DISPOSITIVO ELECTROMAGNÉTICO CON FUNCIONAMIENTO DE GENERADOR-MOTOR REVERSIBLE.

El dispositivo electromagnético con funcionamiento de generadormotor reversible La presente invención se refiere a un dispositivo electromagnético con funcionamiento de generadormotor reversible, es decir, un dispositivo capaz de convertir la energía cinética en energía eléctrica y viceversa. En muchos sectores industriales a menudo surge la necesidad de instalar máquinas eléctricas reversibles en sistemas que comprenden un elemento giratorio, de tal modo que, dependiendo de la condición de funcionamiento del sistema en el que se instala una máquina, es posible o bien sacar partido del movimiento de tal elemento para generar energía eléctrica para el suministro a otros componentes del sistema, o el suministro de energía eléctrica a la máquina para hacer que el elemento giratorio gire. Un requisito general para tales máquinas es la compacidad y la ligereza, en especial para aplicaciones en medios de transporte, tales como vehículos terrestres o aeronaves, así como un coste bajo. Un ejemplo de una máquina de este tipo se conoce a partir del documento el documento US 6.832.486. Este documento da a conocer una máquina eléctrica reversible para aplicaciones aeronáuticas, para su acoplamiento con una turbina de un motor de una aeronave con el fin de generar energía eléctrica para diversos propósitos sacando partido de la rotación de la turbina o, a la inversa, para arrancar el motor. El rotor de la máquina está formado por una extremidad magnetizada radialmente hacia fuera de los álabes de un anillo de álabes en la turbina. Un anillo de estator, en el interior del cual se mueve el rotor, se equipa con bobinas. En una realización, el estator consiste en un anillo continuo, o en un conjunto de elementos en forma de herradura discretos, y define un canal en el interior del cual gira el rotor. En este caso, las bobinas se arrollan en unas expansiones de estator opuestas y se orientan hacia ambos polos de un mismo imán. Una desventaja de esta técnica anterior es que la anchura del canal que se define entre las expansiones orientadas del anillo de estator o de los núcleos en forma de herradura individuales es fija y no puede hacerse más pequeña que un cierto valor mínimo, que depende también del espesor del rotor y de la necesidad de compensar las posibles oscilaciones del rotor. Por lo tanto, con un estator dado y un rotor dado, también el entrehierro entre el estator y los imanes es fijo y no puede hacerse más pequeño que un cierto valor. En consecuencia, es imposible ajustar y optimizar la posición relativa del estator y el rotor con el fin de obtener la máxima eficiencia y la máxima flexibilidad de funcionamiento. El documento US 5.514.923 da a conocer una máquina eléctrica reversible que puede usarse como un circuito de compensación, y que tiene dos discos de rotor equipados con los imanes y dispuestos simétricamente en relación con un estator que porta una pluralidad de bobinas desplazadas en relación con los imanes. En tal caso, se usan dos imanes para inducir un campo eléctrico en una bobina que se ubica entre los mismos. El circuito magnético no es cerrado y esto entraña un alto desperdicio de energía y da como resultado unas fuertes interferencias electromagnéticas. El documento BE 867.436 da a conocer un dispositivo eléctrico que tiene un rotor que comprende dos discos de aluminio unidos por un anillo de hierro y que soporta cada uno una pluralidad de imanes distribuidos a intervalos regulares a lo largo de su periferia. El rotor gira entre dos placas de estator, portando cada uno un anillo de culatas magnéticas en forma de U con brazos dirigidos axialmente (máquina de polo que se proyecta), en el que cada culata está orientada hacia un par de imanes en el disco de rotor, y los imanes presentan, hacia las culatas, una secuencia de polos opuestos de forma alterna. La máquina no es reversible y actúa sólo como un motor síncrono. Además, el entrehierro entre el estator y el rotor es fijo, de tal modo que las consideraciones que se hagan en cuanto a este tema en conexión con el documento US 6.832.486 se aplican también a este dispositivo. Además, los materiales que se usan dan lugar a unas pérdidas muy altas a frecuencias altas y a unas corrientes de Foucault muy fuertes y unas pérdidas por histéresis que inducen unas temperaturas muy altas en el disco y puede conducir a la pérdida de imanación de los imanes e incluso a la ignición del disco de aluminio. El documento US 6.137.203 da a conocer un motor axial sin escobillas con dos estatores y un rotor montados de forma que pueden girar entre los estatores en respuesta a los campos magnéticos que se generan por los estatores. La máquina es una máquina de fases múltiples del tipo devanado, es decir, las bobinas de cada fase se arrollan a lo largo de una pluralidad de expansiones polares adyacentes, sin ninguna bobina de diferente fase entre las mismas. Los estatores pueden ajustarse axialmente durante el funcionamiento para hacer que varíe el entrehierro del motor con el fin de permitir que el motor produzca un par motor alto a baja velocidad, mientras que el entrehierro es pequeño, y para continuar con la producción del par motor, cuando el entrehierro es más grande, una alta velocidad. El ajuste del estator tiene lugar sólo en la dirección axial y no permite contender con las deformaciones que surgen debido a las altas temperaturas que se alcanzan durante el funcionamiento del dispositivo, en especial en las aplicaciones preferidas con turbinas que funcionan mediante fluido, ni con un posible sobrecalentamiento de las bobinas y el estator. El documento US 4.710.667 da a conocer una máquina dinamoeléctrica del tipo devanado, en la que la separación 2   entre el rotor y un estator puede ajustarse sólo axialmente y sólo en la fase de ensamblaje. El rotor incluye imanes de ferrita dura, y el estator incluye núcleos de ferrita blanda para las bobinas. La totalidad de documentos de la técnica anterior que se discuten anteriormente dan a conocer además, estructuras construidas de manera rígida, cuyo diseño no puede modificarse fácilmente con el fin de adaptarse a aplicaciones con unos requisitos diferentes y/o de permitir un ensamblaje y un mantenimiento más fácil y más efectivo de los dispositivos. El documento WO 2004 073 143 da a conocer un motor eléctrico de flujo axial que incluye un rotor que puede girar alrededor de un eje de rotación, y un estator separado del rotor a lo largo del eje de rotación para definir una separación. El rotor incluye imanes permanentes y el estator incluye imanes electromagnéticos fijados de forma segura a la superficie periférica exterior del estator, de tal forma que durante el uso, el flujo magnético a través de la separación se orienta esencialmente a lo largo del eje de rotación. Es un objeto de la invención proporcionar un dispositivo reversible del tipo polo que se proyecta, que ponga remedio a las desventajas de la técnica anterior y que pueda emplearse en una amplia gama de aplicaciones, por ejemplo, en vehículos terrestres, barcos y aeronaves, y preferiblemente en aplicaciones en las que el dispositivo está integrado en una turbina o generalmente en el impulsor de un aparato que se acciona mediante el movimiento de un fluido. Para lograr este objeto, se proporciona un dispositivo que tiene un estator y un rotor que gira delante del estator. El rotor porta una pluralidad de imanes distribuidos a intervalos regulares y con unas orientaciones alternas en un anillo patrón en el rotor. El estator comprende al menos un conjunto de culatas magnéticas teniendo cada una un par de brazos que se proyectan que se extiende hacia el rotor y que soporta una bobina para la conexión eléctrica con un dispositivo de utilización o con una unidad de potencia, y una culata magnética en el o en cada conjunto es parte, junto con un par de imanes opuestos a los brazos de la culata en un instante dado y el entrehierro que separa la culata respecto de los imanes, de un mismo circuito magnético cerrado. Las culatas magnéticas en el o en cada conjunto se montan de forma independiente en unos soportes ajustables axial y radialmente para un ajuste estático y dinámico de las posiciones de las culatas en relación con los imanes. De forma ventajosa, ajuste puede incluir también un movimiento de rotación alrededor de al menos un eje y preferiblemente las culatas pueden ajustarse a través de un movimiento de traslación a lo largo de tres ejes ortogonales y un movimiento de rotación alrededor de tres ejes ortogonales. Gracias al montaje independiente, cada culata puede considerarse como una célula de estator que puede duplicarse un número deseado de veces y con cualquier posición deseada relativa con las otras células. Por lo tanto, la invención permite una extremadamente alta flexibilidad. Otras ventajas son que: el ensamblaje del dispositivo es más... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo electromagnético (10) con funcionamiento de generadormotor reversible, comprendiendo el dispositivo (10): un rotor (12; 12) que gira alrededor de un eje y que soporta una pluralidad de imanes (14; 14, 14a, 14b; 140) distribuidos a intervalos regulares y con orientaciones alternas en un patrón sustancialmente forma de anillo; un estator (16, 20a, 20b, 18, 22a, 22b; 16, 18, 20, 22) que comprende al menos un conjunto de culatas magnéticas (16, 18; 16, 18; 6) teniendo cada una un par de brazos que se proyectan (17a, 17b, 19a, 19b; 7) que se extienden hacia los imanes (14; 14, 14a, 14b; 140) y que portan una bobina respectiva (20a, 20b, 22a, 22b; 20, 22; 21) para la conexión eléctrica con un dispositivo de utilización o con una unidad de potencia, una culata magnética (16, 18; 16, 18; 6) en el o en cada conjunto siendo parte, junto con un par de imanes (14; 14, 14a, 14b; 140) opuestos a los brazos de la culata (17a, 17b, 19a, 19b; 7) en un instante dado, de un mismo circuito magnético cerrado a través de un entrehierro que separa la culata respecto de los imanes; caracterizado por que las culatas magnéticas (16, 18; 16, 18; 6) se montan de forma independiente en unos soportes (54), comprendiendo los soportes (54) unas unidades de ajuste (82, 92) que ajustan axial y radialmente dichos soportes (54) para un ajuste estático y dinámico de las posiciones de las culatas individuales (16, 18; 16, 18; 6) en relación con los imanes (14; 14, 14a, 14b; 140). 2. El dispositivo tal como se reivindica en la reivindicación 1, en el que dichas unidades de ajuste (82, 92) ajustan axial y radialmente dichos soportes (54) a través de un movimiento de traslación a lo largo de tres ejes ortogonales. 3. El dispositivo tal como se reivindica en la reivindicación 1 o 2, en el que dichas unidades de ajuste (82, 92) ajustan además, dichos soportes (54) a través de un movimiento de rotación alrededor de al menos un eje. 4. El dispositivo tal como se reivindica en la reivindicación 3, en el que dichas unidades de ajuste (82, 92) ajustan dichos soportes (54) a través de un movimiento de rotación alrededor de tres ejes. 5. El dispositivo tal como se reivindica en cualquier reivindicación anterior, en el que dicho estator (16, 20a, 20b; 16, 20) incluye un único conjunto de culatas magnéticas (16; 16). 6. El dispositivo tal como se reivindica en la reivindicación 5, en el que dicho rotor (12; 12) se hace de un material ferromagnético, y dicho circuito magnético comprende un par de imanes (14; 14; 14a, 14b; 140) y una culata (16; 16) orientada hacia el par de imanes y se cierra a través del rotor (12; 12) y un entrehierro que separa la culata respecto de los imanes. 7. El dispositivo tal como se reivindica en la reivindicación 5, en el que dicho rotor (12; 12), en unas áreas no ocupadas por los imanes (14; 14; 14a, 14b; 140), se hace de un material no ferromagnético, los imanes (14; 14; 14a, 14b; 140) orientados hacia una misma culata se conectan mediante unos elementos ferromagnéticos (61), y dicho circuito magnético comprende un par de imanes (14; 14; 14a, 14b; 140) y una culata (16; 16) orientada hacia el par de imanes, y se cierra a través de los elementos ferromagnéticos (61) y un entrehierro que separa la culata respecto de los imanes. 8. El dispositivo tal como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que: dicho rotor (12, 12), en unas áreas no ocupadas por los imanes (14; 14; 14a, 14b; 140), se hace de un material no ferromagnético; dicho estator (16, 20a, 20b, 18, 22a, 22b; 16, 18, 20, 22) incluye un primer y un segundo conjunto de culatas magnéticas (16, 18; 16, 18; 6) dispuestos simétricamente en relación con el rotor (12, 12), y dicho circuito magnético comprende un par de imanes adyacentes (14; 14; 14a, 14b; 140) y una culata magnética (16, 18; 16, 18; 6) en cada uno del primer y el segundo conjunto. 9. El dispositivo tal como se reivindica en la reivindicación 8 en el que dichos imanes (14; 14, 14a, 14b; 140) son áreas magnetizadas en el rotor (12; 12) y forman una sucesión de polos opuestos de forma alterna sobre las superficies del rotor orientadas hacia las culatas (16, 18; 16, 18; 6). 10. El dispositivo tal como se reivindica en cualquier reivindicación anterior, en el que dichas culatas (16, 18; 16, 18; 6) se disponen delante de un arco o de un número de arcos discretos de imanes en el anillo de imán. 11. El dispositivo tal como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que dichas culatas (16, 18; 16, 18; 6) se distribuyen delante de la totalidad del anillo de imán. 12. El dispositivo tal como se reivindica en la reivindicación 11, en el que dicho rotor (12; 12) porta un número M de imanes (14; 14, 14a, 14b; 140) que se elige de: 2N, siendo N el número de las culatas magnéticas (16, 18; 16, 18; 6) en el o en cada conjunto; 17   un número par diferente de 2N. 13. El dispositivo tal como se reivindica en cualquier reivindicación anterior, en el que la bobina (20a, 20b, 22a, 22b; 20, 22; 21) de cada brazo de culata (17a, 17b, 19a, 19b; 7) se conecta de forma individual a un dispositivo de utilización o a una unidad de potencia. 14. El dispositivo tal como se reivindica en la reivindicación 12, en el que las bobinas (20a, 20b, 22a, 22b; 20, 22; 21) de los brazos (17a, 17b, 19a, 19b; 7) que tienen una misma relación de fase geométrica con un imán opuesto (14; 14; 14a, 14b) se conectan entre sí en el interior del dispositivo y tienen una conexión común con un dispositivo de utilización o con una unidad de potencia. 15. El dispositivo tal como se reivindica en la reivindicación 12, en el que las bobinas (20a, 20b, 22a, 22b; 20, 22; 21) de los brazos alternos (17a, 17b, 19a, 19b; 7) que tienen una misma relación de fase geométrica con un imán opuesto (14; 14; 14a, 14b; 140) se conectan entre sí en el interior del dispositivo y tienen unas conexiones comunes respectivas con fases opuestas a un dispositivo de utilización o a una unidad de potencia. 16. El dispositivo tal como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 13 a 15 en el que las bobinas (20a, 20b, 22a, 22b; 20, 22; 21) de algunos brazos (17a, 17b, 19a, 19b; 7) se conectan a un dispositivo de utilización, y las bobinas de algunos otros brazos (17a, 17b, 19a, 19h; 7) se conectan a una unidad de potencia. 17. El dispositivo tal como se reivindica en cualquier reivindicación anterior, en el que dicho rotor (12) es un cuerpo cilíndrico que porta la pluralidad de imanes (14a, 14b) en su superficie lateral y la pluralidad de imanes se disponen en dos filas paralelas (14a, 14b) sobre dicha superficie lateral, teniendo un imán en una fila una orientación opuesta a un imán adyacente en la otra fila y estando cada culata (16) dispuesta con el fin de unir ambas filas de imanes (14a, 14b). 18. El dispositivo tal como se reivindica en cualquier reivindicación anterior, en el que dichos brazos (17a, 17b, 19a, 19b; 7) y dichos imanes (14; 14; 14a, 14b; 140) tienen una forma en sección transversal que se elige del grupo que incluye: sección transversal circular; sección transversal no circular curvilínea; sección transversal poligonal cóncava; sección transversal poligonal convexa, en particular cuadrada o rectangular; y en el que las áreas orientadas de los imanes (14; 14; 14a, 14b; 140) y los brazos (17a, 17b, 19a, 19b; 7) tienen unos tamaños que son los mismos. 19. El dispositivo tal como se reivindica en la reivindicación 18, en el que dichos brazos (17a, 17b, 19a, 19b; 7) y dichos imanes (14; 14; 14a, 14b; 140) tienen unas formas en sección transversal diferentes. 20. El dispositivo tal como se reivindica en cualquier reivindicación anterior, en el que cada brazo de culata (7) incluye una base (7c) para su fijación a un soporte, un vástago (7b) que se extiende a partir de la base (7c) hacia los imanes (14; 140) y que tiene la bobina (21) arrollada sobre el mismo, y un cabezal (7a) unido al extremo del vástago opuesto a la base (7c), y en el que dicho cabezal tiene un tamaño de sección transversal más grande que el tamaño de sección transversal en conjunto del vástago (7b) y la bobina (21) y se dispone para ocultar la bobina (21) con respecto a un imán opuesto (14; 140). 21. El dispositivo tal como se reivindica en la reivindicación 20, en el que cada culata (6) comprende un par de brazos montados de forma individual (7) que definen un ángulo abierto hacia los imanes (14; 140), y en el que se proporciona una separación (77) entre las bases (7c) de dos brazos adyacentes (7) respectivamente que pertenecen a dos culatas adyacentes (6). 22. El dispositivo tal como se reivindica en cualquier reivindicación anterior, en el que dichas culatas magnéticas (16, 18) se hacen de un material que se elige del grupo: materiales ferrocerámicos; lámina de hierrosilicio; ferritas de NiZn o de MnZn; materiales de MnNi. 23. El dispositivo tal como se reivindica en cualquier reivindicación anterior, en el que dicho dispositivo (10) está integrado en un impulsor de un aparato que se acciona mediante el movimiento de un fluido. 24. Un aparato que tiene un impulsor que se acciona mediante el movimiento de un fluido, caracterizado por que dicho impulsor tiene integrado en el mismo un dispositivo (10) tal como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 23. 25. El aparato tal como se reivindica en la reivindicación 24, en el que dicho aparato se elige del grupo que incluye: turbinas, en particular para motores aeronáuticos o navales, tornillos de hélices para aplicaciones aeronáuticas o navales, bombas para tuberías de gas, generadores eólicos. 18   19     21   22   23   24     26   27   28