 50. Un imán permanente 70 está alojado en el agujero de inserción de imanes 50 a fin de configurar un polo magnético.

[0043] El núcleo de rotor 40 incluye un núcleo de lado circunferencial interior 110 que está dispuesto en un lado circunferencial interior del agujero de inserción de imanes 50 y un núcleo de eje d 41 que está dispuesto en un lado circunferencial exterior del agujero de inserción de imanes 50. Una superficie del núcleo de eje d 41 enfrente del estátor está arqueada. A este respecto, el arco es convexo radialmente hacia el rotor. El núcleo de lado circunferencial interior 110 y el núcleo de eje d 41 de cada polo magnético están acoplados mecánicamente entre sí por al menos dos partes de puente que constituyen el núcleo de rotor 40, que son una primera parte de puente 61 y una segunda parte de puente 62 adyacentes a ambos extremos del agujero de inserción de imanes 50 en una dirección en anchura. La primera parte de puente 61 está ubicada lejos del centro de polo magnético C a lo largo de una dirección circunferencial (en sentido contrario al de las agujas del reloj en la Figura 2) y está adyacente a un extremo del agujero de inserción de imanes 50 en la dirección en anchura. La segunda parte de puente 62 está ubicada lejos del centro de polo magnético C a lo largo de la otra dirección circunferencial (en sentido de las agujas del reloj en la Figura 2) y está adyacente al otro extremo del agujero de inserción de imanes 50 en la dirección en anchura. El agujero de inserción de imanes 50 está definido por un espacio limitado por la primera parte de puente 61, la segunda parte de puente 62, el núcleo de lado circunferencial interior 110 y el núcleo de eje d 41.

[0044] Los imanes permanentes 70 están hechos de un material magnético, tal como ferrítico, neodimio o samariocobalto. Además, el imán permanente 70 según el Ejemplo 1 tiene una forma rectangular en la sección transversal de la Figura 2, pero no está limitado a esta forma y puede tener una forma de arco. Adicionalmente, se pueden inyectar imanes unidos (imanes de plástico, imanes de caucho, etc.) en los agujeros de inserción de imanes 50 respectivos. Además, el imán permanente 70 por polo puede estar dividido radial o circunferencialmente en múltiples piezas.

[0046] El núcleo de rotor 40 está hecho de un material magnético, que es preferiblemente un estratificado de placas de acero magnético estratificadas por un material eléctricamente aislante para reducir una pérdida por corrientes parásitas generadas en el núcleo de rotor 40. Se puede usar un material magnético macizo (voluminoso) para reducir el coste de material y el coste de procesamiento. Además, se puede usar un material magnético en polvo, tal como un núcleo magnético a presión moldeado a compresión, o se puede usar un metal amorfo o un material nanocristalino. El núcleo de rotor 40 se fija al árbol 90 por medios tales como adherencia, soldadura, ajuste a presión y ajuste por contracción. Cuando el núcleo de rotor 40 está hecho de un material magnético macizo (voluminoso), se pueden moldear integralmente el núcleo de rotor 40 y el árbol 90.

[0048] En la Figura 2, la forma en sección transversal del agujero de inserción de imanes 50 es rectangular, pero no limitada a la forma rectangular, y si el agujero de inserción de imanes 50 es un agujero tal que el núcleo de lado circunferencial interior 110 y el núcleo de eje d 41 de cada parte de núcleo de imán están separados entre sí a lo largo de una dirección radial, se puede aplicar otra forma, tal como una forma sustancialmente en V o una forma sustancialmente en arco.

[0050] El núcleo de estátor 20 y el armazón 5 se fijan entre sí usando un método tal como adherencia, soldadura, ajuste a presión y ajuste por contracción.

[0052] En el núcleo de rotor 40, se prevén núcleos de eje d 41 adyacentes a extremos circunferenciales del núcleo de eje q 46. Es decir, cada uno de los núcleos de eje q 46 está ubicado entre dos núcleos de eje d 41 circunferencialmente adyacentes entre sí. Unas acanaladuras 120 (intersticios) sustancialmente en forma de V están ubicadas circunferencialmente por ambos lados del núcleo de eje q 46, y los núcleos de eje d 41 y los núcleos de eje q 46 están separados circunferencialmente entre sí por las acanaladuras 120. Adicionalmente, en la acanaladura 120, ambos extremos del núcleo de eje d sobresalen circunferencialmente hacia el núcleo de eje q 46 desde las posiciones de la primera parte de puente 61 y la segunda parte de puente 62. En el Ejemplo 1, las longitudes de las partes que sobresalen son diferentes entre sí en los dos núcleos de eje d 41 adyacentes entre sí a través de un núcleo de eje q 46.

[0054] En el Ejemplo 1, el diámetro más exterior del núcleo de eje d 41 y el diámetro más exterior del núcleo de eje q 46 son sustancialmente equivalentes entre sí. Adicionalmente, los grosores circunferenciales de las partes de puente primera y segunda 61 y 62 son más delgados que el grosor de un extremo de la parte que sobresale circunferencial del núcleo de eje d 41. Adicionalmente, ocho imanes permanentes 70, que configuran los núcleos de eje d, son equivalentes entre sí en cuanto al grosor radial y la anchura circunferencial. Además, lo mismo se aplica a la dimensión radial y la dimensión circunferencial de los agujeros de inserción de imanes 50.

[0055] La primera parte de puente 61 y la segunda parte de puente 62 están ubicadas radialmente en ambos lados del centro de polo magnético C, y separadas entre sí. La primera parte de puente 61 y el núcleo de eje d 41 están conectados entre sí en un extremo de una parte que sobresale del núcleo de eje d 41 en la dirección circunferencial, es decir, una parte de conexión 81 ubicada más próxima al centro de polo magnético C que el extremo de núcleo de eje d 42 en la dirección circunferencial en el lado de la primera parte de puente 61 en el núcleo de eje d 41. Adicionalmente, la segunda parte de puente 62 y el núcleo de eje d 41 están conectados entre sí en un extremo de la otra parte que sobresale del núcleo de eje d 41 en la dirección circunferencial, es decir, una parte de conexión 82 ubicada más próxima al centro de polo magnético C que el extremo de núcleo de eje d 42 en la dirección circunferencial en el lado de la segunda parte de puente 62 en el núcleo de eje d 41. A este respecto, en el Ejemplo 1, un espacio entre cada extremo de núcleo de eje d 42 y cada núcleo de eje q 46 es sustancialmente constante.

[0057] En cada polo magnético, cuando una distancia entre el extremo de núcleo de eje d 42 del lado de la primera parte de puente 61 y el centro de polo magnético C se define como L1 y una distancia entre la parte de conexión 81 y el centro de polo magnético C se define como L2, en el Ejemplo 1, L1 es mayor que L2 (L2 < L1). En este ejemplo, una distancia entre una parte y el centro de polo magnético C es la longitud de una línea perpendicular desde una parte hasta una línea central virtual (línea de puntos y trazos en la Figura 2) indicativa del centro de polo magnético C, es decir, la longitud del segmento rectilíneo más corto que conecta una parte a la línea central virtual (lo mismo se aplica a “distancia”, que se describe en lo que sigue). Además, cuando una distancia entre el extremo de núcleo de eje d 42 del lado de la segunda parte de puente 62 y el centro de polo magnético C se define como L3 y una distancia entre la parte de conexión 82 y el centro de polo magnético C se define como L4, L3 es mayor que L4 (L4 < L3). En el Ejemplo 1, en un núcleo de eje d, L1 = L3 y L2 = L4. Adicionalmente, en dos núcleos de eje d 41, que están ubicados circunferencialmente por ambos lados de un núcleo de eje q 46 y son adyacentes entre sí, los tamaños de L1 y L3 son diferentes y los tamaños de L2 y L4 son iguales.

[0058] Como se muestra en la Figura 2, el rotor 30 es, por así decirlo, un conjunto de partes que tiene una sección transversal sustancialmente en forma de abanico para una componente de paso de un polo (τp). En este ejemplo, τp es un valor obtenido dividiendo 360 grados de una vuelta del rotor por el número de polos. En el Ejemplo 1, dado que el número de polos es ocho, τp = 45 grados. En el Ejemplo 1, como se ha descrito anteriormente, la distancia (L1) entre el extremo de núcleo de eje d 42 y el centro de polo magnético C en la dirección circunferencial del núcleo de eje d 41 es diferente entre los dos núcleos de eje d 41 adyacentes entre sí. Por lo tanto, el rotor 30 tiene dos tipos de forma como la forma en sección transversal para un paso de un polo, y esos dos tipos de forma están dispuestos alternativamente en la dirección circunferencial. El número de tipos de forma en sección transversal no está limitado a dos, sino que se pueden aplicar múltiples tipos. En el Ejemplo 1, en los dos tipos de forma en sección transversal, la forma de la acanaladura 120 es también diferente. Más específicamente, un tamaño de un ángulo (ángulo obtuso) definido por una parte sustancialmente plana de la parte circunferencial más exterior del núcleo de eje q 46, es decir, una parte sustancialmente plana en una zona superior del núcleo de eje q 46 cuando una dirección del eje de rotación X hacia la circunferencia exterior del rotor 30 a lo largo de la dirección radial es una dirección en altura, y una inclinación de la pared interior de la acanaladura 120, continua hasta un borde de la parte sustancialmente plana, es diferente en los dos tipos de forma en sección transversal que contactan entre sí.

[0059] La Figura 3 muestra una configuración de un rotor de una máquina eléctrica rotativa según una modificación del Ejemplo 1. Como en la Figura 2, la Figura 3 es una vista en sección transversal según un plano perpendicular al eje de rotación.

[0060] Como se muestra en la Figura 3, en la modificación, el extremo de núcleo de eje d 42 y el extremo de núcleo de eje q 47 en la dirección circunferencial de la parte sustancialmente plana en el caso más exterior del núcleo de eje q 46 están conectados entre sí por la parte de puente 63. A este respecto, la parte de puente 63, que está en la dirección del eje de rotación a lo largo de la acanaladura 120, cierra una abertura de la acanaladura 120 a lo largo de una dirección del eje de rotación. También, en la modificación, la superficie enfrentada respectiva con el estátor en el núcleo de eje d 41, el núcleo de eje q 46 y la parte de puente 63 configuran una superficie cilíndrica uniforme continua. Como consecuencia, se pueden reducir el ruido (ruido eólico) y las pérdidas mecánicas (pérdidas eólicas) que se generan durante la rotación debido a las partes no uniformes del rotor enfrente del estátor.

[0061] En la modificación, la parte de puente 63 es continua hasta el núcleo de eje d 41 y el núcleo de eje q 46, y está hecha del mismo material magnético que el del núcleo de eje d 41 y el núcleo de eje q 46. Adicionalmente, un grosor radial de la parte de puente 63 es más delgado que un grosor de un extremo de una parte que sobresale circunferencial del núcleo de eje d 41, por ejemplo, es equivalente al grosor circunferencial de las partes de puente primera y segunda 61 y 62.

[0062] La Figura 4 es una vista en perspectiva que muestra una configuración del rotor según el Ejemplo 1.

[0063] Como se muestra en la Figura 4, el rotor 30 según el Ejemplo 1 incluye un núcleo de rotor. En el rotor 30, como la forma en sección transversal sustancialmente en forma de abanico para un paso de un polo (τp), se prevén una primera forma en sección transversal 131 y una segunda forma en sección transversal 132, que son diferentes entre sí en la forma de núcleo en la proximidad del imán permanente, es decir, dos tipos de forma en sección transversal. Las primeras formas en sección transversal 131 y las segundas formas en sección transversal 132 están dispuestas alternativamente en la dirección circunferencial del rotor 30. Dado que se prevé sólo un núcleo de rotor mostrado en la figura, la forma en sección transversal del rotor 30 a lo largo del eje de rotación es la misma en cada parte del rotor 30.

[0064] Adicionalmente, en el Ejemplo 1, dado que τp = 45 grados, cuando las primeras formas en sección transversal 131 y las segundas formas en sección transversal 132 están dispuestas alternativamente, una a una, como se muestra en la figura, el rotor 30 tiene cuatro primeras formas en sección transversal 131 y cuatro segundas formas en sección transversal 132, es decir, las ocho formas en total en sección transversal sustancialmente en forma de abanico, que son iguales en τp.

[0065] La Figura 5 es una vista en perspectiva que muestra una configuración de un rotor en una modificación del Ejemplo 1.

[0066] En la modificación de la Figura 5, dos núcleos de rotor están fijados coaxialmente a un árbol (“90” en la Figura 1), no mostrado. Por consiguiente, el rotor 30 incluye, por así decirlo, dos partes de rotor. En una parte de rotor, como la forma en sección transversal sustancialmente en forma de abanico para un paso de un polo (τp (= 45 grados)), ocho primeras formas en sección transversal 131 están dispuestas en la dirección circunferencial. Además, en la otra parte de rotor, como la forma en sección transversal sustancialmente en forma de abanico para el mismo paso de un polo (τp (= 45 grados)), ocho segundas formas en sección transversal 132, que son diferentes en la forma del núcleo en la proximidad del imán permanente respecto a las primeras formas en sección transversal 131, están dispuestas en la dirección circunferencial. Además, las dos partes de rotor están dispuestas de manera que las superficies globales de las primeras formas en sección transversal 131 en una parte de rotor y las segundas formas en sección transversal 132 en la otra parte de rotor se solapan entre sí. Por lo tanto, en el rotor 30 según la presente modificación, las primeras formas en sección transversal 131 y las segundas formas en sección transversal 132, que son diferentes entre sí en las formas de núcleo (las dimensiones de las partes que sobresalen circunferenciales del núcleo de eje d descrito anteriormente, etc.) en la proximidad de los imanes permanentes, están dispuestas en la dirección del eje de rotación del rotor 30. Adicionalmente, en una dirección circunferencial, están dispuestas las mismas formas en sección transversal (una cualquiera de las primeras formas en sección transversal 131 y las segundas formas en sección transversal 132).

[0067] La Figura 6 es una vista en perspectiva que muestra una configuración de un rotor en otra modificación del Ejemplo 1.

[0068] En la modificación de la Figura 6, como en la modificación de la Figura 5, el rotor 30 incluye dos partes de rotor. En una parte de rotor, como las formas en sección transversal sustancialmente en forma de abanico para un paso de un polo (τp), se prevén unas primeras formas en sección transversal 131 y unas segundas formas en sección transversal 132, que son diferentes entre sí en la forma de núcleo en la proximidad del imán permanente, es decir, dos tipos de forma en sección transversal. Las primeras formas en sección transversal 131 y las segundas formas en sección transversal 132 están dispuestas alternativamente en una dirección circunferencial de una parte de rotor. Adicionalmente, en la otra parte de rotor, como las formas en sección transversal sustancialmente en forma de abanico para un paso de un polo (τp), se prevén unas terceras formas en sección transversal 133 y unas cuartas formas en sección transversal 134, que son diferentes entre sí en la forma de núcleo en la proximidad del imán permanente, es decir, dos tipos de forma en sección transversal. Las terceras formas en sección transversal 133 y las cuartas formas en sección transversal 134 están dispuestas alternativamente en una dirección circunferencial de la otra parte de rotor. Además, las dos partes de rotor están dispuestas de manera que las superficies globales de las primeras formas en sección transversal 131 en una parte de rotor y las terceras formas en sección transversal 133 en la otra parte de rotor se solapan entre sí, y de manera que las superficies globales de las segundas formas en sección transversal 132 en una parte de rotor y las cuartas formas en sección transversal 134 en la otra parte de rotor se solapan entre sí. En este ejemplo, las primeras formas en sección transversal 131 y las cuartas formas en sección transversal 134 son las mismas. Las segundas formas en sección transversal 132 y las terceras formas en sección transversal 133 son las mismas. Así, en la modificación de la Figura 6, están dispuestos dos tipos de forma en sección transversal (dos tipos de 131 y 132 o dos tipos de 133 y 134) y, en la dirección del eje de rotación, están dispuestos dos tipos de forma en sección transversal (dos tipos de 131 y 133 o dos tipos de 132 y 134). Como con los rotores mostrados en las Figuras 4 a 6, como las formas en sección transversal sustancialmente en forma de abanico para un paso de un polo (τp), los múltiples tipos de forma en sección transversal, que son diferentes entre sí en la forma de núcleo en la proximidad del imán permanente, están dispuestos en una cualquiera o ambas de la dirección circunferencial y la dirección del eje de rotación del rotor. Como consecuencia, en una cualquiera de esas direcciones, en partes en las que las formas en sección transversal son diferentes entre sí, es diferente un estado de una distribución del flujo magnético. Como consecuencia, las pulsaciones de par en las partes diferentes entre sí en la forma en sección transversal se cancelan entre sí de manera que se pueden reducir las pulsaciones de par en la máquina eléctrica rotativa. Además, según el Ejemplo 1, como se describirá más adelante, las pulsaciones de par se pueden reducir en un amplio intervalo de funcionamiento (intervalo de carga) de la máquina eléctrica rotativa.

[0069] En lo sucesivo, se describirán el funcionamiento y los efectos del Ejemplo 1.

[0070] La Figura 7 muestra una configuración de un rotor en una máquina eléctrica rotativa según un ejemplo comparativo del Ejemplo 1. La Figura 7 muestra una vista en sección transversal en un plano perpendicular a un eje de rotación de un rotor.

[0071] Como se muestra en la Figura 7, en el ejemplo comparativo, las posiciones de los extremos de núcleo de eje d 42, las posiciones de las partes de puente primera y segunda 61 y 62 y las posiciones de las partes de conexión 81 y 82 del extremo de núcleo de eje d 42 y las partes de puente primera y segunda 61 y 62 coinciden entre sí. En otras palabras, en el ejemplo comparativo, el núcleo de eje d 41 no tiene ninguna parte que sobresale de las posiciones de las partes de conexión 81 y 82 en la dirección circunferencial.

[0072] La Figura 8 muestra circulaciones de un flujo magnético que pasa a través de una parte de núcleo periférica alrededor del imán permanente a baja carga en el ejemplo comparativo y el Ejemplo 1. Adicionalmente, la Figura 8 es una vista en sección transversal parcial en un plano perpendicular al eje de rotación del rotor.

[0073] Como se muestra en la Figura 8, en el ejemplo comparativo y el presente ejemplo, un flujo magnético de fuga 150 pasa a través del extremo de núcleo de eje d 42. El flujo magnético de fuga 150 puede aumentar hasta que uno cualquiera del extremo de núcleo de eje d 42 y las partes de puente 61 y 62 está saturado magnéticamente y la permeabilidad relativa llega a ser sustancialmente 1. Por consiguiente, tanto las partes de puente 61 y 62 como el extremo de núcleo de eje d 42 están en un estado de alta densidad de flujo magnético. Una zona A en la Figura 8 indica una zona de alta densidad de flujo magnético (lo mismo se aplica a la Figura 9 que se describe más adelante).

[0075] Como se muestra en la Figura 8, en una situación de baja carga, incluso si el extremo de núcleo de eje d 42 está en el estado de alta densidad de flujo magnético, dado que la magnitud de flujo magnético de eje q 160 es pequeña, el flujo magnético de eje q 160 puede pasar a través del extremo de núcleo de eje d 42 en el ejemplo comparativo y el presente ejemplo.

[0077] La Figura 9 muestra circulaciones del flujo magnético que pasa a través de la parte de núcleo periférica alrededor del imán permanente a alta carga en el ejemplo comparativo y el Ejemplo 1. La Figura 9 es una vista en sección transversal parcial, siendo la misma que la Figura 8.

[0079] Como se muestra en la Figura 9, en el ejemplo comparativo, en el estado de alta carga, el extremo de núcleo de eje d 42, en un lado donde están alineadas las direcciones del flujo magnético de fuga 150 y del flujo magnético de eje q 160, está saturado magnéticamente por superposición tanto del flujo magnético de fuga 150 como del flujo magnético de eje d 160 en el extremo de núcleo de eje d 42. Por esta razón, una parte del flujo magnético de eje q 160 no puede pasar a través del extremo de núcleo de eje d 42 y sale al estátor 10 a fin de evitar el área A de alta densidad de flujo magnético.

[0081] En este ejemplo, según los conocimientos de los presentes inventores, una fase de la pulsación de par en cada polo magnético depende de un ángulo de abertura τd (consultar la Figura 10) en la dirección circunferencial de un extremo al otro extremo del núcleo de eje d 41, pero cuando el extremo de núcleo de eje d 42 está saturado magnéticamente, se estrecha un ángulo de abertura τd eficaz de manera que cambia la aparición de la pulsación de par. Por lo tanto, incluso si el ángulo de abertura τd se establece para reducir la pulsación de par a baja carga, la pulsación de par puede que no se reduzca a alta carga dado que se estrecha el ángulo de abertura τd eficaz. En otras palabras, en el ejemplo comparativo, incluso si la pulsación de par se puede reducir en un cierto punto de funcionamiento, es difícil reducir la pulsación de par en un amplio intervalo de funcionamiento.

[0083] En contraste a esto, en el Ejemplo 1, dado que el núcleo de eje d tiene las partes que sobresalen en ambos extremos del núcleo de eje d, como se muestra en la Figura 9, incluso en el estado de alta carga, una parte a través de la que no pasa el flujo magnético de fuga 150, que pasa a través de las partes de puente 61 y 62, se presenta en el extremo de núcleo de eje d 42. En otras palabras, incluso si las partes de puente 61 y 62 están saturadas magnéticamente por el flujo magnético de fuga 150, la densidad de flujo magnético del extremo de núcleo de eje d 42 no aumenta hasta el grado que el extremo de núcleo de eje d 42 esté saturado magnéticamente. Por esta razón, dado que el flujo magnético de eje q 160 puede pasar a través del extremo de núcleo de eje d 42, tanto en el estado de alta carga como en la baja carga, el ángulo de abertura τd eficaz es sustancialmente constante, no dependiendo del estado de carga. Por lo tanto, según el presente ejemplo, las pulsaciones de par se pueden reducir en un amplio intervalo de funcionamiento de baja carga a alta carga.

[0084] A este respecto, en la modificación mostrada en la Figura 3 que se ha descrito anteriormente, puede presentarse una ruta del flujo magnético de fuga que pasa a través de la parte de puente 63. Sin embargo, la parte de puente 63 está más alejada circunferencialmente del extremo del imán permanente 70 que las partes de puente 61 y 62, y el grosor radial de la parte de puente 63 es más delgado que el grosor radial del extremo de la parte que sobresale, y es del mismo grado que el grosor circunferencial de las partes de puente 61 y 62. Por esta razón, la resistencia magnética de la ruta del flujo magnético de fuga que pasa a través de la parte de puente 63 es mayor que la resistencia magnética de la ruta del flujo magnético de fuga que pasa a través de las partes de puente 61 y 62. Como consecuencia, la mayor parte del flujo magnético de fuga (“150” en las Figuras 8 y 9) pasa a través de la ruta del flujo magnético de fuga que pasa a través de las partes de puente 61 y 62. Por lo tanto, un estado de la circulación del flujo magnético es el mismo que el estado mostrado en las Figuras 8 y 9, y las pulsaciones de par se pueden reducir en un amplio intervalo de funcionamiento, incluso en la Modificación 3.

[0086] Por otro lado, en el presente Ejemplo 1, no se prevé ninguna parte de puente 63, y el núcleo de eje d 41 y el núcleo de eje q 46 no están acoplados entre sí en la dirección circunferencial, y están separados en la dirección circunferencial por un intersticio de la acanaladura 120. Por lo tanto, la ruta del flujo magnético de fuga está limitada a la ruta que pasa a través de las partes de puente 61 y 62, y se impide que la densidad de flujo magnético del extremo de núcleo de eje d 42 aumente por el flujo magnético de fuga que pasa a través de otra ruta. Por lo tanto, según el presente Ejemplo 1, las pulsaciones de par se pueden reducir con seguridad en un amplio intervalo de funcionamiento.

[0087] En lo sucesivo, la forma en sección transversal del rotor según el presente Ejemplo 1 se describirá con más detalle.

[0088] La Figura 10 es una vista en sección transversal del estátor y el rotor en la máquina eléctrica rotativa en un plano perpendicular al eje de rotación. Por simplicidad del dibujo, el devanado de estátor 21 (Figura 1) enrollado en la ranura de estátor 22 se omite de la ilustración. Además, en la máquina eléctrica rotativa según el presente Ejemplo 1, el número de polos del rotor 30 es 8 y el número de ranuras del estátor 10 es 48. Adicionalmente, la combinación del número de polos y el número de ranuras no está limitada a 48 ranuras de ocho polos como en el presente Ejemplo 1, y se puede ajustar apropiadamente.

[0089] El par de cada polo magnético en un cierto momento depende de una relación posicional entre el extremo de núcleo de eje d 42 y los dientes de estátor 25. Por ejemplo, la combinación de ranuras afecta al orden de la componente de la pulsación de par y, como se muestra en la Figura 10, en el caso de las 48 ranuras de ocho polos, una componente de orden 12 es una componente principal de la pulsación de par.

[0090] La fase de las componentes de la pulsación de par depende de la relación posicional del extremo de núcleo de eje d 42 y los dientes de estátor 25. Cuando la relación posicional entre el extremo de núcleo de eje d 42 y los dientes de estátor 25 enfrente del extremo de núcleo de eje d 42 es la misma en cada polo magnético, las fases de las pulsaciones de par en cada polo magnético son casi las mismas. Por ejemplo, como se muestra en la Figura 10, cuando un ángulo de paso de ranura del estátor 10 se define como τs, cuando una diferencia de los ángulos de abertura circunferenciales τd de un extremo al otro extremo del núcleo de eje d 41 es 2τs en dos tipos de forma en sección transversal (131 y 132 en la Figura 4) diferentes en forma, las fases de las pulsaciones de par en cada polo magnético coinciden sustancialmente entre sí.

[0091] A este respecto, en la Figura 10, en cada polo magnético, cuando una distancia entre el extremo de núcleo de eje d 42 circunferencial en el lado de la primera parte de puente 61 del núcleo de eje d 41 y un centro de polo magnético (C en la Figura 2) se define como L1 y una distancia entre el extremo de núcleo de eje d 42 circunferencial en el lado de la segunda parte de puente 62 del núcleo de eje d 41 y el centro de polo magnético se define como L3, se satisface L1 = L3 (consultar la Figura 11 que se describe más adelante). Al contrario, si se satisface L1 ≠ L3, cuando una diferencia en τd en los dos tipos de forma en sección transversal es τs, y una posición en la que el extremo de núcleo de eje d 42 y los dientes de estátor 25 están enfrentados entre sí es la misma, las fases de las pulsaciones de par en cada polo magnético coinciden sustancialmente entre sí. Por consiguiente, en los múltiples tipos (dos tipos en el presente Ejemplo 1) diferentes en forma, cuando se reduce una diferencia entre un valor máximo y un valor mínimo de al menos τd, puede desplazarse la fase de la pulsación de par causada por la combinación de ranuras en cada polo magnético, y pueden reducirse las pulsaciones de par.

[0092] La Figura 11 muestra parámetros (L1 a L9) que representan la forma en sección transversal del núcleo de rotor en el presente Ejemplo 1. La Figura 11 es una vista en sección transversal parcial del rotor en un plano perpendicular al eje de rotación.

[0093] L1 es una distancia entre el extremo de núcleo de eje d 42 circunferencial en el lado de la primera parte de puente 61 del núcleo de eje d 41 y el centro de polo magnético C.

[0094] L2 es una distancia entre la parte de conexión 81 y el centro de polo magnético C.

[0095] L3 es una distancia entre el extremo de núcleo de eje d 42 circunferencial en el lado de la segunda parte de puente 62 del núcleo de eje d 41 y el centro de polo magnético C.

[0096] L4 es una distancia entre la parte de conexión 82 y el centro de polo magnético C.

[0097] L5 es una anchura circunferencial de una abertura de la acanaladura 120 (intersticio) en el lado de la primera parte de puente 61. En otras palabras, L5 es una distancia entre la terminación circunferencial del núcleo de eje d 41 y el borde de la parte circunferencial c radialmente más exterior (parte plana) del núcleo de eje q 46 en el lado de la primera parte de puente 61.

[0098] L6 es una anchura circunferencial de una abertura de la acanaladura 120 (intersticio) en el lado de la segunda parte de puente 62. En otras palabras, L6 es una distancia entre la terminación circunferencial del núcleo de eje d 41 y el borde de la parte circunferencial c radialmente más exterior del núcleo de eje q 46 en el lado de la segunda parte de puente 62.

[0099] L7 es una distancia radial del núcleo de eje q 46 en el lado de la primera parte de puente 62 desde un eje de rotación X de la parte circunferencial c radialmente más exterior.

[0100] L8 es una distancia radial del núcleo de eje q 46 en el lado de la segunda parte de puente 62 desde el eje de rotación X de la parte circunferencial c radialmente más exterior.

[0101] L9 es una distancia entre la superficie circunferencial exterior del núcleo de eje d 41 y la superficie circunferencial exterior del imán permanente 70 en el centro de polo magnético C.

[0102] En el presente Ejemplo 1, dado que el núcleo de rotor tiene el núcleo de eje q 46, se presenta no sólo un par del imán sino también un par de la reluctancia. Como se ha descrito anteriormente, el ángulo de abertura circunferencial τd de un extremo al otro extremo del extremo de núcleo de eje d 42 es un parámetro relacionado con la fase de la pulsación de par por el par del imán. τd cambia según L1 a L4. Por lo tanto, en los múltiples tipos (dos tipos en el Ejemplo 1) de forma en sección transversal, una cualquiera o alguna de L1 a L4 se hacen diferentes de manera que la fase de la pulsación de par por el par del imán se puede hacer diferente. Adicionalmente, en el presente Ejemplo 1, L1 = L3 y L2 = L4 (L1 > L2, L3 > L4) se satisfacen en cada parte magnética y L1 y L3 se hacen diferentes en los dos tipos de forma en sección transversal (131 y 132 en la Figura 4).

[0103] Dado que cambia un estado de distribución del flujo magnético de eje q al cambiar una cualquiera o alguna de L5 a L8, se puede hacer diferente la fase del par de la reluctancia de cada polo magnético. Como consecuencia, se puede reducir la pulsación del par de la reluctancia.

[0104] Cuando se cambia L9, tanto la magnitud de flujo magnético como la inductancia en el eje q del imán permanente 70 cambian de manera que se pueden cambiar las magnitudes del par del imán y el par de la reluctancia. Por esta razón, cuando L9 se hace diferente en cada forma en sección transversal, se puede ajustar una relación entre la componente de la pulsación del par del imán y la componente de la pulsación del par de la reluctancia en cada par del imán. Por lo tanto, la fase de cada pulsación de par del par del imán y el par de la reluctancia se desplaza por L1 a L8, y el tamaño de cada pulsación de par se hace equivalente por L9 de manera que ambas componentes de la pulsación pueden cancelarse entre sí, y se pueden reducir las pulsaciones de par del rotor global.

[0105] L1 a L9 se pueden hacer diferentes en la dirección circunferencial del rotor como en el presente Ejemplo 1 o como en las modificaciones de las Figuras 5 y 6, L1 a L9 se pueden hacer diferentes en la dirección del eje de rotación, o tanto en la dirección circunferencial como en la dirección del eje de rotación.

[0106] En el presente Ejemplo 1, L1 = L3, L2 = L4 y L1 > L2, L3 > L4 se satisfacen en cada polo magnético. Es decir, ambos extremos del núcleo de eje d sobresalen de las posiciones de la primera parte de puente 61 y la segunda parte de puente 62 en la dirección circunferencial hacia el núcleo de eje q 46. Como consecuencia, como se ha descrito anteriormente (Figuras 8 y 9), se impide la saturación magnética en el extremo de núcleo de eje d 42 circunferencial del núcleo de eje d 41.

[0107] Además, en el presente Ejemplo 1, en los dos tipos de forma en sección transversal, L1 y L3 son diferentes y L2, L4 y L5 a L9 son equivalentes. Por consiguiente, se reduce la pulsación de par del par del imán. Adicionalmente, dado que el ángulo de paso de polo τp (Figura 2) es equivalente en los dos tipos de forma en sección transversal, L5 y L6 son equivalentes, pero en los dos tipos de forma en sección transversal, la forma de la acanaladura 120 (intersticio) es diferente. Más específicamente, como se muestra en la Figura 11, en los dos tipos de forma en sección transversal adyacentes entre sí, el tamaño de un ángulo definido por una inclinación b1 de la pared interior de la acanaladura 120, continua hasta un borde de la parte plana c de la parte circunferencial más exterior del núcleo de eje q 46, y una superficie a1 de la pared exterior de la parte de puente 61, 62 es diferente del tamaño de un ángulo definido por una inclinación 2b de la pared interior y una superficie a2 de la pared exterior de la misma manera. Por esta razón, en los dos tipos de forma en sección transversal, dado que el estado de distribución del flujo magnético de eje q es diferente, la fase de la pulsación de par del par de la reluctancia es diferente. Como consecuencia, se reduce la pulsación de par del par de la reluctancia. A este respecto, como se muestra en la Figura 11, los lados cortos circunferenciales del imán permanente 70 en una sección transversal rectangular y las superficies a1 y a2 de la pared exterior de las partes de puente primera y segunda 61 y 62 están dispuestos en paralelo en la dirección radial. Además, como se muestra en la Figura 11, la acanaladura 120 tiene una sección transversal sustancialmente en forma de V. Por esta razón, un ángulo definido por a1 y b1 y un ángulo definido por a2 y b2 son, ambos, ángulos agudos. Como consecuencia, puede obtenerse un par de la reluctancia con menos pulsación, sin aumentar el núcleo de eje q 46.

[0108] Además, en el presente Ejemplo 1, dado que ambos extremos del núcleo de eje d sobresalen hacia el núcleo de eje q 46 en la dirección circunferencial desde la primera parte de puente 61 y la segunda parte de puente 62, el flujo magnético desde el imán permanente 70 hacia el estátor se dispersa en la dirección circunferencial en cada polo magnético. Por lo tanto, se atenúa un cambio de la densidad de flujo magnético en el extremo de núcleo de eje d 42 en la dirección circunferencial del núcleo de eje d 41. Además, los polos magnéticos de las diferentes formas en sección transversal cancelan las componentes de la pulsación de manera que se puede reducir un par de retención, y una fuerza electromotriz inducida sin carga puede ser sinusoidal. Cuando la fuerza electromotriz inducida sin carga es sinusoidal, se puede reducir una pérdida armónica causada por una estructura de la máquina eléctrica rotativa, tal como una combinación de ranuras, y se mejora el rendimiento de la máquina eléctrica rotativa.

[0109] Adicionalmente, se ha omitido una descripción de cada sección en corte transversal, pero en el presente Ejemplo 1, se prevé un espacio de barrera magnética entre el extremo circunferencial del imán permanente 70 y las partes de puente primera y segunda 61 y 62. Esto hace posible reducir el par de retención. La parte de espacio de barrera magnética puede ser una parte de espacio o puede ser una parte de llenado hecha de un material no magnético, tal como resina.

[0110] Como se ha descrito anteriormente, según la máquina eléctrica rotativa del presente Ejemplo 1, la pulsación de par puede reducirse en un amplio intervalo de funcionamiento de baja carga a alta carga.

[0111] Ejemplo 2

[0112] La Figura 12 muestra una configuración esquemática de un sistema de accionamiento de máquinas eléctricas rotativas según el Ejemplo 2 de la presente invención.

[0113] En el presente Ejemplo 2, una máquina eléctrica rotativa en el Ejemplo 1 que se ha descrito anteriormente se aplica como la máquina eléctrica rotativa 1 en la Figura 12.

[0114] En un sistema de accionamiento de máquinas eléctricas rotativas 200 de la Figura 12, una potencia para accionar la máquina eléctrica rotativa 1 se suministra desde una fuente de alimentación 210 a través de un convertidor de potencia 220 formado por un inversor, un convertidor o similar. En este caso, el convertidor de potencia 220 puede lograr un control de salida de la máquina eléctrica rotativa 1 según una carga 230 accionada por la máquina eléctrica rotativa 1.

[0115] En la máquina eléctrica rotativa convencional y los ejemplos comparativos descritos anteriormente, existe la preocupación de que, incluso si la pulsación de par se puede reducir en un cierto punto de funcionamiento, la pulsación de par no se puede reducir en otros puntos de funcionamiento y, por lo tanto, se presenta una gran pulsación de par cuando varía una carga. Cuando se presenta la pulsación de par, en general, el control para permitir que una corriente impida que circule la pulsación de par se ejecuta en el control de par. Dado que la pulsación de par se genera como una componente de pulsación de alto orden, se requiere que el convertidor de potencia 220 de alta respuesta permita que el control siga la pulsación de par, y aumenta el coste de dicho convertidor de potencia 220. Además, dado que se inyecta una corriente armónica para reducir la pulsación de par, aumentan una pérdida de conmutación en el convertidor de potencia 220 y una pérdida armónica que se presenta en la máquina eléctrica rotativa 1, lo que lleva a un deterioro del rendimiento del sistema. Incluso en el control de velocidad, cuando es pequeño un momento de inercia del rotor, la pulsación de par causa una variación de velocidad y, por lo tanto, como en el control de par, se requiere el convertidor de potencia 220 de alta respuesta, y baja el rendimiento del sistema.

[0116] En contraste a esto, en el presente Ejemplo 2, dado que se aplica la máquina eléctrica rotativa del Ejemplo 1, la máquina eléctrica rotativa 1 puede reducir la pulsación de par en un amplio intervalo de funcionamiento, y la pulsación de par de la máquina eléctrica rotativa 1 se puede reducir incluso cuando varía una carga. Por esta razón, incluso en cualquier sistema de control del control de par y del control de velocidad, no se requiere ningún convertidor de potencia 220 de alta respuesta. Además, dado que se pueden reducir la pérdida de conmutación en el convertidor de potencia 220 y la pérdida armónica que se presenta en la máquina eléctrica rotativa 1, se mejora el rendimiento del sistema de accionamiento de máquinas eléctricas rotativas 200. Además, incluso en el control de posición, no se presenta un deterioro de la controlabilidad debido a la pulsación de par, y se puede lograr un control de posición de alta precisión con diversas cargas. Adicionalmente, se pueden reducir la vibración y el ruido causados por la pulsación de par.

[0117] Ejemplo 3

[0118] La Figura 13 muestra una configuración esquemática de un automóvil eléctrico según el Ejemplo 3 de la presente invención.

[0119] En el presente Ejemplo 3, una máquina eléctrica rotativa del Ejemplo 1 que se ha descrito anteriormente se aplica como las máquinas eléctricas rotativas 351 y 352 en la Figura 13.

[0120] Como se muestra en la Figura 13, un automóvil eléctrico 300 está equipado con un motor de combustión 360, las máquinas eléctricas rotativas 351 y 352 y una batería 380.

[0121] Cuando se accionan las máquinas eléctricas rotativas 351 y 352, la batería 380 suministra una potencia de CC a un convertidor de potencia 370 (inversor) para accionar las máquinas eléctricas rotativas 351 y 352. El convertidor de potencia 370 convierte la potencia de CC procedente de la batería 380 en una potencia de CA y suministra la potencia de CA a las máquinas eléctricas rotativas 351 y 352.

[0122] Además, durante el recorrido regenerativo, las máquinas eléctricas rotativas 351 y 352 generan la potencia de CA según la energía cinética del vehículo y suministran la potencia de CA al convertidor de potencia 370. El convertidor de potencia 370 convierte la potencia de CA procedente de las máquinas eléctricas rotativas 351 y 352 en potencia de CC y suministra la potencia de CC a la batería 380.

[0123] Un par de rotación, debido a un motor de combustión 360 y las máquinas eléctricas rotativas 351 y 352, se transmite a unas ruedas 310 a través de una transmisión 340, un engranaje diferencial 330 y un eje 320. Generalmente, un automóvil requiere un amplio intervalo de funcionamiento, tal como un par grande a baja velocidad al arrancar en cuesta, un par pequeño a alta velocidad en autopista, un par medio a velocidad media en calles, etc. En el amplio intervalo de funcionamiento descrito anteriormente, la pulsación de par se reduce en las máquinas eléctricas rotativas 351 y 352. Por esta razón, dado que el ruido y la vibración causados por las pulsaciones de par de las máquinas eléctricas rotativas 351 y 352 se pueden reducir en el amplio intervalo de funcionamiento, se mejora la comodidad de marcha del automóvil eléctrico 300.

[0124] Adicionalmente, con una reducción en las pulsaciones de par de las máquinas eléctricas rotativas 351 y 352, se puede mitigar el impacto mecánico proporcionado a la transmisión 340 y al engranaje diferencial 330. Por esta razón, se pueden lograr una seguridad mejorada y una larga duración del automóvil eléctrico 300. Adicionalmente, es innecesaria la inyección de corrientes armónicas para reducir la pulsación de par, y el rendimiento del sistema del automóvil eléctrico 300 se mejora de manera que puede prolongarse la autonomía del automóvil eléctrico 300.

[0125] Incluso en un automóvil eléctrico que no tiene motor de combustión 360 y está accionado únicamente por la potencia de la máquina eléctrica rotativa, se aplica la máquina eléctrica rotativa según el Ejemplo 1 para obtener los mismos efectos que los del Ejemplo 3.

[0126] Ejemplo 4

[0127] La Figura 14 muestra una configuración esquemática de un vehículo ferroviario eléctrico según el Ejemplo 4 de la presente invención.

[0128] En el presente Ejemplo 4, la máquina eléctrica rotativa según el Ejemplo 1 que se ha descrito anteriormente se aplica como las máquinas eléctricas rotativas 1.

[0129] Como se muestra en la Figura 14, un vehículo ferroviario eléctrico 400 incluye unos engranajes 410, unas ruedas 420, y un vagón que tiene ejes 430 y las máquinas eléctricas rotativas 1. Las máquinas eléctricas rotativas 1 accionan las ruedas 420 conectadas a los ejes 430 a través de los engranajes 410. Un convertidor de potencia, no mostrado, acciona las máquinas eléctricas rotativas 1. En el presente Ejemplo 4, el vagón 440 tiene dos máquinas eléctricas rotativas 1, pero no está limitado a la configuración anterior, y puede tener una o tres o más máquinas eléctricas rotativas 1.

[0130] En general, se requiere que los vehículos ferroviarios tengan características de par en un amplio intervalo de velocidad desde el arranque hasta el accionamiento a velocidad máxima, y se requieren también que tengan un amplio intervalo de par según un régimen de ocupación. En el amplio intervalo de funcionamiento descrito anteriormente, las pulsaciones de par se reducen en la máquina eléctrica rotativa 1. Por esta razón, dado que el ruido y la vibración, causados por la pulsación de par de la máquina eléctrica rotativa 1, se pueden reducir siempre independientemente del régimen de ocupación, se mejora la comodidad de marcha del vehículo ferroviario eléctrico 400. Adicionalmente, dado que se reduce la pulsación de par de la máquina eléctrica rotativa 1, se atenúa el impacto mecánico proporcionado a los engranajes 410. Por esta razón, se pueden lograr una seguridad mejorada y una larga duración del vehículo ferroviario eléctrico 400. Adicionalmente, es innecesaria la inyección de corrientes armónicas para reducir la pulsación de par, y se mejora el rendimiento del sistema del vehículo ferroviario eléctrico 400.

[0131] Lista de signos de referencia

[0132] 1 ... máquina eléctrica rotativa, 5... armazón, 10... estátor, 20... núcleo de estátor, 21... devanado de estátor, 22 ... ranura de estátor, 25... dientes de estátor, 30... rotor, 40... núcleo de rotor, 41... núcleo de eje d, 42... extremo de núcleo de eje d, 46... núcleo de eje q, 47... extremo de núcleo de eje q, 50... agujero de inserción de imanes, 61 ... primera parte de puente, 62 ... segunda parte de puente, 63 ... parte de puente, 70 ... imán permanente, 81, 82... partes de conexión, 90... árbol, 100... intersticio, 110 … núcleo de lado circunferencial interior, 120 ... acanaladura, 131, 132, 133 y 134 ... formas en sección transversal, 150 ... flujo magnético de fuga, 160... flujo magnético de eje q, 200 … sistema de accionamiento de máquinas eléctricas rotativas, 210 ... fuente de alimentación, 220... convertidor de potencia, 230... carga, 300... automóvil eléctrico, 310... rueda, 320 ... eje, 330 ... engranaje diferencial, 340 ... transmisión, 351, 352 ... máquinas eléctricas rotativas, 360 ... motor de combustión, 370... convertidor de potencia, 380... batería, 400 ... vehículo ferroviario eléctrico, 410 ... engranaje, 420... rueda, 430... eje y 440... vagón

Claims

1. REIVINDICACIONES

1. Una máquina eléctrica rotativa (1) que comprende:

un estátor (10); y

un rotor (30) que tiene un núcleo de rotor (40) enfrente del estátor (10),

en la que el núcleo de rotor (40) tiene al menos un agujero de inserción de imanes (50) por polo magnético e incluye un núcleo de eje d (41) dispuesto en un lado circunferencial exterior del agujero de inserción de imanes (50), un núcleo de lado circunferencial interior (110) dispuesto en un lado circunferencial interior del agujero de inserción de imanes (50) y un núcleo de eje q (46) circunferencialmente adyacente al núcleo de eje d (41), un imán permanente (70) está insertado en el agujero de inserción de imanes (50),

el núcleo de eje d (41) está acoplado al núcleo de lado circunferencial interior (110) por una primera parte de puente (61) adyacente a uno de ambos extremos del agujero de inserción de imanes (50) y una segunda parte de puente (62) adyacente al otro de ambos extremos,

una distancia L1 entre un extremo del núcleo de eje d (41) en el lado de primera parte de puente y un centro de polo magnético (C) es mayor que una distancia L2 entre una parte de conexión (81) entre la primera parte de puente (61) y el núcleo de eje d (41) y el centro de polo magnético (C),

una distancia L3 entre un extremo del núcleo de eje d (41) en el lado de segunda parte de puente y el centro de polo magnético (C) es mayor que una distancia L4 entre una parte de conexión (82) entre la segunda parte de puente (62) y el núcleo de eje d (41) y el centro de polo magnético (C), y

el núcleo de rotor (40) está dividido en una pluralidad de partes, teniendo cada parte un tamaño de un paso de un polo, en la que una diferencia entre las distancias L1 y L2 de dos núcleos de eje d (41) adyacentes entre sí es diferente y una diferencia entre las distancias L3 y L4 de dos núcleos de eje d (41) adyacentes entre sí es diferente, de manera que los núcleos de eje d (41) de partes adyacentes tienen una forma diferente en sección transversal.

2. La máquina eléctrica rotativa (1) según la reivindicación 1,

en la que las partes adyacentes que tienen diferentes formas en sección transversal de los núcleos de eje d (41) están ubicadas en una dirección circunferencial o una dirección de eje de rotación (X) del rotor (30), o en ambas de la dirección circunferencial y la dirección de eje de rotación (X).

3. La máquina eléctrica rotativa (1) según la reivindicación 1,

en la que el núcleo de eje d (41) tiene partes salientes que sobresalen circunferencialmente de la parte de conexión (81) de la primera parte de puente (61) y el núcleo de eje d (41) y la parte de conexión (82) de la segunda parte de puente (62) y el núcleo de eje d (41).

4. La máquina eléctrica rotativa (1) según la reivindicación 1,

en la que una diferencia entre un valor máximo y un valor mínimo de un ángulo de abertura circunferencial τd desde el extremo del núcleo de eje d (41) en el primer lado de puente y el extremo en el segundo lado de puente en la pluralidad de tipos de forma en sección transversal es menor que un ángulo de paso de ranura τs del estátor (10).

5. La máquina eléctrica rotativa (1) según la reivindicación 1,

en la que una acanaladura (120) está ubicada entre el núcleo de eje d (41) y el núcleo de eje q (46).

6. La máquina eléctrica rotativa (1) según la reivindicación 5,

en la que la acanaladura (120) tiene sustancialmente forma de V.

7. La máquina eléctrica rotativa (1) según la reivindicación 1,

en la que una cualquiera de la L1, la L2, la L3, la L4, una distancia L5 entre el extremo del núcleo de eje d (41) en el lado de primera parte de puente y un caso radialmente más exterior del núcleo de eje q, una distancia L6 entre el extremo del núcleo de eje d (41) en el lado de segunda parte de puente y el caso radialmente más exterior del núcleo de eje q, una distancia L7 del caso radialmente más exterior del núcleo de eje q (46) en el

lado de primera parte de puente desde un eje de rotación, una distancia L8 del caso radialmente más exterior del núcleo de eje q (46) en el lado de segunda parte de puente desde el eje de rotación y una distancia L9 entre una superficie circunferencial exterior del núcleo de eje d (41) y una superficie circunferencial exterior del imán permanente (70) en el centro de polo magnético es diferente en la pluralidad de tipos de forma en sección transversal.

8. La máquina eléctrica rotativa (1) según la reivindicación 7,

en la que una cualquiera de la L1 a la L4 es diferente en la pluralidad de tipos de forma en sección transversal.

9. La máquina eléctrica rotativa (1) según la reivindicación 7,

en la que una cualquiera de la L5 a la L8 es diferente en la pluralidad de tipos de forma en sección transversal.

10. La máquina eléctrica rotativa (1) según la reivindicación 7,

en la que la L9 es diferente en la pluralidad de tipos de forma en sección transversal.

11. La máquina eléctrica rotativa (1) según la reivindicación 5, que comprende además una parte de puente que acopla el núcleo de eje d (41) al núcleo de eje q (46) y cierra una abertura de la acanaladura (120).

12. Un sistema de accionamiento de máquinas eléctricas rotativas que comprende:

una máquina eléctrica rotativa (1) que acciona una carga;

y

un convertidor de potencia que acciona la máquina eléctrica rotativa (1),

en el que la máquina eléctrica rotativa (1) es la máquina eléctrica rotativa (1) según la reivindicación 1.

13. Un automóvil eléctrico que comprende:

una máquina eléctrica rotativa (1);

una batería; y

un convertidor de potencia que convierte una potencia de corriente continua (CC) de la batería en una potencia de corriente alterna (CA), y suministra la potencia de CA a la máquina eléctrica rotativa (1), en el que un par de la máquina eléctrica rotativa (1) se transmite a una rueda a través de una transmisión,

en el que la máquina eléctrica rotativa (1) es la máquina eléctrica rotativa según la reivindicación 1.

14. Un vehículo ferroviario eléctrico que incluye un vagón que comprende:

una máquina eléctrica rotativa (1); y

una rueda accionada por la máquina eléctrica rotativa (1) a través de un engranaje,

en el que la máquina eléctrica rotativa (1) es una máquina eléctrica rotativa (1) según la reivindicación 1.