ES2612254T3

ES2612254T3 - Un rotor de imanes permanentes para una máquina eléctrica giratoria

Info

Publication number: ES2612254T3
Application number: ES12179620.5T
Authority: ES
Inventors: Alberto Mantovani
Original assignee: MONTANARI GIULIO&C Srl
Current assignee: Montanari Giulio&c Srl
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2012-08-08
Publication date: 2017-05-16
Anticipated expiration: 2032-08-08
Also published as: MY162595A; SMT201700047B; EP2615723A1; CN103036334A; BR102012024423A2; ITMO20110252A1; CN103036334B; US20130082561A1; US9077236B2; EP2615723B1

Abstract

Un rotor (3) de imanes permanentes para una máquina eléctrica giratoria (1), que comprende: un cuerpo (10) de rotor que tiene un eje de rotación (A); una pluralidad de imanes (4), cada uno dispuesto a lo largo de una dirección sustancialmente radial de dicho cuerpo (10) de rotor, presentando dichos imanes (4), en sección a lo largo de un plano que es sustancialmente perpendicular a dicho eje de rotación (A), una porción de cabeza (5) situada en la proximidad de una superficie externa (30) de dicho cuerpo (10) de rotor, y una porción de base (6) orientada hacia el eje de rotación (A), en el que la porción de base (6) de cada imán (4) tiene una anchura menor que una anchura de la porción de cabeza (5), y en el que el número de dichos imanes (4) es igual o superior a veinte; presentando dicho cuerpo (10) de rotor una pluralidad de expansiones radiales (11) y una pluralidad de asientos de alojamiento (12), intercalados con dichas expansiones radiales (11), para alojar dichos imanes (4), en el que las expansiones radiales (11) contiguas presentan respectivas porciones periféricas (14) separadas entre sí, a fin de definir respectivas aberturas de separación (13) adecuadas para evitar el paso directo del flujo magnético entre dichas porciones periféricas (14), extendiéndose dichas aberturas de separación (13) preferentemente a lo largo de una longitud axial total de dicho cuerpo (10) de rotor; caracterizado por que cada expansión radial (11) presenta, en la base, una porción de saturación (16) que presenta una extensión, en la dirección radial, que tiene una sección constante.

Description

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DESCRIPCION

Un rotor de imanes permanentes para una maquina electrica giratoria

La presente invencion se refiere a un rotor de imanes permanentes para una maquina electrica giratoria. En particular, el rotor tiene una alta densidad de flujo y unos imanes permanentes, dispuestos radialmente. La presente invencion tiene aplicacion, en particular, en la construccion de maquinas electricas smcronas.

En las maquinas smcronas, el rotor presenta una pluralidad de imanes permanentes, cuyo campo magnetico interactua con los devanados del circuito de energfa de estator. La interaccion magnetica entre el estator y el rotor produce la energfa mecanica.

El numero de imanes permanentes montados en el rotor determina el numero de polos magneticos del propio rotor.

Se conocen diversas realizaciones de rotores para motores smcronos. Entre ellas, se consideran dos tipos particulares de rotores para motores smcronos. El primer tipo se denomina “de imanes de superficie”, mientras que el segundo se denomina “de imanes radiales”.

La principal diferencia entre los dos tipos consiste en la disposicion de los imanes en el interior del rotor.

Teniendo en cuenta que un rotor tiene una forma sustancialmente cilmdrica, en los rotores “de imanes de superficie” los imanes estan dispuestos a lo largo de la superficie cilmdrica del propio rotor. De ello se desprende que las expansiones polares de dicho tipo estan dispuestas, precisamente, a lo largo de la superficie lateral del rotor.

Por el contrario, los rotores del tipo “de imanes radiales” tienen los imanes dispuestos a lo largo de direcciones radiales. En otras palabras, la direccion predominante de la extension de los imanes individuales se dirige radialmente desde el eje de rotacion del rotor.

La primera solucion constructiva (“de imanes de superficie”) normalmente se realiza utilizando imanes permanentes, fabricados con aleaciones que comprenden elementos de tierras raras (por ejemplo, NdFeB), que exhiben una alta induccion magnetica (por ejemplo, 1,2 T).

De hecho, aunque obtiene altas densidades de par, el tipo “de imanes de superficie” permite obtener una mayor compacidad del motor siempre que se usen imanes de alto rendimiento, tales como, precisamente, aquellos con elementos de tierras raras. El tipo preferido de rotor para obtener un motor con una alta densidad de par, y que presente una elevada compacidad dimensional, es un rotor fabricado con imanes de tierras raras dispuestos sobre la superficie.

Sin embargo, el coste de los elementos de tierras raras ha aumentado considerablemente recientemente. Esto significa un aumento sustancial en el coste de produccion (de hasta %) para poder realizar un motor smcrono igual.

Por lo tanto, con miras a realizar un motor smcrono compacto, de alto rendimiento (es decir, con una alta densidad de par) y que fuera al mismo tiempo economica y productivamente sostenible, se considero realizar un motor smcrono con un rotor “de imanes radiales”, con imanes fabricados con materiales cuyo rendimiento fuera menor que el de los elementos de tierras raras (por ejemplo, imanes de ferrita). En los documentos US2008/0246362 y US2006/0238064 se dan a conocer ejemplos de rotores que tienen imanes radiales.

Si se comparan los dos tipos de imanes, se pone de relieve el hecho de que, como se ha mencionado, los imanes de tierras raras muestran una induccion magnetica de aproximadamente 1,2 T, mientras que los imanes de ferrita presentan una induccion magnetica de aproximadamente 0,4 T.

El reto superado por la presente invencion consiste en realizar un motor smcrono de “imanes radiales de ferrita”, que sea compacto y tenga un alto rendimiento al igual que el motor de “imanes de superficie” equivalente, pero economicamente ventajoso de producir.

Como se observa, entre los valores de induccion magnetica de los imanes de tierras raras y los de ferrita hay un factor de “tres”. Si uno desea mantener unas dimensiones compactas del motor, el otro parametro sobre el que puede actuarse para aumentar el rendimiento del rotor es la superficie utilizable para el desarrollo de lmeas de flujo. Por lo tanto, la superficie utilizable de un rotor “de imanes radiales” (Smr) debe ser al menos tres veces la superficie utilizable de un rotor “de imanes de superficie” (Sms): Smr = 3 ■ Sms

La superficie utilizable de un rotor “de imanes de superficie” es: Sms = 2nRL, en donde R es el radio del rotor y L la longitud de la superficie cilmdrica del rotor.

En su lugar, la superficie utilizable de un rotor “de imanes radiales” sigue la formula: Smr=Np(R-Ra)L, en donde Np representa el numero de expansiones polares (polos), R el radio del rotor (por lo tanto, el radio externo de los

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imanes) y Ra el radio interno de los iimanes.

Esta diferencia en las formulas se basa en el hecho de que, en los rotores “de imanes de superficie”, las superficies utilizables para suministrar el flujo magnetico utilizable estan dispuestas a lo largo de dos circunferencias concentricas.

En los rotores “de imanes radiales”, las superficies utilizables para suministrar el flujo magnetico utilizable son las superficies laterales, es decir, las dispuestas en una direccion sustancialmente radial. De ello se desprende que estas superficies laterales (es decir, el termino (R-Ra)), y el numero de las mismas (es decir, el numero de polos, Np), estan incluidas en el calculo de la superficie maxima utilizable para la configuracion de “imanes radiales”.

Por detras de la restriccion de compacidad, la longitud del rotor L es un parametro a mantener fijo para ambos tipos de construccion. Por lo tanto, con el fin de compensar el factor “tres” de induccion magnetica, uno puede actuar solo sobre el numero de polos (Np de la formula) realizable en el rotor “de imanes radiales”.

Si se combinan las formulas mencionadas, asumiendo la situacion extrema de un radio interno (Ra) igual a cero, el numero mmimo de polos (NP) para obtener la misma densidad de par en ambos tipos es igual a 20. Al ser imposible realizar un rotor con un Ra igual a cero, esto significa que Np debera ser ciertamente mayor que 20.

En este punto entran en juego los lmites tecnologicos de realizacion de un rotor que sea a la vez compacto y tenga un alto numero de polos. De hecho, en esta configuracion no es facil reconciliar el alto numero de polos, la resistencia mecanica estructural del rotor, una alta permeabilidad magnetica al flujo concatenado con el estator, y una baja permeabilidad magnetica al flujo no utilizable, es decir el que retorna al propio rotor.

En este contexto, la tarea tecnica basica de la presente invencion es proponer una solucion para los inconvenientes anteriormente mencionados de la tecnica anterior.

Un objeto de la presente invencion es proponer un rotor de imanes permanentes, del tipo “de imanes radiales”, con una baja induccion residual, que muestre el mismo rendimiento que un rotor de imanes permanentes del tipo “de imanes de superficie” con una alta induccion residual, siendo iguales las dimensiones totales.

Un objeto adicional de la presente invencion es proponer un rotor de imanes permanentes, del tipo “de imanes radiales”, con un alto numero de polos y, al mismo tiempo, una alta resistencia mecanica estructural.

Un objeto adicional de la presente invencion es proponer un rotor de imanes permanentes, del tipo “de imanes radiales”, que muestre un alto rendimiento, y que sirva, en particular, para maximizar la permeabilidad magnetica al flujo concatenado con el estator, y que minimice la permeancia magnetica al flujo no utilizable, es decir aquel que retorna al propio rotor.

La tarea tecnica senalada y los objetivos especificados se logran substancialmente mediante un rotor de imanes permanentes, y mediante un metodo que comprende las caractensticas tecnicas de las reivindicaciones 1 y 9.

Algunas caractensticas y ventajas adicionales de la presente invencion resultaran mas evidentes a partir de la descripcion aproximada, y por lo tanto no limitativa, de una realizacion preferida pero no exclusiva de un rotor de imanes permanentes, como se ilustra en los dibujos adjuntos, en los que:

- la figura 1 representa una vista en perspectiva de una maquina electrica giratoria, que comprende un rotor de imanes permanentes de acuerdo con la presente invencion;

- la figura 2 representa una vista en perspectiva del rotor de imanes permanentes de acuerdo con la presente invencion;

- la figura 3 representa un primer detalle ampliado del rotor de imanes permanentes de la figura 2;

- la figura 4 representa un segundo detalle ampliado del rotor de imanes permanentes de la figura 2;

- la figura 5 representa un segundo detalle ampliado del rotor de imanes permanentes, en una segunda realizacion;

- la figura 6 representa una realizacion alternativa de los imanes permanentes presentes en el rotor de acuerdo con la presente invencion.

Con referencia a las figuras adjuntas, 1 indica en general una maquina electrica giratoria, que comprende un rotor 3 de imanes permanentes de acuerdo con la presente invencion y un estator 2.

El motor 1 comprende adicionalmente un bloque de terminales 50 para la conexion a la red electrica, en particular para alimentar los circuitos del estator. El rotor 3 comprende un arbol motriz 25, asociable con el estator por medio de al menos dos cojinetes de tipo conocido.

El rotor 3 comprende un cuerpo 10 de rotor y una pluralidad de imanes permanentes 4.

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El cuerpo 10 de rotor tiene un eje de rotacion “A”, que coincide sustancialmente con el eje longitudinal del arbol motriz 25. Dicho cuerpo 10 de rotor, ilustrado en la figura 2, tiene un espesor reducido intencionalmente (a lo largo del eje “A”) por razones ilustrativas. Este espesor puede tambien ser, en realidad, mucho mayor. El cuerpo 10 de rotor esta definido por una pluralidad de placas pequenas 20 agrupadas entre sf a lo largo del eje de rotacion “A”. Cada una de estas placas pequenas 20 tiene un espesor comprendido entre 0,3 mm y 5 mm, porque de esta manera son mucho mas faciles de mecanizar en maquinas herramientas, en comparacion con un bloque fundido. Las placas pequenas 20 estan fabricadas con un material ferromagnetico.

El cuerpo 10 de rotor presenta una pluralidad de expansiones radiales 11 y una pluralidad de asientos de alojamiento 12, intercalados con las expansiones radiales 11, con el fin de alojar los imanes 4. Las expansiones radiales 11 y, por consiguiente, los asientos de alojamiento 12 estan espaciados angularmente por igual alrededor del eje de rotacion “A”.

Dichas expansiones radiales 11 estan moldeadas sobre las anteriormente mencionadas placas pequenas 20.

El cuerpo 10 de rotor comprende adicionalmente un anillo de soporte 18 que, a nivel interno, puede conectarse de manera estable al arbol motriz 25, por ejemplo por medio de una llave 26, mientras que en la superficie exterior del mismo soporta mecanicamente las expansiones radiales 11, impartiendo asf solidez mecanica al cuerpo 10 de rotor.

Cada par de expansiones radiales 11 contiguas presenta unas respectivas porciones perifericas 14, separadas entre sf a fin de definir unas respectivas aberturas de separacion 13, adecuadas para impedir el paso directo del flujo magnetico entre dichas porciones perifericas 14. Preferentemente, la abertura de separacion 13 se extiende a todo

10 largo (en la direccion axial) del cuerpo 10 de rotor.

Dicha abertura de separacion 13 tiene el efecto particular de crear una “barrera” para el flujo magnetico generado por los imanes 4, que, sin la abertura de separacion 13, formana un bucle entre dos expansiones radiales sucesivas

11 y no se vena concatenado con el flujo magnetico generado por el estator 2. De hecho, la abertura de separacion 13, al ser un espacio de aire virtual, bloquea las lmeas de flujo magnetico que de otra manera se desplazana desde una expansion radial 11 hasta la expansion contigua, es decir, sin verse concatenado con el flujo magnetico del estator 2, limitando por consiguiente el par maximo generado por la maquina 1.

Como puede observarse en la figura 3, las porciones perifericas 14 de cada expansion radial 11 presentan adicionalmente unas porciones de enganche laterales 15 orientadas hacia las expansiones radiales 11 contiguas (por lo tanto, en una configuracion en “T”), a fin de retener los imanes 4 adyacentes internamente de los respectivos asientos de alojamiento 12.

Como puede observarse en la figura 3, las porciones de enganche laterales 15 se extienden a lo largo de una direccion que es sustancialmente tangencial a la superficie externa 30 del cuerpo 10 de rotor, y enganchan con los respectivos imanes 4 adyacentes. En particular, son las porciones de enganche laterales 15 de las expansiones radiales 11 las que delimitan y definen las dimensiones de las aberturas de separacion 13. Dichas porciones de enganche laterales 15 tienen la funcion adicional de limitar el “par de detencion”. El “par de detencion” es un par que se genera por la interaccion de los imanes permanentes y los dientes del estator, altamente indeseable debido a que impide la rotacion regular del rotor, lo que resulta en la generacion de vibraciones y ruidos en el motor. Las porciones de enganche laterales 15 permiten reducir la variacion en la resistencia a la rotacion, limitando asf el “par de detencion”.

Observando el detalle de la figura 4, puede observarse que cada expansion radial 11 del cuerpo 10 de rotor presenta, en la base, una porcion de saturacion 16. Cada porcion de saturacion 16 esta estructuralmente interpuesta entre el anillo de soporte 18 y la porcion periferica 14 de cada expansion radial 11.

El termino “saturacion” significa que el alcance del flujo magnetico maximo dentro de la seccion util de cada porcion de saturacion 16 esta, por lo tanto, en una condicion en la que no puede aceptar flujo magnetico adicional alguno.

En particular, se hara referencia a un “flujo magnetico utilizable” y a un “flujo magnetico parasito”.

El “flujo magnetico utilizable” define el flujo magnetico generado por los imanes permanentes del rotor que pasa a traves del espacio de aire entre el rotor y el estator, y se concatena con el flujo magnetico generado por el estator. Cuanto mayor es el “flujo magnetico utilizable”, mayor sera el par que puede desarrollar la maquina electrica.

El “flujo magnetico parasito” define el flujo magnetico generado por los imanes permanentes del rotor que forma un bucle de retorno en el propio rotor, y no se concatena con el flujo magnetico del estator. Dado que el “flujo magnetico parasito” no interactua con el flujo del estator, no genera potencia motriz; por ello se denomina “parasito”.

En particular, las lmeas “de flujo parasito” atraviesan (y saturan) sustancialmente las porciones de saturacion 16, dada la posicion interna de las mismas en el rotor 3, formando las lmeas un bucle de retorno sobre el anillo de soporte 18 y, por lo tanto, no se concatenan con el estator 2. Las dimensiones y la geometna de las porciones de

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saturacion 16 influyen en el comportamiento de dichas lmeas de “flujo parasito”.

Cada iman 4 esta establecido en una orientacion sustancialmente radial dentro del respectivo asiento de alojamiento 12. Cada iman 4 presenta, en una seccion a lo largo de un plano que es sustancialmente perpendicular al eje de rotacion “A”, una porcion de cabeza 5 situada en la proximidad de una superficie externa 30 del cuerpo 10 de rotor, y una porcion de base 6 orientada hacia el eje de rotacion “A”. Las porciones perifericas 14 de las expansiones radiales 11 y las porciones de cabeza 5 de los imanes 4 definen conjuntamente el perfil de la superficie externa 30 del cuerpo 10 de rotor. De manera ventajosa, la porcion de base 6 de cada iman 4 tiene una anchura menor que la anchura de la porcion de cabeza 5, teniendo en cuenta que las anchuras mencionadas se miran a lo largo de una direccion que es casi tangencial a la extension radial del propio iman 4.

Esta caractenstica permite reducir la distancia entre imanes 4 contiguos, ya que permite un elevado acercamiento redproco entre los imanes 4, sin que las porciones de base 6 interfieran entre sf y reduzcan en exceso la seccion utilizable de las porciones de saturacion 16 de las expansiones radiales 11 del cuerpo 10 de rotor. Por lo tanto, esto permite insertar un mayor numero de imanes 4 en el rotor 3 sin sacrificar excesivamente la resistencia mecanica necesaria del cuerpo 10 de rotor.

Por lo tanto, la relacion dimensional entre las anchuras de la porcion de cabeza 5 y la porcion de base 6 permite maximizar la extension radial de los propios imanes 4, siendo verdaderamente ventajoso para la superficie utilizable de generacion de flujo magnetico.

En particular, con la configuracion espedfica de los imanes 4 descrita anteriormente, es posible llegar a un numero de imanes 4 igual o superior a veinte. En otras palabras, el numero igual o superior a veinte anteriormente mencionado debe comprenderse en relacion con la distribucion angular de los imanes 4 alrededor del eje de rotacion “A”. Por lo tanto, tal numero igual o superior a veinte implica que dos imanes 4 contiguos estaran separados por un angulo que sea igual o inferior a 360°/20, es decir un angulo de 18°. Con tal densidad de imanes 4, el rotor 3 de acuerdo con la presente invencion logra desarrollar una alta densidad de par al tiempo que limita las dimensiones globales.

En las realizaciones de las figuras 2-5, la porcion de base 6 de cada iman 4 tiene una conformacion que se estrecha hacia el eje de rotacion “A”, como se puede observar facilmente en los detalles de las figuras 4 y 5.

La forma ahusada de cada porcion de base 6 permite acercar radialmente los imanes 4 individuales, y sirve para definir una geometna precisa de la porcion de saturacion 16 de cada expansion radial 11.

En particular, en la realizacion de las figuras 4-5, cada porcion de saturacion 16 presenta una extension, en la direccion radial, que tiene una seccion constante.

En otras palabras, si se observa el rotor 3 en una vista frontal como la de la figura 4, cada porcion de saturacion 16 tiene una anchura practicamente constante (tangencial a la extension radial de la misma). Esto hace que sea posible optimizar el estado de la tension mecanica que actua sobre la propia porcion de saturacion 16 y, por lo tanto, minimiza el riesgo de rotura repentina de una expansion radial 11 cuando se pone en funcionamiento el rotor 3.

Sorprendentemente, se ha observado que, precisamente, el “flujo magnetico parasito” satura las porciones de saturacion 16 realizadas de esta manera. Esta saturacion por flujo magnetico crea una “barrera magnetica” que impide que otras lmeas de flujo, generadas por cada iman 4, formen un bucle de retorno hacia el rotor, y mas bien favorece el flujo de salida de dichas lmeas de flujo en la direccion de flujo del estator, transformando de este modo dichas lmeas de flujo en “flujo magnetico utilizable”.

De acuerdo con una realizacion alternativa (que, no obstante, se beneficia de los efectos de saturacion anteriormente mencionados) que no se ilustra en las figuras adjuntas, cada porcion de saturacion 16 tiene una seccion transversal que no es constante, sino que presenta una parte con una seccion reducida en la que el espesor es lo suficientemente bajo para lograr la saturacion del flujo magnetico. Preferentemente, esta parte con una seccion

reducida tiene un espesor minimo que es inferior a R~Ra, donde R es el radio externo de los imanes y Ra es el

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radio interno de los imanes, con referencia al eje de rotacion. Preferentemente, dicho espesor minimo esta

comprendido entre N~Ra y R~Ra 50 25

En una segunda realizacion, que puede observarse en la figura 5, entre la porcion de base 6 de cada iman 4 y el anillo de soporte 18 esta presente un espacio de aire basico 21. En otras palabras, cada iman 4 ocupa parcialmente el respectivo asiento de alojamiento 12, que, entre la porcion de base 6 y el anillo de soporte 18, presenta un vado en el material, es decir un espacio de aire basico 21.

Esta realizacion que presenta el espacio de aire basico 21 facilita el montaje de los imanes 4 en el interior del cuerpo 10 de rotor, dado que en el area de este espacio de aire basico 21 no existe friccion durante la insercion del iman 4

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y, adicionalmente, permite simplificar la realizacion del propio iman 4, ya que no requiere ninguna precision dimensional particular en la superficie del mismo orientada hacia el espacio de aire basico 21.

Preferentemente, el espacio de aire basico 21 puede llenarse con un material de relleno no magnetico para impartir una solidez estructural adicional al rotor 3 y minimizar los movimientos relativos entre las expansiones radiales 11 del cuerpo 10 de rotor y los imanes 4.

En una realizacion alternativa, ilustrada en la figura 6, cada iman 4 consiste en una pluralidad de sub-imanes 40 que estan superpuestos unos sobre otros en una direccion radial y que tienen, en sucesion, una seccion transversal que disminuye hacia el eje “A” de modo que, en la porcion de base 6 del mismo, el iman 4 presente al menos una reduccion escalonada de la anchura. En otras palabras, en esta configuracion el iman 4 es un iman montado. En particular, la seccion transversal se refiere a la anchura de cada sub-iman 40 a lo largo de una direccion perpendicular a la direccion de extension radial en la que yace la serie de sub-imanes 40.

Tambien en esta realizacion puede encontrarse el sorprendente efecto de saturacion magnetica de las porciones de saturacion 16 de las expansiones radiales 11. De hecho, tambien en este caso el “flujo parasito” generado por los imanes 4 se ve canalizado hacia la porcion de saturacion 16, “llenandolo” magneticamente. En esta realizacion, resulta evidente como cada porcion de saturacion 16 presenta, a lo largo de la misma en la direccion radial, una seccion decreciente a medida que se acerca al arbol motriz 25. Es precisamente el hecho de que la seccion de cada porcion de saturacion 16 disminuya hasta alcanzar una anchura minima predeterminada lo permite la “saturacion magnetica” de cada porcion de saturacion 16 y, por lo tanto, la creacion de la “barrera magnetica” que impide que las lmeas de flujo adicionales generadas por cada iman 4 forman un bucle de retorno hacia el rotor.

La reduccion escalonada de la anchura de la figura 6 tambien podna lograrse por medio de un unico iman 4 en bloque, que presente al menos una reduccion escalonada de la anchura. Esta realizacion alternativa tambien resulta constructivamente ventajosa, en virtud del hecho de que la geometna de los imanes 4 y el cuerpo 10 de rotor asociado son faciles de disenar y realizar tecnologicamente.

El cuerpo 10 de rotor y la pluralidad de imanes 4 se mantienen en su posicion axial a traves de medios de agrupacion (no ilustrados), que los bloquean en su sitio.

Entre las diversas soluciones constructivas para realizar dichos medios de agrupacion, una realizacion preferida presenta al menos dos elementos de retencion (por ejemplo, bridas) posicionados en lados opuestos, a lo largo de la direccion axial, del cuerpo 10 de estator y operativamente conectados por unos elementos de union que agarren todo el cuerpo 10 de rotor. En particular, al menos una expansion radial 11 (preferentemente, al menos dos o cuatro) cuenta con al menos un orificio pasante 19 formado en la respectiva porcion periferica 14, para permitir el posicionamiento de un elemento de union que conecte los elementos de retencion (por ejemplo, bridas).

Un aspecto no secundario de la presente invencion tambien consiste en el diseno y la produccion del rotor 3.

Como se menciono anteriormente, una seria limitacion de los rotores “de imanes radiales” reside en la dificultad de introducir un gran numero de polos magneticos en el rotor. Por lo tanto, se ha definido un metodo de produccion que permite realizar el rotor 3 de imanes permanentes de acuerdo con la presente invencion.

El metodo comprende etapas de preparacion de una pluralidad de placas pequenas 20, perfiladas de tal manera que cada una de las mismas presente la pluralidad de expansiones radiales 11 y asientos de alojamiento 12, intercalando los asientos de alojamiento 12 con las expansiones radiales 11; agrupar las placas pequenas 20 entre sf a lo largo del eje de rotacion “A” del rotor 3, a fin de obtener el cuerpo 10 de rotor; e insertar un iman permanente 4 en cada asiento de alojamiento 12.

Las placas pequenas 20 se perfilan previamente de acuerdo con la geometna que se desee dar a las expansiones radiales 11 y, en consecuencia, a los asientos de alojamiento 12 para los imanes 4. La etapa de perfilamiento puede llevarse a cabo utilizando, por ejemplo, corte en fno (por ejemplo, con prensa), corte en caliente (por ejemplo, con laser) o tecnicas de estampacion.

En particular, la etapa de preparacion de la pluralidad de placas pequenas 20 comprende una sucesion de etapas de estampacion de placas pequenas de rotor.

En una realizacion del metodo, solo se realizan las placas pequenas de rotor a traves de las etapas de estampado y, en este caso, pueden tener un espesor nominal comprendido entre 1 mm y 5 mm.

En otras palabras, es posible utilizar placas pequenas con un espesor grande (entre 1 mm y 5 mm, para ser exactos) para obtener una placa de rotor que sea intnnsecamente robusta, y adecuada para las posteriores etapas de agrupacion.

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De hecho, cuanto mayor sea el espesor nominal de la placa pequena, mayor sera la robustez de la placa y mayor sera la velocidad de montaje en las etapas subsiguientes.

En una realizacion particular del metodo, las placas pequenas de rotor y estator se realizan en una sola etapa de corte. De esta manera se reducen al mmimo los desechos del mecanizado.

Una vez que se han perfilado las placas pequenas 20, la etapa de agrupacion de las placas pequenas 20 puede llevarse a cabo apilando previamente las placas pequenas individuales en grupos y, posteriormente, agrupando entre sf dos o mas de dichos grupos para obtener el cuerpo 10 de rotor.

Una vez que se ha formado el cuerpo 10 de rotor mediante la agrupacion de las placas pequenas 20, es posible insertar los imanes 4 en los asientos de alojamiento 12.

Para garantizar una compacidad estructural adicional del cuerpo 10 de rotor, se inyecta el material de relleno no magnetico anteriormente mencionado entre los imanes 4 y las expansiones radiales 11.

En particular, durante la etapa de agrupacion de las placas pequenas 20, se posicionan unos elementos de retencion (bridas) sobre lados opuestos del cuerpo de estator 10, a lo largo de la direccion axial.

Para bloquear los elementos de retencion en su sitio, pueden utilizarse elementos de bloqueo (no ilustrados), tales como anillos Seeger, por ejemplo.

Alternativamente a los elementos de bloqueo, o en cooperacion con los mismos, se utilizan elementos de union; estos se conectan operativamente a los elementos de retencion, para agarrar todo el cuerpo 10 de rotor y bloquear los elementos de retencion en su sitio.

La invencion consigue los objetivos propuestos. El rotor tiene un cuerpo de rotor adecuado para alojar una pluralidad de imanes que presentan una respectiva porcion de base, que tiene una anchura menor que la anchura de una porcion de cabeza de los mismos, lo que permite obtener un alto numero de polos magneticos en el rotor y garantizar la resistencia mecanica necesaria del propio cuerpo de rotor. La forma y disposicion particulares de los imanes en el rotor permite minimizar el “flujo parasito” y, sorprendentemente, maximizar el “flujo utilizable”, obteniendo asf altas densidades de par motor incluso en rotores de tamano relativamente pequeno. Del mismo modo, las aberturas de separacion situadas proximas a la superficie externa del cuerpo de rotor permiten transportar y dirigir las lmeas de flujo de los imanes de una manera mas determinista hacia el flujo del estator, maximizando adicionalmente el “flujo utilizable” y, por lo tanto, la energfa que puede liberar la maquina electrica.

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REIVINDICACIONES

1. Un rotor (3) de imanes permanentes para una maquina electrica giratoria (1), que comprende:

un cuerpo (10) de rotor que tiene un eje de rotacion (A);

una pluralidad de imanes (4), cada uno dispuesto a lo largo de una direccion sustancialmente radial de dicho cuerpo (10) de rotor, presentando dichos imanes (4), en seccion a lo largo de un plano que es sustancialmente perpendicular a dicho eje de rotacion (A), una porcion de cabeza (5) situada en la proximidad de una superficie externa (30) de dicho cuerpo (10) de rotor, y una porcion de base (6) orientada hacia el eje de rotacion (A), en el que la porcion de base (6) de cada iman (4) tiene una anchura menor que una anchura de la porcion de cabeza (5), y en el que el numero de dichos imanes (4) es igual o superior a veinte;

presentando dicho cuerpo (10) de rotor una pluralidad de expansiones radiales (11) y una pluralidad de asientos de alojamiento (12), intercalados con dichas expansiones radiales (11), para alojar dichos imanes (4), en el que las expansiones radiales (11) contiguas presentan respectivas porciones perifericas (14) separadas entre sf, a fin de definir respectivas aberturas de separacion (13) adecuadas para evitar el paso directo del flujo magnetico entre dichas porciones perifericas (14), extendiendose dichas aberturas de separacion (13) preferentemente a lo largo de una longitud axial total de dicho cuerpo (10) de rotor; caracterizado por que

cada expansion radial (11) presenta, en la base, una porcion de saturacion (16) que presenta una extension, en la direccion radial, que tiene una seccion constante.
2. El rotor (3) de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que la porcion de base (6) de cada iman (4) tiene una conformacion ahusada en una direccion que se acerca a dicho eje de rotacion (A).
3. El rotor (3) de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que cada iman (4) presenta una pluralidad de sub-imanes (40) que estan superpuestos unos sobre otros en una direccion radial y tienen, en sucesion, una seccion transversal que disminuye en una direccion que se acerca a dicho eje de rotacion (A) de tal manera que, en la porcion de base (6) del mismo, el iman 4 exhibe al menos una reduccion escalonada de la anchura.
4. El rotor (3) de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que las porciones perifericas (14) de cada expansion radial (11) presentan porciones de enganche laterales (15) orientadas hacia las expansiones radiales (11) contiguas, a fin de retener los imanes (4) adyacentes internamente de los respectivos asientos de alojamiento (12).
5. El rotor (3) de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que cada expansion radial (11) presenta una porcion de saturacion (16) interpuesta entre las porciones de base (6) de dos imanes (4) adyacentes, tal como para realizar una saturacion del campo magnetico presente en el interior de dicha expansion radial (11), presentando dicha porcion de

R - Ra

saturacion (16) preferentemente un tramo que tiene una seccion pequena, con un espesor de menos de ~ ~

R~Ra R - Ra

y, preferentemente, comprendida entre y ^ , donde R es el radio externo de los imanes y Ra es el radio

interno de los imanes.
6. El rotor (3) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el cuerpo (10) de rotor esta definido por una pluralidad de placas pequenas (20) agrupadas unas sobre otras a lo largo del eje de rotacion (A).
7. El rotor (3) de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que al menos una expansion radial (11) presenta un orificio (19), preferentemente en dicha porcion periferica (14), para alojar una barra de acoplamiento para apilar dichas placas (20).
8. Un motor smcrono (1), que comprende:

un estator (2);

un rotor (3) de acuerdo con una o mas de las reivindicaciones anteriores.
9. Un metodo para realizar un rotor (3) que tiene imanes permanentes, que comprende las etapas de:

predisponer una pluralidad de placas pequenas (20) perfiladas de tal manera que cada una presente una pluralidad de expansiones radiales (11) y una pluralidad de asientos de alojamiento (12), intercalados con dichas expansiones radiales (11), con el fin de alojar dichos imanes (4), en el que las expansiones radiales (11) contiguas presentan respectivas porciones perifericas (14) separadas entre sf a fin de definir respectivas aberturas de separacion (13), adecuadas para impedir el paso directo del flujo magnetico entre dichas porciones perifericas (14), extendiendose dichas aberturas de separacion (13) preferentemente a lo largo de una longitud axial total de dicho cuerpo (10) de rotor;

presentando cada expansion radial (11), en la base, una porcion de saturacion (16) que presenta una extension, en la direccion radial, que tiene una seccion constante;

agrupar las placas pequenas (20) entre sf a lo largo de un eje de rotacion (A) del rotor (3), para obtener un cuerpo (10) de rotor;

insertar un iman permanente (4), que tiene una porcion de base (6) cuya anchura es menor que una porcion de cabeza (5), en cada uno de dichos asientos de alojamiento (12), disponer dicho iman (4) en una orientacion radial de tal manera que dicho iman (4) presente una porcion de base (6) posicionada en la proximidad de dicho eje de rotacion (A), y una porcion de cabeza (5) situada en la proximidad de una superficie externa (30) de dicho 5 cuerpo (10) de rotor.
10. El metodo de la reivindicacion 9, en el que dicha etapa de apilamiento de las placas pequenas (20) se realiza apilando previamente las placas pequenas individuales en grupos y, a continuacion, agrupando redprocamente dos o mas de dichos grupos con el fin de obtener dicho cuerpo (10) de rotor.

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