ES2199138T3 - Maquina electrica. - Google Patents

Abstract

Máquina eléctrica (10; 10¿) con un rotor (26a, 26b; 26c; 36) montado de forma giratoria en una carcasa (12) con árbol de rotor (24) conducido fuera de la carcasa (12), con una pluralidad de componentes electromagnéticos (28) dispuestos de forma estacionaria en la carcasa a distancias angulares uniformes y espaciados del eje de giro del rotor, con un núcleo de bobina (32) respectivo que lleva un arrollamiento de bobina (30), que está constituido por uno o varios conductores y con imanes permanentes (27) retenidos fijos contra giro en o junto al rotor, dispuestos a distancias angulares uniformes, alineados con una superficie polar respectiva opuestos a las superficies frontales de los núcleos de las bobinas (32), con polaridad sucesivamente opuesta en cada caso en la dirección circunferencial, donde los núcleos de las bobinas (32) de los componentes electromagnéticos (28) están dispuestos en el interior de la carcasa paralelamente al eje de giro del árbol del rotor (24), de tal forma que sussuperficies frontales opuestas se encuentran en cada caso en dos planos distanciados entre sí, que se extienden en ángulo recto con respecto al eje de giro de los árboles de rotor y los extremos de los conductores eléctricos, que forman los arrollamientos de la bobina (30), de los componentes electromagnéticos (28) individuales están interconectados a través de una instalación de control eléctrica o electrónica para formar al menos dos conexiones eléctricas y el rotor presenta al menos dos discos de rotor (26a, 26b; 26c) externos que se extienden radialmente hasta delante de las superficies frontales de los núcleos de las bobinas, en los que los imanes permanentes (27) están retenidos alineados con sus superficies polares con respecto a las superficies frontales de los núcleos de las bobinas asociados en cada caso, y en su región radialmente interna están previstos orificios de paso (46).

Description

Máquina eléctrica.

Máquina eléctrica con un rotor montado de forma giratoria en una carcasa con árbol de rotor conducido fuera de la carcasa, con una pluralidad de componentes electromagnéticos dispuestos de forma estacionaria en la carcasa a distancias angulares uniformes y espaciados del eje de giro del rotor, con un núcleo de bobina respectivo que lleva un arrollamiento de bobina que está constituido por uno o varios conductores y con imanes permanentes retenidos fijos contra giro en o junto al rotor, dispuestos a distancias angulares uniformes, alineados con una superficie polar respectiva opuestos a las superficies frontales de los núcleos de las bobinas, con polaridad sucesivamente opuesta en cada caso en la dirección circunferencial, donde los núcleos de las bobinas de los componentes electromagnéticos están dispuestos en el interior de la carcasa paralelamente al eje de giro del árbol del rotor, de tal forma que sus superficies frontales opuestas se encuentran en cada caso en dos planos distanciados entre sí, que se extienden en ángulo recto con respecto al eje de giro de los árboles de rotor y los extremos de los conductores eléctricos, que forman los arrollamientos de la bobina, de los componentes electromagnéticos individuales están interconectados a través de una instalación de control eléctrica o electrónica para formar al menos dos paredes de conexión eléctrica y el rotor presenta al menos dos discos de rotor externos que se extienden radialmente hasta delante de las superficies frontales de los núcleos de las bobinas, en los que los imanes permanentes están retenidos alineados con sus superficies polares con respecto a las superficies frontales de los núcleos de las bobinas asociados en cada caso, y en su región radialmente interna están previstos orificios de paso.

Tales máquinas, que se pueden conectar en fuentes de corriente eléctrica, encuentran aplicación, por ejemplo como motores de cubos de ruedas para transmisiones de vehículos, en virtud de la relación favorable entre prestaciones y potencia. En este caso, la estructura de estos motores está configurada de tal forma que los imanes permanentes están retenidos en un disco de material magnética, que está conectado fijo contra giro con el árbol de rotor, de tal forma que sus superficies polares desembocan a ambos lados libremente en los lados planos del rodete del rotor en forma de disco, estando dispuestos los imanes de tal forma que presentan en la dirección circunferencial, sobre el mismo lado del rodete superficies polares consecutivas de polaridad opuesta, respectivamente. A una distancia que corresponde a la distancia radial media de los imanes permanentes desde el eje de giro de los árboles del rotor están dispuestos sobre los lados interiores de la tapa de la carcasa o de las paredes radiales de la carcasa, que están dirigidos hacia el rodete del rotor en forma de disco, componentes electromagnéticos en forma de bobinas arrolladas sobre núcleos metálicos. La activación de estas bobinas se realiza en este caso con preferencia a través de una instalación de control electrónica que genera un campo magnético giratorio, con lo que se suprime la activación igualmente concebible en principio, pero afectada por desgaste, de contactos que se deslizan sobre un conmutador. Tales máquinas accionadas electrónicamente son designadas también como máquinas de rodete de disco sin escobillas (GB 2 275 371 A). Además, se conocen también máquinas de rodete de disco sin escobillas, en las que el rotor presenta dos discos de rodete exteriores que se extienden radialmente hasta delante de las superficies frontales de los núcleos de las bobinas que están retenidos fijamente en la carcasa, en los que los imanes permanentes están retenidos alineados con sus superficies frontales con respecto a las superficies frontales asociados en cada caso de los núcleos de las bobinas (por ejemplo, DE 197 01 797, figura 18; DE 42 14 483).

La invención tiene el cometido de mejorar el rendimiento de las máquinas eléctricas conocidas y de reducir al mínimo la omisión de la potencia a través de la reducción de la magnetización de los imanes permanentes en el transcurso del tiempo. En este caso, las máquinas debe poder producirse a coste favorable y fácilmente y deben tener un relación favorable entre peso y prestaciones.

Partiendo de una máquina eléctrica del tipo mencionado al principio, este cometido se soluciona según la invención porque parejas respectivas de brazos consecutivos en la dirección circunferencial, provistos en los extremos libres dirigidos hacia las bobinas en cada caso con una superficie polar de diferente polaridad, de los imanes permanentes previstos en los dos discos de rodete exteriores opuestos entre sí están conectadas entre sí en las regiones extremas alejadas de la superficie polar en cada caso por medio de un yugo de material magnético blando o de material magnético duro, que encierra en gran medida el campo magnético, porque los discos del rodete están conectados entre sí a través de paredes que se extienden radialmente, que forman la cavidad entre los discos de rodete en una pluralidad de cámaras desplazadas entre sí en la dirección circunferencial y que están abiertas hacia los componentes electromagnéticos, y porque los orificios de paso radialmente interiores previstos en los discos del rodete desembocan en cada caso en las cámaras del rotor. Los imanes permanentes asociados a los componentes electromagnéticos dispuestos en el centro entre los dos discos de rodete y fijados de esta manera rígidamente de una manera conveniente en la pared circunferencial de la carcasa de la máquina, están configurados a modo de imanes de herradura a través de los yugos que conectan en cada caso dos imanes individuales consecutivos en la dirección circunferencial, con lo que se consigue una estructura del motor, en la que el campo magnético de los imanes permanentes es retenido en la mayor medida posible dentro del material magnético de los imanes permanentes, conectados a través del yugo, de los núcleos de las bobinas, de manera que solamente en el intersticio de aire estrecho entre las superficies frontales de los núcleos de las bobinas de los componentes electromagnéticos y las superficies polares de los imanes eléctricos puede aparecer un campo de dispersión magnética reducido. De esta manera, se reducen al mínimo las pérdidas del campo magnético giratorio generadas en los componentes electromagnéticos cuando se conecta la máquina como motor. Esto se aplica también en el caso de empleo de la máquina como generador, que se ofrece, por ejemplo, para instalaciones de energía eólica, etc., donde es posible un acoplamiento directo del eje de giro del rotor con el eje de salida de la rueda eólica sin la intercalación de una transmisión reductora. Además del rendimiento eléctrico favorable del generador, se evitan entonces también las pérdidas mecánicas en la transmisión intermedia. Las paredes que se extienden radialmente, que conectan los discos de rodete, actúan en este caso como las palas de un soplante, es decir, que a través de los orificios de paso radialmente interiores en los discos del rodete se aspira aire desde la carcasa y es soplado como corriente de aire de refrigeración radialmente hacia fuera entre los componentes electromagnéticos.

En el caso más sencillo, en el interior de la carcasa de la máquina está prevista una serie de componentes electromagnéticos, donde el rotor presenta dos discos de rodete exteriores guiados sobre lados opuestos delante de las superficies frontales de los núcleos de las bobinas de los componentes electromagnéticos.

Se puede realizar una elevación de la potencia de la máquina sin incremento del diámetro porque en el interior de la carcasa están dispuestas dos o más series de componentes electromagnéticos distanciadas entre sí en la dirección longitudinal del árbol del rotor, donde el rotor presenta además de los dos discos de rodete exteriores, guiados delante de las superficies frontales exteriores de los núcleos de bobinas de las series más exteriores, que apuntan en direcciones opuestas, en cada caso un disco de rodete adicional con imanes permanentes, guiado en el espacio intermedio entre series vecinas de componentes electromagnéticos delante de sus superficies frontales dirigidas entre sí, y las superficies polares de diferente polaridad de los imanes permanentes, que se encuentran libremente en cada caso sobre lados opuestos del disco de rodete adicional respectivo, están alineadas en dirección radial con respecto a las superficies frontales de los núcleos de las bobinas de las series de componentes electromagnéticos. Por lo tanto, los imanes permanentes dispuestos en los discos de rodete adicionales no están configurados -a diferencia de los imanes permanentes en los discos de rodete exteriores- como imanes de herradura, sino como imanes de barra de extensión longitudinal más corta, para mantener de esta manera reducidos los intersticios de aire entre las superficies polares de estos imanes y las superficies frontales dirigidas hacia ellos de los núcleos de las bobinas de los componentes electromagnéticos y para evitar de esta manera las pérdidas a través de campos de dispersión magnética.

El interior de la carcasa está cerrado en este caso de forma hermética hacia la atmósfera exterior, siendo realizada esta obturación en la región del árbol de la máquina conducido fuera de la carcasa a través de una junta de obturación correspondiente. El aire aspirado a través de los orificios de paso radialmente interiores en los discos de rodete desde el interior de la carcasa y soplado entre los componentes electromagnéticos absorbe calor procedente de las bobinas de los componentes electromagnéticos. El aire en circulación pasa sobre la periferia exterior de los discos de rodete hasta el espacio intermedio entre el rotor y las paredes frontales de la carcasa y es aspirado de nuevo de retorno a los orificios de paso radialmente interiores. De esta manera se obtiene en el interior de la carcasa una circulación de aire cerrada en sí, que no sólo impulsa los componentes electromagnéticos, sino todas las otras superficies que se encuentran libre en el interior de la carcasa e impide la aparición de temperaturas elevadas (puntos calientes).

Para la disipación del calor que se produce en la máquina y que es cedido al aire en circulación se recomienda proveer con nervaduras el lado exterior y/o el lado interior de la carcasa para incrementar de esta manera la superficie de cesión y de absorción de calor, respectivamente, de la carcasa. A este respecto, en el caso especial, puede ser ventajoso que sobre las superficies interiores, dirigidas hacia el rotor, de las paredes frontales de la carcasa estén previstas nervaduras que se extienden radialmente, entre las cuales están formados canales radiales para el retorno de la atmósfera gaseosa que circula en el interior de la carcasa.

Los canales radiales pueden estar cerrados, además, en el lado de los discos del rodete por medio de una placa metálica, de tal forma que entre las nervaduras radiales se forman canales cerrados conectados con el interior de la carcasa, abiertos solamente en el extremo radialmente interno y en el extremo radialmente externo, a través de los cuales se lleva a cabo el retorno del aire en circulación.

La refrigeración de la máquina eléctrica según la invención se puede realizar de forma alternativa también a través de corrientes continuas con aire ambiental, porque están previstos orificios de entrada de aire en las regiones de la carcasa que están opuestas a los orificios de paso en los discos de rodete y están previstos en la carcasa orificios de salida de aire que están desplazados radialmente hacia fuera.

Los componentes electromagnéticos están previstos dispuestos en este caso a distancias regulares en la dirección circunferencial y se proyectan desde el lado interior de la pared circunferencial de la carcasa dentro del espacio intermedio formado entre los discos de rodete.

En este caso, es ventajosa una configuración especialmente de la máquina del tipo mencionado al principio, en la que cada superficie polar de los imanes permanentes presenta en la dirección circunferencial una extensión que cubre dos superficies polares de las bobinas de dos componentes electromagnéticos consecutivas en la dirección circunferencial, y porque el control está configurado de tal forma que para el accionamiento del rotor, después de que el rotor ha girado en la medida de un espaciamiento angular, que corresponde al espaciamiento angular entre los componentes electromagnéticos que se suceden uno detrás de otro en la dirección periférica, los medios de control conmutan de manera sucesiva la polaridad de uno de cada dos componentes electromagnéticos que se suceden unos detrás de otros en la dirección periférica, del grupo de los componentes electromagnéticos asociados con el imán permanente. En este caso, se consigue entonces una máquina bifásica.

Como una alternativa, a cada superficie polar de los imanes permanentes pueden estar asociadas en la dirección circunferencial también tres superficies polares de las bobinas de tres componentes electromagnéticos consecutivos en la dirección circunferencial, donde el control está configurado entonces de tal forma que para el accionamiento del rotor después de su rotación en una distancia angular que corresponde a la distancia angular entre componentes electromagnéticos que se suceden unos detrás de otros en la dirección circunferencial, conmuta la polaridad de uno de cada tres componentes electromagnéticos que se suceden unos detrás de otros en la dirección circunferencial, de manera que se obtiene una máquina trifásica.

En principio, a cada superficie polar de los imanes permanentes pueden estar asociadas en la dirección circunferencial también más de tres superficies polares de las bobinas de componentes electromagnéticos que se suceden unos detrás de otros en la dirección circunferencial, donde el control está configurado entonces de tal forma que para el accionamiento del rotor después de una rotación del mismo en una distancia angular que corresponde a la distancia angular entre los componentes electromagnéticos consecutivos, se conmuta en cada caso la polaridad de uno de los componentes electromagnéticos, que se suceden otros detrás de otros en la dirección circunferencial, del grupo de componentes electromagnéticos que está asociado a un imán permanente.

A través de la interconexión respectiva de las bobinas de dos grupos, que se suceden uno detrás de otro en la dirección circunferencial, de componentes electromagnéticos asociados en cada caso a un imán permanente, se reduce claramente el gasto de construcción de la electrónica de potencia que conmuta la polaridad de las bobinas con respecto a una activación individual de cada bobina particular. De esta manera, se reduce el circuito de control eléctrico en una máquina bifásica a un control de vibrador bifásico con amplitud y frecuencia variables. Entre dos segmentos magnéticos en forma de casquillo opuestos se encuentran las cuatro bobinas de cuatro componentes electromagnéticos. Se conmutan al mismo tiempo la primera y la tercera y en la etapa siguiente la segunda y la cuarta bobinas. La polaridad de la primera y de la tercera así como de la segunda y de la cuarta bobinas son opuestas. La primera y la tercera así como la segunda y la cuarta bobinas pueden estar cableadas también fijamente entre sí, puesto que la tercera y la cuarta bobinas son activadas en cada caso de forma simétrica de espejo con respecto a la primera y la segunda bobinas. Por lo tanto, también es posible realizar en la práctica una activación de cuatro fases con un control bifásico.

El sentido de giro y el número de revoluciones del motor se puede determinar porque el punto de conmutación para las bobinas para una conmutación desde una polaridad a otra se activa a través de un generador de posición, que detecta la posición giratoria relativa del rotor en la carcasa. El punto de conmutación para la activación de la bobina es determinado, por lo tanto, a través del sensor, que predetermina la frecuencia. En este caso, la frecuencia de conmutación no es idéntica al número de revoluciones del motor, sino que se aplica para un segmento magnético. Si el motor está constituido por diez segmentos con dos impulsos de conmutación por fase y segmento, entonces resulta de esta manera una frecuencia de conmutación de 20 veces con respecto al número de revoluciones del motor.

Como generador de posición del motor está previsto en este caso de manera conveniente un sensor que detecta sin contacto la posición giratoria relativa, especialmente un sensor óptico.

Los componentes electromagnéticos pueden estar retenidos con ventaja en cada caso sobre elementos de soporte especiales que se pueden montar en cada caso en una abertura asociada en la pared circunferencial de la carcasa, de tal forma que las superficies polares de las bobinas de los componentes electromagnéticos están en una posición de montaje determinada en alineación con respecto a las superficies polares de los imanes permanentes entre los discos de rodete. En el caso de deterioro o de fallo de la bobina de componentes electromagnéticos individuales, éstos componentes electromagnéticos pueden ser desmontados y reparados individualmente pueden ser substituidos por componentes electromagnéticos nuevos funcionales.

Como una alternativa, también es concebible la disposición premontada de los componentes electromagnéticos en un soporte de fijación de forma anular, que está retenido, por su parte, en el interior de la carcasa. Sin embargo, esta configuración presupone la posibilidad del montaje separado de al menos uno de los discos del rodete del rotor.

Los componentes electromagnéticos pueden presentar en cada caso también dos bobinas separadas con sentido de arrollamiento opuesto, es decir, arrollamientos diferenciales de polaridad invertida, que pueden ser activados entonces opcionalmente a través de una instalación eléctrica o electrónica. De esta manera se puede invertir entonces la polaridad del componente electromagnético respectivo -en función de la activación de l arrollamiento respectivo de la bobina a través de la activación electrónica.

Cuando la máquina según la invención debe emplearse como generador, los extremos de las líneas eléctricas que forman el arrollamiento de las bobinas de cada componente electromagnético están conectados de una manera conveniente en las conexiones de entrada de un circuito rectificador separado, estando interconectados entonces los circuitos rectificadores en el lado de salida sobre una pareja de líneas colectoras de electricidad. La corriente continua compuesta por la suma de las corrientes continuas generadas en las bobinas individuales a través del circuito rectificador asociado en cada caso puede ser tomada entonces en la línea colectora. Esta configuración se recomienda especialmente cuando el generador es accionado con números de revoluciones alternos, como puede ser el caso en la generación de corriente eléctrica con fuerza eólica en instalaciones de energía eólica con patas de rotor sin ajuste de las palas en virtud de las diferentes velocidades e intensidades del viento.

La corriente continua generada a través de un generador de este tipo se puede transformar entonces en un circuito vibrador electrónico conectado a continuación en una corriente alterna o bien en una corriente trifásica de acuerdo con la red.

A continuación se explica en detalle la invención en la siguiente descripción de ejemplos de realización en combinación con el dibujo, y en particular:

La figura 1 muestra una sección media longitudinal extendida a través del eje de giro del árbol del rotor a través de un primer ejemplo de realización de una máquina eléctrica según la invención con una serie de componentes electromagnéticos y dos discos de rodete exteriores.

La figura 2 muestra una sección media longitudinal, que corresponde en la conducción de la sección a la figura 1, a través de un segundo ejemplo de realización con dos series de componentes electrónicos, que están distanciadas entre sí en la dirección longitudinal y adicionalmente con un disco de rodete central, que está previsto entre las dos series de componentes electromagnéticos.

La figura 3 muestra una vista en sección de la máquina eléctrica según la figura 1, vista en la dirección de las flechas 3-3 en la figura 1.

La figura 4 muestra una vista en sección a través del rotor de la máquina eléctrica mostrada en las figuras 1 y 3, en el plano de corte que corresponde a la figura 3.

La figura 5 muestra una vista en sección a través del rotor, vista en la dirección de las flechas 5-5 en la figura 4; y

La figura 6 muestra un diagrama esquemático de un componente electromagnético que se puede emplear en la máquina eléctrica según la invención en una forma de realización especial con dos arrollamientos de bobinas separados, aplicados con sentido de arrollamiento opuesto sobre el núcleo de las bobinas, que pueden ser activados de forma opcional por una instalación electrónica de control y de esta manera puede ser conmutados opcionalmente en la polaridad.

El ejemplo de realización de una máquina eléctrica según la invención mostrada en la figura 1, designada con 10 en general, se puede emplear en principio como motor o generador. La máquina 10 presenta una carcasa 12 que está constituida relativamente corta en el caso especial en dirección axial, que está compuesta por dos paredes frontales 14a, 14b de carcasa del tipo de disco de diámetro relativamente grande y por la pared circunferencial 16 de la carcasa propiamente dicha configurada prácticamente en un anillo cilíndrico de longitud relativamente larga. Las paredes frontales 14a, 14b de la carcasa y la pared circunferencial 16 de la carcasa están conectadas entre sí de manera desmontable por medio de tornillos -no mostrados- o de otros medios de fijación, pudiendo estar dividida la pared circunferencial 16 de la carcasa, para facilitar el montaje y desmontaje de la máquina 10, también en un plano de separación que se extiende a través del eje medio longitudinal de la carcasa, en dos mitades de la pared circunferencial que se pueden atornillar entre sí o que se pueden conectar de otra manera entre sí.

En las paredes frontales 14a, 14b está formado en cada caso en el centro un alojamiento de cojinete 20 para un cojinete radial 22, en el que está montado de forma giratoria un árbol 24 que atraviesa la pared frontal 14a de la carcasa.

En las regiones radialmente exteriores de los discos de rodete 26a, 26b están retenidos, en la dirección circunferencial de forma sucesiva unos detrás de otros, a distancias angulares uniformes, imanes permanentes 27, cuyas superficies polares interiores, es decir, que apuntan hacia el disco de rodete 26b, 26a opuesto respectivo, presentan diferente polaridad de manera sucesiva en la dirección circunferencial. También las superficies polares opuestas en la dirección axial de los imanes permanentes 27 de los dos discos de rodete tienen diferente polaridad. Los imanes permanentes 27 están retenidos en escotaduras de los discos del rodete 26a, 26b, estando interconectados imanes permanentes 27 sucesivos en la dirección circunferencial en cada caso a través de la conexión de sus superficies frontales alejadas de la bobina por medio de un yugo 27a de material magnético duro o blando que encierra en gran medida el campo magnético para formar un imán en forma de herramienta.

Sobre la pared exterior de la pared circunferencial 16 de la carcasa están dispuestos componentes electromagnéticos 28 -desplazados igualmente a distancias angulares uniformes- en cada caso con un núcleo de bobina 32 que lleva un arrollamiento de bobina 30 que está constituido por uno o varios conductores. Los extremos de los conductores del arrollamiento de bobinas 30 están conectados en una instalación electrónica de control, que alimenta la corriente eléctrica, que es alimentada a la instalación de control por una fuente de corriente eléctrica, de una manera controlada a las bobinas, de tal forma que en los componentes electromagnéticos 28 se genera un campo magnético giratorio, que en interacción con imanes permanentes 27 dispuestos sobre los discos de rodete 26a, 26b, tiene como consecuencia una rotación relativa del rotor y, por lo tanto, del árbol 24 con respecto a la carcasa 12. Por lo tanto, en combinación con el control electrónico mencionado -no mostrado- la máquina eléctrica según la figura 1 representa un motor de campo axial eléctrico sin escobillas, que puede ser accionado por una fuente de corriente continua. Cuando el árbol 24 es accionado en sentido inverso, se genera por los imanes permanentes 27 que giran con los discos del rodete (26a, 26b) en los componentes electromagnéticos 28 un campo eléctrico giratorio, que se puede tomar en los extremos de las bobinas 30 de los componentes electromagnéticos 28 y se puede utilizar como corriente continua a través de un circuito rectificador adecuado. A través de instalaciones electrónicas de control correspondientes se puede transformar también el campo eléctrico giratorio de forma alternativa en corriente trifásica o corriente alterna.

En la figura 2 se representa un ejemplo de realización designado en general con 10' de una máquina eléctrica según la invención, cuya potencia se eleva sin incrementar el diámetro porque en la dirección longitudinal de los árboles del rotor están dispuestas dos series distanciadas entre sí de componentes electromagnéticos en el interior de la carcasa. El rotor presenta, además de los dos discos de rodete exteriores 26a, 26b, conducidos por delante de las superficies frontales exteriores, que apuntan en dirección opuesta, de los núcleos de las bobinas de los componentes electromagnéticos 28, un tercer disco de rodete 26c guiado adicionalmente en el espacio intermedio entre las dos series de componentes electromagnéticos 28. En este disco central de rodete 26c están insertados imanes permanentes 27. De esta manera, se pueden mantener pequeños los intersticios de aire entre las superficies polares de los imanes permanentes 27 y las superficies frontales de los núcleos de bobinas 32 de los componentes electromagnéticos 28 en el disco central del rodete 26c y de esta manera se pueden evitar pérdidas a través de campos magnéticos dispersos. También aquí la pared circunferencial 16 de la carcasa puede estar dividida de nuevo por razones de montaje a lo largo de un plano medio.

Aparte de la segunda serie de componentes electromagnéticos 28 dispuestos desplazados en dirección axial y de la disposición del disco central del rodete 26c adicional, la máquina corresponde funcionalmente a la máquina eléctrica descrita anteriormente en conexión con la figura 1, de manera que, por lo demás, con respecto a la configuración de la máquina eléctrica 10' es suficiente remitir a la descripción precedente de la máquina 10, puesto que están asociados los mismos signos de referencia en las figuras del dibujo a los componentes funcionalmente iguales de las dos máquinas.

Se muestra claramente que es posible una elevación adicional de la potencia sin incremento del diámetro a través de la disposición de otra u otras series adicionales desplazadas axialmente de componentes electromagnéticos, entre las cuales está dispuesto entonces en cada caso de nuevo un disco de rodete adicional con imanes permanentes.

A partir de la vista en sección, representada de forma esquemática en la figura 3, de la máquina eléctrica 10 mostrada en la figura 1, se puede reconocer claramente que están dispuestos componentes electromagnéticos 28 -en total 24 en el caso representado- desplazados entre sí en distribución uniforme en la dirección circunferencial desde la pared circunferencial 16 de la carcasa 12.

El árbol 24 lleva -como se ha mencionado- el rotor fijado sobre el mismo de forma fija contra giro, que se representa también todavía separado en las figuras 4 y 5 y que presenta los dos discos del rodete 26a, 26b de material no magnético, distanciados entre sí y que se extienden radialmente hasta la proximidad de la pared circunferencial 16 de la carcasa, en los que están dispuestos los imanes permanentes 27 retenidos a distancias angulares uniformes de manera sucesiva en la dirección circunferencial, y en particular en el caso representado, en total, doce imanes permanentes, cuyas superficies polares internas, es decir, que apuntan hacia el disco del rodete 26b, 26a opuesto respectivo, presentan diferente polaridad de manera sucesiva en la dirección circunferencial. También las superficies polares, opuestas en dirección radial, de los imanes permanentes 27 de los dos discos del rodete 26a, 26b tienen diferente polaridad. Cada superficie polar de un imán permanente se extiende en la dirección circunferencial, en el ejemplo de realización representado, sobre dos superficies polares de los núcleos 32 de las bobinas de componentes electromagnéticos consecutivos en la dirección circunferencial.

Los extremos no mostrados de los conductores del arrollamiento 30 de las bobinas de los componentes electromagnéticos están conducidos fuera de la carcasa y están conectados entonces de manera conveniente en la instalación electrónica de control ya descrita, que alimenta la corriente eléctrica, que es alimentada por una fuente de corriente eléctrica, de una manera controlada a las bobinas de los componentes electromagnéticos, de tal forma que éstos generan el campo magnético giratorio, que en interacción con los imanes permanentes, que están dispuestos sobre los discos de rodete 26a, 26b, tiene como consecuencia la rotación del rotor y, por lo tanto, del árbol 24.

Los discos del rodete 26a, 26b están dispuestos en cada caso sobre las superficies frontales exteriores de un cuerpo de cubo 36 (figuras 4 y 5), desde el que se proyectan paredes radiales 38 en el espacio intermedio entre los discos del rodete 26a, 26b, cuya extensión radial está elegida de tal forma que los componentes electromagnéticos 28 que se proyectan radialmente desde la pared circunferencial 16 de la carcasa hacia dentro podrían entrar todavía radialmente en el espacio intermedio entre los discos del rodete 26a, 26b, sin chocar en los extremos radialmente exteriores de las paredes 38 radiales que se proyectan desde el cuerpo de cubo 36. En cada caso, entre dos paredes radiales 28 del cuerpo del cubo, que se suceden en la dirección circunferencial, están previstas adicionalmente paredes 38' radiales fijadas en las superficies interiores dirigidas entre sí de los discos del rodete 26a, 26b, con lo que se forman una serie de cámaras 40 consecutivas en la dirección circunferencial, que están cerradas en el interior por el cuerpo de cubo 36 y lateralmente por los discos del rodete 26a y 26b. Directamente por encima del cuerpo de cubo 36, en los dos discos del rodete 26a y 26b están previstos orificios de paso interiores 46 que conducen a las cámaras 40. Por lo tanto, cuando el rotor está girando, puede pasar aire a través de los orificios de paso 46 desde el interior de la carcasa a las cámaras 40 y allí es centrifugado radialmente hacia fuerza por medio de la fuerza centrífuga del rotor giratorio. Este aire que circula radialmente hacia fuera sale entonces desde las cámaras 40 e incide sobre los componentes electromagnéticos que se proyectan desde la pared circunferencial 16 de la carcasa 12 en el espacio intermedio entre los discos del rodete 26a, 26b y penetra a través de los espacios intermedios entre estos componentes, circula alrededor de éstos y puede pasar de nuevo más allá de la superficie circunferencial de los discos del rodete al espacio intermedio que se encuentra entre los discos del rodete 26a, 26b y las paredes frontales 14a, 14b de la carcasa. Por lo tanto, el rotor formado por el cuerpo de cubo, las paredes radiales 38 y 38' y los discos del rodete 26a, 26b representa al mismo tiempo la rueda motriz de un soplante, que provoca una corriente de circulación forzada del aire incluido en la carcasa o -en casos especiales- de un relleno de gas introducido allí. Tan pronto como la temperatura en la corriente de circulación forzada se eleva por encima de la temperatura ambiental, se cede calor a través de la carcasa, es decir, a través de la pared circunferencial 16 de la carcasa y las paredes frontales 14a y 14b de la carcasa hacia la atmósfera exterior. A través de la formación de nervaduras en las superficies de la carcasa se puede favorecer tanto la transmisión de calor por la corriente de circulación forzada en el interior de la carcasa sobre la carcasa como también la disipación de calor desde la carcasa a la atmósfera circundante. En lugar de la corriente de circulación forzada en el interior de la carcasa se puede llevar a cabo también una refrigeración con aire exterior, cuando en las paredes frontales 14a y 14b de la carcasa se prevén entradas de aire aproximadamente en alineación con los orificios de paso 46 en los discos del rodete 26a, 26b y se prevén orificios de salida para el aire circundante transportado en la pared circunferencial 16 de la carcasa en la región entre los componentes electromagnéticos 28.

En la figura 6 se representa de forma esquemática el circuito de un componente electromagnético 28 de una forma de realización especial de los componentes electromagnéticos, cuyo núcleo de las bobinas lleva dos arrollamientos de bobina 30a y 30b arrollados superpuestos en sentido de arrollamiento opuesto. Se puede reconocer que los extremos de los dos arrollamientos de bobinas 30a, 30b están conectados en la misma línea que conduce corriente, mientras que los otros extremos de los dos arrollamientos de bobina están conectados en cada caso en una línea separada que conduce hacia una unidad electrónica de control EC, a través de la cual se puede conectar la segunda línea de corriente opcionalmente sobre el primer arrollamiento de la bobina 30a o sobre el segundo arrollamiento de la bobina 30b.

Con respecto a la representación del arrollamiento de las bobinas mostrada en la figura 6 hay que indicar todavía que el arrollamiento de la bobina 30a se representa aquí sólo por la mitad, para poder representar la parte superior del arrollamiento de la bobina 30b que se encuentra debajo del mismo. En la práctica, el arrollamiento 30a se extiende sobre toda la longitud del núcleo 32 de la bobina. En tal caso, se habla también de arrollamientos diferenciales de polaridad invertida.

Se muestra claramente que en el marco de la idea de la invención se pueden realizar variaciones y desarrollos de los ejemplos de realización descritos de la máquina eléctrica 10 ó 10'.

En el caso de funcionamiento de la máquina eléctrica 10 como motor eléctrico, en lugar del accionamiento giratorio presupuesto en la descripción a través del árbol 24, como una alternativa se puede fijar el árbol 24 por medio de una pestaña adecuada en un componente rígido. En el caso de alimentación de corriente al motor, se desplaza entonces la carcasa 12 en rotación. En esta configuración, la máquina eléctrica se puede emplear, por ejemplo, como motor de cubo de rueda para el accionamiento de vehículos directamente en las ruedas. Para no tener que activar entonces los componentes electromagnéticos 28, que girarían en este caso, en efecto, junto con la carcasa 2, a través de contactos deslizantes o escobillas con corriente eléctrica, se intercambia de una manera conveniente la disposición de los imanes permanentes 27 y de los componentes electromagnéticos 28, es decir, que se disponen los componentes electromagnéticos en el rotor retenido ahora de forma no giratoria en el árbol fijo, mientras que se disponen los imanes permanentes 27 sobre las superficies interiores de la carcasa, es decir, sobre las superficies interiores de las paredes frontales 14a, 14b de la carcasa. Entonces se trata prácticamente de una inversión cinemática de la máquina eléctrica 10. La alimentación de corriente hacia los componentes electromagnéticos se realiza entonces a través de conductos de alimentación tendidos fijamente en el árbol.

Claims (19)

1. Máquina eléctrica (10; 10') con un rotor (26a, 26b; 26c; 36) montado de forma giratoria en una carcasa (12) con árbol de rotor (24) conducido fuera de la carcasa (12), con una pluralidad de componentes electromagnéticos (28) dispuestos de forma estacionaria en la carcasa a distancias angulares uniformes y espaciados del eje de giro del rotor, con un núcleo de bobina (32) respectivo que lleva un arrollamiento de bobina (30), que está constituido por uno o varios conductores y con imanes permanentes (27) retenidos fijos contra giro en o junto al rotor, dispuestos a distancias angulares uniformes, alineados con una superficie polar respectiva opuestos a las superficies frontales de los núcleos de las bobinas (32), con polaridad sucesivamente opuesta en cada caso en la dirección circunferencial, donde los núcleos de las bobinas (32) de los componentes electromagnéticos (28) están dispuestos en el interior de la carcasa paralelamente al eje de giro del árbol del rotor (24), de tal forma que sus superficies frontales opuestas se encuentran en cada caso en dos planos distanciados entre sí, que se extienden en ángulo recto con respecto al eje de giro de los árboles de rotor y los extremos de los conductores eléctricos, que forman los arrollamientos de la bobina (30), de los componentes electromagnéticos (28) individuales están interconectados a través de una instalación de control eléctrica o electrónica para formar al menos dos conexiones eléctricas y el rotor presenta al menos dos discos de rotor (26a, 26b; 26c) externos que se extienden radialmente hasta delante de las superficies frontales de los núcleos de las bobinas, en los que los imanes permanentes (27) están retenidos alineados con sus superficies polares con respecto a las superficies frontales de los núcleos de las bobinas asociados en cada caso, y en su región radialmente interna están previstos orificios de paso (46), caracterizada

porque parejas respectivas de brazos consecutivos en la dirección circunferencial, provistos en los extremos libres dirigidos hacia las bobinas en cada caso con una superficie polar de diferente polaridad, de los imanes permanentes (27) previstos en los dos discos de rodete (26a, 26b) exteriores opuestos entre sí están conectadas entre sí en las regiones extremas alejadas de la superficie polar en cada caso por medio de un yugo (27a) de material magnético blando o de material magnético duro, que encierra en gran medida el campo magnético,

porque los discos del rodete (26a, 26b) están conectados entre sí a través de paredes (38; 38') que se extienden radialmente, que forman la cavidad entre los discos de rodete en una pluralidad de cámaras (40) desplazadas entre sí en la dirección circunferencial y que están abiertas hacia los componentes electromagnéticos (28), y

porque los orificios de paso (46) radialmente interiores previstos en los discos del rodete (26a, 26b) desembocan en cada caso en las cámaras (40) del rotor.

2. Máquina según la reivindicación 1, caracterizada porque en el interior de la carcasa está prevista una serie de componentes electromagnéticos (28), y porque el rotor presenta dos discos de rodete (26a, 26b) exteriores guiados sobre lados opuestos delante de las superficies frontales de los núcleos de las bobinas de los componentes electromagnéticos (28).

3. Máquina según la reivindicación 1, caracterizada porque en el interior de la carcasa están dispuestas dos o más series de componentes electromagnéticos (28) distanciadas entre sí en la dirección longitudinal del árbol del rotor, donde el rotor presenta además de los dos discos de rodete (26a, 26b) exteriores, guiados delante de las superficies frontales exteriores de los núcleos de bobinas (32) de las series más exteriores, que apuntan en direcciones opuestas, en cada caso un disco de rodete (26c) adicional con imanes permanentes (27), guiado en el espacio intermedio entre series vecinas de componentes electromagnéticos (28) delante de sus superficies frontales dirigidas entre sí, y las superficies polares de diferente polaridad de los imanes permanentes (27), que se encuentran libremente en cada caso sobre lados opuestos del disco de rodete adicional respectivo, están alineadas en dirección radial con respecto a las superficies frontales de los núcleos de las bobinas (32) de las series de componentes electromagnéticos.

4. Máquina según una de las reivindicaciones anteriores 1 a 3, caracterizada porque el interior de la carcasa está cerrado herméticamente hacia la atmósfera exterior.

5. Máquina según la reivindicación 4, caracterizada porque el lado exterior y/o el lado interior de la carcasa (12) está provisto con nervaduras para el incremento de sus superficies de cesión y de absorción de calor, respectivamente.

6. Máquina según la reivindicación 5, caracterizada porque sobre las superficies interiores, dirigidas hacia el rotor, de las paredes frontales (14a; 14b) de la carcasa están previstas nervaduras que se extienden radialmente, entre las cuales están formados canales radiales para el retorno de la atmósfera gaseosa que circula en el interior de la carcasa.

7. Máquina según la reivindicación 6, caracterizada porque canales radiales están cerrados, además, en el lado de los discos del rodete por medio de una placa metálica, de tal forma que entre las paredes radiales (38; 38') se forman canales cerrados conectados con el interior de la carcasa, abiertos solamente en el extremo radialmente interno y en el extremo radialmente externo, a través de los cuales se lleva a cabo el retorno del aire en circulación.

8. Máquina según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque están previstos orificios de entrada de aire en las regiones de la carcasa (12) que están opuestas a los orificios de paso (46) en los discos de rodete (26a; 26) y están previstos en la carcasa (12) orificios de salida de aire que están desplazados radialmente hacia fuera.

9. Máquina según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque componentes electromagnéticos (28) están previstos dispuestos en este caso a distancias regulares en la dirección circunferencial y se proyectan desde el lado interior de la pared circunferencial (16) de la carcasa dentro del espacio intermedio formado entre los discos de rodete (26a, 26b).

10. Máquina eléctrica según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque cada superficie polar de los imanes permanentes (27) presenta en la dirección circunferencial una extensión que cubre dos superficies polares de las bobinas (30, 32) de dos componentes electromagnéticos (28) consecutivas en la dirección circunferencial, y porque el control está configurado de tal forma que para el accionamiento del rotor, después de que el rotor ha girado en la medida de un espaciamiento angular, que corresponde al espaciamiento angular entre los componentes electromagnéticos que se suceden uno detrás de otro en la dirección periférica, los medios de control conmutan de manera sucesiva la polaridad de uno de cada dos los componentes electromagnéticos (28) que se suceden unos detrás de otros en la dirección periférica, del grupo de los componentes electromagnéticos asociados con el imán permanente.

11. Máquina eléctrica según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque a cada superficie polar de los imanes permanentes (27) pueden estar asociadas en la dirección circunferencial también tres superficies polares de las bobinas (30, 32) de tres componentes electromagnéticos (28) consecutivos en la dirección circunferencial, y porque el control está configurado entonces de tal forma que para su accionamiento después de su rotación en una distancia angular que corresponde a la distancia angular entre componentes electromagnéticos que se suceden unos detrás de otros en la dirección circunferencial, conmuta la polaridad del tercer componente electromagnético (28) que se suceden unos detrás de otros en la dirección circunferencial.

12. Máquina eléctrica según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque a cada superficie polar de los imanes permanentes (27) pueden estar asociadas en la dirección circunferencial también más de tres superficies polares de las bobinas de componentes electromagnéticos (28), que se suceden unos detrás de otros en la dirección circunferencial, y porque el control está configurado entonces de tal forma que para el accionamiento del rotor después de una rotación del mismo en una distancia angular que corresponde a la distancia angular entre los componentes electromagnéticos consecutivos, se conmuta en cada caso la polaridad de uno de los componentes electromagnéticos (28), que se suceden otros detrás de otros en la dirección circunferencial, del grupo.

13. Máquina según una de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizada porque a la instalación de control para la resolución de la conmutación de la polaridad de los componentes electromagnéticos (28) está asociado un generador de posición que explora la posición giratoria relativa del rotor en la carcasa (12).

14. Máquina según la reivindicación 13, caracterizada porque el generador de posición está configurado como sensor que detecta sin contacto la posición giratoria relativa del rotor con respecto a la carcasa (12), especialmente como sensor óptico.

15. Máquina según una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizada porque los componentes electromagnéticos (28) están retenidos en cada caso sobre elementos de soporte especiales que se pueden montar en cada caso en una abertura asociada en la pared circunferencial (16) de la carcasa (12), de tal forma que las superficies polares de las bobinas de los componentes electromagnéticos (28) están en una posición de montaje determinada en alineación con respecto a las superficies polares de los imanes permanentes (27) entre los discos de rodete.

16. Máquina según una de las reivindicaciones 4 a 14, caracterizada porque los componentes electromagnéticos (28) están premontados, en general, en un soporte de fijación de forma anular, que está retenido, por su parte, en el interior de la carcasa.

17. Máquina según una de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizada porque Los componentes electromagnéticos (28) presentan, respectivamente, dos arrollamientos de bobinas especiales con sentido de giro opuesto (arrollamientos diferenciales 30a y 30b, respectivamente, con polaridad invertida) y porque está prevista una instalación de control eléctrica o electrónica (EC) para la activación de uno de los arrollamientos respectivos (30a; 30b) de las bobinas.

18. Máquina que trabaja como generador según una de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizada porque los extremos de los conductores eléctricos de cada componente electromagnético (28) que forman el arrollamiento (30) de las bobinas están conectados de una manera conveniente en las conexiones de entrada de un circuito rectificador separado, y porque los circuitos rectificadores están conectados entonces en el lado de salida sobre una pareja de líneas colectoras de electricidad.

19. Máquina según la reivindicación 18, caracterizada porque aguas abajo del generador está conectado un circuito vibrador electrónico para la transformación de la corriente continua generada en una corriente alterna o bien corriente trifásica de acuerdo con la red.