Engranajes magnéticos variables.

Un sistema de tren de potencia que comprende un motor (901), un miembro de salida (222;

322;422;822;922), un engranaje magnético (200;900) que conecta el motor con el miembro de salida, un sistema de almacenamiento de energía (960) y medio de control (962) dispuesto para controlar el flujo de potencia del motor al sistema de almacenamiento de energía o del sistema de almacenamiento de energía al miembro de salida si una potencia requerida en el miembro de salida es diferente de una potencia en el motor, en el que el engranaje magnético comprende un primer rotor (202;302;402;502;802;902) que tiene un primer conjunto de polos magnéticos (210), un segundo rotor que tiene un segundo conjunto de polos magnéticos (214), y el primer y segundo rotores tienen números diferentes de polos magnéticos, las piezas polares están dispuestas para modular el campo magnético que actúa entre los polos magnéticos, y se caracteriza por un tercer rotor (216) que tiene un conjunto de piezas polares (206), y el medio de control está dispuesto para controlar la rotación de uno de los rotores de manera que se varíe la relación de engranaje entre los otros dos rotores.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un sistema de tren de potencia según el preámbulo de la reivindicación 1 y como se desvela en el documento US2007096574A.

Antecedentes de la invención

Se conocen engranajes magnéticos en los que los rotores de entrada y salida están provistos de respectivos conjuntos de pares de polos magnéticos en diferentes separaciones, y un conjunto de piezas polares ferromagnéticas está dispuesto entre los rotores de entrada y de salida para modular el campo magnético y para permitir que el rotor de entrada accione el rotor de salida con una relación de engranaje que depende de la relación de las distancias de los dos conjuntos de polos magnéticos y la separación de las piezas polares.

Resumen de la invención

La presente invención proporciona un sistema de tren de potencia según las características de la reivindicación 1. Otras realizaciones de la invención se explican resumidamente en las reivindicaciones dependientes.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es una sección esquemática a través de un sistema de engranaje magnético rotatorio conocido;

la Figura 2 es una sección longitudinal a través del sistema de engranaje de la Figura 1;

la Figura 3 es una vista en sección transversal de un acoplamiento motriz según una primera realización de la invención;

la Figura 4 es una sección longitudinal a través del acoplamiento motriz de la Figura 3;

la Figura 5 es una sección longitudinal a través de un acoplamiento motriz según una segunda realización de la invención;

la Figura 6 es una sección longitudinal a través de un acoplamiento motriz según una realización adicional de la invención;

la Figura 7 es una sección transversal a través de un acoplamiento motriz según una realización adicional de la invención;

la Figura 8 es una sección longitudinal esquemática a través de un sistema de generación de potencia según una realización adicional de la invención;

la Figura 9 es una sección longitudinal esquemática a través de un sistema de generación de potencia según una realización adicional de la invención;

la Figura 10 es una sección transversal esquemática a través de un acoplamiento motriz según una realización adicional de la invención;

la Figura 11 es una sección longitudinal esquemática a través del acoplamiento motriz de la Figura 10;

la Figura 12 es una sección longitudinal esquemática a través de un tren motriz del vehículo según una realización adicional de la invención; y

la Figura 13 es un diagrama funcional del tren motriz de la Figura 12.

Refiriéndose a las Figuras 1 y 2, un engranaje magnético rotativo 100 conocido comprende un primer rotor o rotor interior 102, un segundo rotor o rotor exterior 104 que tiene un eje común de rotación con el primer rotor 102, y una serie de piezas polares 106 de material ferromagnético soportado entre los rotores 102, 104. El primer rotor 102 comprende un soporte 108 que lleva un primer conjunto de imanes permanentes 110, dispuestos con sus polos norte y sur en sus extremos radialmente interior y exterior, y orientados con polaridad alterna, por lo que cada uno de los imanes 110 tiene sus polos orientados en la dirección opuesta a los imanes en cada lado del mismo. En esta realización, el primer rotor 102 comprende ocho imanes permanentes, o cuatro pares de polos, dispuestos para

producir un campo magnético espacialmente variable. El segundo rotor 104 comprende un soporte 112 que lleva un segundo conjunto de imanes permanentes 114, de nuevo dispuestos con sus polos enfrentados radlalmente hacia el Interior y hacia el exterior, y con alternancia de polaridad. El segundo rotor 104 comprende 46 imanes permanentes o 23 pares de polos dispuestos para producir un campo espaclalmente variable. El primer y segundo conjuntos de imanes permanentes, por lo tanto, Incluyen diferentes números de imanes. En consecuencia, sin ningún tipo de modulación de los campos magnéticos que producen, habría poco o ningún acoplamiento magnético útil o interacción entre los dos conjuntos de ¡manes permanentes 110 y 114, de tal manera que la rotación de un rotor no causaría la rotación del otro rotor.

Las piezas polares 106, que están soportadas en un soporte cilindrico no magnético 116, se usan para controlar la forma en que ¡nteractúan los campos de los imanes permanentes 110 y 114. Las piezas polares 106 modulan los campos magnéticos de los ¡manes permanentes 110 y 114, de modo que ¡nteractúan en la medida en que la rotación de un rotor inducirá la rotación del otro rotor de una forma engranada. El número de piezas polares se elige para que sea igual a la suma del número de pares de polos de los dos conjuntos de ¡manes permanentes. La rotación del primer rotor 102 a una velocidad coi Inducirá la rotación del segundo rotor 104 a una velocidad C02, donde coi > m. La relación entre las velocidades de rotación coi y m2, es decir, la relación de engranaje del acoplamiento, es igual a la relación entre el número de pares de polos de los imanes 110 y 114 sobre el primer y segundo rotores 102, 104. El engranaje puede funcionar en sentido inverso, de modo que la rotación del segundo rotor 104 provocará la rotación del primer rotor a una velocidad mayor.

Refiriéndose a las Figuras 3 y 4, en una primera realización de la invención, un engranaje magnético 200 comprende tres rotores coaxiales: un rotor interior cilindrico 202 que lleva un primer conjunto de imanes 210 que proporciona un primer conjunto de pares de polos magnéticos, un rotor exterior cilindrico 204 que lleva un segundo conjunto de ¡manes 214 que proporciona un segundo conjunto de pares de polos, y un tercer rotor cilindrico 216 situado radlalmente entre los rotores interior y exterior 202, 204, que lleva el conjunto de piezas polares 206. Los imanes 210, 214 y las piezas polares 206 están separados como en el acoplamiento de la Figura 1. Con referencia a la Figura 4, el rotor interior 202 está soportado en un eje de entrada 220 para que pueda girar con el mismo, y el rotor exterior 204 está soportado en un eje de salida 222 para que pueda girar con el mismo. El rotor de la pieza polar 216 está soportado de forma giratoria sobre el eje de entrada 220 mediante un cojinete 224. El tercer rotor 216 es, por lo tanto, giratorio con relación a, e independientemente de los rotores interior y exterior 202, 204. Un motor motriz 230 está conectado de manera conducida mediante una transmisión mecánica 231 al rotor de la pieza polar 216 de manera que pueda girar el rotor de la pieza polar 216 a una velocidad que pueda ser controlada y variarse para controlar la relación de engranaje del engranaje. SI el motor motriz 230 está apagado o se mantiene estacionario, entonces el rotor de la pieza polar 216 se mantiene estacionario y el acoplamiento funciona como el acoplamiento de la Figura 1.

La ecuación que rige las velocidades en el engranaje magnético 200 es:

co¡, P¡ la velocidad y el número de pares de polos magnéticos en el rotor interior 202 co0, P0 la velocidad y el número de pares de polos magnéticos en el rotor exterior 204 cop, np la velocidad del rotor de la pieza polar 216 y el número de piezas polares 206.

Cuando las piezas polares 206 se mantienen estacionarias (cop = 0), la relación entre las velocidades del rotor interior 202 y rotor exterior 204 es

lo que resulta en una proporción de transmisión fija, como en el engranaje de la técnica anterior de la Figura 1.

Cuando la velocidad de las piezas polares 206 se controla y es variable en un intervalo de velocidades, la relación entre las velocidades de los rotores interior y exterior y el rotor de la pieza polar es

W;P¡ + C00Po = Qprip

Ü)

con

G0¡=- COo

v P. ,

(2)

GD¡ Pp CJq + na C0p

Por lo tanto, la relación de engranaje entre el rotor Interior 202 y el rotor exterior 204 puede ajustarse ajustando la velocidad del rotor de la pieza polar 216.

Se apreciará que el engranaje puede funcionar en sentido inverso, con el eje 222 que forma el eje de entrada, el rotor exterior 204 que forma el rotor de entrada, el eje 220 que forma el eje de salida y el rotor interior 202 que forma el rotor de salida. En efecto, tal como puede verse en la ecuación (1), cualquiera de los rotores puede usarse para controlar la relación de engranaje entre los otros dos rotores, y, por lo tanto, dos cualesquiera de los rotores pueden seleccionarse como los rotores de entrada y salida actuando el tercero como el rotor de control de la relación de engranaje.

Refiriéndose a la Figura 5, en una segunda realización... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de tren de potencia que comprende un motor (901), un miembro de salida (222;322;422;822;922), un engranaje magnético (200;900) que conecta el motor con el miembro de salida, un sistema de almacenamiento de energía (960) y medio de control (962) dispuesto para controlar el flujo de potencia del motor al sistema de almacenamiento de energía o del sistema de almacenamiento de energía al miembro de salida si una potencia requerida en el miembro de salida es diferente de una potencia en el motor, en el que el engranaje magnético comprende un primer rotor (202;302;402;502;802;902) que tiene un primer conjunto de polos magnéticos (210), un segundo rotor que tiene un segundo conjunto de polos magnéticos (214), y el primer y segundo rotores tienen números diferentes de polos magnéticos, las piezas polares están dispuestas para modular el campo magnético que actúa entre los polos magnéticos, y se caracteriza por un tercer rotor (216) que tiene un conjunto de piezas polares (206), y el medio de control está dispuesto para controlar la rotación de uno de los rotores de manera que se varíe la relación de engranaje entre los otros dos rotores.

2. Un sistema de tren de potencia según la reivindicación 1, en el que el medio de control (962) incluye un motor/generador de distribución de potencia (MG2) dispuesto para transmitir potencia del motor al sistema de almacenamiento de energía y del sistema de almacenamiento de energía al miembro de salida.

3. Un sistema de tren de potencia según la reivindicación 1 ó 2, en el que el medio de control incluye un motor/generador de control de engranajes (MG1) operable en un primer modo en el que está dispuesto para tomar potencia del sistema de almacenamiento de energía para controlar la relación de engranaje, y un segundo modo que está dispuesto para controlar la potencia transmitida del motor al sistema de almacenamiento de energía para controlar la relación de engranaje.

4. Un sistema de tren de potencia según la reivindicación 1, en el que el motor está conectado al primer rotor, en este caso un rotor interior del engranaje magnético, mientras que los otros dos rotores, el segundo y tercer rotores, están cada uno acoplado a la distribución de potencia o motor/generador de control de engranajes (MG1, MG2), respectivamente.

5. Un sistema de tren de potencia según la reivindicación 4, en el que tanto el control de engranajes como el motor/generadores de distribución de potencia (MG1, MG2) están conectados a un sistema de almacenamiento de energía mediante un convertidor electrónico de potencia.

6. Un sistema de tren de potencia según la reivindicación 5, en el que el motor/generador de control de engranajes (MG1) está integrado con el engranaje magnético y está dispuesto para accionar un rotor exterior, en este caso el segundo rotor, del engranaje magnético.

7. Un sistema de tren de potencia según cualquier reivindicación precedente, en el que un eje de salida está acoplado al tercer rotor mediante una unidad de engranaje de reducción adicional.

8. Un sistema de tren de potencia según la reivindicación 7, cuando depende de la reivindicación 4, en el que el motor/generador de distribución de potencia (MG2) está dispuesto para permitir el almacenamiento de energía del motor en el sistema de almacenamiento de energía cuando la salida de potencia total del motor no está siendo usada, y para tomar potencia del sistema de almacenamiento de energía para proporcionar par adicional al eje de salida cuando el motor no está produciendo potencia suficiente para las necesidades de un vehículo.

9. Un sistema de tren de potencia según la reivindicación 1, en el que el motor está conectado al tercer rotor, el miembro de salida está conectado al primer rotor, y el segundo rotor se usa para variar la relación de engranaje entre el tercer rotor y el primer rotor.

10. Un vehículo híbrido que comprende un sistema de tren de potencia según cualquier reivindicación precedente.