Disposición de engranaje magnético.

Una disposición (10) de engranaje magnético que comprende:

un primer elemento (12) de engranaje para generar un primer campo magnético,

un segundo elemento (16) de engranaje para generar un segundo campo magnético, yun dispositivo (20) de acoplamiento que proporciona disposiciones de interpolos entre el primer elemento deengranaje y el segundo elemento de engranaje, acoplando los interpolos los campos magnéticos primero ysegundo de tal manera que diferentes disposiciones de interpolos producen diferentes relaciones detransmisión entre los elemento de engranaje primero y segundo;

en el cual:

el dispositivo de acoplamiento comprende una pluralidad de elementos de polo (20a, 20b) ferromagnéticos,los cuales al menos en parte conforman los interpolos, teniendo cada elemento de polo una temperatura deCurie por la cual el elemento de polo está activo por debajo de su temperatura de Curie e inactivo por encimade su temperatura de Curie, y

caracterizado porque el disposición de engranaje magnético comprende además un controlador (68) detemperatura para controlar la temperatura de al menos algunos de los elementos de polo de tal manera que,bajo el control del controlador de temperatura, las temperaturas de elementos de polo pueden cruzar susrespectivas temperaturas de Curie y de ese modo cambiar de activo a inactivo o a la inversa.

Disposición de engranaje magnético.

El presente invento se refiere a disposiciones de engranajes magnéticos, en particular a disposiciones de engranajes magnéticos que tienen una relación de transmisión variable.

Las cajas de cambios y las disposiciones de engranajes se utilizan en una gran variedad de situaciones para acoplar mecanismos de propulsión. Tradicionalmente, las cajas de cambios se han conformado a partir de ruedas dentadas con números y tamaños de dientes apropiados para proporcionar una relación de transmisión deseada. Sin embargo, estas cajas de cambios tienen varias desventajas. En primer lugar, requieren el uso de aceites lubricantes, los cuales pueden actuar como contaminantes o como fuentes de incendio y pueden demostrarse ineficaces en ambientes cálidos o fríos, en los que varía la viscosidad del aceite, o en un ambiente de baja presión, en el cual el aceite se puede evaporar. Además, las cajas de cambios basadas en ruedas dentadas pueden ser ruidosas, haciéndolas esto inaceptables para entornos de bajo ruido como por ejemplo en hospitales, bibliotecas y zonas residenciales, o para actividades militares clandestinas.

Más recientemente, se han proporcionado cajas de cambios magnéticas que comprenden respectivos rotores de engranaje con interpolos situados entre ellos. Los rotores incorporan imanes permanentes, y los interpolos actúan modulando el flujo magnético transmitido entre los rotores de engranaje. Las cajas de cambios magnéticas de este tipo permiten que se proporcione un dispositivo mecánico de cambio de marchas en el cual no existe contacto mecánico entre los ejes de entrada y de salida, evitando de esta forma muchos de los problemas de ruido y desgaste que aparecen en las cajas de cambios que tienen piezas móviles en contacto. El documento WO 2007/107691 es un ejemplo de una caja de cambios magnética.

La figura 1 muestra una vista en planta esquemática de una disposición de engranaje magnético típico de la técnica anterior. El disposición 100 de engranaje magnético es una caja de cambios de trenes planetarios y comprende un rotor 120 interior y un rotor 160 exterior. Imanes permanentes 140, 180 están fijados a los rotores 120 interior y 160 exterior. Los imanes permanentes 140 fijados al rotor 120 interior tienen polaridad alternante a lo largo de la circunferencia del rotor. De manera similar, los imanes permanentes 180 fijados al rotor 160 exterior tienen polaridad alternante a lo largo de la circunferencia de ese rotor. Típicamente, un rotor está acoplado mecánicamente a un mecanismo propulsor y el otro rotor está acoplado mecánicamente a un mecanismo propulsado.

Los rotores 120 interior y 160 exterior tienen diferentes números de imanes permanentes 140, 180. Típicamente, el número de imanes permanentes fijados al rotor 160 exterior es mayor que el de los fijados al rotor 120 interior.

Entre el rotor 120 interior y el rotor 160 exterior se proporcionan elementos 200 de polo y dichos elementos de polo forman un grupo para proporcionar un elemento de acoplamiento con una forma cilíndrica.

Cada elemento 200 de polo proporciona un interpolo 200 para modular los campos magnéticos producidos por el rotor 120 interior y el rotor 160 exterior, con el fin de acoplar los dos campos y por lo tanto el movimiento de los rotores. El número de interpolos es un factor en la determinación de la relación de transmisión de la caja de cambios magnética.

El movimiento de los rotores 120, 160 puede ser de giro en el mismo sentido o de giro en sentidos contrarios, dependiendo del número de imanes fijados a cada rotor y del número de interpolos.

Es deseable proporcionar cajas de cambios en las cuales el número y/o la separación de los interpolos sea ajustable.

En términos generales, el presente invento proporciona una disposición de engranaje magnético en el cual se puede ajustar el número y/o la capacidad de transmisión de par de los interpolos variando la temperatura de los elementos que proporcionan los interpolos.

En particular, un primer aspecto del presente invento proporciona una disposición de engranaje magnético que comprende:

un primer elemento de engranaje para generar un primer campo magnético, un segundo elemento de engranaje para generar un segundo campo magnético, y un dispositivo de acoplamiento que proporciona disposiciones de interpolos entre el primer elemento de engranaje y el segundo elemento de engranaje, acoplando los interpolos los campos magnéticos primero y segundo de tal manera que diferentes disposiciones de interpolos producen diferentes relaciones de transmisión entre los elementos de engranaje primero y segundo;

en el cual:

el dispositivo de acoplamiento comprende una pluralidad de elementos de polo ferromagnéticos, los cuales al menos en parte conforman los interpolos, teniendo cada elemento de polo una temperatura de Curie por la cual el elemento de polo está activo por debajo de su temperatura de Curie e inactivo por encima de su temperatura de Curie, y el disposición de engranaje magnético comprende además un controlador de temperatura para controlar la temperatura de al menos algunos de los elementos de polo de tal manera que, bajo el control del controlador de temperatura, las temperaturas de los elementos de polo pueden cruzar sus respectivas temperaturas de Curie y de ese modo cambiar de activo a inactivo o a la inversa.

Preferiblemente, el dispositivo de acoplamiento proporciona una disposición diferente de interpolos cuando los elementos de polo cruzan sus respectivas temperaturas de Curie.

Por encima de la temperatura de Curie un material ferromagnético se vuelve paramagnético, haciendo inactivo un elemento de polo conformado de dicho material. De esta forma se puede realizar un cambio de marcha simplemente variando la temperatura de los elementos de polo. Mediante “una disposición diferente de interpolos” incluimos también la posibilidad de que cuando las temperaturas de los elementos de polo cruzan sus respectivas temperaturas de Curie, los elementos de polo no formen ningún interpolo, de tal manera que los elementos de engranaje primero y segundo se desacoplen. En este caso el cambio de marcha es desde el acoplamiento en una relación de transmisión concreta a no acoplamiento.

Típicamente, el par máximo que puede transmitir el elemento de acoplamiento será diferente para las relaciones de transmisión proporcionadas por los diferentes disposiciones de interpolos. Esto se debe a que uno de los disposiciones tendrá menos elementos de polo activos para transmitir par.

Efectivamente, cuando los elementos de polo cruzan sus respectivas temperaturas de Curie, el dispositivo de acoplamiento puede proporcionar el mismo disposición de interpolos, pero el número de elementos de polo que conforman esos interpolos se puede modificar. De esta manera se puede variar la resistencia de los interpolos, cambiando el par máximo que puede transmitir el elemento de acoplamiento. Se pueden fijar así diferentes límites de par sobre el mismo disposición de interpolos.

Preferiblemente, una primera parte de los elementos de polo tiene una primera temperatura de Curie, y una segunda parte de los elementos de polo tiene una segunda temperatura de Curie mayor.

Proporcionar una disposición de engranaje en el cual el elemento de acoplamiento comprende una pluralidad de elementos de polo magnetizables con diferentes temperaturas de Curie puede permitir estrategias de control de temperatura más sencillas para proporcionar diferentes disposiciones de interpolos.

Por ejemplo, a temperaturas por debajo de las temperaturas de Curie primera y segunda, todos los elementos de polo de ambas partes se encuentran en un estado ferromagnético. Por lo tanto todos los elementos de polo están activos y pueden contribuir al acoplamiento de los campos magnético primero y segundo. De esta manera, el elemento de acoplamiento tiene un primer disposición de interpolos, de baja temperatura.

A temperaturas entre las temperaturas de Curie primera y segunda, sólo los elementos de polo de la segunda parte se encuentran en un estado ferromagnético, es decir, aquellos elementos de polo que tienen una temperatura de Curie mayor que la temperatura del elemento de acoplamiento. En contraste con esto, los elementos de polo de la primera parte se encuentran en un estado paramagnético, es decir, no son capaces de contribuir al acoplamiento de los campos magnéticos primero y segundo. Por lo tanto, a temperaturas entre las temperaturas de Curie primera y segunda, el elemento de acoplamiento comprende algunos elementos de polo activos y algunos elementos de polo desactivados. De esta manera, el elemento de acoplamiento proporciona un segundo... [Seguir leyendo]

1. Una disposición (10) de engranaje magnético que comprende:

un primer elemento (12) de engranaje para generar un primer campo magnético, un segundo elemento (16) de engranaje para generar un segundo campo magnético, y un dispositivo (20) de acoplamiento que proporciona disposiciones de interpolos entre el primer elemento de engranaje y el segundo elemento de engranaje, acoplando los interpolos los campos magnéticos primero y segundo de tal manera que diferentes disposiciones de interpolos producen diferentes relaciones de transmisión entre los elemento de engranaje primero y segundo;

en el cual:

el dispositivo de acoplamiento comprende una pluralidad de elementos de polo (20a, 20b) ferromagnéticos, los cuales al menos en parte conforman los interpolos, teniendo cada elemento de polo una temperatura de Curie por la cual el elemento de polo está activo por debajo de su temperatura de Curie e inactivo por encima de su temperatura de Curie, y caracterizado porque el disposición de engranaje magnético comprende además un controlador (68) de temperatura para controlar la temperatura de al menos algunos de los elementos de polo de tal manera que, bajo el control del controlador de temperatura, las temperaturas de elementos de polo pueden cruzar sus respectivas temperaturas de Curie y de ese modo cambiar de activo a inactivo o a la inversa.

2. Una disposición de engranaje magnético de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual el dispositivo de acoplamiento puede proporcionar una disposición diferente de interpolos cuando los elementos de polo cruzan sus respectivas temperaturas de Curie.

3. Una disposición de engranaje magnético de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el cual una parte de los elementos de polo tiene una primera temperatura de Curie, y otra parte de los elementos de polo tiene una segunda temperatura de Curie mayor.

4. Una disposición de engranaje magnético de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual el controlador de temperatura y el dispositivo de acoplamiento están configurados de tal manera que el controlador de temperatura hace variar las temperaturas de todos los elementos de polo del dispositivo de acoplamiento, y todos los elementos de polo se pueden mantener a substancialmente la misma temperatura.

5. Una disposición de engranaje magnético de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el cual el controlador de temperatura y el dispositivo de acoplamiento están configurados de tal manera que el controlador de temperatura hace variar las temperaturas de sólo una parte seleccionada de los elementos de polo del dispositivo de acoplamiento, y se puede mantener un diferencial de temperatura entre elementos de polo del dispositivo de acoplamiento.

6. Una disposición de engranaje magnético de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual la propia acción del controlador de temperatura está determinada por la condición de funcionamiento del elemento de engranaje primero y/o segundo.

7. Una disposición de engranaje magnético de acuerdo con la reivindicación 6, que comprende además un sensor para detectar la condición de funcionamiento del elemento de engranaje primero y/o segundo y comunicar la condición de funcionamiento al controlador de temperatura.

8. Una disposición de engranaje magnético de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual el controlador de temperatura comprende un calentador que calienta los elementos de polo.

9. Una disposición de engranaje magnético de acuerdo con la reivindicación 8, en el cual el controlador de temperatura comprende cableado (62) que calienta elementos de polo individuales seleccionados, generándose corriente de calentamiento en el cableado por el movimiento de los elementos de engranaje con respecto al cableado.

10. Una disposición de engranaje magnético de acuerdo con la reivindicación 9, en el cual el cableado está conectado eléctricamente a uno o más filtros electrónicos, seleccionando los filtros la corriente de calentamiento y suprimiendo dichos filtros componentes de la corriente que se generarían si no en el cableado por el movimiento de los elementos de engranaje con respecto al cableado.

11. Una disposición de engranaje magnético de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual el primer elemento de engranaje tiene imanes permanentes para generar el primer campo magnético y el segundo elemento de engranaje tiene imanes permanentes para generar el segundo campo magnético.

12. Una disposición de engranaje magnético de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual elementos de polo vecinos se unen entre sí mediante partes (46) no-magnetizables del dispositivo de acoplamiento.

13. Una disposición de engranaje magnético de acuerdo con la reivindicación 12, en el cual las partes no5 magnetizables están conformadas de un material conductor de la electricidad.

14. Un método para hacer funcionar una disposición de engranaje magnético, comprendiendo el método:

(a) proporcionar una disposición (10) de engranaje magnético que tenga:

un primer elemento (12) de engranaje para generar un primer campo magnético, un segundo elemento (16) de engranaje para generar un segundo campo magnético, y un dispositivo (20) de acoplamiento que proporciona disposiciones de interpolos entre el primer elemento de engranaje y el segundo elemento de engranaje, acoplando los interpolos los campos magnéticos primero y segundo de tal manera que diferentes disposiciones de interpolos producen diferentes relaciones de transmisión entre los elementos de engranaje primero y segundo;

en el cual:

el dispositivo de acoplamiento comprende una pluralidad de elementos de polo (20a, 20b) ferromagnéticos, los cuales al menos en parte conforman los interpolos, teniendo cada elemento de polo una temperatura de Curie por la cual el elemento de polo está activo por debajo de su temperatura de Curie e inactivo por encima de su temperatura de Curie; y caracterizado por

(b) controlar la temperatura de al menos algunos de los elementos de polo de tal manera que las temperaturas de elementos de polo crucen sus respectivas temperaturas de Curie, y de ese modo cambien de activo a inactivo o a la inversa.

15. Un método de acuerdo con la reivindicación 14, en el cual el dispositivo de acoplamiento proporciona una 30 disposición diferente de interpolos cuando los elementos de polo cruzan sus respectivas temperaturas de Curie.