ES2842963T3

ES2842963T3 - Motor lineal de imán permanente de conmutación de flujo

Info

Publication number: ES2842963T3
Application number: ES17164966T
Authority: ES
Inventors: Tero Hakala; Tuukka Korhonen; Tero Purosto; Ilya Petrov; Juha Pyrhönen
Original assignee: Kone Corp
Current assignee: Kone Corp
Priority date: 2017-04-05
Filing date: 2017-04-05
Publication date: 2021-07-15
Anticipated expiration: 2037-04-05
Also published as: US11075572B2; EP3386084A1; EP3386084B1; US20180294706A1; CN108696092B; JP2018183045A; KR20180113174A; CN108696092A; JP7081963B2

Abstract

Motor lineal (10) de imán permanente de conmutación de flujo (FSPM) que comprende un estátor lineal longitudinal (14) con dientes (16) de estátor enfrentados a un entrehierro (a) y un elemento propulsor (12) que comprende al menos una armadura (13) con dientes (18) de armadura, por lo que al menos algunos de dichos, preferiblemente todos de dichos dientes de armadura integran al menos un imán permanente (20, 22), respectivamente, cuyos dientes (18) de armadura están separados por ranuras (30) para recibir un devanado (32) de armadura, caracterizado por que los imanes permanentes (20, 22) integrados en los dientes (18) de armadura correspondientes sobresalen por un voladizo (d) sobre la parte posterior de la armadura (13) en una dirección orientada en sentido opuesto al entrehierro (a).

Description

DESCRIPCIÓN

Motor lineal de imán permanente de conmutación de flujo

La invención se refiere a un motor lineal de imán permanente de conmutación de flujo que comprende un estátor lineal longitudinal con dientes de estátor enfrentados a un entrehierro y un elemento propulsor que comprende una armadura que comprende perfiles de armadura que comprenden miembros de perfil que forman junto con al menos un imán permanente un diente de armadura del elemento propulsor, por lo que los dientes de armadura están separados por ranuras para recibir un devanado de armadura. Los dientes tienen un primer lado que se ajusta contra el imán o imanes permanentes y un segundo lado enfrentado a las ranuras y que se ajusta contra los devanados de armadura, por lo que los dientes tienen una anchura extendida hacia el entrehierro. Tal construcción conocida se ha mostrado, por ejemplo, en la Fig.2 (a) donde una ranura semicerrada está formada por puntas de dientes que se extienden en la parte más superior de los dientes de modo que el área donde se encuentra el cobre o el devanado en las ranuras no se ve afectada por la punta del diente con la anchura aumentada. Esta realización tiene la ventaja de que el espacio para el cobre de los devanados de armadura no se ve afectado por la punta extendida del diente.

En los motores lineales de imanes permanentes de conmutación de flujo (FSPM), esta solución puede provocar una sobresaturación en las puntas de los dientes que se acompañan de una fuga de flujo e incluso puede provocar una desmagnetización irreversible de los imanes permanentes.

Se conoce un motor lineal de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 a partir del documento US 2010/0301684 A1. El documento CN 203617805 U describe un motor giratorio que tiene polos de estátor en los que los imanes permanentes se extienden más allá del suelo de la armadura.

Por tanto, es objeto de la presente invención proporcionar un motor FSPM en el que se reducen los problemas mencionados anteriormente.

El objeto se resuelve con un motor lineal de FSPM de acuerdo con la reivindicación 1. Las realizaciones preferidas de la invención son objeto de las reivindicaciones dependientes. Las realizaciones preferidas de la invención también se describen en la descripción así como en los dibujos.

De acuerdo con la invención, el motor lineal de imán permanente de conmutación de flujo (FSPM) comprende un estátor lineal longitudinal con dientes de estátor enfrentados a un entrehierro a. Este estátor se encuentra en un ascensor preferiblemente montado sobre una viga de estátor a lo largo del hueco del ascensor. Además, el motor comprende un elemento propulsor que tiene al menos una armadura con dientes de armadura que sobresalen en la dirección del entrehierro a. Al menos algunos de dichos, preferiblemente todos de dichos dientes de armadura integran en la dirección de la anchura de los dientes de armadura al menos un imán permanente, respectivamente. Los dientes de armadura están separados por ranuras para recibir un devanado de armadura. De acuerdo con la invención, los imanes permanentes integrados en los correspondientes dientes de armadura sobresalen por un voladizo d sobre la parte posterior de la armadura en una dirección orientada en sentido opuesto al entrehierro a. Por lo tanto, la fuga de flujo en el área de la base del perfil de armadura se reduce de manera eficaz. Se ha descubierto que se puede obtener la mejor reducción de fugas de flujo si el tamaño de este saliente o voladizo es preferiblemente de 2 mm a 6 mm, más preferiblemente de 3 mm a 5 mm.

Preferiblemente, la longitud del imán o imanes permanentes en la dirección de la longitud l del diente es mayor que la longitud de la armadura en la dirección de la longitud I del diente. A través de esta característica, se asegura que el imán permanente se proyecta desde la parte posterior del inducido para mejorar las propiedades del flujo, pero por otro lado se extiende hasta la punta del diente, para mejorar las propiedades de conducción del flujo, reduciendo particularmente las fugas de flujo.

Preferiblemente, al menos algunos de los dientes de armadura tienen una parte de anchura extendida hacia el entrehierro a, que preferiblemente comienza en la dirección longitudinal I de los dientes de armadura ya al nivel de los devanados de armadura, es decir, donde los dientes y los devanados adyacentes están enfrentados entre sí. A través de esta medida, el aumento de la anchura de los dientes de armadura tiene lugar sobre una parte mayor de su longitud. Esto provoca una densidad de flujo reducida en las puntas de los dientes con relación al diseño conocido como se ha mostrado en la Fig. 2 (a). Aunque el espacio para el cobre de los devanados de armadura es reducido en la solución de la invención, se reduce esencialmente la fuga de flujo, la evitación de una densidad de flujo excesiva y también por consiguiente el peligro de desmagnetización de los imanes permanentes.

Preferiblemente, el aumento de la anchura de los dientes de armadura tiene lugar al menos sobre la mitad de su longitud. Por consiguiente, el flujo magnético está mejor distribuido y armonizado en esta geometría de motor.

Preferiblemente, la anchura de los dientes de armadura aumenta continuamente sin formar un borde en sus segundos lados. Esta geometría de los dientes de armadura provoca un flujo homogéneo y una reducción de las fugas de flujo.

En una realización preferida de la invención, el aumento de la anchura de los dientes de armadura aumenta continuamente hacia el entrehierro. Esta característica provoca el hecho de que el segundo lado está en la dirección de la punta del diente o entrehierro curvado cada vez más hacia fuera en la dirección de la ranura adyacente. Por lo tanto, se minimiza la fuga de flujo en la punta del diente y no se produce una sobresaturación en la dirección del entrehierro en el diente de armadura.

Preferiblemente, se ajustan dos imanes permanentes diferentes entre los primeros lados de cada diente de armadura, por lo que un segundo imán permanente se extiende sobre la mayor parte de la longitud del diente de armadura, mientras que el primer imán permanente se ajusta sobre el primer imán permanente hacia el entrehierro a.

En el área de las puntas de los dientes de armadura, la densidad de flujo es muy alta, lo que puede provocar una sobresaturación. Esto se evita con el aumento progresivo de la anchura de los dientes de armadura. Más lejos de la punta del diente, la densidad de flujo en los imanes permanentes podría caer a un valor relativamente bajo. Este bajo valor de densidad de flujo operativo puede causar una desmagnetización irreversible de los imanes permanentes, especialmente cuando los imanes permanentes funcionan en condiciones de alta temperatura. Por lo tanto, se deberían seleccionar imanes permanentes con buenas propiedades de desmagnetización para esta área del diente. De todos modos, los imanes con buenas propiedades de desmagnetización irreversible como por ejemplo los imanes de neodimio tienen una remanencia más débil lo que significa que el rendimiento del motor disminuye al seleccionar imanes más fuertes en términos de magnetización, que por otro lado son más débiles en términos de remanencia. Por lo tanto, la utilización de dos imanes permanentes diferentes a lo largo del diente de armadura resuelve este problema porque sobre la longitud más alta del diente de armadura se utiliza un segundo imán permanente que tiene buenas propiedades de desmagnetización pero una remanencia más baja, y solo en el área de la punta del diente se utiliza un primer imán permanente con una alta remanencia que aporta una buena eficacia. Este tipo de híbrido de imán permanente satisface la necesidad de imanes permanentes eficaces y, por otro lado, de una buena protección contra la desmagnetización sobre la longitud superior del diente de armadura.

Preferiblemente, el primer imán permanente tiene un área de sección transversal mayor en un plano paralelo al entrehierro que el segundo imán permanente, lo que se obtiene a través de una anchura mayor que el segundo imán permanente. Esto tiene el efecto de que todo el grupo del primer y segundo imanes tiene una mayor eficacia y se reducen las fugas de flujo.

En una realización preferida de la invención, la superficie superior del primer imán permanente está alineada con la punta del diente. Esto provoca el hecho de que el primer imán permanente se utiliza en el área donde está presente la mayor densidad de flujo. Mediante la utilización de un segundo imán permanente con baja remanencia pero, por otro lado, con buenas propiedades de desmagnetización, se pueden mejorar esencialmente la eficacia de operación y la fiabilidad del motor de SPM.

Preferiblemente, el material del primer y segundo imanes permanentes difiere entre sí como se ha mencionado anteriormente de modo que preferiblemente el segundo imán tiene una remanencia menor que el primer imán permanente pero mejores propiedades de desmagnetización irreversible que el primer imán permanente. Por otro lado, el primer imán permanente tiene preferiblemente una mayor remanencia que el segundo imán permanente para aumentar la eficacia. Como la densidad de flujo en esta parte inferior del diente de armadura no es tan alta como en el área superior, particularmente la punta del diente, la baja remanencia junto con las buenas propiedades de desmagnetización mejoran la fiabilidad del motor.

Preferiblemente, el aumento de la anchura del diente se forma a partir de las partes de anchura aumentada de los miembros de perfil de dos perfiles de armadura adyacentes y/o del aumento de la anchura del primer imán permanente con relación al segundo imán permanente. Por lo tanto, la geometría de la anchura del diente extendida puede diseñarse fácilmente mediante la geometría de la parte de anchura extendida de los miembros de perfil. Por supuesto, de forma alternativa o adicional, el aumento de la anchura del imán o imanes permanentes puede contribuir a la extensión de la anchura del diente hacia la punta del diente, particularmente si se utilizan varios imanes permanentes en un diente y el imán permanente superior o el primer imán permanente tiene una anchura mayor que el segundo o inferior.

Preferiblemente, el número de dientes del elemento propulsor es de 22 a 42, particularmente de 27 a 37 por metro de longitud del elemento propulsor en su dirección de movimiento. Este número comparativamente alto de dientes (polos). Este aumento de polos provoca por un lado una disminución del par en comparación con, por ejemplo, 13 polos por metro debido a la saturación. Sin embargo, el número de polos más alto reduce el par de engranaje o la ondulación del par del motor. Por otro lado, el efecto de saturación debido al mayor número de polos y la disminución del par se logran haciendo dientes de armadura con la parte de anchura extendida de acuerdo con la idea básica de la invención. Además, se reduce la densidad de flujo en cada ranura, lo que reduce de nuevo la fuga de flujo y detiene una densidad de flujo excesiva en los dientes y, por lo tanto, también reduce el riesgo de desmagnetización de los imanes permanentes. De este modo, los miembros del perfil de armadura y los imanes permanentes pueden tener una anchura reducida. Por lo tanto, preferiblemente la anchura de los dientes de armadura es menor que el 30% de la anchura del espacio. En esta solicitud, el término "anchura" se refiere a la extensión en la dirección de movimiento del elemento propulsor (o la dirección longitudinal del estátor). El término "longitud" está relacionado con la dimensión perpendicular al plano del entrehierro.

Preferiblemente, y como es habitual en la geometría de armadura de los motores eléctricos, la armadura está formada por perfiles de armadura en forma de U (segmentos de apilamiento) compuestos de una base perfilada y al menos dos miembros de perfil paralelos que se extienden perpendicularmente a la base del perfil y hacia el entrehierro a, por el que cada imán permanente del elemento propulsor está integrado entre los primeros lados de dos perfiles de armadura adyacentes, y en el que el devanado de armadura está ubicado entre los segundos lados de los miembros paralelos de los perfiles de armadura en forma de U, cuyos miembros paralelos forman los dientes de armadura junto con los imanes permanentes integrados. Esta geometría de armadura ha demostrado ser fiable y muestra una pequeña cantidad de fugas de flujo.

Preferiblemente, cada perfil de armadura está formado por chapas metálicas de perfil de armadura apiladas, ya que es una práctica fiable y actual en diseños de armadura.

Preferiblemente, se magnetiza al menos un imán permanente en una dirección perpendicular a la dirección longitudinal de los dientes de armadura. En este caso, preferiblemente, los imanes permanentes sucesivos en la dirección de la anchura w del elemento propulsor se magnetizan en direcciones opuestas.

Preferiblemente, en este caso de una armadura construida por una sucesión de perfiles de armadura, el imán o imanes permanentes sobresalen sobre la parte posterior de los perfiles de armadura adyacentes en una dirección orientada en sentido opuesto al entrehierro a.

Preferiblemente, la longitud del imán permanente en la dirección longitudinal I del diente de armadura es mayor que la longitud de los miembros de perfil o preferiblemente que la longitud del perfil de armadura en la dirección longitudinal I del diente. Por lo tanto, el imán permanente sobresale de la parte posterior del perfil de armadura para minimizar la fuga de flujo, pero por otro lado se extiende hasta la punta del diente para mejorar las propiedades de conducción del flujo, reduciendo particularmente la fuga de flujo.

En una realización preferida, la armadura tiene al menos una base de armadura que se extiende paralela al entrehierro. Desde la base de armadura, los miembros de armadura se proyectan en la dirección del entrehierro, es decir, perpendicular a la base de armadura. La base de armadura puede ser una parte de una sola pieza que se extiende sobre una parte más grande de la longitud del elemento propulsor, p. ej., extendiéndose sobre un tercio, la mitad o incluso la longitud completa del elemento propulsor. A esta base de armadura se conecta un gran número correspondiente de miembros de armadura, preferiblemente como una parte de una sola pieza. Alternativamente, la armadura también se puede componer de una sucesión de perfiles de armadura únicos en forma de U que solo tienen dos miembros de perfil como miembros de armadura que se extienden perpendiculares a la base del perfil. En cualquiera de estos casos, los miembros de armadura forman parte de los dientes de armadura. El aumento de la anchura de diente de los dientes de armadura hacia el entrehierro se forma entonces preferiblemente de las partes de anchura aumentada de dos miembros de armadura que integran los imanes permanentes así como del aumento de la anchura del primer imán permanente con relación al segundo imán permanente. En particular, si esta característica se combina con una mayor remanencia del primer imán permanente con relación al segundo imán permanente, esto provoca una saturación reducida del diente y un par aumentado.

La invención también se refiere a un ascensor que comprende un motor lineal como se ha descrito anteriormente. De este modo, el elemento propulsor del motor de FSPM está conectado a lo largo de un lado de la cabina del ascensor y el estátor está montado sobre una viga que se extiende a lo largo del hueco del ascensor. Un ascensor con un motor así especificado tiene por un lado una buena eficacia y por otro lado buenas características de operación y alta fiabilidad, particularmente contra la desmagnetización de los imanes permanentes del motor de FSPM.

Los siguientes términos se utilizan como sinónimos: Perfil de armadura - apilamiento de laminación - segmento de apilamiento; PM - imán permanente; devanados de cobre-armadura; motor - máquina; suelo de armadura - base de armadura - parte posterior de armadura;

La parte posterior o la base de la armadura o los perfiles de armadura designan el lado de la armadura orientado en sentido opuesto al entrehierro a.

La presente invención enfatiza tres técnicas para mejorar las propiedades magnéticas de un motor de FSPM como se ha tratado a continuación:

1. Aumento de la anchura del diente hacia el entrehierro

2. Voladizo de imán de los imanes permanentes en la base de armadura

3. Implementación de imanes permanentes híbridos de al menos dos imanes permanentes diferentes

1. Aumento de la anchura del diente hacia el entrehierro

Si se aumenta el número de ranuras (p. ej., de 13 ranuras a 25 ranuras), el grosor del imán permanente y el grosor de diente de la armadura en el motor de 25 ranuras es la mitad que en la estructura de 13 ranuras (si no se realiza ninguna otra modificación de la geometría).

Suponiendo que el número de ranuras se duplique con respecto al aumento del número de ranuras, da como resultado las nuevas ranuras que tienen la mitad del grosor de las ranuras originales. Así, en un motor con mayor número de ranuras, el circuito magnético tiene aproximadamente el doble de reluctancia que el motor original con menor número de ranuras. Una de las principales contribuciones de la mayor reluctancia proviene del área de entrehierro más estrecha. En las Figs.

3a y 3b se muestra que el área del entrehierro a través del cual conduce el flujo es más pequeña en el caso de un diente fino, como es evidente en la Fig. 3b en comparación con el flujo en un diente grueso, como se ha mostrado en la Fig. 3a. Si, p. ej., la anchura del diente delgado es la mitad de la anchura del diente grueso, esto significa que la reluctancia magnética en el caso del diente fino de acuerdo con la Fig.3b es el doble que en un diente grueso de acuerdo con la Fig.3a porque la reluctancia es inversamente proporcional al área (A) de conducción como se puede ver en la Ec. (1).

donde Rs es la reluctancia del entrehierro, 5 es la longitud del entrehierro, |U⁰es la permeabilidad del vacío y As es el área de conducción de flujo.

La mayor reluctancia provoca inevitablemente un flujo más pequeño por un solo imán permanente que conduce a través del entrehierro. Por lo tanto, en el caso de un motor de FSPM con un gran número de ranuras y, por consiguiente, un grosor de diente pequeño, es ventajoso aplicar dientes con una anchura de diente creciente que provoque ranuras de armadura semicerradas. El objetivo es aumentar el área del entrehierro a través de la cual está conduciendo el flujo magnético como se ha mostrado en la Fig.4a que describe un diseño de diente rectangular y en la Fig.4b que muestra un diseño de anchura de diente aumentada.

Es posible reducir significativamente la reluctancia del entrehierro aplicando ranuras semicerradas en un FSPM con unos dientes de armadura finos. Sin embargo, este es un método tradicional para aumentar el flujo que viaja a través del entrehierro aplicado en los PMSM. Sin embargo, este método tiene un inconveniente significativo. La razón del inconveniente se explica en la Fig. 5a. En esta figura se ha mostrado que un efecto acumulativo de la concentración de flujo en el diente provoca una fuerte sobresaturación de flujo hacia el entrehierro. Considerando que, esta sobresaturación aumenta la reluctancia del circuito magnético (no en el entrehierro sino en el apilamiento de laminación) y consecuentemente reduce el flujo de PM que cruza el entrehierro.

Las ranuras semicerradas se implementan tradicionalmente mediante puntas de dientes, como se ha mostrado en la Fig. 2a. Por consiguiente, las puntas de los dientes deberían ocupar el menor espacio posible en la ranura para reservar este espacio para el cobre (por debajo del nivel 28 de devanado). Sin embargo, la solicitante descubrió que en las máquinas de FSPM ha resultado beneficioso hacer que los dientes sean más anchos hacia el entrehierro que reservar el espacio para el cobre. Los dientes más anchos compensan menos cobre en la ranura y aumentan la densidad de fuerza de la máquina de FSPM al aumentar el flujo de PM que cruza el entrehierro. Por consiguiente, el diseño de diente preferido para la armadura se cambia del diseño de la técnica anterior de espacios semicerrados como se ha mostrado en la Fig. 2a a una forma de acuerdo con las Figs. 2b y 2c en la que el aumento de anchura de los dientes se extiende hacia el área del cobre (en el área debajo del nivel 28 de cobre de los devanados de armadura. Por lo tanto, en la Fig. 2a, el aumento de ancho se extiende sobre la mitad de la longitud de los dientes de armadura. En la Fig. 2c, el aumento de anchura se extiende incluso sobre la longitud completa de los dientes de armadura, calculado a partir del suelo de cobre o la base del perfil.

Esto evita las áreas locales con fuerte sobresaturación. Por lo tanto, se mejora el rendimiento de la máquina de FSPM. La comparación de la fuerza producida por la topología del motor con ranuras semicerradas (Fig. 2a) y el diseño inventivo (Fig. 2b) se ha mostrado en la Fig. 6.

En la Fig.6, la fuerza generada por los FSPM con ranuras semicerradas se ha mostrado en una línea continua, mientras que con la forma de diente inventiva propuesta (con anchura aumentada hacia el entrehierro ya en el área de cobre) se ha mostrado en una línea discontinua. Se puede ver que con la forma de diente propuesta es posible aumentar la fuerza producida por el motor de FSPM en un 30%.

2. Voladizo de imán en la base de armadura

Tradicionalmente, en una máquina de FSPM, el imán tiene la misma altura que el segmento de apilamiento de laminación (o la longitud del miembro de perfil más la extensión de la base de perfil en la dirección I perpendicular al entrehierro). Sin embargo, si la ruta magnética principal tiene una gran reluctancia, puede aparecer una cierta cantidad de fugas de flujo. Si la cantidad de fuga de flujo es moderada, no es crítico para la densidad de fuerza generada por una máquina de FSPM. Sin embargo, si esta fuga de flujo ocupa un cierto espacio en el apilamiento de laminación o en el perfil de armadura, esta nube provoca una sobresaturación creciente en ciertas áreas, lo que nuevamente podría incrementar la reluctancia del circuito magnético principal. Por lo tanto, puede aparecer una fuga de flujo en la base de armadura entre dos perfiles de armadura. Esta fuga fluye en la misma ruta con el flujo principal y útil y, en consecuencia, tiene un cierto impacto en la reluctancia general del circuito magnético. Con el fin de reducir la fuga en la base de armadura, la longitud del imán se extiende de manera que sobresalga del perfil de armadura en la parte posterior que mira lejos del entrehierro.

Por lo tanto, la Fig.7a muestra la distribución de la densidad de flujo y la trayectoria de fuga entre dos perfiles de armadura cuando los imanes permanentes no sobresalen por la parte posterior de los perfiles de armadura. La Fig. 7b muestra la distribución de la densidad de flujo y la fuga de flujo cuando el imán sobresale (en voladizo) unos 3,5 mm. En el caso del imán permanente en voladizo, la densidad de flujo en la parte superior del diente de laminación se reduce y es posible hacer esta área más fina y así aumentar el espacio de la ranura para el cobre.

3. Implementación de imanes permanentes híbridos

El circuito magnético de la FSPM con dientes relativamente delgados tiene una gran reluctancia. Por lo tanto, la densidad de flujo en los imanes permanentes podría caer a un valor relativamente bajo. Este bajo valor de densidad de flujo operativo puede causar una desmagnetización irreversible del imán o imanes permanentes, especialmente cuando los imanes permanentes funcionan en condiciones de alta temperatura.

Con el fin de evitar esta desmagnetización irreversible, el tipo de material seleccionado para los imanes permanentes debería dedicarse a esas condiciones de funcionamiento adversas. Sin embargo, los imanes permanentes, p. ej., los imanes de Neodimio, que tienen buenas propiedades de desmagnetización irreversible, tienen por otro lado una remanencia débil. Esto significa que el rendimiento de la máquina disminuye al seleccionar imanes más fuertes en términos de desmagnetización y más débiles en términos de remanencia. Por este motivo se emplea preferiblemente un sistema híbrido de imanes permanentes, en el que se seleccionan al menos dos tipos diferentes de imanes:

a) Primeros imanes permanentes que producen el principal flujo de trabajo.

b) Segundos imanes permanentes que eliminan la fuga de flujo entre los segmentos de laminación y solo mantienen el flujo principal (creado por el primer grupo de imanes) en la ruta correcta.

Con esta división es posible optimizar el material de estos dos imanes permanentes diferentes de acuerdo con su funcionalidad. El primer grupo de imanes permanentes no funciona en condiciones adversas pero puede, por lo tanto, estar hecho de un tipo de material con una alta remanencia (p. ej., B^r= 1,3 T) mientras que el segundo imán permanente no necesita tener una alta remanencia porque su contribución al flujo principal es comparativamente baja, pero funciona en una densidad de flujo baja y necesita tener buenas propiedades de desmagnetización irreversible. Por lo tanto, este grupo de segundos imanes permanentes puede estar hecho de un tipo de material con baja remanencia (p. ej., B^r= 1,1 T) pero con buenas propiedades de desmagnetización.

Con el fin de aumentar la eficacia del primer grupo de imanes que crea el flujo real y al mismo tiempo optimizar la forma de segmento para reducir las fugas de flujo, es ventajoso hacer que este primer imán permanente sea más ancho (con un área de sección transversal más grande) luego el segundo grupo de imanes permanentes como se ha mostrado en las Figs. 1 y 8. El material de imán híbrido ventajoso que incluye al menos dos imanes permanentes diferentes y preferiblemente anchuras diferentes da más libertad en la optimización de la máquina de FSPM de la invención para mejorar su rendimiento y evita la desmagnetización irreversible.

Preferiblemente, en la dirección de movimiento del elemento propulsor, la anchura del diente de armadura que se compone del imán o imanes permanentes integrados entre dos miembros del perfil está en relación con la anchura de la ranura de armadura adyacente entre el 40 y el 65%, preferiblemente entre el 50 y el 60 %, que por supuesto se refiere a la parte de diente que no está extendida en anchura. Esta geometría de polos provoca propiedades de magnetización muy ventajosas y un flujo fuerte y homogéneo.

Preferiblemente, la anchura máxima de la parte de anchura extendida del diente está entre el 30 y el 60%, particularmente entre el 40 y el 50% de la anchura del miembro de perfil en su parte que no es de anchura extendida. Esto provoca un aumento de la saturación y un par más alto, particularmente del número de polos por m de longitud del elemento propulsor se incrementa, es decir, preferiblemente entre 22 y 42, particularmente 27 a 37 por metro de longitud del elemento propulsor en la dirección de movimiento ( = dirección de anchura de los dientes).

El elemento propulsor en un ascensor de pasajeros tiene típicamente una longitud entre 0,5 my 1,5 m, particularmente entre 0,7 my 1 m.

Los siguientes términos se utilizan como sinónimo: miembro de armadura - miembro de perfil; base de armadura - base del perfil - parte posterior de la armadura - parte posterior del perfil de armadura - base del perfil de armadura; flujo - flujo magnético; perfil de armadura - hierro de armadura; diente - polo; imán - imán permanente; saliente - proyección - voladizo

La invención también es aplicable principalmente a un motor giratorio, por lo que en este caso los entrehierros son circulares y no lineales.

Algunas tecnologías de la técnica anterior, como también la invención, se describen posteriormente mediante una realización en relación con los dibujos esquemáticos adjuntos.

La Fig. 1 muestra una sección transversal longitudinal a través de un elemento propulsor y una parte de un estátor de un motor de FSPM de la invención, y

La Fig. 2a muestra un diseño de perfil de armadura de acuerdo con la técnica anterior, con una ranura semicerrada,

Las Figs. 2b y c muestran formas de perfil de armadura de acuerdo con la presente invención,

Las Figs. 3a y b el flujo cuando la anchura del diente se reduce debido al aumento del número de dientes y la disminución de la anchura del miembro del perfil de armadura,

Las Figs. 4a y b el flujo en el caso de una ranura semicerrada conocida,

Las Figs. 5a y b el flujo en un diente de armadura de la técnica anterior así como en un diente de armadura de acuerdo con la invención,

La Fig. 6 la fuerza generada por un elemento propulsor convencional con ranuras semicerradas de acuerdo con la figura 2(a) y por un elemento propulsor con una anchura de diente aumentada de acuerdo con la Fig. 2(b),

Las Figs. 7a y b el flujo de fuga en la base del perfil con un diseño convencional (Fig. 7a) así como con un voladizo de imán permanente de acuerdo con la invención (Fig. 7b),

La Fig. 8 el flujo en una armadura de elemento propulsor de la invención anchura de diente aumentada así como anchura de un híbrido de imán permanente que se compone de dos imanes permanentes diferentes.

La Fig. 1 muestra un motor lineal 10 de FSMP que comprende un elemento propulsor 12 y un estátor 14 que solo se ha mostrado en una parte ya que el estátor normalmente se extiende sobre una longitud de varios metros hasta una decena de metros o incluso hasta centenas de metros en ascensores de gran altura en el hueco de un ascensor. El elemento propulsor 12 habitualmente está conectado junto a un lado de una cabina de ascensor y la acción conjunta entre un estátor 14 y el elemento propulsor 12 se utiliza para mover la cabina de ascensor verticalmente a lo largo del hueco del ascensor. Entre el estátor 14 y el elemento propulsor 12, se ha previsto un entrehierro a por lo que en el lado del estátor, los dientes 16 de estátor están enfrentados al entrehierro a, mientras que en el lado del elemento propulsor 12, se ha previsto una armadura 13 que se compone de varios perfiles 15 de armadura preferiblemente en forma de U posicionados sucesivamente y adyacentes entre sí en la dirección w de la anchura de la armadura 13, sólo separados por imanes permanentes 20, 22 posicionados entre ellos. l denomina la dirección de la longitud de la armadura 13 en la dirección del entrehierro a (perpendicular al plano del entrehierro) para definir las áreas de la armadura con respecto a su distancia desde el entrehierro a. Estas nominaciones de dirección son válidas para todas las figuras.

Cada perfil 15 de armadura se compone de una base 21 de perfil que tiene dos miembros 23 de perfil paralelos que se extienden perpendicularmente a la base 21 de perfil. Los miembros 23 de perfil de dos perfiles 15 de armadura adyacentes forman un diente de armadura junto con los imanes permanentes 20, 22 integrados entre ellos. Los dientes 18 de la armadura sobresalen de la armadura 13 en la dirección del entrehierro a. Entre los miembros 23 de perfil de cada perfil 15 de armadura se forma una ranura 30 que está adaptada para alojar un devanado 32 de armadura.

Los perfiles 15 de armadura son apilamientos o segmentos de apilamientos laminados regularmente, construidos a partir de chapas de metal perfiladas correspondientemente. Un perfil 15 de armadura también se puede componer de varios de estos perfiles en U sucesivamente como una parte de una sola pieza, reduciendo el número de perfiles 15 de armadura separados para la armadura 13.

Los miembros 23 de perfil de dos perfiles de armadura adyacentes integran un segundo imán permanente 20 sobre la mayor parte de la longitud I del diente 18 de armadura. Un primer imán permanente 22 está ubicado en la parte superior del segundo imán permanente 20, particularmente en el área de la punta 19 del diente. El primer imán permanente 22 tiene un área de base y una anchura mayores que el segundo imán permanente 20 y está alineado con su superficie superior con la punta 19 del diente 18 de armadura enfrentada al entrehierro a.

Los segundos imanes permanentes 20 sobresalen por encima de la parte posterior de la armadura 13 formada por la base 21 de perfil de los perfiles 15 de armadura mediante un voladizo d, lo que reduce la fuga de flujo en el área de la base 21 de perfil.

Un motor lineal de FSPM con estas propiedades geométricas tiene una alta eficacia y una baja fuga de flujo.

Las Figs. 2(b) y 2(c) muestran dos posibles geometrías diferentes de los hierros de armadura o perfiles 15 de armadura para el elemento propulsor, por lo que en la realización de la Fig.2(b) la parte 36 de anchura creciente del miembro 23 de perfil se extiende sobre la mitad de su longitud, mientras que en la realización de la figura 2(c), la parte 36 de anchura creciente del diente 18 de armadura se extiende sobre toda la longitud I del miembro 23 de perfil.

Las Figs. 3a y 3b muestran en general el efecto de la reducción de la anchura de los miembros 23 de perfil sobre el flujo entre la armadura 13 y el estátor 14.

Las Figs.4a y 4b muestran en general el efecto de aumento de flujo de la bien conocida solución 36 de ranura semicerrada de los miembros 23 de perfil sobre el flujo entre la armadura 13 y el estátor 14.

Las Figs. 5a y 5b muestran la ventaja de una densidad de flujo reducida entre la armadura 13 y el estátor 14 cuando se utilizan dientes 18 de anchura aumentada de acuerdo con la presente invención, en donde la parte 36 de anchura aumentada de los miembros del perfil provoca una densidad de flujo reducida (flecha negra) entre los dientes 18 de armadura y los dientes 16 de estátor.

Con respecto a las Figs. 6 y 7 se hace referencia a la descripción general anterior.

La Fig. 8 muestra el flujo magnético de un motor lineal de FSPM de la invención, que tiene dientes 18 de armadura de anchura extendida en un lado e imanes permanentes híbridos que se componen de segundos imanes permanentes 20, preferiblemente de menor remanencia (y mayor estabilidad de desmagnetización correspondiente) sobre la parte superior de la longitud de los dientes 18 que se superponen en la dirección de la punta 19 del diente por los primeros imanes permanentes 22 que tienen una anchura mayor que los segundos imanes permanentes 20. Estos segundos imanes permanentes 22 tienen también una mayor remanencia que los primeros imanes permanentes 20 para mejorar la eficiencia del motor.

En resumen, el aumento de anchura de los dientes 18 de armadura se realiza mediante las partes 36 de anchura creciente de los miembros 23 de perfil, así como por la anchura aumentada de los primeros imanes permanentes 22 con respecto a los segundos imanes permanentes 20. Se puede ver que la densidad de flujo en la interfaz entre los dientes 18 de armadura y los dientes 16 de estátor es moderada, lo que provoca una menor fuga de flujo y una tendencia reducida a la desmagnetización irreversible de los imanes permanentes 20, 22.

En la realización, el aumento de anchura de los dientes de armadura es opcional, así como la utilización de dos imanes permanentes por cada diente de armadura.

Además, no es necesario que cada diente de armadura comprenda dos imanes permanentes.

La invención no se limita a las realizaciones descritas, sino que puede variar dentro del alcance de las reivindicaciones de patente adjuntas.

Lista de números de referencia

10 motor lineal de FSPM

12 elemento propulsor

13 armadura

14 estátor

15 perfil de armadura

16 diente de estátor

18 diente de armadura

20 segundo imán permanente

21 base de armadura - base de perfil

22 primer imán permanente

23 miembro de armadura - miembro de perfil

24 primer lado del miembro de perfil enfrentado a los imanes permanentes

26 segundo lado del miembro de perfil enfrentado a la ranura

28 nivel del devanado de armadura en la ranura

30 ranura

32 devanado de armadura - cobre

36 partes de anchura extendida de los miembros de perfil

l dirección de longitud perpendicular al área del elemento propulsor

d voladizo del segundo imán permanente en el suelo de la armadura

w dirección de anchura de la armadura en longitud o dirección de movimiento del elemento propulsor

a entrehierro

Claims

REIVINDICACIONES

1. Motor lineal (10) de imán permanente de conmutación de flujo (FSPM) que comprende un estátor lineal longitudinal (14) con dientes (16) de estátor enfrentados a un entrehierro (a) y un elemento propulsor (12) que comprende al menos una armadura (13) con dientes (18) de armadura, por lo que al menos algunos de dichos, preferiblemente todos de dichos dientes de armadura integran al menos un imán permanente (20, 22), respectivamente, cuyos dientes (18) de armadura están separados por ranuras (30) para recibir un devanado (32) de armadura, caracterizado por que los imanes permanentes (20, 22) integrados en los dientes (18) de armadura correspondientes sobresalen por un voladizo (d) sobre la parte posterior de la armadura (13) en una dirección orientada en sentido opuesto al entrehierro (a).

2. Motor (10) según la reivindicación 1, en el que el voladizo (d) está entre 2 mm y 6 mm, preferiblemente entre 3 mm y 5 mm.

3. Motor (10) según la reivindicación 1 o 2, en el que la longitud del imán permanente (20, 22) en la dirección (l) de la longitud del diente (18) es mayor que la longitud de la armadura en la dirección (l) de la longitud del diente.

4. Motor (10) según una de las reivindicaciones anteriores, en el que los dientes (18) de armadura se extienden en anchura hacia el entrehierro (a) de tal manera que se forma una parte (36) de anchura extendida, en la que el aumento de anchura comienza preferiblemente en el extremo (32) del devanado enfrentado hacia el entrehierro.

5. Motor (10) según la reivindicación 4, en el que la parte (36) de anchura extendida de los dientes (18) de armadura aumenta continuamente formando un borde curvado en sus lados (26) enfrentados a las ranuras (30).

6. Motor (10) según una de las reivindicaciones anteriores, en el que al menos dos imanes permanentes diferentes (20, 22) están ajustados entre los primeros lados de cada diente (18) de armadura, por lo que se extiende un segundo (20) de dichos dos imanes permanentes sobre la mayor parte de la longitud del diente (18) de armadura mientras que el primero (22) de dichos imanes permanentes está ubicado encima del segundo imán permanente (20) hacia el entrehierro (a).

7. Motor (10) según la reivindicación 6, en el que el primer imán permanente (22) tiene una anchura mayor que el segundo imán permanente (20).

8. Motor (10) según una de las reivindicaciones 6 a 7, en el que el segundo imán permanente (20) tiene una remanencia menor que el primer imán permanente (22).

9. Motor (10) según la reivindicación 4 o 5 y la reivindicación 7 u 8, en el que el aumento de anchura del diente está formado por las partes (36) de anchura aumentada de los miembros (23) de perfil de dos perfiles (15) de armadura adyacentes.

10. Motor (10) según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el número de dientes (18) del elemento propulsor es de 22 a 42, en particular de 27 a 37 por metro de longitud del elemento propulsor (12) en su dirección de movimiento.

11. Motor (10) según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la armadura (13) está formada por perfiles (15) de armadura en forma de U, compuestos de una base (21) del perfil y al menos dos miembros (23) de perfil paralelos que se extienden perpendiculares a la base (21) del perfil y hacia el entrehierro (a), por lo que el imán o imanes permanentes (20, 22) están integrados entre los primeros lados (24) de los miembros (23) de perfil y en donde el devanado (32) de armadura está ubicado entre los segundos lados (26) de los miembros (23) de perfil.

12. Motor (10) según la reivindicación 11, en el que el imán o imanes permanentes sobresalen sobre la parte posterior de los perfiles (15) de armadura adyacentes en una dirección orientada en sentido opuesto al entrehierro (a).

13. Motor (10) según la reivindicación 11 o 12, en el que la longitud del imán permanente (20, 22) en la dirección (l) de la longitud del diente (18) es mayor que la longitud de los miembros (23) de perfil, preferiblemente del perfil (15) de armadura en la dirección (l) de la longitud del diente (18).

14. Motor (10) según una de las reivindicaciones anteriores, en el que en la dirección de movimiento del elemento propulsor la anchura del diente (18) de armadura en relación con la anchura de la ranura (30) de armadura adyacente está comprendida entre el 40 y el 65%, preferiblemente entre el 50 y el 60%.

15. Ascensor que comprende un motor lineal (10) de FSPM según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento propulsor (12) está conectado a lo largo de un lado de la cabina del ascensor y el estátor (14) está montado sobre una viga que se extiende a lo largo del hueco del ascensor.