Máquina de reluctancia síncrona que utiliza barreras de flujo magnético del rotor en calidad de canales de refrigeración.

Una máquina de reluctancia síncrona que comprende un rotor que tiene una pluralidad de discos de rotor (110),

comprendiendo cada disco (110) del rotor una pluralidad de barreras de flujo magnético longitudinales (130) configuradas para dar al rotor una estructura magnética anisótropa, estando apilados juntos los discos (110) del rotor para formar un núcleo de rotor (100) de tal manera que las barreras de flujo magnético (130) definan canales (140) que se extienden en una dirección axial del núcleo (100) del rotor, caracterizada por que se fuerza aire a fluir a través de una barrera de flujo magnético (130) de un polo del rotor en una dirección axial y a través de otra barrera de flujo magnético (130) del mismo polo del rotor en la dirección axial opuesta.

Máquina de reluctancia síncrona que utiliza barreras de flujo magnético del rotor en calidad de canales de refrigeración.

Campo de la invención La presente invención se refiere a la refrigeración de una máquina de reluctancia síncrona (SynRM) , en la que se utiliza la estructura de rotor inherente de una SynRM para mejorar una distribución de temperatura dentro de la máquina.

Técnica anterior

Una SynRM que utiliza solamente el principio de reluctancia para crear el par no tiene conductores de ninguna clase en el rotor. Por tanto, en comparación con máquinas de inducción y máquinas con devanados de excitación de campo, el rotor de una SynRM tiene pérdidas significativamente más bajas y, por tanto, una temperatura de funcionamiento más baja. Dado que se ha considerado convencionalmente que una SynRM no necesita refrigeración del rotor, una SynRM convencional no comprende medios de circulación de aire dentro del alojamiento de la máquina. El estator de una SynRM es refrigerado disponiendo un ventilador externo en un extremo no accionador (lado N) del alojamiento de la máquina. El flujo de aire del ventilador es obligado a seguir la superficie envolvente del alojamiento de la máquina. Debido a que el ventilador está en un extremo de la máquina y el efecto de refrigeración es más alto cerca del ventilador, existe una significativa temperatura de diferencia entre el lado de accionamiento (lado D) y el lado N de la máquina.

El documento US 5, 831, 367 revela un rotor para una máquina de reluctancia síncrona. Se ha mencionado en la columna 6, líneas 37 a 40, que se puede conseguir una circulación de aire equipando anillos de jaula de ardilla con aletas. Se requiere refrigeración en el rotor según el documento US 5, 831, 367, ya que el motor utiliza tanto el principio de reluctancia como el principio de inducción para crear el par. Es la corriente inducida en la jaula de ardilla enseñanza de la refrigeración requerida no puede aplicarse directamente a una máquina que no comprenda conductores de ninguna clase en el rotor. Además, el documento US 5, 831, 367 no describe detalles acerca de cómo se hace circular el aire dentro del alojamiento de la máquina.

Dado que una SynRM convencional no comprende medios de circulación de aire dentro del alojamiento de la máquina, el interior de dicho alojamiento de la máquina no comprende pasajes para el aire circulante. Un rotor típico de una SynRM comprende pasos axiales a través de los cuales puede fluir aire, pero, dado que un rotor típico no tiene un trayecto de flujo de retorno a través del estator o radialmente por fuera del estator, el equipamiento del radio exterior del rotor con aletas según el documento US 5, 831, 367 no haría que circulara efectivamente aire dentro del alojamiento de la máquina. Por tanto, se requerirían modificaciones en el estator o el alojamiento del motor de una SynRM convencional para hacer que circule el aire.

El documento US 2006/0222528 revela una máquina de reluctancia síncrona en la que se utilizan barreras de flujo magnético en calidad de canales de refrigeración. Un refrigerante gaseoso es forzado a fluir a través de las barreras de flujo magnético en una sola dirección.

El documento US 2007/0024130 revela una máquina asíncrona en la que circula aire refrigerante en dos direcciones opuestas dentro del rotor a través de canales previstos particularmente para fines de refrigeración.

El documento US 2007/0024129 revela una máquina asíncrona, más precisamente una máquina de inducción, en la que el rotor y el estator están provistos de canales de refrigeración que se extienden en la dirección axial de la máquina. Fluye aire en dos direcciones opuestas en canales de refrigeración diferentes antes de que sea evacuado al ambiente del alojamiento de la máquina. Los canales del rotor y del estator están previstos particularmente para fines de refrigeración, y el aire es obligado a fluir en dos direcciones a fin de impedir una refrigeración no uniforme entre los extremos axiales opuestos de la máquina.

Sumario de la invención Un objeto de la invención consiste en proporcionar una SynRM con una distribución de temperatura mejorada dentro de la máquina.

Este objeto se consigue por medio del dispositivo según la reivindicación 1 adjunta.

La invención se basa en la constatación de que, aun cuando una alta temperatura no se considera convencionalmente como un problema para una SynRM, se pueden conseguir grandes ventajas equilibrando las temperaturas entre extremos opuestos de la máquina y dentro de discos de rotor individuales. La estructura de rotor inherente de una SynRM permite alcanzar este equilibrado de temperatura con medios sencillos.

Según un primer aspecto de la invención, se proporciona una máquina de reluctancia síncrona que comprende un

rotor que tiene una pluralidad de discos de rotor. Cada disco del rotor comprende una pluralidad de barreras de flujo magnético longitudinales configuradas para dar al rotor una estructura magnética anisótropa. Los discos del rotor están apilados juntos para formar un núcleo de rotor de tal manera que las barreras de flujo magnético definan canales que se extienden en una dirección axial del núcleo del rotor, en donde el aire es forzado a fluir a través de una barrera de flujo magnético de un polo del rotor en una dirección axial y a través de otra barrera de flujo magnético del mismo polo del rotor en una dirección axial opuesta. Haciendo que el aire fluya en ambas direcciones a través de las barreras de flujo magnético de un polo del rotor se puede regular con más precisión la distribución de temperatura entre porciones diferentes de un disco del rotor.

Según una realización de la invención, el aire es forzado a fluir a través de parte de las barreras de flujo magnético de un disco del rotor en una dirección axial y a través de parte de las barreras de flujo magnético del mismo disco del rotor en una dirección axial opuesta. Haciendo que el aire fluya en ambas direcciones a través de los discos del rotor y, por tanto, a través de todo el núcleo del rotor no se requiere un trayecto adicional de flujo de retorno de aire.

Según una realización de la invención, el aire proveniente del extremo más caliente de la máquina es forzado a fluir a través de una barrera de flujo magnético radial más interior del rotor. Dado que típicamente la porción central de un disco del rotor necesita una refrigeración mínima, es ventajoso hacer que el aire más caliente fluya a través de estas porciones y, respectivamente, que el aire más frío fluya a través de las porciones que necesitan una refrigeración máxima.

Según una realización de la invención, el núcleo del rotor está dividido en al menos dos secciones de rotor axiales dispuestas consecutivamente sobre un eje común y separadas por un hueco axial, siendo obligado el aire a fluir a través de los canales de cada una de las secciones axiales del rotor y en una dirección radial a través del hueco axial. Gracias a estas medidas se consiguen una trayectoria de fluyo y una circulación de aire que aseguran una distribución de temperatura uniforme dentro de la máquina.

Según una realización de la invención, un ventilador radial está dispuesto en el hueco axial. Gracias a esta medida se consigue un medio sencillo para implementar la circulación del aire.

Según una realización de la invención, el ventilador axial comprende platos extremos con aberturas para dirigir el flujo de aire. Dirigiendo el flujo de aire de esta manera se puede regular con una precisión aún mayor la distribución de temperatura entre porciones diferentes de un disco del rotor.

Según una realización de la invención, el ventilador radial comprende palas curvadas. Con palas curvadas se mantiene en un bajo nivel el ruido generado por el ventilador.

Según una realización de la invención, se fuerza aire a fluir a través de los canales con independencia de la dirección de rotación del rotor. Es ventajoso diseñar la circulación de aire para que tenga lugar en ambas direcciones de rotación del rotor, ya que una SynRM típica funciona en ambas direcciones.

Según una realización de la invención, el rotor no comprende conductores configurados para crear un campo magnético en el rotor y producir pérdidas resistivas cuando está funcionando la máquina. Aun cuando las pérdidas resistivas provocadas por conductores del rotor no están presentes en una SynRM pura y, por tanto, el calentamiento del rotor no es reconocido convencionalmente como un problema asociado con una SynRM, se pueden conseguir todavía las grandes ventajas mencionada anteriormente mejorando la distribución de temperatura... [Seguir leyendo]

1. Una máquina de reluctancia síncrona que comprende un rotor que tiene una pluralidad de discos de rotor (110) , comprendiendo cada disco (110) del rotor una pluralidad de barreras de flujo magnético longitudinales (130) configuradas para dar al rotor una estructura magnética anisótropa, estando apilados juntos los discos (110) del rotor para formar un núcleo de rotor (100) de tal manera que las barreras de flujo magnético (130) definan canales (140) que se extienden en una dirección axial del núcleo (100) del rotor, caracterizada por que se fuerza aire a fluir a través de una barrera de flujo magnético (130) de un polo del rotor en una dirección axial y a través de otra barrera de flujo magnético (130) del mismo polo del rotor en la dirección axial opuesta.

2. Una máquina de reluctancia síncrona según la reivindicación 1, en la que se fuerza el aire a fluir a través de parte de las barreras de flujo magnético (130) de un disco (110) del rotor en una dirección axial y a través de parte de las barreras de flujo magnético (130) del mismo disco (110) del rotor en una dirección axial opuesta.

3. Una máquina de reluctancia síncrona según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el aire proveniente del extremo más caliente de la máquina es forzado a fluir a través de una barrera de flujo magnético radial más interior (130) del rotor.

4. Una máquina de reluctancia síncrona según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el núcleo

(100) del rotor está dividido en al menos dos secciones de rotor axiales (200a, 200b) consecutivamente dispuestas sobre un eje común (210) y separadas por un hueco axial (220) , siendo forzado el aire a fluir a través de los canales (140) de cada una de las secciones axiales (200a, 200b) del rotor y en una dirección axial a través del hueco axial (220) .

5. Una máquina de reluctancia síncrona según la reivindicación 4, en la que un ventilador radial (230) está dispuesto dentro del hueco axial (220) .

6. Una máquina de reluctancia síncrona según la reivindicación 5, en la que el ventilador radial (230) comprende unos platos extremos (250) con aberturas (260, 280, 290) para dirigir el flujo de aire.

7. Una máquina de reluctancia síncrona según la reivindicación 5 ó 6, en la que el ventilador radial (230) comprende palas curvadas (270) .

8. Una máquina de reluctancia síncrona según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que se fuerza aire a fluir por los canales (140) con independencia de la dirección de rotación del rotor.

9. Una máquina de reluctancia síncrona según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el rotor no comprende conductores configurados para crear un campo magnético en el rotor y provocar pérdidas resistivas cuando está funcionando la máquina.

10. Una máquina de reluctancia síncrona según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que se hace circular el aire dentro de un alojamiento de máquina y se impide un intercambio libre de aire entre el interior y el exterior del alojamiento de la máquina.