ES2547454T3 - Máquina eléctrica con carcasa sobre una porción de su circunferencia - Google Patents

Máquina eléctrica con carcasa sobre una porción de su circunferencia Download PDF

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Abstract

Máquina eléctrica, - donde la máquina eléctrica presenta un estator (1) y un rotor (2), - donde el rotor (2) se encuentra dispuesto en un árbol del rotor (3) que puede rotar alrededor de un eje de rotación (5), - donde el estator (1), referido al eje de rotación (5), rodea el rotor (2) radialmente en el exterior, - donde el estator (1), referido al eje de rotación (5), se encuentra rodeado radialmente en el exterior por una carcasa (6) de una pieza, - caracterizada porque la carcasa (6), observada alrededor del eje de rotación (5), se extiende sólo sobre un área angular parcial (α), de manera que, observado alrededor del eje de rotación (5), permanece un área angular restante (α), en donde el estator (1) no se encuentra rodeado por la carcasa (6), y - donde la carcasa (6), en áreas del extremo (7) situadas en los extremos del área angular parcial ( ), presenta elementos de unión positiva (8) del lado de la carcasa, los cuales, interactuando con elementos de unión positiva (9) del lado del estator, producen una unión positiva de la carcasa (6) con el estator (1).

Description

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DESCRIPCIÓN
Máquina eléctrica con carcasa sobre una porción de su circunferencia
La presente invención hace referencia a una máquina eléctrica,
-donde la máquina eléctrica presenta un estator y un rotor,
-donde el rotor se encuentra dispuesto en un árbol del rotor que puede rotar alrededor de un eje de rotación,
-donde el estator, referido al eje de rotación, rodea el rotor radialmente en el exterior,
-donde el estator, referido al eje de rotación, se encuentra rodeado radialmente en el exterior por una carcasa de una pieza.
En el caso de los accionamientos diseñados en forma de garra -en especial accionamientos ferroviarios y en particular con frecuencia con transmisiones integradas de una etapa -existe frecuentemente un conflicto entre la máquina eléctrica por un lado y el eje de la rueda motriz por el otro. Esto aplica de forma completamente preferente en el caso de exigencias de tracción elevadas. Para solucionar dicho problema, en el estado del arte se conoce el hecho de entallar el accionamiento eléctrico de forma correspondiente, proporcionando así espacio para el eje de la rueda motriz. Sin embargo, debido al corte, no es posible diseñar la carcasa del motor como una carcasa anular cerrada. Por lo tanto, en el estado del arte, el motor de accionamiento se diseña por lo general como una construcción soldada con placas de presión y listones de tracción. Una construcción soldada de ese tipo es costosa. Además, en esa conformación se requieren muchos procesos de mecanizado sucesivos que no pueden realizarse de forma paralela.
Naturalmente, de forma alternativa, es posible disponer el eje de la rueda motriz distanciado de forma correspondiente del accionamiento. Esa variante en principio posible requiere sin embargo de espacio considerable, el cual con frecuencia no se encuentra disponible. Además, la distancia tiene influencia sobre la conformación de la transmisión. A modo de ejemplo, una distancia puede conducir a que deban introducirse otras etapas de la transmisión. Asimismo, naturalmente, es posible diseñar el accionamiento más reducido, de forma correspondiente. No obstante, esto conduce a que la capacidad de rendimiento del accionamiento -en particular el momento de giro posible máximo, la potencia continua y la potencia de sobrecarga a corto plazo máxima posible -se reduzca de forma correspondiente.
Por los documentos GB 384 041 y US 2 323 662 se conocen ejemplos de motores de accionamientos ferroviarios y su disposición con respecto al eje de la rueda motriz.
Es objeto de la presente invención crear una máquina eléctrica que se estructure constructivamente de forma sencilla, la cual pueda disponerse ahorrando espacio de forma relativa con respecto a un eje que se extiende paralelamente con respecto al eje de rotación, donde sin embargo ésta posea una capacidad de rendimiento elevada.
Este objeto se alcanzará a través de una máquina eléctrica con las características de la reivindicación 1. En las reivindicaciones dependientes 2 a 8 se indican variantes ventajosas de la máquina eléctrica.
De acuerdo con la invención, una máquina eléctrica de la clase mencionada en la introducción se diseña de manera que
-la carcasa, observada alrededor del eje de rotación, se extiende sólo sobre un área angular parcial, de manera que, observado alrededor del eje de rotación, permanece un área angular restante, en donde el estator no se encuentra rodeado por la carcasa, y
-la carcasa, en áreas del extremo situadas en los extremos del área angular parcial, presenta elementos de unión positiva del lado de la carcasa, los cuales, interactuando con elementos de unión positiva del lado del estator, producen una unión positiva de la carcasa con el estator.
En particular, la carcasa puede ser una pieza fundida.
Por lo general, el estator, referido al eje de rotación, presenta radialmente en el exterior una pared externa que en el área angular parcial presenta una sección diseñada de forma cilíndrica, la cual define un radio del cilindro. En una variante preferente de la presente invención, el estator, en el área angular restante presenta una escotadura que se
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extiende paralelamente con respecto al eje de rotación. Debido a ello es posible que una distancia de la pared externa del estator en el área de la escotadura sea menor que el radio del cilindro.
La carcasa puede estar unida de cualquier forma al estator. Preferentemente, la carcasa se encuentra contraída en el estator.
En una variante especialmente preferente de la máquina eléctrica acorde a la invención, la carcasa, en las áreas del extremo, presenta escotaduras que se extienden en un plano ortogonal con respecto al eje de rotación, observado en la dirección de una bisectriz del área angular restante. A través de ese diseño, en particular adaptadores y elementos de sujeción que se consideran convenientes en el marco de la producción de la máquina eléctrica, pueden unirse a la carcasa de forma sencilla.
Con frecuencia, la carcasa, observada en un plano ortogonal con respecto al eje de rotación, presenta un contorno externo esencialmente rectangular. Preferentemente, en el caso de un diseño de esa clase, las áreas del extremo se sitúan dentro del mismo lado del contorno externo rectangular.
Con frecuencia, la máquina eléctrica actúa mediante una transmisión en un árbol de accionamiento, donde el árbol de accionamiento presenta un eje del árbol que se extiende paralelamente con respecto al eje de rotación. En ese caso, preferentemente, el árbol de accionamiento, observado desde el eje de rotación, se encuentra dispuesto en el área angular restante y, referido al eje de rotación, penetra radialmente entre las áreas del extremo de la carcasa.
Los elementos de unión positiva del lado del estator y los elementos de unión positiva del lado de la carcasa pueden estar diseñados según la necesidad. Preferentemente, los elementos de unión positiva del lado del estator están diseñados como salientes que son sujetados arriba por los elementos de unión positiva del lado de la carcasa.
Las propiedades, características y ventajas de la invención antes descritas, así como el modo de alcanzarlas, se indican con mayor claridad con relación a la siguiente descripción de los ejemplos de ejecución, los cuales se explican en detalle en combinación con los dibujos. En representaciones esquemáticas, las figuras muestran:
Figura 1: una máquina eléctrica en una sección longitudinal;
Figura 2: la máquina eléctrica de la figura 1 en una sección transversal;
Figura 3: una carcasa de la máquina eléctrica de la figura 1 con un adaptador; y
Figura 4: una vista lateral de la carcasa de la máquina eléctrica de la figura 1 en una vista en sección.
Las figuras 1 a 4 muestran distintos aspectos de una misma máquina eléctrica. Por lo tanto, a continuación, las mismas se explican de forma conjunta.
Según las figuras, una máquina eléctrica presenta un estator 1 y un rotor 2. El rotor 2 se encuentra dispuesto de forma resistente a la torsión en un árbol del rotor 3. A modo de ejemplo, el rotor 2 puede estar contraído en el árbol del rotor 3. El árbol del rotor 3 se encuentra montado en cojinetes 4, gracias a lo cual puede rotar alrededor de un eje de rotación 5. Según la necesidad, los cojinetes 4 pueden estar diseñados como cojinetes de bolas, como cojinetes de desplazamiento, como cojinetes magnéticos, etc.
Siempre que a continuación se utilicen los términos "axial", "radial" y "tangencial" se hace referencia al eje de rotación 5. "Axial" es una dirección paralela con respecto al eje de rotación 5. "Radial" es una dirección ortogonal con respecto al eje de rotación 5, hacia el eje de rotación 5 o distanciándose del mismo. "Tangencial" es una dirección que es ortogonal tanto con respecto a la dirección axial, como también con respecto a la dirección radial. Por tanto, tangencial es una dirección que se encuentra orientada de forma circular alrededor del eje de rotación 5, a una distancia radial constante y en una posición axial constante.
Dentro del marco de la presente invención, se considera decisiva la estructura mecánico-constructiva de la máquina eléctrica. Por el contrario, la estructura eléctrica del estator 1 y del rotor 2 presenta una importancia secundaria dentro del marco de la presente invención. Por ese motivo, la estructura eléctrica del estator 1 y del rotor 2 no se explica a continuación de forma detallada.
El estator 1 rodea radialmente en el exterior el rotor 2. Por tanto, la máquina eléctrica está diseñada como rotor interno. A su vez, el estator 1 se encuentra rodeado radialmente en el exterior por una carcasa 6. La carcasa 6 se encuentra diseñada de una pieza. Ésta puede consistir por ejemplo en una pieza fundida. La carcasa 6 se extiende en dirección tangencial sólo sobre un área angular parcial α. En la dirección tangencial permanece de este modo un área angular restante β, en donde el estator 1 no está rodeado por la carcasa 6. El área angular parcial α y el área
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angular restante β son complementarias una con respecto a otra. Se complementan por tanto en 360°. Además, el área angular restante β por lo general es relativamente reducida. La mayoría de las veces asciende como máximo a 30°, por ejemplo entre unos 15° y unos 25°. De acuerdo con el ejemplo de ejecución dicha área asciende a unos 20°.
La carcasa 6, en áreas del extremo 7 situadas en los extremos del área angular parcial α, presenta elementos de unión positiva 8 del lado de la carcasa. Los elementos de unión positiva 8 del lado de la carcasa, interactuando con elementos de unión positiva 9 del lado del estator, producen una unión positiva de la carcasa 6 con el estator 1. A modo de ejemplo, los elementos de unión positiva 9 del lado del estator, de acuerdo con la representación de las figuras 2 y 3, están diseñados como salientes que son sujetados arriba por los elementos de unión positiva 8 del lado de la carcasa. En ese caso, los elementos de unión positiva 9 del lado del estator preferentemente presentan además superficies inclinadas de avance 10. Pueden presentar también superficies inclinadas de salida 11 adicionales, aunque no es obligatorio.
La carcasa 6 puede estar unida de cualquier forma al estator 1. A modo de ejemplo, la misma puede estar contraída en el estator 1.
En principio, la máquina eléctrica acorde a la invención puede utilizarse de forma universal. En muchos casos se utiliza como accionamiento de motor de garra en vehículos ferroviarios. En particular en el caso de la utilización como accionamiento de motor de garra, pero en principio también en otros usos, la máquina eléctrica puede actuar mediante una transmisión en un árbol de accionamiento 12. En casos de esa clase, el árbol de accionamiento 12 presenta con frecuencia un eje del árbol 13 que se extiende paralelamente con respecto al eje de rotación 5. Observado desde el eje de rotación 5, en esos casos el árbol de accionamiento 12 se encuentra dispuesto en el área angular restante β. Además, el árbol de accionamiento 12 penetra en dirección radial entre las áreas del extremo 7 de la carcasa 6.
Radialmente en el exterior, el estator 1 presenta una pared externa 14. En el área angular parcial α, la pared externa 14 presenta una sección que define un radio del cilindro r. Por lo general, la pared externa 14 del estator 1, dentro del área angular parcial α, a excepción de las áreas del extremo 7, presentan el radio del cilindro r. En una variante especialmente preferente de la máquina eléctrica acorde a la invención, el estator 1, en el área angular restante β, presenta una escotadura 15. La escotadura 15 se extiende paralelamente con respecto al eje de rotación 5, véase la figura 4. Debido a ello es posible que en el área de la escotadura 15, una distancia a de la pared externa 14 del estator 1 sea menor que el radio del cilindro. En particular, en ese caso es posible que el árbol de accionamiento 12 en dirección radial no sólo penetre entre las áreas del extremo 7 de la carcasa 6, sino también en la escotadura 15. Por lo tanto, una distancia mínima del árbol de accionamiento 12 desde el eje de rotación 5, en el área de la escotadura 15 puede ser menor que el radio del cilindro r.
De acuerdo con la invención, la carcasa 6, del modo antes descrito, no se encuentra diseñada de forma completamente anular, sino que se interrumpe en el área angular restante β. En el marco del proceso de producción de la máquina eléctrica, sin embargo, (por momentos) es necesario disponer de una estructura cerrada. Esto se alcanza debido a que durante esos momentos los adaptadores 16 se unen con las áreas del extremo 7 de la carcasa 6 (véase la figura 3). Para posibilitar una unión de esa clase, de un adaptador 16 con la carcasa 6, la carcasa 6 presenta escotaduras 17 en las áreas del extremo 7. De acuerdo con la figura 2 y la figura 3, las escotaduras 17 se extienden en un plano ortogonal con respecto al eje de rotación 5, observado en la dirección de una bisectriz 18 del área angular restante β. En las escotaduras 17 pueden introducirse por ejemplo salientes a modo de espigas dispuestos radialmente en el exterior, en el adaptador 16. De modo alternativo, el adaptador 16 puede presentar perforaciones roscadas en donde se introducen tornillos roscados que atraviesan las escotaduras 17 radialmente en el interior. Son posibles también otras variantes. A modo de ejemplo, pueden proporcionarse escotaduras 17 con roscas en donde se colocan los tornillos.
La carcasa 6 puede presentar un contorno externo que, observado en un plano ortogonal con respecto al eje de rotación 5, es esencialmente circular. Sin embargo, en muchos casos la carcasa 6 presenta un contorno externo que, observado en un plano ortogonal con respecto al eje de rotación 5, es esencialmente rectangular, por lo general incluso cuadrático. En ese caso, preferentemente, las áreas del extremo 7 se sitúan dentro del mismo lado del contorno externo rectangular.
La máquina eléctrica acorde a la invención presenta muchas ventajas. De este modo resulta por ejemplo una máquina eléctrica compacta y eficiente. Además, a través de la unión positiva de la carcasa 6 con el estator se proporciona un seguro adicional contra una torsión del estator, con respecto a la carcasa 6. La unión positiva asegura también el asiento de contracción entre la carcasa 6 y el estator 1. La carcasa 6 puede alojar también placas de cojinetes 19 (véase la figura 1). Una de las placas de cojinetes 19 puede incluso estar unida a la carcasa
6. Finalmente, a través de la máquina eléctrica diseñada conforme a la invención resulta una construcción de la carcasa que se encuentra ampliamente cerrada y sólo está abierta en el área angular restante β.
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Si bien la invención fue ilustrada y descrita en detalle a través del ejemplo de ejecución preferente, la presente invención no se limita a los ejemplos descritos, de manera que el experto puede deducir otras variantes en base a ello, sin abandonar el alcance de protección de la invención.

Claims (8)

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    REIVINDICACIONES
    1. Máquina eléctrica,
    -donde la máquina eléctrica presenta un estator (1) y un rotor (2),
    -donde el rotor (2) se encuentra dispuesto en un árbol del rotor (3) que puede rotar alrededor de un eje de rotación (5),
    -donde el estator (1), referido al eje de rotación (5), rodea el rotor (2) radialmente en el exterior,
    -donde el estator (1), referido al eje de rotación (5), se encuentra rodeado radialmente en el exterior por una carcasa
    (6) de una pieza,
    -caracterizada porque la carcasa (6), observada alrededor del eje de rotación (5), se extiende sólo sobre un área angular parcial (α), de manera que, observado alrededor del eje de rotación (5), permanece un área angular restante (α), en donde el estator (1) no se encuentra rodeado por la carcasa (6), y
    -donde la carcasa (6), en áreas del extremo (7) situadas en los extremos del área angular parcial (), presenta elementos de unión positiva (8) del lado de la carcasa, los cuales, interactuando con elementos de unión positiva (9) del lado del estator, producen una unión positiva de la carcasa (6) con el estator (1).
  2. 2.
    Máquina eléctrica según la reivindicación 1, caracterizada porque la carcasa (6) es una pieza fundida.
  3. 3.
    Máquina eléctrica según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el estator (1), referido al eje de rotación (5), presenta radialmente en el exterior una pared externa (14), de manera que la pared externa (14), en el área angular parcial (α), presenta una sección diseñada de forma cilíndrica, la cual define un radio del cilindro (r), porque el estator (1), en el área angular restante (β), presenta una escotadura (15) que se extiende paralelamente con respecto al eje de rotación (5) y porque una distancia (a) de la pared externa (14) del estator (1) en el área de la escotadura (15) es menor que el radio del cilindro (r).
  4. 4.
    Máquina eléctrica según la reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizada porque la carcasa (6) se encuentra contraída en el estator (1).
  5. 5.
    Máquina eléctrica según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la carcasa (6), en las áreas del extremo (7), presenta escotaduras (17) que se extienden en un plano ortogonal con respecto al eje de rotación (5), observado en la dirección de una bisectriz (18) del área angular restante (β).
  6. 6.
    Máquina eléctrica según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la carcasa (6), observado en un plano ortogonal con respecto al eje de rotación (5), presenta un contorno externo esencialmente rectangular, y porque las áreas del extremo (7) se sitúan dentro del mismo lado del contorno externo rectangular.
  7. 7.
    Máquina eléctrica según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la máquina eléctrica actúa mediante una transmisión en un árbol de accionamiento (12), porque el árbol de accionamiento (12) presenta un eje del árbol (13) que se extiende paralelamente con respecto al eje de rotación (5) y porque el árbol de accionamiento (12), observado desde el eje de rotación (5), se encuentra dispuesto en el área angular restante (β) y, referido al eje de rotación (5), penetra radialmente entre las áreas del extremo (7) de la carcasa (6).
  8. 8.
    Máquina eléctrica según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque los elementos de unión positiva (9) del lado del estator se encuentran diseñados como salientes que son sujetados arriba por los elementos de unión positiva (8) del lado de la carcasa.
    6
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