ROTOR DE IMANES PERMANENTES CON PIEZAS POLARES DE CONCENTRACIÓN DE FLUJO.

Máquina (100) de imanes permanentes que comprende un estator (301,

501) y un rotor (305, 401, 505), estando adaptado el rotor (305, 401, 505) para girar con respecto al estator (301, 501), comprendiendo el rotor (305, 401, 505) una pluralidad de imanes (307, 407, 507) permanentes separados entre sí en la dirección circunferencial por piezas (309, 409, 509) polares de rotor que se extienden axialmente para concentrar el flujo magnético procedente de dichos imanes (307, 407, 507) permanentes, teniendo el estator (301, 501) una estructura que define límites axiales de un entrehierro entre el estator (301, 501) y el rotor (305, 401, 505) para comunicar el flujo magnético entre el estator (301, 501) y el rotor (305, 401, 505), caracterizada porque al menos algunos de los imanes (307, 407, 507) permanentes se extienden axialmente fuera de los límites axiales del entrehierro tal como se define por la estructura del estator y en la que al menos una de dichas piezas (309, 409, 509) polares tiene superficies (313, 426, 513) de contacto que hacen tope cada una contra una superficie de contacto correspondiente de un imán (307, 407, 507) permanente vecino respectivo y una parte central entre las superficies de contacto, en la que la parte (311, 425, 511) central tiene una longitud axial (l, L) menor que una longitud axial (Lm) de los imanes (307, 407, 507) permanentes vecinos

Rotor de imanes permanentes con piezas polares de concentración de flujo.

Campo de la invención La presente invención se refiere al campo de una máquina de imanes permanentes y más específicamente a una máquina de imanes permanentes sin escobillas de CC. En particular se refiere a una máquina de imanes permanentes según el preámbulo de la reivindicación 1, que ya se conoce a partir del documento EP 1003267.

Antecedentes Las máquinas de imanes permanentes, y en particular las máquinas de imanes permanentes sin escobillas de CC pueden implementarse como una máquina eléctrica de polos modulados. En los últimos años, los diseños de máquinas eléctricas evolucionados desde máquinas de polos modulados, máquinas de polos intercalados, máquinas de Lundell y máquinas de flujo transversal (TFM) , se han vuelto cada vez más interesantes. Las máquinas eléctricas que usan los principios de estas máquinas se dieron a conocer ya alrededor de 1910 por Alexandersson y Fessenden. Uno de los motivos más importantes para el creciente interés es que el diseño permite un rendimiento de par motor muy alto en relación con, por ejemplo, las máquinas de inducción, las máquinas de reluctancia conmutada e incluso las máquinas sin escobillas de imanes permanentes. Además, tales máquinas son ventajosas porque la bobina a menudo es fácil de fabricar. Ejemplos de implementaciones de la topología de la máquina de polos modulados incluyen implementaciones tales como, por ejemplo, máquinas de polos intercalados, de tres patas, de Lundell, o de TFM. El rotor de concentración de flujo está constituido en términos generales por varias piezas polares de un material magnético blando y un número igual de imanes permanentes entremedias. Los imanes permanentes están magnetizados en una dirección circunferencial, teniendo un imán sí y uno no una dirección de vector de magnetización inversa.

El diseño de rotor del estado de la técnica usa imanes de NeFeB de alto rendimiento para maximizar la intensidad del campo polar y para minimizar el rendimiento con respecto al peso de la estructura. Una alternativa es usar un imán de menor rendimiento, menos costoso, pero entonces el área transversal del imán debe aumentarse proporcionalmente para lograr una intensidad igual de polo magnético. La forma conocida actualmente de disponer el imán de menor rendimiento es aumentar las dimensiones radiales totales del rotor lo que dará como resultado un aumento en el peso y el momento de inercia del rotor. Las piezas polares magnéticas blandas intermedias también deben extenderse radialmente para poder captar el flujo magnético procedente de los imanes permanentes.

Es deseable mejorar el rendimiento de la máquina eléctrica y/o reducir los costes de producción de una máquina de este tipo sin reducir su rendimiento.

Sumario En el presente documento se da a conocer una máquina de imanes permanentes que comprende un estator y un rotor. El rotor de la máquina está adaptado para girar con respecto al estator. El rotor comprende una pluralidad de imanes permanentes separados entre sí en la dirección circunferencial por piezas polares que se extienden axialmente para concentrar el flujo procedente de dichos imanes permanentes. El estator tiene una estructura que define límites axiales de un entrehierro entre el estator y el rotor para comunicar el flujo magnético entre el estator y el rotor. Al menos algunos de los imanes permanentes se extienden axialmente fuera de los límites axiales del entrehierro tal como se define por la estructura del estator. Según la invención, al menos una de dichas piezas polares tiene superficies de contacto que hacen tope cada una contra una superficie de contacto correspondiente de un imán permanente vecino respectivo, y una parte central entre las superficies de contacto, en la que la parte central tiene una longitud axial menor que la longitud axial de los imanes permanentes vecinos.

En una realización, la parte central tiene un espesor radial menor que un espesor radial de los imanes permanentes vecinos. En algunas realizaciones, al menos una de las piezas polares está limitada axial y/o radialmente hacia dicha área de entrehierro activo, es decir de manera que la parte central de la pieza polar que proporciona una superficie adyacente al entrehierro activo y que proporciona comunicación de flujo entre el rotor y el estator a través del entrehierro activo tiene una dimensión radial y/o axial menor en comparación con las partes laterales de la pieza polar que proporcionan las superficies de contacto para los imanes permanentes vecinos.

En una realización, al menos uno de los componentes de pieza polar tiene superficies de contacto que cubren la superficie del imán permanente vecino y una parte central con una extensión limitada en una dirección hacia las proximidades del área de entrehierro activo. De ese modo, el flujo procedente de la superficie de la totalidad de los imanes permanentes se conduce y se concentra en un área, mejorando el rendimiento de la máquina de polos.

El estator puede comprender una pluralidad de dientes de estator que sobresalen cada uno en dirección radial hacia el rotor y que tienen una cara de extremo orientada hacia el rotor, definiendo las caras de extremo de los dientes de estator los límites axiales del entrehierro.

En las realizaciones de la máquina de imanes permanentes dada a conocer en el presente documento, las piezas polares están conformadas de manera que el flujo magnético procedente de dichos imanes permanentes se concentra cerca del área de entrehierro activo definida por el estator.

El entrehierro entre el estator y el rotor para comunicar el flujo magnético entre el estator y el roto también se denominará entrehierro activo. Por tanto, la longitud axial de los imanes permanentes es mayor que la dimensión axial global del entrehierro activo tal como se define por los límites axialmente exteriores del entrehierro. Generalmente, el estator puede comprender una estructura magnética blanda, y los límites axiales del entrehierro pueden estar definidos por la parte de la estructura magnética blanda orientada hacia el entrehierro y por tanto hacia el rotor. En particular, los límites axiales del entrehierro pueden estar definidos por los límites axiales de la parte de la estructura magnética blanda del estator que está orientada hacia el entrehierro y por tanto hacia el rotor.

Por consiguiente, el flujo procedente de un imán más grande puede concentrarse en el área de entrehierro activo definida por las dimensiones axiales del estator, aumentando de ese modo el rendimiento de la máquina y/o permitiendo el uso de imanes de rendimiento menor sin disminuir el rendimiento de la máquina, reduciendo así los costes de producción de la máquina. Además, el aumento del rendimiento y/o la disminución de los costes puede (n) obtenerse sin aumentar las dimensiones radiales de la máquina. En muchas aplicaciones no es deseable un aumento de la dimensión radial, por ejemplo, debido a restricciones de espacio o debido al deseo de reducir el momento de inercia de las partes giratorias de la máquina.

Esto conduce a una estructura de polos de rotor que aumenta la densidad de flujo del entrehierro de la máquina de polos modulados. Además, el momento de inercia disminuye porque pueden usarse imanes permanentes más pequeños para obtener el flujo deseado y esto mejora el rendimiento dinámico de la máquina. Además, la forma de los componentes de pieza polar magnética blanda permite la concentración de flujo, lo que puede mejorar el rendimiento de la máquina eléctrica.

En una realización, las piezas polares están limitadas axialmente hacia las proximidades del área de entrehierro activo. Al limitar la pieza polar axialmente es posible realmente concentrar y explotar el flujo procedente de los imanes que son axialmente más anchos que la parte de estator.

Además, se permite que los imanes permanentes de bajo rendimiento se extiendan axialmente fuera de los límites axiales de la estructura del estator y que el flujo se concentre axialmente de nuevo hacia el área de entrehierro activo definida por la longitud axial del estator. Las piezas polares magnéticas blandas que se extienden axialmente permitirán que el espesor radial del rotor sea menor en comparación con la solución del estado de la técnica y, de ese modo, se minimiza el momento de inercia.

En una realización, las piezas polares están limitadas radialmente hacia las proximidades del área de entrehierro activo. Al limitar la pieza polar radialmente... [Seguir leyendo]

1. Máquina (100) de imanes permanentes que comprende un estator (301, 501) y un rotor (305, 401, 505) , estando adaptado el rotor (305, 401, 505) para girar con respecto al estator (301, 501) , comprendiendo el rotor (305, 401, 505) una pluralidad de imanes (307, 407, 507) permanentes separados entre sí en la dirección circunferencial por piezas (309, 409, 509) polares de rotor que se extienden axialmente para concentrar el flujo magnético procedente de dichos imanes (307, 407, 507) permanentes, teniendo el estator (301, 501) una estructura que define límites axiales de un entrehierro entre el estator (301, 501) y el rotor (305, 401, 505) para comunicar el flujo magnético entre el estator (301, 501) y el rotor (305, 401, 505) , caracterizada porque al menos algunos de los imanes (307, 407, 507) permanentes se extienden axialmente fuera de los límites axiales del entrehierro tal como se define por la estructura del estator y en la que al menos una de dichas piezas (309, 409, 509) polares tiene superficies (313, 426, 513) de contacto que hacen tope cada una contra una superficie de contacto correspondiente de un imán (307, 407, 507) permanente vecino respectivo y una parte central entre las superficies de contacto, en la que la parte (311, 425, 511) central tiene una longitud axial (l, L) menor que una longitud axial (Lm) de los imanes (307, 407, 507) permanentes vecinos.

2. Máquina de imanes permanentes según la reivindicación 1, en la que al menos una de dichas piezas (509) polares tiene superficies (513) de contacto que hacen tope cada una contra una superficie de contacto correspondiente de un imán (507) permanente vecino respectivo y una parte (511) central entre la superficie (513) de contacto, en la que la parte (511) central tiene un espesor radial (d) menor que un espesor radial de los imanes (507) permanentes vecinos correspondientes.

3. Máquina de imanes permanentes según la reivindicación 2, en la que al menos una de dichas piezas (509) polares tiene una superficie (513) de contacto que cubre la superficie de contacto respectiva del imán (507) permanente vecino respectivo.

4. Máquina de imanes permanentes según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el estator (301, 501) comprende una pluralidad de dientes (303, 503) de estator que sobresalen cada uno en dirección radial hacia el rotor (305, 401, 505) y que tienen una cara de extremo orientada hacia el rotor, definiendo las caras de extremo de los dientes (303, 503) de estator los límites axiales (w) del entrehierro.

5. Máquina de imanes permanentes según la reivindicación 4, que comprende al menos dos conjuntos de dientes de estator que tienen conjuntos respectivos de caras de extremo que están desplazadas axialmente de las caras de extremo del otro conjunto correspondiente de dientes de estator, teniendo cada cara de extremo un límite proximal a las caras de extremo del otro conjunto respectivo, y un límite distal a las caras de extremo del otro conjunto respectivo, y en la que los límites axiales del entrehierro están definidos por los límites distales de las caras de extremo de los diferentes conjuntos de dientes de estator.

6. Máquina de imanes permanentes según la reivindicación 4 ó 5, en la que el estator comprende medios (20) de generación de flujo magnético dispuestos para generar flujo magnético guiado hacia los dientes de estator para generar flujo magnético en el entrehierro entre el estator y el rotor para hacer que el rotor gire con respecto al estator.

7. Máquina de imanes permanentes según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que las piezas (309, 409, 509) polares están conformadas de manera que el flujo magnético procedente de dichos imanes (303, 407, 507) permanentes se concentra cerca del entrehierro entre el estator (301, 501) y el rotor (305, 401, 505) .

8. Máquina de imanes permanentes según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la máquina de imanes permanentes es de tipo axial.

9. Máquina de imanes permanentes según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la máquina de imanes permanentes es de tipo radial.

10. Máquina de imanes permanentes según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que al menos una de dichas piezas (309, 409, 509) polares es de polvo magnético blando compactado.

11. Máquina de imanes permanentes según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que al menos una parte del estator (301, 501) está hecha de polvo magnético blando compactado.