ES2246083T3 - Motor electrico. - Google Patents

Abstract

LA INVENCION SE REFIERE A UN MOTOR ELECTRICO QUE COMPRENDE UN ROTOR Y UN ESTATOR, SIENDO UNA DE LAS DOS PARTES UN INDUCIDO DE RANURAS QUE COMPRENDE UN NUMERO R DE RANURAS, MIENTRAS QUE LA OTRA PARTE INCLUYE UN NUMERO 2P DE POLOS MAGNETICOS. ENTRE LOS 2P INTERVALOS ANGULARES ENTRE LOS CENTROS DE LAS CARAS POLARES DE DOS POLOS MAGNETICOS VECINOS, (2P-1) INTERVALOS SON IGUALES CADA UNO A A 1 = (360 /2P)B, O BIEN A A 2 = (360 /2P)+B, SIENDO LA DISTANCIA ANGULAR B IGUAL A 360 /2PR.

Description

Motor eléctrico.

La presente invención se refiere a un motor eléctrico que comprende un estátor y un rotor, siendo una de las dos partes un inducido con ranuras, cuyo número es igual a R, y la otra parte presenta un número 2P de polos magné-
ticos.

En los motores eléctricos, la ventaja de las ranuras, en el aspecto magnético, es que las trayectorias del campo magnético a través del aire se reducen puesto que pueden entrar a partir de las piezas polares a través de un entrehierro relativamente pequeño directamente en los dientes del inducido y, desde el punto de vista mecánico, que los arrollamientos colocados en las ranuras no se pueden desplazar lateralmente gracias a los flancos de los dientes que limitan las ranuras.

No obstante, los inducidos con ranuras presentan un inconveniente llamado el efecto de dientes ("cogging torque") provocado por la interacción de los imanes con las ranuras del inducido.

Este efecto de los dientes y una solución para moderarlo se han descrito, por ejemplo, en el artículo de Ackermann, Janssen, Sottek y van Steen publicado en IEE PROCEEDINGS-B Vol. 139, No 4, julio de 1992, páginas 315 a 320, y titulado "New technique for reducing cogging torque in a class of brushless DC motors". En este artículo, las medidas propuestas para disminuir el efecto de los dientes para los motores con imanes permanentes sin escobillas, si el número de polos magnéticos es bastante próximo al número de ranuras de inducido, consisten en ajustar adecuadamente la anchura de los polos o la anchura de las ranuras.

Otra solución para reducir el efecto de los dientes es la que se describe en la Patente US-A-5396137 (SHINTO MASAYUKI Y OTROS) de 7 de marzo de 1995, que describe un motor con un estátor con n ranuras y un rotor que comprende un número 2P de polos. La superficie de la cara polar de los (2P-1) polos es igual a \ominus_{S}= 360º/2P-360º/2Pn, mientras que la superficie de la cara polar restante es igual a \ominus_{L}= 360º-(2P-1) \ominus_{S}.

Todavía otra solución es la que describe en la Patente US-A-4769567 (TUNEYA KURAUCHI Y OTROS), de 6 de septiembre de 1988, que describe una máquina eléctrica con polos magnéticos idénticos distribuidos de manera no uniforme sobre el rotor.

Para disminuir este efecto desventajoso, es conocido igualmente, para los motores con rotor largo y entrehierro radial, disponer sobre el eje del motor varios imanes yuxtapuestos axialmente, pero ligeramente desfasados unos con respecto a otros en sentido periférico.

La invención tiene por finalidad proponer otra medida para modular la variación de flujo magnético en función del ángulo de rotación, de manera tal que las fluctuaciones provocadas por la presencia de las ranuras se minimizan.

A estos efectos, el motor eléctrico según la invención, tal como se ha descrito en el preámbulo de la reivindicación 1, se caracteriza porque entre los 2P intervalos angulares entre los centros de las caras polares de dos polos magnéticos adyacentes, (2P-1) intervalos son iguales, cada uno de ellos, a

(1)a_{1} = (360^{o}/2P)-b

o bien a

(2)a_{2} = (360^{o}/2P)+b

siendo la distancia angular b el valor:

(3),b = 360^{o}/(2PR)

n siendo R el número de ranuras.

Por lo tanto, en lugar de posicionar los polos magnéticos de la manera habitual con una distribución regular con todos los intervalos iguales, es decir, con pasos polares iguales a 360º/2P, se disminuye (2P-1) intervalos en el ángulo constante b o alternativamente se aumenta en este ángulo constante b, de tal manera que el intervalo restante es, aplicando la fórmula (1):

(4),c_{1} = 360^{o}-(2P-1).a_{1}

aplicando la fórmula (2):

(5)c_{2} = 360^{o}-(2P-1).a_{2}

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Este intervalo restante es, por lo tanto, o bien más grande o más pequeño que los otros. En el caso de un motor según la fórmula (2), se debe concebir el motor de manera tal que el intervalo restante c_{2} deje suficiente lugar para que los dos polos magnéticos que limitan este intervalo c_{2} puedan ser colocados de manera satisfactoria.

La solución propuesta por la presente invención permite disminuir las fluctuaciones del flujo magnético en función del ángulo de rotación puesto que se evita, de esta manera, que todos los polos magnéticos pasen simultáneamente por delante de las ranuras.

La invención se describirá con ayuda de varias formas de ejecución.

Las figuras 1 a 4 se refieren al caso de un motor con entrehierro radial con un rotor con imanes permanentes e ilustran esquemáticamente cuatro ejemplos de rotores, según la invención, mostrándose el estátor que forma el inducido solamente de forma parcial en la figura 1.

La figura 5 es una vista esquemática de un rotor plano con entrehierro radial.

La figura 6 es una vista esquemática de una variante de ejecución de un rotor cuyos polos están constituidos por electroimanes.

La figura 7 es una vista esquemática de otra variante de ejecución con un rotor con ranuras rodeado por un estátor dotado de imanes permanentes.

Haciendo referencia a la figura 1, el rotor (1) presenta ocho imanes permanentes (2) cuyas caras exteriores que forman la periferia del rotor son las caras polares (4) designadas por (N, S). Por lo tanto, el número de polos es 2P = 8. El número de ranuras (6) del estátor (5) representado parcialmente y sin bobina, es R = 24 y el ángulo b según la fórmula (3) es b = 1,875º. Entre los 2P intervalos angulares entre los centros de las caras polares (4) de dos polos magnéticos adyacentes, (2P-1) intervalos tienen, según la fórmula (1) el valor a_{1} = 43,125º. El intervalo restante viene dado aplicando la fórmula (4), es decir, c_{1} = 58,125º. Por lo tanto, este intervalo c_{1} es mayor que el intervalo a_{1} y presenta en su parte media una zona neutra que es llenada por un contrapeso (3).

Según el ejemplo mostrado en la figura 2, se tienen los mismos datos que anteriormente, a saber, ocho imanes (2) con las caras polares (4), cuyo número de polos 2P = 8, número de ranuras R = 24 y ángulo b = 1,875º, pero este rotor está concedido aplicando la fórmula (2). Se tienen, por lo tanto, (2P-1) intervalos a_{2} cuyo valor es a_{2} = 46,25º, y el intervalo restante c_{2}, según la fórmula (5), es c_{2} = 31,875º. En este caso, el intervalo restante c_{2} que determina la zona neutra es por lo tanto más pequeño. En el ejemplo considerado según la figura 2, la relación R/2P es igual a 3. En general, esta relación puede tener un valor de 2 a 4.

Según el ejemplo que se ha mostrado en la figura 3, el rotor tiene cuatro imanes (2), cuyas cuatro caras polares (4) indicadas (N, S); siendo el número de polos 2P = 4 y el número de ranuras del estátor R = 12, siendo el ángulo b igual a 7,5º. Este rotor está concebido según la fórmula (1), teniendo a_{1} = 82,5º y el intervalo restante c_{1} = 112,5º, representando la zona neutra que está llenada por el contrapeso (3).

Si este rotor ha sido concebido según la fórmula (2), se obtendría un intervalo a_{2} = 97,5º y el intervalo restante c_{2} = 67,5º. La relación R/2P es igual a 3.

Finalmente, según el ejemplo mostrado en la figura 4, el rotor (1) está constituido por paquetes de chapas magnéticas superpuestas cortadas radialmente para formar dientes (15) que constituyen piezas polares y delimitando ranuras (16) entre las que se han insertado imanes planos (12) en forma de placas delgadas con los polos planos paralelos opuestos (N), (S), de manera que la superficie de estos polos planos está orientada en planos paralelos al eje del rotor, es decir, aproximadamente en planos axiales. El eje magnético de estos imanes (12) se extiende por lo tanto en el sentido periférico del rotor. Estos imanes (12) están dispuestos de manera tal que las caras laterales de un diente (15), que se extiende en el plano axial, por lo tanto, paralelamente al eje del rotor, se encuentra en contacto con polos de la misma polaridad de los imanes (12) sucesivos, tal como se ha demostrado en la figura 4 para algunos imanes y algunos dientes. El flujo magnético de los imanes (12) traviesa los dientes (15) y sus caras frontales periféricas que constituyen las caras polares (4) del rotor.

En esta construcción, la superficie de una cara polar (4) de un diente (15) del rotor es inferior a dos veces la superficie de un polo plano de uno de los imanes (12). Esta disposición presenta la ventaja que el flujo magnético es concentrado en los dientes (15) y existe, por lo tanto, un flujo concentrado que atraviesa las caras polares (4) del rotor.

En este ejemplo, el rotor (1) presenta doce caras polares (4) separadas por doce imanes (2). Se tiene, por lo tanto, 2P = 12 y se escoge un estátor que tiene 32 ranuras, por lo tanto, R = 32. Aplicando la fórmula (3), se obtiene b = 0º56' y con la fórmula (1), el ángulo a_{1} = 29º4'. En este caso, según la fórmula (4), el intervalo restante es c_{1} = 40º16'.

En la figura 5, se ha representado el ejemplo de un rotor plano con ocho polos (7), por lo tanto, un motor con entrehierro axial, encontrándose las caras polares (N, S) en planos radiales perpendiculares al eje del rotor. Este rotor se ha montado sobre el eje (8) con intermedio de un soporte (10) de material no magnético montado sobre un anillo o doga (9). En el intervalo restante entre los polos se ha montado una pieza de choque magnético (3). Las otras características del rotor son las mismas que se han indicado en la figura 1. El estátor se encuentra al lado del rotor y delimita un entrehierro axial. Igualmente pueden tener dos estaciones dispuestas a un lado y otro del rotor.

En la práctica, para desarrollar un motor según la invención, se escoge en primer lugar los valores del número de polos magnéticos 2P y el número de ranuras R del inducido con ranuras y, con estos valores, se calcula según la fórmula (3) el ángulo b y a continuación, según la fórmula (1) o (2), el intervalo angular a_{1}, o bien a_{2}.

Como variante, el motor según la presente invención puede tener electroimanes en lugar de imanes permanentes, tal como se ha mostrado en la figura 6. Según este ejemplo, el rotor (21) presenta seis polos electromagnéticos (22) excitados por bobinas (23), por lo tanto 2P = 6. Igual que en los ejemplos anteriores, el valor de los (2P-1) intervalos entre los centros de los polos electromagnéticos está representado por el ángulo a_{1}, y el intervalo restante está representado por un ángulo c_{1}.

Según otra variante, la parte que lleva los imanes constituye el estátor y el inducido con ranuras constituye el rotor, tal como se ha mostrado en la figura 7. En este caso, ocho imanes permanentes (2) se han montado en el estátor (35), por lo tanto 2P = 8, mientras que el rotor (31), mostrado parcialmente, está dotado de ranuras (36) en las que se ha montado las bobinas no representadas. El valor de los (2P-1) intervalos entre los imanes permanentes está representado siempre por el ángulo a_{1} y el intervalo restante por el ángulo c_{1}.

Claims (2)

1. Motor eléctrico que comprende un estátor y un rotor, siendo una de las dos piezas un inducido de ranuras (6), cuyo número es igual a R, comprendiendo la otra parte un número 2P de polos magnéticos (2), poseyendo los 2P polos magnéticos una superficie idéntica de cara polar (4), caracterizado porque entre los 2P intervalos angulares (a_{1},a_{2},c_{1},c_{2}) entre los centros de las caras polares de dos polos magnéticos (2) adyacentes, (2P-1) intervalos son iguales, es decir, cada uno de ellos igual a a1 = (360º/2P)-b, o bien a a2 = (360º/(2P)+b, siendo la distancia angular b igual a 360º/(2PR) y porque los (2P-1) intervalos precedentes que definen, respectivamente, un intervalo restante ya sea igual a c1 = 360º-(2P-1).a1, o bien igual a c2 = 360º-(2P-1).a2, delimitando este intervalo restante una zona neutra llenada por el contrapeso (3).

2. Motor, según la reivindicación 1, que tiene un rotor con imanes permanentes, caracterizado porque el rotor está constituido por paquetes de chapas magnéticas superpuestas cortadas radialmente para formar dientes (15) que constituyen piezas polares, cuyas caras periféricas forman caras polares (4) del rotor y delimitan ranuras (16) entre las que se han insertado imanes planos (12) en forma de placa delgada con los polos planos opuestos (N, S), de tal manera que la superficie de estos polos planos está orientada en planos paralelos al eje del rotor, estando dispuestos estos imanes (12), de manera tal que las caras laterales de un diente (15) que se extienden en el plano axial se encuentran en contacto con polos de la misma polaridad de dos imanes sucesivos y que la superficie de una cara polar (4) de un diente (15) del rotor es inferior a dos veces la superficie de un polo plano de uno de los imanes (12).