ES2109061T5 - Motor sincronico que incluye imanes insertados en un rotor. - Google Patents
Motor sincronico que incluye imanes insertados en un rotor.Info
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Abstract
LA PRESENTE INVENCION SE REFIERE A UN MOTOR SINCRONO QUE COMPRENDE IMANES (5) INSERTADOS EN UN ROTOR, ESTANDO DICHOS IMANES (5) POSICIONADOS ACIMUTAMENTE EN EL SENO DE DICHO ROTOR CON UNA DIRECCION DE IMANTACION RADIAL, COOPERANDO DICHO ROTOR CON UN ESTATOR DE MANERA A DEFINIR UN ENTEHIERRO (8), ESTANDO DICHO ROTOR Y DICHO ESTATOR DELIMITADOS POR POLOS, CARACTERIZANDOSE EL MOTOR EN QUE UN FLUJO PRODUCIDO POR DICHOS IMANES (5) SE PROPAGA EN EL INTERIOR MISMO DEL ROTOR SEGUN UN PRIMER CAMINO MAGNETICO F{SUB,3} SITUADO ENTRE DICHOS POLOS, TENIENDO DICHO PRIMER CAMINO MAGNETICO F{SUB,3} UNA RELUCTANCIA COMPRENDIDA ENTRE 0,5 VECES Y 0 VECES LA RELUCTANCIA OFRECIDA A UN FLUJO PRODUCIDO POR DICHOS IMANES (5) QUE SE PROPAGA POR DICHO ENTREHIERRO (8).
Description
Motor sincrónico que incluye imanes insertados
en un rotor.
La presente invención se relaciona con un motor
sincrónico particularmente adaptado para funcionar con potencia
constante, a velocidad elevada y susceptible de permitir un desgaste
central en el eje rotórico importante.
El funcionamiento a potencia constante de un
motor sincrónico con imanes ha sido citado en el documento
PROCEEDINGS OF THE IEE, vol. 70, nº2, février
1982,NEW-YORK US, pages 116-135, de
B.K. BOSE, "AD-JUSTABLE SPEED AC DRIVES A
TECHNOLOGY STATUS REVIEW".
Con un motor sincrónico, con el fin de obtener
una gran zona de funcionamiento a potencia constante, es necesario
recurrir a un avance de fase importante.
Con un motor sincrónico de imanes tradicional,
este avance de fase importante (hasta 90ºC) conduce, para un motor
que funciona con vacío, a un nivel de corriente demasiado elevado,
nivel que puede sobrepasar el límite térmico de los productos
relacionados y presentando el riesgo importante de desimantación de
los imanes del rotor que ocasiona pérdidas de comportamiento y de
fiabilidad de las máquinas.
Esta solución produce igualmente la escogencia
de una variación electrónica de alimentación de potencia instalada
muy importante con respecto a la potencia mecánica obtenida de ahí
un compromiso económico desfavorable.
Una construcción particular de un motor
sincrónico ha sido descrita en la patente FR-_2 641
654 de la Solicitante.
Este motor adaptado para el funcionamiento a
potencia constante no permite sin embargo, alcanzar velocidades de
rotación elevadas (velocidad periférica máxima del orden de 300
Km/h), del hecho de la construcción mecánica insuficientemente
resistente a la centrifugación del rotor. Por otra parte, los
imanes, cuya disposición es radial, ocupan la mayor parte del
volumen del rotor lo que no permite liberar un agujero central en el
rotor importante para colocar un árbol muy rígido o para disponer
órganos de control, por ejemplo órganos mecánicos de un mandril
fijado sobre el eje del rotor.
Así un objetivo de la presente invención es
realizar un motor sincrónico que pueda funcionar a potencia
constante en una gama de velocidad importante, por ejemplo,
comprendido entre una vez una velocidad de base no dada y 20 veces
este valor.
Otra meta de la presente invención es un motor
sincrónico que permite obtener velocidades de rotación muy
importantes.
A título de ejemplo, la velocidad alcanzada en
la periferia del rotor es típicamente del orden de 400 a 600 Km/h.
Para esta la estabilidad mecánica del rotor en la centrifugación
debe ser muy buena y las pérdidas de hierro a la velocidad máxima
deben ser reducidas.
Otra meta de la presente invención es un motor
sincrónico que permite obtener una construcción del rotor
susceptible de dejar libre en su centro, un agujero importante
destinado a recibir un árbol muy rígido.
Por ejemplo, el diámetro del agujero interior a
la chapa motor puede alcanzar un valor de 130 mm para un diámetro
para un diámetro exterior de la chapa estator de 240 mm.
Todas estas metas son alcanzadas por la presente
invención que tiene por objeto un motor sincrónico según la
reivindicación 1.
La invención tiene igualmente por objeto un
motor sincrónico que satisface una de las características
siguientes:
- -
- la reluctancia, ofrece a un flujo creado por una corriente en el dicho estator y se propaga en el rotor por un segundo camino magnético F4 no pasando por lo imanes (3), comprendido entre 1 y 10 veces el valor ofrecido a este dicho flujo se propaga por un tercer camino F5 pasando por los imanes,
- -
- el camino magnético F3 ofrecido al flujo de los dicho imanes en el interior del rotor realizado por un material ferrimagnético o ferromagnético que rodea globalmente los dichos imanes de un mismo polo y que dispone entre los dicho polos de porciones de unión L1 estrechos y saturados magnéticamente cuyo largo L1 y la forma es definida para asegurar el valor de la reluctancia ofertada al flujo de lo imanes en el rotor.
- -
- cada polo dispone de al menos dos imanes por polo, estando cada imán rodeado por una unión en un material ferrimagnético o ferromagnético, el largo l_{2} de esta unión magnética entre los imanes de un mismo polo siendo definido para asegurar la estabilidad mecánica en la centrifugación, y
- -
- una cavidad está dispuesta al centro del dicho rotor cuyo diámetro está comprendido entre 0,2 y 0,6 veces el diámetro exterior de la chapa del estator.
El tipo de estructura propuesto permite concebir
un motor que dispone de un agujero, realizado al centro del rotor
cuyo diámetro está comprendido entre 0,2 y 0,6 veces el diámetro
exterior de la chapa del estator.
Una ventaja del motor sincrónico según la
invención es que su construcción permite
- alcanzar las características de par, velocidad
y potencia con una corriente que queda en los límites permitidos por
el motor,
- de preservar el estado de magnetización de los
imanes del rotor, es decir preservar todo riesgo de
desmagnetización, y
- de optimizar la relación entre la potencia del
variador electrónico de alimentación y la potencia mecánica obtenida
sobre el árbol.
La invención será bien comprendida por las
explicaciones dadas a continuación en frente de los dibujos anexados
en los cuales:
- la figura 1 es un diagrama vectorial que
muestra el funcionamiento de un motor sincrónico con un avance de
fase de 90 grados,
- la figura 2 es una vista en corte axial de un
primer modo de realización del motor sincrónico con imanes según la
invención, y
- la figura 3 es una vista en corte axial de un
segundo modo de realización preferido del motor sincrónico según la
invención.
En un motor sincrónico con imanes, para el cual
se quiere utilizar un avance de fase importante, por ejemplo, 90º,
el diagrama vectorial, según un punto de funcionamiento cualquiera,
se presenta como muestra la figura 1, con:
E = Fuerza electromotriz del motor,
U = Diferencia de potencial a los bornes del
bobinado del motor, y
L, R = Inductancia y resistencia del motor.
La fuerza electromotriz E es una característica
intrínseca del motor.
La diferencia de potencial U es impuesta por el
variador. Su valor es susceptible de ser modificado según
necesidad.
La inductancia L es igualmente una
característica intrínseca del motor.
La corriente es una resultante.
Para obtener una zona de funcionamiento igual o
superior a 20 es necesario que la amplitud del vector U pueda
alcanzar un valor 20 veces más reducido que la amplitud del vector
E, es decir que la amplitud del vector L (despreciando el valor del
vector RI que queda débil) pueda alcanzar alrededor de los 19/20 de
la amplitud del vector E.
Lo que precede significa, que a una velocidad
dada, siendo respetadas las condiciones anteriores, el valor de la
corriente 1 queda en el interior de los límites permitidos por el
motor.
Es por tanto para prever una construcción de
motor tal que la auto inductancia interna verifique estas
condiciones sin añadiduras de una auto inductancia exterior al
motor en serie con aquél.
Si un valor mínimo de auto inductancia debía ser
obtenido por la adición de un auto exterior, se reduciría bien la
corriente al valor deseado pero esta solución conduciría a dos
inconvenientes importantes al motor:
a/ Tensiones muy elevadas en los bornes del
bobinado del motor.
b/ Pérdidas de hierro redibitorias al
funcionamiento a velocidad elevada.
El vector L\omegal debe tomar los valores
superiores o iguales a los 19/20 del vector E, el vector U es
necesariamente pequeño delante del vector E. Este vector es
representativo del flujo resultante de las acciones, en los
bobinados, en los bobinados estator, de la corriente 1 y del flujo
de los imanes y el vector E es representativo del flujo creado por
los imanes del rotor solos en el estator (en ausencia de corriente
en el bobinado estator. Esta reducción del flujo magnético creado
por el estator bajo la acción de la corriente, puede provocar un
retroceso de los imanes del rotor y los conduce e las cercanías del
umbral de desimanta-
ción.
ción.
En estas condiciones, si un circuito magnético
de circulación del flujo magnético de los imanes en el rotor no está
previsto, o si un circuito magnético de circulación del flujo,
creado por las corrientes del estator, que no pasa por los imanes,
no está previsto, los imanes deberán trabajar en el límite de la
desimantación, situación precaria en cuanto a los rendimientos y a
la fiabilidad del motor.
El motor sincrónico de imanes propuesto para
este funcionamiento está constituido de un estator y de un rotor,
estando el dicho rotor construido de tal manera que, cuando el
avance de fase alcanza valores importantes y la corriente 1 de los
niveles elevados, de una parte, una gran parte del flujo de los
imanes continua circulando por los caminos magnéticos previstos en
el rotor, de otra parte el flujo creado por la corriente 1 circula
en parte por el camino magnético previsto en el rotor y que no pasa
por los imanes, lo que suprime el riesgo de la desmagnetización.
Un ejemplo del motor sincrónico según la
invención está representado en la figura 2.
La referencia 1 designa una carcasa estatórica
provista de muescas 2 en los cuales están dispuestos los bobinados
3.
La referencia 4 designa las chapas del rotor,
troqueladas y apiladas para definir los alojamientos en los cuales
se colocan los imanes 5. La dirección de imantación de los imanes es
radial, es decir, perpendicular al eje del motor y sensiblemente
perpendicular a un plano que pasa por el imán.
La referencia 6 designa el agujero central del
rotor en el cual viene a posicionarse, bien sea un árbol pleno 9
(figura 2), bien sea un árbol cruzado 7 (figura 3) susceptible de
recibir una unidad de control conocida (no representada).
Se designa por 8 el entrehierro entre el rotor y
el estator.
Las flechas F1 representan el flujo magnético
emitido por los imanes del rotor, mientras que las Flechas F2
representan el flujo magnético creado por las bobinas 3 del
estator.
Se ve que la configuración del motor de la
invención no representa riesgo de desimantar los imanes, pues, de
una parte, el flujo de los imanes se encuentra encerrado tomando un
camino de cierre designado por la flecha F3.
La Solicitante ha observado que el
funcionamiento era óptimo dando al camino de cierre de flujo
magnético de los imanes en el rotor una reluctancia R2 comprendida
entre 1 y 10 veces la reluctancia R1 ofrecida al flujo de los
imanes del lado del entrehierro 8.
El experto en la técnica sabrá fácilmente
escoger la naturaleza, la anchura l_{1} y la forma del elemento de
unión L1 que permiten realizar las condiciones anteriores.
De otra parte, una parte del flujo creado por la
bobina del estator puede ser cerrada por el camino de contorno
magnético designado por la flecha F4. La Solicitante ha observado
que el funcionamiento era óptimo dando al camino del contorno del
flujo de la bobina una reluctancia comprendida entre 1 vez y 10
veces el valor de la reluctancia ofrecida por el camino que pasa
por los imanes designados por la flecha
F5.
F5.
El camino magnético ofrecido al flujo de los
imanes en el interior del rotor, puede ser realizado ventajosamente
por un material ferrimagnético o ferromagnético que rodea
globalmente los imanes de un mismo polo y que dispone de zonas más
estrechas saturadas magnéticamente entre los polos, cuya anchura l1
está definida para ajustar el valor de la reluctancia ofrecida al
flujo de los imanes en el ro-
tor.
tor.
La figura 3 representa otra disposición del
motor sincrónico según la invención por la cual una unión
suplementaria L2 ha sido creada entre los imanes. Esta unión crea un
camino magnético para el flujo de los imanes con el mismo título
que la unión L1 y refuerza además de manera considerable la
estabilidad del rotor en la centrifugación.
Ventajosamente, cada polo puede disponer de al
menos dos imanes por polo, estando cada polo rodeado por un material
ferrimagnético o ferromagnético, estando definida la anchura l_{2}
de la zona magnética entre los imanes de un mismo polo para
asegurar la estabilidad mecánica en la centrifugación.
Las figuras 2 y 3 indican claramente el espacio
que puede ser despejado en el centro del árbol del rotor por la
disposición particular de los imanes.
Claims (5)
1. Motor sincrónico que comprende imanes (5),
estando posicionados los dichos imanes (5) azimutalmente en el
seno del dicho rotor con una dirección de imantación radial,
cooperando el dicho rotor con un estator de manera que se defina un
entrehierro (8), estando el dicho rotor y el disco estator
delimitados por polos, siendo el motor caracterizado porque
está previsto en el interior mismo del rotor un primero camino
magnético de cierre F3 que se cierra entre los imanes (5) de dos
polos adyacentes para que un flujo producido por los dichos imanes
(5), cuando el motor funcione con potencia constante en una gama de
velocidades superiores a la velocidad de base (N0) del motor, se
propague según el dicho primer camino magnético de cierre F3,
teniendo este primer camino magnético de cierre F3 una reluctancia
ajustada entre 0.5 veces y 10 veces la reluctancia ofrecida a un
flujo producido por los dichos imanes (5) que se propagan por el
dicho entrehierro (8) de tal manera que el valor de la corriente
estator (1) permanece en el interior de los límites térmicos
permitidos por el motor sin conllevar la desmagnetización de los
imanes (5) del rotor cuando el motor funciona a potencia constante
en una gama de velocidades superiores a la gama de base (N0) del
motor.
2. Motor según la reivindicación 1 en el cual la
reluctancia ofrecida a un flujo creado por una corriente en el dicho
estator y que se propaga en el rotor por un segundo camino
magnético F4 que no pase por los imanes (5), está comprendido entre
1 y 10 veces el valor ofrecido a este dicho flujo que se propaga por
un tercer camino F5 que pasa por los imanes.
3. Motor según una de las reivindicaciones 1 ó 2
en el cual el camino magnético F3 ofrecido al flujo de los dichos
imanes (5) al interior del rotor es realizado por un material
ferrimagnético o ferromagnético que rodea globalmente los dichos
imanes (5) de un mismo polo y que dispone entre los dichos polos de
porciones de unión L1 estrechos y saturados magnéticamente cuya
anchura l1 y la forma está definida para ajustar el valor de la
reluctancia ofrecida al flujo de los imanes en el rotor.
4. Motor según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3 en el cual cada polo dispone de al menos dos
imanes por polo, estando cada imán rodeado por una unión en un
material ferrimagnético o ferromagnético, siendo definido el ancho
2 de esta unión magnética entre los imanes de un mismo polo, para
asegurar la estabilidad mecánica en la centrifugación.
5. Motor según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, que comprende una cavidad en el centro del
dicho rotor cuyo diámetro está comprendido entre 0.2 y 0.6 veces el
diámetro exterior de una chapa estator.
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1998
- 1998-01-28 GR GR980400177T patent/GR3026007T3/el unknown
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| Publication number | Publication date |
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| FR2723272A1 (fr) | 1996-02-02 |
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| US5838086A (en) | 1998-11-17 |
| FR2723272B1 (fr) | 1996-08-30 |
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