CONVERTIDOR ELECTROMECÁNICO.

Convertidor electromecánico, en particular una transmisión eléctrica variable,

dotada de un eje primario (5) que tiene un rotor (8) montado en el mismo, un eje secundario (7) que tiene un rotor intermedio (15) montado en el mismo, y un estator (10) montado de forma fija en el cuerpo envolvente (3) del convertidor electromecánico, en el que, visto desde el eje primario (5) en dirección radial, el rotor(8), el rotor intermedio (15) y el estator (10), están dispuestos de forma concéntrica unos con respecto a otros, y en el que el rotor (8) y el estator (10) están diseñados con uno o varios devanados monofásicos o polifásicos accesibles eléctricamente, caracterizado porque el rotor intermedio (15) forma un conjunto tanto electromecánicamente como electromagnéticamente y está dispuesto como un conductor para el flujo magnético en dirección tangencial y radial, y porque la disposición de los polos magnéticos en el material conductor del flujo magnético, por lo menos en un lado del rotor intermedio (15), es libre y puede ser modificada durante el funcionamiento

La presente invención se refiere a un convertidor electromecánico, en particular a una transmisión eléctrica variable, dotada de un eje primario que tiene un rotor montado en dicho eje, un eje secundario que tiene un rotor intermedio montado en el mismo, y un estator montado de forma fija en el cuerpo envolvente del convertidor electromecánico en el que, visto desde el eje primario en dirección radial, el rotor, el rotor intermedio y el estator 5 están dispuestos concéntricamente uno con respecto al otro, y en el que el rotor y el estator están diseñados con uno o varios devanados monofásicos o polifásicos accesibles eléctricamente. Una parte de la potencia suministrada a través del eje primario puede pasar directamente de manera electromagnética al rotor intermedio sobre el eje secundario, mientras que otra parte puede ser extraída utilizando, por ejemplo, anillos colectores en el eje primario y ser suministrada al estator a través de convertidores electrónicos de potencia. Además, puede invertirse la dirección 10 de transporte de la potencia y la velocidad de salida puede ser mayor o menor que la velocidad de entrada. Asimismo, estas velocidades pueden cambiar de signo.

Dichos convertidores electromecánicos son conocidos, entre otros documentos, a partir de la solicitud de patente internacional WO 00/34066, de la descripción de la patente USA 3 683 249 y de la solicitud de patente europea EP-A-0 866 544. Dichos convertidores pueden ser aplicados en forma de transmisión eléctrica 15 variable (EVT), no solo en múltiples vehículos de carretera, en particular autobuses urbanos, sino también en vehículos de ferrocarril tales como trenes diesel, y en buques.

El documento US 3 683 249 da a conocer en la realización de la figura 8, una disposición de una máquina eléctrica en la que está dispuesto un acoplamiento electromagnético concéntricamente con una máquina eléctrica rotativa. La disposición comprende un estator que rodea dos rotores dispuestos de forma concéntrica: un 20 rotor y un rotor intermedio. El conjunto rotor-rotor intermedio, así como el conjunto rotor intermedio-estator, forman dos máquinas eléctricas integradas mecánicamente. Sin embargo, las máquinas eléctricas están electromagnéticamente separadas: no existe transferencia radial de flujo desde el rotor a través del rotor intermedio hasta el estator o viceversa.

El documento WO 00/34066 da a conocer un accionamiento híbrido con una transmisión 25 electromecánica que comprende un estator que rodea dos rotores dispuestos concéntricamente, mientras que los rotores están acoplados mecánicamente a un motor IC (de combustión interna) y a un tren de accionamiento, respectivamente. El rotor exterior, que está dispuesto entre el rotor interior y el estator, se denomina rotor intermedio en el contexto de esta solicitud. En el documento WO 00/34066, tanto el conjunto rotor-rotor intermedio como el conjunto rotor intermedio-estator forman dos máquinas eléctricas integradas mecánicamente que pueden ser tanto 30 de tipo síncrono como asíncrono. La transferencia de flujo tanto entre rotor-rotor intermedio como entre rotor intermedio-estator es radial o axial. Las máquinas eléctricas están separadas electromagnéticamente: no existe transferencia de flujo desde el rotor a través del rotor intermedio hasta el estator o viceversa. El rotor intermedio está formado por piezas acopladas mecánicamente pero electromagnéticamente separadas. Las máquinas eléctricas de la transmisión electromecánica están controladas cada una de ellas con medios de control individuales. 35

La transmisión eléctrica variable (EVT) es un convertidor electromecánico con dos vías de acceso mecánicas, es decir, un eje primario (de accionamiento) y un eje secundario (conducido), y una vía de acceso eléctrica a través de la cual se puede intercambiar potencia. Si no se utiliza la vía de acceso eléctrica, la EVT funciona como una transmisión común infinitamente variable, en la que la relación de transferencia tiene un margen muy amplio. La EVT cumple una función que es comparable a la de la combinación de un embrague y una caja de 40 velocidades de un vehículo. En combinación con la EVT, el motor de combustión funciona en realidad como una fuente de potencia en la que puede fijarse la velocidad de acuerdo con unas características óptimas del motor. De este modo puede reducirse el consumo de combustible, el nivel sonoro y la emisión de gases nocivos del vehículo. Debido a que la EVT es una transmisión infinitamente variable, no se producen choques por los cambios de velocidad durante la aceleración. Esto significa asimismo que siempre es posible la aceleración con una potencia 45 constante (máxima permisible), y no, como en una caja de cambios convencional, con un desarrollo de la potencia, en función del tiempo, más o menos en forma de diente de sierra. Por consiguiente, con el mismo motor, la aceleración con una EVT se produce más rápidamente que con una caja de cambios convencional.

La EVT puede funcionar como motor de arranque substancialmente libre de desgaste mediante la conexión de la vía de acceso eléctrica a una batería del vehículo. En consecuencia, los autobuses urbanos 50 equipados con una EVT pueden, por ejemplo, detener su motor en las paradas del autobús sin ningún problema, lo cual es más cómodo y además conduce a un ahorro substancial de combustible, dado que las paradas frecuentes comportan un desgaste indebido del motor de arranque y de la corona de arranque en los motores de puesta en marcha convencionales.

A través de la vía de acceso eléctrica mediante un convertidor electrónico, se puede alimentar la 55 red del vehículo y por tanto se puede cargar la batería del mismo. De este modo se obtiene una dinamo substancialmente libre de desgaste. Dado que las dinamos convencionales tienen un rendimiento deficiente, ello conduce asimismo a un pequeño ahorro de combustible. En un sistema eléctrico con una dinamo común, la potencia está limitada prácticamente por el accionamiento de correa y por la baja tensión instalada. En la utilización de la EVT a través de convertidores electrónicos de potencia, pueden generarse de forma sencilla niveles de tensión más 60 elevados y la potencia solamente está limitada por el motor diesel. Esto significa que algunos dispositivos auxiliares

que en la actualidad son accionados directamente por el motor, tales como, por ejemplo, la bomba para la dirección asistida o el compresor en los autobuses, pueden ser accionados eléctricamente con una gran eficiencia. Dichos dispositivos pueden ser conectados y desconectados a voluntad, de modo que las pérdidas sin carga son menores. Esto conduce igualmente a ahorros de combustible.

Con la EVT es posible frenar simplemente utilizando el motor. La potencia de frenado puede 5 incrementarse aumentando la velocidad del motor. Sin embargo, esto se acompaña de un aumento de la generación de ruido. Además, es posible disipar la energía de frenado en resistencias que están conectadas a la vía de acceso eléctrica. Esto hace posible frenar hasta el paro, en contraste, por ejemplo, con el retardador convencional de los autobuses. Incluso, posiblemente puede desconectarse el motor al frenar, de manera que se reduce el consumo de combustible y el motor no produce ningún ruido. 10

Puede conectarse un acumulador en forma de batería o de un sistema de volante a la vía de acceso eléctrica. Con estos dispositivos, puede almacenarse la energía de frenado que puede ser utilizada de nuevo para la aceleración. Esta ampliación relativamente costosa puede producir, particularmente en autobuses urbanos, un ahorro substancial de combustible.

La vía de acceso eléctrica hace que el convertidor sea particularmente adecuado para ser utilizado 15 en vehículos híbridos; la potencia mecánica para el eje cardán puede ser producida tanto por el motor IC como por una fuente eléctrica.

El inconveniente más importante de las EVT actuales es su masa. Es significativamente mayor que la de una caja de cambios convencional. Además, las EVT actuales son asimismo más costosas que una caja de cambios convencional. 20

Tal como ya se ha mencionado, un convertidor electromecánico tal como el descrito en el párrafo inicial, es conocido a partir de la patente europea EP-A-0 866 544. Sin embargo, el convertidor electromecánico descrito en dicha patente tiene el inconveniente de que el rotor intermedio está formado por dos partes de un rotor que están conectadas mecánicamente entre sí, pero que están electromagnéticamente separadas,... [Seguir leyendo]

1. Convertidor electromecánico, en particular una transmisión eléctrica variable, dotada de un eje primario (5) que tiene un rotor (8) montado en el mismo, un eje secundario (7) que tiene un rotor intermedio (15) montado en el mismo, y un estator (10) montado de forma fija en el cuerpo envolvente (3) del convertidor electromecánico, en el que, visto desde el eje primario (5) en dirección radial, el rotor(8), el rotor intermedio (15) y el 5 estator (10), están dispuestos de forma concéntrica unos con respecto a otros, y en el que el rotor (8) y el estator (10) están diseñados con uno o varios devanados monofásicos o polifásicos accesibles eléctricamente, caracterizado porque el rotor intermedio (15) forma un conjunto tanto electromecánicamente como electromagnéticamente y está dispuesto como un conductor para el flujo magnético en dirección tangencial y radial, y porque la disposición de los polos magnéticos en el material conductor del flujo magnético, por lo menos en un 10 lado del rotor intermedio (15), es libre y puede ser modificada durante el funcionamiento.

2. Convertidor electromecánico, según la reivindicación 1, caracterizado porque el rotor intermedio (15) comprende un circuito eléctrico y un circuito magnético, estando formado el circuito magnético mediante un cilindro que tiene a ambos lados unas acanaladuras que se prolongan en sentido longitudinal en las que se extienden los devanados en cortocircuito que forman el circuito eléctrico. 15

3. Convertidor electromecánico, según la reivindicación 1, caracterizado porque el rotor intermedio (15) está formado mediante un cilindro conductor del flujo magnético, mientras que en un lado está aplicado un material permanentemente magnético y en el otro lado están dispuestas acanaladuras que se prolongan en sentido longitudinal, en las que está dispuesto un devanado accesible eléctricamente.

4. Convertidor electromecánico, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado 20 porque el devanado del estator y el devanado del rotor están conectados mutuamente entre sí a través de uno o varios convertidores electrónicos de potencia (12, 13).

5. Convertidor electromecánico, según la reivindicación 4, caracterizado porque dichos uno o varios convertidores electrónicos de potencia (12, 13) son accesibles eléctricamente a través de una única vía de acceso eléctrica. 25

6. Convertidor electromecánico, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el devanado del estator y el devanado del rotor son accesibles, cada uno por separado, a través de una vía de acceso eléctrica, mediante un convertidor electrónico de potencia.

7. Aparato, dotado de un convertidor electromecánico, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, para la puesta en marcha de un motor de combustión de accionamiento. 30

8. Aparato, dotado de un convertidor electromecánico, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, para alimentar equipos eléctricos.

9. Aparato, dotado de un convertidor electromecánico, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque en el mismo está incorporado un sistema para el almacenamiento de energía.