Motor modular de flujo transverso con freno integrado.

Una máquina eléctrica rotatoria modular de flujo transverso (12), que comprende:

un árbol rotatorio

(21);

una pluralidad de módulos idénticos de rotor/estátor, generalmente cilíndricos, de flujo transverso (28-30) dispuestos en dicho árbol, las líneas de flujo (79) entre el rotor y el estátor de dichos módulos son perpendiculares a dicho par de torsión, por lo menos uno de dichos módulos es contiguo a por lo menos otro de dichos módulos adyacentes al mismo, dicho cada módulo es capaz de contribuir substancialmente al mismo par de torsión nominal a dicho árbol (21), el par de torsión nominal de dicho motor iguala de ese modo el par de torsión nominal de dicho cada módulo por el número de dichos módulos;

un miembro impulsado rotatoriamente (17) dispuesto para la rotación con dicho árbol (21); y

una pluralidad de placas extremas (13, 14), una para cada lado de cualquiera de dichos módulos (28, 30) dicho lado no es contiguo con otro de dichos módulos;

caracterizado por que comprende:

un freno (49) formado integralmente con dichos módulos y dispuesto entre uno de dichos lados no contiguo con otro de dichos módulos y la correspondiente de dichas placas extremas (14).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2003/017057.

Solicitante: OTIS ELEVATOR COMPANY.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: INTELLECTUAL PROPERTY DEPT., 10 FARM SPRINGS ROAD FARMINGTON, CT 06032 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: WAGNER, PAUL, MILLER,ROBIN, GIERAS,JACEK, LIU,KITTY.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > MAQUINAS DINAMOELECTRICAS (relés dinamoeléctricos... > Motores síncronos con imanes permanentes; Generadores... > H02K21/24 (con imanes dispuesto axialmente enfrente de los inducidos, p. ej. dinamos de bicicleta del tipo cubo)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > MAQUINAS DINAMOELECTRICAS (relés dinamoeléctricos... > H02K16/00 (Máquinas con más de un rotor o de un estator)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > MAQUINAS DINAMOELECTRICAS (relés dinamoeléctricos... > Dispositivos para manipular energía mecánica estructuralmente... > H02K7/102 (con frenos de fricción)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > MAQUINAS DINAMOELECTRICAS (relés dinamoeléctricos... > Motores síncronos con imanes permanentes; Generadores... > H02K21/12 (con inducidos fijos e imanes giratorios)

PDF original: ES-2526401_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Motor modular de flujo transverso con freno integrado

Esta Invención está relacionada con los motores de flujo transverso en los que el par de torsión de salida puede ajustarse apilando módulos de rotor/estátor para ajustarse a las necesidades de las aplicaciones, tal como elevadores.

Los módulos de rotor/estátor de flujo transverso tienen un freno Integrado.

Como un ejemplo de la necesidad de la técnica de la presente Invención, las máquinas de elevador representan una parte mayor de los costes de material de un elevador. Las máquinas de elevador requieren unas velocidades lentas de rotación y deben proporcionar décadas de servicio sin mantenimiento. Para un sistema Impulsor compacto, de funcionamiento suave y con poco ruido, y de coste bajo, si es posible han de evitarse los engranajes. Un factor Importante en la selección de motor es la cantidad de salida de par de torsión por unidad de material activo, ya sea masa o volumen, Incluido el acero del núcleo, el hilo conductor y los ¡manes permanentes. Los requisitos del par de torsión máximo para una máquina de elevador se determinan mediante el desequilibrio máximo, que generalmente es aproximadamente la mitad de la carga nominal más la discrepancia máxima de masa de cable, junto con el diámetro de roldana y la disposición de cuerdas (1:1,2:1, etc.).

Las máquinas eléctricas convencionales de campo rotatorio tienen unos devanados de fase integrados en una estructura de núcleo. El documento US 6.43.579 describe una máquina de flujo transverso que es excitada permanentemente con unas piezas prefabricadas. Para obtener una mayor capacidad de par detorsión, se necesita un núcleo más largo de láminas apiladas, con diferentes devanados de fase, que a su vez requieren diferentes elementos fijos de devanado y otros equipos de fabricación. El estátor de los motores convencionales tiene unas vueltas finales que se extienden más allá de la parte útil productora de flujo del motor. Estas extensiones de bobina hacen difícil lograr combinaciones compactas de motor/roldana e integrar frenos u otras estructuras auxiliares con los motores.

Para reducir el número de modelos de motor necesarios para una línea de productos, algunos de los modelos de elevador que comparten un tipo de motor con otros modelos de elevador se sobredimensionan para sus requisitos de par de torsión. Tener un gran número de motores sin piezas comunes hace aumentar el coste de los materiales, la preparación, la fabricación y el almacenaje de repuestos.

Los objetos de la invención incluyen: mejores motores para elevadores: motores que proporcionan alto par de torsión a baja velocidad; motores en los que el par de torsión puede aumentarse agregando simplemente unas fases modulares; motores en los que el par de torsión puede aumentarse sin que sea necesario un cambio total de los devanados; motores con alta eficiencia y buen factor de potencia; motores que tienen una alta densidad volumétrica de par de torsión; motores con unos conjuntos relativamente más cortos sin vueltas finales de bobina, y de este modo menores pérdidas; motores que tienen unos devanados simples de estátor; motores que utilizan significativamente menos cobre y requieren menos mano de obra de fabricación que los motores sin escobillas de imán permanente con valor nominal similar; y motores que pueden construirse con módulos idénticos para permitir pequeños pasos en valores nominales de par de torsión utilizando piezas idénticas.

Según la presente invención, se proporciona una máquina rotatoria modular según la reivindicación 1 y un método para proporcionar una máquina según la reivindicación 7. Un motor eléctrico, adecuado para impulsar roldanas de elevador, consiste en unos módulos de rotor/estátor, un módulo por fase de la corriente impulsora, los motores se construyen de módulos Idénticos de rotor/estátor, uno o más módulos por fase, con el fin de seleccionar el valor nominal apropiado de par de torsión del motor.

Se dispone un freno Integralmente, en el mismo árbol y contiguo a un módulo de rotor/estátor de un motor de flujo transverso.

Un motor según unas realizaciones de la presente Invención proporciona mayor par de torsión por volumen de unidad que un motor convencional, tiene una eficiencia prácticamente constante para par de torsión y velocidad constantes de estátor, tiene mejor factor de potencia (debido a la ausencia de flujo de fugas de vueltas finales), y tiene la posibilidad de un factor de potencia que aumenta con el número de polos. Un motor según unas realizaciones de la Invención tiene una eficiencia prácticamente constante en Intervalos de aproximadamente el 5% a aproximadamente el 12% del par de torsión nominal de árbol a una velocidad de funcionamiento nominal. El motor tiene un árbol y un núcleo ferromagnético más cortos y utiliza un 3% menos de cobre en conductores y de volumen de núcleo ferromagnético que los motores sin escobillas de Imán permanente comparables, y no tiene las vueltas finales de bobinas, produciendo de este modo un motor más corto y más ligero. Las realizaciones proporcionan unos motores que tienen sólo una bobina anular por fase Independientemente del número de polos.

Otros objetos, características y ventajas de la presente Invención resultarán evidentes tras la lectura de la siguiente descripción detallada de unos ejemplos de realizaciones de la misma, como se ¡lustra en los dibujos acompañantes.

Breve descripción de los dibujos

La Fig. 1 es una vista externa en perspectiva de un motor según la invención como puede conectarse a la roldana de un elevador.

La Fig. 2 es una vista en perspectiva en despiece ordenado de un motor trifásico y un freno integral según la presente invención.

La Fig. 3 es una vista en perspectiva de un módulo ensamblado de rotor/estátor.

La Fig. 4 es una vista en perspectiva en despiece ordenado del módulo de la Fig. 3.

La Fig. 5 es un alzado en sección tomado por la línea 5-5 de la Fig. 3.

La Fig. 6 es una vista parcial en perspectiva de la interfaz entre el rotor y el estátor de un módulo de rotor/estátor.

La Fig. 7 es un alzado parcial ampliado de la sección de la Fig. 5.

La Fig. 8 es un alzado en sección del motor y el freno integrado ilustrado en las Figs. 1 - 7.

La Fig. 9 es una vista parcial expandida del freno integrado mostrado en la Fig. 8 con el freno liberado.

La Fig. 1 es una vista expandida del freno integrado de la Fig. 8 con el freno acoplado.

Las Figs. 11 y 12 son unas vistas laterales simplificadas en sección que ilustran la modularidad de la presente invención.

La Fig. 13 es un diagrama de macrofunción de un método de fabricación de motor modular.

Haciendo referencia a la Fig. 1, un motor 12 con freno integral según una realización de la presente invención incluye una placa extrema izquierda 13 y una placa extrema derecha 14 que se afianzan en un recinto 15 mediante unos sujetadores adecuados, tales como unos tornillos radiales 16 en aplicaciones de bajo par de torsión. En motores grandes, las placas extremas pueden afianzarse con unos pernos axiales roscados en un recinto más grueso. El motor hace rotar un miembro impulsado que, por ejemplo, puede ser una roldana 17 de elevador. El recinto de motor tiene una base de montaje 19. En la Fig. 2 se omite el recinto 15 por motivos de claridad.

Haciendo referencia a la Fig. 2, las placas extremas 13, 14 tienen unos cojinetes en las mismas, en la Fig. 2 solo se muestra el cojinete 41 para la placa extrema derecha. Aunque no se muestra en esta memoria, los cojinetes pueden tener unas cubiertas para ayudar en la lubricación e impedir la entrada de suciedad, como se sabe. Un árbol 21 tiene una ranura 23 para recibir... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Una máquina eléctrica rotatoria modular de flujo transverso (12), que comprende: un árbol rotatorio (21);

una pluralidad de módulos idénticos de rotor/estátor, generalmente cilindricos, de flujo transverso (28-3) dispuestos en dicho árbol, las líneas de flujo (79) entre el rotor y el estátor de dichos módulos son perpendiculares a dicho par de torsión, por lo menos uno de dichos módulos es contiguo a por lo menos otro de dichos módulos adyacentes al mismo, dicho cada módulo es capaz de contribuir substancialmente al mismo par de torsión nominal a dicho árbol (21), el par de torsión nominal de dicho motor iguala de ese modo el par de torsión nominal de dicho cada módulo por el número de dichos módulos;

un miembro impulsado rotatoriamente (17) dispuesto para la rotación con dicho árbol (21); y

una pluralidad de placas extremas (13, 14), una para cada lado de cualquiera de dichos módulos (28, 3) dicho lado no es contiguo con otro de dichos módulos;

caracterizado porque comprende:

un freno (49) formado integralmente con dichos módulos y dispuesto entre uno de dichos lados no contiguo con otro de dichos módulos y la correspondiente de dichas placas extremas (14).

2. Un máquina según la reivindicación 1, en donde dicho freno comprende:

una o más bobinas (86, 87) para desacoplar dicho freno cuando se energizan; un disco (43) de freno, que tiene unas plaquitas de rozamiento (92, 93) de freno en cada superficie mayor del mismo; dispuesto para la rotación con dicho árbol y deslizante axialmente (46, 47) sobre dicho árbol;

un bastidor (5) que tiene un surco anular para dicha una o más bobinas y fijado (84) a una pieza estacionaria (6) de dicha máquina para no rotar, pero deslizar axialmente (83);

y por lo menos un resorte (53) para forzar dicho bastidor hacia dicha placa extrema en ausencia de dicha una o más bobinas que se energizan, haciendo de ese modo que una de dichas plaquitas se acople con dicha placa extrema y la otra de dichas plaquitas se acople con dicho bastidor, proporcionando de ese modo un par de torsión de frenada.

3. Una familia de máquinas modulares eléctricas rotatorias de flujo transverso, cada máquina (12) según la reivindicación 1 o 2, en donde:

cada una de dichas máquinas incluye por lo menos un freno (49) formado de manera compatible con dichos módulos y dispuesto entre uno de dichos lados no contiguo con otro de dichos módulos y la correspondiente de dichas placas extremas (14);

por lo menos una de dichas máquinas tiene un número diferente de dichos módulos que por lo menos otra de dichas máquinas; y

la longitud de dicho árbol se selecciona para albergar por lo menos dicho número de dichos módulos, dicho freno y dicho miembro impulsado.

4. Una familia de máquinas modulares eléctricas rotatorias de flujo transverso, cada máquina (12) según la reivindicación 1 o 2, en donde:

por lo menos una de dichas máquinas tiene un número diferente de dichos módulos que por lo menos otra de dichas máquinas; y

la longitud de dicho árbol se selecciona para albergar por lo menos dicho número de dichos módulos y dicho miembro impulsado, dichos módulos montados en uno o más lados de dicho miembro impulsado.

5. Una familia de máquinas según la reivindicación 4, en donde por lo menos una de dichas máquinas tiene todos dichos módulos dispuestos sólo en un lado de dicho miembro impulsado.

6. Una familia de máquinas según la reivindicación 4, en donde por lo menos una de dichas máquinas tiene por lo menos un módulo dispuesto en cada lado de dicho elemento impulsado.

7. Un método para proporcionar una familia de máquinas eléctricas rotatorias modulares (12), caracterizado por:

(a) seleccionar un incremento de par de torsión;

(b) diseñar un módulo cilindrico de rotor/estátor de flujo transverso (28-3) para proporcionar un par de torsión igual a dicho incremento, las líneas de flujo (79) entre el rotor y el estátor de dicho módulo son perpendiculares a un eje de dicho módulo;

(c) para cada máquina a construir:

(i) seleccionar un árbol (21) para montar el número, N, de módulos necesarios para alcanzar, o para superar por menos que dicho incremento, el par de torsión necesario para dicha máquina y un miembro (17) a impulsar;

(¡i) montar dicho miembro (17) a impulsar en dicho árbol (21), y montar dichos módulos (28-3) en dicho árbol (21) de manera contigua, dichos módulos (28-3) montados en uno o más lados de dicho miembro impulsado (17);

(d) diseñar por lo menos una de dichas máquinas para que tengan un número de módulos (28-3) diferente del número de módulos (28-3) en por lo menos otra de dichas máquinas; y

(e) disponer un freno (49) integralmente con dichos módulos en el mismo árbol (21) y contiguo a uno de los módulos (28-3).

8. Un método según la reivindicación 7 que comprende además:

diseñar un módulo de freno (49) que tiene una configuración de diámetro generalmente cilindrica no mayor que dichos módulos (38, 4); y

montar un miembro de freno en dicho árbol (21) de manera contigua con uno de dichos módulos (3).

9. Un método según la reivindicación 7, que comprende además:

seleccionar varias fases, P, de corriente impulsora para dichos módulos, donde P = NX y X = un entero positivo pequeño, total; y

dicha etapa (¡i) comprende montar dichos módulos con una orientación mutua apropiada para dicho número de fases.