Engranajes magnéticos variables.

Engranaje magnético, que comprende: un primer elemento móvil (502) que tiene un primer conjunto de polosmagnéticos (510),

un segundo elemento móvil (504) que tiene un segundo conjunto de polos magnéticos (514), y untercer elemento móvil (516) que tiene un conjunto de piezas polares (506); en el que el primer y segundo elementos(502, 504) tienen polos magnéticos (510, 514) en diferentes separaciones y las piezas polares (506) estándispuestas para modular el campo magnético que actúa entre los polos magnéticos (510, 514), y caracterizado pormedios de control dispuestos para controlar la rotación de uno de los elementos (504) para variar la relación deengranaje entre los otros dos elementos (502, 516), en el que los medios de control comprenden una máquinaeléctrica que comprende una pluralidad de bobinas y una pluralidad de imanes motrices (515) que tienen unconjunto de polos magnéticos, en el que los imanes motrices (515) están montados en uno de los elementos.

Engranajes magnéticos variables

Campo de la invención

La presente invención se refiere a engranajes magnéticos, y en particular al control de la relación de engranaje de engranajes magnéticos.

Antecedentes de la invención

Se conocen engranajes magnéticos en los que los rotores de entrada y salida están provistos de respectivos conjuntos de pares de polos magnéticos en diferentes separaciones, y un conjunto de piezas polares ferromagnéticas está dispuesto entre los rotores de entrada y de salida para modular el campo magnético y para permitir que el rotor de entrada accione el rotor de salida con una relación de engranaje que depende de la relación de las distancias de los dos conjuntos de polos magnéticos y la separación de las piezas polares.

Sumario de la Invención

La presente invención proporciona un engranaje magnético según la reivindicación 1.

Los elementos móviles pueden comprender rotores o, en un sistema lineal, traductores.

La presente invención también proporciona un sistema de generación de potencia que comprende un elemento de entrada, un generador, y un engranaje magnético que acopla el elemento de entrada al generador, en el que el engranaje magnético es un engranaje de acuerdo con la invención.

La presente invención también proporciona un sistema de tren de potencia que comprende un motor primario, una carga, y un engranaje magnético que acopla el motor primario a la carga, en el que el engranaje magnético es un engranaje de acuerdo con la invención.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una sección esquemática a través de un sistema de engranaje magnético rotatorio conocido; La figura 2 es una sección longitudinal a través del sistema de engranaje de la figura 1; La figura 3 es una vista en sección transversal de un acoplamiento motriz de acuerdo con una primera realización de

la invención; La figura 4 es una sección longitudinal a través del acoplamiento motriz de la figura 3; La figura 5 es una sección longitudinal a través de un acoplamiento motriz de acuerdo con una segunda realización

de la invención;

La figura 6 es una sección longitudinal a través de un acoplamiento motriz de acuerdo con una realización adicional de la invención; La figura 7 es una sección transversal a través de un acoplamiento motriz de acuerdo con una realización adicional

de la invención;

La figura 8 es una sección longitudinal esquemática a través de un sistema de generación de potencia de acuerdo con una realización adicional de la invención; La figura 9 es una sección longitudinal esquemática a través de un sistema de generación de potencia de acuerdo

con una realización adicional de la invención;

La figura 10 es una sección transversal esquemática a través de un acoplamiento motriz de acuerdo con una realización adicional de la invención; La figura 11 es una sección longitudinal esquemática a través de la unidad de acoplamiento de la figura 10; La figura 12 es una sección longitudinal esquemática a través de un tren motriz del vehículo no de acuerdo con una

realización adicional de la invención; y La figura 13 es un diagrama funcional del tren motriz de la figura 12. Haciendo referencia a las figuras 1 y 2, un engranaje rotativo magnético 100 conocido comprende un primer rotor o

rotor interior 102, un segundo rotor 104 o rotor exterior que tiene un eje común de rotación con el primer rotor 102, y una serie de piezas polares 106 de material ferromagnético soportado entre los rotores 102, 104. El primer rotor 102

comprende un soporte 108 que lleva un primer conjunto de imanes permanentes 110, dispuestos con sus polos norte y sur en sus extremos radialmente interior y exterior, y orientados con polaridad alterna, por lo que cada uno de los imanes 110 tiene sus polos orientados en el dirección opuesta a los imanes en cada lado del mismo. En esta realización, el primer rotor 102 comprende ocho imanes permanentes, o cuatro pares de polos, dispuestos para producir un campo magnético espacialmente variable. El segundo rotor 104 comprende un soporte 112 que lleva un segundo conjunto de imanes permanentes 114, de nuevo dispuestos con sus polos enfrentados radialmente hacia el interior y hacia el exterior, y con alternancia de polaridad. El segundo rotor 104 comprende 46 imanes permanentes

o 23 pares de polos dispuestos para producir un campo espacialmente variable. El primer y segundo conjuntos de imanes permanentes, por lo tanto, incluyen diferentes números de imanes. En consecuencia, sin ningún tipo de modulación de los campos magnéticos que producen, habría poco o ningún acoplamiento magnético útil o interacción entre los dos conjuntos de imanes permanentes 110 y 114, de tal manera que la rotación de un rotor no causaría la rotación del otro rotor.

Las piezas polares 106, que están soportadas en un soporte cilíndrico no magnético 116, se utilizan para controlar la forma en que interactúan los campos de los imanes permanentes 110 y 114. Las piezas polares 106 modulan los campos magnéticos de los imanes permanentes 110 y 114, de modo que interactúan en la medida en que la rotación de un rotor induce la rotación del otro rotor de una forma engranada. El número de piezas polares se elige para que sea igual a la suma del número de pares de polos de los dos conjuntos de imanes permanentes. La rotación del rotor 102 a una primera velocidad W1 inducirá la rotación del segundo rotor 104 a una velocidad W2, donde W1 > W2. La relación entre las velocidades de rotación W1 y W2, es decir, la relación de engranaje del acoplamiento, es igual a la relación entre el número de pares de polos de los imanes 110 y 114 sobre el primer y segundo rotores 102, 104. El engranaje puede funcionar en sentido inverso, de modo que la rotación del segundo rotor 104 provocará la rotación del primer rotor a una velocidad mayor.

Haciendo referencia a las figuras 3 y 4, en una primera realización de la invención, un engranaje magnético 200 comprende tres rotores coaxiales: un rotor interior cilíndrico 202 que lleva un primer conjunto de imanes 210 que proporciona un primer conjunto de pares de polos magnéticos, un rotor exterior cilíndrico 204 que lleva un segundo conjunto de imanes 214 que proporciona un segundo conjunto de pares de polos, y un tercer rotor cilíndrico 216 situado radialmente entre los rotores interior y exterior 202, 204, que lleva el conjunto de piezas polares 206. Los imanes 210, 214 y las piezas polares 206 están separados como en el acoplamiento de la figura 1. Con referencia a la figura 4, el rotor interior 202 está soportado en un eje de entrada 220 para que pueda girar con el mismo, y el rotor exterior 204 está soportado en un eje de salida 222 para que pueda girar con el mismo. El rotor de la pieza polar 216 está soportado de forma giratoria sobre el eje de entrada 220 mediante un cojinete 224. El tercer rotor 216 es, por lo tanto, giratorio con relación a, e independientemente de los rotores interior y exterior 202, 204. Un motor motriz 230 está conectado de manera conducida mediante una transmisión mecánica 231 a la pieza polar del rotor 216 de manera que pueda girar el rotor de la pieza polar 216 a una velocidad que pueda ser controlada y variarse para controlar la relación de engranaje del engranaje. Si el motor motriz 230 está apagado o se mantiene estacionario, entonces el rotor de la pieza polar 216 se mantiene estacionario y el acoplamiento funciona como el acoplamiento de la figura 1.

La ecuación que rige las velocidades en el engranaje magnético 200 es:

Con W1, pi la velocidad y el número de pares de polos magnéticos en el rotor 202 interior Wo, po la velocidad y el número de pares de polos magnéticos en el rotor exterior 204 Wp, np la velocidad del rotor de la pieza polar 216 y el número de piezas polares 206. Cuando las piezas polares 206 se mantienen estacionarias (Wp = 0) , la relación entre las velocidades del rotor

interior 202 y rotor exterior 204 es

lo que resulta en una proporción de transmisión fija, como en el engranaje de la técnica anterior de la figura 1.

Cuando la velocidad de las piezas polares 206 se controla y es variable en un rango de velocidades, la relación entre las velocidades de los rotores... [Seguir leyendo]

1. Engranaje magnético, que comprende: un primer elemento móvil (502) que tiene un primer conjunto de polos magnéticos (510) , un segundo elemento móvil (504) que tiene un segundo conjunto de polos magnéticos (514) , y un tercer elemento móvil (516) que tiene un conjunto de piezas polares (506) ; en el que el primer y segundo elementos (502, 504) tienen polos magnéticos (510, 514) en diferentes separaciones y las piezas polares (506) están dispuestas para modular el campo magnético que actúa entre los polos magnéticos (510, 514) , y caracterizado por medios de control dispuestos para controlar la rotación de uno de los elementos (504) para variar la relación de engranaje entre los otros dos elementos (502, 516) , en el que los medios de control comprenden una máquina eléctrica que comprende una pluralidad de bobinas y una pluralidad de imanes motrices (515) que tienen un conjunto de polos magnéticos, en el que los imanes motrices (515) están montados en uno de los elementos.

2. Engranaje magnético según la reivindicación 1, en el que los imanes motrices (515) están montados en uno del primer y segundo elementos.

3. Engranaje magnético según la reivindicación 2, en el que los polos magnéticos de los imanes motrices (515) comprenden el primer o segundo conjuntos de polos magnéticos.

4. Engranaje magnético según la reivindicación 2, en el que los polos magnéticos de los imanes motrices (515) comprenden un tercer conjunto de polos magnéticos separados del primer y segundo conjuntos de polos magnéticos.

5. Engranaje magnético según la reivindicación 4, en el que el tercer conjunto de polos magnéticos tiene un número diferente de polos del otro conjunto de polos magnéticos en el mismo elemento.

6. Engranaje magnético según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, en el que la máquina eléctrica puede actuar como un motor y como un generador.

7. Engranaje magnético según la reivindicación 6, en el que los medios de control están dispuestos para controlar la máquina eléctrica para controlar la velocidad de dicho uno de los elementos mediante la aplicación de un par de frenado cuando la máquina está actuando como un generador y un par motriz cuando la máquina actúa como un motor.

8. Engranaje magnético según cualquier reivindicación anterior, en el que los medios de control están dispuestos para controlar la relación de engranaje del engranaje para controlar la velocidad de uno de los elementos a un valor objetivo.

9. Engranaje magnético según la reivindicación 8, en el que el valor objetivo es un valor constante.

10. Sistema de generación de potencia que comprende un elemento de entrada (602) , un generador (656) , y un engranaje magnético (600) que acopla el elemento de entrada (602) al generador (656) , en el que el engranaje magnético (600) es un engranaje de acuerdo a cualquier reivindicación anterior.

11. Sistema de generación de potencia según la reivindicación 10, en el que el generador (656) está conectado a un suministro de electricidad (658) , y los medios de control son operables en un primer modo en el que están dispuestos para tomar la potencia de la alimentación para controlar la relación de engranaje, y un segundo modo en el que están dispuestos para controlar la potencia transmitida desde el elemento de entrada (602) a la alimentación para controlar la relación de engranaje.

12. Sistema de generación de potencia según la reivindicación 10, en el que los medios de control están dispuestos para controlar la velocidad del generador para que se mantenga sustancialmente constante.

13. Sistema de generación de potencia según la reivindicación 10, en el que el generador (656) está conectado a una alimentación de electricidad (658) y los medios de control utilizan un mecanismo de retroalimentación entre la salida y el rotor del engranaje variable (600) que está controlado para variar la relación de engranaje, donde el mecanismo de retroalimentación imparte un par controlable entre los componentes a los que están conectados para controlar sus velocidades de rotación.

14. Sistema de tren de potencia que comprende un motor primario, una carga, y un engranaje magnético que acopla el motor primario a la carga, en el que el engranaje magnético es un engranaje según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.

15. Sistema de tren de potencia según la reivindicación 14, en el que los medios de control son operables en un primer modo, en el que están dispuestos para tomar la potencia de una alimentación de potencia para controlar la relación de engranaje, y un segundo modo en el que están dispuestos para controlar la potencia transmitida desde el elemento de entrada a una alimentación de potencia para controlar la relación de engranaje.

16. Sistema de tren de potencia según la reivindicación 15, en el que los medios de control están dispuestos para controlar la velocidad de la carga (616) cuando la velocidad del motor primario (650) es sustancialmente constante.

17. Sistema de tren de potencia según la reivindicación 14, en el que un mecanismo de retroalimentación se utiliza entre el eje del engranaje magnético cuya velocidad va a ser controlada y el rotor del engranaje magnético que se utiliza para controlar la relación de engranaje, donde el mecanismo de retroalimentación imparte un par controlable entre los componentes a los que está conectado para controlar sus velocidades de rotación.