MÓDULO DE IMÁN PERMANENTE Y ROTOR DE MÁQUINA ELÉCTRICA QUE INCLUYE EL MÓDULO.

Módulo (2) de imán permanente, que consiste en por lo menos dos imanes permanentes (6) con el primer polo magnético en la primera superficie plana (20) y el segundo polo magnético en la segunda superficie plana,

y una cubierta (3, 26) que envuelve por lo menos parcialmente los imanes permanentes (6), caracterizado porque la cubierta (3, 26) es magnéticamente conductora y comprende una superficie superior (26), que cubre sustancialmente la primera superficie plana (20) del imán permanente, y una superficie inferior (3), que cubre sustancialmente la segunda superficie plana del imán permanente, y porque la cubierta (3, 26) está sustancialmente abierta en las superficies laterales (24) de los imanes permanentes (6)

El objetivo de la invención es un módulo de imán permanente, según la parte del preámbulo de la reivindicación 1. Otro objetivo de la invención es un rotor de máquina eléctrica excitado mediante imanes permanentes, según la parte de preámbulo de la reivindicación 11.

Los imanes permanentes eficientes se están volviendo cada vez más comunes en los rotores de las máquinas eléctricas, en concreto en los rotores de las maquinas síncronas. Los imanes están basados en compuestos que contienen metales de tierras raras tales como el neodimio. En las maquinas síncronas de alta potencia, la utilización de dichos imanes permanentes fuertes se ha difundido a varias áreas nuevas de aplicación, a menudo con requisitos muy exigentes y condiciones ambientales difíciles. Las características comunes de los imanes permanentes basados en metales de tierras raras incluyen una estructura frágil y susceptibilidad a la corrosión, en concreto en entornos operativos con temperatura y humedad variables.

El enfriamiento de las máquinas eléctricas de alta potencia se proporciona con canales refrigerantes que pasan a través del estátor y del rotor. Una solución para enfriar el rotor de una máquina excitada permanentemente, consiste en conductos radiales de aire que van desde el interior del rotor hasta la circunferencia exterior del rotor. Los conductos de aire están situados entre grupos de hojas que constituyen el núcleo del rotor, y por lo tanto dividen en partes, en la dirección del eje del rotor, la estructura del rotor electromagnéticamente activa. En las máquinas eléctricas grandes, los núcleos del estátor y/o del rotor consisten en módulos situados próximos entre sí en una dirección axial cuando se fabrica la máquina eléctrica, quizás dejando un pequeño espacio entre los módulos del núcleo. En los rotores excitados por imanes permanentes, los imanes están instalados solamente en las posiciones correspondientes a los módulos de hojas del rotor, puesto que solamente el flujo magnético que pasa a través de éstas participa realmente en el funcionamiento de la máquina. Cuando se utilizan imanes permanentes incrustados en el rotor para excitar la máquina, los imanes permanentes deben ser colocados en su posición desde el extremo del rotor. Al mismo tiempo, debe asegurarse que los imanes permanentes están situados en posiciones correspondientes a los módulos de hojas, y no en conductos de refrigeración u otros espacios.

A partir de la publicación JP 2001-16 808 se conoce una solución en la que varios imanes permanentes están empaquetados en una carcasa común que contiene asimismo separadores, que separan los imanes permanentes en las posiciones de los conductos de refrigeración. En este caso, los imanes permanentes estarán situados de forma precisa en el núcleo de hierro del rotor, pero al mismo tiempo el módulo de imán permanente instalado bloqueará el conducto radial de refrigeración.

Cuando se instalan imanes permanentes incrustados en la estructura del rotor, los imanes permanentes deben estar asimismo protegidos contra el desgaste mecánico, puesto que los bordes de las aberturas formadas para permitir la instalación de los imanes permanentes no son necesariamente suaves, y no hay manera práctica y económica de suavizarlos. Un recubrimiento de este tipo, de imán permanente regular, tal como una capa delgada de resina, no proporciona una protección adecuada. Una pequeña raya en el recubrimiento puede conducir a daños por corrosión, e incluso a daños en el imán permanente.

El objetivo de la presente invención es crear un nuevo módulo de imán permanente, particularmente adecuado para su utilización en un rotor de una máquina eléctrica con imanes permanentes incrustados en el núcleo del rotor. Para conseguir esto, el módulo de imán permanente acorde con la invención está caracterizado por las características especificadas en la sección de características de la reivindicación 1. Correspondientemente, el rotor para una máquina eléctrica acorde con la invención está caracterizado por las características especificadas en la sección de características de la reivindicación 11. Además, ciertas realizaciones preferidas de la invención están caracterizadas por las características definidas en las reivindicaciones dependientes.

Con la presente invención, se conseguirán diversos beneficios y mejoras significativas, en comparación con las soluciones previas. La manipulación de imanes permanentes en la fase de instalación será sencilla y segura, sin riesgo de daños en la superficie o la estructura del imán permanente. Para sustituir los imanes permanentes, se puede recuperar el módulo a través del agujero de instalación.

Los imanes permanentes están soportados en la dirección de excitación, en direcciones perpendiculares. Debido a pliegues o a elevaciones sobre la cubierta del módulo, los imanes permanentes no se pueden mover en las direcciones lateral o longitudinal, es decir, en paralelo al eje de la máquina eléctrica, o en la dirección circunferencial.

Cuando la máquina eléctrica tiene conductos radiales de refrigeración, la estructura de montaje integrada en el módulo acorde con la invención asegura que los imanes permanentes están alineados correctamente en relación con los conductos de refrigeración. La necesaria holgura de instalación es fácil de conseguir con el diseño apropiado de la superficie exterior de la carcasa del módulo.

De acuerdo con una característica preferida de la invención, las superficies superior e inferior de la estructura del módulo son de material ferromagnético, pasando, el flujo que excita la máquina, directamente desde el imán permanente hacia la separación de aire, y correspondientemente hacia el núcleo interior del rotor.

De acuerdo con otra realización preferida de la invención, el módulo tiene una estructura semi-abierta, en cuyo caso no hay material eléctricamente conductor en los bordes del imán permanente, y el flujo de dispersión no puede cerrarse sobre los extremos del imán permanente, desde un polo del imán permanente hasta el polo opuesto. Por lo tanto, la potencia de excitación creada por el imán permanente es tan alta como sea posible.

De acuerdo con una realización preferida, se crean aberturas en las superficies superior e inferior de la cubierta del módulo. Esto reducirá las pérdidas por corrientes parásitas en el módulo.

En lo que sigue, se describirán en detalle algunas de las realizaciones de la invención, haciendo referencia a los dibujos, en los cuales:

- la figura 1 ilustra parte de un módulo acorde con la invención, en perspectiva,

- la figura 2 ilustra un módulo acorde con la invención, en perspectiva,

- la figura 3 ilustra una sección parcial del rotor acorde con la invención, en la

dirección axial,

- la figura 4 ilustra la sección A -A de la figura 3, perpendicular al eje,

- la figura 5 ilustra parte de otro módulo acorde con la invención, en perspectiva,

- la figura 6 ilustra parte de un tercer módulo acorde con la invención, en

perspectiva, y

- la figura 7 ilustra parte de algunas estructuras alternativas de imán y cubierta

del módulo, en perspectiva.

La figura 1 es una ilustración en perspectiva de un módulo acorde con la invención o, para ser más precisos, de una cubierta 3 del módulo con tres imanes permanentes 6 instalados en la cubierta. La cubierta 3 del módulo está fabricada de una hoja ferromagnética delgada. Se han formado cinco superficies de fijación lisas 4 sobre la cubierta 3 del módulo. El tamaño de las superficies de fijación corresponde al tamaño de la superficie superior 6 y la superficie inferior 20 del imán permanente. Las superficies de fijación 4 están limitadas por pliegues laterales 8 y 10 en los bordes del módulo. Los pliegues se han creado curvando los bordes de la cubierta 3, perpendiculares a la superficie de fijación 4. Correspondientemente, el extremo de la cubierta 3 tiene pliegues extremos 12 que limitan la superficie de fijación más exterior 4 del módulo. Se han formado pliegues intermedios 13 similares, en el lado opuesto de la superficie de fijación más exterior, y entre cada superficie de fijación 4. Por lo tanto, hay dos pliegues intermedios 13 entre dos en superficies de fijación adyacentes 4, que limitan las superficies de fijación adyacentes 4 en la dirección longitudinal del módulo. De este modo, los...

1. Módulo (2) de imán permanente, que consiste en por lo menos dos imanes permanentes (6) con el primer polo magnético en la primera superficie plana (20) y el segundo polo magnético en la segunda superficie plana, y una cubierta (3, 26) que envuelve por lo menos parcialmente los imanes permanentes (6), caracterizado porque la cubierta (3, 26) es magnéticamente conductora y comprende una superficie superior (26), que cubre sustancialmente la primera superficie plana (20) del imán permanente, y una superficie inferior (3), que cubre sustancialmente la segunda superficie plana del imán permanente, y porque la cubierta (3, 26) está sustancialmente abierta en las superficies laterales (24) de los imanes permanentes (6).

2. Una disposición acorde con la reivindicación 1, caracterizada porque los imanes permanentes (6) están a una cierta distancia entre sí.

3. Una disposición acorde con la reivindicación 1, caracterizada porque cada imán permanente (60, 61) está sustancialmente próximo al imán permanente adyacente (60, 61).

4. Un módulo acorde con la reivindicación 1, caracterizado porque la superficie superior (26) y la superficie inferior (3) del módulo son simétricas.

5. Un módulo acorde con la reivindicación 1, caracterizado porque el módulo (2) tiene medios (8, 28, 58) que fijan los imanes permanentes (6) en una dirección lateral del módulo.

6. Un módulo acorde con la reivindicación 5, caracterizado porque los medios (8, 28) que fijan el imán permanente consisten en pliegues creados en los bordes de la cubierta.

7. Un módulo acorde con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la superficie superior (26) y la superficie inferior (3) de la cubierta tienen aberturas (14) en la zona entre los imanes permanentes (6).

8. Un mundo acorde con la reivindicación 7, caracterizado porque el módulo (2; 50; 103) tiene medios (12, 13; 52, 54; 105, 111) que fijan los imanes permanentes (6) en una dirección longitudinal del módulo.

9. Un módulo acorde con la reivindicación 1, caracterizado porque la superficie inferior (3) y la superficie superior (26) de la cubierta del módulo tienen agujeros (84) o espacios (86, 88).

10. Un módulo acorde con la reivindicación 1, caracterizado porque están dispuestos separadores (105, 109) entre los imanes permanentes (6), en el lado de la cubierta (3).

5 11. Un rotor para una máquina eléctrica, excitado por imanes permanentes incrustados (6), rotor que comprende un eje (36) y un núcleo (38) del rotor formado por hojas magnéticamente conductoras montadas en el eje, mediante las que están dispuestas en el núcleo del rotor aberturas (43) paralelas al eje, aberturas en las que pueden ser montados los imanes permanentes (6) desde el extremo del rotor,

10 caracterizado porque los imanes permanentes están montados en el interior de un módulo (2) acorde con la reivindicación 1. 12. Un rotor acorde con la reivindicación 11, caracterizado porque el rotor tiene conductos radiales de refrigeración (40) y porque el módulo tiene aberturas (14, 114) en los conductos (40).

15 13. Un rotor acorde con la reivindicación 11 ó 12, caracterizado porque el módulo (2) tiene medios (12, 13; 111, 105) para soportar los imanes permanentes (6) en una dirección axial del rotor, y medios (8, 26; 58) para soportar los imanes permanentes (6) en una dirección circunferencial del rotor.

14. Un rotor acorde con la reivindicación 11, caracterizado porque están 20 dispuestos separadores (105, 109) entre los imanes permanentes (6), en el lado de la cubierta (3). Siguen siete hojas de dibujos.