ES2121429T5 - Motor sincrono de imanes permanentes. - Google Patents

Abstract

EL MOTOR SINCRONO LLEVA UN INDUCIDO (60) DOTADO DE UNA PLURALIDAD DE DIENTES (25) CONECTADOS A UNA CULATA (1) Y SEPARADOS POR MUESCAS (2) EN LAS QUE ESTAN ALOJADOS BOBINADOS (26). UN INDUCTOR (61) QUE LLEVA UNA PLURALIDAD DE IMANES (8) QUE DESCANSAN SOBRE UNA BASE (9) ESTA SEPARADO DEL INDUCIDO (60) POR UN ENTREHIERRO (7). EL MOTOR ESTA DIMENSIONADO DE MANERA QUE LOS DIENTES (25) DEL INDUCIDO (60) TIENGAN UNA SECCION CONSTANTE SOBRE TODA SU ALTURA (H) Y EL ANCHO (BN) DE LAS MUESCAS (2) PERPENDICULARMENTE A LAS CABEZAS (62) DE LOS DIENTES ES SENSIBLEMENTE IGUAL AL ANCHO (BD) DE ESTAS CABEZAS DE DIENTES PARA MINIMIZAR EL EFECTO RELUCTANTE PARASITO DEBIDO A LAS MUESCAS (2). EL MOTOR SINCRONO PUEDE SER UN MOTOR LINEAL O UN MOTOR GIRATORIO.

Description

Motor síncrono de imanes permanentes.

La presente invención relativa a un motor síncrono que incluye un inducido que comprende una culata, una pluralidad de dientes cada uno de los cuales tiene un primer extremo solidario de dicha culata y que definen muescas entre sí, y bobinas dispuestas parcialmente en dichas muescas y realizadas de manera que engendren un flujo magnético en dichos dientes cuando son alimentadas estas bobinas, teniendo cada uno de dichos dientes un segundo extremo opuesto a dicho primer extremo y que forma una cabeza de diente que tiene una primera anchura, y teniendo cada una de dichas muescas una segunda anchura a la altura de dichas cabezas de dientes, definiendo la suma de dichas primera y segunda anchuras un paso dental, incluyendo además dicho motor un inductor dispuesto frente a dichas cabezas de dientes y comprendiendo una pluralidad de imanes permanentes y una suela de retorno de flujo sobre la que se disponen dichos imanes permanentes.

Se conoce ya un motor síncrono que responde a la definición genérica arriba indicada. Está ilustrado en este documento por las figuras 1, 1a, 2 y 3 que constituyen el estado de la técnica anterior.

La figura 1 es un corte parcial de un motor síncrono lineal construido según esta técnica anterior. Aquí el inducido 60 es un estator constituido por un paquete de chapas ferromagnéticas y del que se ve la culata 1 y los dientes 10 dispuestos regularmente por un paso dental \taun. El inducido 60 incluye también una pluralidad de muescas 2 que separan los dientes 10, y en las que se alojan los arrollamientos 4 de las bobinas, estando estos arrollamientos aislados de la culata 1 y de los dientes 10 por hojas aislantes 3. En este tipo de motor, las cabezas de los dientes 10 terminan en un ensanchamiento o suela 10' que tiene por objeto crear una abertura o pre-muesca 6 de anchura reducida y ello por razones que aparecerán más abajo. Los arrollamientos 4 son bobinados generalmente a granel, sin orden preciso, bien sea en la máquina de bobinar, o bien se introducen a mano en las muescas 2 vía la pre-muesca 6. Para mantener el arrollamiento dentro de la muesca 2, se dispone una chaveta 5 que se apoya sobre las suelas dentales 10'.

La figura 1 muestra también el inductor 61 del motor, siendo este inductor 61, en el ejemplo aquí escogido, la parte móvil del motor que se desplaza linealmente a lo largo del eje y. Este inductor 61 comprende esencialmente una pluralidad de imanes permanentes 8 en forma de paralelepipedos rectángulos dispuestos regularmente, con un paso polar \taup, sobre una suela 9 de retorno de flujo 15 plana, realizada en un material ferromagnético. El inducido 60 y el inductor 61 están separados por un entrehierro 7.

La figura 2 representa la distribución de la componente normal de la inducción magnética B expresada en Tesla (T) y que se extiende aquí sobre dos pasos polares \taup. Se observará que esta inducción B es la producida únicamente por los imanes 8 del inductor 61 sobre los dientes 10 del inducido 60 en el plano de corte de la figura 1, independientemente de que los arrollamientos 4 estén alimentados o no. Se ve en la figura 2 que las aberturas 6 de las muescas 2 provocan perturbaciones 15 y 16 bien visibles en la configuración de la inducción B. Estas aberturas, de anchura bn, son responsables de un fenómeno bien conocido de los motores de imanes permanentes, fenómeno que se llama efecto reluctante. Este efecto crea una fuerza parásita, o fuerza reluctante Fr, que se dirige según el eje y, perturbando el buen funcionamiento del motor. La variación de esta fuerza Fr está representada en el diagrama de la figura 3.

El diagrama de la figura 3 se basa en un motor que tiene un paso dental in de 12 mm, un paso polar \taup de 16 mm y una abertura bn de muesca de 1,5 mm, valiendo la razón bn/\taun por tanto 0,125. El paso polar \taup esta representado en abscisas y la fuerza reluctante Fr en ordenadas. \taup está expresado en milímetro (mm) y Fr en Newton (N). La curva 17 del diagrama de la figura 3 refleja la configuración de la fuerza reluctante Fr que se produciría si el inducido no tuviese más que una muesca. Este curva se caracteriza por dos puntos inestables 22 y 22' de baja rigidez y por un punto estable 21 de fuerte rigidez. En los puntos 22 y 22', la muesca 6 se encuentra en el centro de un imán 8 (-\taup/2 y +\taup/2), mientras que en el punto 21 la misma se encuentra entre 15 dos imanes 8. Si el inductor 61 se encuentra, por ejemplo, situado entre 0 y 3, 2, se desplazará hacia la derecha para estabilizarse en el punto 21 proporcionando una fuerza motriz (pendiente 19). Por el contrario, si el inductor 61 se encuentra situado entre 16 y 12,8, se desplazará al mismo punto 21 proporcionando una fuerza de frenado (pendiente 20). La curva 18 del diagrama de la figura 3 refleja la configuración de la fuerza reluctante total Fr producida sobre un paso polar \taup, poseyendo el inducido 60 8 muescas. La fuerza reluctante parásita incluye entonces una alternancia de ocho máximas parásitas que perturban el buen funcionamiento del motor, siendo estas fuerzas del orden de 16 Newtons. Se comprende pues que si no se tiene cuidado de este fenómeno, el motor puede resultar inutilizable, pudiendo rebasar entonces la fuerza reluctante a la fuerza máxima que puede proporcionar el motor cuando es alimentado con corriente.

El documento IEEE Transactions on magnetics, Vol. 24, nº 6, Nov. 1988, páginas 2901 a 2903, describe un motor síncrono con muescas abiertas en el que se obtiene una compensación del efecto reluctante producido por una muesca situada en la entrada de un imán del rotor por el efecto reluctante de otra muesca situada simultáneamente a la salida del mismo imán. Para disminuir el efecto reluctante global sobre varios pasos polares, este documento propone entonces una disposición asimétrica de los imanes.

Se conoce por el documentó DE 24 90 91 un generador de rueda giratoria cuyo inducido presenta dientes de sección constante rodeados de bobinas. El inductor giratorio tiene en su periferia imanes permanentes que inducen al girar un flujo magnético variable en los dientes y una corriente en la bobinas. Con el fin de cerrar las muescas definidas entre los dientes, se han previsto placas de chapa. Tales placas de chapa son formadas generalmente por materiales magnéticos de baja reluctancia de manera que las muescas se cierren y disminuyan así el efecto reluctante. La disposición de estas placas de chapa complica la construcción del inducido sin disminuir fuertemente el efecto reluctante de tal generador. En caso de que las placas que forman las muescas estuvieran realizadas con una material de alta reluctancia, el efecto reluctante de tal generador seria enorme, como sucede en caso de que no estén previstas las placas de chapa, puesto que los efectos reluctantes debidos a las muescas se suman, siendo el paso polar entre los imanes permanentes igual al paso dental entre los dientes del inducido. Se trata de un generador de tensión monofásico que no se puede utilizar como motor síncrono. Para suprimir o reducir fuertemente el efecto reluctante, una técnica muy extendida consiste en desplazar las chapas que forman el inducido 60 unas con relación a otras de manera que, en un corte tal como el de la figura 1a, los ejes longitudinales de los dientes 10 y de las muescas 12, representados por trazos mixtos, formen un ángulo diferente de 90º con la dirección y de desplazamiento del inductor 61, no visible en esta figura la, con relación al inducido 60. Hay que hacer notar que, en la figura la que es un corte realizado según el eje A-A de la figura 1, los arrollamientos 4 y las hojas aislantes 30 3 que están dispuestos en las muescas 2 no han sido representados, y que las chapas que forman el inducido 60 no han sido dibujadas por separado.

Esta técnica de desplazamiento de las chapas que forman el inducido 60 crea dificultades suplementarias complicando los utillajes de fabricación y haciendo más dificultosa la introducción de los arrollamientos 4 en las muescas 2.

Otra técnica, que se puede combinar con la precedente, consiste en disponer los imanes 8 oblicuamente, es decir, de manera que sus aristas paralelas a plano de la suela 9 formen respectivamente ángulos diferentes de 0º y de 90º con la dirección y de desplazamiento del inductor 61 con relación al inducido 60. Esta técnica complica igualmente la fabricación de los motores.

De todos modos, además de las disposiciones citadas más arriba, se perseguirá siempre dar a las pre-muescas 6 una anchura bn lo más pequeña posible, la que tendrá como consecuencia complicar la operación de bobinado pues, debido a la muy pequeña anchura bn de muesca, las bobinas, antes del montaje, deben ser dispuestas a granel para permitir su inserción en la muesca 2 vía la pre-muesca 6. Este montaje a granel tiene como consecuencia que los hilos que forman los arrollamientos 4 se dispongan muy irregularmente en las muescas 2, de la que resulta que el coeficiente de llenada de estas muescas 2 es bajo (del orden del 30%) y que la resistencia térmica entre los arrollamientos 4 y la culata 1 es importante. Estos inconvenientes conducen respectivamente a un bajo rendimiento del motor y a una mediocre capacidad térmica.

Para paliar los inconvenientes enumerados más arriba, la invención propone un motor síncrono tal como el definido en la reivindicación 1.

Gracias a estas características, y como se mostrará con detalle más adelante, la fuerza reluctante global que subsiste en un motor según la presente invención es mucho más baja que la que existe en un motor de la técnica anterior. Además, la fabricación de un motor según la presente invención es mucho más simple, y por tanto más barata, que la de un motor de la técnica anterior.

Otras ventajas de la presente invención aparecerán con la lectura de la descripción de varios de sus modas de ejecución que se va a hacer a continuación con ayuda de los dibujos anexos que han sido dados únicamente a título de ejemplo y en los que:

la figura 1 es un corte parcial de un motor lineal síncrono según la técnica anterior discutido en el preámbulo de esta descripción,

la figura la es un corte parcial del motor de la 15 figura 1, realizado según el eje A-A de esta figura 1,

la figura 2 muestra la configuración de la inducción magnética B del motor de la figura 1,

la figura 3 es un diagrama que representa la fuerza reluctante producida de una parte por una sola muesca del motor de la figura 1 y de otra parte por ocho muescas del mismo motor,

la figura 4 es un corte parcial de un motor lineal síncrono según la invención y según un primer modo de ejecución,

la figura 4a es un corte parcial del motor de la figura 4, realizado según el eje A-A de esta figura 4, la figura 5 muestra la configuración de la inducción magnética B del motor de la figura 4,

la figura 6 es un diagrama que representa la fuerza reluctante producida de una parte por una sola muesca del motor de la figura 4 y de otra parte por ocho muescas del mismo motor,

la figura 7 es un diagrama que representa la evolución de la fuerza reluctante de un motor síncrono de la invención en función de la razón entre la anchura de muesca y el paso dental,

las figuras 8 y 9 muestran dos maneras de bobinar un motor síncrono de la invención,

la figura 10 es un corte parcial del inducido de un motor síncrono de la invención según un segundo modo de ejecución,

las figuras 11 y 12 muestran un tercer modo de ejecución del motor según la invención, la primera en corte, la segunda en perspectiva,

las figuras 13 y 14 muestran un cuarto modo de ejecución del motor según la invención, la primera en corte, la segunda en perspectiva, y

la figura 15 es un corte parcial de un motor rotativo síncrono según la invención.

La figura 4 es un corte parcial de un motor síncrono lineal realizado según la invención y según un primer modo de ejecución. Como para el motor de la técnica anterior, descrito con ayuda de la figura 1, este motor comprende un inducido 60 constituido por un paquete de chapas que incluye una culata 1 y una pluralidad de dientes 25 que tienen un primer extremo solidario de la culata 1 y un segundo extremo opuesto al primero y que forma una cabeza de diente 62. Los dientes 25 están dispuestos regularmente con un paso dental \taun. Cada diente 25 está separado del siguiente por una muesca 2 en la que se aloja por ejemplo el arrollamiento 26 de una bobina tal como las que están representadas en la figura 8 con la referencia 30. La altura de los dientes 25, es decir, la distancia que separa su primer y su segundo extremo, está designada por la referencia H.

El motor comprende también un inductor 61 dispuesto frente a las cabezas de dientes 62, estando equipado este inductor 61 de una pluralidad de imanes permanentes 8 en forma de paralelepípedos rectángulos dispuestos regularmente con un paso polar \taup, sobre una suela 9 de retorno de flujo plano, hecha de un material ferromagnético. El inductor 61 y el inducido 60 están separados por un entrehierro 7.

Según la invención, los dientes 25 tienen una sección constante sobre toda su altura H. Se observa en efecto que los flancos de los dientes 25 son paralelos, y que sus cabezas 62 no presentan suela dental alguna como es el caso del motor de la técnica anterior mostrado en la figura 1 (referencia 10'). Las muescas están pues completamente "abiertas" por el lado del inductor 61, por oposición a las muescas de los motores de la técnica anterior que se llaman "semi-cerradas". Además, la anchura bn de las muescas 2 es sensiblemente igual a la anchura bd de las cabezas de diente 62. En otros términos, y puesto que la suma de las anchuras bd y bn es igual al paso dental \taun, la razón bn/\taun es sensiblemente igual a 0,5. Sensiblemente igual significa que separándose un poco del valor central de 0,5, los rendimientos de un motor según la invención son todavía satisfactorios. Según experimentos conducidos con esta clase de motor, la razón bn/\taun puede estar comprendida entre 0,40 y 0,55.

Si se observa ahora la configuración de la inducción magnética B correspondiente al motor de la figura 4, la figura 5 muestra que esta configuración se ve muy perturbada (referencias 27 y 28), mucho más fuertemente en todo caso que la mostrada en la figura 2 para el motor de la técnica anterior, lo que debería conducir lógicamente a un efecto reluctante enorme que haría al motor totalmente inutilizable. Ahora bien, se constata que si el efecto reluctante producido por una sola muesca (por ejemplo, sí el inducido no tuviese más que una muesca) es efectivamente muy grande, el efecto reluctante producido por varias muescas que se siguen se reduce a un valor bastante menor que el constatado en el motor de la técnica anterior.

Este fenómeno esta ilustrado por el diagrama de la figura 6. Este diagrama se basa en un motor que tiene un paso dental \taun de 12 mm y un paso polar \taup de 16 mm (por tanto idénticos a los del motor de la técnica anterior mencionado más arriba). Sin embargo, la abertura bn de muesca es aquí de 6,3 mm, y la razón bn/\taun vale pues 0,525. En el diagrama de la figura 6, el paso polar \taup en mm está representado en abscisas y la fuerza reluctante en Newton está representa en ordenadas. La curva 35 del diagrama muestra la configuración de la fuerza reluctante que se produciría si el inducido 60 no tuviese más que una sola muesca a fuerza reluctante elemental, y que presenta igualmente dos puntos inestables 33 y 33' así como un punto estable 34. Esta fuerza reluctante elemental tiene una amplitud considerable, mayor que 60 N, lo que era previsible. Sin embargo, el aspecto de la curva 35 se parece a una sinusoide, lo que es explicable por el hecho de que la anchura de muesca bn es sensiblemente igual a la anchura bd de la cabeza de diente 62. Cada una de las muescas 2 del motor de la figura 4 produce evidentemente una fuerza reluctante elemental cuyo aspecto es semejante al que está representado por la curva 35 de la figura 6, y las curvas que representan estas fuerzas reluctantes elementales, que no han sido dibujadas, están desplazadas unas con relación a otras en el sentido del eje y.

La fuerza reluctante global que actúa en un motor tal como el motor de la figura 4 es evidentemente igual a la suma de las fuerzas reluctantes elementales que se acaban de mencionar. Como cada una de estas últimas tiene un aspecto que se parece a una sinusoide, su suma resulta muy baja. Así, la curva 3b de la figura 6 representa la fuerza reluctante global que actúa en un motor tal como el de la figura 4 y que incluye ocho muescas 2 y seis imanes 8. Esta curva 36 muestra que en este caso, la fuerza reluctante global es de aproximadamente 1N, mientras que, para el mismo tipo de motor considerado en el preámbulo de esta descripción, pero con pre-muescas, esta fuerza reluctante global era del orden de 16N. Se mide pues aquí las considerables ventajas aportadas por el motor realizado según la invención que se caracteriza, lo repetimos, por el hecho de que posee muescas abiertas cuya

anchura en sensiblemente igual a la anchura del diente, presentando además este último, una sección constante sobre toda su altura.

El diagrama de la figura 7 resume bien todo lo que se ha dicho hasta ahora. Este diagrama está realizado para un motor que incluye la misma razón paso polar \taup sobre paso dental \taun, o sea, por ejemplo, 16 mm y 12 mm respectivamente. Se representa en abscisas la razón bn/\taun manteniendo constante el paso dental \taup. En otros términos, se hace aumentar a la anchura de muesca bn con relación al paso dental \taun. Los motores construidos según la técnica anterior se encuentran situados dentro de la zona 41 en la que la fuerza reluctante global Fr aumenta (parte 40 de la curva) cuando aumenta bn/\taun. Según un concepto generalmente admitido por el especialista en la materia, esta fuerza reluctante global Fr no puede más que continuar creciendo (parte 42 de la curva) cuando aumenta la anchura de muesca bn. Ahora bien, el solicitante de la presente invención ha comprobado que esta fuerza pasa por un valor máximo y luego disminuye (parte 43 de la curva) para alcanzar un mínimo en la zona 45 donde la anchura de muesca bn en sensiblemente igual a un semipaso dental \taun y donde están situados los motores según la presente invención. A partir de esta zona 45, la fuerza reluctante global Fr aumenta de nuevo según la parte 46 de la curva. Para resumir, la zona 41 es la de los motores con muescas semi-cerradas de la técnica anterior, mientras que la zona 45 es la de los motores con muescas abiertas objeto de la presente invención.

Se comprenderá que la reducción del efecto reluctante es tanto mejor cuanto más elevado sea el número de muescas. Si los motores rotativos de tamaño medio a grande (de 0,1 a 1 m y más) tienen fácilmente un número elevado de muescas que permite reducir el efecto reluctante de manera destacable, esto es más difícil para los motores lineales cuya anchura total se sitúa generalmente entre 0,1 y 0,5 y que tienen por tanto un número de muescas relativamente reducido.

En el caso de tal motor lineal, se puede aprovechar los dientes de entrada y de salida del inducido, que están dotados generalmente cada uno de un bisel, para disminuir más la fuerza reluctante global. El dimensionamiento de los dientes de entrada y de salida ha sido ya discutido en la literatura especializada. El lector interesado podrá consultar la tesis de Nicolas Wavre nº 219 titulada: "Etude harmonique tridimensionnelle des moteurs linéaires asynchrones á bobinages polyphasés quelconques", Lausanne EPFL, 1975. En efecto, se escogen las dimensiones de los dientes de extremo así como el ángulo de su bisel de manera que se obtenga una fuerza reluctante de forma y amplitud comparable a las de la fuerza reluctante debida a las muescas, pero de signo apuesto. Se puede reducir así considerablemente el efecto reluctante global. El pequeño número de muescas de los motores lineales con relación a los motores rotativos se ve así compensado por una explotación juiciosa del efecto de extremo, haciendo la utilización de las muescas abiertas todavía más interesantes para los motores lineales que para los motores rotativos.

Como el efecto reluctante es mucho menor en un motor según la invención que en un motor de la técnica anterior, ya no es necesario compensarlo por artificios tales como los que se ha descrito más arriba. Así, en un motor según la invención, las chapas que forman el inducido 60 pueden alinearse unas con otras de modo que en un corte tal como e1 de la figura 4a, los ejes longitudinales de los dientes 10 y de las muescas 2 representados por trazos mixtos, sean perpendiculares a la dirección y de desplazamiento del inductor 61, no visible en esta figura 4a, con relación al inducido 60. Resulta de esta disposición una simplificación importante del utillaje utilizado para ensamblar las chapas que forman el inducido 60.

Hay que hacer notar que, en la figura 4a que es un corte realizado según el eje A-A de la figura 4, los arrollamientos 26 no han sido representados, y que las chapas que forman el inducido 60 no han sido dibujadas por separado.

Igualmente, las imanes 8 pueden disponerse de manera que sus aristas paralelas al plano de la suela 9 sean respectivamente paralelas y perpendiculares a la dirección de desplazamiento y. Resulta de esta disposición una simplificación del utillaje utilizado para la ensambladura de los imanes 8 y de la suela 9.

Además del interés de obtener una fuerza reluctante global Fr muy baja, el hecho de que los dientes 25 del motor según la invención tengan una sección constante sobre toda su altura H y no presenten suela dental alguna, tal como las suelas dentales 10' del motor de la técnica anterior representado en la figura 1, tiene además la ventaja de permitir un arrollamiento ordenado y compacto de las espiras que constituyen las bobinas, espiras que pueden ser así adyacentes como es visible en la figura 4. Esto permite alcanzar un coeficiente de llenado de las muescas 2 por lo menos igual, o incluso superior al 60%, lo que de una parte aumenta el rendimiento del motor y de otra parte permite una evacuación mucho más cómoda del calor que produce. En el motor de la invención, cada bobina no rodea más que un solo diente con el fin igualmente de mejorar el rendimiento puesto que la longitud de las cabezas de bobina es así reducida, lo que disminuye las pérdidas en el cobre.

Como los dientes 25 presentan una sección constante sobre toda su anchura H, las muescas 2 son pues enteramente abiertas, lo que permite la inserción de bobinas preformadas. Para fabricar estas bobinas, se arrolla en espiras contiguas los hilos que las forman sobre una plantilla independiente de núcleo rectangular cuya sección es sensiblemente igual a la sección del diente 25. E1 hilo utilizado está generalmente revestido de una cola que polimeriza en caliente. Una vez terminado el bobinado, se hace pasar una corriente por el hilo para calentarlo y pegar las espiras unas con otras. La bobina, hecha así compacta, puede extraerse de la plantilla, y luego introducirla en bloque sobre un diente 25 del inducido.

Las figuras 8 y 9 muestran cada una el inducido 60 de un motor síncrono según la invención. En el inducido 60 de la figura 8, cada bobina 30 rodea un solo diente 25 y ocupa sensiblemente la totalidad de las dos muescas 2 adyacentes al diente 25 al que rodea. De ello resulta evidentemente que solamente un diente 25 de cada dos está rodeado por una bobina 30.

En el inducido 60 de la figura 9, cada bobina 31 rodea igualmente un solo diente 25, pero todos estos dientes 25 están rodeados por una bobina 31. Resulta evidentemente que dos bobinas 31 adyacente ocupan, juntas, sensiblemente la totalidad de la muesca 2 que separa los dos dientes 25 a los que rodean.

Las figuras 10 a 14 son más particularmente relativas al modo de aislar los arrollamientos 26 del inducido 60 y del modo de evacuar el calor producido por estos arrollamientos 26.

La figura 10 muestra un inducido 60 equipado de arrollamientos 26 introducidos en las muescas 2 según el procedimiento que se ha descrito más arriba. La figura muestra que en el fondo de la muesca 2, y situado entre la culata 1 y e1 arrollamiento 26, se encuentra un tubo 11 por el que circula un liquido de enfriamiento 50. Este sistema de enfriamiento permite evacuar rápidamente hacia el exterior el calor producido por el arrollamiento 26. Se observará que, como las muescas 2 son rectas y abiertas, los tubos 11 pueden prepararse de antemano con plegados en los extremos (no representados) que dan una forma de serpentín. Se apreciará que si esta forma de enfriador se aplicase al motor de la técnica anterior (figura 1), los tubos 11 deberían unirse entre si después de su introducción en las muescas 2, puesto que la pre-muesca estrecha 6 no permite el paso de los tubos 11, lo que complicaría notablemente el montaje del motor. La figura 10 muestra igualmente una hoja aislante 3 dispuesta entre el arrollamiento 26 y el diente 25, que puede introducirse muy fácilmente en la muesca 2 puesto que la misma está abierta.

La figura 11 muestra una disposición muy parecida a la de la figura 10 en la que se vuelve a encontrar el tubo de enfriamiento 11 y la hoja aislante 3. Además de esto, la figura 11 muestra que el tubo 11 está al menos parcialmente rodeado por una hoja 12, representada en perspectiva en la figura 12, estando además esta hoja emparedada entre el diente 25 y el arrollamiento 26 y extendiéndose hasta la cabeza 62 del diente 25. Esta hoja 12 sirve de medio de transferencia térmica entre el arrollamiento 26 y el tubo de enfriamiento 11. Esta hoja está realizada en un material térmicamente conductor, tal como cobre o aluminio, o en un material compuesto, tal como que es generalmente un inconveniente. Uno de los medios de reducir la inductancia de fuga de muesca es precisamente utilizar la hoja de transferencia térmica 12 igualmente como blindaje contra el flujo de fuga de muesca. Si este blindaje resulta demasiado importante, se ajustará su efecto mecanizando ranuras 13, tales como las que aparecen en la figura 12. Estas ranuras 13, a imagen de las chapas de los motores eléctricos, reducen la importancia de las corrientes de Foucault. Un número elevado de ranuras permite eliminar estas corrientes de Foucault, sin reducir notablemente la capacidad de transferencia térmica. Hay que hacer constar que se puede utilizar para la hoja 12 una aleación que presente un buen compromiso entre su conductibilidad térmica y su conductibilidad eléctrica.

Las figuras 13 y 14 presentan una variante de la solución representada por las figuras 11 y 12. E1 sistema de enfriamiento 14 de las figuras 13 y 14 combina en una sola pieza la hoja conductora 12 y el tubo de enfriamiento 11 de las figuras 11 y 12. Este sistema 14 puede realizarse, por ejemplo, en perfil de aluminio.

La descripción que precede era relativa más particularmente a un motor síncrono lineal, pero es evidente que los principios generales de la invención son igualmente aplicables a un motor síncrono rotativo.

La figura 15 representa esquemática y parcialmente un motor síncrono rotativo según la presente invención, cuyo rotor 50 constituye el inductor 61. Este rotor 50 no ha sido representado más que muy esquemáticamente por un círculo que simboliza su periferia y por su árbol 55, pero comprende evidentemente una pluralidad de imanes permanentes semejantes a los imanes 8 del motor de la figura 4 y dispuestos como estos últimos sobre una suela de retorno de flujo de un material ferromagnético.

El estator del motor de la figura 15 constituye su inducido 60 y comprende una culata 1 y una pluralidad de dientes idénticos entre sí y designados alternativamente por las referencias 51 y 51'. Estos dientes 51, 51' están presentes en número de 12 en este ejemplo, y tienen todos un primer extremo solidario de la culata 1 y un segundo extremo opuesto al primero y que forma una cabeza de diente 62 situada frente al rotor 50.

Los dientes 51, 51' están dispuestos regularmente por un paso dental \taun y definen entre ellos unas muescas 2 en las que se alojan las bobinas 52 y 53.

De acuerdo con la invención, los dientes 51, 51' tienen una sección constante sobre toda su altura H, y su 20 anchura bd es sensiblemente igual a la anchura bn que las muescas 2 tienen a la altura de las cabezas de dientes 62. Dicho en otros términos, la razón bn/\taun es también sensiblemente igual a 0,5.

Estas características dan al motor rotativo de la figura 15 las mismas ventajas con relación a los motores conocidos del mismo género, que las que se han descrito más arriba en el caso de los motores lineales. Principalmente, el par reluctante global Cr debido a la presencia de las muescas 2 es mucho más bajo en un motor según la presente invención que en un motor conocido, como se desprende de las figuras 3, 6 y 7 que son también válidas en este caso y en las que este par reluctante está expresado en Newton-metros.

Se observará que si los dientes 51 y 51' presentan, una sección constante, esto ya no es el caso de las muescas 2 que van ensanchándose a medida que se acercan a la culata 1, siendo esta configuración tanto más marcada cuanto más reducido sea el diámetro del motor. Así, para ocupar mejor el espacio puesto a disposición en la muesca, explotando al mismo tiempo la idea de preformar con anterioridad las bobinas sobre plantilla, se prepara una serie de bobinas de sección rectangular 52 y una serie de bobinas de sección trapezoidal 53 sobre una plantilla independiente de núcleo rectangular cuya sección es sensiblemente igual a la sección de los dientes 51, 51'. Después de haber extraído las bobinas de las plantillas, se introduce primeramente cada una de las bobinas de sección trapezoidal 53 sobre uno de los dientes del inducido 60, dejando libre uno de estos dientes de cada dos. En el ejemplo de la figura 15, estas bobinas 53 se introducen sobre los dientes 51', quedando libres los dientes 51. Se introduce seguidamente cada una de las bobinas de sección rectangular 62 sobre los dientes dejados libres durante la introducción de las bobinas de sección trapezoidal 53, es decir, los dientes 51 en el presente ejemplo. Se llena así mejor el espacio disponible en las muescas 2.

El espacio 54 que subsiste después de la instalación de las bobinas 52 y 53 puede utilizarse para alojar allí 25 un sistema de enfriamiento, por ejemplo, uno de los sistemas descritos con ayuda de las figuras 10 a 14. Ni que decir tiene sin embargo que para muchos motores, solamente se pondrán en práctica bobinas de sección rectangular, particularmente para los motores de gran diámetro.

Claims (10)

1. Motor síncrono que comprende:

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un inducido (60) formado por una culata (1) y una pluralidad de dientes (25; 51, 51') fijados a esta culata que definen entre ellos una pluralidad de muescas (2);

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una pluralidad de arrollamientos (30; 31; 52, 53) dispuestos en dicha pluralidad de muescas;

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un inductor (61) dispuesto frente a dicho inducido y que comprende una pluralidad de imanes permanentes (8) dispuestos sobre una suela de retorno de flujo (9);

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estando dispuesta dicha pluralidad de dientes regularmente con un paso dental determinado (\taun) y estando dispuesta regularmente dicha pluralidad de imanes permanentes con un paso polar determinado (\taup), presentando dichos dientes en su extremo libre una cabeza (62) que tiene una primera anchura (bd) y teniendo cada una de dichas muescas una segunda anchura (bn) al nivel de las cabezas de dichos dientes, definiendo la suma de dichas primera y segunda anchuras dicho paso dental, que está previsto diferente de dicho paso polar, estando caracterizado este motor porque la razón de dicha segunda anchura (bn) sobre dicho paso dental (\taun) está comprendida entre 0,40 y 0,55, porque cada muesca de dicha pluralidad de muescas produce una fuerza reluctante elemental cuya curva sobre el periodo de un paso polar es semejante a una curva sinusoidal, estando dispuesta dicha pluralidad de dientes con relación a dicha pluralidad de imanes permanentes de manera que las curvas de las fuerzas reluctantes elementales estén desplazadas unas con relación a otras y que la suma de las fuerzas reluctantes elementales de dicha pluralidad de muescas sea muy pequeña en relación con una fuerza reluctante elemental, y porque dichos arrollamientos están formados respectivamente por bobinas que rodean cada una uno solo de dichos dientes.

2. Motor síncrono según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos dientes (25; 51, 51') definen cada uno dos flancos sensiblemente paralelos de modo que su sección sea sensiblemente constante sobre toda su altura (H).

3. Motor síncrono según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por el hecho de que cada bobina (30) rodea uno solo de dichos dientes (25; 51, 51') y ocupa sensiblemente la totalidad de las dos muescas (2) adyacentes al diente (25; 51, 51') al que rodea, estando rodeado solamente uno de cada dos dientes citados (25; 51, 5') por una de dichas bobinas (30).

4. Motor síncrono según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por el hecho de que cada uno de dichos dientes (25; 51, 51') está rodeado por una de dichas bobinas (31), ocupando dos bobinas adyacentes juntas sensiblemente la totalidad de la muesca (2) que separa los dientes a los que rodean.

5. Motor síncrono según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque dicha primera anchura (bd) y dicha segunda anchura (bn) son sensiblemente iguales.

6. Motor síncrono según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que incluye además medios comprenden una pluralidad de tubos en una de dichas muescas (2) entre bobina (30; 31; 52, 53) dispuesta (2), estando unidos dichos tubos manera que formen un serpentín que de un fluido de enfriamiento (50).

7. Motor síncrono según la reivindicación 6, caracterizado por el hecho de que dichos medios de enfriamiento comprenden además una pluralidad de hojas de transferencia térmica (12), estando situada cada una de dichas hojas (12) en una de dichas muescas (2), rodeando al menos parcialmente al tubo (11) dispuesto en esta muesca (2), y estando además emparedada entre uno de los dientes (25; 51, 51') que delimitan esta muesca (2) y la bobina (30; 31; 52, 53) situada en esta muesca (2).

8. Motor síncrono según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que es un motor lineal.

9. Motor síncrono según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por el hecho de que es un motor rotativo que tiene un estator constituido por dicho inducido (60) y un rotor constituido por dicho inductor (61).

10. Motor síncrono según la reivindicación 9, caracterizado por el hecho de que dicho inducido (60) incluye un número par de dientes (51, 51') rodeados cada uno por una de dichas bobinas (52, 53), estando rodeados dos dientes adyacentes (51, 51') uno por una bobina de sección al menos sensiblemente rectangular (52) y el otro por una bobina de sección al menos sensiblemente trapezoidal (53).