ES2200580T3 - Maquina electrica giratoria con imanes permanentes y resistencia magnetica con propiedades de atenuacion de flujo mejoradas. - Google Patents

Abstract

Máquina eléctrica giratoria, especialmente un alternador o un alternador-motor de arranque para vehículo automóvil, que comprende un estator (10) equipado con bobinados de inducido (18) y un rotor (20) montado rotativo en el interior del estator, poseyendo el rotor una serie de imanes (22N, 22S; 122N, 122S; 222N, 222S) de polaridades alternas unidos por partes magnéticas de reluctancia (24a, 24b; 124a, 124b; 224a, 224b) asociadas respectivamente a dichos imanes, y cada conjunto de un imán y de una parte magnética asociada define un polo del rotor, caracterizado por el hecho de que cada una de las partes magnéticas está individualmente asociada a un imán, y por el hecho de que por lo menos algunos de dichos polos poseen alternativamente, según una dirección generalmente transversal, un imán (22S; 122S; 222S) seguido de su parte magnética (24a; 124a; 224a) y un imán (22N; 122N; 222N) precedido de su parte magnética (24b; 124b; 224b).

Description

Máquina eléctrica giratoria con imanes permanentes y resistencia magnética con propiedades de atenuación de flujo mejoradas.

La presente invención se refiere de un modo general a las máquinas eléctricas giratorias, y en particular a una máquina giratoria síncrona que posee un rotor de imanes permanentes.

En el estado de la técnica se conoce una máquina giratoria cuyo rotor posee una serie de imanes permanentes situados en la superficie u ocultos a una cierta distancia por debajo de la superficie del rotor, a fin de definir un reparto adecuado de polos Sur y Norte.

Dado que una máquina de este tipo posee una excitación permanente impuesta por los imanes, es necesario prever dispositivos para autorizar un deflujo de la máquina, es decir la circulación de un flujo que no coopera magnéticamente con los arrollamientos de inducido formados en el estator, en particular en el caso en que esta máquina opera en condiciones de funcionamiento con carga débil.

Una solución conocida a este problema se ilustra en la figura 1, en la que se ha ilustrado un rotor 20 que comprende imanes 22S que definen polos sur e imanes 22N que definen polos norte, en alternancia. Esta solución conocida consiste en interponer entre cada par de imanes adyacentes una pieza magnética de deflujo 24, piezas aptas para cooperar con los polos del estator para autorizar el deflujo requerido.

Por otra parte, se ha ilustrado en la figura 2, de forma desarrollada, el comportamiento esquematizado de este rotor en cooperación con un estator 10 que posee dientes 16 delimitados por muescas 14 que acogen bobinados de inducido 18, con un flujo inducido FI creado por los imanes y un flujo inverso de deflujo FD. Se observa en esta figura que el flujo inducido y el flujo de deflujo son mal individualizados, y se ha constatado que esta superposición parcial de los flujos inducidos y de los flujos de deflujo, que circulan en sentidos inversos, limita las capacidades de deflujo de la máquina.

El documento EP-A-0695018 describe una máquina eléctrica giratoria de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

La presente invención tiene como primer objeto paliar este inconveniente.

Otro objeto de la invención es el de reducir las ondulaciones de pares encontrados durante el funcionamiento de la máquina.

De este modo, la presente invención propone una máquina eléctrica giratoria del tipo definido en la reivindicación 1.

Aspectos preferibles, pero no limitativos, de la máquina giratoria de la presente invención son definidos en las reivindicaciones dependientes.

Otros aspectos, objetos y ventajas de la presente invención se pondrán de manifiesto con la lectura de la descripción detallada siguiente de diversas formas de realización de ésta, dada a título de ejemplo no limitativo y hecha en referencia a los dibujos anexos, en los cuales, además de las figuras 1 y 2 ya descritas:

- la figura 3 es una vista esquemática desarrollada de una parte del estator y de una parte del rotor de una máquina según una primera forma de realización de base de la presente invención,

- la figura 4 ilustra el comportamiento de la máquina de la figura 3 en una situación de funcionamiento normal,

- la figura 5 ilustra el comportamiento de esta misma máquina en una situación de funcionamiento en deflujo,

- la figura 6 es una vista parcial de una máquina giratoria según la invención,

- la figura 7 es una vista parcial del rotor de una máquina según una variante de ejecución,

- la figura 8 es una vista desarrollada en plano del rotor de una máquina según un segundo modo de realización de la invención,

- la figura 9 es una vista en perspectiva del rotor correspondiente a la vista desarrollada de la figura 8,

- la figura 10 es una vista desarrollada en plano del rotor de una máquina según un tercer modo de realización de la invención, y

- la figura 11 es una vista en perspectiva del rotor correspondiente a la vista desarrollada de la figura 10.

Comenzando en referencia a la figura 3, se ha representado esquemáticamente de forma desarrollada una máquina giratoria que comprende un estator externo 10 de construcción clásica, cuya carcasa 12 define una pluralidad de muescas 14 delimitadas dos a dos por dientes 16 que forman polos. Las muescas 14 acogen bobinados de inducido 18, monofásicos o polifásicos.

El rotor 20 comprende en su periferia dos imanes 22N y 22S de flujo radial, dispuestos en la periferia del rotor, y dos piezas magnéticas de reluctancia 24a y 24b. Los dos imanes son adyacentes el uno del otro, igual que las piezas magnéticas 24a y 24b. En la práctica, se encontrará en sucesión en la periferia del rotor, en dirección tangencial, un par de imanes 22N, 22S, después un par de piezas magnéticas 24a, 24b, a continuación un nuevo par de imanes, y así sucesivamente.

Un paso polar PP del rotor es determinado por la extensión en dirección tangencial (que corresponde a la dirección horizontal en la figura 3), de un imán del tipo de 22N acumulado con la extensión de la pieza magnética adyacente 24b (polo norte). Igualmente, otro paso polar de la misma extensión está determinado por las extensiones acumuladas de un imán 22S y de la pieza magnética adyacente 24a (polo sur). Se comprende que, según la invención, mientras que un polo dado está constituido, en un sentido tangencial dado, por la sucesión de una parte formada por un imán seguida por una parte de reluctancia para el deflujo, el polo siguiente está constituido, en el mismo sentido tangencial, por la sucesión de una parte de reluctancia seguida de una parte de imán.

kA y kR son coeficientes, ambos inferiores a 1 y que verifican kA + kR = 1, representativos de las extensiones relativas del imán y de la pieza magnética en el paso polar correspondiente.

Gracias a una estructura de rotor de este tipo, y en particular gracias al reagrupamiento de imanes yuxtapuestos permanentes correspondiente a dos polos sucesivos n y n+1, y al reagrupamiento de las piezas magnéticas correspondiente a dos polos sucesivos n+1 y n+2, se mejoran las cualidades de deflujo de la máquina. Se ha constatado igualmente que esta disposición permite ventajosamente reducir las ondulaciones de par durante el funcionamiento de la máquina.

En particular, y en referencia a la figura 4, se observa que en funcionamiento normal, el flujo magnetizante del inducido FM, que circula aquí en el mismo sentido que el flujo FA creado por los imanes en los polos del estator, está bien individualizado con respecto al flujo de los imanes. Como corolario, y como se muestra en la figura 5, un flujo de deflujo FD orientado en sentido inverso del flujo magnetizante de la figura 4 se encontrará asimismo individualizado con respecto al flujo de los imanes FA. De este modo, para un coeficiente kR dado, se podrá mejorar la cantidad de flujo de deflujo posible porque el flujo de los imanes no crea ninguna barrera significativa a éste.

Se observa que la elección de los coeficientes kA y kR permite ajustar la capacidad de deflujo de la máquina. Se obtiene un amplio rango de deflujos para kR próximo a kA, es decir, kA y kR próximos a 0,5.

Una máquina giratoria según la invención presenta otras ventajas; en particular, el hecho de que dos imanes puedan ser reagrupados en una muesca común simplifica el recorte de las chapas destinadas a ser apiladas para formar la carcasa del rotor; además, se puede prever realizar los imanes 22N y 22S en un solo bloque, que será imantado in situ a fin de definir el imán 22N perteneciente a un polo norte y el imán 22S perteneciente a un polo sur.

La figura 6 ilustra parcialmente una máquina giratoria según la invención, que posee dos pares de polos. De este modo, el rotor posee en su periferia dos pares de imanes 22N, 22S alternados con dos pares de piezas magnéticas 24a y 24b.

Aquí el estator es un estator trifásico.

Por supuesto, se puede prever un rotor con un número cualquiera de pares de imanes alternados con piezas magnéticas.

La figura 7 ilustra una variante de realización de la invención, según la cual los imanes 22N y 22S no están dispuestos en superficie, sino ocultos a una profundidad dada en la carcasa del rotor.

En referencia a las figuras 8 y 9, se ha ilustrado un rotor que posee imanes triangulares de flujo axial. Concretamente, un imán norte 122N presenta la forma general de un triángulo rectángulo uno de cuyos lados mayores es paralelo al eje de rotación y uno de cuyos lados menores aflora a un extremo axial del rotor para definir un polo. Este imán norte 122N es adyacente, por su lado mayor, al lado mayor de un imán sur 122S orientado a continuación, que define en su lado menor un polo en el extremo opuesto. Partes magnéticas de reluctancia 124a, 124b se extienden a lo largo de los imanes a partir de sus hipotenusas.

Se pueden incluso prever un número cualquiera de pares de imanes 122N, 122S en alternancia con un número correspondiente de pares de piezas magnéticas.

Una estructura de rotor de este tipo está adaptada especialmente para cooperar con un bobinado de sobreexcitación o de desexcitación de flujo axial dispuesto en el estator.

Las figuras 10 y 11 ilustran la aplicación de la presente invención al caso de un rotor de uñas.

Un rotor de uñas de este tipo posee, de modo clásico, una primera pieza 201 que posee una primera serie de uñas generalmente triangulares 211 y una segunda pieza 202 que posee una segunda serie de uñas generalmente triangulares 212, y estas uñas se imbrican las unas en las otras.

En este caso, cada uña 211 de la primera serie posee, en un sentido tangencial dado (de izquierda a derecha en la figura 10), una pieza magnética de reluctancia 224b seguida por un imán 222N que define un polo norte, mientras que cada uña 212 de la segunda serie posee, en el mismo sentido, un imán 222S que define un polo sur seguido por una pieza magnética de reluctancia 224a. De este modo se tiene una estructura de imanes y de piezas magnéticas de reluctancia análoga a la de las figuras 3 a 6.

En particular, en función de la capacidad de deflujo deseada, se puede, como ya se ha indicado, jugar sobre las extensiones relativas de los imanes y de las piezas magnéticas de reluctancia.

La presente invención se aplica especialmente a los alternadores y a los alternadores-motores de arranque de vehículos automóviles.

Claims (8)

1. Máquina eléctrica giratoria, especialmente un alternador o un alternador-motor de arranque para vehículo automóvil, que comprende un estator (10) equipado con bobinados de inducido (18) y un rotor (20) montado rotativo en el interior del estator, poseyendo el rotor una serie de imanes (22N, 22S; 122N, 122S; 222N, 222S) de polaridades alternas unidos por partes magnéticas de reluctancia (24a, 24b; 124a, 124b; 224a, 224b) asociadas respectivamente a dichos imanes, y cada conjunto de un imán y de una parte magnética asociada define un polo del rotor, caracterizado por el hecho de que cada una de las partes magnéticas está individualmente asociada a un imán, y por el hecho de que por lo menos algunos de dichos polos poseen alternativamente, según una dirección generalmente transversal, un imán (22S; 122S; 222S) seguido de su parte magnética (24a; 124a; 224a) y un imán (22N; 122N; 222N) precedido de su parte magnética (24b; 124b; 224b).

2. Máquina según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que el rotor (20) posee, según dicha dirección generalmente tangencial, pares de imanes adyacentes (22N, 22S; 122N, 122S; 222N, 222S) correspondientes a polos n y n+1 en alternancia con pares de partes magnéticas adyacentes (24a, 24b; 124a, 124b; 224a, 224b) correspondientes a polos n+1 y n+2.

3. Máquina según una de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizada por el hecho de que los imanes (22N, 22S; 222N, 222S) son imanes de flujo radial.

4. Máquina según la reivindicación 3, caracterizada por el hecho de que los imanes (22N, 22S; 222N, 222S) están montados en superficie.

5. Máquina según la reivindicación 3, caracterizada por el hecho de que los imanes (22N, 22S; 222N, 222S) están ocultos a una distancia predeterminada por debajo de la superficie del rotor.

6. Máquina según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada por el hecho de que el imán (22N; 22S) y la parte magnética asociada (24a, 24b) en un mismo polo presentan extensiones (kA.PP; kR.PP) próximas en dicha dirección circunferencial.

7. Máquina según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada por el hecho de que los imanes (122N, 122S; 222N, 222S) presentan una forma generalmente triangular, y dos imanes sucesivos están orientados de forma contigua.

8. Máquina según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada por el hecho de que los polos del rotor son definidos por uñas imbricadas (211, 212) de dos partes del rotor (201, 202).