Accionamiento directo de longitud de construcción axial corta con rotores libres de hierro en forma de disco,

quellevan imanes permanentes (2) dispuestos en una serie en un circuito concéntrico, en el que los estatores estánconstituidos por dos o más mazas de estator (1), fabricadas de material compuesto magnético blando, que estándispuestas a ambos lados de los discos del rotor, caracterizado porque las mazas de estator (1) presenta la formade anillos circulares con superficies límites (5) y (6) ranuras dispuestas radialmente en el exterior y ranuradasdispuestas radialmente en el interior, respectivamente, que están desplazadas angularmente entre sí con respecto ala división ranurada en una semimedida de la división y están separadas por medio de una ranura anularcircunferencial.

Accionamiento directo de baja inercia con alta densidad de potencia

La invención se refiere a máquinas eléctricas, que posibilitan con una longitud de construcción axial muy reducida y corta, altos pares motores específicos así como cumplen altos requerimientos de uniformidad del par motor. Con preferencia, están previstas para la alimentación electrónica de potencia con alta frecuencia básica y, como resultado, posibilitan altas densidades de potencia.

Estado de la técnica

De acuerdo con el estado de la técnica, el requerimiento de par motor específico alto se cumple mejor por máquinas excitadas de forma permanente. Estos accionamientos o bien están realizados como máquinas sincronizadas polifásicas, excitadas de forma permanente o como máquinas de flujo universal, puesto que éstas posibilitan divisiones polares pequeñas y altas densidades de fuerza. La primera forma de construcción mencionada se conoce, entre otros, a partir del documento DE 10 2004 045 939 (“Máquina sincronizada excitada de forma permanente con medios de supresión para la mejora de la ondulación del par motor”) . Tiene, entre otros, los siguientes inconvenientes esenciales:

• El rotor necesita, con la finalidad de un reflujo magnético, cantidades considerables de material de hierro blando, que elevar el momento de inercia y el peso.

• Los polos del estator llevan, respectivamente, bobinas polares individuales para la excitación eléctrica. Esto conduce, en las formas de realización de alta polaridad, necesarias para altas densidades de fuerza, a un elevado gasto de arrollamiento y a altas potencias de pérdida de cobre en el estator.

La segunda forma de realización mencionada es esencialmente más favorable con respecto a este punto, porque el arrollamiento del estator se puede realizar como arrollamiento anular sencillo y se pueden realizar mejor formas de realización de polaridad extremadamente alta.

Se conocen formas de construcción de máquinas de flujo universal, entre otros, a partir del documento DE

101.10.719 (“Máquina de flujo transversal con varias piezas de excitación de una sección”) y DE 198.48.123 (“Máquina de flujo transversal con colector de rotor”) .

Desafortunadamente, estas formas de construcción presentan una construcción complicada de muchas piezas y otros inconvenientes esenciales:

• El rotor necesita para la conducción del campo y la concentración del campo (”colector del rotor”) cantidades considerables de material de hierro blando adicionalmente a los imanes permanentes, con lo que se incrementan el momento de inercia y el peso de una manera más desfavorable.

• La uniformidad de la fuerza de avance generada es insatisfactoria, de manera que con objeto de la reducción de pulsaciones del par motor se necesita un número de secciones alto (es decir, mayor que 3) y/o un control electrónico, dependiente del ángulo del rotor de las corrientes de la sección.

Ambas medidas tienen una influencia desfavorable sobre el gasto técnico para la electrónica de potencia correspondiente y el rendimiento alcanzable. Este respecto, es deseable una disposición, que proporcione, ya condicionada por el principio, por cada sección, en una zona muy amplia de ángulos del rotor, un momento útil alto, en gran medida constante, para que se posibiliten también formas de realización bifásicas (número de secciones: 2) de una manera conveniente y de poco gasto.

• El arrollamiento anular, que se puede realizar fácilmente, genera un campo de dispersión perturbador, que provoca pérdidas no deseables en piezas de construcción metálicas adyacentes. Esto es un problema agravante en situaciones de montaje estrechas.

Para evitar los inconvenientes del arrollamiento anular, se han indicado también máquinas de flujo transversal con arrollamiento distribuido. Una forma de realización correspondiente se conoce a partir de la publicación de patente DE 10 2004.006.890 (“Máquina de flujo transversal de varias secciones con arrollamiento distribuido”) .

La división de la polaridad del arrollamiento de varias divisiones se puede seleccionar aquí un múltiplo mayor que la división predeterminada a través de los imanes permanentes del rotor, de manera que está disponible una sección transversal del arrollamiento mayor –comparada con una máquina sincrónica polifásica con la misma distribución de la polaridad-. En cambio, es un inconveniente el gasto alto para la electrónica de potencia correspondiente (ver la figura 5 en el documento DE 10 2004 006 890) , que se manifiesta en el número de los vibradores necesarios y en altos requerimientos con respecto a su frecuencia de conmutación y reserva de tensión. Los inconvenientes mencionados se mantienen con respecto a la construcción / fabricación mecánica y con respecto al momento de inercia alto del rotor.

Se conoce a partir del documento DE 102 42 833.6 (“Dispositivo de accionamiento eléctrico”) y DE 102 006 036 707 (“Accionamiento directo de baja inercia”) otras formas de realización de máquinas de flujo transversal. Ambos documentos presentan rotores en forma de disco – portadores de imanes permanentes -, que no contienen material de hierro blando adicional. Esto es ventajoso con respecto al momento de inercia. En la primera forma de realización mencionada (DE 102 42833.6) , sin embargo, es necesario un número muy alto de imanes permanentes –dispuestos en al menos dios (o bien cuatro, ver allí la figura 3) anillos concéntricos-. De esta manera, se dificulta la fabricación del rotor y se perjudica en una medida considerable la resistencia mecánica. Esto último afecta especialmente también a la resistencia a la flexión importante, que se debilita a través de las interrupciones entre los anillos concéntricos.

El rotor del documento DE 10 2000 6036 707 no sólo es, en comparación, más fácil en cuanto a la técnica de fabricación, sino que es también esencialmente más resistente a la flexión. Para un rotor en forma de anillo de densidad más reducida, tiene una importancia decisiva, como se conoce, una alta resistencia a la flexión.

De acuerdo con la publicación de patente DE 102 42833.6, el sensor correspondiente comprende una pluralidad de láminas de estator en forma de U (34) , que están dispuestas a la izquierda y a la derecha del disco del rotor en forma de anillos cilíndricos. El espacio hueco entre las láminas del estator está relleno por nervaduras de material no magnético, para obtener, por una parte, una forma de construcción más estable y para no perjudicar, por otra parte, el flujo magnético. Estos puntos de unión entre las láminas del estator en forma de U y las nervaduras son, sin embargo, extraordinariamente desfavorables en lo que se refiere a la fabricación, la estabilidad mecánica y la resistencia de larga duración – como muestran las experiencias de aplicación de máquinas de flujo transversal similares.

Una sustitución de las láminas del estator en forma de U (entre otros, de chapa de acero magnético blando) por piezas similares de material compuesto de polvo magnético blando sería, evidentemente, posible – puesto que, en principio, en todas las máquinas eléctricas se pueden emplear de manera alternativa estos materiales.

No obstante, puesto que los materiales compuestos de polvo magnético blanco presentan una permeabilidad esencialmente más reducida –menor que una potencia de diez – que los metales macizos, esto conduce sin otras medidas inventivas a inconvenientes y pérdidas de potencia considerables.

Estos inconvenientes son especialmente:

• Un par motor / merma de potencia considerable, típicamente de al menos 40 %.

• Una dispersión esencialmente elevada y campos de dispersión exteriores perturbadores, que provocan pérdidas no deseable en piezas de construcción metálicas adyacentes.

Se conoce a partir del documento EP 0 305 569 A1 una disposición de estator, que está fabricada de chapa metálica doblada redonda y presenta un intersticio anular circunferencial y un desplazamiento angular entre ranuras del estator.

El cometido de la invención es evitar los inconvenientes mencionados e indicar un accionamiento directo mejorado, cuya densidad... [Seguir leyendo]

1. Accionamiento directo de longitud de construcción axial corta con rotores libres de hierro en forma de disco, que llevan imanes permanentes (2) dispuestos en una serie en un circuito concéntrico, en el que los estatores están constituidos por dos o más mazas de estator (1) , fabricadas de material compuesto magnético blando, que están dispuestas a ambos lados de los discos del rotor, caracterizado porque las mazas de estator (1) presenta la forma de anillos circulares con superficies límites (5) y (6) ranuras dispuestas radialmente en el exterior y ranuradas dispuestas radialmente en el interior, respectivamente, que están desplazadas angularmente entre sí con respecto a la división ranurada en una semimedida de la división y están separadas por medio de una ranura anular circunferencial.

2. Accionamiento directo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que los rotores en forma de disco presentan, respectivamente, unos anillos de soporte (3) de material amagnético, equipados con imanes permanentes (2) – dispuestos en una serie en un círculo concéntrico-, cuyos imanes permanentes (2) en cada uno de los anillos de soporte (3) están orientados de tal forma que la línea de unión de sus polos magnéticos Norte y Sur apunta en dirección circunferencial y los imanes permanentes (2) adyacentes se repelen.

3. Accionamiento directo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que los imanes permanentes

(2) presentan junturas de separación en dirección radial o están totalmente divididos en imanes parciales individuales.

4. Accionamiento directo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que los arrollamientos del estator (4) en las ranuras anulares circunferenciales de las mazas de estator (1) solamente están equipados en un lado de los discos del rotor.

5. Accionamiento directo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que la ranura anular circunferencial en las mazas de estator (1) sin arrollamiento está dimensionada en la dilatación radial y/o axial menor que en las mazas de estator (1) equipadas con arrollamiento.

6. Accionamiento directo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que los lados alejados del rotor de las mazas de estator están equipados con anillos de cortocircuito (14) de material conductor eléctrico, que están recorridos de manera opcional adicionalmente en su interior por la corriente de refrigerantes líquidos.

7. Accionamiento directo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que los imanes permanentes

(2) de los rotores sobresalen radialmente dentro y/o fuera en su dilatación por encima de las medidas de las superficies límites ranuradas (5) y (6) de las mazas de estator (1) .

8. Accionamiento directo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que las mazas de estator (1) entre dos o más discos de rotor están agrupadas mecánicamente por parejas para formar una pieza.

9. Accionamiento directo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que las mazas de estator (1) presentan dos o más superficies límites interiores y exteriores (5) y (6) que, dispuestas concéntricamente, están separadas totalmente por una ranura de separación circunferencial (15) o mecánicamente.

10. Accionamiento directo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que las superficies límites

(5) y (6) ranuradas radiales de las mazas de estator (1) están divididas por sectores y las ranuras en uno o varios de estos sectores presentan un desplazamiento angular entre sí.

Fig. 1 Fig. 2 Fig. 3

Fig. 4

Fig. 5 Fig. 6 Fig. 7 Fig. 8 Fig. 9 Fig. 10 Fig. 11 Fig. 12