ES2312203T3 - Maquina de flujo transversal. - Google Patents

Abstract

LA INVENCION SE REFIERE A UNA MAQUINA DE FLUJO TRANSVERSAL, CON AL MENOS UN ESTATOR Y UN ROTOR CON IMANES PERMANENTES 3 DISPUESTOS A TRAVES DEL PERIMETRO DEL ROTOR DE LA MAQUINA, SOBRE ANILLOS 4 DE CIERRE DE RETORNO MAGNETICOS BLANDOS E INCLUSO AISLADOS MAGNETICAMENTE UNO DE OTRO Y PARTES COMPONENTES MAGNETICAS BLANDAS DISPUESTAS A TRAVES DEL PERIMETRO DEL ESTATOR DE LA MAQUINA EN FORMA DE YUGO 1 EN U, APLICADAS ENTRE EL YUGO EN U Y EL YUGO 5 EN I, DONDE EL YUGO EN U RECIBE AL MENOS UN ARROLLAMIENTO DE ANILLO 2. PARA UNA CAPACIDAD DE ELABORACION MAS SENCILLA DE TECNICA CON AL MISMO TIEMPO EL RENDIMIENTO MAS ALTO POSIBLE ASI COMO EL MOMENTO DE GIRO MAS ALTO SE HA PREVISTO, QUE LOS YUGOS EN U 1 ESTEN DIVIDIDOS, DONDE EL PLANO O CADA UNO DE LOS PLANOS DE DIVISION INCLUYEN CON EL PLANO DE YUGO EN U UN ANGULO DESDE AGUDO HASTA RECTO Y DE FORMA QUE LAS PARTES INDIVIDUALES DEL YUGO EN U1 MUESTREN EN SUS SUPERFICIES DE CONTACTO CONFORMACIONES 24 EN ARRASTRE DE FORMA COMPLEMENTARIAS PARA EVITAR UN DESPLAZAMIENTO RADIAL E INCLUSO AXIAL DE LAS PARTES INDIVIDUALES DEL YUGO EN U 1 UNA CON OTRA. DE FORMA VENTAJOSA LOS YUGOS EN I 5 UTILIZADOS ENTRE LOS YUGOS EN U 1, ESTAN INCRUSTADOS EN UN CUERPO MOLDEADO 10 AISLANTE ELECTRICA Y MAGNETICAMENTE.

Description

Máquina de flujo transversal.

La invención se refiere a una máquina de flujo transversal de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

En una máquina de flujo transversal unilateral solamente se disponen sobre un lado de los imanes permanentes culatas en U y culatas en I. Una máquina de este tipo se obtiene, a modo de ejemplo, del documento DE 197 14 895 A1 y del documento WO 97/39515 A1. En máquinas de flujo transversal bilateral se disponen a ambos lados de los imanes permanentes culatas en U. Las máquinas que se han mencionado en último lugar tienen la desventaja de que requieren redes bifásicas.

La máquina de flujo transversal obtiene su nombre por la guía del flujo magnético, que, al contrario que en máquinas eléctricas convencionales, no está orientado longitudinalmente sino transversalmente. Las máquinas de flujo trasversal presentan en comparación con otras formas de construcción de máquinas densidades de fuerzas muy altas con un tamaño de construcción comparable. A modo de ejemplo, una máquina de flujo transversal provoca aproximadamente el doble de par de giro doble que máquinas asincrónicas convencionales del mismo tamaño de construcción. También el grado de eficacia de máquinas de flujo transversal es mayor que el de máquinas sincrónicas. Una ventaja adicional de máquinas de flujo transversal consiste en que el arrollamiento necesario para la generación del campo magnético se puede producir de forma muy sencilla, ya que el mismo está compuesto por norma por un arrollamiento angular sencillo. La máquina de flujo transversal está compuesta por muchas piezas individuales, sin embargo, las mismas se pueden producir en un concepto correspondiente de manera automatizada de forma relativamente sencilla.

Las primeras máquinas de flujo transversal presentan una relación muy mala entre el flujo útil magnético y el flujo de dispersión, de tal forma que fracasó un uso práctico extendido. En el documento 197 14 895 A1, los caminos de dispersión se disminuyeron por una configuración especial de las culatas con forma de U y con forma de I, de tal forma que se pudo aumentar la carrera de giro. Sin embargo, también la construcción de acuerdo con éste documento presenta desventajas con respecto a la técnica de fabricación.

Un objetivo de la presente invención consiste en proporcionar una máquina de flujo transversal que se pueda producir de manera más sencilla en cuanto a técnica de fabricación y que posea al mismo tiempo el mayor grado de eficacia posible así como el mayor par de giro posible de un uso económico de la máquina.

El objetivo de acuerdo con la invención se resuelve dividiendo las culatas en U, donde el o cada plano de división incluye con el plano de la culata en U un ángulo de agudo a recto y presentando las piezas individuales de las culatas en U en sus superficies de contacto configuraciones con arrastre de forma complementarias para evitar un desplazamiento radial de las piezas individuales de las culatas en U entre sí. Por la separación de las culatas en U se puede simplificar considerablemente el montaje de la máquina, ya que los arrollamientos anulares prefabricados se pueden introducir de forma sencilla y después se pueden agrupar las culatas en U. Por configuraciones con arrastre de forma complementarias correspondientes de las superficies de contacto de las piezas individuales no es posible un desplazamiento radial, particularmente con revoluciones elevadas de la máquina. Ya que no se tiene que usar ninguna herramienta para agrupar las piezas individuales de las culatas en U, el montaje de las mismas se puede realizar de forma muy rápida. El plano de división se situará preferiblemente con un ángulo recto, es decir, 90º, con respecto al plano de la culata en U, sin embargo, también son posibles ángulos menores de 90º. Por plano de culata en U se entiende el plano de la culata en U en el que se sitúan las extensiones principales de la culata en U configurada habitualmente relativamente plana. Los planos de culata en U se disponen en la máquina de flujo transversal radialmente alrededor del eje de rotación. Para la disminución de las pérdidas de corriente turbulenta, las culatas en U y las culatas en I se pueden construir a partir de chapas laminadas, que están recubiertas al menos por un lado por barniz aislante o similares. El recubrimiento provoca por un lado el aislamiento de las chapas y por otro lado el efecto adhesivo necesario al comprimir los paquetes de chapas que forman las culatas en U y las culatas en I. Alternativamente a esto, las chapas de las culatas en U y las culatas en I también pueden presentar conformaciones idénticas producidas por embutición, gofrado, troquelado o similares, de tal forma que las chapas se puedan apilar y se puedan comprimir hasta paquetes de chapas que forman las culatas en U y las culatas en I. Las conformaciones apiladas suministran después de la compresión de las chapas una adhesión suficiente de las chapas entre sí, de tal forma que no se tienen que usar adhesivos adicionales o similares. El aislamiento de las chapas individuales entre sí se realiza la mayoría de las veces por un aislamiento de barniz muy delgado ya presente en la chapa.

Una mejor sujeción de las piezas individuales de las culatas en U se consigue porque las configuraciones con arrastre de forma de las piezas individuales de las culatas en U están configuradas de tal forma que también se puede evitar un desplazamiento axial de las piezas individuales de las culatas en U entre sí. Esto se puede conseguir, a modo de ejemplo, por configuración con forma de garfio del cierre con arrastre de forma.

Ventajosamente, las culatas en I se incluyen en un cuerpo de moldeo magnéticamente y eléctricamente aislante. De este modo se fija la posición axial de las culatas en I con respecto a las culatas en U, se obtiene de forma sencilla el aislamiento de las culatas en U de las culatas en I y además se simplifica y acelera considerablemente el montaje de la máquina. Los cuerpos de moldeo se pueden construir, a modo de ejemplo, de goma de silicona vulcanizada, que presenta una resistencia a temperatura muy elevada.

Para continuar simplificando el montaje o el desmontaje de la máquina de flujo transversal se proporcionan separadores radiales, a modo de ejemplo, tornillos o similares para la fijación de la posición del estator con respecto al rotor. De este modo se consigue que al montar o desmontar la máquina, los imanes permanentes, que presentan una enorme fuerza de atracción magnética, posibiliten una introducción entre sí del estator y rotor y los imanes permanentes no se dañen por un impacto con los componentes opuestos de la máquina. Después del montaje de las placas de cojinete, los separadores para la fijación del estator se retiran contra el rotor. Con un posible desmontaje del motor se vuelven a introducir estos separadores. Evidentemente, en vez de tornillos también se pueden proporcionar otros componentes como pernos o similares.

Como alternativa a los separadores también se pueden disponer sobre el rotor o el estator listones de separación en paralelo al eje de la rotación de la máquina, que se pueden separar con ayuda de tornillos o similares por la hendidura de aire entre el rotor y el estator y durante el funcionamiento de la máquina dejando expuesta la hendidura de aire se pueden retirar con ayuda de los tornillos o similares. Ya que después de la aplicación de las placas de cojinete de la máquina, los listones de separación ya no se pueden volver a retirar, los mismos tienen que permanecer durante el funcionamiento en la máquina.

De acuerdo con una característica adicional de la invención se prevé que los anillos de retorno de la máquina, en el lado opuesto a los imanes permanentes, presenten al menos un surco o similares para la protección contra torsión, que se dispone preferiblemente de forma transversal con respecto al sentido periférico. Por una configuración correspondiente, a modo de ejemplo, de la cubierta del rotor, se pueden introducir los anillos de retorno de forma segura antes de la torsión.

Ventajosamente, los anillos de retorno comprenden al menos m surcos similares con una separación de (2\tau_{\rho})/m entre sí de forma sucesiva en sentido periférico, donde m indica el número de las fases y \tau_{\rho} la división de polos de la máquina. Los m surcos o similares se distribuyen ventajosamente en separaciones angulares iguales entre sí de forma frecuente en la periferia de los anillos de retorno. Por esta construcción solamente se tiene que tener un tipo de anillo de retorno y al montar la máquina, respectivamente un par de anillo de retorno se tiene que desplazar con respecto al siguiente (2\tau_{\rho})/m. Por esta disposición, la fabricación de los surcos en los anillos de retorno se puede realizar de tal forma que todos los anillos de retorno se superpongan y en un ciclo de trabajo, por ejemplo, se introduzcan por fresado los surcos.

De acuerdo con una característica adicional de la invención, los anillos de retorno se pueden fijar en sentido axial en anillos de presión situados axialmente en el exterior. De este modo, las pérdidas por corrientes turbulentas se mantienen reducidas. El material no magnético que aísla los anillos de retorno, preferiblemente un material de tejido duro, está presente ventajosamente también en forma de anillo de separación. También se puede prever una posible fijación radial por tornillos o similares.

Para aumentar la conductividad térmica y para disminuir vibraciones, los posibles espacios huecos entre las culatas en U, las culatas en I, los posibles cuerpos de moldeo y los arrollamientos anulares están llenos de material eléctricamente aislante. El material debe ser térmicamente lo más resistente posible, presentar una buena conductividad térmica, una mala conductividad eléctrica y una permeabilidad en lo posible como aire. A modo de ejemplo se puede usar una cinta de fibra de vidrio sumergida en resina, una tela no tejida o goma de silicona. Por el llenado de los espacios huecos, los mismos presentan una mejor conductividad térmica de lo que sería el caso con aire. Durante el funcionamiento de la máquina también se evitan vibraciones y desarrollo de ruidos.

Una ventaja adicional de la producción está relacionada con que para el alojamiento de las culatas en U en el estator se proporciona una parte central de soporte en U construida a partir de placas individuales, cuyas placas están orientadas en sentido hacia planos orientados verticalmente con respecto al eje de rotación. Las placas individuales se cortan, a modo de ejemplo, mediante un láser y después se agrupan y se sueldan. Este método de fabricación es más sencillo y, por lo tanto, más económico con respecto a un fresado de toda la parte central de soporte en U de una pieza. Por lo demás, durante la producción mediante láser de forma sencilla se pueden proporcionar orificios necesarios para la formación, a modo de ejemplo, de canales de refrigeración.

De acuerdo con una característica adicional de la invención se proporcionan en los anillos de retorno conformaciones, a modo de ejemplo, listones o similares de forma correspondiente a la posición de los imanes permanentes. Por estos listones o similares se puede realizar de forma más sencilla la colocación de los imanes permanentes durante la adhesión con los anillos de retorno.

Si los listones o similares en los anillos de retorno y los imanes permanentes presentan una configuración complementaria, se puede realizar incluso una fijación de los imanes permanente en los anillos de retorno sin medios auxiliares como, por ejemplo, un adhesivo. De este modo se continúa simplificando la construcción de la máquina y su mantenimiento. Esto se consigue, a modo de ejemplo, por una configuración trapezoidal de los listones y una configuración cónica de los imanes permanentes. Por la configuración cónica de los imanes permanentes y la fijación por una especie de clave de forma similar a una bóveda también se puede obtener una fijación sin medios auxiliares. Ventajosamente, los imanes permanentes tienen una forma abombada en el lado orientado hacia la hendidura de aire. De este modo se consigue una hendidura de aire constante y, por lo tanto, un menor flujo de dispersión. Sin embargo, a esto se opone una producción más compleja de los imanes. Dependiendo del caso de aplicación, evidentemente, también se pueden usar imanes permanentes con forma de paralelepípedo, que se pueden producir de forma considerablemente más sencilla, sin embargo, no conllevan una hendidura de aire constante y, por lo tanto, presentan un mayor flujo de dispersión.

De acuerdo con una característica adicional de la invención, en la configuración de la máquina de flujo transversal como inducido externo en un eje de estator fijo se dispone una parte central de soporte en U para el alojamiento de las culatas en U y el rotor está formado por un tubo de cubierta en el que se disponen los anillos de retorno con los imanes permanentes. Los inducidos externos son particularmente para el uso como accionamiento de cubo de rueda para un vehículo, particularmente de un vehículo de bastidor bajo, ya que en este caso hay poco espacio disponible para el accionamiento y al mismo tiempo se tiene que transmitir el mayor par de giro posible a las ruedas del vehículo. En una máquina de flujo transversal configurada como inducido externo, la hendidura de aire que forma el par de giro se sitúa radialmente más externa que en una máquina de flujo transversal configurada como inducido interno con las mismas dimensiones externas. De esto se produce una mayor par de giro o una mayor potencia. Como accionamiento de vehículo se prefieren inducidos externos cuando el vehículo conduce con masas no sometidas a resorte relativamente grandes.

De acuerdo con una característica adicional de la invención, la culatas en U, las culatas en I y, en todo caso, los cuerpos de moldeo que contienen las culatas en I presentan surcos o similares para el alojamiento de revestimientos contra un desplazamiento radial. Como revestimientos se usan cintas de tejido de vidrio, cintas de fibra de carbono o similares, que eléctricamente son no conductores y son particularmente resistentes a desgarro.

De acuerdo con una configuración ventajosa, los cuerpos de moldeo presentan surcos dobles con dos profundidades de surco diferentes escalonadas. De este modo, con configuración correspondiente de los surcos en las culatas en U, los mismos se pueden revestir de forma separada de las culatas en I, lo que conduce una mejor sujeción y a una mejor unión.

Ventajosamente se dispone en la superficie del estator al menos un canal de refrigeración con forma de meandro, con forma de rosca o similares para la guía de un refrigerante preferiblemente líquido e impermeabilizado hacia el exterior por un tubo de cubierta de refrigeración con forma de cilindro. Para la obtención de un gran par de giro es esencial un enfriamiento eficaz de la máquina. Preferiblemente se enfría la parte fija de la máquina, en este caso, el eje del estator, ya que el canal de refrigeración entonces se puede conectar de forma sencilla sin juntas de deslizamiento complejas o similares al circuito de refrigeración.

En la configuración de la máquina de flujo transversal como inducido interno, de acuerdo con una característica adicional de la invención, alrededor de un eje de rotor con los anillos de retorno con los imanes permanentes se proporciona un tubo de cubierta que forma el estator, en el que se disponen en el lado interno las culatas en U y las culatas en I. En todos los sitios en los que el par de giro de un árbol en rotación se puede procesar mejor, la máquina de flujo transversal se configura preferiblemente como inducido interno. Los inductores internos se utilizan preferiblemente como accionamiento de vehículos donde las masas no sometidas a fuerza de resorte deben ser lo más pequeñas posibles. Son ejemplo de esto vehículos sobre carriles para mayores velocidades.

Para evitar un desplazamiento radial, en un inducido interno de acuerdo con una característica adicional de la invención, los imanes permanentes o los anillos de retorno presentan surcos o similares para el alojamiento de revestimientos contra un desplazamiento radial. Como ya se ha mencionado anteriormente en el inducido externo, como revestimientos se usan cintas de tejido de vidrio, cintas de fibra de carbono o similares, que son eléctricamente no conductores y particularmente resistentes a desgarro.

Para el enfriamiento de un inducido interno se dispone ventajosamente en la superficie del tubo de la cubierta al menos un canal de refrigeración con forma de meandro, con forma de rosca o similares para la guía de un refrigerante preferiblemente líquido y se impermeabiliza hacia el exterior por un tubo de cubierta de refrigeración con forma de cilindro. En este caso se enfría el tubo de cubierta fijo.

Para el accionamiento del eje de un vehículo con la máquina de flujo transversal configurada como inducido interno se prevé que los anillos de retorno que llevan los imanes permanentes se unan con el eje de rueda que se tiene que accionar del vehículo con resistencia al giro por elementos elásticos o similares y que el tubo de cubierta se aloje por cojinetes sobre el eje de rueda y que el tubo de cubierta se una por un apoyo de par de giro con la construcción del vehículo. Por los elementos elásticos, que pueden ser de una pieza o varias piezas, las masas no sometidas a fuerza de resorte disminuyen, lo que posee una considerable importancia particularmente con velocidades muy elevadas.

En la anterior suspensión de la máquina de flujo transversal configurada como inducido interno, ventajosamente el apoyo de par de giro está formado por al menos dos, preferiblemente cuatro barras unidas entre sí de forma articulada, dispuestas en forma de paralelogramo, donde una esquina se une con el tubo de cubierta de la máquina de flujo transversal, y una esquina, con la construcción del vehículo. Esta construcción sencilla del apoyo del par de giro asume el par de giro opuesto de la máquina de flujo transversal, mientras que se admiten movimientos relativos del accionamiento hacia la construcción del vehículo en el sentido de conducción del vehículo así como en sentido vertical.

Se explican con más detalle otras características de la invención mediante los dibujos adjuntos.

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En ellos se muestra:

En la Figura 1, un diagrama esquemático de una parte de una máquina de flujo transversal para explicar el recorrido del flujo magnético,

En la Figura 2, una vista en perspectiva del estator de una realización de la máquina de flujo transversal de acuerdo con la invención en la construcción de un inducido externo,

En la Figura 3, una vista en perspectiva del rotor perteneciente al rotor de acuerdo con la Figura 2 de una máquina de flujo transversal,

En la Figura 4, una vista en perspectiva del estator de acuerdo con la Figura 2 sin eje y con representación de solamente una bobina anular sin anillos de presión.

En la Figura 5, el uso de una máquina de flujo transversal en forma de un inducido externo como motor de cubo de rueda de un vehículo sobre carriles en una representación lateral del corte,

En la Figura 6, una realización preferida de una culata en U para una máquina de flujo transversal trifásica de acuerdo con las Figuras 2 a 5,

En la Figura 6a, el detalle VI del cierre con arrastre de forma de las piezas individuales de una culata en U de la Figura 6 en una representación aumentada,

En la Figura 6b, una variante del cierre con arrastre de forma de las piezas individuales de la culata en U en una representación aumentada,

En la Figura 7, una realización preferida de las culatas en I incluidas de acuerdo con la invención en un cuerpo de moldeo en una representación del corte,

En la Figura 8, un corte por el cuerpo de moldeo de acuerdo con la Figura 7 a lo largo de la línea de corte VIII-VIII,

En la Figura 9, una representación de un anillo de retorno con surcos para la protección contra torsión,

En la Figura 10, la disposición de un listón de separación en el rotor para la separación del rotor del estator durante el montaje de la máquina,

En la Figura 11, una realización preferida del anillo de retorno para el alojamiento de los imanes permanentes,

En la Figura 12, el uso de una máquina de flujo transversal trifásica en forma de un inducido interno en una representación lateral del corte y

En la Figura 13, el uso de una máquina de flujo transversal representada como inducido interno para el accionamiento del eje de rueda de un vehículo sobre carriles.

La Figura 1 muestra un recorte de una máquina de flujo transversal monofásica en forma de un inducido externo (es decir, la parte en rotación de la máquina se sitúa en el exterior). En el interior de una denominada culata en U 1 se dispone un arrollamiento anular 2 alrededor del eje de rotación A. Sobre las ramas de la culata en U 1 se sitúan dos imanes permanentes 3, que se ponen en cortocircuito de forma magnética por anillos de retorno 4 con los imanes permanentes 3 posteriores. Una corriente alterna I que fluye en el arrollamiento anular 2 provoca un flujo magnético \Phi, que tiene un recorrido desde la culata en U 1 por la hendidura de aire hacia el imán permanente 3 por los anillos de retorno 4 y se pone en cortocircuito por una denominada culata en I 5. El flujo magnético \Phi se divide en 2 mitades \Phi/2, donde una de las mitades se cortocircuita por la siguiente culata en I 5 y la otra mitad por la anterior culata en I 5. Una máquina de flujo transversal se compone de una pluralidad de tales culatas en U 1, culatas en I 5, que se disponen de forma alterna alrededor de un eje de rotación A. En el ejemplo representado, los imanes permanentes 3 y los anillos de retorno 4 se dispondrían en una cubierta (no representada), que forma el rotor de la máquina. Las culatas en U 1 y las culatas en I 5 se producen habitualmente de material de poca fuerza magnética. Para la disminución de las pérdidas por corriente turbulenta, las culatas en U 1 y las culatas en I 5 se componen preferiblemente de chapas laminadas y se aíslan entre sí de forma conocida con barniz aislante y se adhieren entre sí. De acuerdo con una variante de acuerdo con la invención, las laminas individuales de las culatas en U 1 y las culatas en I 5 se pueden proporcionar por embutición, gofrado, troquelado o similares. A continuación, las chapas provistas de estas conformaciones, que en la mayoría de las veces ya están presentes antes del procesamiento con un aislamiento de barniz, se superponen y se comprimen entre sí. Por esta variante de construcción es posible una unión firme de las láminas sin uso de barniz aislante o similares. De forma correspondiente al número de pares de polos p se distribuyen 2p imanes permanentes 3 alrededor de la periferia de la máquina. El flujo magnético \Phi provoca dependiendo del número de pares de polos p una carrera de giro y hace que la máquina de flujo transversal gire. En una máquina monofásica, como se representa la Figura 1, la misma se tendría que "impeler", ya que no se puede establecer el par de arranque necesario. De forma correspondiente al recorrido tridimensional del flujo magnético \Phi se denominan tales máquinas máquinas de flujo transversal, ya que el flujo \Phi también tiene un recorrido transversal con respecto al eje del motor. Sin embargo, en máquinas asincrónicas convencionales, el flujo \Phi solamente tiene un recorrido en sentido longitudinal. Frente a máquinas asincrónicas o incluso sincrónicas conocidas, una máquina de flujo transversal con un par de giro igual es considerablemente más ligera o una máquina de flujo transversal, con el mismo tamaño de máquina, puede provocar un par de giro aproximadamente el doble. El grado de eficacia es mayor que en máquinas asincrónicas con un par de giro comparable. Frente a máquinas sincrónicas y asincrónicas, la construcción, particularmente la construcción del arrollamiento anular 2, en la máquina de flujo transversal es considerablemente más sencilla. Por norma, el arrollamiento anular 2 se construye de pocos arrollamientos del cobre plano aislados entre sí. La máquina de flujo transversal se compone de relativamente muchas piezas individuales, sin embargo, las mismas se pueden producir, debido a la igualdad o a la similitud, de manera automatizada de forma relativamente sencilla. Debido a las pérdidas por dispersión relativamente altas, las máquinas de flujo transversal hasta ahora todavía no se han usado ampliamente. El par de giro de una máquina de flujo transversal aumenta de forma proporcional con el número de par de polos p, que se determina por la cantidad de los imanes permanentes 3. Sin embargo, las culatas en U 1 y las culatas en I 5, con una cantidad creciente de imanes permanentes 3, se tienen que realizar con menor tamaño, lo que da como resultado mayores flujos de dispersión magnéticos. Por lo tanto se tiene que establecer un compromiso entre un par de giro elevado y la menor dispersión posible, de tal forma que se produzca una máquina con la mayor fuerza de empuje posible y con un elevado grado de eficacia. Habitualmente, dependiendo de la red de alimentación disponible se realizan máquinas de flujo transversal multifásicas con varios arrollamientos anulares 2 dispuestos de forma adyacente. A diferencia de máquinas asincrónicas, una máquina de flujo transversal no genera ningún campo de giro y, por lo tanto, necesita para un arranque automático al menos dos fases. Por norma se utilizan máquinas bifásicas o trifásicas o de múltiplos enteros de las mismas.

La Figura 2 muestra una vista en perspectiva de un estator parcialmente montado de una máquina de flujo transversal configurada como inducido externo. Sobre un eje fijo del estator se aplica una parte central de soporte en U 7 que se construye preferiblemente de chapas cortadas con láser. Sobre la parte central de soporte en U 7 se aplican las culatas en U 1 así como los arrollamientos anulares 2 y después las culatas en I 5 entre las culatas en U 1. La unidad está fijada por anillos de presión 8 axialmente. Los anillos de presión 8 presentan perforaciones correspondientes para tornillos que se enroscan en perforaciones roscadas correspondientes en la parte central de soporte en U 7 (véase la Figura 4). Por lo demás, en los anillos de presión 8 se conducen al exterior las conexiones 9 de los arrollamientos anulares 2. En la periferia de los anillos de presión 8 se dispone un surco 17, en el que se pueden introducir separadores para evitar durante el montaje o durante el desmontaje de la máquina un contacto entre el estator y el rotor. Por la enorme fuerza de atracción de los imanes permanentes 3, una introducción del rotor y el estator entre sí sería imposible. Por lo demás, con esto estaría unida una destrucción de los imanes permanentes 3. De acuerdo con una característica de la invención se prevé que las culatas en I 5 se dispongan en un cuerpo de moldeo 10 que puede estar compuesto, a modo de ejemplo, para una buena resistencia a temperatura, por goma de silicona vulcanizada. De este modo, las culatas en I 5 tienen una posición definida y están aisladas eléctricamente y magnéticamente de las culatas en U 1. Para la fijación radial de toda la disposición, las culatas en U 1 y las culatas en I 5 se revisten en la periferia, para lo que se proporcionan surcos correspondientes 25, 26, 27 en las culatas en U 1 y las culatas en I 5 o los cuerpos de moldeo 10. Estos detalles se explican con más detalle a continuación. En el caso de un inducido interno, los imanes permanentes 3 o los anillos de retorno 4 se tienen que revestir. Los espacios huecos 12, que se producen entre las culatas en U 1, las culatas en I 5 y los arrollamientos anulares 2, evitan una buena salida del calor, ya que el aire posee una conductividad térmica relativamente mala. Por lo demás, los espacios huecos 12 pueden conducir a vibraciones de las máquinas particularmente con grandes números de revoluciones. De forma correspondiente, los espacios huecos 12 se llenan de acuerdo con una característica de la invención con material eléctricamente aislante. El material usado debe ser térmicamente lo más resistente posible, presentar una buena conductividad térmica, una mala conductividad eléctrica y una permeabilidad en lo posible como el aire. A modo de ejemplo se puede usar una cinta de fibra de vidrio sumergida en resina o goma de silicona. Para garantizar una construcción más sencilla de la máquina, las culatas en U 1 se construyen de acuerdo con la invención a partir de varias piezas, de tal forma que los arrollamientos anulares 2 prefabricados se puedan incluir de forma sencilla. A continuación se detallará adicionalmente esta distribución de acuerdo con la invención de las culatas en U 1. Al final del eje del estator 6 se observan dos aperturas 33 para la entrada y salida del refrigerante para la refrigeración del eje del estator 6.

En la Figura 3 se muestra una vista en perspectiva del rotor perteneciente al estator de acuerdo con la Figura 2 de la máquina de flujo transversal. El rotor se compone de los imanes permanentes 3 dispuestos en la periferia, que se disponen en los anillos de retorno 4 y se adhieren a los mismos o se unen de forma firme de otro modo. Los anillos de retorno individuales 4 con los imanes permanentes 3 se comprimen axialmente con anillos de fijación 13. Para la simplificación, en vez de un anillo de fijación 13 también se puede proporcionar una configuración correspondiente en el tubo de cubierta 14 en forma de un hombro de cubierta. Entre los anillos de retorno individuales 4 se incluyen anillos para el aislamiento. Para esto se usa, a modo de ejemplo, material de tejido duro, ya que el mismo no es magnético y apenas es eléctricamente conductor. Finalmente se dispone un tubo de cubierta 14 alrededor del rotor. Los anillos de fijación 13 se fijan radialmente, a modo de ejemplo, con tornillos que se enroscan por las perforaciones 15 en el tubo de cubierta 14. Por las perforaciones 16 en el tubo de cubierta 14 se pueden introducir separadores (no representados), a modo de ejemplo, tornillos de separación, que engranan en un surco correspondiente 17 en el anillo de presión 8 del estator de la máquina (véase la Figura 2) y que evitan un impacto del estator con los imanes permanentes 3 al montar o desmontar la máquina. Las posibles conformaciones 18 en el tubo de cubierta 14 pueden servir, a modo de ejemplo, para el montaje de una corona de rodadura en un accionamiento de cubo de rueda para un vehículo sobre carriles (no representado).

En la Figura 4 se representa una parte del estator sin eje del estator 6 y sin anillos de presión 8 en una solamente parcialmente montada. En este caso se dispone primero un arrollamiento anular 2 y algunas culatas en U 1 y culatas en I 5 sobre la parte central de soporte en U 7. A partir de esta representación se observa que una producción de la parte central de soporte en U 7 a partir de un componente sólido sería relativamente compleja, ya que los surcos 34, en los que se introducen las culatas en U 1 se tienen que fresar y se tienen que producir perforaciones roscadas necesarias 19 para el alojamiento de tornillos para la fijación de los anillos de presión 8. Se pueden realizar dientes individuales 20 de la parte central de soporte en U 7 más cortos que los demás dientes 20 para posibilitar la extracción de las conexiones 9 de los arrollamientos anulares 2 al lado frontal del estator. Por anillos de unión 21 se agrupan las conexiones 9 de los arrollamientos anulares 2 de máquinas multifásicas.

La Figura 5 muestra una máquina de flujo transversal como accionamiento de cubo de rueda para un vehículo sobre carriles en una representación lateral de un corte. Las culatas en U 1 se disponen alrededor del estator 6. En la superficie del estator 6 se dispone un canal de refrigeración 22 con forma de meandro o con forma de espiral doble que está rodeado por un tubo de cubierta de refrigeración 32. Sobre el tubo de cubierta 14 se disponen los anillos de retorno 4 con los imanes permanentes 3 de forma firme. Sobre el tubo de cubierta 14 se puede fijar, a modo de ejemplo, la corona de rodadura 23 de un vehículo sobre carriles o la llanta con el neumático de un vehículo no unido a carriles. La suspensión unilateral del accionamiento del cubo de rueda por una matrícula simplifica el montaje o desmontaje del accionamiento.

La Figura 6 muestra una realización preferida de una culata en U 1 para una máquina trifásica. La culata en U 1 está construida de cuatro piezas individuales, donde cada plano de división incluye un ángulo recto con el plano de la culata en U. Por el plano de culata en U se tiene que entender el plano en el que se sitúan las extensiones principales de la culata en U 1, es decir, en el caso de la Figura 6, el plano del dibujo. Sin embargo, el plano de división también podría incluir un ángulo menor de 90º con el plano de la culata en U. Las piezas individuales de la culata en U 1 se unen entre sí respectivamente por una configuración con arrastre de forma 24, de tal forma que no es posible un desplazamiento radial en el sentido de la flecha R. La configuración correspondiente de los extremos abiertos de las secciones de culata en U sirve para la disminución del flujo de dispersión. Los surcos 25 de la culata en U 1 se usan para el revestimiento de la máquina. La Figura 6a muestra la unión con arrastre de forma de las piezas individuales de la culata en U 1 de acuerdo con el detalle VI de la Figura 6 en una representación aumentada. Por esta configuración 24 complementaria triangular de las piezas individuales de la culata en U 1, que engranan entre sí, se evita un desplazamiento de las piezas individuales entre sí en sentido radial. La Figura 6b muestra una construcción ampliada con respecto a la Figura 6a de un cierre con arrastre de forma, en el que por un garfio 44 adicional en la configuración 24 con arrastre de forma de las piezas individuales de la culata en U 1 también se evita un desplazamiento en sentido axial, por lo que se simplifica el montaje de la máquina. La unión con arrastre de forma entre las piezas individuales de la culata en U 1 se puede configurar de forma aleatoria.

La Figura 7 muestra un corte longitudinal por un cuerpo de moldeo 10 que contiene las tres culatas en I 5 de una máquina trifásica que se produce preferiblemente a partir de goma de silicona vulcanizada. La Figura 8 muestra un corte por el cuerpo de moldeo 10 a lo largo de la línea de corte VIII-VIII de la Figura 7. Por la conformación cónica del cuerpo de moldeo 10 se consigue al introducir los cuerpos de moldeo 10 entre las culatas en U 1 una especie de presión de bóveda. Las culatas en I 5 están construidas, como ya se ha mencionado, preferiblemente de chapas laminadas. Por la inclusión, a modo de ejemplo, la introducción por vulcanizado de las culatas en I 5 en el cuerpo de moldeo 10, su posición con respecto a las culatas en U 1 está protegida y las mismas están aisladas magnéticamente y eléctricamente con respecto a las culatas en U 1. Como se puede observar en la Figura 7, las culatas en I 5 incluidas en el cuerpo de moldeo 10 contienen tres surcos 26 así como el cuerpo de moldeo 10 cuatro surcos dobles adicionales 27. Por los surcos 26 se revisten las culatas en I 5. Los surcos dobles 27 sirven para el revestimiento escalonado en primer lugar de las culatas en U 1, ya que las secciones más profundas de los surcos dobles 27 coinciden con los surcos 25 de las culatas en U 1. Con, por ejemplo, una cinta de tejido ancha sobre los surcos de menor profundidad de los surcos dobles 27, los cuerpos de moldeo 10 se revisten, de tal forma que no se puede producir ningún desplazamiento radial, y por lo tanto, vibraciones durante la marcha de la máquina, particularmente con elevados números de revoluciones.

La Figura 9 muestra un anillo de retorno 4 de una máquina trifásica, que sirve con varios surcos 28 sucesivos en sentido periférico dispuestos transversalmente con respecto al sentido periférico para la disposición con resistencia a giro, bien definida, a modo de ejemplo, en el tubo de cubierta 14. Respectivamente un par de anillos de retorno 4 se tiene que desplazar con respecto al siguiente par de anillos de retorno (2\tau_{\rho})/m, donde \tau_{\rho} indica la división de polos y m la cantidad de las fases. En el ejemplo mostrado, por simplicidad, todos los anillos de retorno 4 se realizan con al menos m surcos 28 con una separación a=(2\tau_{\rho})/m. Para una disposición simétrica, los m surcos 28 también se pueden disponer de forma múltiple, con separaciones angulares iguales entre sí en la periferia de los anillos de retorno 4. La producción de los anillos de retorno 4, por lo tanto, se puede realizar de forma relativamente sencilla, ya que los mismos se producen de forma común con el mismo número y disposición de los surcos 28 y se desplazan por pares durante el montaje de la máquina.

La Figura 10 muestra la disposición de un listón de separación 29 en el rotor de la máquina, a modo de ejemplo, por un tornillo 30 en el anillo de retorno 4 o el tubo de cubierta 14. El listón de separación 29 sirve para la separación del rotor del estator al montar o desmontar la máquina. Con este propósito, los listones de separación 29 dispuestos a lo largo de la periferia se extraen con ayuda de, a modo de ejemplo, los tornillos 30 por los imanes permanentes 3. Después de la introducción entre sí de rotor y estator y la aplicación de la tapa de cojinete de la máquina, los listones de separación 29 se retiran por el giro de los tornillos 30 hacia detrás de los imanes permanentes 3, de tal manera que se hace posible una marcha libre de la máquina. Los listones de separación 29 tienen que permanecer en la máquina después del montaje, ya que ya no se pueden volver a retirar después del montaje de las tapas del cojinete.

La Figura 11 muestra una configuración preferida del anillo de retorno 4 y de los imanes permanentes 3. Para conseguir una colocación más sencilla de los imanes permanentes 3 alrededor de la periferia del anillo de retorno 4 se dispone de forma correspondiente al tamaño y la separación de los imanes permanentes 3 listones 31 en los anillos de retorno 4. Los mismos pueden estar configurados muy pequeños y servir solamente para la colocación más sencilla de los imanes permanentes 3 durante la adhesión con el anillo de retorno 4. Cuando los listones 31 se realizan con mayor tamaño y se conforman de manera especial, por ejemplo, están conformados con forma de trapecio, imanes permanentes 3 conformados de manera complementaria correspondientes también se pueden unir sin adhesión firmemente con los anillos de retorno 4. De acuerdo con una variante no representada también se pueden disponer imanes permanentes 3 formados de manera correspondiente alrededor de la periferia y por una pieza a modo de una clave en una bóveda se puede conseguir una sujeción.

Evidentemente, las características de la invención también se pueden usar en una máquina de flujo transversal configurada como inducido interno. Se aplican las ventajas de la construcción de acuerdo con la invención para el uso de la máquina como motor así como como generador. La Figura 12 muestra un uso de una máquina de flujo transversal trifásica en forma de un inducido interno en una representación de corte transversal lateral. En un eje de rotor 36 se disponen los anillos de retorno 4 y los imanes permanentes 3 fijados sobre los mismos. El estator está formado por un tubo de cubierta 35 con una parte central de soporte en U en la que se disponen las culatas en U 1 con los arrollamientos anulares 2 y, entre medias, las culatas en I (no visibles). En la superficie del tubo de cubierta 35 se puede disponer un canal de refrigeración 37 y estar cubierto por un tubo de cubierta de refrigeración 38. A diferencia de una máquina de inducido externo del mismo tamaño de construcción, en un inducido interno, la hendidura de aire que forma el par de giro se sitúa radialmente más hacia el interior, dando como resultado un menor par de giro y una menor potencia de la máquina.

En la Figura 13 se representa una máquina de flujo transversal realizada como inducido interno como accionamiento del eje de rueda 39 de un vehículo sobre carriles. El eje del rotor 36 de la máquina de flujo transversal configurada como inducido interno es al mismo tiempo el eje de rueda 39 del vehículo. Sobre el eje de la rueda 39 se disponen elementos elásticos 40 para la reducción de las masas no sometidas a fuerza de resorte. Los elementos elásticos 40 pueden ser de una pieza o de varias piezas y estar presentes, a modo de ejemplo, como elemento tubular, que se encaja o se embute por calor sobre el eje de rueda 39. Alrededor del eje de rueda 39 se disponen los anillos de retorno 4 con los imanes permanentes 3 de la máquina de flujo transversal. El estator de la máquina se aloja por cojinetes 41 de forma giratoria en el eje de rueda 39. El tubo de cubierta 35 que forma el estator o el tubo de cubierta de refrigeración 38 se unen por un apoyo de par de giro 42 con la construcción del vehículo 43. El apoyo de par de giro 42 capta el par de giro opuesto de la máquina de flujo transversal, sin embargo, permite movimientos relativos entre el accionamiento y la construcción de vehículo en el sentido de la conducción así como el sentido vertical. De este modo se producen masas relativamente pequeñas no sometidas a fuerza de resorte, que se necesitan en vehículos sobre carriles particularmente para velocidades muy altas.

Claims (21)

1. Una máquina de flujo transversal, particularmente máquina de flujo transversal unilateral con al menos un estator y un rotor, con imanes permanentes dispuestos sobre la periferia del rotor de la máquina sobre anillos de retorno de poca energía magnética y, en todo caso, aislados magnéticamente entre sí y con componentes de baja energía magnética dispuestos sobre la periferia del estator de la máquina en forma de culatas en U y culatas en I introducidas entre las culatas en U, donde las culatas en U alojan al menos un arrollamiento anular, caracterizada porque las culatas en U (1) están divididas, donde el o cada plano de división incluye con el plano de la culata en U un ángulo de agudo a recto y por que las piezas individuales de las culatas en U (I) en sus superficies de contacto presentan configuraciones (24) con cierre de arrastre de forma complementaria para evitar un desplazamiento radial de las piezas individuales de las culatas en U (1) entre sí.

2. La máquina de flujo transversal de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque las configuraciones con cierre de arrastre de forma (24) de las piezas individuales de las culatas en U (1) están configuradas de tal forma que se puede evitar un desplazamiento axial entre sí de las piezas individuales de las culatas en U (1).

3. La máquina de flujo transversal de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque las culatas en I (5) están incluidas en un cuerpo de moldeo (10) magnéticamente y eléctricamente aislante.

4. La máquina de flujo transversal de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque se proporcionan separadores radiales, a modo de ejemplo, tornillos o similares para la fijación de la posición del estator con respecto al rotor.

5. La máquina de flujo transversal de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque sobre el rotor o el estator se disponen listones de separación (29) en paralelo al eje de rotación (A) de la máquina, que se pueden separar con ayuda de tornillos (30) o similares por la hendidura de aire entre el rotor y el estator, y durante el funcionamiento de la máquina, dejando expuesta la hendidura de aire, se pueden retirar con ayuda de los tornillos (30) o similares.

6. La máquina de flujo transversal de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque los anillos de retorno (4) de la máquina en el lado opuesto a los imanes permanentes (3) presenta al menos un surco (28) o similares para la protección contra torsión, que se dispone preferiblemente de forma transversal con respecto al sentido periférico.

7. La máquina de flujo transversal de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizada porque los anillos de retorno (4) presentan al menos m surcos (28) o similares con una separación (a) de (2\tau_{\rho})/m entre sí en el sentido periférico de forma sucesiva, donde m significa la cantidad de fases y \tau_{\rho}, la división de polos de la máquina.

8. La máquina de flujo transversal de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque los anillos de retorno (4) se pueden fijar en sentido axial por anillos de presión (8) situados en el exterior de manera axial.

9. La máquina de flujo transversal de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque los posibles espacios huecos (12) entre las culatas en U (1), las culatas en I (5), los posibles cuerpos de moldeo (10) y los arrollamientos anulares (2) están llenos de material eléctricamente aislante.

10. La máquina de flujo transversal de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque para el alojamiento de las culatas en U (1) en el estator se proporciona una parte central de soporte en U (7) construida a partir de placas individuales, cuyas placas están orientadas en el sentido hacia el eje de rotación (A) en planos orientados de forma vertical.

11. La máquina de flujo transversal de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada porque en los anillos de retorno (4) se proporcionan conformaciones, a modo de ejemplo, listones (31) o similares de forma correspondiente a la posición de los imanes permanentes (3).

12. La máquina de flujo transversal de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizada porque los listones (31) o similares en los anillos de retorno (4) y los imanes permanentes (3) presentan una conformación complementaria.

13. La máquina de flujo transversal de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizada porque en la configuración de la máquina como inducido externo en un eje de estator (6) fijo se dispone una parte central de soporte en U (7) para el alojamiento de las culatas en U (1) y el rotor está formado por un tubo de cubierta (14) en el que se disponen en el lado interno los anillos de retorno (4) con los imanes permanentes (3).

14. La máquina de flujo transversal de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizada porque las culatas en U (1), las culatas en I (5) y en todo caso los cuerpos del moldeo (10) que contienen las culatas en I (5) presentan surcos (25, 26, 27) o similares para el alojamiento de revestimientos contra un desplazamiento radial.

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15. La máquina de flujo transversal de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizada porque los cuerpos de moldeo (10) presentan surcos dobles (27) con dos profundidades de surco diferentes, escalonadas.

16. La máquina de flujo transversal de acuerdo con una de las reivindicaciones 13 a 15, caracterizada porque en la superficie del eje de estator (6) se dispone al menos un canal de refrigeración (22) con forma de meandro, con forma de rosca o similares para la guía de un refrigerante preferiblemente líquido y está impermeabilizado hacia el exterior por un tubo de cubierta de refrigeración con forma de cilindro (32).

17. La máquina de flujo transversal de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizada porque durante la configuración de la máquina como inducido interno alrededor de un eje de rotor (36) con los anillos de retorno (4) con los imanes permanentes (3) se proporciona un tubo de cubierta (35) que forma el estator, en el que se disponen en el lado interno las culatas en U (1) y las culatas en I (5).

18. La máquina de flujo transversal de acuerdo con la reivindicación 17, caracterizada porque los imanes permanentes (3) o los anillos de retorno (4) presentan surcos o similares para el alojamiento de revestimientos contra un desplazamiento radial.

19. La máquina de flujo transversal de acuerdo con la reivindicación 17 ó 18, caracterizada porque en la superficie del tubo de cubierta (35) se dispone al menos un canal de refrigeración (37) con forma de meandro, con forma de rosca o similares para la guía de un refrigerante preferiblemente líquido y está impermeabilizado hacia el exterior por un tubo de cubierta de refrigeración con forma de cilindro (38).

20. La máquina de flujo transversal de acuerdo con una de las reivindicaciones 17 a 19, caracterizada porque los anillos de retorno (4) que llevan los imanes permanentes (3) se unen con el eje de rueda que se tiene que accionar (39) del vehículo con resistencia al giro por elementos elásticos (40) o similares y por que el tubo de cubierta (35) se aloja por cojinetes (41) sobre el eje de rueda (39) y el tubo de cubierta (35) está unido por un apoyo de par de giro (42) con la construcción del vehículo (43).

21. La máquina de flujo transversal de acuerdo con la reivindicación 20, caracterizada porque el apoyo de par de giro (42) está formado por al menos dos barras, preferiblemente cuatro unidas entre sí de forma articulada, dispuestas con forma de un paralelogramo, donde una esquina se une con el tubo de cubierta (35) de la máquina de flujo transversal y una esquina, con la construcción del vehículo (43).