Motor de rotor de campo único.

Un motor de rotor de campo único que comprende:

- Un estator (118,

216, 404) con varios polos estatóricos (202), cada uno de loscuales presenta una bobina (120, 220, 405) para crear una fuerza magnéticapolar.

- Un rotor (107, 207, 401) acoplado para la rotación con respecto a dicho estator yque también posee varios polos rotores salientes espaciados a lo largo de lacircunferencia (204) que conforma.

- Medios magnéticos para crear dos campos de flujo magnético (104) en los que lainteracción de dicho par de campos de flujo magnético hace que dichos camposde flujo magnético dispersen hacia el exterior y de manera radial en cuanto adicho rotor, creando de ese modo una polaridad magnética uniforme en dichospolos rotores; además, dichos medios magnéticos comprenden una multitud deimanes (117, 217, 402) espaciados a lo lardo de la circunferencia de dicho motor.

- Y circuitos para cargar alternativamente dichas bobinas estatóricas para alternarla polaridad de un polo estator dado para atraer y repeler alternativamente dichospolos rotóricos para producir la rotación de dicho rotor.

MOTOR DE ROTOR DE CAMPO ÚNICO

Campo de la invención [0001] La presente invención hace referencia a un motor de rotor de campo único en el cual se crean un mínimo de campos de flujo alterno dentro del circuito total de flujo de dicho motor que producen el torque del motor. El resultado muestra que la creación de un campo de flujo irreversible en una zona importante del estator y de las partes del rotor produce menos pérdidas y un mayor rendimiento en el funcionamiento global de dicho motor.

Descripción de los antecedentes [0002] Tanto en la teoría como en la construcción de un motor eléctrico común, se concibe la creación de campos de flujo alterno y se recurre a varios sistemas para desequilibrar dichos campos de flujo de manera que se produzca una rotación del rotor del motor. Los campos de flujo reversible se crean en dispositivos motores eléctricos convencionales y, debido a la necesidad de solucionar aquellos campos de flujo que no funcionan, el rendimiento del motor se ve afectado de manera desfavorable. Con el paso de los años, diversos sistemas teóricos y estructurales se han desarrollado en el mundo del motor eléctrico para intentar superar dichas ineficiencias convencionales; no obstante, hasta ahora, el rendimiento del motor eléctrico no ha sido muy elevado, especialmente en los motores con potencia de fricción, que no suele alcanzar el 50% en el mejor de los casos, y se sabe que los motores eléctricos son ineficaces a la hora de convertir la energía eléctrica en mecánica. [0003] La publicación de la Solicitud de Patente Internacional WO2005/091475 muestra un motor eléctrico con un rotor de un único campo en el que el flujo producido dentro de dicho rotor se genera por medios magnéticos localizados en la parte final de la carcasa del motor de manera que el flujo dentro del rotor del motor mantiene una polaridad constante. [0004] La publicación de la Solicitud de Patente estadounidense US2004/0119356 muestra una máquina eléctrica con un rotor y un estator en los que se disponen bobinas eléctricas e imanes permanentes. Dichas bobinas e imanes se influyen mutuamente cuando el rotor gira. Los imanes presentan una forma cilíndrica y están dispuestos tangencialmente sobre la circunferencia del rotor. El núcleo de las bobinas no es de hierro y al menos parte de dichas bobinas se extiende de manera transversal a través de la circunferencia del rotor. Las bobinas están acopladas de manera individual al estator y están curvadas de forma que se extienden sobre ambos lados axiales del rotor y rodean los imanes colocados sobre el mismo.

Resumen de la invención [0005] Es por todos sabido que se producirá un incremento del rendimiento del motor si la zona del motor eléctrico que usa el flujo alterno dentro del estator del mismo es pequeña, debido a que hay una menor cantidad de superficie metálica en la zona de flujo alterno y los recorridos de flujo que se utilizan para la alternación son más cortos. De esta manera, se producen menos pérdidas en el núcleo que las que se producen en un motor donde intervienen superficies mayores en todo el circuito de torque. [0006] Para conseguir dichos objetivos, se ha de establecer una configuración del motor que produzca importantes cambios con respecto a las configuraciones comunes de torque y a la forma en que se establece y manipula el flujo en las partes del rotor y el estator para así crear un campo magnético rotativo que no presente una polaridad cambiante. [0007] El motor aquí descrito, al que se ha denominado motor de rotor de campo único, posee la configuración mostrada en líneas superiores. Tal y como se describe más abajo, en el presente documento se tratará únicamente la construcción del motor de la presente invención, además de la configuración del campo de no alternancia utilizado para crear saturación en el rotor y en el estator, y para crear el poder de torque primario, así como de la superficie mínima implicada en el recorrido total que en realidad se dispone para alternar y dar lugar a la creación de torque, y así crear una única interacción de campos en la que rota dicho campo de torque de no alternancia en la zona de torque del rotor del motor. [0008] La configuración del flujo no alterno del motor de rotor de campo único de la presente invención es muy diferente a la de los motores eléctricos tradicionales. Para comenzar, el flujo utilizado para crear el torque primario en la zona de torque del rotor del motor no viene producido ni por una disposición transversal entre los polos estatóricos en la zona de torque del rotor ni por un campo orientado para que su recorrido atraviese de manera radial, entre en el núcleo del estator y muestre su polaridad opuesta a través de varias caras polares en esta misma zona de torque. En su lugar, el flujo primario que produce el torque en el motor de la presente invención se desplaza axialmente desde cada cara axial del rotor hacia el medio punto axial del mismo. De este modo, se crean dos campos de flujo desfasados entre sí 180º sobre el eje. Cuando este flujo desfasado procedente de los terminales se encuentra con la zona de torque del rotor del motor (en el núcleo del rotor laminado) , el efecto natural producido por el flujo en sí mismo hace que dicho flujo se disperse de manera radial en un plano perpendicular al eje del motor. La orientación espacial axial de las láminas del rotor también potencia este efecto, ya que cada lámina del rotor induce el fluido hacia el borde radial del rotor en dirección a los polos salientes, cuya polaridad es la misma. Esto da lugar a una densidad de flujo muy equilibrada en cada polo rotórico en comparación con cualquiera de los otros polos del rotor y crea una ratio excelente de concentración de flujo. Esto a su vez permite unas características de saturación óptimas y, puesto que el rotor nunca cambia de polaridad mientras que el motor está en funcionamiento, dicha saturación permanece al máximo en el rotor y en sus polos en todo momento. [0009] Cuando el flujo abandona las caras radiales de los polos del rotor, atraviesa un pequeño entrehierro entre dichas caras y las caras de los polos laminados del estator. La cantidad de polos laminados del estator siempre duplica en número a la cantidad de los polos del rotor, puesto que todas las caras de los polos del rotor conforman el 50 % del diámetro exterior del rotor, con espacios idénticos entre los polos salientes cuya dimensión ocupa el 50 % del mismo diámetro exterior. La circunferencia exterior de dicha sección laminada del estator encaja en una carcasa ferromagnética maciza o equivalente que se une a los terminales ferromagnéticos. [0010] La presente invención dispone imanes en el interior de la cara radial del rotor utilizándolos para conformar los polos salientes del rotor y los espacios intermedios, y así crear caras polares y espacios entre los mismos casi idénticos alrededor del diámetro exterior del rotor. El hecho de que los imanes estén acoplados al rotor permite que se disponga de la misma polaridad magnética en su cara radial exterior al igual que todos los otros polos magnéticos en el rotor. De esta manera crean a su vez un rotor con un campo único (en cuanto a la polaridad) en todos sus polos que nunca alterna mientras el motor está en funcionamiento. [0011] El recorrido radial/axial de regreso para el flujo desde los imanes induce al flujo magnético a regresar al rotor a través de los polos estatóricos y también a través de los terminales de la carcasa del estator o, alternativamente, a través de las extensiones polares del estator. De esta forma el recorrido del flujo crea por un lado un entrehierro situado entre los polos del estator y los del rotor que aumenta y disminuye alternativamente y, por otro lado, otro entrehierro estable entre el rotor y los terminales de la carcasa del estator o entre el rotor y las extensiones polares del estator. [0012] Una de las ventajas que posee este diseño radica en situar los imanes directamente sobre la cara del motor en la que se produce el vaivén en el tamaño del entrehierro existente entre los polos del estator y los del rotor. De esta manera se obtiene un mayor grado de flujo magnético entrando en el entrehierro de la zona de torque entre los polos del estator y los polos del rotor que a su vez están fabricados con imanes. Este hecho aumenta la influencia del flujo magnético en los polos estatóricos y, dado que todos los polos del rotor poseen la misma polaridad magnética en su cara exterior y los polos estatóricos están diseñados y posicionados para proporcionar un recorrido de retorno de acero de motor para el flujo magnético a través de los terminales de la carcasa o de las extensiones polares del estator hacia la otra cara de los imanes que están acoplados al rotor, el flujo proveniente de los imanes del rotor ejerce la misma polaridad... [Seguir leyendo]

1. Un motor de rotor de campo único que comprende:

-Un estator (118, 216, 404) con varios polos estatóricos (202) , cada uno de los cuales presenta una bobina (120, 220, 405) para crear una fuerza magnética polar.

- Un rotor (107, 207, 401) acoplado para la rotación con respecto a dicho estator y que también posee varios polos rotores salientes espaciados a lo largo de la circunferencia (204) que conforma.

-Medios magnéticos para crear dos campos de flujo magnético (104) en los que la interacción de dicho par de campos de flujo magnético hace que dichos campos de flujo magnético dispersen hacia el exterior y de manera radial en cuanto a dicho rotor, creando de ese modo una polaridad magnética uniforme en dichos polos rotores; además, dichos medios magnéticos comprenden una multitud de imanes (117, 217, 402) espaciados a lo lardo de la circunferencia de dicho motor.

-Y circuitos para cargar alternativamente dichas bobinas estatóricas para alternar la polaridad de un polo estator dado para atraer y repeler alternativamente dichos polos rotóricos para producir la rotación de dicho rotor.

2. Un motor de rotor de campo único expuesto en la reivindicación 1, que además

comprende: El doble de polos estatóricos que de polos rotóricos.

3. Un motor de rotor de campo único expuesto en la reivindicación 1, que además

comprende: Un entrehierro radial, pequeño y variable entre dichos polos estatóricos y dicho rotor.

4. Un motor de rotor de campo único expuesto en la reivindicación 1, que además

comprende: Dicho estator posee unas extensiones (404) para transferir el flujo magnético entre dicho estator y rotor a través de un entrehierro pequeño, radial e invariable.

5. Un motor de rotor de campo único expuesto en la reivindicación 1, que además

comprende: Dicho estator posee unas extensiones (119, 216) para transferir el flujo magnético entre dicho estator y rotor a través de un entrehierro pequeño, axial e invariable.

6. Un motor de rotor de campo único expuesto en la reivindicación 1, que además comprende:

Una carcasa estatórica (116, 219, 400) fabricada de un material magnéticamente no conductivo; y cada uno de los mencionados polos estatóricos, una sección modular y laminada.

7. Un motor de rotor de campo único expuesto en la reivindicación 1, que además comprende: Dicho par de campos de flujo magnético básicamente toroidales.

8. Un motor de rotor de campo único expuesto en la reivindicación 1, que además comprende:

Una carcasa estatórica (116, 219, 400) fabricada en un material magnéticamente no conductivo para transferir el flujo magnético entre dicho estator y dicho rotor.

FIG. 13

Isolated Low Voltage Power Supplies - Suministro aislado de bajo voltaje Motor switching – conmutador del motor Either / or - éste o éste Variable Freq. Oscilator - oscilador de frecuencia variable Shaft or rotor encoder -encoder de eje o rotor Input waveform shaping – modelador de onda de entrada Start up and speed control - control de velocidad y encendido Motor current monitor protection - protección el monitor de corriente del motor

FIG. 14

Isolated Low Voltage Power Supplies - Suministro aislado de bajo voltaje Motor switching – conmutador del motor Either / or - éste o éste Variable Freq. Oscilator - oscilador de frecuencia variable Shaft or rotor encoder -encoder de eje o rotor Input waveform shaping – modelador de onda de entrada Start up and speed control - control de velocidad y encendido Motor current monitor protection - protección el monitor de corriente del motor Isolated Low Voltage Power Supplies - Suministro aislado de bajo voltaje DC switching – conmutador en CC Either / or - éste o éste Variable Freq. Oscilator - oscilador de frecuencia variable Shaft or rotor encoder -encoder de eje o rotor Input waveform shaping – modelador de onda de entrada Start up and speed control - control de velocidad y encendido Motor current monitor protection - protección el monitor de corriente del motor

Magnetization orientation - Orientación magnética Flux rise - aumento del flujo Flux collapse - colapso del flujo Dead band - banda muerta A single stator pole – un polo estatórico Rotor magnet - imán rotórico Opposit flux rise: aumento del flujo en dirección opuesta Opposite flux collapse: colapso del flujo en dirección opuesta

Referencias citadas en la descripción La lista de referencias citadas por el solicitante se incluye únicamente para la comodidad del lector, no formando parte del documento de la patente europea. A pesar del sumo cuidado durante la recopilación de las referencias, no se pueden excluir errores u omisiones, declinando la OEP toda responsabilidad a este respecto.

Documentos de patentes citados en la descripción:

• WO 2005091475 A [0003] • US 20040119356 A [0004]