MX2014015793A

MX2014015793A - Nuevo dispositivo.

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Publication number: MX2014015793A
Application number: MX2014015793A
Authority: MX
Inventors: Jamie Washington
Original assignee: Höganäs Ab Publ
Priority date: 2012-06-21
Filing date: 2013-06-20
Publication date: 2015-08-06
Also published as: ZA201409409B; WO2013190037A3; KR20150032719A; JP2015520601A; WO2013190037A2; AU2013279337B2; CA2876811A1; CN104584401A; BR112014031944A2; US20150180289A1; TW201406008A; AU2013279337A1; RU2015101644A; MX347975B; EP2865075A2

Abstract

Un componente de núcleo de estator para un estator de una máquina de polo modulado, la máquina de polo modulado comprende el estator y un rotor, el estator y el rotor definen una brecha de aire entre superficies de interacción respectivas del rotor el estator para comunicar flujo magnético entre el estator y el rotor, en donde el componente del núcleo de estator comprende una parte anular desde la que se extienden una pluralidad de dientes en una dirección radial hacia el rotor, los dientes están acomodados a lo largo de una circunferencia de la parte anular, cada diente tiene una superficie de interacción que encara la brecha de aire y está adaptada para permitir que se comunique flujo magnético entre el estator y el rotor a través de la brecha de aire, la superficie de interacción de cada diente define una envergadura de diente en la dirección circunferencial del diente; en donde el componente de núcleo de estator comprende al menos un primer subconjunto de dientes que tienen una primera envergadura de diente y un segundo subconjunto de dientes que tienen una segunda envergadura de diente, diferente de la primera envergadura de diente.

Description

NUEVO DISPOSITIVO CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere en general a máquinas de polo modulado. Más particularmente, la invención se refiere a un estator para una máquina de polo modulado así.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN A traves de los años, los diseños de máquinas eléctricas, tales como máquinas de polo modulado han atraído más y más interés. Máquinas eléctricas que usan los principios de estas máquinas se divulgaron tan temprano como al rededor de 1890 por W.M. Mordcy y 1910 por Alexandersson y Fessenden. Una de las razones más importantes para el interés creciente es que el diseño permite una salida de fuerza de torsión muy alta en comparación con, por ejemplo, máquinas de inducción, máquinas de reluctancia conmutada e incluso máquinas de imanes permanentes sin escobilla. Adicionalmente, dichas máquinas son ventajosas en que la bobina a menudo es fácil de fabricar. Sin embargo, una de las desventajas del diseño es que típicamente son costosas de fabricar.

Los estatores de máquinas eléctricas de polo modulado generalmente usan una sola bobina central que alimenta magnéticamente a varios dientes formados por una estructura de núcleo magnético blando. La bobina a veces también es llamada devanado. El núcleo magnético blando es formado al rededor de la bobina mientras que otras estructuras de máquina eléctrica comunes usan una bobina que se forma al rededor de un diente del componente de núcleo. Ejemplos de la topología de máquinas de polo modulado a veces son reconocidos como por ejemplo, máquinas de polo de garra, de patas de gallo, de Lundell o de Flujo Transversal (TFM por sus siglas en inglés). Una máquina de polo modulado con imanes enterrados comprende una estructura de rotor activa que incluye una pluralidad de imanes permanentes que son separados por piezas de polo de rotor.

La W02007/024184 divulga una máquina rotativa eléctrica, que incluye un primer componente de núcleo de estator que es sustancialmente circular y que incluye una pluralidad de dientes, un segundo componente de núcleo de estator que es sustancialmente circular y que incluye una pluralidad de dientes, una bovina acomodada entre el primer y segundo componente de núcleo de estator, y un rotor que incluye una pluralidad de imanes permanentes. El primer componente de núcleo de estator, el segundo componente de núcleo de estator, la bovina y el rotor rodean un eje geométrico común, y la pluralidad de dientes del primer componente de núcleo de estator y del componente de núcleo de estator están acomodados para sobresalir hacia el rotor. Dientes adicionales del segundo componente de núcleo de estator están desplazados de manera circunferencial en relación con los dientes del primer componente de núcleo de estator, y los imanes permanentes en el rotor están separados en unos de otros en la dirección circunferencial por piezas de polo que se extienden axialmente hechas de material magnetico blando.

Generalmente es deseable proporcionar una máquina de polo modulado que es relativamente barata en su producción y armado. Es adicionalmente deseable proporcionar una máquina así que tenga buenos parámetros de rendimiento, tales como uno o más de los siguientes: estabilidad estructural alta, reluctancia magnética baja, guía de ruta de flujo eficiente, bajo peso, tamaño pequeño, rendimiento específico de volumen alto, etc. Adicionalmente es deseable proporcionar componentes de una máquina así.

Un efecto indeseable que ocurre en máquinas eléctricas es la llamada torsión de detención, es decir la fuerza de torsión resultado de la interacción entre imanes permanentes del rotor y el hierro del estator. También es conocida como par de retención o torsión 'sin corriente'. La torsión de detención en un MPM es generada por la interacción de imanes permanente con la estructura de hierro dentada. Los imanes permanentes tratan de alinearse de tal manera que el flujo fluye al rededor de la ruta de menor resistencia posible. La torsión de detención puede ser perjudicial para el rendimiento de la máquina y puede introducir vibración y ruido no deseados. Por lo tanto, muchas veces es deseable la reducción de la torsión de detención. Por ejemplo, si la máquina se usa como un generador en un molino de viento, la torsión de detención tiene que ser baja para permitir que el generador rote con velocidades de viento muy bajas. En el caso de motores más pequeños, hasta unos 50-100 Nm, la torsión de detención puede ser notada fácilmente al rotar el motor manualmente.

En el contexto de una máquina de polo modulado (MPM), la cantidad de torsión de detención depende de una gran variedad de factores. Aunque existen algunas medidas conocidas para reducir la torsión de detención, la reducción de la detención a menudo incrementa el costo de la máquina, dado que el diseño será más complejo. Son ejemplos de métodos que agregan costo y complejidad el sesgar el rotor y/o el estator. Así es deseable reducir la detención de una máquina de polo modulado al tiempo que se evita un incremento en la complejidad y/o costo de la máquina. Adicionalmente es deseable proporcionar una máquina que pueda ser fabricada eficientemente y a bajo costo.

Lo que es más, en muchas aplicaciones es deseable reducir el contenido armónico de la fuerza contraelectromotriz (CEMF por sus siglas en inglés) para reducir el rizado de la torsión. En consecuencia, es deseable proporcionar un mecanismo que permite la reducción de la torsión de detención y/o la reducción del contenido armónico no deseado de la CEMF.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN De acuerdo a un primer aspecto, se divulga aquí un componente de núcleo de estator para un estator de una máquina de polo modulado, la máquina de polo modulado comprende el estator y un rotor, el estator y el rotor definen una brecha de aire entre superficies de interacción respectivas del rotor el estator para comunicar flujo magnetico entre el estator y el rotor, en donde el componente de núcleo de estator comprende una parte anular desde la que se extienden una pluralidad de dientes en una dirección radial hacia el rotor, los dientes están acomodados a lo largo de una circunferencia de la parte anular, cada diente tiene una superficie de interacción que encara la brecha de aire y está adaptada para permitir que el flujo magnético se comunique entre el estator y el rotor a través de la brecha de aire, la superficie de interacción de cada diente define una envergadura de diente en la dirección de circunferencial del diente; en donde el componente de núcleo de estator comprende al menos un primer subconjunto de dientes que tienen una primera envergadura de diente y un segundo subconjunto de dientes que tienen una segunda envergadura de diente, diferente de la primera envergadura de diente.

Por lo tanto, aquí se divulgan modalidades de un acomodo de dientes de una Máquina de Polo Modulado (MPM) que permiten una reducción significativa de la torsión de detención de la máquina. En lugar .de usar un estilo de diente convencional en donde los dientes de la máquina todos tienen el mismo tamaño y envergadura, este método utiliza una combinación de dientes con diferentes envergaduras. Los inventores se han dado cuenta que una combinación de diferentes envergaduras de dientes permiten que se reduzca la torsión de detención mientras que mantienen el contenido armónico de la fuerza contraelectromotriz ("CEMF") relativamente bajo.

La envergadura de diente no uniforme de los componentes de estator puede hacerse sin incrementar sustancialmente el costo de fabricación o la complejidad de la máquina resultante. Además, no se requiere una modificación del rotor.

Los inventores encontraron adicionalmente que cuando se varía la envergadura de diente de una máquina de polo modulado para así afectar la torsión de detención, algunas envergaduras de diente reducen armónicos específicos de las formas de onda de la torsión de detención con relación a la posición del rotor. Adicionalmente, se encontró que cuando se cambia la envergadura de diente y se reducen los armónicos, las fases de los armónicos respectivas también cambian, es decir la dirección efectiva de la torsión por detención püede invertirse. En consecuencia, una combinación de envergaduras de diente en donde se revierten las fases de los armónicos de torsión de detención influyentes lleva a una cancelación de estos armónicos y por lo tanto una torsión de detención general reducida. Este método también puede usarse de la misma manera para reducir el efecto de armónicos en la forma de onda CEMF de la máquina. Ciertos armónicos en la CEMF también cambian fase con cambios en la envergadura de diente y, por lo tanto, la envergadura de diente puede usarse para cancelar estos armónicos.

Consecuentemente, en algunas modalidades, las envergaduras de diente del primer y segundo subconjuntos se seleccionan de manera que causen que uno o más armónicos predeterminados de al menos una de la torsión de detención o la CEMF de un estator que sólo tiene dientes de la primera envergadura de dientes este predominantemente fuera de fase en relación a uno o más armónicos predeterminadas correspondientes de al menos una de la torsión de detención o la CEMF de un estator que sólo tiene dientes de la segunda envergadura de diente. Se apreciará que, en ciertos diseños de máquina, algunos armónicos pueden cancelarse, por ejemplo por el efecto de diferentes fases de una máquina de múltiples fases. Sin embargo, independientemente del diseño de la máquina general, permanecen uno o más armónicos de la torsión de detención y/o formas de onda CEMF y por lo tanto pueden considerarse como armónicos dominantes que siguen siendo deseable reducir o incluso eliminar por medio de envergaduras de diente variable como se describe aquí.

En algunas modalidades, el primer subconjunto de dientes está acomodado a lo largo de un primer segmento de la circunferencia y el segundo conjunto de dientes está acomodado a lo largo de un segundo segmente de la circunferencia, diferente del primer segmento. En particular, el componente de núcleo de estator anular se divide en un número de segmentos no superpuestos en donde todos los dientes dentro de cada segmento tienen la misma envergadura de diente y dientes en diferentes segmentos tienen diferentes envergaduras de diente. En una modalidad, el componente de núcleo de estator se divide en dos segmentos así. Un arreglo de dientes así permite una estimulación de la torsión de detención y/o CEMF más eficiente, por ejemplo, usando modelado de elementos finitos y, consecuentemente, permite una selección de envergaduras de diente y números de diente en cada subconjunto más confiable.

En algunas modalidad los dientes de cada uno del primer y segundo subconjuntos se distribuyen a lo largo de toda la circunferencia del componente de núcleo de estator, por ejemplo en un patrón alternante: en algunas modalidad el patrón alternante puede ser uniforme a lo largo de toda la circunferencia: Por ejemplo cada diente de un subconjunto puede tener dos dientes del otro subconjunto como vecinos, o el patrón puede ser periódico de otro modo, por ejemplo, dos dientes de un subconjunto pueden alternar con un solo diente del otro subconjunto. En otras modalidades, el patrón alternante puede cambiar a lo largo de la circunferencia. En particular, se apreciara que, en modalidades en donde el primer y segundo subconjuntos comprenden un número diferente de dientes, el patrón alternante puede ser no uniforme, por ejemplo, puede haber un segmento de la circunferencia en donde hay más dientes de uno de los subconjuntos que del otro subconjunto. Una distribución uniforme, o al menos aproximadamente uniforme, de los dientes de cada subconjunto a lo largo de la circunferencia puede dar como resultado una distribución más uniforme de las fuerzas a lo largo de la circunferencia.

En algunas modalidades, las envergaduras de diente de los subconjuntos respectivos se seleccionan de tal manera que causen diferentes características en la torsión de detención, por ejemplo, de tal manera que la tensión de detención de las envergaduras de diente respectivas tengan polaridades invertidas. En una modalidad, el primer subconjunto de dientes tienen una envergadura de diente mayor a 140° y en donde el segundo subconjunto de dientes tienen una envergadura de diente menor a 140°. Por ejemplo, los dientes del primer subconjunto pueden tener una envergadura de diente de entre 110° y 135°, por ejemplo entre 115° y 130°, tal como 120°, mientras que los dientes del segundo subconjunto pueden tener una envergadura de diente de entre 145° y 180°, por ejemplo entre 150° y 175°, . tal como 170°. Aquí y en lo subsecuente, a menos que se indique lo contrario explícitamente, los ángulos serán expresados en grados eléctricos, es decir, de tal manera que 360° corresponden a una rotación del rotor durante un ciclo eléctrico completo. Los grados eléctricos son equivalentes a grados mecánicos divididos entre el número de pares de polos magnéticos.

En algunas modalidades el primer y el segundo subconjuntos comprenden un mismo número de dientes mientras que, en otras modalidades, el primer subconjunto de dientes comprende un número diferente de dientes que el segundo subconjunto de dientes. En particular, el respectivo número de dientes a ser incluido en el primer y segundo subconjuntos puede ser determinado con base en la magnitud de uno o más armónicos de al menos una de la torsión de detención y la CEMF de un estator que tiene dientes sólo de la primera envergadura de diente y de un estator que tiene dientes sólo de la segunda envergadura de diente, respectivamente. En particular, cuando la magnitud de la una o más armónicos de la primera envergadura de diente es mayor que la magnitud de la segunda envergadura de diente correspondiente, el número de dientes que tienen la segunda envergadura de diente puede ser seleccionado para ser mayor que el número de dientes que tiene la primera envergadura de diente.

En general, el tamaño de la primera y segunda envergaduras de diente y los respectivos números de dientes en el primer y segundo subconjunto puede seleccionarse de manera que causen uno o más armónicos predeterminadas de al menos una de la torsión de detención y la CEMF de un estator que tiene dientes sólo de la primera envergadura de diente para cancelar predominantemente el uno o más armónicos correspondientes de al menos una de la torsión de detención o la CEMF de un estator que tiene dientes sólo de la segunda envergadura de diente, por ejemplo, seleccionando las envergaduras de diente y los números de dientes de tal manera que una suma de los armónicos correspondientes escalada por los respectivos números de dientes se reduzca o incluso minimice. La magnitud de los armónicos respectivos y/o su suma escalada puede determinarse como sus amplitudes, su contenido de energía y/o por otra medida de la magnitud de la forma de onde adecuada.

Se apreciará que el componente de núcleo de estator puede comprender más de dos subconjuntos de diente cada subconjunto que comprende un número de dientes respectivo y cada subconjunto de dientes que tiene una envergadura de diente respectiva, diferente de las envergaduras de diente de otros subconjuntos. Por ejemplo, un componente de núcleo de estator puede comprender 2, 3, 4, 5 o incluso más subconjuntos.

En algunas modalidades, al menos algunos de los dientes están posicionados de manera tal que tengan diferentes distancias de paso con sus dientes vecinos respectivos, por ejemplo, una mayor distancia de paso a su vecino de un lado que a su vecino del lado opuesto. Los inventores encontraron que una combinación de envergaduras de diente y distancias de paso variables entre dientes permite una reducción de la torsión de detención y/o CEMF adicional. La distancia de paso entre dos dientes puede ser medido como la distancia angular entre los centros o entre las paredes laterales correspondientes de los dientes, por ejemplo, como la distancia entre las paredes del lado de arrastre respectivas de cada diente entre las paredes del lado delantero respectivas de cada diente.

En algunas modalidades el componente de núcleo de estator adicionalmente comprende una parte de horquilla que proporciona una ruta de flujo predominantemente axial desde/hasta otro componente de núcleo de estator que comprende otro de los conjuntos de dientes de la misma fase. La parte anular y la parte de horquilla proporcionan una ruta de flujo entre dientes vecinos (que se desplazan con respecto unos de otros en la dirección del movimiento) de los componentes de núcleo de estator respectivos. La parte de horquilla puede, por ejemplo, ser formada como una brida, por ejemplo una brida anular, sobresaliendo de manera axial desde la parte de núcleo de estator anular.

En algunas modalidades cada diente comprende una pared del lado delantero y de arrastre cada una encarando a un diente vecino respectivo, la superficie de interacción y las paredes de lado forman unos bordes delanteros y de arrastre respectivamente conectando la superficie de interacción con las paredes de lado delantero y de arrastre, respectivamente; en donde la envergadura de diente del diente se define como una distancia entre los bordes delantero y de arrastre. En algunas modalidades, la superficie de interacción tiene una distancia del rotor sustancialmente constante. La envergadura de diente puede definirse como la extensión circunferencial de la superficie de interacción. En modalidades en donde la extensión circunferencial de la superficie de interacción de un diente varía a lo largo de la dirección axial, la envergadura de diente puede definirse como la extensión circunferencial promediada sobre la amplitud axial del diente. De manera alternativa, la envergadura de diente puede definirse como el ángulo entre las caras del lado delantero y de arrastre del diente. Para efectos de la presente descripción, pueden utilizarse diferentes medidas de envergadura de diente, siempre y cuando la misma medida de envergadura de diente se use para todos los dientes.

La presente invención se refiere a diferentes aspectos, incluyendo el componente de núcleo de estator descrito anteriormente y a continuación, un estator, una máquina de polo modulado y/o dispositivos correspondientes, métodos y/o productos, cada uno produciendo uno o más de los beneficios y ventajas descritas en conexión con uno o más de los aspectos mencionados anteriormente, y cada uno que tiene una o más modalidades que corresponden a las modalidades descritas en conexión con uno o más de los otros aspectos y/o divulgados en las reivindicaciones anexas.

En particular, se divulgan en la presente modalidades de un estator para una máquina de polo modulado, la máquina de polo modulado comprende el estator y un rotor, el estator y el rotor definen una brecha de aire entre superficies de interacción respectivas del rotor el estator para comunicar flujo magnético entro el estator y el rotor, en donde el estator comprende un componente de núcleo de estator que comprende al menos una parte anular desde la que se extienden una pluralidad de dientes en una dirección radial hacia el rotor, los dientes están acomodados a lo largo de una circunferencia de la parte anular, cada diente tiene una superficie de interacción que encara la brecha de aire y está adaptada para permitir que el flujo magnético se comunique entre el estator y el rotor a través de la brecha de aire, la superficie de interacción de cada diente define una envergadura de diente en la dirección de circunferencial del diente; en donde el núcleo de estator comprende al menos un primer subconjunto de dientes que tienen una primera envergadura de diente y un segundo subconjunto de dientes que tienen una segunda envergadura de diente, diferente de la primera envergadura de diente.

El núcleo de estator puede ser fabricado como un solo componente o de varios componentes. El estator puede comprende un dorso del núcleo anular del cual sobresalen respectivas filas circunferenciales de dientes en la dirección radial, en donde una, algunas o cada fila(s) de dientes comprende un primer y segundo subconjunto de dientes que tienen una primera y segunda envergadura de diente respectiva, diferente una de otra. En algunas modalidades, el núcleo de estator comprende dos o más componentes de núcleo de estator como se describen en la presente. Modalidades del estator comprenden una bobina acomodada de manera coaxial con el núcleo de estator y acomodado de manera axial entre dos de las filas de dientes. En máquinas de fases múltiples, el núcleo de estator comprende más de dos filas de dientes y más de una bobina, cada una intercalada entre dos filas de dientes respectivas.

De acuerdo a aún otro aspecto, se divulgan aquí modalidades de una máquina de polo modulado que comprende un estator cornos e describe anteriormente y a continuación. En algunas modalidades, la máquina de polo modulado es una máquina TFM. La topología TFM es un ejemplo de una máquina de polo modulado que tiene un número de ventajas por encima de máquinas convencionales. En un estator de flujo radial de un solo lado, una bobina de una sola fase se acomoda paralela a la brecha de aire y con un componente de horquilla con forma más o menos de U ordenado la bobina y exponiendo principalmente dos filas de dientes que encaran la brecha de aire. En algunas modalidades, la máquina de polo modulado es una máquina de múltiples fases que tiene dos fases externas y una o más fases centrales. Acomodos de fases múltiples incluyen unidades de una sola fase separadas magnéticamente apiladas de manera axial, es decir perpendicular a la dirección de movimiento del rotor. Entonces las fases se desplazan eléctrica y magnéticamente, típicamente por 120°, para un acomodo de tres fases para alisar la operación y producir una fuerza o torsión más o menos uniforme independientemente de la posición del rotor. En algunas modalidades, los dientes proporcionan una ruta de flujo radial entre la brecha de aire y la parte anular, mientras que la parte anular proporciona una ruta de flujo predominantemente circunferencial que conecta la ruta de flujo radial desde/hasta los dientes con una ruta de flujo radial desde/hasta la parte anular de otro componente de núcleo estator similar del mismo estator o fase de estator.

En modalidades de la máquina de polo modulado, el estator es un estator de fases múltiples que comprende una pluralidad de fases acomodadas una al lado de otras en al dirección axial, en donde el estator comprende una pluralidad de conjuntos de dientes, en donde los dientes de cada conjunto están distribuidos a lo largo de la dirección circunferencial, en donde la pluralidad de conjuntos de dientes comprende dos conjuntos periféricos y una pluralidad de conjuntos interiores acomodados en la dirección axial entre los conjuntos periféricos; en donde los diente de los conjuntos interiores son más anchos, en la dirección axial, que los dientes de los conjuntos periféricos y proporcionan una ruta de flujo magnético común compartida por dos fases vecinas. Los dientes de los respectivos conjuntos de dientes están acomodados desplazados en la dirección de movimiento con relación a los dientes de los otros conjuntos. Al menos uno de los conjuntos de dientes comprende al menos un primer y un segundo subconjunto de dientes que tienen envergaduras de diente respectivas.

En modalidades de la máquina de polo modulado, el rotor comprende una pluralidad de imanes permanentes separados unos de otros en la dirección circunferencial por piezas de polo de rotor. Las piezas de polo de rotor pueden formarse como barras, por ejemplo barras rectilíneas, que son alargadas en la dirección axial. La pluralidad de imanes permanentes puede acomodarse de tal manera que cada segundo imán a lo largo de la dirección circunferencial se invierta en la dirección de magnetización. Así cada pieza de polo de rotor individual sólo interactúa con imanes que muestran una polaridad igual. En general, los imanes permanentes tambien pueden ser barras alargadas en la dirección axial; las barras pueden extenderse a lo largo de la extensión axial de la brecha de aire.

En algunas modalidades, el estator comprende: un primer componente de núcleo de estator que es sustancialmente anular y que incluye una pluralidad de dientes, un segundo componente de núcleo de estator que es sustancialmente anular y que incluye una pluralidad de dientes, una bovina acomodada entre el primer y segundo componente de núcleo de estator, en donde el primer componente de núcleo de estator, el segundo componente de núcleo de estator, la bovina y el rotor rodean un eje geométrico común definido por el eje longitudinal del rotor, y en donde la pluralidad de dientes del primer componente de núcleo de estator y el segundo componente de núcleo de estator están acomodados para sobresalir hacia el rotor, en donde los dientes del segundo componente de núcleo de estator están desplazados de manera circunferencial en relación a los dientes del primer componente de núcleo de estator. Los dientes de los dos componentes de núcleo de estator pueden así formar filas de dientes circunferenciales respectivas en donde las filas están espaciadas una de otra de manera axial y separadas por la bobina del estator, la bobina que se acomoda en una brecha que se extiende de manera circunferencial entre las filas de dientes.

Las modalidades de un estator y/o un componente de núcleo de estator descritas en al presente pueden ser fabricadas eficientemente a la vez que permiten la reducción de una o ambas de la torsión de detención y el contenido armónico de la CEMF. En particular, modalidades de los componentes de núcleo de estator descritos aquí están bien adecuadas para su producción mediante los métodos de producción de Pulvimetalurgia (P/M por sus siglas en inglés). En consecuencia, en algunas modalidades, el estator, el componente de núcleo de estator y/o las piezas de polo del rotor están hechas de un material magnético blando, tal como polvo magnético blando, simplificando así la fabricación de los componentes de la máquina de polo modulado y proporcionando una concentración de flujo magnético eficiente, utilizando la ventaja de rutas de flujo tridimensionales efectivas en el material magnético blando permitiendo , por ejemplo, componentes de ruta de flujo axial y circunferencial en una máquina rotativa.

El polvo magnético blando puede ser, por ejemplo, un polvo magnético blando de Hierro o polvo que contiene Co o Ni o aleaciones que contienen partes de los mismos. El polvo magnetico blando podría ser un polvo de hierro atomizado con agua sustancialmente puro o un polvo de hierro de esponja que tiene partículas de forma irregular que han sido recubiertas con un aislante eléctrico. En este contexto, el término "sustancialmente puro" quiere decir que el polvo debe de estar sustancialmente libre de inclusiones y que la cantidad de impurezas de O, C y N debe de mantenerse al mínimo. Los tamaños de partícula promedio son generalmente inferiores a 300 mm y superiores a 10 pm.

Sin embargo, cualquier tipo de polvo magnético blando o polvo de aleación metálica puede ser usado siempre y cuando las propiedades magnéticas blandas sean suficientes y que el polvo sea adecuado para compresión por troquel.

El aislante eléctrico de las partículas de polvo puede hacerse de un material inorgánico. Los tipos de aislante divulgados en US 6348265 (que se incorpora aquí como referencia), que concierne partículas de un polvo base que consiste de hierro esencialmente puro que tiene una barrera aislante que contiene oxígeno y fósforo, son especialmente adecuados. Polvos que tienen partículas aisladas están disponibles como Somaloy® 500, Somaloy® 550 o Somaloy® 700 disponibles de Hóganás AB, Suecia.

La formación de las piezas de polo, el estator y/o los componentes de núcleo de estator puede implementarse así eficientemente comprimiendo la pieza de polo o componente de núcleo de estator a partir de polvo magnético en una herramienta compresora adecuada, tal como una herramienta que usa un, así llamado, troquel formado.

Se apreciará que la brecha de aire típicamente está llena de aire. Sin embargo, el experto en la téenica apreciará que la brecha de aire puede llenarse con un gas distinto al aire. Sin embargo, para efectos de la presente descripción, se hará referencia a la brecha entre el estator y el rotor como la brecha de aire, sin importar que gas llene la brecha.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Lo objetos, las características y ventajas anteriores y/o adicionales de la presente invención, se dilucidarán más a través de la siguiente descripción detallada, ilustrativa y no limitativa de las modalidades de la presente invención, con referencia a los dibujos adjuntos, donde: Las Figuras 1A y 1B muestran un ejemplo de una máquina de polo modulado de una sola fase.

Las Figuras 2A y 2B muestran una vista esquemática de un ejemplo de un estator para una máquina de polo modulado.

Las Figuras 3A y 3B muestran una máquina de polo modulado de 3 fases que comprende un estator con 3 conjuntos de pares de componentes de estator, cada uno que sostiene una bobina circunferencial.

La Figura 4 muestra una vista ampliada de una parte de un ejemplo de estator y un rotor de una máquina de polo modulado.

La Figura 5 muestra una vista lateral de un ejemplo de un componente de núcleo de estator.

La Figura 6 muestra gráficas que ilustran la torsión de detención de los respectivos ejemplos de una máquina de polo modulado.

La Figura 7 ilustra un estator en donde la distancia de paso entre dientes vecinos varía.

La Figura 8 muestra un estator 10 y un rotor 12 de un ejemplo de una máquina de polo modulado de 3 fases que tiene fases combinadas.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN En la siguiente descripción, se hará referencia a las figuras adjuntas que muestran, a base de ilustración, cómo puede ponerse en práctica la invención.

Las Figuras 1A y 1B ilustran un ejemplo de una máquina de polo modulado. En particular, las Figuras 1A y 1B muestran las partes activas de una solo fase, por ejemplo una máquina de una sola fase, o una fase de una máquina de múltiples fases. La Figura 1A muestra una vista en perspectiva de las partes activas de la máquina incluyendo un estator 10 y un rotor 30. La Figura 1B muestra una vista ampliada de una parte de la máquina. Las Figuras 2A y 2B ilustran un ejemplo del estator 10 de la máquina de polo modulado de las Figuras 1A y 1B. En particular, la Figura 2A muestra una vista en despiece del estator 10, que ilustra dos componentes de núcleo de estator 14, 16, y una bobina 20. La Figura 2B muestra una vista en corte del estator 10.

La máquina comprende un estator 10 que comprende una sola bobina central 20 que alimenta magnéticamente a varios dientes 102 formados por una estructura de núcleo magnético blando. Mientras que otras estructuras dé máquina eléctrica comunes la bobina se forma al rededor de los dientes individuales del núcleo de estator, la bovina 20 del estator de las Figuras 1A y 1B está intercalada entre los dientes del núcleo de estator. Más particularmente, la máquina de polo modulado de las Figuras 1A a 2B comprenden dos componentes de núcleo de estator 14, 16 cada uno que incluye una pluralidad de dientes 102 y que son sustancialmente anulares, una bovina 20 acomodada entre el primer y segundo componentes de núcleo de estator anular, y un rotor 30 que incluye una pluralidad de imanes permanentes 22. Adicionalmente, los componentes de núcleo de estator 14, 16, la bovina 20 y el rotor 30 rodean un eje geométrico común, y la pluralidad de dientes 102 de los dos componentes de núcleo de estator 14, 16 están acomodados para sobresalir hacia el rotor 30 para formar una ruta de flujo de circuito cerrado. Los dientes del estator de los dos componentes de núcleo de estator 14, 16 están desplazados de manera circunferencial en relación unos con otros.

Cada componente de núcleo de estator comprende una porción anular 261 y una brida circunferencial 18 que forman un puente de flujo o componente de horquilla que proporciona una ruta de flujo axial entre los dientes de los dos componentes de núcleo de estator desplazados de manera circunferencial. Cada componente de núcleo de estator 14, 16 puede formarse como un disco anular que tiene una apertura central, sustancialmente circular, definida por un borde interno radial 160 de la parte anular 261. La parte anular 261 entre el borde interior 160 y los dientes 102 proporciona una ruta de flujo y una pared lateral de una cavidad circunferencial hospeda la bovina 20. La brida circunferencial 18 se encuentra en o cerca del borde interior. En el estator armado la brida circunferencial 18 está acomodada en el lado interior del componente de núcleo de estator, es decir en el lado que encara la bobina 20 y el otro componente de núcleo de estator.

En la máquina de las Figuras 1A a 2B los dientes del estator sobresalen en una dirección radial hacia afuera hacia el rotor que rodea el estator. Sin embargo, el estator podría estar ubicado igual de bien exteriormente con respecto al rotor y con los dientes del estator extendiendose radialmente hacia adentro, es decir, pueden usarse modalidades del rotor y el estator descritas aquí en máquinas de rotor interno y externo.

La estructura de rotor activa 30 se construye a partir de un número par de segmentos 22, 24 en donde la mitad del número de segmentos - también llamados piezas de polo de rotor 24 - están hechos de material magnético blando y la otra mitad del número de segmentos están hechos de material magnético permanente 22. Estos segmentos pueden ser producidos como componentes individuales. Los imanes permanentes 22 están acomodados de tal manera que las direcciones de magnetización de los ¡manes permanente sean sustancialmente circunferenciales, es decir, los polos norte y sur, respectivamente, apuntan a una dirección sustancialmente circunferencial. Adicionalmente, cada segundo imán permanente 22, contado de manera circunferencial, está acomodado de manera que tiene su dirección de magnetización en la dirección opuesta con relación a sus imanes permanentes vecinos. La funcionalidad magnética de las piezas de polo magnéticas blandas 24 en la estructura de la máquina es completamente tridimensional y cada pieza de polo magnética blanda 24 es capaz de cargar eficientemente flujos magnéticos variantes con alta permeabilidad magnética en las tres direcciones espaciales.

El diseño del rotor 30 y el estator 10 tiene al ventaja de permitir concentración de flujo desde los imanes permanentes 22 de tal manera que la superficie del rotor 30 que encara a un diente del estator 10 pueda presentar a la superficie del diente encarado, el flujo magnético total de ambos de los imanes permanentes 22 vecinos. La concentración de flujo puede verse como una función del área de los imanes permanentes 22 que encaran a cada pieza de polo 24 dividida entre el área que encara un diente. Particularmente, dado el desplazamiento circunferencial de los dientes, un diente que encara una pieza de polo resulta en una brecha de aire activa que se extiende sólo parcialmente a través de la extensión axial de la pieza de polo. Sin embargo, el flujo magnético desde la extensión axial total de los ¡manes permanentes está dirigido de manera axial y radial en la pieza de polo hacia la brecha de aire activa. Estas propiedades de concentración de flujo de cada pieza de polo 24 hacen posible usar imanes permanentes debiles de bajo costo como imanes permanentes 22 en el rotor y hacen posible lograr densidades de flujo de brecha de aire. La concentración de flujo puede ser facilitada porque la pieza de polo sea hecha de polvo magnético, permitiendo rutas de flujo tridimensionales efectivas. Adicionalmente, el diseño también hace posible el hacer uso de los imanes de manera más eficiente que tipos de máquinas correspondientes.

El estator 10 comprende dos componentes de núcleo de estator 14, 16 idénticos, cada uno de los cuales comprende un número de dientes 102; sin embargo, en modalidades alternas, el estator puede ser armado a partir de componentes de núcleo de estator que tienen formas diferentes. Cada componente de núcleo de estator está hecho de polvo magnético blando, comprimido en una pieza en una herramienta de prensa. Cuando los componentes de núcleo de estator tienen formas idénticas, pueden ser prensadas en la misma herramienta. Los dos componentes de núcleo de estator se juntan entonces en una segunda operación, y juntos forman el núcleo de estator con dientes del núcleo de estator que se extienden de manera radial, en donde los dientes de un componente de núcleo de estator están desplazados de manera axial y circunferencial con relación a los dientes del otro componente de núcleo de estator.

Cada uno de los dientes 102 tiene una superficie de interacción 262 que encara la brecha de aire. Durante la operación de la máquina, el flujo magnético se comunica a través de la superficie de interacción 262 por la brecha de aire y a traves de una superficie de interacción correspondiente de una pieza de polo del rotor. La superficie de interfaz 262 está delimitada, en la dirección circunferencial, es decir, a lo largo de la dirección de movimiento del rotor, por bordes 263. Los bordes 263 conectan la superficie de interacción 262 con las respectivas caras de lado 266 del diente que encaran los dientes vecinos.

Como se ilustra en la Figura 2A, la bovina 20 tiene dos cables conectores 221 para proporcionar corriente eléctrica a la bovina. Los cables conectores pueden conectarse a la bobina en diferentes posiciones circunferenciales y/o radiales. Los componentes de núcleo de estator 14, 16 son proporcionados con un rebajo alargado que forma un canal de cable 231 que se extiende radialmente a lo largo del lado interior de cada componente de núcleo de estator de manera que permita que al menos uno de los cables sea alimentado radialmente a lo largo de la bovina, y que ambos cables sean alimentados lejos de de la bovina manera axial en sustancialmente la misma posición. En el ejemplo de la Figura 2A el componente de núcleo de estator se proporciona adicionalmente con una protuberancia de indexación 232, por ejemplo como parte de la brida 18, formada y medida para ser insertada parcialmente en el canal de cable de otro componente de estator de tal manera que facilite el alineamiento adecuado de ambos componentes de núcleo de estator con relación el uno al otro durante el armado. Se apreciará sin embargo, que pueden proporcionarse otras modalidades de componentes de núcleo de estator sin o con diferentes canales de cable y/o sin o con diferentes características de indexación.

El estator de una sola fase 10 puede usarse como un estator de una máquina de una sola fase, como se ilustra en las Figuras 1A a 2B, y/o como una fase de una máquina de múltiples fases, por ejemplo, una de las fases de estator 10a-c de la máquina de las Figuras 3A y 3B.

En particular, la Figura 3A ilustra un ejemplo de una máquina de polo modulado de 3 fases, mientras que la Figura 3B muestra un ejemplo de un estator de la máquina de la Figura 3A. La máquina comprende un estator 10 y un rotor 30. El estator 10 contiene tres componentes de fase de estator 10a, b, c cada uno descrito en conexión con las Figuras 1A a 2B. En particular, cada componente de fase de estator comprende un respectivo componente de estator pareja 14a, 16a; 4b, 16b; y 14c, 16c, respectivamente, cada uno que sostiene una bovina circunferencial 20a-c, respectivamente.

Por lo tanto, como en el ejemplo de las Figuras 1A a 2B, cada componente de fase de estator 10a-c de máquina de polo modulado de las Figuras 3A y 3B comprende una bovina central 20a-c, por ejemplo, una sola bobina que alimenta magnéticamente a varios dientes 102 formados por una estructura de núcleo magnético blando. Más particularmente, cada fase de estator 10a-c de la máquina de polo modulado eléctrica comprende dos componentes de núcleo de estator 14 cada uno que incluye una pluralidad de dientes 102 y que es sustancialmente anular, una bovina 20 acomodado entre el primer y segundo componentes de núcleo de estator circulares. Adicionalmente, los componentes de núcleo de estator 14 y la bovina 20 de cada fase de estator rodean un eje común, y la pluralidad de dientes 102 de los componentes de núcleo de estator 14 están acomodados para sobresalir de manera radial hacia afuera. En el ejemplo de las Figuras 3A y 3B el rotor 30 está acomodado de manera coaxial con el estator 10 y rodea el estator de manera que forme una brecha de aire entre los dientes 102 del estator del rotor. El rotor puede ser proporcionado como imanes permanentes 22 alternantes y piezas de polo 24 como se describe en conexión con las Figuras 1A a 2B, pero que se extienden de manera axial a traves de todos los componentes de fase de estator, es decir, se proporciona una sola estructura de rotor que sirve a las tres fases. Se apreciará, sin embargo, que en otras modalidades el rotor puede ser proporcionado como tres rotores cilindricos individuales acomodados en extensión axial unos de otros. En aún otras modalidades más algunos de o todos los componentes de rotor, por ejemplo los imanes permanentes 22 pueden ser proporcionados como una serie de componentes más cortos, cada uno de los cuales sólo tiene la extensión axial de una sola fase.

Las modalidades de los estatores descritos en conexión con las Figuras 1A a 3B tienen dientes sin las así llamadas garras. Sin embargo, se pueden agregar pequeñas garras sin incrementar el costo de herramientas y mejorar aún el desempeño del motor.

Las fases del estator de las Figuras 3A y 3B están hechas de diferentes componentes de núcleo de estator. Sin embargo, en modalidades alternativas, el núcleo de estator de fases vecinas puede combinarse en el mismo componente, por ejemplo, como se describe en WO 2011/033106 el contenido total del cual se incorpora aquí como referencia.

La Figura 4 muestra una vista ampliada de una parte de un ejemplo de un estator y un rotor de una máquina de polo modulado. En particular, la Figura 4 ilustra dos dientes vecinos 102a de uno de dos componentes de núcleo de estator, así como un diente 102b del otro de los dos componentes de núcleo de estator del mismo núcleo de estator o la misma fase de núcleo de estator. La Figura 4 muestra una parte del rotor 30. El rotor comprende imanes permanentes 22 y piezas de polo 24. Cada diente tiene una superficie de interacción 262 delimitada en la dirección circunferencial por bordes 263 entre la superficie de interacción 262 y las paredes de lado 266 del diente respectivas. La extensión circunferencial de la superficie de interacción define la envergadura de diente St del diente. La envergadura de diente puede expresarse como una longitud, por ejemplo en mm. De manera alternativa, como se ilustra en la Figura 4, la envergadura de diente puede ser expresada de manera conveniente en grados electricos, es decir como un ángulo relativo al ángulo que corresponde a un ciclo eléctrico completo. Un ciclo eléctrico completo corresponde a 360° como se ilustra en la Figura 4. De manera similar a la envergadura de diente, la extensión de cada una de las piezas de polo 24 en la dirección circunferencial define una envergadura de polo Sp.

La relación de envergadura de polo a envergadura de diente puede ser cambiada cambiando a la envergadura de diente mientras se mantiene el mismo ancho de imán (es decir la extensión circunferencial de los imanes permanentes 22) y, por lo tanto, la envergadura de polo, constante. Cambiar la envergadura de dientes tiene menos influencia en la magnitud de la CEMF fundamental, a diferencia de cambiar el grosor del imán, y por lo tanto es una manera mucho más predecible de afinar los armónicos.

La Figura 4 ilustra adicionalmente la distancia de paso P entre los dientes 102a, medida aquí como la distancia entre los respectivos centros de los dientes. De manera alternativa, el paso puede ser medido como la distancia entre los respectivos lados que encaran a la misma dirección de los dientes 102a.

La Figura 5 muestra una vista lateral de un ejemplo de un componente de núcleo de estator. El componente de núcleo de estator de la Figura 5 es similar a los componentes de núcleo de estator que se muestran en las Figuras 1A a 2B, en que comprende una parte anular 261 de la cual se extiende de forma radial hacia afuera dientes 102-1 102-2. Los dientes están distribuidos al rededor de la circunferencia exterior de la parte anular 261. La parte anular 261 comprende un primer segmento 261-1 y un segundo segmento 261-2 que juntos forman un anillo completo. La frontera entre el primer y segundo segmentos se ilustra en la Figura 5 por una línea punteada 501. Los dientes 102-1 que se extiende desde el primer segmento 261-1 tienen una primera envergadura de diente, mientras que los dientes 102-2 en el segundo segmento 261-2 tienen una segunda envergadura de diente diferente. En el ejemplo de la Figura 5, hay menos dientes en el subconjunto de dientes 102-2 que se extienden desde el segundo segmento 261-2 que en el subconjunto de dientes 102-1 que se extienden desde el primer segmento 261-1.

La Figura 6 muestra resultados de simulaciones de elementos finitos de un ejemplo de una máquina de polo modulado como se describe en la presente. En particular, la Figura 6 muestra la torsión de detención en Nm como una función del ángulo de rotor en grados electricos de una máquina de tres fases similar a la máquina de las Figuras 3A y 3B pero con 48 polos y con diferentes envergaduras de diente. La curva 601 muestra la torsión de detención de una máquina con una envergadura de diente uniforme de 120°, mientras que la curva 602 muestra la torsión de detención para una envergadura de diente uniforme de 170°. Finalmente, la curva 603 muestra la torsión de detención de una máquina con 14 dientes que tienen una envergadura de diente de 170° y 10 dientes que tienen una envergadura de diente de 120°.

Como se puede ver en la Figura 6, las dos torsiones de detención de una envergadura de diente de 120° (curve 602) y de una envergadura de diente de 170° (curve 601) están en antifase la una con la otra. Por lo tanto, como la torsión de detención de la máquina está compuesta de la suma de los 24 dientes, una combinación de las dos envergaduras de diente cancelan la torsión de detención. En consecuencia, como se puede ver en la Figura 6, la torsión de detención de la máquina con envergadura de diente variable (curva 603) se reduce significativamente.

Los inventores encontraron adicionalmente que una combinación de diferentes envergaduras de diente reduce adicionalmente el efecto de armónicos en la forma de onda CEMF de la máquina Ciertos armónicos en la CEMF tambien cambian fase con cambios en la envergadura de diente y, por lo tanto, la envergadura de diente puede usarse para cancelar estos armónicos.

Dado que el tamaño de la envergadura de diente es un valor continuo, y dado que se pueden variar el número de subconjuntos de envergaduras de diente diferentes y el número de dientes en cada subconjunto, hay de hecho un vasto número de combinaciones de envergaduras de diente posibles y, para un diseño de máquina dado, el experto en la téenica podrá encontrar una combinación óptima para reducir la torsión de detención, contenido armónico o para el mejor compromiso entre ambas. En particular, durante el diseño de una máquina, los efectos de diferentes envergaduras de diente pueden ser disimulados usando técnicas conocidas de análisis de elementos finitos.

Tener diferentes envergaduras de diente puede llevar en algunas situaciones a fuerzas no balanceadas en la máquina, aunque la variación de fuerzas entre diferentes envergaduras de diente es baja. Sin embargo, si la diferencia en las fuerzas de un diseño en particular se vuelve alta, se pueden distribuir los dientes con cada envergadura de diente al rededor de la periferia de la máquina para cancelar las fuerzas.

La Figura 7 ilustra un componente de núcleo de estator 14 en donde la distancia de paso entre dientes vecinos varía, un método al que también se refiere como ajuste de paso. En particular, cada diente 102b tiene una diferente distancia de paso P'L hasta su vecino izquierdo 102a que es diferente de la distancia de paso PR hasta su vecino derecho 102c. Sin embargo, la distancia hasta los vecinos próximos derecho e izquierdo es constante y uniforme para todos los dientes, es decir, la suma de PL + PR = 360° es la misma para cada diente.

Ha resultado que la combinación de variar la envergadura de diente y variar la distancia de paso proporciona una reducción adicional de la torsión de detención y contenido armónico de la CEMF.

Cambiar la envergadura de diente y ajustar el paso de los dientes han sido ambas investigadas por medio de un análisis de elementos finitos de una máquina de tres fases similar a la máquina mostrada en las Figuras 3A y 3B. Este análisis ha demostrado que ambos métodos reducen el contenido armónico de la CEMF y torsión de detención. El cuadro 1 resume las algunas combinaciones de variar envergadura de diente y ajustar el paso.

Todas las situaciones de ajuste de paso reducen la distorsión armónica total (THD por sus siglas en inglés) de las formas de onda CEMF; la fase interna de la máquina de tres fases fue influenciada mayormente ya que tenía un mayor séptimo contenido armónico que es el que está enfocado a remover esta modalidad.

Cambiar la envergadura de diente también afecta la THD pero tambien puede reducir la torsión de detención de manera significante. Para un diseño de máquina dado, se puede determinar una combinación de soluciones óptima. Sin embargo, si se enfoca en el contenido armónico o la torsión de detención será completamente específico de la aplicación.

CUADRO 1 Resumen de la influencia de cambios de estator en las propiedades de la una de polo modulado de tres fases - THD es para los primeros ocho armónicos con los triples ignorados debido a la conexión de estrella de la máquina específica en investigación La primera columna muestra resultados de la máquina con un paso constante y una envergadura constante. La segunda columna muestra resultados correspondientes de una máquina con envergadura de diente variante pero paso constante. La tercera y cuarta columnas muestran resultados de una máquina con paso variante (enfocado a reducir el 7o armónico en la CEMF) pero para respectivas envergaduras de diente constantes, mientras que la última columna muestra resultados de una máquina en donde se variaron tanto la envergadura de diente como el paso. La combinación de envergaduras en la última columna fue diez dientes de 170°, cuatro dientes de 150° y diez dientes de 140°.

La fase interior de la máquina de tres fases aún muestra en todos los casos una THD mayor, esto se encontró que era generalmente debido a que las envergaduras de diente incrementaban el quinto contenido armónico de la fase interior. Puede ser más útil ajustar el paso para reducir el sexto armónico lo que suprimirá tanto el quinto como el septimo armónico y puede mostrar una mejoría en la THD.

Se han descrito así métodos que permiten que una máquina de polo modulado tenga una CEMF baja en contenido armónico, a la vez que también tiene una torsión de detención baja.

La Figura 8 muestra un estator 10 y un rotor 12 de un ejemplo de una máquina de polo modulado de 3 fases que tiene fases combinadas. Los números de referencia con ' se refieren a una característica de la primera fase, " a una característica de la segunda fase, y a una característica de la tercera fase. El estator 10 comprende tres fases, en donde cada fase comprende una bovina 20, un primer componente de núcleo de estator 14 y un segundo componente de núcleo de estator 16. Se muestra un rotor 12 que encierra el estator 10. El rotor 12 comprende imanes permanentes 22 y secciones de polo de rotor 24 que se extienden a lo largo de todo el estator 10. Se puede proporcionar un eje en el cual está montado el estator (no se muestra). Cada componente de núcleo de estator 14, 16 es esencialmente de forma circular e incluye una sección dorsal del núcleo de estator 29 y una pluralidad de dientes que se extienden radialmente que se extienden desde la sección dorsal del núcleo de estator. Los dientes están acomodados para extenderse hacia afuera hacia el rotor 12 para formar una ruta de flujo de circuito cerrado con el rotor 12. Una parte de núcleo de estator anular 29 conecta a los dientes en la dirección circunferencial. Los componentes de núcleo de estator comprenden adicionalmente una sección de horquilla 23 que se extiende de manera axial desde la parte de núcleo de estator anular 29 hacia el componente de núcleo de estator vecino para proporcionar un puente de flujo axial.

El segundo componente de núcleo de estator 16' de la fase 1 y el primer componente de núcleo de estator 14" de la fase 2 están acomodados como una unidad, es decir un componente de núcleo de. estator combinado, en donde la fase 1 y la fase 2 comparten un componente de núcleo de estator. Así, los dientes 27 de la unidad de fase combinada están acomodados para ser compartidos entre la fase 1 y la fase 2, en donde el conjunto de dientes de la primera sección de estator 14" de la fase 2 y el conjunto de dientes del segundo componente de núcleo de estator 6" de la fase 1 se forman como una unidad.

Los dientes 28 de la unidad de fase combinada están acomodados para ser compartidos entre la fase 2 y la fase 3, en donde el conjunto de dientes de la primera sección de estator 14" de la fase 3 y el conjunto de dientes del segundo componente de núcleo de estator 6" de la fase 2 se forman como una unidad.

Los dientes 26 en cada extremo del estator 10 no se comparten entre dos fases, y así los dientes 26' pertenecen sólo a la fase 1 y los dientes 26" pertenecen sólo a la fase 3. Lo que es más, los dientes 26' y 26" de las fases periféricas 1 y 3 definen la extensión axial de la región de brecha de aire activa del estator que se extiende de manera axial entre los bordes periféricos de los dientes 26' y 26", respectivamente. Los imanes permanentes 22 y las secciones de polo 24 se extienden de manera axial a través de toda la región de brecha de aire activa, es decir, entre los bordes axialmente exteriores de la superficie de los dientes 26' y 26" que encaran el rotor.

Los dientes de cada conjunto de dientes 26', 27, 28 y 26"', respectivamente, pueden acomodarse como dos o más subconjuntos de dientes que tienen respectivas envergaduras de dientes en la dirección circunferencial como se describe en la presente. De manera adicional, puede variarse el paso entre los dientes. De manera alternativa, pueden variarse las envergaduras de diente y/o el paso de sólo una o algunas de las unidades de fase.

A pesar de que algunas modalidades se han descrito y mostrado en detalle, la invención no se restringe a estas, sino también puede ser representada en otras maneras dentro del alcance de la materia definida en las reivindicaciones siguientes. En particular, debe entenderse que pueden utilizarse otras modalidades, y que se puéden hacer modificaciones estructurales y funcionales sin salir del alcance de la presente invención.

Las modalidades de la invención divulgadas en la presente pueden ser usadas en un motor de impulso de rueda directo para una bicicleta electrica u otros vehículos impulsados eléctricamente, en particular un vehículo de peso ligero. Dichas aplicaciones pueden imponer demandas de alta torsión, velocidad relativamente baja y bajo costo. Estas demandas pueden cumplirse por un motor como se describe aquí.

En las reivindicaciones de dispositivo que enumeran varias maneras, varias de estas maneras pueden ser representadas por el mismo artículo o equipo. El mero hecho que ciertas medidas se reciten en reivindicaciones dependientes mutuamente diferentes no indica que una combinación de estas medidas no pueda usarse ventajosamente.

Se debe enfatizar que el término "comprende/que comprende" cuando se utiliza en esta especificación se toma para especificar la presencia de las características, números enteros, etapas o componentes establecidos, pero no obstruye la presencia o adición de una o más características, números enteros, etapas, componentes o grupos de los mismos.

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1. Un componente de núcleo de estator para un estator de una máquina de polo modulado, la máquina de polo modulado comprende el estator y un rotor, el estator y el rotor definen una brecha de aire entre superficies de interacción respectivas del rotor el estator para comunicar flujo magnetico entre el estator y el rotor, en donde el componente de núcleo de estator comprende una parte anular desde la que se extienden una pluralidad de dientes en una dirección radial hacia el rotor, los dientes están acomodados a lo largo de una circunferencia de la parte anular, cada diente tiene una superficie de interacción que encara la brecha de aire y está adaptada para permitir que se comunique flujo magnético entre el estator y el rotor a través de la brecha de aire, la superficie de interacción de cada diente define una envergadura de diente en la dirección circunferencial del diente; en donde el componente de núcleo de estator comprende al menos un primer subconjunto de dientes que tienen una primera envergadura de diente y un segundo subconjunto de dientes que tienen una segunda envergadura de diente, diferente de la primera envergadura de diente.

2. El componente de núcleo de estator de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque el primer subconjunto de dientes están acomodados en un patrón alternante.

3. El componente de núcleo de estator de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque al menos algunos de los dientes están posicionados de tal manera que tengan diferentes distancias de paso con sus respectivos dientes vecinos.

4. El componente de núcleo de estator de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque la primera y segunda envergaduras de diente se seleccionan para causar diferentes formas de onda de torsión de detención.

5. El componente de núcleo de estator de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque el primer subconjunto de dientes comprende un número de dientes diferente que el segundo subconjunto de dientes.

6. El componente de núcleo de estator de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque el componente de núcleo de estator está hecho de polvo magnético suave.

7. Un estator para una máquina de polo modulado, la máquina de polo modulado comprende el estator y un rotor, el estator y el rotor definen una brecha de aire entre superficies de interacción respectivas del rotor el estator para comunicar flujo magnético entre el estator y el rotor, en donde el estator comprende un núcleo de estator que comprende al menos una parte anular desde la que se extienden una pluralidad de dientes en una dirección radial hacia el rotor, los dientes están acomodados a lo largo de una circunferencia de la parte anular, cada diente tiene una superficie de interacción que encara la brecha de aire y está adaptada para permitir que se comunique flujo magnético entre el estator y el rotor a través de la brecha de aire, la superficie de interacción de cada diente define una envergadura de diente en la dirección circunferencial del diente; en donde el núcleo de estator comprende al menos un primer subconjunto de dientes que tienen una primera envergadura de diente y un segundo subconjunto de dientes que tienen una segunda envergadura de diente, diferente de la primera envergadura de diente.

8. El estator de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque, el núcleo de estator comprende dos componentes de núcleo de estator como los que se definen en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, acomodados lado a lado en la dirección axial, en donde los dientes de los componentes de núcleo de estator están desplazados relativos unos con otros en la dirección circunferencial.

9. El estator de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado además porque comprende una bovina acomodada entre los componentes de núcleo de estator.

10. El estator de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque cada uno de los dientes comprende una parte de base y un miembro de garra que se extiende desde el diente hacia la bovina, en donde la parte de garra define la superficie de interacción.

11. Una máquina de polo modulado que comprende un estator como el que se define en cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, un rotor, una brecha de aire entre las superficies de interacción del rotor el estator respectivas para comunicar flujo magnetico entre el estator y el rotor, el rotor adaptado para moverse con relación ai estator en la dirección de movimiento.

12. La máquina de polo modulado de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizada además porque el rotor está configurado para generar un campo magnético del rotor para su interacción con un campo magnético del estator, el rotor comprende una pluralidad de imanes permanentes magnetizados en la dirección circunferencial de dicho rotor para generar el campo magnético del rotor, los imanes permanentes están separados unos de otros en la dirección circunferencial del rotor por piezas de polo del rotor que se extienden de manera axial para dirigir el campo magnético del rotor generado por dichos imanes permanente en al menos una dirección radial y una dirección axial.

13. La máquina de polo modulado de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 11 a 12, caracterizada además porque el estator y/o el rotor proporcionan una ruta de flujo tridimensional (3D) que incluye un componente de ruta de flujo en la dirección axial.

14. La máquina de polo modulado de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, caracterizada además porque la máquina de polo modulado es una máquina de múltiples fases que tiene dos fases externas y una o más fases centrales.

15. La máquina de polo modulado de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, caracterizada además porque las piezas de polo de rotor cada una tiene una envergadura de polo en la dirección circunferencial; en donde el primer subconjunto de dientes tiene una envergadura de diente mayor que la envergadura de polo y en donde el segundo subconjunto de dientes tienen una envergadura de diente menor que la envergadura de polo.