Disposición de engranaje magnético.

Una disposición (10) de engranaje magnético que comprende:

un elemento de engranaje (16) magnéticamente activo para generar un primer campo magnético,

un elemento de engranaje (12) magnéticamente pasivo, y

polos de conmutación (20) entre dicho elemento de engranaje (16) magnéticamente activo y dicho elementode engranaje (12) magnéticamente pasivo para modular el primer campo magnético;

en donde se generan polos magnéticos entre el elemento de engranaje (12) magnéticamente pasivo por elprimer campo magnético modulado, en donde los polos generados forman un segundo campo magnético; yen donde el elemento de engranaje (12) magnéticamente pasivo está formado de material suficientementeduro magnéticamente que el primer campo magnético acopla con el segundo campo magnético para produciruna relación de engranaje entre el elemento magnéticamente activo y el elemento magnéticamente pasivo(12, 16).

Disposición de engranaje magnético.

La presente invención se refiere a disposiciones de engranajes magnéticos, especialmente disposiciones de engranajes magnéticos que tienen una relación de engranaje variable.

Las cajas de cambio y disposiciones de engranaje se utilizan en una multitud de situaciones para acoplar mecanismos de drive. Tradicionalmente las cajas de cambio se han formado de ruedas dentadas que tienen un número adecuado de dientes y tamaños para proporcionar una relación de engranaje deseada. Sin embargo, tales cajas de cambio tienen una serie de desventajas. En primer lugar, estos requieren el uso de aceites lubricantes que pueden actuar como contaminantes o riesgos de fuego y pueden resultar ineficientes en ambientes calientes y fríos en los que varía la viscosidad de aceite o en un ambiente de baja presión en el que el aceite puede evaporar. Además, cajas de cambio basadas en ruedas dentadas pueden ser ruidosas lo que les haces inaceptables en ambientes de bajo ruido, tales como en hospitales, librerías y zonas residenciales, o para el uso en actividades clandestinas militares.

Más recientemente se han proporcionado cajas de cambio magnéticas que comprenden respectivos rotores de engranaje con polos de conmutación entre ellos. Los rotores incorporan imanes permanentes y los polos de conmutación o elementos de polos o elementos actúan para modular el flujo magnético transferido entre los rotores de engranaje. Tales cajas de cambio magnéticas posibilitan proporcionar un dispositivo mecánico que cambia la velocidad en donde no existe contacto mecánico entre árboles de entrada y de salida, de manera que se evita muchos de los problemas de ruido y desgaste que ocurren en cajas de cambio que tienen partes móviles en contacto.

La Figura 1 muestra una vista en plano esquemática de una típica disposición del engranaje magnético del estado de la técnica. La disposición del engranaje magnético 100 es una caja de cambio epicicloidal y comprende un rotor interior 120 y un rotor exterior 160. Imanes permanentes 140, 180 están fijados a los rotores interiores y exteriores 120, 160. El imán permanente 140 fijado en el rotor interior 120 tiene una polaridad alternante a lo largo de la circunferencia del rotor. De forma similar, los imanes permanentes 180 fijados en el rotor exterior 160 tienen polaridad alternante a lo largo de la circunferencia de este rotor. Típicamente un rotor está acoplado de forma mecánica a un mecanismo de transmisión y el otro rotor está acoplado de forma mecánica a un mecanismo de transmisión.

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

Se proporcionan los polos de conmutación 200 entre el rotor interior 120 y el rotor exterior 160 y forman una matriz que tiene una forma cilíndrica.

Los polos de conmutación 200 modulan el campo magnético producido por el rotor interior 120 y el campo magnético producido por el rotor exterior 160, de manera que acopla los dos campos y por lo tanto el movimiento de los rotores. El número de polos de conmutación es un factor a la hora de determinar la relación de engranaje de la caja de cambio magnética.

El movimiento de los rotores 120, 160 puede ser o bien rotativo en el mismo sentido o rotativo en sentido contrario, dependiendo del número de imanes fijados a cada rotor y el número de polos de conmutación.

La presente invención proporciona una disposición de engranaje magnético en donde polos magnéticos se forman dentro de un elemento magnéticamente pasivo del engranaje mediante el campo magnético generado por un elemento magnéticamente activo del engranaje.

En particular, un primer aspecto de la invención puede proporcionar una disposición de engranaje magnético que comprende:

un elemento del engranaje magnéticamente activo para generar un primer campo magnético, un elemento de engranaje magnéticamente pasivo, y polos de conmutación entre dicho elemento de engranaje magnéticamente activo y dicho elemento de engranaje magnéticamente pasivo para modular el primer campo magnético: en donde los polos magnéticos se generan dentro del elemento de engranaje magnéticamente pasivo por el primer campo magnético modulado, formando los polos generados un segundo campo magnético; y en donde el elemento de engranaje magnéticamente pasivo está formado de material suficientemente duro magnéticamente de tal manera que el primer campo magnético se acopla al segundo campo magnético para producir una relación de engranaje entre los elementos de engranaje magnéticamente activo y magnéticamente pasivo.

La disposición de engranaje magnético de la presente invención incluye un elemento de engranaje magnéticamente pasivo que no tiene por qué tener fijados imanes permanentes. Por el contrario, polos magnéticos se forman en este elemento de engranaje mediante la acción de un campo magnético modulado, generado en otro lugar dentro de la disposición. Como resultado el número de polos magnéticos en el elemento de engranaje puede ser variado y el intervalo de relación de engranaje disponible por la disposición de engranaje magnético se puede incrementar.

Otra ventaja del elemento de engranaje magnéticamente pasivo es que pueda tener una construcción sencilla, dado que no existe requerimiento de imanes permanentes. Como resultado el elemento de engranaje magnéticamente pasivo tiende de ser más económico que elementos de engranaje magnéticamente activos y pueden exhibir una fuerza mejor. Materiales magnéticamente duros tienden de tener un fuerza de tracción alta que contribuye adicionalmente a los propiedades magnéticas del elemento de engranaje pasivo. Típicamente los elementos de engranaje magnéticamente activos y pasivos son rotores. Fuerza y estabilidad de los rotores son especialmente importantes a velocidades de rotación elevadas y así, en general, el elemento de engranaje magnéticamente pasivo está configurado para actuar como rotor de alta velocidad relativamente con respecto el elemento de engranaje magnéticamente activo.

La capacidad del elemento de engranaje pasivo de resistir altas velocidades de rotación puede hacer apropiado la disposición de engranaje magnético del primer aspecto de la invención para aplicaciones especiales, tales como giroscopios.

El material magnéticamente duro es caracterizado por altos niveles de histéresis y una alta coercitividad. En general la coercitividad es al menos 10000 amperios por metro. Típicamente el material magnéticamente duro es acero de cromo o acero de cobalto.

El primer campo magnético modulado puede generar dos distribuciones de polos magnéticos en el elemento de engranaje magnéticamente pasivo. El número de polos en la primera distribución de número elevado de polos corresponde a la suma del número de polos de conmutación y el número de polos en el primer campo magnético. El número de polos in la segunda distribución de número bajo de polos corresponde a la diferencia entre estos dos números.

Es generalmente preferible que el número de polos formados en el elemento de engranaje magnéticamente pasivo deba corresponder a la segunda distribución de polos de bajo número de polos, dado que esto permite al elemento de engranaje operar como elemento de engranaje de alta velocidad. Por eso se pueden proveer slots (ranuras) en el elemento de engranaje magnéticamente pasivo para romper la formación de una distribución de polos magnéticos que corresponde a la primera distribución de número elevado de polos.

En el caso de que el elemento de engranaje magnéticamente pasivo sea un rotor, estos slots (ranuras) típicamente se extienden de forma radial hacia dentro desde la superficie exterior del rotor.

Se opina que la distribución de alto número de polos tiende que ser limitado a la superficie del elemento de engranaje magnéticamente pasivo mientras que la distribución del número bajo de polos tiende a penetrar hacia el núcleo del elemento. Por lo tanto, al proveer slots (ranuras) en la superficie cuyo distanciamiento es incompatible con el distanciamiento de la distribución de alto número de polos es posible de inhibir de forma selectiva la formación de esta distribución de polos y por ello promover la formación de la distribución del número bajo de polos. Es distanciamiento puede ser regular o irregular. Los slots (ranuras) pueden tener... [Seguir leyendo]

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

un elemento de engranaje (16) magnéticamente activo para generar un primer campo magnético, un elemento de engranaje (12) magnéticamente pasivo, y polos de conmutación (20) entre dicho elemento de engranaje (16) magnéticamente activo y dicho elemento de engranaje (12) magnéticamente pasivo para modular el primer campo magnético; en donde se generan polos magnéticos entre el elemento de engranaje (12) magnéticamente pasivo por el primer campo magnético modulado, en donde los polos generados forman un segundo campo magnético; y en donde el elemento de engranaje (12) magnéticamente pasivo está formado de material suficientemente duro magnéticamente que el primer campo magnético acopla con el segundo campo magnético para producir una relación de engranaje entre el elemento magnéticamente activo y el elemento magnéticamente pasivo (12, 16) .

2. Una disposición de engranaje magnético según la reivindicación 1, en donde el material magnéticamente duro tiene una coercitividad de al menos 10.000 amperios por metro.

3. Una disposición de engranaje magnético según la reivindicación1 o 2, en donde dicho elemento de engranaje

(12) magnéticamente pasivo tiene slots (ranuras) (14) que interrumpen la generación de distribuciones seleccionadas de polos magnéticos.

4. Una disposición de engranaje magnético según la reivindicación 3, en donde se proporciona un material no magnético en los slots (ranuras) (14) .

5. Una disposición de engranaje magnético según la reivindicación 3, en donde los slots (ranuras) (14) contienen arrollamientos eléctricos.

6. Una disposición de engranaje magnético según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dichos elementos de engranaje magnéticamente activo y magnéticamente pasivo (16, 12) son rotores.

7. Una disposición se engranaje magnético según la reivindicación 6, en donde dicho elemento de engranaje (12) magnéticamente pasivo está configurado para actuar como rotor de alta velocidad relativo a dicho elemento de engranaje (16) magnéticamente activo.

8. Una disposición de engranaje magnético según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde dichos elementos de engranaje (72, 76) magnéticamente activo y magnéticamente pasivo son alongados para formar un actuador (70) lineal.

9. Una disposición de engranaje magnético según la reivindicación 8, en donde dicho elemento de engranaje (112) magnéticamente activo es tubular y dicho elemento de engranaje (116) magnéticamente pasivo está dispuesto dentro en el elemento de engranaje (112) magnéticamente activo.

10. Una disposición de engranaje magnético según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde dicho elemento de engranaje (16) magnéticamente activo comprende imanes permanentes (18) .

11. Una disposición de engranaje magnético según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde el elemento de engranaje magnéticamente activo comprende arrollamientos eléctricos a través de los que se puede pasar una corriente eléctrica para generar el primer campo magnético.

12. Una disposición de engranaje magnético según la reivindicación 11, en donde la disposición de engranaje magnético forma un motor de histéresis o un generador de histéresis.

13. Un motor de histéresis que comprende:

un estator que tiene arrollamientos a través de los que se puede pasar una corriente eléctrica para generar un primer campo magnético; un rotor; y polos de conmutación entre dicho estator y dicho rotor para modular el primer campo magnético; en donde se generan polos magnéticos en el rotor por el primer campo magnético modulado y en donde los polos generados forman un segundo campo magnético; y en donde el rotor está formado por material suficientemente duro de forma magnética que acopla el primer campo magnético al segundo campo magnético para inducir movimiento de rotación del rotor a una velocidad de rotación que depende del número y/o del distanciamiento de dichos polos de conmutación.

14. Un generador de histéresis que comprende:

un estator que tiene arrollamientos a través de los que se puede pasar una corriente eléctrica para generar un primer campo magnético; un rotor; y

polos de conmutación entre dicho estator y dicho rotor para modular el primer campo magnético; en donde se generan polos magnéticos en el rotor por el primer campo magnético modulado y en donde los polos generados forman un segundo campo magnético; y en donde el rotor está formado por material suficientemente duro de forma magnética de manera que cuando se utiliza un drive mecánico externo para inducir un movimiento rotacional del rotor el segundo campo magnético también rota y, por lo tanto, genera un voltaje a lo largo de los arrollamientos del estator, estando dependiente la frecuencia del voltaje del número y/o del distanciamiento de dichos polos de conmutación.