MX2007004538A - Motor con iman interior con ranuras no perpendiculares. - Google Patents

Abstract

Un motor de imanes permanentes interiores, que tienen ranuras angulares.

Description

MOTOR CON IMAN INTERIOR CON RANURAS NO PERPENDICULARES CAMPO DE LA INVENCION La presente invención se refiere en general a motores con imanes permanentes empotrados en el núcleo del rotor y, en particular, rotores ranurados para motores con imán interior que operan a frecuencias variables bajo un control electrónico u operan a una frecuencia fija.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION Los motores con imán interior tienen las siguientes características. En primer lugar, muchos motores con imán interior tienen una baja densidad de energía que los motores con imán montado en superficie. El área superficial del imán generalmente se reduce cuando se empotra, requiriendo un motor o un generador más grande para obtener la misma energía de salida. El motor o generador de tamaño más grande puede provocar problemas de empaque o rendimiento en la aplicación final. En segundo lugar, una distribución de flujo del entrehierro trapezoidal generalmente se genera por un rotor con imán interior. En aplicaciones en donde las corrientes de devanado son sinusoidales, la distribución de flujo trapezoidal da como resultado ondulaciones del par de torsión importantes. Esta ondulación del par de torsión contribuye a ruido y vibración en la aplicación final. Esto puede reducirse al mínimo mediante la selección de la ranura de corriente y número de polo, pero esta solución no es siempre práctica. En tercer lugar, las transiciones abruptas en la distribución de flujo del rotor contribuyen a un par de torsión de engatillado. Técnicas típicamente utilizadas para reducir el par de torsión de engatillado, tal como torcimiento, dan como resultado una densidad de energía inferior. En cuarto lugar, los motores con imán interior tienen inductancia promedio superior que los motores con imán de superficie. La inductancia superior reduce el factor de energía del motor durante la operación, incrementando la energía compleja (VA) requerida desde el impulso para producir un par de torsión de salida dado. Incrementar el requerimiento de voltios-amperes de impulso puede incrementar el costo de impulso si deben utilizarse dispositivos de energía mayores. El par de torsión de salida de un motor con imán permanente interior es proporcional a la fuerza electromotriz (emf, por sus siglas en inglés) inversa y corriente de devanado cuando las dos están en fase. La corriente de devanado en un sistema de voltaje de la barra colectora fija se limita por la fuerza electromotriz y la resistencia y la inductancia del motor. Una geometría del rotor que da como resultado una fuerza electromotriz superior o inductancia inferior permite que el número de giros se ajuste para obtener un consumo de corriente mínimo. La disminución en la corriente puede permitir el uso de dispositivos de energía más pequeños, reduciendo el costo del sistema. Las soluciones de la técnica anterior para motores con imán interior con densidad de energía mayor que o igual a los motores con imán de superficie incluyen un imán "V" y diseños de imán de de rayos. Estos diseños pueden ser difíciles de magnetizar y tienden a tener un par de torsión de engatillado elevado. Las soluciones de la técnica anterior para reducir el impacto de una distribución de flujo de rotor trapezoidal incluyen motores con devanados distribuidos. Los estatores con devanados distribuidos tienden a ser más grandes que los devanados dentados individuales debido a las bobinas de extremo, y pueden no ajustarse en el paquete requerido para algunas aplicaciones. Los devanados dentados individuales en donde el número de grados eléctricos por ranura no es igual a 120 o 240 también pueden utilizarse. El número de combinaciones prácticas se limita por el tamaño del motor. Las soluciones de la técnica anterior para reducir el par de torsión de engatillado incluyen formar el estator y las superficies de entrehierro del rotor y sesgo. Estas soluciones tienden a reducir la densidad de energía del motor. Las soluciones de la técnica anterior para reducir la inductancia promedio de un motor con imán interior incluyen agregar hendiduras a la tapa del polo del rotor. Estas hendiduras se colocan perpendiculares a la superficie del imán en la mayoría de los casos.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION Otros objetivos y características serán en parte evidentes y en parte señaladas de aquí en adelante.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS Las figuras 1 , 2, 3, 6, 9, 10, 14, 15, y 16 son vistas en sección transversal de modalidades de la invención que incluyen cuatro imanes interiores, cada uno con dos ranuras angulares por polo magnético. La figura A es una gráfica que ilustra la fuerza electromotriz de un motor o generador que incluye un rotor que tiene laminaciones como se ilustra en la figura 1 incluyendo ranuras angulares 16. La figura B es una gráfica que ilustra la fuerza electromotriz de un motor o generador que incluye un rotor que tiene laminaciones como se ¡lustra en la figura 1 , sin ranuras angulares 16. Las figuras 2A, 3A, 6A, 9A, 10A, 14A, y 15A son gráficas que ilustran la fuerza electromotriz de un motor o generador que incluye un rotor que tiene laminaciones como se ilustra en las figuras 2, 3, 6, 9, 10, 14, y 15, respectivamente, cada una incluyendo ranuras angulares.

Las figuras 4, 5, 7, 8, 1 1 , 12, y 13 son vistas en sección transversal de modalidades de la invención que incluyen cuatro imanes interiores, cada uno con cuatro ranuras angulares por polo magnético. Las figuras 4A, 5A, 7A, 8A, 1 1 A, 12A, y 13A son gráficas que ¡lustran la fuerza electromotriz de un motor o generador que incluye un rotor que tiene laminaciones como se ilustra en las figuras 4, 5, 7, 8, 11 , 12 y 13, respectivamente, cada una incluyendo ranuras angulares. La figura 9B es una gráfica que ilustra el par de torsión de engatillado de un motor o generador que incluye un rotor que tiene laminaciones como se ilustra en la figura 9 incluyendo ranuras angulares 172. La figura 1 1 B es una gráfica que ilustra el par de torsión de engatillado de un motor o generador que incluye un rotor que tiene laminaciones como se ilustra en la figura 1 1 incluyendo ranuras angulares 202. Las figuras 17 y 18 son vistas en sección transversal de modalidades de la invención que incluyen seis imanes interiores, cada uno teniendo dos ranuras angulares por polo magnético. Las figuras 19 y 20 son vistas en sección transversal de las modalidades de la invención que incluyen dos imanes interiores, cada uno teniendo dos ranuras angulares por polo magnético. La figura 19A es una gráfica que ilustra la distribución de flujo de un motor o generador que incluye un rotor que tiene laminaciones como se ilustra en la figura 19 incluyendo ranuras angulares 364.

La figura 19B es una gráfica que ilustra la distribución de densidad de flujo de un motor o generador que incluye un rotor que tiene laminaciones como se ilustra en la figura 19 incluyendo ranuras angulares 364. La figura 21 es una vista en sección transversal de una modalidad de la invención que incluye doce imanes interiores, dispuestos para producir seis polos magnéticos con dos ranuras angulares por polo. La figura 22 es una vista en sección transversal de una laminación del rotor de corona de la técnica anterior sin ranuras angulares de conformidad con la invención. El coronamiento de la superficie del polo da como resultado un entrehierro no uniforme. La figura 22A es una gráfica que ilustra la fuerza electromotriz de un motor de entrehierro no uniforme o generador que incluye un rotor que tiene laminaciones como se ilustra en la figura 22 de conformidad con la técnica anterior sin ranuras angulares. La figura 22B es una gráfica que ilustra el par de torsión de engatillado de un motor de entrehierro no uniforme o generador que incluye un rotor que tiene laminaciones como se ilustra en la figura 22 de conformidad con la técnica anterior sin ranuras angulares. La figura 23 es una ilustración del rotor de la figura 1 sin ranuras y la figura 24 es una ilustración de la forma de onda de flujo de entrehierro del rotor de la figura 23.

La figura 25 es una ilustración del rotor de la figura 23 con ranuras y la figura 26 es una ilustración de la forma de onda de flujo de entrehierro del rotor de la figura 23. La figura 27 es una ilustración de la distribución de la densidad de flujo y la figura 28 es una ilustración de la transformada rápida de fourier (FFT) de la distribución de flujo de la figura 27. Los caracteres de referencia correspondientes indican partes correspondientes a través de los dibujos.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION En una modalidad, la invención comprende un motor que tiene un estator y un rotor en engranado de acoplamiento magnético con el estator, en donde el rotor tiene una geometría con ranuras angulares entre la superficie del imán y el diámetro exterior del rotor. En otra modalidad, la invención comprende una geometría de rotor con ranuras agregadas entre la superficie del imán y el diámetro exterior del rotor. Las ranuras se colocan en un ángulo y en una ubicación que puede incrementar el componente fundamental de la distribución de flujo del rotor. Las ranuras pueden también disminuir el par de torsión de engatillado. Un mínimo de dos ranuras por polo magnético se agregan. Aunque cualquier número igual de ranuras se ilustran por las modalidades de la presente, los expertos en la técnica reconocerán otras configuraciones.

La adición de las ranuras cambia la distribución de flujo del rotor desde una forma trapezoidal a una distribución más sinusoidal. El componente fundamental de la distribución más sinusoidal puede ser mayor al componente fundamental de la distribución trapezoidal, y la distorsión harmónica de la distribución puede reducirse. El Apéndice 1 es una construcción matemática de la invención. La primera sección muestra la distribución de flujo del rotor uniforme (trapezoidal) sin las ranuras. El componente fundamental de FFT de la distribución de flujo es 1 .433 unidades de amplitud. La distorsión harmónica total de la distribución es 1 1 .805%. La siguiente sección del Apéndice 1 presenta un método para calcular la ubicación de las ranuras. El método presentado incrementa el componente fundamental a 1.616 y reduce el THD a 4.263%. Las figuras 1 -21 muestran una implementación posible de ranuras que coinciden con la correspondencia del modelo matemático anterior. El Apéndice 2 y las figuras 9A y 19B muestran la distribución de flujo del rotor para el rotor en la figura 19 con y sin ranuras, como se predijo por el análisis del elemento finito. El componente fundamental del flujo incrementa 5.6% con la ranura agregada. El modelo de FEA también muestra una reducción importante en la distorsión harmónica total de la distribución de flujo. Nótese que el modelo matemático no explica el derrame alrededor de la ranura. Una comparación del modelo matemático y el modelo de FEA puede realizarse utilizando el rotor que se muestra en la figura 17. Este rotor tiene una trayectoria reducida de derrame. El modelo de FEA predice un incremento de 1 1.5% en el flujo fundamental contra un incremento del 12.7% predicho por el modelo matemático. El modelo de FEA muestra mejora en la forma de la distribución de flujo, la magnitud del componente fundamental de la distribución de flujo, la inductancia promedio, la magnitud del componente fundamental de la fuerza electromotriz, la magnitud del par de torsión de engatillado, el par de torsión promedio y la ondulación del par de torsión. La ubicación y ángulo de las ranuras no tienen que ser optimizadas en este momento. Se requiere trabajo adicional para optimizar estos parámetros para la producción del par de torsión y la reducción del par de torsión de engatillado. Estas ventajas descritas anteriormente también se aplican a los motores con imán permanente de inicio de línea. Ejemplos de rotores de LSPM están en las figuras 19 y 20. Los ángulos y ubicaciones de las ranuras pueden necesitar ajustarse debido a la presencia de una caja. La invención reduce el par de torsión de engatillado mientras mantiene o incrementa la fuerza electromotriz o la producción de par de torsión promedio. Esto es un resultado altamente inusual. La mayoría de los métodos utilizados para reducir el par de torsión de engatillado también reducen la fuerza electromotriz y el par de torsión promedio. La fuerza electromotriz superior puede tomar ventaja de dos formas. En primer lugar, puede utilizarse para incrementar la densidad de energía del motor, al incrementar el par de torsión suministrado por un motor fijo o un tamaño del generador, o al reducir el tamaño del motor o generador para producir el mismo par de torsión. Alternativamente, el número de giros puede reducirse para mantener la misma fuerza electromotriz. La inductancia del motor es proporcional al cuadrado de los giros, de manera que es posible una reducción sustancial en la inductancia. Un motor o generador que utiliza el rotor que se muestra en la figura 1 con las ranuras produce 1 .9% más par de torsión que un rotor sin las ranuras. Asumiendo que el par de torsión es proporcional al número de giros, reduciendo el número de giros 1 .9% para producir el mismo par de torsión con las ranuras da como resultado una disminución de 3.76% en la inductancia promedio. Las figuras 1-21 ilustran varias modalidades de la invención. Para conveniencia, el rotor de la invención se ilustra en sección transversal como una laminación que tiene ranuras. En uso, la pila de laminaciones puede ajustarse con imanes permanentes y las ranuras pueden abrirse (es decir, llenarse con aire) o llenarse con un material no magnético. Para conveniencia, cada laminación se ilustra incluyendo los imanes permanentes interiores. De este modo, la figura 1 es una ilustración ejemplar de una modalidad de un rotor de conformidad con la invención. El rotor incluye una periferia cilindrica 18 que tiene un eje central de rotación 10. La sección transversal del rotor, como se muestra en la figura 1 , se toma perpendicular al eje central 10 e incluye lo siguiente. Una pluralidad de imanes permanentes (por ejemplo, interiores) incrustados 14 se colocan con las ranuras en el rotor, cada imán 14 tienen una dimensión longitudinal que es mayor a la dimensión transversal (por ejemplo, rectangular en sección transversal). Una pluralidad de ranuras no magnéticas 16 se relacionan con uno de los ¡manes 14, cada ranura 16 teniendo una dimensión longitudinal que es mayor a una dimensión transversal, en donde un eje de la dimensión longitudinal de la ranura no es perpendicular a un eje de la dimensión longitudinal de su imán interior relacionado. Cada ranura 24 se coloca generalmente entre la periferia 18 y uno de los imanes interiores 14 con los cuales está asociada la ranura 24. Preferiblemente, existe un número par de al menos dos ranuras 24 asociadas con cada polo magnético. Un eje de la dirección longitudinal de cada imán 14 es sustancialmente paralelo a una tangente de la periferia 18 del alojamiento cilindrico. En una modalidad, las ranuras 16 están en un ángulo no igual a 90 grados con respecto al eje de la dimensión longitudinal de su imán interior asociado 14. La figura 1 es una vista transversal tomada a lo largo de una perpendicular a un eje central de rotaciónlO de una laminación 12 de un rotor de acuerdo con una modalidad de la invención. Cada imán interior 14 tiene dos ranuras asociadas 16 entre el imán 14 y una periferia 18 de la laminación en donde los ejes longitudinales 20 de la ranura están a un ángulo de menos de 90 grados con respecto a un eje longitudinal 22 de su imán interior asociado 14. En esta modalidad, cada imán interior 14 tiene ranuras de extremo opcionales 24. Las ranuras 16 y/o las ranuras de extremo 24 se pueden llenar con aire u otro material no magnético. En las figuras 2-16, se ¡lustran diversas modalidades de laminación, cada una tiene cuatro cuadrantes idénticos como se muestra con respecto a los cuadrantes A, B, C y D de la figura 1. Por simplicidad, solamente se describe un cuadrante y se marca con caracteres de referencia. La figura 2 es una vista transversal tomada a lo largo de una perpendicular al eje central de rotación 10 de una laminación 30 de un rotor de acuerdo con una modalidad de la invención similar a la figura 1. En esta modalidad, los ejes longitudinales 32 de las ranuras 34 están a un ángulo mayor (pero inferior a 90 grados) con respecto a un eje longitudinal 30 de su imán interior asociado 38 en comparación con el ángulo del eje 20 ilustrado en la figura 1. En esta modalidad, las ranuras 32 tienen una longitud más corta que las ranuras 16 de la figura 1. La figura 3 es una vista transversal tomada a lo largo de una perpendicular al eje de rotación 10 de una laminación 50 de un rotor de acuerdo con una modalidad de la invención similar a la figura 1. En esta modalidad, los ejes longitudinales 52 de la ranura 54 están a un ángulo menor (pero mayor a 0 grados y menor a 90 grados) con respecto a un eje longitudinal 56 de su imán interior asociado 58 en comparación con el ángulo del eje 20 de la ranura 16 ilustrado en la figura 1. En esta modalidad, las ranuras 54 tienen una longitud más grande que las ranuras 16 de la figura 1.

La figura 4 es una vista transversal tomada a lo largo de una perpendicular al eje de rotación 10 de una laminación 72 de un rotor de acuerdo con una modalidad de la invención. Cada imán interior 74 tiene cuatro ranuras asociadas 76 y 77 entre el imán 74 y una periferia 78 de la laminación en donde los ejes longitudinales 80 y 81 de las ranuras están a un ángulo de menos de 90 grados con respecto a un eje longitudinal 82 de su imán interior asociado 74. En esta modalidad, cada imán 74 tiene extremos ranurados opcionales 84 los cuales se pueden llenar con aire u otro material no magnético. En esta modalidad, las dos ranuras externas 76 forman un ángulo más pequeño con el eje 82 que las dos ranuras internas 77 y las dos ranuras externas 76 tienen una longitud más corta que las dos ranuras internas 77. La figura 5 es una vista transversal tomada a lo largo de una perpendicular al eje de rotación 10 de una laminación 92 de un rotor de acuerdo con una modalidad de la invención. Cada imán interior 94 tiene cuatro ranuras asociadas 96 y 97 entre el imán 94 y una periferia 98 de laminación en donde los ejes longitudinales 100 y 101 de las ranuras están a un ángulo de menos de 90 grados con respecto a un eje longitudinal 102 de su imán interior asociado 94. En esta modalidad, cada imán interior 94 tiene extremos ranurados opcionales 104 los cuales se pueden llenar con aire u otro material no magnético. En esta modalidad, las dos ranuras externas 96 forman el mismo ángulo con el eje 102 que las dos ranuras internas 97 y las dos ranuras externas 96 tienen una longitud más corta que las dos ranuras internas 97.

La figura 6 es una vista transversal tomada a lo largo de una perpendicular al eje de rotación 10 de una laminación 1 10 de acuerdo con una modalidad de la invención similar a la figura 1 . En esta modalidad, los ejes longitudinales 1 12 de la ranura 1 14 están al mismo ángulo con respecto a un eje longitudinal 1 16 de su imán interior asociado 18 en comparación con el ángulo ilustrado en la figura 1 . En esta modalidad, las ranuras 1 14 tienen la misma longitud que las ranuras 16 de la figura 1 . En esta modalidad, los ejes longitudinales 1 13 de la ranura 1 15 están a un ángulo menor con respecto a un eje longitudinal 1 16 de su imán interior asociado 1 18 en comparación con el ángulo del eje 20 de las ranuras 16 ¡lustrado en la figura 1 . En esta modalidad, las ranuras 1 15 tienen una longitud más grande que las ranuras 16 de la figura 1 . La figura 7 es una vista transversal tomada a lo largo de una perpendicular al eje de rotación 10 de una laminación 132 de un rotor de acuerdo con una modalidad de la invención. Esta modalidad es la misma que la figura 5 excepto que las ranuras 134 tienen un eje longitudinal 136 que es perpendicular con respecto a un eje longitudinal 138 de su imán interior asociado 140. La figura 8 es una vista transversal tomada a lo largo de una perpendicular al eje de rotación 10 de una laminación 152 de un rotor de acuerdo con una modalidad de la invención. Esta modalidad es la misma que la figura 5 excepto que las ranuras 154 tienen un eje longitudinal 1 56 el cual está a un ángulo menor con respecto a un eje longitudinal 158 de su imán interior asociado 160 en comparación con el ángulo del eje 101 de las ranuras 97 de la figura 5. La figura 9 es una vista transversal tomada a lo largo de una perpendicular al eje de rotación 10 de una laminación 170 de un rotor de acuerdo con una modalidad de la invención. Esta modalidad es la misma que la figura 1 excepto que las ranuras 172 tienen forma de lágrima y tienen un extremo el cual es más ancho que el otro extremo en comparación con las ranuras 16 de la figura 1 . Además, las ranuras 172 tienen un eje longitudinal 1 74 el cual está a un ángulo menor con respecto a un eje longitudinal 1 76 de su imán interior asociado 178 en comparación con el ángulo del eje 20 de las ranuras 16 de la figura 1 . La figura 10 es una vista transversal tomada a lo largo de una perpendicular al eje de rotación 10 de una laminación 180 de un rotor de acuerdo con una modalidad de la invención. Esta modalidad es la misma que la figura 1 excepto que las ranuras de extremo 182 tienen un ancho más estrecho que las ranuras de extremo 24 de la figura 1 . La figura 1 1 es una vista transversal tomada a lo largo de una perpendicular al eje de rotación 10 de una laminación 200 de un rotor de acuerdo con una modalidad de la invención. Esta modalidad es la misma que la figura 4 excepto que las ranuras 202 tienen forma de lágrima y tienen un extremo el cual es más ancho que el otro extremo en comparación con las ranuras 76 de la figura 4. Además, las ranuras 202 tienen un eje longitudinal 204 el cual está a un ángulo menor con respecto a un eje longitudinal 206 de su imán interior asociado 208 en comparación con el ángulo del eje 80 de las ranuras 76 de la figura 4. La figura 12 es una vista transversal tomada a lo largo de una perpendicular al eje de rotación 10 de una laminación 220 de un rotor de acuerdo con una modalidad de la invención. Esta modalidad es la misma que la figura 1 1 excepto que las ranuras 222 tienen un ancho más estrecho en comparación con las ranuras 202 de la figura 1 1 . Además, las ranuras 222 tienen un eje longitudinal 224 el cual está a un ángulo mayor con respecto a un eje longitudinal 226 de su imán interior asociado 228 en comparación con el ángulo del eje 204 de las ranuras 202 de la figura 1 1 . La figura 13 es una vista transversal tomada a lo largo de una perpendicular al eje de rotación 10 de una laminación 240 de un rotor de acuerdo con una modalidad de la invención. Esta modalidad es la misma que la figura 12 excepto que las ranuras 242 tienen un eje longitudinal 244 el cual está a un ángulo menor con respecto a un eje longitudinal 246 de su imán interior asociado 248 en comparación con el ángulo del eje 224 de las ranuras 222 de la figura 12. La figura 14 es una vista transversal tomada a lo largo de una perpendicular al eje de rotación 10 de una laminación 260 de un rotor de acuerdo con una modalidad de la invención. Esta modalidad es la misma que la figura 1 excepto que una de dos ranuras 262, especialmente ranura 262B, es más grande y tiene forma de lágrima en comparación con las ranuras 16 de la figura 1 , las cuales tienen ambas la misma forma y posición. Además, la ranura 262B en forma de lágrima tiene una longitud más grande a lo largo del eje 264B en comparación con las ranuras 16 de la figura 1 . Además, la ranura 262B está a un ángulo menor con respecto a un eje longitudinal 266 de su imán interior asociado 268 en comparación con el ángulo del eje 20 de las ranuras 16 de la figura 1. La figura 15 es una vista transversal tomada a lo largo de una perpendicular al eje de rotación 10 de una laminación 280 de un rotor de acuerdo con una modalidad de la invención. Esta modalidad es la misma que la figura 1 excepto que ambas ranuras 282 tienen forma de lágrima y la ranura 282B es más grande en comparación con las ranuras 16 de la figura 1 , las cuales tienen la misma forma y posición. Además, la ranura en forma de lágrima 282B tiene una longitud más grande a lo largo del eje 284B en comparación con las ranuras 16 de la figura 1 . Además, ambas ranuras en forma de lágrima 282 están a un ángulo menor con respecto a un eje longitudinal 286 de su imán interior asociado 288 en comparación con el eje 20 de las ranuras 16 de la figura 1. La figura 16 es una vista transversal tomada a lo largo de una perpendicular al eje de rotación 10 de una laminación 290 de un rotor de acuerdo con una modalidad de la invención. Esta modalidad es la misma que la figura 1 excepto que ambas ranuras 292 están conectadas a una ranura 294 para un imán interior asociado 228 en comparación con la figura 1 , en donde las ranuras 16 no están conectadas a las ranuras para imanes 14. Además, ambas ranuras 292 están a un ángulo menor con respecto a un eje longitudinal 298 de su imán interior asociado 296 en comparación con el ángulo del eje 20 de las ranuras 16 de la figura 1 . La figura 1 7 es una vista transversal tomada a lo largo de una perpendicular al eje de rotación 10 de una laminación 300 de un rotor de acuerdo con una modalidad de la invención. La figura 17 es similar a la figura 1 excepto que tiene seis imanes interiores 302 a diferencia de los cuatro imanes interiores 14 de la figura 1 . Además, la figura 17 tiene ranuras 304 en forma de S a diferencia de las ranuras 16 de la figura 1 , las cuales tienen una forma generalmente rectangular con esquinas redondeadas. La figura 18 es una vista transversal tomada a lo largo de una perpendicular al eje de rotación 10 de una laminación 340 de un rotor de acuerdo con una modalidad de la invención. En la figura 18, se ilustran seis imanes interiores 342 igualmente espaciados alrededor de la periferia. Cada imán tiene una ranura de extremo trapezoidal 344 en cada extremo. Cada imán interior 342 tiene dos ranuras asociadas 346 entre el imán 342 y una periferia 348 de la laminación 340 y en donde los ejes longitudinales 350 de las ranuras 346 están a un ángulo de menos de 90 grados con respecto a un eje longitudinal 352 de su imán interior asociado 342. En esta modalidad, cada imán interior 342 se ilustra teniendo las ranuras de extremo opcionales 344. Las ranuras 346 y/o las ranuras de extremo 344 se pueden llenar con aire u otro material no magnético. Además, como se ilustra en la figura 18, las ranuras 346 no están conectadas a una de las ranuras de extremo 344.

Adicionalmente, en esta modalidad, al menos parte de las ranuras de extremo 344 tienen un eje 354 que es coaxial con un radio 356 de la laminación 340. La figura 19 es una vista transversal tomada a lo largo de una perpendicular al eje de rotación 10 de una laminación 360 de un rotor de acuerdo con una modalidad de la invención. En la figura 19, se ilustran dos imanes interiores paralelos 362 igualmente espaciados dentro de la periferia. Cada imán interior 362 tiene dos ranuras asociadas 364 entre el imán 362 y ranuras de caja de partida 366 colocadas alrededor de la periferia 368 de la laminación 360. Los ejes longitudinales 370 de las ranuras 364 están a un ángulo de menos de 90 grados con respecto a un eje longitudinal 372 de su imán interior asociado 362. Las ranuras 364 y/o las ranuras de caja de partida 366 se pueden llenar con aire u otro material no magnético. Además, como se ilustra en la figura 19, las ranuras 364 están conectadas y son integrales con una de las ranuras de caja de partida 366. La figura 20 es una vista transversal tomada a lo largo de una perpendicular al eje de rotación 10 de una laminación 380 de un rotor de acuerdo con una modalidad de la invención. La figura 20 es la misma que la figura 19 excepto que las ranuras 382 no están conectadas a ninguna de las ranuras de caja de partida 384. En cambio, en la figura 20, las ranuras 382 son independientes de las ranuras de caja 384 e imanes 386. La figura 21 es una vista transversal tomada a lo largo de una perpendicular al eje de rotación 10 de una laminación 400 de un rotor de acuerdo con una modalidad de la invención. En las figuras 1-20 anteriores, los imanes interiores están colocados paralelos a una tangente a la periferia de la laminación del rotor. En contraste, en la laminación 400 de la figura 21 , cada imán interior 402R, 402L es parte de un par en forma de V y cada uno está a un ángulo relativo a la tangente a la periferia. Además, cada imán 402R, 402L tiene al menos una ranura asociada 404R, 404L ente el imán 402R, 402L y una periferia 406 de la laminación. En esta modalidad, un eje longitudinal 408R, 408L de las ranuras 404R, 404L, están en un ángulo de menos de 90 grados en relación con un eje longitudinal 410R, 410L, de su imán interior asociado 402. En la modalidad de la figura 21 , el eje longitudinal 408R, 408L, de cada ranura 404R, 404L, no es coaxial con un radio 412 del laminado 400, aunque se contempla que el eje 408R, 408L, y radio 412 puedan ser coaxiales. Similarmente, en la figura 1 a 20, las ranuras nos son coaxiales con un radio porque los imanes interiores están posicionados paralelos a una tangente a la periferia de laminado de rotor y las ranuras están apareadas, con cada ranura de un par orientada hacia la otra ranura del par. Así, las ranuras forman un ángulo de menos de 90 grados con los imanes interiores. Se contemplan que las ranuras pueden estar orientadas alejadas una de la otra en cuyo caso las ranuras pueden ser coaxiales con un radio de rotor pero las ranuras podrían aun estar en un ángulo de menos de 90 grados con los imanes interiores. La figura 22 es una ilustración de un rotor de corona de conformidad con la técnica antecedente sin ninguna ranura. Cada imán interior 420 tiene una ranura de extremo 422, según se muestra. Las ranuras de extremo de las figuras 1 a 18 tienen una forma ligeramente diferente que las ranuras de extremo 422. En particular, las ranuras de extremo de las figuras 1 a 18 se posicionaron para estar en la misma distancia de la periferia que las ranuras de extremo 422 para mantener la misma fuga de flujo. Un estator 430 se muestra en líneas translúcidas, el estator estando en disposición de acoplamiento magnético con el rotor de corona. El cuadro 1 ilustra resultados de modelado de elemento finito respecto a la emf inversa y engatillado para las modalidades de las figuras 1 , 2, 3, 4, 5 y 22 que tienen las dimensiones de ranura indicadas. La ranura 1 se refiere a las ranuras en una configuración de dos ranuras y las ranuras exteriores en una configuración de cuatro ranuras. La ranura 2 se refiere a las ranuras interiores de una configuración de cuatro ranuras. El cuadro 2 ilustra resultados de modelado de elemento finito respecto a la emf inversa y engatillado para las modalidades de las figuras 6, 7, 8, 9, 10 y 1 1 que tienen las dimensiones de ranuras indicadas. La ranura 1 se refiere a las ranuras en una configuración de dos ranuras y las ranuras exteriores en una configuración de cuatro ranuras. La ranura 2 se refiere a las ranuras interiores de una configuración de cuatro ranuras. El cuadro 3 ilustra resultados de modelado de elemento finito respecto a la emf inversa y engatillado para las modalidades de las figuras 12, 13, 14 y 15 que tienen las dimensiones de ranura indicadas. La ranura 1 se refiere a las ranuras en una configuración de dos ranuras y las ranuras exteriores en una configuración de cuatro ranuras. Las ranura 2 se refiere a las ranuras interiores de una configuración de cuatro ranuras. El cuadro 4 ilustra resultados de prueba respecto a la emf inversa y engatillado para las modalidades de las figuras 1 , 9, 1 1 y 22 (corona) que tienen las dimensiones de ranura indicada.

CUADRO 1 Figuras 1 , 2, 3, 4, 5 Y 22 Corona FIG. 1 FIG. 1 FIG. 2 FIG. 3 FIG. 4 FIG. 5 FIG. 21 Sin ranuras Vpk a 2 Fundamental rpm 0.105 0.106 0.109 0.109 0.109 0.109 0.109 5a armónica % Fun. 0.04 2.52 1.62 1.68 1.8 1.62 1.66 7a armónica % Fun. 0.64 1.22 1.62 1.36 1.79 1.6 1.6 1 Ia armónica % Fun. 2.65 8.53 1 1.38 1 1.47 5.93 1 1.31 10.43 13a armónica % Fun. 0.09 0.59 3.66 2.76 3.35 3.57 2.82 THD % 0.09 0.86 1.48 1.51 0.69 1.47 1.21 Engatillado NmpV 0.085 0.377 0.085 0.377 0.208 0.083 0.06 Arco polo edeg 158.94 158.94 158.94 158.94 158.94 158.94 Dimensiones ranura 1 Arco edeg N/A N/A 1 1 1.8 1 1 1.8 1 1 1.8 1 1 1.8 1 1 1 .8 Tangente interior Arco radio mm N/A N/A 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 interior Arco tangente edeg N/A N/A 87.76 97.36 78.16 87.76 87.76 exterior Arco radio mm N/A N/A 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 exterior Dimensiones edeg N/A N/A N/A N/A N/A 40.88 53.4 ranura 2 Arco mm N/A N/A N/A N/A N/A 0.75 0.75 Tangente interior Arco radio edeg N/A N/A N/A N/A N/A 23.36 23.36 interior Arco tangente mm N/A N/A N/A N/A N/A 0.75 0.75 exterior CUADRO 2 Fiquras 6, 7, 8, 9, 10 v 11 FIG. 6 F1G. 7 FIG. 8 FIG. 9 FIG. 10 FIG. U EMF inversa Vpk a 2 Fundamental rpm 0.108 0.108 0.108 0.109 0.107 0.105 5a Armónica % Fund. 2.24 1.79 1.68 1.62 1 .73 1.91 T Armónica % Fund. 1.56 1.26 1.63 1.68 2.08 1.61 1 Armónica % Fund. 1.84 9.63 9.24 9.77 8.64 6.16 13a Armónica % Fund. 5.93 0.33 1.43 1.57 2.83 0.43 THD % 0.5 1.01 0.94 1.05 0.9 0.48 Engatillado Nmpk 0.354 0.386 0.086 0.024 0.13 0.096 Arco polo edeg 158.94 158.94 158.94 158.94 162 158.94 Dimensiones ranura 1 Arco tangente edeg 1 1 1.8 1 1 1.8 1 1 1.8 1 1 1.8 1 1 1.8 interior Radio interior mm 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 Arco Tangente edeg 100.06 87.76 87.76 87.76 87.76 exterior Radio exterior mm 0.75 0.75 1.5 0.75 1.5 Dimensiones ranura 2 Arco Tangente edeg 53.4 53.4 N/A N/A 53.4 Interior Radio interior mm 0.75 0.75 N/A N/A 0.75 Arco Tangente edeg 23.36 18.36 N/A N/A 1 8.36 exterior Radio exterior mm 0.75 0.75 N/A N/A 0.75 CUADRO 3 Figuras 12, 13, 14 y 15 F1G.12 F1G.13 F1G.14 F1G.15 EMF inversa Vpka2 rpm Fundamental rpm 0.107 0.105 0.107 0.104 5a Armónica % Fund. 1.73 1.82 2.71 2.75 7a Armónica % Fund. 1.62 1.6 0.95 0.63 1 Ia Armónica % Fund. 8.16 7.12 8.48 12.59 13a Armónica % Fund. 1.03 0.709 5.74 1.98 THD % 0.74 0.59 1.21 1.73 Engatillado Nm„v 0.068 0.082 0.296 0.232 Arco polo edeg 158.94 158.94 158.4 158.4 Dimensiones ranura 1 Arco tangente edeg 111.8 111.8 111.8 111.8 interior Radio interior mm 0.75 0.75 0.75 0.75 Arco Tangente edeg 87.76 87.76 87.76 87.76 exterior Radio exterior mm 1.125 1.125 0.75 1.5 Dimensiones ranura 2 Arco Tangente edeg 53.4 59.92 114.48 111.8 Interior Radio interior mm 0.75 0.75 0.75 0.75 Arco Tangente edeg 18.36 18.36 40.28 26.04 exterior Radio exterior mm 0.75 0.75 1.5 1.5 CUADRO 4 Figuras 1, 9, 11 y 22 Corona Sin FIG.22 RANURA? FIG.1 FIG.9 FIG.11 EMF inversa Vpka 1000 Máximo rpm 51.1 57.3 62.6 58.1 53.1 Vpka 1000 Fundamental rpm 50.9 53.5 54.8 53.4 50.5 5a Armónica % Fund. 0.75 1.84 0.93 1.01 1.19 7a Armónica % Fund. 0.42 0.76 1.18 1.23 1.1 IIa Armónica % Fund. 2.22 7.93 11.34 9.18 5.28 13a Armónica % Fund. 0.14 1.2 3.58 1.28 1.09 THD % 0.059 0.729 1.46 0.903 0.341 Engatillado Nmpk 0.086 0.281 0.037 0.034 0.031 Habiendo descrito la invención en detalle será evidente que las modificaciones y variaciones son posibles sin desviarse del alcance de la invención que se define en las reivindicaciones adjuntas. Cuando se introduce un elemento de la presente invención o la (s) modalidad (es) preferida (s) de la misma los artículos "un", "una", "el" y "dicho" pretenden significar uno o más de los elementos. Los términos "que comprende", "que incluye" y "que tiene" pretenden ser inclusivos y quieren decir que puede haber elementos adicionales distintos a los elementos listados. En virtud de lo anterior, se observara que los diversos objetos de la invención se logran y otros resultados convenientes se logran. Ya que podrían hacerse varios cambios en las construcciones, productos y métodos anteriores sin desviarse del alcance de la invención, se pretende que toda la materia contenida en la descripción anterior y que se muestra en los dibujos adjuntos se interpretará como ilustrativa y no en sentido restrictivo.

APENDICE 1 Construcción matemática Concentración de flujo IPM El par de torsión producido por una maquina eléctrica resulta de la interacción del estator y los campos magnéticos del rotor. La mayoría del par de torsión se produce por el componente fundamental de cada campo. Para el rotor de imán permanente interior que se muestra en la figura 23 (que es la figura 1 sin las ranuras), la forma de onda de flujo del entrehierro del rotor que se muestra en la figura 24 es típica. El flujo total bajo la forma de onda es: f r = A^p^ ( 1 ) En donde A) es la amplitud del flujo del entrehierro y p-? es el ancho de la forma de onda de flujo en porcentaje de un paso de polo. El componente fundamental del flujo del entrehierro se da mediante: La invención cambia la conformación de la forma de onda en el entrehierro para aumentar el componente fundamental. La adición de un conjunto de ranuras (figura 25, que equivale a las figuras 1 y 23 con ranuras) cambia a distribución de flujo en el entrehierro del rotor con respecto a la mostrada en la figura 26. El flujo total en el entrehierro de rotor permanece inalterado, ya que no se han cambiado el ancho, la longitud y las condiciones de operación del imán, o <t>r = A2p2 + (A3 - A2)p3 (3) El componente fundamental de esta forma de onda es: (4) Un ejemplo del aumento del componente fundamental debido a las ranuras está dado en el cuadro A1. El flujo procedente de los imanes es el mismo para cada una de las formas de onda en el ejemplo, ya que el área debajo de las formas de onda es de 1.0 en cada caso. El componente fundamental aumenta en 12.8%. El aumento del componente fundamental del flujo en el entrehierro da por resultado mayor emf inversa y par de torsión. El cambio de la distribución de flujo en el entrehierro, como indica el cambio de distorsión armónica total, cambiará también el par de torsión de engatillado.

CUADRO A1 El análisis anterior ignora la no linealidad del motor, los efectos de ranuracion del estator y la fuga de flujo. Cada uno de estos afectará el análisis anterior. Es necesaria cierta modificación de la posición de ranuras para explicar estos efectos.

APENDICE 2 Distribución de flujo en el rotor FFT de la distribución de flujo en el entrehierro calculada por elemento finito Requiere la transformada de Fourier de la densidad de flujo con respecto a la forma de onda en ángulo.

Léanse los datos de los archivos No_slot: = READPRN("c:\projects\flux_focus\fea\s I r I \no_slot\flux_dist_no_slot.gs" slot:=READPRN("c:\projects\flux_focus\fea\slrl\slot\flux_dist_no_slot.gs") Extráiganse datos de los archivos N:= rows(no_slot) M:= rows(slot) n:= 0..N - 1 m:= 0..M - 1 0 := no_slot ¦.n,0 0S := slotm,0 B '¦= no_slotn,i Bs := slotm, ·, Véase la figura 27 para una ilustración de un distribución de densidad de flujo y la figura 28 para una ilustración de la transformada rápida de Fourier (FFT) de la distribución de flujo de la figura 27. ? 1.056 ??? Bns= 10.205 % ??? Bs=2.505 % ?

Claims (21)

NOVEDAD DE LA INVENCION REIVINDICACIONES

1.- Un rotor caracterizado porque comprende: una periferia cilindrica que tiene un eje central de rotación; una sección transversal tomada perpendicularmente al eje central, que incluye: una pluralidad de imanes permanentes interiores, cada imán teniendo una dimensión longitudinal que es mayor que una dimensión transversal; una pluralidad de ranuras no magnéticas, cada ranura estando asociada con uno de los imanes, cada ranura teniendo una dimensión longitudinal que es mayor que una dimensión transversal, en donde un eje de la dimensión longitudinal de la ranura no está perpendicular a un eje de la dimensión longitudinal de su imán interior asociado.

2.- El rotor de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque cada ranura está posicionada generalmente entre la periferia y uno de los imanes interiores con el cual está asociada la ranura.

3. - El rotor de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque hay por lo menos dos ranuras asociadas en cada polo magnético.

4. - El rotor de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque las ranuras asociadas con cada imán tienen diferentes longitudes.

5. - El rotor de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque por lo menos una de las ranuras tiene por lo menos una de las siguientes formas: una forma de lágrima y una forma de S.

6. - El rotor de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende adicionalmente una ranura de extremo no magnética adicional, adyacente a un extremo de cada imán interior.

7. - El rotor de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque por lo menos una de las ranuras es integral con una ranura para su imán interior asociado.

8.- El rotor de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque por lo menos parte de las ranuras de extremo tienen un eje que es coaxial con un radio del rotor.

9. - El rotor de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende adicionalmente ranuras de caja de partida que forman una caja de partida interior del rotor.

10. - El rotor de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque por lo menos una de las ranuras está conectada a dicha por lo menos una de las ranuras de caja de partida.

11. - El rotor de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado además porque las ranuras están posicionadas entre la caja y los imanes.

12. - El rotor de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque los imanes tienen una configuración de V y las ranuras están coaxiales con un radio del rotor.

13. - Un motor caracterizado porque comprende: un estator; y un rotor en empalme de acoplamiento magnético con el estator, dicho rotor comprendiendo una periferia cilindrica que tiene un eje central de rotación; una sección transversal tomada perpendicularmente al eje central, que incluye: una pluralidad de imanes permanentes interiores enterrados, cada imán teniendo una dimensión longitudinal que es mayor que una dimensión transversal; una pluralidad de ranuras no magnéticas, cada ranura estando asociada con uno de los imanes, cada ranura teniendo una dimensión longitudinal que es mayor que una dimensión transversal, en donde un eje de la dimensión longitudinal de la ranura no está perpendicular a un eje de la dimensión longitudinal de su imán interior asociado.

14.- El rotor de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque cada ranura está posicionada generalmente entre la periferia y uno de los imanes interiores con el cual está asociada la ranura.

15.- El rotor de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque hay por lo menos dos ranuras asociadas en cada polo magnético.

16. - El rotor de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque por lo menos una de las ranuras tiene por lo menos una de las siguientes formas: una forma de lágrima y una forma de S.

17. - El rotor de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque comprende adicionalmente una ranura de extremo no magnética adicional, adyacente a un extremo de cada imán interior.

18. - El rotor de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque por lo menos una de las ranuras es integral con una ranura para su imán interior asociado.

19. - El rotor de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque comprende adicionalmente ranuras de caja de partida que forman una caja de partida interior del motor.

20. - El rotor de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque los imanes tienen una configuración de V y las ranuras están coaxiales con un radio del motor.

21. - Un rotor caracterizado porque comprende una pluralidad de laminaciones, cada una teniendo una periferia cilindrica que tiene un eje central de rotación; una sección transversal tomada perpendicularmente al eje central, que incluye: una pluralidad de ranuras de imán permanentes interiores, cada ranura teniendo una dimensión longitudinal que es mayor que una dimensión transversal; una pluralidad de ranuras no magnéticas, cada ranura no magnética estando asociada con una de las ranuras de imán, cada ranura no magnética teniendo una dimensión longitudinal que es mayor que una dimensión transversal, en donde un eje de la dimensión longitudinal de la ranura no magnética no está perpendicular a un eje de la dimensión longitudinal de su ranura de imán interior asociado.