ES2295869T3 - Maquina electrica. - Google Patents

Abstract

Máquina eléctrica, especialmente generador para automóviles, con un rotor (27) alojado de forma giratoria, en la que al menos un cojinete (24) sirve para el apoyo del rotor (27) en un cubo (21) y sobre el cojinete (24) actúa una fuerza de resorte de acción axial de un elemento de resorte (47), que se apoya en el cubo (21) por medio de la fuerza de resorte, en la que el elemento de resorte (47) es un disco de resorte, que es capaz de ser accionado alrededor de su posición plana y el elemento de resorte (47) se apoya en una zona exterior en un anillo exterior (44) de un rodamiento (24) y en una zona interior en una proyección del cubo (30) con una forma anular general con una superficie de apoyo del resorte (35) cónica que cae hacia fuera.

Description

Máquina eléctrica.

Estado de la técnica

La invención se refiere a una máquina eléctrica, especialmente un generador para automóviles, del tipo de la reivindicación independiente de la patente.

Se conoce a partir del documento DE 198 04 328 A1 una máquina eléctrica en la forma de construcción de un generador de corriente alterna, en el que el árbol del generador está alojado por medio de un cojinete libre en el cubo de una parte de la carcasa. Un elemento de resorte insertado en el cubo carga en este caso el anillo exterior del cojinete libre con una fuerza axial, para conseguir un movimiento de rodadura definido de los cuerpos rodantes en el cojinete libre y alcanzar de esta manera una duración de vida útil más prolongada del cojinete libre. La estructura de esta disposición de cojinete es relativamente costosa, puesto que son necesarios algunos componentes para conseguir una carga axial del cojinete de bolsas. Además, es necesario que cada generador individual o bien su punto de rodamiento sea ajustado por medio de una etapa de calibración sobre una carga axial inicial definida. Además, en una disposición de cojinete seleccionada de este tipo, solamente se puede conseguir un gradiente de la fuerza relativamente empinado en dirección axial, de manera que, en virtud de las oscilaciones longitudinales del rotor, resulta un gradiente relativamente fuerte de la fuerza de resorte y, por lo tanto, se incrementa en gran medida la carga del cojinete. Un gradiente fuerte de la carga de resorte y, por lo tanto, una carga de fuerza axial, en general, alta en el cojinete es un inconveniente, puesto que de esta manera se puede producir, dado el caso, una sobrecarga y, por lo tanto, de puede acortar en gran medida la duración de vida útil del cojinete.

El documento DE 198 43 226 A1, que representa el estado más próximo de la técnica, muestra:

una máquina eléctrica, con un rotor alojado de forma giratoria, en el que al menos un cojinete sirve para el apoyo del rotor en un cubo y sobre el cojinete actúa una fuerza de resorte, que actúa axialmente, de un elemento de resorte, que está apoyado en el cubo por medio de la fuerza de resorte, y en el que el elemento de resorte se apoya en una zona exterior en un anillo exterior de un rodamiento.

Ventajas de la invención

La máquina eléctrica de acuerdo con la invención con las características de la reivindicación principal tiene la ventaja de que se puede conseguir una zona de curva característica de la fuerza de resorte grande con un gradiente de fuerza relativamente plano. Esto significa que a través de la zona de la compresión prevista del elemento de resorte se incrementa de la misma manera en una medida insignificante la fuerza de resorte y, por lo tanto, la carga de fuerza axial del cojinete. La duración de vida útil previsible de este cojinete se incrementa, por lo tanto, en una medida considerable.

Puesto que el elemento de resorte se apoya en una zona exterior en un anillo exterior de un rodamiento y se apoya en una zona interior en una proyección de cubo, resulta, en combinación con un anillo interior del rodamiento, que está fijado con asiento fijo sobre un árbol de rotor, con respecto a los criterios de diseño habitual de rodamientos, una carga buena de este cojinete libre.

Además, de acuerdo con la invención, está previsto que la proyección del cubo tenga una forma anular general con una superficie de apoyo de resorte cónica que cae hacia fuera. A través de esta medida resulta para el elemento de resorte un apoyo definido en la zona radial interna y con ello adicionalmente la posibilidad de mantener inalterada o casi inalterada la palanca de actuación de la fuerza de resorte. Además, es posible una geometría sencilla de la herramienta para la fabricación de esta superficie de apoyo, de maneras que se prolonga el tiempo de actividad de la herramienta.

A través de las medidas indicadas en las reivindicaciones dependientes son posibles desarrollos ventajosos de la máquina eléctrica de acuerdo con la reivindicación principal.

Puesto que el elemento de resorte configurado como disco de resorte tiene esencialmente la forma de una envolvente de tronco de cono, se puede conseguir una fuerza axial alta, de manera que los cuerpos rodantes en el rodamiento rueda, en condiciones definidas, sobre sus superficies de rodamiento. Como consecuencia, resulta una duración de vida útil favorable para el rodamiento.

De acuerdo con otro ejemplo de realización, está previsto que en la dirección de actuación entre el cojinete y el elemento de resorte esté dispuesto un elemento distanciador. Este elemento distanciador posibilita, de la misma manera que la proyección del cubo, que está provista con una superficie de apoyo de resorte cónica que cae hacia fuera, una disposición en el cubo sin una modificación de la palanca para la fuerza de resorte que actúa axialmente. El alojamiento está de esta manera en condiciones de absorber de una manera relativamente elástica las oscilaciones axiales sin modificaciones demasiado grandes de la fuerza.

\newpage

De la misma manera, puede estar previsto que en la dirección de actuación entre el elemento de resorte y el cubo esté dispuesto un elemento distanciador, que cumple los mismos objetivos.

El elemento distanciador puede ser, por ejemplo, un anillo separado originalmente fijado en el elemento de resorte, de manera que, en general, es posible una fabricación de coste favorable de una combinación de elemento de resorte y elemento distanciador.

Dibujos

La figura 1 muestra en representación esquemática una sección transversal a través de una máquina eléctrica.

La figura 2a muestra una sección transversal a través de un cojinete para el apoyo de un rotor por medio de un elemento de resorte.

La figura 2b muestra una representación fragmentaria ampliada de la proyección del cubo.

Las figuras 3a y 3b muestran dos vistas del elemento de resorte de la figura 2a.

Las figuras 4a y 4b muestran en vista muy esquemática el comportamiento del elemento de resorte de la figura 3a y de la figura 3b bajo carga a través de oscilaciones axiales del rotor.

Las figuras 5a, 5b y 5c muestran tres vistas diferentes de un segundo ejemplo de realización de un elemento de resorte.

La figura 8 muestra un ejemplo de un elemento de resorte, que facilita la comprensión de la invención.

La figura 7 muestra una sección transversal a través del casquillo de encaje de la figura 2a.

Descripción

La figura 1 muestra en una representación muy esquemática una sección transversal a través de una máquina eléctrica 10. La máquina eléctrica 10 presenta, entre otras cosas, dos partes de carcasa 13 y 16, que alojan en ellas, entre otras cosas, un estator 19. Las partes de la carcasa 13 y 16 presentan en cada caso un cubo 21, que sirve para soportar el árbol 25 de un rotor 27 sobre un cojinete 23 y un cojinete 24.

Mientras que el cojinete izquierdo 23, representado en la figura 1, es, por decirlo así, un cojinete fijo, el cojinete 24 representado en la figura 1 es, por decirlo así, un cojinete suelto. Este cojinete suelto 24 y su configuración así como la disposición en el cubo 21 se describen en detalle en la figura 2.

La figura 2a muestra en una representación poco esquemática la disposición del cojinete derecho 24, del cojinete libre en el cubo 21, de la parte de la carcasa del cojinete 16. La parte de la carcasa 16, designada con frecuencia también como placa de cojinete, presenta en su centro el cubo 21, que se extiende axialmente en forma de anillo cilíndrico. En el cubo 21 se conecta, por decirlo así, una proyección de cubo 30, que se extiende radialmente hacia dentro. La proyección de cubo 30 está dispuesta sobre el lado del cubo 21, que está alejado del rotor 27. La proyección del cubo 30 tiene una forma anular general y está formada, entre otras cosas, por algunos radios 32 orientados en dirección radial. En los radios 32 se conecta radialmente más hacia dentro una superficie de apoyo de resorte 35 en forma de anillo, que es parte de la proyección del cubo.

En el cubo cilíndrico hueco 21 está insertado, por decirlo así, un anillo de encaje 38, que está fabricado de un plástico. Este anillo de encaje 38 sirve para la amortiguación de excitaciones de oscilación entre el cubo 21 y el árbol 25. En el interior del anillo de encaje 38 se proyecta el árbol 25, que está retenido en el anillo de encaje 38 por medio del cojinete 24. El cojinete 24 está realizado, en el ejemplo de realización descrito, como un rodamiento, aquí como cojinete de bolas. El cojinete de bolas está constituido esencialmente por un anillo exterior 40, por los cuerpos rodantes 42 en este caso en forma de bolas y por el anillo exterior 44.

Entre el cojinete 24 y la proyección del cubo 30 está insertado un elemento de resorte 47 de acción axial. El elemento de resorte 47 es un disco de resorte, que presenta en su centro axial un orificio, que está previsto para el paso del árbol 25 -aquí con diámetro interior entonces reducido-. El disco de resorte 47 tiene esencialmente la forma de una envolvente de tronco de cono y, por lo tanto, tiene una zona interior dirigida radialmente hacia dentro, que se apoya en la proyección del cubo 30 o bien en la superficie de apoyo de resorte 35. Con una zona exterior dirigida radialmente hacia fuera, el elemento de resorte 47 se apoya en el anillo exterior 44 del cojinete 24. El cojinete 24 se apoya de nuevo con su anillo exterior 40 en un saliente 50 del árbol 25.

Para posibilitar una fabricación de coste más favorable posible de la máquina eléctrica, se ha previsto durante el diseño que sea admisible una tolerancia relativamente grande de la superficie de apoyo del resorte 35 y la parte izquierda de la carcasa 13. Por lo demás, está previsto de la misma manera que la posición del saliente del árbol 50 pueda ser muy diferente con respecto a la superficie de apoyo del resorte 35, para que durante el apoyo del cojinete 24 tanto sobre el saliente del árbol 50 como también sobre el elemento de resorte 47 en la superficie de apoyo del resorte 35, en el caso de utilización de elementos de resorte convencionales o bien conocidos, actúen fuerzas de resorte de acción axial muy diferentes entre la superficie de apoyo del resorte 35 y el cojinete 24. Esto no es deseable. En su lugar, está previsto que esté prevista una zona de curvas características de la fuerza de resorte con una curva relativamente plana de desarrollo de la fuerza en la zona de tolerancia. Por este motivo, está previsto que el elemento de resorte realizado como disco de resorte sea accionado, por decirlo así, alrededor de una posición plana. La posición plana del elemento de resorte 47 está definida en este caso de tal forma que, la zona exterior del elemento de resorte 47 tenga entonces la misma posición axial que la zona interior del elemento de resorte 47. Esto es equivalente a una forma presente entonces del elemento de resorte 47, que es aproximadamente un plano.

De esta manera, está prevista una máquina eléctrica 10, realizada especialmente como generador para automóviles, que tiene un rotor 27 alojado de forma giratoria, en la que al menos un cojinete 24 sirve para el apoyo del rotor 27 en el cubo 21 y sobre el cojinete 24 actúa una fuerza de resorte de acción axial del elemento de resorte 47. El elemento de resorte 47 está apoyado por medio de la fuerza de resorte en el cubo 21. El elemento de resorte 47 es un disco de resorte y se puede accionar alrededor de la posición pana del elemento de resorte 47.

El elemento de resorte 47 se apoya en una zona exterior en el anillo exterior 44 del cojinete 24 realizado como rodamiento y en una zona interior en una proyección del cubo 30.

En la figura 2b se representa de forma fragmentaria la proyección del cubo 30 o bien la superficie de apoyo del resorte 35 en representación ampliada. Para la ilustración de la conformación de la superficie de apoyo del resorte 35, esta superficie se ha mostrado en representación muy ampliada claramente como una superficie de apoyo del resorte 35 cónica que cae hacia fuera. Esta superficie de apoyo del resorte 35 fuertemente cónica tiene el objetivo de que durante las oscilaciones axiales del rotor 27 no se ajuste ninguna fuerza de resorte creciente en una medida sobreproporcional entre la proyección del cubo 30 y el anillo exterior 44. En este caso está previsto que en la posición extrema del elemento de resorte 47, es decir, en una posición del elemento de resorte 47 suspendida en una medida especialmente fuerte, en dirección a la proyección del cubo 30, este elemento de resorte 47 no se apoye en un canto 53 de la superficie de apoyo del resorte 35 que se encuentra radialmente fuera. Una presión fuerte de este tipo del elemento de resorte 47 significaría que la fuerza de resorte no se apoyaría ya en el lado de la superficie de apoyo del resorte 35 dirigido radialmente hacia fuera, sino, por ejemplo, directamente en el canto 53. Esto tendría como consecuencia que la fuerza de resorte entre el anillo exterior 44 y la proyección del cubo 30 se incrementaría de forma repentina y, por lo tanto, posiblemente cargaría en una medida excesiva el cojinete 24 o el elemento de resorte 47.

Entre otras cosas, por este motivo, en el ejemplo de realización de acuerdo con la figura 2a está previsto que entre el anillo exterior 44 y la parte de resorte propiamente dicha del elemento de resorte 47 esté fijado un elemento distanciador 56, que presenta una forma de anillo, entre la zona exterior del elemento de resorte 47 y el anillo exterior 44. Sin este elemento distanciador 56, el elemento de resorte 47 podría apoyarse, en una posición presionada hacia la proyección del cubo 30, en un canto del taladro del anillo interior 40, con lo que se reduciría también la palanca de actuación para la fuerza axial y con ello la fuerza de resorte de una manera repentina. Además, el elemento distanciador 56 presenta una forma cónica. El elemento distanciador 56 tiene esencialmente la forma de una envolvente de tronco de con, cuya abertura mayor está dirigida hacia el elemento de resorte 47. La forma cónica tiene, por ejemplo, 7º (por lo tanto un ángulo cónico de 14º). El elemento distanciador 56 se apoya de esta manera con una superficie en forma de anillo circular esencialmente estrecha radialmente hacia fuera en el elemento de resorte 47 y se puede conectar también sobre esta superficie en forma de anillo circular con el elemento de resorte 47 o bien se puede fijar en éste, por ejemplo por medio de una técnica de unión del material como tornillos, soldadura o encolado. El elemento distanciador 56 evita en esta configuración una reducción de la palanca activa en la zona de transición desde el elemento de resorte 47 hacia el elemento distanciador 56, que se produciría en el caso de un elemento distanciador plano 56 y al mismo tiempo en el elemento de resorte 47 fuertemente presionado. El elemento de resorte 47 se apoyaría, en otro caso, en el canto del elemento distanciador 56, que se encuentra radialmente dentro, dirigido hacia el elemento de resorte, con lo que se elevaría la carga del elemento de resorte. Otro motivo para este elemento distanciador 56 consiste en que a través del elemento distanciador 56 se puede excluir un apoyo del elemento de resorte 47 en el anillo interior 40 en el estado cargado o bien presionado del elemento de resorte 47. En otro caso, existiría el peligro de un cizallamiento. Por lo tanto, en la dirección de actuación entre el cojinete 24 y el elemento de resorte 47 está dispuesto un elemento distanciador 56.

En la figura 3a se representa, con respecto a la figura 2a, una vista del elemento de resorte 47 desde la izquierda. De una manera correspondiente, la vista del elemento de resorte 47 representada en la figura 3b es una vista desde la derecha. Se puede reconocer claramente la forma anular del elemento distanciador 56 así como del elemento de resorte 47. El elemento de resorte 47 presenta una zona interior configurada, en general, de forma ondulada. En el borde exterior del elemento distanciador 56 están configurados en este ejemplo, en total, tres pivotes 59, cuya función se explicará más adelante con relación a la figura 7. El número de los pivotes 59 puede variar también de aquél; así, por ejemplo, son posibles también cuatro o seis pivotes.

En la figura 4a y en la figura 4b se representa una vista esquemática del elemento de resorte 47. En ambos casos, se representan muy ampliadas las desviaciones axiales del elemento de resorte 47, para ilustrar bien las modificaciones. La figura 4a reproduce las relaciones de fuerzas y las relaciones de posición de un primer estado de funcionamiento, de acuerdo con lo cual en el lado interior radial del elemento de resorte 47 actúa una fuerza de apoyo F_{2} entre la superficie de apoyo del resorte 35 y el elemento de resorte 47. Una fuerza F_{1} de la misma magnitud actúa entre el anillo exterior 44 y en este caso el elemento distanciador 56. Como línea de referencia se ha seleccionado la línea I_{0}, que se encuentra en este caso en el plano de contacto entre el elemento de resorte 47 y la superficie de apoyo del resorte 35. La altura axial del elemento de resorte 47 entre el lado del elemento de resorte 47, que está dirigido hacia la proyección del cubo 30, y el plano de contacto es d_{1}. El otro caso extremo en la figura 4b muestra un elemento de resorte 47, suspendido totalmente hacia la derecha a través de la posición plana, en el que el lado del elemento de resorte 47, que está dirigido hacia la proyección del cubo 30, se encuentra ahora más allá de la posición plana I_{0}, d_{2}. De la misma manera se ilustra que la fuerza F_{2} que actúa ahora entre el anillo exterior 44 y el elemento de resorte 47 así como entre el elemento de resorte 47 y la superficie de apoyo del resorte 35, presenta aproximadamente la magnitud de la fuerza F_{1} que actúa anteriormente.

En la figura 5a, en la figura 5b y en la figura 5c se representa en tres vistas diferentes otro ejemplo de realización de un elemento de resorte 47. De una manera similar a la figura 3a, la representación de la figura 5a es igualmente una vista desde la izquierda, de una manera correspondiente la vista de la figura 5c es, de una manera similar a la representación de la figura 3b, una vista desde la derecha. Lo mismo que el ejemplo de realización del elemento de resorte 47 ya descrito anteriormente, también este ejemplo de realización presenta una zona interior radial, que está configurada, en general, de forma ondulad. La zona exterior del elemento de resorte 47 está ranurada a distancias cortas y presenta, elementos de ajuste 62 radiales alternos, que sirven para la posición concéntrica del elemento de resorte 47 en el anillo de engrane 38 y, por lo tanto, para la posición concéntrica con respecto al eje del rotor. De una manera alternativa, se puede realizar también una posición concéntrica inmediata entre el elemento de resorte 47 y el cubo 21. Entre el elemento de ajuste están dispuestos elementos distanciadores 56, que se apoyan, como en los ejemplos de realización anteriores, en el anillo exterior 44. Estos elementos distanciadores 56 están configurados, en general, en forma de arco y están acodados aproximadamente en ángulo recto.

La figura 6 muestra un ejemplo de un elemento de resorte 47, que facilita la comprensión de la invención. En este caso, está previsto que el elemento de resorte 47 y el elemento distanciador 56 estén realizados en una sola pieza con el anillo exterior 44. Adicionalmente, pero aplicable también en sí de una manera individual, otro elemento distanciador 56 está dispuesto en la dirección de actuación entre el elemento de resorte 47 y el cubo 2, que está formado en este caso también en una sola pieza.

Por último, en la figura 7 se representa el anillo de encaje 38 en una representación en sección. El anillo de encaje 38 presenta en un extremo axial unos pivotes de inserción 70, que se encajan entre los radios 32 de la parte de la carcasa 16 y además, como se representa también en la figura 2a, están configurados como ganchos de encaje elástico y encajan en ranuras entre los radios 32. Unas secciones entre los pivotes 70 colaboran, además, con los radios 32, de tal manera que los radios 32 están configurados como tope para el encaje 38. Los pivotes 70 delimitan, por una parte, un juego del anillo de encaje 38 en dirección axial hacia la izquierda y los espacios intermedios entre el pivote 70 delimitan un juego hacia la derecha, de manera que, en general, resulta una posición definida del anillo de encaje 38 en el cubo 21. En la periferia interior cilíndrica del anillo de encaje 38 están configuradas, además, en el ejemplo, tres ranuras 73, en las que se insertan los pivotes 59 ya mencionados, ver también las figuras 3a y 3b, de manera que resulta, en general, una posición clara del elemento de resorte 47 de acuerdo con el ejemplo de realización de las figuras 2a, 3a y 3b en el anillo de encaje 38. De esta manera, se puede excluir una posición falsa del elemento de resorte 47 en el cubo 21. Para el caso de que no sea necesaria una asociación clara entre el elemento de resorte 47 y el cubo 21, los pivotes 59 y las ranuras 73 pueden estar distribuidos de la misma manera también en la periferia.

Claims (5)

1. Máquina eléctrica, especialmente generador para automóviles, con un rotor (27) alojado de forma giratoria, en la que al menos un cojinete (24) sirve para el apoyo del rotor (27) en un cubo (21) y sobre el cojinete (24) actúa una fuerza de resorte de acción axial de un elemento de resorte (47), que se apoya en el cubo (21) por medio de la fuerza de resorte, en la que el elemento de resorte (47) es un disco de resorte, que es capaz de ser accionado alrededor de su posición plana y el elemento de resorte (47) se apoya en una zona exterior en un anillo exterior (44) de un rodamiento (24) y en una zona interior en una proyección del cubo (30) con una forma anular general con una superficie de apoyo del resorte (35) cónica que cae hacia fuera.

2. Máquina eléctrica de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el elemento de resorte (47) configurado como disco de resorte tiene esencialmente la forma de una envolvente de tronco de cono.

3. Máquina eléctrica de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque en la dirección de actuación entre el cojinete (24) y el elemento de resorte (47) está dispuesto un elemento distanciador (56).

4. Máquina eléctrica de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque en la dirección de actuación entre el elemento de resorte (47) y el cubo (21) está dispuesto un elemento distanciador (56).

5. Máquina eléctrica de acuerdo con la reivindicación 3 ó 4, caracterizada porque el elemento distanciador (56) es un anillo fijado en el elemento de resorte (47).