Un motor eléctrico (10) que un incluye

un estátor (13) dotado de al menos dos devanados (12) del estátor dispuestos para formar fases del estátor;

un rotor (14) de polos salientes dentro del estátor, rotor que está separado del estátor por un entrehierro, estando formado y configurado dicho rotor para definir un camino de reluctancia magnética superior e inferior por dicho entrehierro entre el rotor y el estátor, rotor que incluye además un devanado inductor (17) en torno a los polos salientes del rotor, devanado inductor que está configurado para formar un par de polos, terminando dicho devanado inductor en un conmutador eléctrico selectivo (18) que determina la continuidad eléctrica de dicho devanado inductor para que una polarización inversa de voltaje impuesta entre los extremos del conmutador resulte en que el devanado inductor sea un circuito abierto; y

un medio (40-58) de control que está configurado para regular la magnetización del devanado inductor aplicando un voltaje a la fase del estátor vinculada con el devanado inductor por medio del camino de reluctancia inferior para que la fase del estátor excitada imponga a su vez una polarización inversa de voltaje entre los extremos del conmutador mediante inducción, evitando esta polarización inversa el flujo de corriente en el devanado inductor, pero aumentando el voltaje aplicado a la fase del estátor la densidad del flujo magnético en el rotor, suprimiendo a continuación el medio de control dicho voltaje aplicado una vez que se alcanza una densidad predeterminada de flujo en el rotor, para que la supresión del voltaje aplicado induzca una inversión del voltaje a una polarización directa de voltaje entre los extremos del conmutador, permitiendo que la corriente fluya en el devanado inductor, corriente que evita el decaimiento de la densidad de flujo en dicho rotor, y medio de control que además está configurado para regular la producción de un par en el motor aplicando un voltaje a otra fase del estátor no responsable de la excitación del devanado inductor, en ese instante, para que, en cualquier momento dado, una fase del estátor pueda utilizarse para magnetizar el devanado inductor, mientras que otra fase o fases es/son responsable/s de la producción del par, para que, en rotación, todas las fases del estátor se alternen en la función de producir el par y regular la magnetización del devanado inductor del rotor

Motor eléctrico.

Campo de la invención

La presente invención versa acerca de un motor eléctrico.

Antecedentes de la invención

Un motor sincrónico tiene ventajas inherentes sobre los motores de inducción y de CC. En un motor sincrónico, la velocidad del rotor es exactamente proporcional a la frecuencia del sistema que suministra energía eléctrica al motor sincrónico. En consecuencia, el motor sincrónico está caracterizado además por el hecho de que funciona a velocidad constante (para una frecuencia constante del suministro) a un factor de potencia en servicio y tiene una intensidad de arranque reducida. La eficiencia de un motor tal es generalmente más elevada que la de otros tipos de motor eléctrico.

Un inducido de un motor sincrónico se construye por lo general con un conjunto de devanados polifásicos de CA distribuidos, normalmente sobre el estátor o corona externa del motor. Como tal, el devanado inductor del motor se encuentra habitualmente en el rotor, y típicamente consiste en más de un par de polos. Se entiende generalmente que los polos inductores se excitan con corriente continua. La configuración y el procedimiento de excitación de los devanados inductores del rotor determinan el tipo de motor sincrónico. En general, se requieren un excitador, anillos colectores y escobillas aparte.

El excitador, los anillos colectores y las escobillas se eliminan en el motor sincrónico de inducción que tiene un rotor diseñado con caminos diferentes de reluctancia a través del entrehierro que separa el estátor y el rotor para facilitar el desarrollo del par de reluctancia. No hay devanados inductores en el rotor y, por lo tanto, no se requiere ninguna fuente de excitación. Por ello, los devanados del inducido del estátor están alimentados directamente con la línea de suministro de CA.

El motor de inducción es simple y barato de fabricar, pero no ofrece el rendimiento del motor sincrónico. Por un lado, los motores sincrónicos con anillo colector son más complejos y caros, debido al excitador, a los anillos colectores y a las escobillas requeridos para su funcionamiento. Esto también aumenta los requerimientos de mantenimiento, mientras que el motor de inducción casi no necesita mantenimiento. Los motores de CC con escobillas tienen inconvenientes similares, aunque son más fáciles de controlar y tienen excelentes características de tracción. Los anillos colectores y las escobillas se eliminan en los motores sincrónicos sin escobillas, pero la configuración del excitador de CA sin escobillas sigue conllevando costo, espacio y complejidad adicionales.

Los motores sincrónicos de imanes permanentes parecen ser los más atractivos. Sin embargo, la fabricación y el elevado costo de los imanes permanentes de intensidad de campo elevada, así como el procedimiento de unión de estos imanes al rotor, especialmente para máquinas grandes, llegan a ser un reto de diseño. La intensidad de campo máxima de los imanes permanentes está limitada también por el estado actual de la técnica. Aunque es de construcción muy simple, el motor sincrónico de inducción no es muy eficiente y es generalmente mucho mayor que un motor sincrónico de anillo colector de rendimiento similar. En la práctica, los motores sincrónicos de inducción no se usan mucho por encima de algunos kilovatios.

Resumen de la invención

Conforme a un aspecto de la presente invención, se proporciona un motor eléctrico tal como se define en la Reivindicación 1.

Ha de observarse que el conmutador selectivo en el devanado inductor mejora la eficiencia del motor al capturar de forma efectiva la densidad del flujo magnético en el rotor cuando se permite que fluya la corriente por el devanado inductor. Esto ya no requiere que el devanado del estátor suministre continuamente corriente magnetizadora, al igual que corriente de par, como ocurre, por ejemplo, en los motores de inducción existentes.

El uso de un rectificador (conmutador selectivo) es conocido por la publicación NOVEL PWM-VSI FED BRUSHLESS THREE-PHASE SYNCHRONOUS MOTOR, SAKUTARO NONAKA ET AL, CONFERENCE RECORD OF THE INDUSTRY APPLICATIONS SOCIETY ANNUAL MEETING (IAS), PITTSBURGH, OCT. 2 - 7, 1988, NUEVA YORK, IEEE, US, VOL. 1 CONF. 23, 2 de octubre de 1988 (1988-10-02), páginas 11-14.

Ha de observarse además que el motor emplea un principio de alimentación de muy alta tensión en modo conmutado para magnetizar el rotor.

El estátor puede incluir una pluralidad de láminas metálicas apiladas con hendiduras para reducir las corrientes parásitas en el estátor. El rotor puede incluir una pluralidad de láminas metálicas apiladas con hendiduras para reducir las corrientes parásitas en el rotor.

El conmutador selectivo puede incluir un diodo de circulación libre. El conmutador selectivo puede incluir un dispositivo de estado sólido, por ejemplo un transistor, un tiristor o similares.

El medio de control puede incluir un microprocesador. El medio de control puede incluir conmutadores electrónicos para controlar la excitación de la fases del estátor. Los conmutadores electrónicos pueden incluir transistores. En consecuencia, los conmutadores electrónicos pueden disponerse en un circuito de puente en H.

El medio de control puede incluir sensores para captar la posición del rotor con respecto a las fases del estátor para regular la excitación de las fases en los instantes precisos.

El medio de control puede estar configurado para determinar la posición del rotor a partir de las características de la corriente y el voltaje de fase del estátor.

El medio de control puede estar configurado para regular la densidad del flujo magnético en el rotor dependiendo de la velocidad del motor; por ejemplo, a velocidad elevada el devanado inductor solo precisa ser magnetizado cada pocas revoluciones del rotor, mientras que a velocidad reducida el devanado inductor puede requerir múltiples momentos de magnetización durante una revolución del rotor.

El medio de control puede estar configurado para controlar el motor como un generador en las circunstancias adecuadas.

Puede dedicarse una fase del estátor para magnetizar el devanado inductor. En consecuencia, puede dedicarse una fase del estátor para la producción de un par en el motor.

Breve descripción de los dibujos

La invención se describe ahora, a título de ejemplo no limitante, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que

la Figura 1 muestra, en una vista de corte transversal radial, un motor eléctrico conforme a la presente invención;

la Figura 2 muestra, en una vista de corte transversal axial, el motor eléctrico de la Figura 1;

la Figura 3 muestra, en una vista esquemática, un diagrama de circuitos que representa una interacción de la fase del inducido con el devanado inductor a través del camino de reluctancia magnética inferior;

las Figuras 4a y 4b muestran, en una vista de corte transversal radial, el rotor del motor en posiciones diferentes con respecto al inducido;

la Figura 5 muestra gráficos de la densidad de corriente y de flujo de diferentes devanados de inducción y de inducido durante el funcionamiento del motor mostrado en la Figura 1;

la Figura 6 muestra, en una vista esquemática, una realización del medio de control;

la Figura 7 muestra, en una vista de corte transversal radial, un motor alternativo; y

la Figura 8 muestra gráficos de las corrientes de los devanados del inducido durante el funcionamiento del motor mostrado en la Figura 7.

Descripción detallada de la invención

Con referencia a los dibujos adjuntos, un motor eléctrico conforme a la presente invención es indicado en su conjunto con el número de referencia 10.

Con referencia a las Figuras 1 y 2, el miembro exterior del motor 10 consiste en láminas 11 de acero apiladas con hendiduras para sujetar los devanados 12 del inducido, que constituyen en su conjunto el estátor 13. Los devanados 12 del inducido se dividen además en dos devanados separados 12.1 y 12.2, que constituyen dos fases separadas.

De modo similar, el miembro interior consiste en láminas 15 de acero apiladas fijadas respecto a un eje 16 de motor, terminando un devanado inductor 17 en el conmutador selectivo, que es en esta realización un diodo de circulación libre o rectificador 18, que constituyen colectivamente el rotor 14, que es capaz de girar con respecto al estátor 13.

Debe...

1. Un motor eléctrico (10) que un incluye

2. Un motor como se reivindica en la reivindicación 1 en el que el conmutador selectivo incluye un diodo (18) de circulación libre.

3. Un motor como se reivindica en la reivindicación 1 en el que el conmutador selectivo incluye un dispositivo electrónico de estado sólido.

4. Un motor como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 en el que el medio de control incluye un microprocesador (52).

5. Un motor como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 en el que el medio de control incluye conmutadores electrónicos (40, 42) para controlar la aplicación de voltaje a las fases del estátor.

6. Un motor como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 en el que el medio de control incluye sensores para captar la posición del rotor con respecto a las fases del estátor para regular la aplicación de voltaje a las fases en los momentos precisos.

7. Un motor como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 en el que el medio de control está configurado para determinar la posición del rotor a partir de las características de la corriente y el voltaje de fase del estátor.

8. Un motor como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 en el que el medio de control está configurado para regular la densidad del flujo magnético en el rotor dependiendo de la velocidad del motor.

9. Un motor como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 en el que el medio de control está configurado para controlar el motor como un generador en las circunstancias adecuadas.