Máquina rotativa eléctrica.

Una máquina rotativa eléctrica incluyendo:

un rotor (2) que tiene un imán permanente (M) y configurado para girar alrededor de un eje de rotación (1);

y

un estator (3) dispuesto de manera que mire al rotor (2) mediante un intervalo, donde el estator (3) incluye:

una porción dentada (30) dispuesta de manera que mire al rotor (2) mediante el intervalo;

una porción de yugo de estator (50) que forma un recorrido magnético de estator conjuntamente con la porción dentada (30);

uno o una pluralidad de devanados (40) dispuestos de manera que ocupen al menos una parte de una región de disposición de devanado (A) rodeada por la porción de yugo de estator (50) y la porción dentada (30); y

un mecanismo de cambio de resistencia magnética (30, 50) configurado para cambiar una resistencia magnética del recorrido magnético de estator cambiando mecánicamente el recorrido magnético de estator formado por la porción de yugo de estator (50) y la porción dentada (30),

donde la porción dentada (30) está dividida en una pluralidad de porciones dentadas divididas (31, 32) en una dirección desde una porción de extremo de lado de rotor hacia su porción de extremo lateral opuesto, incluyendo la pluralidad de porciones dentadas divididas (31, 32) una primera porción dentada (31) dispuesta de manera que mire al rotor (2) mediante el intervalo y una segunda porción dentada (32) dispuesta en una porción de extremo lateral opuesto de la primera porción dentada (31),

donde el mecanismo de cambio de resistencia magnética (30, 50) está configurado para cambiar mecánicamente el recorrido magnético de estator entre un primer estado en el que la resistencia magnética del recorrido magnético de estator es pequeña y un segundo estado en el que la resistencia magnética del recorrido magnético de estator es relativamente mayor que en el primer estado,

donde el único o una pluralidad de devanados (40) incluyen un devanado de transporte de corriente (40E) a través del que una corriente eléctrica pasa en un estado en el que el recorrido magnético de estator es cambiado al segundo estado por el mecanismo de cambio de resistencia magnética (30, 50),

caracterizada porque

una región de la región de disposición de devanado (A) que va desde un extremo de lado de porción de yugo de estator (Aout) del devanado de transporte de corriente (40E) a un extremo lateral de rotor (Ain) de la región de disposición de devanado (A) está dividida en una posición intermedia de la porción dentada (30) en una dirección desde una porción de extremo de lado de rotor hacia una porción de extremo lateral opuesto de dicha porción dentada (30) a una primera región (A1) dispuesta en un lado de rotor y una segunda región (A2) dispuesta en un lado de porción de yugo de estator, y

donde un factor espacio del devanado de transporte de corriente definido por una relación de un área en sección transversal de devanado total real del devanado de transporte de corriente (40E) existente en la primera región (A1) a una zona en sección transversal de la primera región (A1) se pone de manera que sea relativamente menor que un factor espacio del devanado de transporte de corriente definido por una relación de un área en sección transversal de devanado total real del devanado de transporte de corriente (40E) existente en la segunda región (A2) a una zona en sección transversal de la segunda región (A2).

Máquina rotativa eléctrica

La presente invención se refiere a una máquina rotativa eléctrica preferiblemente usada como un motor eléctrico como una fuerza de accionamiento, por ejemplo, para varios vehículos eléctricos incluyendo motocicletas eléctricas, y varias máquinas eléctricas.

Convencionalmente, como un motor eléctrico usado como una fuerza de accionamiento, por ejemplo, para varios vehículos eléctricos incluyendo motocicletas eléctricas y varios productos eléctricos, se conoce ampliamente una máquina rotativa eléctrica del tipo de intervalo radial y una máquina rotativa eléctrica del tipo de intervalo axial son ampliamente conocido. La máquina rotativa eléctrica del tipo de intervalo radial incluye un rotor que tiene imanes permanentes y configurado para girar alrededor de un eje de rotación y un estator cilindrico que tiene devanados de estator y dispuesto en una dirección radial del rotor mediante un intervalo. Por otra parte, la máquina rotativa eléctrica del tipo de intervalo axial incluye un estator que tiene devanados de estator y un rotor en forma de disco circular con imanes permanentes y dispuesto en un lado de extremo del estator en la dirección axial del estator mediante un intervalo.

En los últimos años se ha querido disponer de un motor eléctrico pequeño y de altas prestaciones como una fuerza de accionamiento para varios vehículos eléctricos incluyendo motocicletas eléctricas. En este tipo del motor eléctrico, si el rango operativo desde un rango de velocidad de revolución baja y par alto a un rango de velocidad de revolución alta y par bajo es amplio, se puede obtener una fuerza de accionamiento requerida para una operación del vehículo sin usar una transmisión que normalmente es necesaria para un vehículo con un motor de combustión interna. Cuando se considera montar dicho motor en un vehículo, es preferible que el tamaño del motor eléctrico sea lo más pequeño posible. Por lo tanto, con el fin de lograr un motor eléctrico pequeño y de altas prestaciones, es preferible disponer tantos devanados como sea posible en la región limitada de disposición de devanado del estator, y se han realizado varias propuestas. Según algunas propuestas, se dice que el factor espacio del devanado ha sido mejorado y que por lo tanto se puede facilitar un motor eléctrico compacto capaz de generar un par alto.

Sin embargo, debido a las características de un motor eléctrico, un motor eléctrico tiene el problema de que, aunque se pueda generar un par alto en un rango de baja velocidad de revolución, el límite superior de la velocidad de revolución será limitado en un rango de alta velocidad de revolución. Es decir, en un motor eléctrico, aunque se pueda generar un par alto en un rango de baja velocidad de revolución, cuando el número de revoluciones aumenta, se incrementa el voltaje Inducido (es decir, la fuerza contraelectromotriz), que se ha de generar en el devanado de estator dispuesto en el estator por un flujo magnético del Imán permanente dispuesto en el rotor. Cuando la velocidad de revolución aumenta y llega a una cierta velocidad, el voltaje inducido en el devanado de estator es igual al voltaje aplicado del motor eléctrico, evitando el flujo de corriente eléctrica en el devanado de estator. A su vez, esto evita un aumento adicional de la velocidad de revolución. Para resolver este problema, lo que se ha hecho es, por ejemplo, disminuir el voltaje inducido (es decir, la fuerza contraelectromotriz) realizando un control de debilitamiento de campo.

Sin embargo, el control de debilitamiento de campo requiere una potencia eléctrica adicional para anular el voltaje inducido. Por lo tanto, en el caso de un producto que tenga un motor eléctrico usado en un estado en el que la potencia eléctrica sea suministrada desde fuera, el mayor consumo de potencia no da lugar a un tiempo acortado de posibilidad de accionamiento. Sin embargo, en el caso de un producto como una motocicleta eléctrica movida por una batería montada en ella, dado que la capacidad de la batería es limitada, la corriente eléctrica suministrada para anular el voltaje inducido al devanado de estator produce un mayor consumo de potencia eléctrica, dando lugar a un tiempo acortado de posibilidad de accionamiento. Por esta razón, se pide disminuir el consumo de potencia todo lo posible.

Los inventores propusieron una nueva estructura de un estator capaz de eliminar la necesidad de un control de debilitamiento de campo que induce consumo de potencia adicional. En esta propuesta, una porción dentada de un estator en la que está dispuesto un devanado se divide en al menos dos porciones dentadas divididas de manera relativamente móvil de modo que su movimiento relativo cambie el flujo del flujo magnético para disminuir el acoplamiento del flujo del devanado de estator al tiempo de una alta velocidad de revolución. Según esta propuesta, dado que el acoplamiento del flujo del devanado de estator al tiempo de una alta velocidad de revolución puede ser regulado por un medio físico, la potencia eléctrica requerida convencionalmente para el control de debilitamiento de campo se puede reducir o eliminar, lo que permitió proporcionar una máquina rotativa eléctrica capaz de disminuir el consumo de potencia.

En dicha máquina rotativa eléctrica que tiene dicha estructura, es deseable ampliar más el rango operativo desde un rango de velocidad de revolución baja y par alto a un rango de velocidad de revolución alta y par bajo.

Documento de Patente 1: La Publicación de la Solicitud de Patente japonesa no examinada número 2006-191782 es un documento de una serie de patentes japonesas de EP 1 670124, que describe una máquina rotativa eléctrica según el preámbulo de la reivindicación 1.

La presente invención se ha realizado a la luz de dichos problemas convencionales, y tiene por objeto proporcionar una máquina rotativa eléctrica capaz de ampliar más el rango operativo desde un rango de velocidad de revolución baja y par alto a un rango de velocidad de revolución alta y par bajo. Tal objeto se logra con una máquina rotativa eléctrica según la reivindicación 1.

Otro aspecto de la presente invención es proporcionar una máquina rotativa eléctrica del tipo de intervalo radial capaz de ampliar el rango operativo desde un rango de velocidad de revolución baja y par alto a un rango de velocidad de revolución alta y par bajo, que se puede controlar eficientemente aunque se use un imán permanente potente como un imán permanente para un rotor.

Otros objetos y ventajas de la presente invención serán evidentes por las realizaciones preferidas siguientes.

La estructura de la máquina rotativa eléctrica se explicará a continuación. Una máquina rotativa eléctrica incluye un rotor que tiene un imán permanente y configurado para girar alrededor de un eje de rotación y un estator dispuesto de manera que mire al rotor mediante un intervalo.

El estator incluye una porción dentada dispuesta de manera que mire al rotor mediante el intervalo, una porción de yugo de estator que forma un recorrido magnético de estator conjuntamente con la porción dentada, y uno o una pluralidad de devanados dispuestos de manera que ocupen al menos una parte de una región de disposición de devanado rodeada por la porción de yugo de estator y la porción dentada, y un mecanismo de cambio de resistencia magnética configurado para cambiar la resistencia magnética del recorrido magnético de estator cambiando mecánicamente el recorrido magnético de estator formado por la porción de yugo de estator y la porción dentada.

Dicho mecanismo de cambio de resistencia magnética está configurado para cambiar mecánicamente el recorrido magnético de estator entre un primer estado en el que la resistencia magnética del recorrido magnético de estator es pequeña y un segundo estado en el que la resistencia magnética del recorrido magnético de estator es relativamente mayor que la resistencia magnética del recorrido magnético de estator en el primer estado.

El único o una pluralidad de devanados incluyen un devanado de transporte de corriente a través del que una corriente eléctrica pasa en un estado en el que el recorrido magnético de estator es cambiado al segundo estado por el mecanismo de cambio de resistencia magnética.

Una región de la región de disposición de devanado que va desde un extremo de lado de porción de yugo de estator del devanado de transporte de corriente a un extremo lateral de rotor de la región de disposición de devanado está dividida en una posición intermedia en la dirección en que las porciones dentadas divididas de la porción dentada están dispuestas en una primera región dispuesta en un lado de rotor y una segunda región dispuesta... [Seguir leyendo]

1. Una máquina rotativa eléctrica incluyendo:

un rotor (2) que tiene un imán permanente (M) y configurado para girar alrededor de un eje de rotación (1); y un estator (3) dispuesto de manera que mire al rotor (2) mediante un intervalo, donde el estator (3) incluye: una porción dentada (30) dispuesta de manera que mire al rotor (2) mediante el intervalo;

una porción de yugo de estator (50) que forma un recorrido magnético de estator conjuntamente con la porción dentada (30);

uno o una pluralidad de devanados (40) dispuestos de manera que ocupen al menos una parte de una región de disposición de devanado (A) rodeada por la porción de yugo de estator (50) y la porción dentada (30); y

un mecanismo de cambio de resistencia magnética (30, 50) configurado para cambiar una resistencia magnética del recorrido magnético de estator cambiando mecánicamente el recorrido magnético de estator formado por la porción de yugo de estator (50) y la porción dentada (30),

donde la porción dentada (30) está dividida en una pluralidad de porciones dentadas divididas (31, 32) en una dirección desde una porción de extremo de lado de rotor hacia su porción de extremo lateral opuesto, incluyendo la pluralidad de porciones dentadas divididas (31, 32) una primera porción dentada (31) dispuesta de manera que mire al rotor (2) mediante el intervalo y una segunda porción dentada (32) dispuesta en una porción de extremo lateral opuesto de la primera porción dentada (31),

donde el mecanismo de cambio de resistencia magnética (30, 50) está configurado para cambiar mecánicamente el recorrido magnético de estator entre un primer estado en el que la resistencia magnética del recorrido magnético de estator es pequeña y un segundo estado en el que la resistencia magnética del recorrido magnético de estator es relativamente mayor que en el primer estado,

donde el único o una pluralidad de devanados (40) incluyen un devanado de transporte de corriente (40E) a través del que una comente eléctrica pasa en un estado en el que el recorrido magnético de estator es cambiado al segundo estado por el mecanismo de cambio de resistencia magnética (30, 50),

caracterizada porque

una región de la región de disposición de devanado (A) que va desde un extremo de lado de porción de yugo de estator (Aout) del devanado de transporte de corriente (40E) a un extremo lateral de rotor (Ain) de la región de disposición de devanado (A) está dividida en una posición intermedia de la porción dentada (30) en una dirección desde una porción de extremo de lado de rotor hacia una porción de extremo lateral opuesto de dicha porción dentada (30) a una primera región (A1) dispuesta en un lado de rotor y una segunda región (A2) dispuesta en un lado de porción de yugo de estator, y

donde un factor espacio del devanado de transporte de corriente definido por una relación de un área en sección transversal de devanado total real del devanado de transporte de corriente (40E) existente en la primera región (A1) a una zona en sección transversal de la primera región (A1) se pone de manera que sea relativamente menor que un factor espacio del devanado de transporte de corriente definido por una relación de un área en sección transversal de devanado total real del devanado de transporte de corriente (40E) existente en la segunda región (A2) a una zona en sección transversal de la segunda región (A2).

2. La máquina rotativa eléctrica según la reivindicación 1, donde la pluralidad de porciones dentadas divididas (31, 32) se obtiene dividiendo la porción dentada (30) en una dirección radial del eje de rotación (1),

donde al menos una de las porciones dentadas divididas (32) entre la pluralidad de porciones dentadas divididas (31, 32) constituye una porción dentada dividida móvil (32) relativamente móvil en una dirección circunferencial del eje de rotación (1) con respecto a la otra porción dentada dividida (31), y

donde la porción dentada dividida móvil (32) es móvil en la dirección circunferencial de modo que la resistencia magnética del recorrido magnético de estator cambie entre el primer estado y el segundo estado.

3. La máquina rotativa eléctrica según la reivindicación 1 o 2,

donde la región de la región de disposición de devanado (A) que va desde un extremo de lado de porción de yugo de estator del devanado de transporte de corriente (40E) a un extremo lateral de rotor de la región de disposición de devanado (A) está dividida en una posición intermedia de la porción dentada (30) en la dirección radial del rotor (2)

en la primera región (A1) dispuesta en el lado de rotor y la segunda reglón (A2) dispuesta en el lado de porción de yugo de estator.

4. La máquina rotativa eléctrica según la reivindicación 3, donde el rotor (2) incluye un cuerpo principal de rotor columnar (10) y el imán permanente (M) dispuesto en una porción de borde periférico exterior del cuerpo principal de rotor (10), donde el estator (3) incluye un primera porción cilindrica de estator (3A) que tiene la primera porción dentada (31), una segunda porción de estator cilindrica (3B) dispuesta fuera de la primera porción de estator (3A), y el único o una pluralidad de devanados (40) dispuestos en la región de disposición de devanado (A) formada alrededor de la porción dentada (30) de manera que ocupe al menos una parte de la región de disposición de devanado (A), y

donde la segunda porción de estator (3B) es relativamente móvil en una dirección circunferencial de ambas porciones de estator (3A, 3B) con respecto a la primera porción de estator (3A).

5. La máquina rotativa eléctrica según la reivindicación 3 o 4, donde el rotor (2) incluye una pluralidad de imanes permanentes (M) en una porción de borde periférico exterior del cuerpo principal de rotor (10) a lo largo de una dirección circunferencial a ciertos intervalos de manera embebida, siendo preferiblemente la pluralidad de imanes permanentes (M) imanes permanentes de neodimio.

6. La máquina rotativa eléctrica según la reivindicación 1,

donde el rotor (102) incluye un cuerpo principal de rotor en forma de chapa circular rotativo alrededor de un eje de rotación (101) y el imán permanente (M) dispuesto en una superficie del cuerpo principal de rotor, y

donde el estator (103) está dispuesto de manera que mire al cuerpo principal de rotor en una dirección axial del eje de rotación (101).

7. La máquina rotativa eléctrica según la reivindicación 6, donde el rotor (102) incluye una pluralidad de imanes permanentes (M) en una superficie del cuerpo principal de rotor a lo largo de una dirección circunferencial a ciertos intervalos de manera expuesta hacia fuera, siendo preferiblemente la pluralidad de imanes permanentes (M) imanes permanentes de neodimio.

8. La máquina rotativa eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde la primera porción dentada (31) incluye una porción de cuerpo y un par de porciones sobresalientes laterales (31a) que se extienden desde ambos lados circunferenciales de una porción de extremo de lado de rotor de la porción de cuerpo en una dirección circunferencial.

9. La máquina rotativa eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8,

donde, en un estado en el que la porción dentada dividida móvil (32) está dispuesta en la primera posición, la resistencia magnética de un recorrido que se extiende desde una porción de extremo de lado de rotor de una del par de porciones dentadas adyacentes (30) a una porción de extremo de lado de rotor de la otra del par de porciones dentadas adyacentes (30) mediante la porción de yugo de estator (50) se pone de manera que sea menor que la resistencia magnética entre un par de porciones sobresalientes laterales adyacentes (31a) del par de porciones dentadas adyacentes (30), y

donde, en un estado en el que la porción dentada dividida móvil (32) está dispuesta en la segunda posición, la resistencia magnética del recorrido que se extiende desde la porción de extremo de lado de rotor de la una del par adyacente de porciones dentadas (30) a la porción de extremo de lado de rotor de la otra del par de porciones dentadas adyacentes (30) mediante la porción de yugo de estator (50) se pone de manera que sea mayor que la resistencia magnética entre el par de porciones sobresalientes laterales adyacentes (31a) del par de porciones dentadas adyacentes (30).

10. La máquina rotativa eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9,

donde el extremo lateral de rotor del devanado de transporte de corriente (40E) está dispuesto en una posición lejos del extremo lateral de rotor (Ain) de la región de disposición de devanado (A) hacia el lado de estator una distancia predeterminada (L), y

donde no se forma ningún devanado en una región de lado de rotor en la región de disposición de devanado (A).

11. La máquina rotativa eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, donde un elemento de fijación de devanado (F) para fijar el devanado (40) está dispuesto entre el extremo lateral de rotor del devanado de transporte de corriente (40E) y el extremo lateral de rotor (Ain) de la región de disposición de devanado (A).

12. La máquina rotativa eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, donde el único o una pluralidad de

devanados (40) están dispuestos de tal manera que el único o una pluralidad de devanados (40) estén situados excéntricamente hacia el lado de porción de yugo de estator.

13. La máquina rotativa eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, donde el único o una pluralidad de 5 devanados (40) están formados de modo que el número de vueltas aumente en la región de disposición de

devanado (A) desde el extremo lateral de rotor hacia el extremo de lado de porción de yugo de estator.

14. Un vehículo (V) equipado con la máquina rotativa eléctrica (R) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13.

15. Un dispositivo eléctrico (E) equipado con la máquina rotativa eléctrica (R) según cualquiera de las

reivindicaciones 1 a 13.