BR102014002519A2

BR102014002519A2 - disposição construtiva de um rotor de ímanes permanentes de um gerador

Info

Publication number: BR102014002519A2
Application number: BR102014002519A
Authority: BR
Inventors: Ibon Sedano Perez; Rafael Rodriguez Rodriguez
Original assignee: Gamesa Innovation & Tech Sl
Priority date: 2013-01-31
Filing date: 2014-01-31
Publication date: 2016-03-15
Also published as: ES2482040R1; EP2763284A3; ES2482040B1; MX2014001198A; EP2763284A2; US20140354105A1; CN103973009A; ES2482040A2

Abstract

patente de invenção para: "disposição construtiva de um rotor de ímanes permanentes de um gerador". disposição construtiva de um rotor de ímanes permanentes em uma máquina elétrica que compreende uma pluralidade de ranhuras onde se dispõem os ímanes permanentes inseridos axialmente formando os polos da máquina elétrica. os ímanes magnéticos estão dispostos nas ranhuras praticadas na geometria da chapa magnética que constitui a estrutura mecânica do rotor. as ranhuras axiais dividem a geometria da chapa empilhada de rotor em duas áreas separadas por uma estreita franja magnética denominada ponte, por onde é regulado o fluxo magnético de dispersão. o fluxo magnético de dispersão assim estabelecido é pelo menos 20% menor devido ao rebaixe existente na mencionada ponte.

Description

Refatório Descritivo da Patente de Invenção para: “DISPOSIÇÃO

CONSTRUTIVA DE UM ROTOR DE íMANES PERMANENTES DE UM GERADOR”.

CAMPO DA INVENÇÃO [001] A presente invenção se refere à disposição dos ímãs permanentes no rotor de um gerador. Trata-se de um gerador multi-megawatt e na modalidade particular descrita na presente memória, utiliza-se para a obtenção de energia elétrica, ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [002] Os geradores de ímanes permanentes estão especialmente concebidos para cobrir a procura que se apresenta na atualidade. São geradores com maior rendimento e com a característica de aumentar o tempo médio entre falhas, o que resulta muito afetivo para a redução do custo de manutenção das máquinas. [003] Os geradores comummente utilizados na geração elétrica são os geradores síncronos de polos salientes ou de rotor cilíndrico. No entanto, a introdução progressiva de geradores de ímanes permanentes deve-se a diversos motivos, entre outros, menor manutenção, melhor eficiência, e maior fiabilidade. Dentro das máquinas de ímanes permanentes, distinguem-se os geradores de ímanes permanentes em configuração de superfície denominados SPMSM (Surface Permanent Magnet Synchronous Machine) e os geradores de ímanes permanentes em configuração interior denominados 1PMSM {Interior Permanent Magnet Synchronous Machine). [004] Os geradores de ímanes permanentes em configuração de superfície sáo constituídos geralmente por urn cubo de rotor de material magnético sobre os que se realiza a colagem dos ímanes permanentes. Se necessário, adicionalmente é possível realizar uma cíntagem no diâmetro exterior do rotor com materiais do tipo sintético ou metáücdl [005] Nos geradores de ímanes interiores, os ímanes não se encontram localizados na superfície do rotor, mas sim em alojamentos axiais praticados em regiões interiores do rotor. Mediante esta construção é possível obter um melhor compromisso eletromecânico. 1006] Na invenção que nos ocupa vamo-nos centrar nos geradores de ímanes permanentes do tipo 1PMSM (Interior Permanent Magnet Synchronous Machine), cujos ímanes estão alojados em ranhuras axiaís praticadas no rotor. [007] Na construção de geradores de tipo iPMSM a estrutura mecânica que constituí o rotor geraimente é formada por chapas magnéticas laminadas, isoladas entre si e empilhadas. A estrutura de rotor assim constituída tem como função principal a de fornecer o fluxo magnético no rotor mas adicionalmente tem uma função mecânica como suporte dos esforços de rotação. [008] A geometria da chapa magnética assim constituída apresenta duas áreas, uma exterior que vai do diâmetro exterior de rotor até a ranhura onde se alojam os ímanes e outra interior para o resto da chapa magnética. Ambas regiões encontram-se unidas mediante uma estreita franja denominada ponte. Nesta área denominada ponte se produz uma circulação do fluxo magnético de dispersão. Trata-se de um fluxo magnético que não contribui para a geração de par, e deve ser minimizado para um aproveitamento mais eficiente dos materiais magnéticos. [009] A procura atuai requer maiores potências nos geradores, e por assim maiores dimensões. As dimensões de desenho dos rotores excedem os valores comercialmente disponíveis em largura de banda magnética, e portanto se torna necessária uma construção segmentada no rotor. [010] Para este caso de uma construção de rotor segmentada é necessário adaptar a geometria do rotor com o objetivo de obter uma sujeição suficiente dos ímanes e de minimizar o fluxo magnético de dispersão. [011] Por exemplo, na patente CN101494397 apresenta-se um gerador de velocidade variável que dispõe os ímanes permanentes no interior em ranhuras existentes em um núcleo de ferro que constitui o rotor, [012] Na disposição anterior, não existem indicações específicas para a redução do fluxo magnético de dispersão entre ímanes permanentes.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO [013] A presente invenção apresenta umas ranhuras axiais praticadas no rotor que dividem a chapa magnética segmentada em duas áreas diferentes: a região exterior do rotor que vai do diâmetro exterior até a ranhura onde se aiojam os ímanes; e a região interior que corresponde ao resto da chapa magnética. Com a finalidade de ter em consideração as forças centrífugas criadas pela rotação do rotor ambas regiões estão unidas por uma estreita franja magnética conhecida como ponte. [014] A presença desta região ponte está intimamente relacionada com o fluxo magnético de dispersão entre ímanes. Denominando-se nesta patente como fluxo magnético de dispersão a parte do fluxo magnético gerada pelos ímanes que não alcança o estator, e que portanto não é útil na geração de par na máquina. Os ímanes dispõem-se de forma que um íman orienta o seu fluxo magnético para o estator e o íman consecutivo se encontra orientado em sentido oposto de modo a formar os polos da máquina. O fluxo magnético gerado pelos ímanes dispõe através das pontes de uma via de menor relutância e tende a retomar por essas pontes, constituindo o fluxo magnético de dispersão. Este fluxo magnético de dispersão, que em gerai pode significar até 30% do fíuxo gerado total dos ímanes, significa uma redução que tem de se compensar mediante a utilização de um maior volume de ímanes. [015] O objetivo da presente invenção é modificar a geometria da chapa magnética que forma o rotor da máquina na zona interpolar, mais concretamente na região definida anteriormente como ponte. Esta modificação da geometria tem por finalidade reduzir o fluxo magnético de dispersão direto de íman para íman e em consequência o fluxo magnético total. Desta forma se contribui para a redução do volume de ímanes no rotor da máquina mediante uma utilização mais eficiente dos mesmos.

FIGURAS [016] A figura 1 apresenta uma modalidade típica de uma construção do tipo IPMSM com ímanes interiores alojados nas ranhuras axiais praticadas no rotor. [017] A figura 2 apresenta um detalhe do estado da técnica da construção do tipo iPMSM conhecido para a geometria de uma chapa magnética segmentada e os seus ímanes interiores, [018] A figura 3 apresenta um detalhe dos caminhos que toma o ffuxo magnético de dispersão dentro da região denominada ponte. [019] A figura 4 apresenta com detaihe a modalidade da região ponte de acordo com a presente invenção. [020] A figura 5 apresenta um novo detaihe dos caminhos que tomam o fluxo magnético de dispersão ao atravessar a região ponte.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES PREFERIDAS [021] A figura 1 apresenta um modo de modalidade com uma máquina elétrica de oito polos segundo uma secção transversal realizada à máquina. A constituição dos elementos que constituem essa máquina é uma construção típica do interior de um gerador de ímanes permanentes e como tal se considera o estado conhecido da técnica. Nesta disposição o estator (1) é constituído pelo anel exterior e em que apresentam as ranhuras dos enrolamentos. O rotor (2) é constituído pelo anel interior e está formado por uma pluralidade de chapas magnéticas onde se dispõem umas ranhuras axiais onde se alojam os ímanes permanentes (3). O conjunto do rotor (2) é formado por quatro conjuntos de chapas magnéticas assinalando-se com uma linha (4) a união entre conjuntos de chapas magnéticas. [022] Como se apresenta na figura 2 a ranhura axial praticada no rotor (só mostrado parcsaímente) está adequadamente dimensionada para receber em seu interior o íman (3) dividindo a chapa magnética em duas partes claramente diferenciadas: a área exterior (8) próxima do diâmetro exterior do rotor e a área interior (5) correspondente ao resto da chapa magnética. A região que une a área exterior (6) e a área interior (5) e uma estreita parte da chapa magnética conhecida como ponte (7). A presença desta região ponte (7) está intimamente relacionada com o fluxo magnético de dispersão entre ímanes (3). [023] A figura 3 apresenta como o fluxo magnético gerado pelos ímanes (3), dispõe através das pontes (7) de uma via de menor reiutância, tendendo a retornar por essas pontes e constituindo o fluxo magnético de dispersão (9), Os »manes (3) se dispõem de forma que um íman orienta o seu fluxo magnético para o estator (11) e o íman consecutivo se encontra orientado em sentido oposto (10). [024] Como se apresenta na figura 4, a presente invenção apresenta uma geometria na região que une a área exterior (6) e a área interior (5) que compreende um rebaixe (8). Na modalidade preferencial o rebaixe (8) existente na região ponte (7) é representado em forma de bisel, mas não se recusam outras formas que cumpram a mesma função e possam realizar-se na chapa magnética com outras figuras diferentes. [025] A figura 5 ilustra a eliminação do caminho do fluxo magnético de dispersão superior gerado pelos (manes (3). Com isso consegue-se diminuir o fluxo magnético de dispersão (9) enquanto o fluxo magnético em direção do estator (11) e o fluxo orientado em sentido oposto (10) continuam a existir. A diminuição no fluxo de dispersão (11) pode-se estimar em 20% menor.

Claims

1. Disposição construtiva de um rotor de ímanes permanentes de um gerador multi-megawatt em configuração interior denominados IPMSM (interior Permanent Magnet Synchronous Machine), constituído por um empilhado de chapas magnéticas segmentadas nas quais se pratica uma ou mais ranhuras nas quais se inserem axialmente os ('manes permanentes, caracterizada por a ranhura axiai praticada no rotor divide a chapa magnética em duas partes claramente diferenciadas: a área exterior (6) próxima do diâmetro exterior do rotor e a área interior (5) correspondente ao resto da chapa magnética constituindo uma estreita zona na chapa magnética conhecida como ponte (7) e peia qual atravessa um menor fluxo de dispersão ao existir um rebaixe de material na estreita zona da ponte.

2. Disposição construtiva de um rotor de ímanes permanentes de um gerador de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o rebaixe se produzir no diâmetro exterior (entreferro) da chapa magnética segmentada e tem uma forma preferente em forma de bisel.

3. Disposição construtiva de um rotor de ímanes permanentes de um gerador de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a estrutura mecânica de rotor se encontrar formada por chapas magnéticas empilhadas e segmentadas, sendo o comprimento dos segmentos utilizados função das larguras de banda disponíveis comercialmente.

4. Disposição construtiva de um rotor de ímanes permanentes de um gerador de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por ser onde os ímanes permanentes são ímanes com base Neodímio sinterizado.

5. Disposição construtiva de um rotor de ímanes permanentes de um gerador de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por ser onde os ímanes permanentes são de tipo ortoedro e se inserem de forma axiai no alojamento praticado na chapa magnética de rotor.

6. Disposição construtiva de um rotor de ímanes permanentes de um gerador de acordo com 3. reivindicação 1, caracterizada por a redução do fluxo de dispersão em valores estimados de peio menos 20%,

7, Disposição construtiva de um rotor de irmanes permanentes de um gerador de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por uma profundidade dos rebaixes de semelhantes dimensões à altura do íman,