ES2611344T3

ES2611344T3 - Rotor de una máquina eléctrica y máquina eléctrica

Info

Publication number: ES2611344T3
Application number: ES13756005.8T
Authority: ES
Inventors: Thomas Lange
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2012-08-28
Filing date: 2013-08-20
Publication date: 2017-05-08
Anticipated expiration: 2033-08-20
Also published as: CN104604099A; US20150222153A1; WO2014033016A2; DE102012215241A1; CN104604099B; EP2870681B1; WO2014033016A3; US9601954B2; EP2870681A2

Abstract

Rotor de una máquina eléctrica, - donde el rotor presenta un núcleo de chapas del rotor (4) unido a un árbol del rotor (3) de forma resistente a la torsión, - donde el núcleo de chapas del rotor (4) se extiende en la dirección de un eje de rotación (6) del núcleo de chapas del rotor (4), observado desde un primer lado frontal axial (7) del núcleo de chapas del rotor (4) hacia un segundo lado frontal (8) axial del núcleo de chapas del rotor (4), - donde el núcleo de chapas del rotor (4) presenta escotaduras (10) distribuidas alrededor del eje de rotación (6), las cuales se extienden en la dirección del eje de rotación (6), observado desde el primer lado frontal axial (7) hacia el segundo lado frontal axial (8), - donde en las escotaduras (10) se encuentra introducido respectivamente un tirante (11) que, observado en la dirección del eje de rotación (6), se proyecta sobre los lados frontales axiales (7, 8), - donde en los tirantes (11), en los dos lados frontales axiales (7, 8) están colocados elementos de fijación (12), de manera que las chapas del rotor (9) del núcleo de chapas (4) son presionadas unas contra otras, caracterizado porque los tirantes (11) están encapsulados en las escotaduras (10) mediante un compuesto aislante (13).

Description

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DESCRIPCION

Rotor de una maquina electrica y maquina electrica

Rotor de una maquina electrica y maquina electrica. La presente invencion hace referencia a un rotor de una maquina electrica,

- donde el rotor presenta un nucleo de chapas del rotor unido a un arbol del rotor de forma resistente a la torsion,

- donde el nucleo de chapas del rotor se extiende en la direccion de un eje de rotacion del nucleo de chapas del rotor, observado desde un primer lado frontal axial del nucleo de chapas del rotor hacia un segundo lado frontal axial del nucleo de chapas del rotor,

- donde el nucleo de chapas del rotor presenta escotaduras distribuidas alrededor del eje de rotacion, las cuales se extienden en la direccion del eje de rotacion, observado desde el primer lado frontal axial hacia el segundo lado frontal axial.

La presente invencion hace referencia ademas a una maquina electrica,

- donde la maquina electrica presenta un estator y un rotor,

- donde el rotor esta montado en cojinetes, de manera que el mismo puede rotar alrededor de un eje de rotacion del rotor.

Rotores de esa clase y maquinas electricas de esa clase se conocen por ejemplo por la solicitud US 2011/0074242 A1.

En el estado del arte, el nucleo de chapas del rotor es colocado sobre el arbol del rotor. La as! llamada presion de empaquetado es aplicada a traves de anillos de presion del rotor que se colocan sobre los dos lados frontales del nucleo de chapas del rotor. La presion de empaquetado es transmitida mediante los anillos de presion del rotor al arbol del rotor. La presion de empaquetado provoca una flexion de los anillos de presion del rotor. Por lo tanto, los anillos de presion del rotor deben estar disenados de forma correspondientemente estable, para evitar una flexion excesiva de los anillos de presion del rotor.

El objeto de la presente invencion consiste en crear una maquina electrica que se encuentre estructurada de forma sencilla y que, en particular, no requiera anillos de presion del rotor.

Dicho objeto se alcanzara a traves de un rotor con las caracterlsticas de la reivindicacion 1. En las reivindicaciones dependientes 2 a 13 se indican variantes ventajosas de rotor de acuerdo con la invencion.

De acuerdo con la invencion, el objeto se alcanzara debido a que un rotor de la clase mencionada en la introduccion se realiza de manera que

- en las escotaduras se encuentra introducido respectivamente un tirante que, observado en la direccion del eje de rotacion, se proyecta sobre los lados frontales axiales,

- en los tirantes, en los dos lados frontales axiales, estan colocados elementos de fijacion, de manera que las chapas del rotor del nucleo de chapas son presionadas unas contra otras, y

- los tirantes son encapsulados en las escotaduras mediante un compuesto aislante.

Por lo general, el nucleo de chapas del rotor esta compuesto por una pluralidad de chapas del rotor. En una variante preferente de la presente invencion, las chapas del rotor, en su lado que se aparta del eje de rotacion, presentan respectivamente una culata y, en su lado que se orienta hacia el eje de rotacion, presentan respectivamente un cubo de chapa. En ese caso, la culata y los cubos de chapa, de las chapas del rotor, estan unidos unos con otros mediante respectivos rayos de chapa.

Debido a la presencia del tirante es posible que en el primer lado frontal axial del nucleo de chapas del rotor, sobre el tirante, se encuentre colocado un ventilador. En ese caso, preferentemente en el primer lado frontal axial del nucleo de chapas del rotor, se encuentran dispuestos los elementos de fijacion, entre el lado frontal y el ventilador.

El disenado del ventilador puede estar determinado segun la necesidad. Preferentemente, el ventilador presenta un disco anular que se extiende de forma ortogonal con respecto al eje de rotacion y aletas del ventilador que se separan del disco anular.

El disco anular, en su lado que se aparta del eje de rotacion, puede presentar un anillo externo y, en su lado 5 orientado hacia el eje de rotacion, puede presentar un cubo del disco. En ese caso, las aletas del ventilador estan dispuestas en el anillo externo, y el anillo externo y el cubo del disco estan unidos uno con otro mediante rayos del disco. Esa variante se considera en particular conveniente cuando las chapas del rotor presentan el cubo de chapa y los rayos de chapa mencionados anteriormente.

Debido al hecho de que el cubo del disco esta colocado sobre los tirantes, es posible que el cubo del disco se 10 encuentre unido al arbol del rotor de forma no resistente a la torsion. En ese caso, el cubo del disco se utiliza solamente como ayuda de posicionamiento y de centrado para el ventilador durante el montaje.

Preferentemente, se preve que las aletas del ventilador esten realizadas como piezas de chapa y que esten sujetadas sobre el disco anular. Gracias a ello resulta una conformacion del ventilador particularmente sencilla en cuanto a su construction.

15 De manera preferente, las aletas del ventilador estan sujetadas en el disco anular desde el interior de forma radial hacia el exterior de forma radial. Gracias a ello resulta una sujecion simplificada de las aletas del ventilador en el disco anular.

Preferentemente, las aletas del ventilador estan soldadas con el disco anular.

En una forma de ejecucion especialmente preferente, las aletas del ventilador presentan secciones internas axiales 20 que se encuentran dispuestas entre el disco anular y el primer lado frontal axial. En ese caso, en particular las secciones internas axiales pueden situarse de forma adyacente en el primer lado frontal axial, bajo tension de compresion. Gracias a ello, el nucleo de chapas del rotor se estabiliza aun mas.

Es posible que sobre al menos un tirante se encuentre colocado al menos un peso de equilibrio. En el caso de que el ventilador este colocado sobre el tirante y el peso de equilibrio este colocado en el primer lado axial sobre uno de los 25 tirantes, en particular el ventilador puede estar dispuesto entre el primer lado frontal axial y el peso de equilibrio.

Con respecto a la maquina electrica, el objeto se alcanzara debido a que, en el caso de una maquina electrica de la clase mencionada en la introduction, el rotor esta disenado tal como se describio anteriormente.

En principio, la maquina electrica puede utilizarse con cualquier fin. Preferentemente se utiliza como motor de traction de un vehlculo.

30 Las propiedades, caracterlsticas y ventajas de la invention antes descritas, as! como el modo de alcanzarlas, se indican con mayor claridad con relation a la siguiente description de los ejemplos de ejecucion, los cuales se explican en detalle en combination con los dibujos. En representaciones esquematicas, las figuras muestran:

Figura 1: una maquina electrica en una section longitudinal;

Figura 2: una chapa del rotor en una seccion transversal;

35 Figura 3: un detalle de la figura 2;

Figura 4: una variante de la maquina electrica de la figura 1;

Figura 5: un ventilador de la maquina electrica de la figura 4, observado de forma transversal con respecto a un eje de rotacion; y

Figura 6: un vehlculo con una maquina electrica.

40 Segun la figura 1, una maquina electrica presenta un estator 1 y un rotor 2. El rotor 2 presenta un arbol del rotor 3 y un nucleo de chapas del rotor 4. El arbol del rotor 3 esta montado en cojinetes 5, de manera que el arbol del rotor 3 y, con el, todo el rotor 2, puede rotar alrededor de un eje de rotacion 6 de la maquina electrica.

Siempre que a continuation se utilicen los terminos "axial", "radial" y "tangencial" se hace referencia al eje de rotacion 6. El termino "axial" significa una direction paralela con respecto al eje de rotacion 6. El termino "radial" 45 significa una direccion ortogonal con respecto al eje de rotacion 6, hacia el eje de rotacion 6 o distanciandose del

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mismo. El termino "tangencial" significa una direccion ortogonal con respecto al eje de rotacion 6 y ortogonal con respecto a la direccion radial, es decir, a una distancia radial constante del eje de rotacion 6, de forma circular alrededor del eje de rotacion 6.

Generalmente, el rotor 2, en correspondencia con la representacion de la figura 1, se encuentra dispuesto radialmente dentro del estator 1. La maquina electrica esta disenada de este modo como rotor interno. En casos aislados, sin embargo, el rotor 2, de forma alternativa, puede estar dispuesto radialmente por fuera del estator 2. En ese caso, la maquina electrica esta realizada como rotor externo.

El estator 1 de la maquina electrica presenta una importancia secundaria dentro del marco de la presente invention. A continuation, por lo tanto, solo se explicara en detalle el rotor 2.

De acuerdo con la figura 1, observado en la direccion axial, el nucleo de chapas del rotor 4 se extiende desde un primer lado frontal axial 7 del nucleo de chapas del rotor 4, hacia un segundo lado frontal axial 8 del nucleo de chapas del rotor 4. El nucleo de chapas del rotor 4 esta compuesto por una pluralidad de chapas del rotor 9 que estan apiladas unas sobre otras en direccion axial.

De acuerdo con las figuras 1 y 2, el nucleo de chapas del rotor 4 presenta escotaduras 10. De acuerdo con la figura 2, las escotaduras 10 estan dispuestas distribuidas alrededor del eje de rotacion 6. Las escotaduras 10 se extienden en direccion axial por lo general a traves de nucleo de chapas del rotor 4, es decir, desde el primer lado frontal axial 7 hacia el segundo lado frontal axial 8. En las escotaduras 10 se encuentra introducido respectivamente un tirante 11. Los tirantes 11 presentan una longitud mayor que el nucleo de chapas del rotor 4. Los tirantes 11 se proyectan de este modo axialmente sobre los lados frontales 7, 8 del nucleo de chapas del rotor 4.

En los tirantes 11, en los dos lados frontales axiales 7, 8; se encuentran colocados elementos de fijacion 12, por ejemplo tuercas 12. Mediante los elementos de fijacion 12, las chapas del rotor 9 del nucleo de chapas del rotor 4 son presionadas unas contra otras.

De acuerdo con la figura 3, las escotaduras 10 presentan una section transversal mas grande que aquella de los tirantes 11, aunque solo de forma minima. Para evitar de forma segura una vibration de los tirantes 11 durante el funcionamiento de la maquina electrica, de manera preferente, los tirantes 11 estan encapsulados en las escotaduras 10 mediante un compuesto aislante 13. Compuestos aislantes adecuados son conocidos por el experto. Dichos compuestos se utilizan en el estado del arte, por ejemplo para encapsular imanes permanentes de una maquina electrica excitada mediante imanes permanentes.

La figura 2 no muestra solamente el principio basico de la presente invencion, sino al mismo tiempo tambien una variante preferente de las chapas del rotor 9. En particular, segun la figura 2, las chapas del rotor 9, en su lado que se aparta del eje de rotacion 6, presentan respectivamente una culata 14 y, en su lado que se orienta al eje de rotacion 6, presentan respectivamente un cubo de chapa 15. Las culatas 14 y los cubos de chapa 15 de las chapas del rotor 9 estan unidos unos con otros mediante respectivos rayos de chapa 16. La utilization del termino "de chapa" en la denomination de los cubos de chapa 15 y de los rayos de chapa 16 sirve para diferenciar terminologicamente los elementos mencionados de los otros cubos y rayos. En este contexto, el agregado del termino "de chapa" no implica otro significado.

La figura 1 igualmente no muestra solo el principio basico de la presente invencion, sino que al mismo tiempo muestra una variante preferente de la maquina electrica. De acuerdo con la figura 1, para evitar una carga no equilibrada, en al menos uno de los tirantes 11 se coloca (al menos) un peso de equilibrio 17. Por lo general, en correspondencia con la representacion de la figura 1, se colocan dos pesos de equilibrio 17, donde cada uno de los pesos de equilibrio 17 se encuentra colocado en el primer y en el segundo lado frontal axial 7, 8, sobre los tirantes

11 correspondientes. La fijacion de los pesos de equilibrio 17 sobre los tirantes 11 correspondientes puede realizarse segun la necesidad. En particular, los pesos de equilibrio 17 pueden estar fijados mediante otros elementos de fijacion 17' (por ejemplo tuercas 17').

La figura 4 muestra otra variante de la maquina electrica. De acuerdo con la figura 4, en el primer lado frontal axial 7 del nucleo de chapas del rotor 4, sobre los tirantes 11, se encuentra colocado un ventilador 18. El ventilador 18, en correspondencia con la representacion de la figura 4, puede estar colocado en particular sobre los elementos de fijacion 12 que se encuentran en el primer lado frontal axial 7. En ese caso, de este modo, los elementos de fijacion

12 estan dispuestos entre el primer lado frontal 7 y el ventilador 18. La fijacion del ventilador 18 en los tirantes 11 puede tener lugar en particular mediante otros elementos de fijacion 19, por ejemplo nuevamente mediante tuercas 19.

El ventilador 18 puede estar realizado segun la necesidad. Preferentemente, segun las figuras 4 y 5, el ventilador presenta un disco anular 20 y aletas del ventilador 21. El disco anular 20 se extiende de forma ortogonal con

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respecto al eje de rotacion 6. Las aletas del ventilador 21 se separan del disco anular 20. En particular estas pueden separarse ortogonalmente del disco anular 20.

Es posible que el disco anular 20 sea identico a un anillo externo 22. El anillo externo 22 se encuentra dispuesto esencialmente a la misma distancia radial que la culata 14 de las chapas del rotor 9. Las aletas del ventilador 21 estan dispuestas en el anillo externo 22. Sin embargo, de acuerdo con la figura 5, el disco anular 20 presenta un cubo del disco 23, de forma adicional con respecto al anillo externo 22. En este caso, el anillo externo 22 se encuentra dispuesto en el lado del disco anular 20 que se encuentra apartado del eje de rotacion 6 y el cubo del disco 23 se encuentra dispuesto en lado del disco anular 20 que se encuentra orientado hacia el eje de rotacion 6. El anillo externo 22 y el cubo del disco 23 estan unidos unos con otros mediante rayos del disco 24. La utilizacion del termino "del disco" en la denominacion del cubo del disco 23 y de los rayos del disco 24 sirve para diferenciar terminologicamente los elementos mencionados de los otros cubos y rayos. En este contexto, el agregado del termino "del disco" no implica otro significado.

En el caso de que el disco anular 20 comprenda el anillo externo 22, el cubo del disco 23 y los rayos del disco 24, el contorno del disco anular 20 corresponde preferentemente a aquel de una chapa del rotor 9.

El cubo del disco 23 puede estar unido con el arbol del rotor 3 de forma resistente a la torsion. Preferentemente, sin embargo, el disco anular 20 esta dimensionado de manera que el cubo del disco 23 no esta unido con el arbol del rotor 3 de forma resistente a la torsion. El cubo del disco 23 se utiliza solamente como ayuda de posicionamiento y de centrado durante el montaje del ventilador 18.

En una variante especialmente preferente, las aletas del ventilador 21 estan realizadas como simples piezas de chapa. Tambien el disco anular 20 puede estar realizado como una simple pieza de chapa. A modo de ejemplo, las aletas del ventilador 21 pueden estar sujetadas en el disco anular 20. De manera preferente, las aletas del ventilador 21 estan sujetadas en el disco anular 20 desde el interior de forma radial hacia el exterior de forma radial.

Las aletas del ventilador 21 pueden estar unidas con el disco anular 20 de cualquier modo. Preferentemente, las aletas del ventilador 21 estan soldadas con el disco anular 20.

Las aletas del ventilador 21, segun la figura 4, presentan secciones internas axiales 25. Las secciones internas axiales 25 de las aletas del ventilador 21, de acuerdo con la figura 4, estan dispuestas entre el disco anular 20 y el primer lado frontal axial 7. Preferentemente, la altura de la construccion axial de las secciones internas axiales 25 esta dimensionada de manera que las secciones internas axiales 25 se situan de forma adyacente en el primer lado frontal axial 7, bajo tension de compresion. La distancia del disco anular 20, as! como del anillo externo 22, desde el primer lado frontal radial 7, de este modo, observado en la direccion circunferencial alrededor del eje de rotacion 6, presenta una leve ondulacion, donde los mlnimos se situan en el area de los tirantes 11 y los maximos en el area de las aletas del ventilador 21.

De forma analoga con respecto a la figura 1, tambien en la variante de la figura 4 pueden estar presentes pesos de equilibrio 17. Tambien en este caso, por lo general, en correspondencia con la representacion de la figura 4, se colocan dos pesos de equilibrio 17, donde cada uno de los pesos de equilibrio 17 se encuentra colocado en el primer y en el segundo lado frontal axial 7, 8, sobre los tirantes 11 correspondientes. Con respecto al peso de equilibrio 17 colocado en el segundo lado frontal axial 8, su disposicion y fijacion son las mismas que en la figura 1. En el peso de equilibrio 17 colocado en el primer lado frontal axial 7, en el tirante 11 correspondiente, de manera preferente, el ventilador 18 esta dispuesto entre el primer lado frontal axial 7 y el peso de equilibrio 17.

En principio, la maquina electrica de acuerdo con la invencion puede utilizarse con cualquier fin. Preferentemente, la maquina electrica segun la figura 6 se utiliza como motor de traccion 26 de un vehlculo 27. Por ejemplo, el vehlculo 27 puede estar realizado como vehlculo ferroviario o como vehlculo de carretera.

La presente invencion ofrece muchas ventajas. De este modo, por ejemplo, pueden omitirse los anillos de presion del rotor del estado del arte. A consecuencia de ello resultan ventajas tanto en cuanto a los costes como con respecto al peso. La maquina electrica tambien puede disenarse de forma mas compacta que en el estado del arte. Debido a la construccion de los rayos, la culata 14 puede enfriarse con mayor efectividad. Tambien se requiere menos material para fabricar la maquina electrica. En caso de encontrarse presente el ventilador 18, por una parte, las aletas del ventilador 21 soportan adicionalmente el nucleo de chapas del rotor 4 y, por otra parte, tiene lugar una amortiguacion adicional de las vibraciones de las aletas del ventilador 21. A traves de la union del ventilador 18 con los tirantes 11 en la union se producen solamente esfuerzos de torsion muy reducidos.

Si bien la invencion fue ilustrada y descrita en detalle a traves del ejemplo de ejecucion preferente, la presente invencion 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 proteccion de la invencion.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Rotor de una maquina electrica,

- donde el rotor presenta un nucleo de chapas del rotor (4) unido a un arbol del rotor (3) de forma resistente a la torsion,

- donde el nucleo de chapas del rotor (4) se extiende en la direccion de un eje de rotacion (6) del nucleo de chapas del rotor (4), observado desde un primer lado frontal axial (7) del nucleo de chapas del rotor (4) hacia un segundo lado frontal (8) axial del nucleo de chapas del rotor (4),

- donde el nucleo de chapas del rotor (4) presenta escotaduras (10) distribuidas alrededor del eje de rotacion

(6) , las cuales se extienden en la direccion del eje de rotacion (6), observado desde el primer lado frontal axial

(7) hacia el segundo lado frontal axial (8),

- donde en las escotaduras (10) se encuentra introducido respectivamente un tirante (11) que, observado en la direccion del eje de rotacion (6), se proyecta sobre los lados frontales axiales (7, 8),

- donde en los tirantes (11), en los dos lados frontales axiales (7, 8) estan colocados elementos de fijacion (12), de manera que las chapas del rotor (9) del nucleo de chapas (4) son presionadas unas contra otras,

caracterizado porque los tirantes (11) estan encapsulados en las escotaduras (10) mediante un compuesto aislante (13).
2. Rotor segun la reivindicacion 1, caracterizado porque el nucleo de chapas del rotor (4) se compone de una pluralidad de chapas del rotor (9), de manera que las chapas del rotor (9), en su lado que se aparta del eje de rotacion (6), presentan respectivamente una culata (14) y, en su lado que se orienta hacia el eje de rotacion (6), presentan respectivamente un cubo de chapa (15), y porque la culata (14) y los cubos de chapa (15) de las chapas del rotor (9) estan unidos unos con otros mediante respectivos rayos de chapa (16).
3. Rotor segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado porque en el primer lado frontal axial (7) del nucleo de chapas del rotor (4), sobre los tirantes (11), se encuentra colocado un ventilador (18).
4. Rotor segun la reivindicacion 3, caracterizado porque en el primer lado frontal axial (7) del nucleo de chapas del rotor (4) estan dispuestos los elementos de fijacion (12), entre el lado frontal (7) y el ventilador (18).
5. Rotor segun la reivindicacion 3 o 4, caracterizado porque el ventilador (18) presenta un disco anular (20) que se extiende de forma ortogonal con respecto al eje de rotacion (6) y aletas del ventilador (21) que se separan del disco anular (20).
6. Rotor segun la reivindicacion 5, caracterizado porque el disco anular (20), en su lado distanciado del eje de rotacion (6), presenta un anillo externo (22) y en su lado que se orienta hacia el eje de rotacion (6) presenta un cubo del disco (23), porque las aletas del ventilador (21) estan dispuestas en el anillo externo (22) y porque el anillo externo (22) y el cubo del disco (23) se encuentran unidos uno con otro mediante rayos del disco (24).
7. Rotor segun la reivindicacion 6, caracterizado porque el cubo del disco (23) se encuentra unido de forma no resistente a la torsion con el arbol del rotor (3).
8. Rotor segun una de las reivindicaciones 5, 6 o 7, caracterizado porque las aletas del ventilador (21) estan realizadas como piezas de chapa y se encuentran sujetadas en el disco anular (20).
9. Rotor segun la reivindicacion 8, caracterizado porque las aletas del ventilador (21) estan sujetadas en el disco anular (20) desde el interior de forma radial hacia el exterior de forma radial.
10. Rotor segun una de las reivindicaciones 5 a 9, caracterizado porque las aletas del ventilador (21) estan soldadas con el disco anular (20).
11. Rotor segun una de las reivindicaciones 5 a 10, caracterizado porque las aletas del ventilador (21) presentan secciones internas axiales (25) que se encuentran dispuestas entre el disco anular (20) y el primer lado frontal axial (7), y porque las secciones internas (25) se situan de forma adyacente en el primer lado frontal axial (7) bajo presion.

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12. Rotor segun una de las reivindicaciones 3 a 11, caracterizado porque sobre al menos uno de los tirantes (11), en el primer lado frontal axial (7), se encuentra colocado al menos un peso de equilibrio (17) y porque el ventilador (18) esta dispuesto entre el primer lado frontal axial (7) y el peso de equilibrio (17).
13. Rotor segun una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque sobre al menos uno de los tirantes (11) se encuentra colocado al menos un peso de equilibrio (17).
14. Maquina electrica,

- donde la maquina electrica presenta un estator (1),

- donde la maquina electrica presenta un rotor (2) segun una de las reivindicaciones precedentes,

- donde el rotor (2) esta montado en cojinetes (5), de manera que el mismo puede rotar alrededor del eje de rotacion (6) del rotor (2).
15. Maquina electrica segun la reivindicacion 14, caracterizado porque la misma se utiliza como motor de traccion (26) de un vehlculo (27).