ES2202756T3 - Motor electrico del tipo con rotor con imanes permanentes. - Google Patents
Motor electrico del tipo con rotor con imanes permanentes.Info
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Abstract
EN UN MOTOR ELECTRICO CON ROTOR DE IMAN PERMANENTE EN EL QUE UN IMAN PERMANENTE ES EMBEBIDO EN UN ROTOR, UN IMAN PERMANENTE UTILIZADO COMO POLO MAGNETICO DE UNA POLARIDAD EN UN NUCLEO DEL ROTOR Y OTRO IMAN PERMANENTE UTILIZADO COMO POLO MAGNETICO DE LA OTRA POLARIDAD TIENEN DIFERENTES CONFIGURACIONES Y MATERIALES, DE MANERA QUE PUEDE AUMENTARSE EL RANGO SELECCIONADO PARA LA DENSIDAD DE FLUJO MAGNETICO Y EL MOMENTO DE TORSION RELUCTANTE DEL MOTOR ELECTRICO CON ROTOR MAGNETICO PERMANENTE.
Description
Motor eléctrico del tipo con rotor con imanes
permanentes.
Esta invención se refiere a un motor eléctrico
que tiene un imán permanente en el rotor, tal como un motor de DC
sin escobillas, o similar, y más específicamente, a un motor
eléctrico en el que la densidad de flujo magnético, el par de
reluctancia, etc., pueden ser establecidos selectivamente,
apropiadamente para un compresor de un acondicionador de aire, por
ejemplo.
En un motor eléctrico del tipo que se ha descrito
anteriormente, un imán permanente se incrusta en el núcleo de un
rotor interno del motor eléctrico, habiéndose representado un
ejemplo del mismo en la Figura 26, la cual constituye una vista en
planta que muestra el interior de este motor eléctrico desde un
plano ortogonal al eje de rotación.
En el dibujo, un núcleo 2 del rotor ha sido
dispuesto en el interior de un núcleo 1 de estátor, por ejemplo,
que tiene 24 ranuras, en el que gira un imán de campo. En este
caso, el número de polos del motor eléctrico es de cuatro, por lo
que se han dispuesto cuatro imanes permanentes 3 en el núcleo 2 del
rotor, de acuerdo con el número de polos.
Los imanes 3 permanentes están formados, cada uno
de ellos, por una placa a modo de banda, con una sección
transversal de forma rectangular, y se han dispuesto de modo que
tengan espacios iguales por el lado del círculo externo del núcleo 2
del rotor en dirección circunferencial, para ser embebidos en el
interior del núcleo 2 del rotor según una dirección perpendicular
al papel de la Figura 26.
Entre imanes 3 permanentes adyacentes, se han
formado orificios 4, como barrera de flujo, para evitar el
cortocircuitado y la fuga de flujo magnético entre los imanes 3
permanentes adyacentes. En este ejemplo, el orificio 4 ha sido
representado como orificio triangular, y se encuentra situado en
cada extremo del imán 3 permanente. En el centro del núcleo 2 del
rotor, se ha formado un orificio 5 central para que pase un eje
giratorio (no representado) a su través.
En esta situación, cuando la distribución de
flujo magnético en una porción de entrehierro (entre los dientes
del núcleo 1 de estátor y los imanes 3 permanentes), provocada por
cada imán 3 permanente, está en estado de onda seno, el par torsor
T del motor eléctrico viene dado como T =
Pn{\Phia\cdotIa\cdotcos\beta - 0,5(Ld
Lq)\cdotIa^{2}\cdotsen2\beta}, donde T es el par de
salida, \Phia es el acoplamiento inductivo de la armadura
causado por el imán 3 permanente sobre los ejes coordenados "d"
y "q", Ld y Lq son la inductancia del eje "d" y la
inductancia del eje "q", respectivamente, Ia es la amplitud de
la corriente de armadura sobre los ejes coordenados "d" y
"q", \beta es el ángulo de ataque de la corriente de
armadura desde el eje "q" sobre los ejes coordenados "d"
y "q", y Pn es un logaritmo polar.
En la expresión anterior, el primer término
expresa un par magnético generado por los imanes 3 permanentes, y
el segundo término expresa un par de reluctancia generado por la
diferencia entre la inductancia según el eje "d" y la
inductancia según el eje "q". Se hace referencia al tratado
publicado en T. IEE Japan, vol. 117-D, núm. 8, 1997,
para mayores detalles.
Típicamente, se utiliza un imán de ferrita y un
imán de tierra rara para el imán permanente 3 empleado en el motor
eléctrico del tipo mencionado anteriormente.
El imán de ferrita es de bajo coste, y se
encuentra disponible para la formación de imanes permanentes con
diversas configuraciones debido a su facilidad de conformación,
pero la densidad de flujo magnético es baja, impidiendo por tanto la
reducción de tamaño del núcleo del rotor.
Por otra parte, el imán de tierra rara posee una
alta densidad de flujo magnético, de modo que puede resultar fácil
la reducción de tamaño del núcleo rotor, pero la configuración del
imán permanente está limitada por dificultades de configuración del
mismo. Además, el imán de tierra rara tiene un coste más elevado que
el imán de ferrita.
Puesto que tanto el imán de ferrita como el imán
de tierra rara, tienen pros y contras como se ha explicado en lo
que antecede, convencionalmente por razones de uso de un motor y/o
de costes, se elige o bien el imán de ferrita o bien el de tierra
rara para todos los imanes permanentes de polos magnéticos.
Adicionalmente al aspecto del coste, puesto que
todos los imanes permanentes que forman polos magnéticos tienen la
misma forma que se ha representado en la Figura 26, la gama para la
determinación de la densidad de flujo magnético, el par de
reluctancia y similar, es estrecha, con lo que el diseño del motor
eléctrico resulta problemático. Con respecto a la configuración del
imán permanente, por ejemplo, se cita en el tratado antes
mencionado un imán permanente en forma de arco invertido, pero
incluso en este caso, todos los imanes permanentes utilizados para
todos los polos tienen las mismas formas.
Por ejemplo, cuando todos los polos magnéticos
están formados con el mismo imán de tierra rara, la densidad de
flujo magnético es excesivamente alta, y también el coste es más
elevado. Cuando todos los polos magnéticos están formados con el
mismo imán de ferrita, a pesar del bajo coste, la densidad de flujo
magnético es insuficiente, dando como resultado el hecho de que no
se obtiene un par motor suficiente.
Las configuraciones de los imanes permanentes de
todos los polos magnéticos son las mismas, por lo que el par de
reluctancia se determina en base a uno de ellos.
Según se ha descrito en lo que antecede,
convencionalmente, imanes permanentes apropiados que tengan una
condición intermedia entre los imanes de ferrita y los imanes de
tierra rara, resultan difíciles de obtener, es decir, resulta
difícil de seleccionar la densidad de flujo magnético requerida, el
par de reluctancia y el coste.
La publicación de Patente japonesa núm. 7336980
enseña un motor de DC sin escobillas, con imanes permanentes
embebidos en el rotor formando secciones magnéticas, teniendo cada
sección el mismo polo magnético. Las secciones magnéticas tienen
diferentes propiedades de conservación de potencia.
La presente invención ha sido realizada para
resolver las desventajas mencionadas en lo que antecede. Un objeto
de la presente invención consiste en proporcionar un motor
eléctrico del tipo del rotor de imanes permanentes, capaz de
determinar selectivamente una densidad de flujo magnético y un par
de reluctancia, y que tenga un coste razonable.
De acuerdo con la presente invención, el objeto
puede ser alcanzado con la utilización de un segundo imán
permanente, que tenga una forma y un material diferentes de los de
un primer imán permanente, para un polo magnético de una polaridad
en el núcleo del rotor con respecto al primer imán permanente
utilizado para un polo magnético de la otra polaridad, en un motor
eléctrico del tipo del rotor de imanes permanentes, en el que un
núcleo del rotor incrustado con un imán permanente en cada porción
de polo magnético del mismo, se encuentra dispuesto en un núcleo de
estátor que genera un campo magnético rotatorio.
En la presente invención, es preferible que los
primeros imanes permanentes sean formados con las mismas
configuraciones y con los mismos materiales, y los segundos imanes
permanentes estén formados con las mismas configuraciones y con los
mismos materiales. Sin embargo, se puede formar una pluralidad de
primeros imanes permanentes con configuraciones diferentes entre sí
y de los mismos materiales, o se pueden formar con las mismas
configuraciones y de materiales diferentes unos de otros, y/o se
puede formar una segunda pluralidad de segundos imanes permanentes
de configuración diferente unos de otros y de los mismos
materiales, o ser formados con las mismas configuraciones y de
materiales diferentes unos de otros. Así, la estructura anterior
estaría incluida dentro del alcance de la presente invención.
Según se ha descrito en lo que antecede, como
ejemplo, uno de los imanes permanentes se ha realizado como imán de
tierra rara, y el otro se ha realizado como imán de ferrita, con lo
que se obtiene fácilmente una densidad de flujo magnético y un par
de reluctancia según un estado intermedio de un núcleo del rotor
convencional en el que todos los imanes permanentes han sido
formados con la misma configuración y con los mismos materiales.
Adicionalmente, los costes de producción pueden ser rebajados más
que en el caso en que se utiliza el imán de tierra rara para todos
los imanes permanentes, según otro ejemplo.
La presente invención incluye las diversas
estructuras que siguen, y también alcanza con ello el objeto que se
ha mencionado anteriormente.
Como primera estructura, los primeros imanes
permanentes se forman con una placa en forma de banda que tiene
sección transversal rectangular, y se disponen uno o más pares de
primeros imanes permanentes de modo que sean paralelos unos con los
otros, a lo largo de una dirección perpendicular a una línea
diametral del núcleo del rotor en las proximidades de la
circunferencia externa del núcleo del rotor, y el segundo imán
permanente se forma a partir de una placa en forma de banda que
tiene sección transversal en forma de arco, y cada uno o más pares
de los segundos imanes permanentes se disponen entre los primeros
imanes permanentes.
En la primera estructura que antecede, el segundo
imán permanente podría estar dispuesto de modo que la cara convexa
del mismo que tiene sección transversal en forma de arco, esté
orientada hacia el centro del núcleo del rotor. Alternativamente,
el segundo imán permanente podría, de igual modo, estar dispuesto de
modo que la cara convexa del mismo que tiene sección transversal en
forma de arco, esté orientada hacia la circunferencia externa del
núcleo del rotor. Alternativamente, cada uno de los segundos imanes
permanentes puede tener una pluralidad de piezas de imán, cada una
de las cuales está formada por una placa en forma de banda que
tiene sección transversal en forma de arco, y dispuestas
concéntricamente, y tienen una longitud de la porción de arco que
es diferente cada una de las otras.
Como segunda estructura, el primer imán
permanente se forma con una placa a modo de banda que posee sección
transversal rectangular, y se disponen uno o más pares de primeros
imanes permanentes de modo que sean paralelos unos con los otros a
lo largo de una dirección perpendicular a una línea diametral del
núcleo del rotor, en las proximidades de la circunferencia externa
del núcleo del rotor; y el segundo imán permanente posee dos piezas
magnéticas, cada una de las cuales está formada por una placa a
modo de banda que posee sección transversal rectangular, y las dos
piezas de imán se disponen entre los primeros imanes permanentes,
formando un cierto ángulo, de modo que se aproximen una a la otra
en dirección hacia el centro del núcleo del rotor.
Como tercera estructura, cada uno de los imanes
permanentes posee dos piezas magnéticas, cada una de las cuales se
ha formado con una placa a modo de banda que posee sección
transversal rectangular, y las dos piezas magnéticas se disponen
formando un cierto ángulo, de modo que se aproximan cada una a la
otra en dirección hacia el centro del núcleo del rotor; y el
segundo imán permanente está formado por una placa a modo de banda
que posee sección transversal en forma de arco, y se encuentra
dispuesto entre los primeros imanes permanentes.
Como cuarta estructura, el primer imán permanente
está formado por una placa a modo de banda que posee sección
transversal rectangular, y se han dispuesto uno o más pares de
primeros imanes permanentes de modo que son paralelos unos con los
otros a lo largo de una dirección perpendicular a la línea diametral
del núcleo del rotor, en las proximidades de la circunferencia
externa del núcleo del rotor; y el segundo imán permanente está
formado por un cuerpo en forma de placa, de sección transversal en
aspa, y cada uno de dichos uno o más pares de segundos imanes
permanentes, se encuentra dispuesto entre los primeros imanes
permanentes.
Como quinta estructura, cada uno de los primeros
imanes permanentes posee dos piezas magnéticas, cada una de las
cuales está formada por una placa a modo de banda, que tiene
sección transversal rectangular, y las dos piezas de imán se
encuentran dispuestas formando un cierto ángulo, de modo que se
aproximan cada una a la otra en dirección hacia el centro del
núcleo del rotor; y el segundo imán permanente está formado por un
cuerpo en forma de placa, que posee sección transversal en forma de
arco, y se encuentra dispuesto entre los primeros imanes
permanentes.
Como sexta estructura, el primer imán permanente
está formado por una placa a modo de banda que posee sección
transversal rectangular, y se han dispuesto uno o más pares de
primeros imanes permanentes de modo que son paralelos cada uno con
los otros a lo largo de una dirección perpendicular a una línea
diametral del núcleo del rotor, en las proximidades de la
circunferencia externa del núcleo del rotor, y se han formado
orificios largos como barrera de flujo, desde ambos extremos de cada
uno de los primeros imanes permanentes, hacia la circunferencia
externa del núcleo del rotor; y el segundo imán permanente está
formado por una placa a modo de banda, que posee sección
transversal en forma de arco, y cada uno de dichos uno o más pares
de segundos imanes permanentes ha sido dispuesto entre los primeros
imanes permanentes.
Como séptima estructura, el primer imán
permanente está formado por una placa a modo de banda que tiene
sección transversal rectangular, y se han dispuesto uno o más pares
de primeros imanes permanentes de modo que son paralelos cada uno
con los otros a lo largo de una dirección perpendicular a una línea
diametral del núcleo del rotor, en las proximidades de la
circunferencia externa del núcleo del rotor, y se han formado
orificios largos como barrera de flujo desde ambos extremos de cada
uno de los primeros imanes permanentes hacia la circunferencia
externa del núcleo del rotor; y el segundo imán permanente está
formado por un cuerpo en forma de placa que tiene sección
transversal en forma de sector, y cada uno de dichos uno o más pares
de segundos imanes permanentes se han dispuesto entre los primeros
imanes permanentes.
Como octava estructura, el primer imán permanente
está formado por una placa a modo de banda que posee sección
transversal rectangular, y se han dispuesto uno o más pares de
primeros imanes permanentes de modo que son paralelos cada uno con
los otros a lo largo de una dirección perpendicular a una línea
diametral del núcleo del rotor, en las proximidades de la
circunferencia interior del núcleo del rotor, y se han formado
orificios largos, como barrera de flujo, desde ambos extremos de
cada uno de los primeros imanes permanentes hacia la circunferencia
externa del núcleo del rotor; y el segundo imán permanente posee
dos piezas magnéticas, cada una de las cuales se ha formado con una
placa a modo de banda que posee sección transversal rectangular, y
las dos piezas magnéticas se han dispuesto entre los primeros
imanes permanentes de modo que forman un cierto ángulo mediante el
que cada una de las piezas magnéticas se aproxima a la otra en
dirección hacia el centro del núcleo del rotor.
Como novena estructura, el primer imán permanente
y el segundo imán permanente tienen, cada uno de ellos, dos piezas
magnéticas, cada una de las cuales se ha formado con una placa a
modo de banda que tiene sección transversal rectangular, y las dos
piezas magnéticas se han dispuesto en cada porción de polo
magnético, formando un cierto ángulo, para aproximarse cada una a
la otra en dirección hacia el centro del núcleo del rotor.
En las estructuras mencionadas en lo que
antecede, resulta deseable utilizar un imán de tierra rara para uno
cualquiera del primer imán permanente y del segundo imán permanente,
y que se utilice un imán de ferrita para el otro. El imán de tierra
rara y el imán de ferrita, son de tipo general, y se encuentran
disponibles.
En la presente invención, es preferible que el
núcleo del rotor esté formado por un cuerpo laminado con una placa
magnética de acero, estampada mediante un proceso de prensado. En
este caso, resulta deseable, en términos de fabricación, que los
orificios para inserción del imán permanente sean formados en el
cuerpo laminado de las placas magnéticas de acero durante el proceso
de prensado, de modo que los primeros imanes permanentes y los
segundos imanes permanentes sean embebidos y polarizados en los
orificios para inserción del imán permanente. Con ello, se puede
emplear, de forma continuada, un procedimiento de fabricación
convencional, de modo que no se incrementen los costes de
producción.
La presente invención resulta apropiada para un
motor de DC sin escobillas, de los utilizados para accionar el
compresor de un acondicionador de aire, con el que se incrementa el
rendimiento del acondicionador de aire.
La presente invención va a ser descrita en lo que
sigue con mayor detalle, a título de ejemplo solamente, con
referencia a los dibujos que se acompañan, en los que:
La Figura 1 es una vista esquemática en planta,
que muestra una estructura de un motor eléctrico del tipo del rotor
de imanes permanentes, como realización principal, de acuerdo con
la presente invención, desde un plano perpendicular al eje de
rotación del mismo;
La Figura 2 es una vista esquemática en sección
vertical, a lo largo del eje de rotación del núcleo del rotor
mostrado en la realización anterior de la Figura 1;
Las Figuras 3 a 25, son vistas esquemáticas en
planta, que muestran respectivamente modificaciones del núcleo del
rotor anterior, y
La Figura 6 es una vista esquemática en planta,
que muestra la estructura de un motor eléctrico del tipo del rotor
de imanes permanentes convencional, que es similar al de la Figura
1.
La presente invención indica que la densidad de
flujo magnético y el par de reluctancia, pueden ser reestablecidos
mediante el cambio de los materiales y las formas de un imán
permanente utilizado para polo magnético en polos magnéticos
diferentes, de los que se ha representado en la Figura 1 la
realización principal. La explicación con relación al núcleo 16 de
estátor que genera el campo magnético de giro, va a ser omitida,
puesto que el núcleo 16 de estátor debe ser similar al núcleo 1 de
estátor mostrado en la Figura 26, y que ya se ha explicado en lo
que antecede con relación a la ejecución de la presente
invención.
En un núcleo 10 del rotor de un motor eléctrico
del tipo del rotor de imanes permanentes, de acuerdo con la
realización, se utiliza un primer imán 11 permanente hecho con un
imán de tierra rara, para un polo magnético (por ejemplo, el polo
sur), y se utiliza un segundo imán 12 permanente hecho con un imán
de ferrita, para el otro polo, tal como el polo norte. Es decir, se
utilizan respectivamente imanes permanentes hechos de diferentes
materiales para el polo sur y para el polo norte.
El primer imán 11 permanente, se ha configurado
en forma de placa a modo de banda, de sección transversal
rectangular. En la realización, se ha dispuesto un par de primeros
imanes 11 permanentes en paralelo a lo largo de una dirección
perpendicular a la línea diametral del núcleo 10 del rotor, en las
proximidades del borde circunferencial externo del núcleo 10 del
rotor.
Por otra parte, el segundo imán 12 permanente se
ha configurado en forma de placa a modo de banda, de sección
transversal en arco, y se ha dispuesto un par de segundos imanes 12
permanentes, cada uno de ellos, entre los primeros imanes 11
permanentes. En la realización, el segundo imán 12 permanente tiene
forma de arco invertido, cuya cara convexa está orientada hacia el
centro del núcleo 10 del rotor.
Según se ha descrito en lo que antecede, en la
realización, el primer imán 11 permanente y el segundo imán 12
permanente, tienen una configuración diferente cada uno del
otro.
Obsérvese que se ha formado un orificio 13, como
barrera de flujo, para evitar el cortocircuitado y la pérdida de
flujo magnético, en cada extremo del primer imán 11 permanente.
Adicionalmente, se ha abierto un orificio 14 central para el paso de
un árbol giratorio (no representado), en la línea axial del núcleo
10 del rotor.
De acuerdo con la presente invención, la densidad
de flujo magnético del núcleo 10 del rotor, constituye un estado
intermedio entre la densidad de flujo magnético de un núcleo del
rotor en el que el primero y el segundo imanes permanentes 11 y 12
están hechos con un imán de tierra rara, y la densidad de flujo
magnético de un núcleo del rotor en el que ambos primer y segundo
imanes permanentes 11 y 12 están hechos con un imán de ferrita.
Esto se debe al hecho de que la densidad de flujo magnético del imán
de tierra rara es alta, pero la densidad de flujo magnético del
imán de ferrita es más baja que la del imán de tierra rara.
De manera similar, en relación con el coste, la
mitad de los imanes permanentes son imanes costosos de tierra rara,
y la otra mitad son imanes de ferrita de bajo coste, de modo que el
coste del núcleo 10 del rotor está en un punto intermedio, entre los
costes del uso de un imán de tierra rara y el uso de un imán de
ferrita.
En lo que se refiere al par de reluctancia,
puesto que el segundo imán permanente 12 tiene forma de arco, la
inductancia según el eje "q" es grande, con lo que se
incrementa la diferencia entre la inductancia del eje "q" y la
inductancia del eje "d" (parámetro del par de reluctancia), en
mayor cantidad que, por ejemplo, en el ejemplo convencional que se
ha explicado en la Figura 26.
En comparación con el núcleo del rotor en el que
todos los imanes permanentes están hechos, o bien con el imán de
tierra rara o bien con el imán de ferrita, el núcleo 10 del rotor
que se encuentra en estado intermedio en cuando a la densidad de
flujo magnético y al par de reluctancia, puede ser obtenido de esta
manera.
Además, el coste del núcleo 10 del rotor es más
bajo que el de un núcleo del rotor que utilice imanes permanentes
hechos solamente con el imán de tierra rara. Se debe mencionar que,
en la realización, los dos materiales del imán de tierra rara y del
imán de ferrita se utilizan, respectivamente, para el primer y el
segundo imanes permanentes 11 y 12, pero también se pueden utilizar
otros materiales magnéticos. Y también, el imán de tierra rara
puede ser utilizado para el imán permanente 11, como polo sur, y el
imán de ferrita puede ser utilizado para el imán permanente 12, como
polo norte, o viceversa.
Según se muestra en la Figura 2, el núcleo 10 del
rotor se produce mediante el procedimiento en el que se laminan
mecánicamente placas de acero magnético, en el interior de un molde
(no representado), siendo estampadas a continuación con la misma
forma mediante prensado. Con preferencia, simultáneamente con el
proceso de prensado, se deben abrir espacios (orificios) para
albergar los imanes permanentes 11 y 12 en todas las placas de
acero magnético, y todos los imanes permanentes 11 y 12 deben ser
embebidos y polarizados en el interior de los espacios. Resulta
aconsejable que el orificio 13 para la barrera de flujo, sea
abierto durante el proceso anterior.
De acuerdo con la descripción que antecede,
puesto que el núcleo 10 del rotor se produce mediante el proceso de
prensado convencional, la eficacia de producción no se reducirá, y
los costes de producción no se verán incrementados.
Con relación a la posición de cada extremo de los
imanes 11 y 12 permanentes, y cada posición, que forma el orificio
13 para la barrera de flujo, los expertos en la materia
determinarán posiciones para la obtención de una resistencia
suficiente a la fuerza centrífuga permanente durante la rotación
del núcleo 10 del rotor.
Con la aplicación del núcleo 10 del rotor a un
motor de DC sin escobillas para un compresor de un acondicionador
de aire, se puede mejorar el rendimiento del acondicionador de aire
(es decir, un aumento de la eficacia operativa, y una reducción del
ruido y de las vibraciones).
La diferencia entre la inductancia según el eje
"q" y la inductancia según el eje "d", puede ser también
incrementada modificando el núcleo 10 del rotor mencionado
anteriormente, según se muestra en la Figura 3 y en la Figura 4.
También, la estructura del núcleo del rotor
mostrado en la Figura 7, puede ser ejemplificada con el fin de
incrementar la densidad de flujo magnético más que en las
estructuras mostradas en la Figura 3 y en la Figura 4, e incrementar
también el par de reluctancia.
Como explicación de las modificaciones
anteriores, con respecto a la modificación mostrada en la Figura 3,
el primer imán permanente 11 de un polo magnético (el polo sur) es
el mismo que el de la realización de la Figura 1, pero un segundo
imán permanente 15 del otro polo magnético (el polo norte) posee
dos piezas magnéticas 15a y 15b. Ambas piezas magnéticas 15a y 15b
están hechas con un imán de ferrita que tiene una sección
transversal rectangular. En la Figura 3, en la que la línea vertical
central a lo largo de un eje "q" entre los polos magnéticos
del núcleo 10 del rotor es Y, y la línea central horizontal a lo
largo del otro eje "q" es X, la pieza magnética 15a se dispone
de modo que sea paralela a la línea vertical central Y, y la pieza
magnética 15b se dispone de modo que sea paralela a la línea
horizontal central X. En otras palabras, las piezas magnéticas 15a y
15b se disponen formando un ángulo, de modo que los extremos
adyacentes de las piezas magnéticas 15a y 15b se aproximan cada uno
al otro en dirección hacia el centro del núcleo 10 del rotor, con
lo que la diferencia entre la inductancia de eje "q" y la
inductancia de eje "d", puede incrementarse más.
En la estructura de la Figura 3, sobre la base de
que las piezas magnéticas 15a y 15b se encuentran dispuestas de
forma respectivamente paralela con las líneas centrales X e Y, una
disposición de ángulo que puede ser formado entre los extremos
adyacentes de las piezas magnéticas 15a y 15b, es de 90 grados. Sin
embargo, según se muestra en la Figura 4, el ángulo formado entre
los extremos adyacentes de las piezas magnéticas 15a y 15b puede
ser definido como cualquier ángulo específico, de modo que las
piezas magnéticas 15a y 15b pueden ser orientadas de modo que se
aproximen cada una a la otra en dirección hacia el centro del
núcleo 10 del rotor.
En el núcleo 10 del rotor que se muestra en la
Figura 5, el primer imán permanente 11 de un polo magnético (el
polo sur), es el mismo que el de la realización de la Figura 1, y
un segundo imán permanente 17 del otro polo magnético (el polo
norte) está hecho con el imán de ferrita de sección transversal en
forma de arco. No obstante, en este caso, el segundo imán
permanente 17 se dispone de modo que orienta su cara convexa hacia
la circunferencia externa del núcleo 10 del rotor, al contrario que
en la realización mostrada en la Figura 1. De acuerdo con esta
disposición, el espesor de placa del segundo imán permanente 17
puede ser más grueso que el de la realización mostrada en la Figura
1, de modo que se incrementa la densidad de flujo magnético.
En el núcleo 10 del rotor que se ha representado
en la Figura 6, el primer imán permanente 11 de un polo magnético
(el polo sur), es el mismo que el de la realización de la Figura 1,
pero un segundo imán permanente 18 se ha realizado con el imán de
ferrita que tiene sección transversal en forma de aspa, cuyo lado
circunferencial externo se dispone a lo largo de la circunferencia
externa del núcleo 10 del rotor, y puede ser incrustado en el
interior del núcleo 10 del rotor. De acuerdo con esta estructura,
similar a la estructura que se muestra en la Figura 5, el segundo
imán permanente 18 es de tamaño suficientemente grande como para
incrementar la densidad de flujo magnético más que el de la
realización de la Figura 1.
Según otra modificación, en el núcleo 10 del
rotor que se muestra en la Figura 7, el primer imán permanente 11
del polo magnético (el polo sur), es el mismo que el de la
realización de la Figura 1, pero un segundo imán permanente 19 posee
dos piezas magnéticas 19a y 19b, cada una de las cuales está hecha a
partir del imán de ferrita con sección transversal en forma de
arco. Cada una de las piezas magnéticas 19a y 19b tiene una
longitud diferente de la porción de arco. En la modificación, la
pieza magnética 19a que tiene la porción de arco más larga, se ha
dispuesto más cerca de la circunferencia interior del núcleo 10 del
rotor, y la cara convexa de la misma se ha orientado hacia el
centro del núcleo 10 del rotor. Por otra parte, la pieza magnética
19b, que tiene la porción de arco más corta, se ha dispuesto más
cerca de la circunferencia externa del núcleo 10 del rotor, y es
concéntrica con la pieza magnética 19a. Como resultado del diseño
del segundo imán permanente 19 como estructura de dos fases con las
piezas magnéticas 19a y 19b, según se ha descrito en lo que
antecede, la densidad de flujo magnético es más alta que el de la
realización de la Figura 1, y la inductancia de eje "q" se
incrementa en virtud de la estructura en dos fases a partir de las
piezas magnéticas 19a y 19b, de modo que se puede incrementar el
par de reluctancia.
Las modificaciones descritas en lo que antecede,
están referidas al segundo imán permanente utilizado como polo
norte. Las modificaciones en el primer imán permanente utilizado
como polo sur, van a ser explicadas ahora en lo que sigue, con
referencia a las Figuras 8 a 13. Mediante estas modificaciones, la
densidad de flujo y el par de reluctancia pueden ser también
re-determinados.
En cada modificación, un primer imán permanente
utilizado como polo sur, se ha representado mediante la referencia
numérica 20. El primer imán permanente 20 posee dos piezas
magnéticas 20a y 20b, cada una de las cuales está hecha con el imán
de tierra rara de sección transversal rectangular. En cualquiera de
los casos mostrados en las Figuras 8 a 13, de manera similar a las
piezas magnéticas 15a y 15b del segundo imán permanente 15
explicado en lo que antecede con relación a la Figura 3 y a la
Figura 4, las piezas magnéticas 20a y 20b se disponen de modo que
se aproximan cada una a la otra, en dirección hacia el centro del
núcleo 10 del rotor, formando un ángulo entre las porciones
extremas adyacentes de las mismas, según un ángulo especificado.
En otras palabras, la Figura 8 muestra una
modificación en la que se utilizan las piezas magnéticas 20a y 20b
del primer imán permanente 20, en vez del primer imán permanente 11
de la realización mostrada en la Figura 1. La Figura 9 muestra una
modificación en la que se utilizan las piezas magnéticas 20a y 20b
del primer imán permanente 20 en vez del primer imán permanente 11
de la modificación mostrada en la Figura 3. La Figura 10 muestra
una modificación en la que se utilizan las piezas magnéticas 20a y
20b del primer imán permanente 20 en vez del primer imán permanente
11 de la modificación mostrada en la Figura 4. La Figura 11 muestra
una modificación en la que se utilizan las piezas magnéticas 20a y
20b del primer imán permanente 20 en vez del primer imán permanente
11 de la modificación mostrada en la Figura 5. La Figura 12 muestra
una modificación en la que se utilizan las piezas magnéticas 20a y
20b del primer imán permanente 20 en vez del primer imán permanente
11 de la modificación mostrada en la Figura 6. La Figura 13 muestra
una modificación en la que se utilizan las piezas 20a y 20b del
primer imán permanente 20 en vez del primer imán permanente 11 de la
modificación mostrada en la Figura 7.
Cuando se considera el núcleo 10 del rotor de la
Figura 8, su densidad de flujo magnético no difiere mucho de la del
núcleo 10 del rotor de la Figura 1, pero la inductancia de eje
"q" es mayor, de modo que se incrementa el par de reluctancia.
Además, puesto que el primer imán permanente 20, como polo sur,
está compuesto por dos piezas magnéticas 20a y 20b,0 resulta más
ventajoso obtener la densidad de flujo requerida.
De forma similar, cada núcleo 10 del rotor de las
Figuras 9 a 13, se beneficia de los efectos resultantes de la
modificación del primer imán permanente, así como también de los
efectos resultantes de la modificación del segundo imán
permanente.
En cada modificación mencionada anteriormente,
mostrada en las Figuras 8 a 13, el primer imán permanente 20,
compuesto por dos piezas magnéticas 20a y 20b, se utiliza como polo
sur. Las Figuras 14 a 19 muestran otras modificaciones de los
primeros imanes permanentes modificados anteriormente. Casualmente,
las Figuras 14 a 19 se corresponden con las Figuras 8 a 13,
respectivamente.
En las modificaciones, un primer imán permanente
21 utilizado como polo sur, ha sido realizado también con el imán
de tierra rara que posee sección transversal rectangular. El primer
imán permanente 21 se dispone en las proximidades del orificio
central 14 del núcleo 10 del rotor, y un par de primeros imanes 21
permanentes se han dispuesto a lo largo de la dirección
perpendicular a una línea diametral del núcleo 10 del rotor. En las
modificaciones mostradas en las Figuras 14 a 19, el segundo imán
permanente, constitutivo del otro polo magnético (el polo norte),
es el mismo que el mostrado en las Figuras 8 a 13.
En ambas porciones extremas del primer imán
permanente 21, se han formado orificios 22 y 22 para la barrera de
flujo, que se extienden hacia la circunferencia externa del núcleo
10 del rotor.
En cada modificación mostrada en las Figuras 14 a
19, los orificios 22 y 22 para barrera de flujo, forman un ángulo
según el cual los orificios 22 y 22 se separan cada uno del otro,
según se extienden hacia la circunferencia externa del núcleo 10 del
rotor.
Para explicar el núcleo 10 del rotor utilizando
el caso de la Figura 14 como ejemplo, la densidad de flujo
magnético es más pequeña que la del núcleo 10 del rotor
correspondiente mostrado en la Figura 8, pero la inductancia de eje
"q" se mantiene grande, con lo que se incrementa también el
par de reluctancia. Y el coste se reduce, puesto que se reduce la
cantidad de imán de tierra rara utilizado. Los núcleos 10 del rotor
mostrados en las Figuras 15 a 19 tienen, asimismo, los mismos
efectos.
En cada modificación mostrada en las Figuras 8 a
13, como primer imán permanente para el polo sur, se utiliza el
primer imán permanente 20 que tiene las dos piezas magnéticas 20a y
20b hechas con el imán de tierra rara. También es preferible que el
orificio 24 para barrera de flujo sea formado entre las porciones
extremas de las piezas magnéticas 20a y 20b, en la porción central
del núcleo del rotor, según se muestra en las Figuras 20 a 25, como
otras modificaciones correspondientes a las Figuras 8 a 13,
respectivamente.
Aunque la presente invención ha sido descrita y
representada con respecto a los mejores modos de realización de la
misma, los expertos en la materia que comprendan el objeto de la
presente invención, podrán pensar fácilmente en otros cambios,
variaciones, y equivalencias de la misma, de modo que el alcance de
la presente invención esté dentro del ámbito de las
reivindicaciones que se acompañan, y de la equivalencia de las
mismas.
Claims (17)
1. Un motor eléctrico del tipo del rotor de
imanes permanentes, en el que un núcleo (10) del rotor, con medios
magnéticos permanentes (11, 20, 21; 12, 15, 16, 17, 18, 19)
embebidos en cada porción de polo magnético, se dispone en un núcleo
(16) de estátor que genera un campo magnético rotatorio, en el que,
con respecto a los primeros medios magnéticos permanentes (11, 20,
21) utilizados para un polo magnético de una polaridad en el núcleo
del rotor, se utilizan segundos medios magnéticos permanentes (12,
15, 16, 17, 18, 19) que tienen una configuración y un material
diferentes de los primeros medios magnéticos permanentes, para un
polo de la otra polaridad.
2. El motor eléctrico del tipo del rotor de
imanes permanentes de acuerdo con la reivindicación 1, en el que
los primeros medios magnéticos permanentes (11, 20, 21) se forman
con las mismas configuraciones y/o con los mismos materiales, y en
el que los segundos medios magnéticos permanentes (12, 15, 16, 17,
18, 19) se forman con las mismas configuraciones y/o con los mismos
materiales.
3. El motor eléctrico del tipo del rotor de
imanes permanentes de acuerdo con la reivindicación 1 o la
reivindicación 2, en el que los primeros medios magnéticos
permanentes (11, 20, 21) se forman con una placa en forma de banda,
que tiene sección transversal rectangular, y uno o más pares de
primeros medios magnéticos permanentes se disponen paralelamente
cada uno con los otros a lo largo de una dirección que es
perpendicular a una línea diametral del núcleo del rotor, en las
proximidades de la circunferencia externa del núcleo (10) del
rotor, y en el que los segundos medios magnéticos permanentes (12,
17, 19) se forman con una placa en forma de banda, que tiene una
sección transversal en forma de arco, y uno o más pares de los
segundos medios magnéticos permanentes se disponen entre los
primeros medios magnéticos permanentes (11, 20, 21).
4. El motor eléctrico del tipo del rotor de
imanes permanentes de acuerdo con la reivindicación 3, en el que
los segundos medios magnéticos permanentes (12, 19) se disponen de
modo que una cara convexa de los mismos, que tiene sección
transversal en forma de arco, está orientada hacia el centro del
núcleo (10) del rotor.
5. El motor eléctrico del tipo del rotor de
imanes permanentes de acuerdo con la reivindicación 3, en el que
los segundos medios (17) magnéticos permanentes se disponen de modo
que una cara convexa de los mismos, que tiene sección transversal en
forma de arco, está orientada hacia la circunferencia externa del
núcleo (10) del rotor.
6. El motor eléctrico del tipo del rotor de
imanes permanentes de acuerdo con la reivindicación 3, 4 ó 5, en el
que cada uno de los segundos medios magnéticos permanentes tiene
una pluralidad de piezas magnéticas (19a, 19b), que se forman con
una placa a modo de banda que posee sección transversal en forma de
arco, y que se disponen concéntricamente, y que tienen una longitud
de arco diferente cada una de las otras.
7. El motor eléctrico del tipo del rotor de
imanes permanentes de acuerdo con la reivindicación 1 o la
reivindicación 2, en el que los primeros medios (11) magnéticos
permanentes se forman con una placa a modo de banda, que tiene
sección transversal rectangular, y uno o más pares de primeros
medios magnéticos permanentes se disponen paralelamente unos con
otros, a lo largo de una dirección perpendicular a una línea
diametral del núcleo del rotor, en las proximidades de la
circunferencia externa del núcleo (10) del rotor, y en el que los
segundos medios magnéticos permanentes tienen dos piezas magnéticas
(15a, 15b), cada una de las cuales se ha formado con una placa a
modo de banda que tiene sección transversal rectangular, y las dos
piezas magnéticas se disponen entre los primeros medios magnéticos
permanentes, formando un cierto ángulo para aproximarse, cada una a
la otra, en dirección hacia el centro del núcleo del rotor.
8. El motor eléctrico del tipo del rotor de
imanes permanentes de acuerdo con la reivindicación 1 o la
reivindicación 2, en el que cada uno de los primeros medios
magnéticos permanentes posee dos piezas magnéticas (20a, 20b), cada
una de las cuales está formada por una placa a modo de banda que
posee sección transversal rectangular, y las dos piezas magnéticas
se disponen formando un cierto ángulo, de modo que se aproximan cada
una a la otra en dirección hacia el centro del núcleo (10) del
rotor, y en el que los segundos medios (12, 17, 19) magnéticos
permanentes se han formado con una placa a modo de banda, que tiene
sección transversal en forma de arco, y que se disponen entre los
primeros medios magnéticos permanentes.
9. El motor eléctrico del tipo del rotor de
imanes permanentes de acuerdo con la reivindicación 1 o la
reivindicación 2, en el que los primeros medios magnéticos
permanentes (11) se han formado de una placa a modo de banda que
tiene sección transversal rectangular, y uno o más pares de primeros
imanes permanentes se han dispuesto en paralelo unos con otros, a lo
largo de una dirección perpendicular a una línea diametral del
núcleo del rotor, en las proximidades de una circunferencia
exterior del núcleo (10) del rotor, y en el que los segundos medios
(18) magnéticos permanentes se han formado con un cuerpo planar que
tiene sección transversal en forma de sector, y uno o más pares de
segundos medios magnéticos permanentes se han dispuesto entre los
primeros medios (11) magnéticos permanentes.
10. El motor eléctrico del tipo del rotor de
imanes permanentes de acuerdo con la reivindicación 1 o la
reivindicación 2, en el que cada uno de los primeros medios
magnéticos permanentes posee dos piezas magnéticas (20a, 20b), cada
una de las cuales se ha formado sobre una placa a modo de banda que
posee sección transversal rectangular, y las dos piezas magnéticas
se disponen formando un cierto ángulo, de modo que se aproximan cada
una a la otra en dirección hacia el centro del núcleo (10) del
rotor, y en el que los segundos medios magnéticos permanentes (18)
se han formado con un cuerpo planar que tiene sección transversal en
forma de sector, y se disponen entre los primeros medios magnéticos
permanentes (20a, 20b).
11. El motor eléctrico del tipo del rotor de
imanes permanentes de acuerdo con la reivindicación 1 o la
reivindicación 2, en el que los primeros medios (21) magnéticos
permanentes se han formado de una placa a modo de banda que tiene
sección transversal rectangular, y uno o más pares de primeros
imanes permanentes se disponen paralelos unos con otros a lo largo
de una dirección perpendicular a una línea diametral del núcleo del
rotor, en las proximidades de una circunferencia interior del núcleo
(10) del rotor, y se han formado orificios largos (22) para barrera
de flujo, desde ambos extremos de cada uno de los primeros medios
magnéticos permanentes, hacia una circunferencia exterior del
núcleo del rotor, y en el que se han formado segundos medios (12,
17, 19a, 19b) magnéticos permanentes con una placa a modo de banda
que tiene sección transversal en forma de arco, y uno o más pares
de segundos medios magnéticos permanentes se han dispuesto entre
los primeros medios (21) magnéticos permanentes.
12. El motor eléctrico del tipo del rotor de
imanes permanentes de acuerdo con la reivindicación 1 o la
reivindicación 2, en el que los primeros medios (21) magnéticos
permanentes se han formado de una placa a modo de banda que tiene
sección transversal rectangular, y uno o más pares de primeros
medios magnéticos permanentes se han dispuesto en paralelo unos con
los otros, a lo largo de una dirección perpendicular a una línea
diametral del núcleo del rotor, en las proximidades de una
circunferencia interior del núcleo (10) del rotor, y se han formado
orificios largos (22) para barrera de flujo, desde ambos extremos
de cada uno los primeros medios magnéticos permanentes, hacia una
circunferencia exterior del núcleo (10) del rotor, y en el que los
segundos medios (18) de imanes permanentes se han formado con un
cuerpo planar que posee sección transversal en forma de sector, y
uno o más pares de segundos medios magnéticos permanentes han sido
dispuestos entre los primeros medios (21) magnéticos
permanentes.
13. El motor eléctrico del tipo del rotor de
imanes permanentes de acuerdo con la reivindicación 1 o la
reivindicación 2, en el que se han formado los primeros medios (21)
magnéticos permanentes de una placa a modo de banda que tiene
sección transversal rectangular, y se han dispuesto uno o más pares
de primeros medios magnéticos permanentes paralelos unos con otros a
lo largo de una dirección perpendicular a una línea diametral del
núcleo del rotor, en las proximidades de una circunferencia
interior del núcleo (10) del rotor, y se han formado orificios
largos (22) para barrera de flujo, desde ambos extremos de cada uno
de los primeros medios magnéticos permanentes, hacia una
circunferencia exterior del núcleo del rotor, y en el que los
segundos medios magnéticos permanentes poseen dos piezas magnéticas
(15a, 15b, 16a, 16b), cada una de las cuales se ha formado de una
placa a modo de banda que tiene sección transversal rectangular, y
las dos piezas magnéticas se disponen entre los primeros medios (21)
magnéticos permanentes, de modo que forman un cierto ángulo según
el cual las piezas magnéticas se aproximan cada una a la otra, en
dirección hacia el centro del núcleo del rotor.
14. El motor eléctrico del tipo del rotor de
imanes permanentes de acuerdo con la reivindicación 1 o la
reivindicación 2, en el que los primeros y los segundos medios
magnéticos permanentes tienen, cada uno de ellos, dos piezas
magnéticas respectivas (20a, 20b; 15a, 15b, 16a, 16b), cada una de
las cuales está formada por una placa a modo de banda que tiene
sección transversal rectangular, y las dos piezas magnéticas se
disponen, en cada porción de polo magnético, formando un cierto
ángulo, de modo que se aproximan una a la otra en dirección hacia
el centro del núcleo (10) del rotor.
15. El motor eléctrico del tipo del rotor de
imanes permanentes de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 14, en el que se utiliza un imán de tierras
raras para uno cualquiera de los primeros medios magnéticos
permanentes (11, 20, 21) y de los segundos medios magnéticos
permanentes (12, 15, 16, 17, 18, 19), y para el otro se utiliza un
imán de ferrita.
16. El motor eléctrico del tipo del rotor de
imanes permanentes de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el
núcleo (10) del rotor está formado de un cuerpo laminado de placas
de acero electromagnético, estampadas mediante un procedimiento de
prensado, con orificios (14) para inserción de los medios magnéticos
permanentes formados en el cuerpo laminado de placas de acero
electromagnético durante el procedimiento de prensado, de modo que
los primeros y segundos medios magnéticos permanentes (11, 20, 21;
12, 15, 16, 17, 18, 19) son embebidos en los orificios para la
inserción de los medios magnéticos permanentes.
17. Un motor de DC sin escobillas, que comprende
el núcleo del rotor de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 14.
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