MXPA02008750A - Maquina giratoria perfeccionada para un automovil. - Google Patents

Abstract

La invencion se refiere a una maquina electrica giratoria, particularmente un alternador o un alternador-motor de arranque para automoviles, que incluye un estator que rodea un rotor dotado de un paquete de chapas, un entrehierro entre el estator y el rotor, unos imanes permanentes integrados al rotor y unos devanados d e excitacion tambien integrados al rotor, e n donde los devanados de excitacion estan enrollados alrededor d e polos salientes recortados sobre el paquete de chapas del rotor y los imanes permanentes estan insertados dentro d e unos alojamientos realizados sobre el paquete de chapas del rotor y abiertos hacia la periferia del rotor; la invencion se caracteriza porque los alojamientos estan cerrados en cada uno de sus extremos por una pieza d e fijacion no magnetica dotada de una parte que sirve de tope para los imanes, y la pieza d e fijacion incluye unos espacios para alojar los topes elasticos de los devanados de excitacion.

Description

MAQUINA GIRATORIA PERFECCIONADA PARA UN AUTOMÓVIL CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere, de manera general, a las máquinas eléctricas giratorias. Específicamente, la invención se refiere a las máquinas • giratorias del tipo de alternadores o de alternadores-motores de arranque, que se utilizan en los automóviles. 10 La invención se refiere específicamente asimismo a las máquinas giratorias cuyo rotor incluye unos ¡manes permanentes, además de uno o varios devanados de excitación. • Este tipo de máquinas giratorias se conoce en la técnica como máquinas de excitación mixta; la excitación del devanado ó de los devanados 15 ubicados en el rotor, propiciada por una alimentación eléctrica adaptada, permite ya sea reforzar o reducir la potencia suministrada por la máquina (el signo de la alimentación eléctrica suministrada a los devanados de excitación puede ser invertido). Estas máquinas de excitación mixta permiten, de esta forma, 20 aumentar la eficacia de la máquina, así como la suavidad de su funcionamiento.

TÉCNICA ANTERIOR RELACIONADA Una máquina de estas características se describe por ejemplo en el documento EP 741 444. En particular, el rotor ilustrado en la figura 5 de 5 este documento es un rotor de estructura de uñas o garras que incluye unas secciones imantadas, así como un devanado de excitación anular colocado alrededor del eje o flecha de rotación de la máquina. Es posible, asimismo constituir el rotor de una máquina giratoria, no mediante la imbricación de uñas o garras, algunas de estas imantadas, 10 sino mediante el apilamiento en sentido paralelo al eje de rotación de la máquina de unas chapas cortadas previamente y todas con el mismo contorno, y este contorno o configuración común de las chapas define unos # espacios o libramientos con el objeto de alojar unos imanes permanentes. Un ejemplo de este tipo de rotores se describe en la patente EP 803 962. 15 Esta última configuración presenta, con respecto a la configuración de uñas o garras, la ventaja de producir líneas de fuerza o de campo magnético uniformes, siguiendo la dirección axial de la máquina, lo que no ocurre en el caso de los rotores de uñas. Esta disposición mejora asimismo ? la eficacia de la máquina. 20 No obstante, el rotor ilustrado en la patente EP 803 962 no es de excitación mixta, lo que limita la suavidad del funcionamiento de esta máquina. ? iOÁ¿..>.*±.*~. ^jyj | ¿ OBJETOS DE LA INVENCIÓN Un primer objetivo de la invención es poder crear una máquina giratoria que combine las ventajas de los dos tipos de máquina antes 5 descritas. Cabe señalar que, en el caso de las máquinas cuyo rotor incluye uno o varios devanados de excitación, que el aplicar una tensión o voltaje • sobre estos devanados puede provocar su calentamiento, lo que podría afectar a su vez la seguridad y la eficacia de la máquina. 10 Un segundo objetivo de la invención es garantizar, por tanto, el funcionamiento seguro y eficaz de la máquina giratoria, evitando cualquier calentamiento excesivo de los devanados de excitación y de otros elementos.

• Para esto efectos, la invención propone una máquina eléctrica giratoria, específicamente un alternador o un alternador-motor de arranque 15 para un automóvil, que incluye un estator que rodea un rotor dotado de un paquete de chapas, un entrehierro entre el estator y el rotor, unos imanes permanentes integrados en el rotor y unos devanados de excitación integrados también en el rotor, y estos devanados de excitación están enrollados alrededor de unos polos salientes recortados del paquete de • 20 chapas del rotor y los ¡manes permanentes están alojados en unos espacios creados para esos efectos en el paquete de chapas del rotor, caracterizados porque estos espacios están cerrados axialmente en cada uno de sus extremos mediante una pieza de sujeción o fijación que cuenta con una parte no magnética que sirve de tope o estribo de los imanes, y esta pieza de sujeción cuenta con unos espacios para alojar los topes elásticos de los devanados de excitación. Algunos de los aspectos preferidos de la invención, de manera enunciativa mas no limitativa, son los siguientes: • la pieza de sujeción presenta, sobre su periferia externa, unas prolongaciones axiales dirigidas en sentido inverso con respecto al paquete de chapas del rotor y conformadas con el fin de retener los devanados de excitación, contrarrestando la acción de la fuerza centrífuga; • la parte del extremo de estas prolongaciones está inclinada en dirección al eje de rotación de la máquina; • las prolongaciones antes mencionadas tienen una forma puntiaguda, en este caso trapezoidal; • estas prolongaciones forman parte de un casquete ferromagnético que se ubica en un extremo y que tiene la misma forma que las chapas, y este casquete está intercalado entre el paquete de chapas y una brida o disco no magnético, y el casquete y el disco constituyen la pieza de fijación o sujeción (13); • se han previsto unos medios de enfriamiento de los devanados; • estos medios de enfriamiento incluyen unos alabes o paletas de un ventilador; JÁ??? l .U M.? ~m . ¿ A ?¿i... ríJ • las paletas están adaptadas para crear un flujo de aire radial, y un flujo de aire axial; • las paletas tienen tamaños o dimensiones distintas; • la pieza de sujeción soporta unas paletas de ventilación 5 entre los devanados de excitación, y las paletas sobresalen desde la pieza de fijación o sujeción antes mencionada; • las paletas provienen de un mismo molde o forman una • sola pieza junto con la pieza de sujeción; • las paletas están insertadas sobre la pieza de sujeción; 10 • la superficie de la pieza de sujeción cuenta con unos almohadillados o achaflanados para sujetar las paletas; • la brida o disco cuenta con unos agujeros para fijar las • paletas, • se han previsto unas ranuras sobre la superi?cie del disco 15 para alojar un alambre de los devanados de excitación, cuando este alambre pasa de un devanado a otro, y • al menos una de estas ranuras es cruzada; • los alojamientos de los imanes permanentes se abren • hacia la periferia externa del rotor; 20 • los alojamientos de los ¡manes permanentes se cierran en la periferia externa del rotor, como se describe por ejemplo en el documento US A 6 147429.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Otros aspedos, objetivos y ventajas de la presente invención se harán evidentes a través de la ledura de la descripción siguiente de una 5 modalidad de la invención, haciendo referencia a los dibujos anexos, en los que: • las figuras 1 a 4 son vistas de un mismo rotor de una • máquina de conformidad con la invención, > las figuras 1 y 2 son dos vistas en alzado ó desde arriba 10 que corresponden a dos lados del rotor, y los planos de corte lil— lll y IV-IV se definen sobre la figura 1 , > las figuras 3 y 4 son dos vistas en corte o sección • siguiendo los planos 1 ll— lll y IV-IV respectivos; • las figuras 5 a 9 son vistas de un elemento de brida o 15 disco de este mismo rotor, > la figura 5 es una vista en alzado de este elemento, sobre la cual se definen los planos de corte VI-VI y Vil-Vil, así como los planos de sección VIII y IX-IX; > las figuras 6 y 7son vistas en corte o sección del elemento • 20 antes mencionado, siguiendo los planos VI-VI y VII-VII respectivos, > las figuras 8 y 9 son vistas en sección del elemento antes mencionado, siguiendo los planos VIII y IX-IX respectivos; • las figuras 10 a 13 son vistas de un segundo elemento de brida o disco de este mismo rotor, > la figura 10 es una vista en alzado del segundo elemento de brida del rotor antes mencionado, sobre la cual se definen los planos de 5 corte XI-XI y XII-XII, así como la dirección XIII y el detalle XIV, > las figuras 11 y 12 son dos vistas del mismo segundo elemento de brida o disco del rotor antes mencionado, siguiendo los planos • XI-XI y XIl-XI I respectivos, la figura 13 es una vista de una parte del mismo segundo 10 elemento, siguiendo la dirección XIII; • la figura 14 es una vista en corte parcial de una máquina de conformidad con la invención; • • la figura 15 es una vista en alzado análoga a la de la figura 1 para otra modalidad de realización; 15 • la figura 16 es una vista en corte siguiendo la línea XVI- XVI de la figura 15.

DESCRIPCIÓN DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS DE LA INVENCIÓN • 20 Con referencia en primera instancia a la figura 1, se ilustra en general mediante el número de referencia 10 el rotor de una máquina giratoria, por ejemplo un alternador o un alternador-motor de arranque. Preferiblemente, esta máquina se destinará para funcionar en un automóvil.

Como es conocido en la técnica, un alternador-motor de arranque es una máquina eléctrica giratoria capaz de trabajar de manera reversible, ya que por una parte puede ser un generador eléctrico-cumplir una función de alternador y, por otra parte, ser un motor eléctrico que sirva para arrancar el motor térmico de un automóvil. Un alternador-motor de arranque de esta naturaleza se describe, por ejemplo, en el documento WO 01/69762, al cual se hará referencia para mayores precisiones. Sobre la vista lateral de la figura 1 , que ilustra un extremo axial del rotor, se puede apreciar claramente el contorno recortado del rotor. Como se puede apreciar sobre las figuras 3 y 4, la estructura de este rotor incluye un ensamble de chapas magnéticamente conductoras 11 , y todas estas chapas 11 tienen el mismo contorno. Las chapas 11 conforman un paquete de chapas recortadas y constituyen el cuerpo del rotor. Las chapas de forma generalmente circular ¡ncluyen una abertura central 110 para que puedan ser montadas sobre el eje o flecha 12 de rotación de la máquina. A un lado y otro del paquete de chapas ensambladas, hay dos piezas de sujeción o fijación designadas con el número general de referencia 13, y que también van montadas sobre el eje 12. Las piezas 13 son, en este caso, axialmente más gruesas que las chapas 11. Las piezas 13 y las chapas 11 están unidas en rotación con el eje 12. Específicamente, el eje 12 está rallado o grafilado para fijar las piezas 13 y las chapas 11 sobre el mismo durante la rotación.

Más adelante, se describirá el montaje, la forma y la función de estas piezas de sujeción. En la modalidad descrita, cada una de estas piezas de sujeción 13 está constituida por dos elementos montados sobre el eje 12 alrededor de las chapas, esto es, del centro hacia el exterior del rotor: 5 • un casquete 131 que está en contacto directo con las chapas 11 , y que se ilustra con mayor claridad en la figura 10. Cada uno de los dos casquetes está hecho de un material ferromagnético (por ejemplo de • acero) en esta modalidad en particular; • y un disco 132 que encuadra axialmente las chapas 11 y 10 los casquetes 131 , y que se ilustra con mayor claridad en la figura 5. Los dos discos 132 están hechos de un material no magnético como por ejemplo el aluminio, y en este caso son axialmente más gruesos que los casquetes 131. Las chapas, los dos casquetes y los dos discos se montan sobre el eje 12, que está grafilado para que las piezas antes mencionadas se fijen y 15 giren sobre el mismo. En este caso, los casquetes 131 tienen en su centro un núcleo o cubo 1312 dirigido axialmente en dirección opuesta a las chapas 11 para fijarse en rotación sobre el grafilado del eje 12. Los núcleos o cubos 1312 sirven asimismo para el calado ó acuñamiento axial; una pieza de bloqueo (sin 'w ¡ número de referencia) metida a presión sobre el grafilado del eje 12, ejerce un 20 bloqueo axial en un sentido. Esta pieza está adaptada para trabajar junto con el anillo interno de un cojinete de bolas (figura 14). En el otro sentido, el bloqueo se lleva a cabo mediante una saliente del eje 12.

Con referencia a la figura 10, se ilustra una vista en alzado, siguiendo la dirección axial del rotor, de un casquete 131. Este casquete tiene el mismo contorno ó configuración que cada una de las chapas 11 , y es axialmente más grueso que una chapa 11. Este contorno, de forma recortada, 5 tiene una configuración generalmente circular e incluye unos polos 1310 y 1311 , dispuestos en alternancia siguiendo una dirección ortorradial, y que sobresalen del centro del casquete hacia su periferia. Lo mismo sucede con • las chapas 11. El ensamble del casquete está hecho de una sola pieza y conforma una pieza con simetría central. 10 Cada polo 1310 está constituido por un brazo que se extiende en dirección radial hacia la periferia extema del casquete, y en esta zona el polo 1310 antes mencionado está rematado por un retorno saliente 13100 ubicado en su extremo, y que se puede apreciar mejor sobre la vista en corte de la figura 11. 15 Este retorno está orientado prácticamente a 90° con respecto al brazo del polo 1310, de tal forma que se encuentre en una posición paralela al eje de rotación cuando el casquete sea montado sobre el eje. Cuando los elementos del rotor son armados, los retornos 1310 se extienden axialmente en dirección inversa a las chapas del rotor. 20 No obstante, cabe señalar que es igualmente posible concebir un retorno 13100 con una orientación no pefendicular al brazo del polo 1310, sino ligeramente entrante hacia el eje de rotación de la máquina, conformando un ángulo a, que puede ser de unos 9° y seguir la dirección del eje de simetría del casquete, como se puede apreciar en la figura 3. Esta disposición tiene la ventaja de proteger al rotor de un contacto inoportuno, brusco o violento con el estator, en caso de una sacudida 5 o de un brinco de la máquina. La función de este retorno 13100 es retener en dirección radial un devanado 14 eléctricamente conductor, que está enrollado alrededor de cada polo saliente 1310 (figuras 1 a 3), contrarrestando la fuerza centrífuga que experimenta el devanado durante la rotación de la máquina. La 10 orientación específica otorgada al retorno 13100 sobre la figura 3 permite mejorar todavía más la eficacia de esta retención. Volviendo a las figuras que ilustran específicamente el casquete, • en la figura 13 se puede apreciar el extremo de un polo 1310 visto siguiendo la dirección XIII paralela al brazo del polo. 15 En este figura se puede constatar asimismo que el retorno 13100 tiene una forma puntiaguda, en este caso trapezoidal, con una punta 13101 ubicada en el extremo del retorno, y una base 13102 unida al brazo del polo. Esto permite disminuir la masa del retorno 13100 ubicado sobre la periferia del Jfe rotor, y mejorar los desempeños de inercia de la máquina. 20 Los polos 1311 del casquete están constituidos, a su vez, por un brazo que se extiende radialmente sobre la misma longitud que los brazos de los polos 1310, pero que incluye un espacio o libramiento 13110 destinado a alojar al menos un imán permanente. Para estos efectos, el libramiento 13110 tiene una longitud reducida sobre su periferia externa para conformar unas salientes de sujeción del imán permanente antes mencionado. Los libramientos 13110 se extienden prácticamente sobre toda la longitud de los polos 1311 ; están abiertos sobre la periferia externa de los 5 polos 1311 y por tanto del casquete 131 , de tal forma que el flujo del o de los imanes contenidos dentro de cada libramiento pueda circular directamente en el entrehierro de la máquina que separa el rotor del estator (sin número de • referencia), lo que mejora las cualidades de la máquina. Del otro lado, siguiendo la dirección radial, los libramientos 10 13110 están cerrados sobre su periferia interna por el núcleo ó cubo 1312 del casquete, de manera que son tuertos, esto es, están abiertos únicamente hacia el exterior. • Estos libramientos tuertos se vuelven a encontrar sobre las chapas 11 , que tienen el mismo contorno que los casquetes 131. 15 En esta modalidad, cada libramiento 13110 conforma un alojamiento, que contiene no sólo un imán, sino dos imanes permanentes superpuestos radialmente para generar un flujo magnético ortorradial como se describe en el documento WO 00/57534, al que se hará referencia para mayores precisiones. ^ 20 De esta manera, como se puede apreciar mejor en la figura 3, cada libramiento 13110 aloja un imán permanente de ferrita 15 ubicado en la proximidad del núcleo central 1312 del casquete 131, coronado por otro imán de tierras raras 16, cuya superficie se ubica cerca del entrehierro de la máquina. Cuando se dispone de un imán de tierras raras sobre la periferia de un libramiento abierto sobre la banda o anillo externo del rotor, se 5 incrementa aún más la calidad de los flujos magnéticos, y mejora el funcionamiento de la máquina. Al describir la periferia del casquete, encontramos que hay • cuatro pares de polos 1310 y 1311 , y estos polos 1310 y 1311 están alternados circunferencialmente, y cada polo consecutivo está separado por 10 unos espacios o libramientos 1313. Para mayor precisión, un polo 1310 está ubicado entre dos polos 1311 consecutivos; los libramientos 1313 están dispuestos a un lado y otro del polo 1310 y cada libramiento está delimitado por el polo 1310 y el polo 1311 respectivo. De conformidad con la invención, se puede disponer de una 15 cantidad dada de pares de polos 1310 salientes que habrán de alojar un devanado de excitación 14 aprovechando los libramientos 1313, y unos polos 1311 salientes destinados a alojar, aprovechando los libramientos 13110, al menos un ¡man permanente. Tal y como se desprende de la descripción y de los dibujos, cada 20 polo 13110 está en realidad divido en dos polos mediante el libramiento 13110; cada imán permanente está montado entre dos polos, de tal forma que, en este caso, la máquina incluye 12 polos.

* El casquete 131 tiene asimismo, a un lado y otro de un I * libramiento 13110, dos orificios 1314 que atraviesan sobre cada polo 1311 , con el fin de permitir la introducción de unos tornillos 17, que atraviesan las chapas y los dos casquetes que las rodean, al igual que los dos discos 132 5 que también incluyen unos orificios correspondientes, y los tornillos son asegurados mediante unas tuercas 171 , de manera que las chapas, los casquetes y los discos quedan fijados alrededor del eje 12.

• Los orificios 1314 pueden estar dispuestos de manera distinta con el objeto de garantizar la correcta fijación del ensamble; sin embargo, 10 como se podrá apreciar con mayor detalle más adelante, también cumplen la función de fijar sobre el exterior de los discos los alabes o paletas del ventilador 18 que, impulsadas por la rotación del disco junto con el ensamble, ^B crean una circulación de aire que permite prevenir un calentamiento excesivo de los devanados 14, cuyos topes elásticos en el extremo sobresalen 15 axialmente con respecto a los casquetes. Cabe precisar que cuando se utiliza en el presente el término "exterior", sin hacer mención de la dirección, esto significa generalmente que está girado en sentido opuesto al centro del rotor, siguiendo la dirección axial ^L (esto es, del lado opuesto al paquete de chapas 11 ), y el término "interior" 20 significa que está girado hacia el centro siguiendo la dirección axial (esto es, hacia el paquete de chapas).

De esta manera, los orificios 1314 se ubicarán preferiblemente cerca de la periferia externa del casquete y de las chapas. La ubicación de las paletas 18 permite asimismo, como se puede apreciar en la figura 14, enfriar lo mejor posible los distintos devanados de excitación integrados sobre el estator de la máquina, y es posible modificar la forma y la disposición de estas paletas para generar una circulación de aire que incluya un componente axial y un componente radial. Para garantizar ia correcta ubicación de las paletas 18 sobre el disco, así como su inmovilización, particularmente durante la rotación, las aletas 1321 de los discos 132 cuentan con unos achaflanados 13210 que sobresalen en su cara o superficie externa; estos achaflanados permiten calar la posición de las paletas en esta modalidad, en la que las paletas están fijadas sobre los discos mediante tornillos. Es posible asimismo fijar las paletas sobre los discos utilizando cualquier otro medio conocido en la técnica (soldadura, etc.), o que las paletas provengan de un mismo molde junto con el disco que les da soporte (figura 15). El casquete tiene además, sobre su región central, cuatro orificios adicionales 1315 que lo atraviesan y que no cumplen una función de fijación, sino que permiten optimizar la oclusión de las líneas- de fuerza o de campo dentro del rotor, evitando así su difusión hacia la región central del rotor. Como se mencionó anteriormente, las chapas 11 tienen el mismo contorno que el casquete, de tal forma que coinciden no solamente los "t .i polos salientes correspondientes a los polos 1310 y 1311 , ' orificios correspondientes a los orificios 1314 y 1315. El casquete cumple además, por tanto, la función de una chapa de extremo axial, que cuenta con unos medios de sujeción o retención radial 5 de los devanados 14. No obstante, el casquete es más grueso que las chapas 11. El casquete permanece hacia atrás del disco siguiendo la dirección axial, hacia el centro del rotor, de manera que los devanados 14 enrollados alrededor de los polos salientes del casquete y de las chapas no 10 rebasen axialmente la superficie del disco hacia el exterior, como se ¡lustra en la figura 3. Los devanados 14 son devanados de excitación conectados de manera conocida en la técnica a un regulador de tensión o voltaje. Estos devanados 14, de conformidad con una característica de la invención, cuentan con unas cabezas conocidas comúnmente como topes elásticos, que se 15 insertan dentro de los espacios o libramientos 1323 de los discos 132 no magnéticos. Los retornos 13100 retienen por tanto a los topes elásticos de los devanados 14. El disco 132 cuenta a su vez, como se describió anteriormente, ^L con unas paletas del ventilador 18 y constituye de conformidad con una 20 característica de la invención la parte no magnética de la pieza de sujeción o fijación 13. El disco permite asimismo mantener dentro de los espacios 13110, siguiendo la dirección axial, los imanes 15 y 16, que están alojados — *— Jütüt ...^- axialmente en las cavidades conformadas por estos espacios o libramientos, y que además se mantienen en la dirección radial mediante los retornos R de los extremos de los polos 1310 y 1311 , orientados hacia la dirección circunferencial del rotor. 5 Además, los espacios o libramientos 13110 pueden estar coronados con unas laminillas de aluminio L que contribuyen a retener los imanes, contrarrestando la fuerza centrífuga. Como los discos están hechos de un material no magnético, no permiten que las líneas del campo se cierren en los extremos axiales del rotor. 10 Como se ilustra en la figura 5, el disco 132 incluye cuatro aletas 1321 distribuidas regularmente alrededor de un núcleo ó cubo central 1322, esto es, en una cantidad igual a la cantidad de cavidades 13110 que alojan a • los imanes. Las aletas están separadas por unos espacios 1323. Las aletas también tienen unos orificios de fijación 1324 que se 15 colocan frente a los orificios 1314, y en estos orificios sobrepuestos se insertan unos tornillos 17 que sirven además para fijar las paletas 18 sobre las aletas del disco. De esta forma, las aletas 1321 del disco bloquean axialmente los imanes que se ubican dentro de sus cavidades 13110, mientras que los ^BF^ 20 espacios o libramientos 1323 entre estas aletas dejan desbloqueados los polos salientes 1310 y los topes elásticos de los devanados 14 que estos llevan, como se puede apreciar en las figuras 1 y 2.

De esta manera se constituye un rotor que incluye circunferencfalmente y en alternancia unos imanes permanentes y unos devanados de excitación, lo que permite reducir las dimensiones radiales déla máquina. 5 En esta configuración, los devanados están bien expuestos a la corriente de aire generada por las paletas del ventilador 18, y por tanto son enfriados correctamente.

• Se puede apreciar, por tanto, que el disco 132 cumple en realidad con tres funciones: 10 • mantener los ¡manes 15 y 16 dentro de los alojamientos 13110; • soportar las paletas del ventilador 18; • • y proteger en dirección axial los topes elásticos de los devanados 14, que no rebasan axialmente las aletas del disco co o 15 consecuencia del decalaje o desfasaje entre las entre las superficies del casquete y del disco, siguiendo esta dirección.

El disco 132, que en este caso es más grueso que los casquetes 131 , cumple con la función adicional de realizar el equilibrado dinámico de la máquina. Se elimina material, por ejemplo mediante perforaciones, en los ^J 20 lugares deseados.

En otra modalidad, el enfriamiento de los devanados puede realizarse no por ventilación, sino mediante la circulación de agua a través del interior del soporte del estator sobre el cual se apoya de manera conocida en Fa técnica la máquina eléctrica giratoria, como se descpbe pQff*ejemp.o en el documento DE 100 19 914. Es posible, asimismo, incluir ambos tipos de sistemas de enfriamiento, esto es, por aire y por agua. Por otra parte, los devanados 14 conforman en realidad un solo 5 devanado, que puede ser realizado colocando en serie y/o en paralelo los cuatros devanados 14, en función de las aplicaciones previstas. En las figuras 1 y 2, los devanados de los distintos polos • salientes 1310 están conectados en serie mediante un mismo alambre eléctricamente conductor 140. 10 Para pasar de un polo 1310 al polo siguiente, el alambre 140 debe rodear las aletas de los discos por el exterior (además, los discos están plaqueados o chapeados axialmente sobre el casquete por la unión mediante ^? ^ los tornillos 17 realizada para bloquear los imanes). Para que el alambre no sobresalga en dirección axial fuera del 15 rotor como consecuencia de este contorneo, y para que este alambre pueda resistir la fuerza centrífuga aplicada sobre el mismo cuando el rotor gira, las aletas 1321 del disco 132 cuentan sobre su superficie exterior con unas ranuras 135 que permiten que el alambre 140 pase a través del espesor del disco. En otra modalidad, las ranuras se encuentran sobre la cara o superficie ^ 20 interna del disco 132. Sobre las figuras se puede constatar que estas ranuras tienen una orientación oblicua para que estén alineadas con el alambre 140. Algunas aletas del disco pueden, de esta manera, incluir una sola ranura oblicua, otras incluyen sobre su superficie externa dos ranuras oblicuas cruzadas. Al incluir ranuras oblicuas cruzadas, se permite poner el mismo disco en funcionamiento, utilizando distintas orientaciones del alambre 140, 5 evitando así tener que usar discos distintos. La figura 14 ilustra un corte o sección radial de una máquina de conformidad con la invención, en la que un rotor 10 como el antes descrito # está montado sobre el eje 12; el rotor está rodeado por un estator 2000, y hay un entrehierro radial entre la periferia interna del estator y la periferia externa 10 del rotor. En esta modalidad, el disco y el casquete constituyen dos piezas distintas. Es posible asimismo y de conformidad con la invención unir estas piezas para conformar una sola pieza de sujeción o fijación 13, como se 15 ilustra, por ejemplo, más adelante en las figuras 15 y 16. En una modalidad, la fijación de las chapas 11 y de las piezas 13 se realiza mediante remaches. En el caso en que el disco y el casquete conforman una única pieza de fijación 13, esta pieza deberá hacerse de un material no magnético para evitar la oclusión de las líneas del campo magnético en los extremos ^^^ 20 axiales del rotor. En este caso, los retornos 13100 se ubicarán directamente sobre ia pieza de fijación única 13 que conforma el disco y el casquete.

Se puede apreciar que la máquina de conformidad con la invención permite obtener una eficacia y una suavidad importante, en particular gracias a la distribución uniforme de las líneas del campo siguiendo la dirección axial (rotor de chapas apiladas y no de uñas o garras, excitación mixta del rotor), y proporciona un enfriamiento importante y eficaz de la máquina gracias a las paletas del ventilador. Cabe señalar que estas paletas pueden tener tamaños y configuraciones distintas y adaptadas a la máquina y a los devanados en particular, y su cantidad por aleta de disco también puede variar. Es posible imaginar asimismo otros medios de enfriamiento de los devanados, tales como dos ventiladores montados sobre el eje de la máquina a un lado y otro del rotor, impulsados y puestos a girar por el eje mismo (a una velocidad igual a la velocidad de rotación del rotor, o distinta, para incrementar el viento relativo entre las paletas del ventilador y los devanados del rotor). En este último caso, existirá preferiblemente un espacio en la dirección axial entre cada uno de los dos ventiladores y el rotor, con el fin de no afectar los topes elásticos de los devanados. Es posible, asimismo, que las paletas estén empalmadas con los polos del casquete, en el caso en que las piezas de fijación 13 incluyan, como en la descripción anterior, un casquete y un disco.

La máquina descrita puede incluir un puente de diodos o un puente de transistores, o un puente mixto (diodos-transistores) integrado a la máquina o separado de la misma. Finalmente, los devanados de excitación pueden estar hechos d de un alambre 140 metálico de sección redonda o de sección cuadrada. El estator de la máquina puede incluir unos devanados de excitación, por ejemplo dos devanados trifásicos desfasados en 30° para reducir las ondulaciones de tensión y de ruido magnético. Este estator, designado con el número de referencia 2000 en la 10 figura 14, incluye un cuerpo que cuenta con un paquete de chapas y este paquete de chapas tiene en su interior unas muescas para el montaje de los devanados del inducido, que pueden incluir unos elementos eléctricamente conductores en la forma de alambres metálicos redondos o de horquillas. Ejemplos de estas horquillas se describen en los documentos WO 92-106527 td O PCT/FR 01/04147. Las horquillas pueden tener, por ejemplo, una configuración general de U, y en una modalidad pueden tener una sección rectangular.

En una modalidad, cada fase del estator incluye dos devanados desfasados en 30° como se mencionó anteriormente, de tal forma que la >W^ 20 cantidad de muescas del estator aumenta, con relación a la cantidad descrita en el documento WO-92 106527. En otra modalidad, los devanados se montan en paralelo, para que el estator cuente con dos series de devanados trifásicos desfasados eléctricamente en 30°, como se describe en el documento PCT/FR 01/04147 antes mencionado. De manera general, tos devanados polifásicos del estator con horquillas pueden incluir una muesca por polo y por fase o dos muescas por polo y por fase con distintas cantidades de espiras o vueltas, por ejemplo de 1 a 16, dependiendo de las aplicaciones deseadas. Si hay pocas espiras o vueltas, quizá sea necesario tener varias horquillas en paralelo. Las salidas de las fases están conectadas con un puente de elementos rectificadores, por ejemplo un puente de diodos (sin número de referencia en la figura 14) ubicado sobre el cojinete o soporte posterior 2001 , y este soporte posterior lleva además en su porción central un rodamiento para soportar el extremo posterior del eje o flecha 12, que cuenta con unos anillos colectores que trabajan junto con unas escobillas acopladas a un portaescobillas que se puede ver parcialmente en la figura 14. El puente está montado de manera conocida en la técnica entre la masa o tierra y una línea de alimentación eléctrica conectada con el borne positivo de la batería y que forma parte de un dispositivo de alimentación eléctrica para la red del tablero de mando de un automóvil. Como ya es sabido en la técnica, las fases del estator forman parte del inducido del alternador, de manera que se genera una corriente alterna que deberá rectificarse para recargar la batería del vehículo y alimentar los dispositivos consumidores de electricidad del automóvil. En una modalidad, los elementos rectificadores consisten en unos transistores de tipo MOS, particularmente cuando la máquina eléctrica giratoria es un alternador-motor de arranque, como el que se describe por ejemplo en el documento FR A 2 746 445. En este caso, el puente es un puente rectificador y además un puente de mando ó accionamiento. En otra modalidad, como se describe en el documento WO 01/76062, se han previsto dos fuentes de alimentación. Cada una de estas fuentes incluye al menos un d devanado del inducido soportado por el estator, un puente de elementos rectificadores y un puente auxiliar de elementos rectificadores, respectivamente de tipo positivo y negativo. Se incluyen unos medios para « conectar los dos puentes auxiliares. Estos medios están adaptados para que, en una primera función, conecten en serie los dos puentes auxiliares y, en una 10 segunda función, bloqueen la conexión entre los dos puentes auxiliares de tal forma que las dos fuentes alimenten en paralelo la línea de alimentación eléctrica de la red del tablero de mando del vehículo. El cojinete o soporte posterior 2001 está empalmado con un soporte delantero 2002, por ejemplo mediante unos tirantes no visibles sobre 1d esta figura, para conformar un soporte fijo para el estator 2002, y el soporte delantero lleva igualmente en su porción central un rodamiento o cojinete de bolas que da soporte al extremo delantero giratorio del eje o flecha 12 sobre el cual está fijada la polea de accionamiento (sin número de referencia) acoplada ¡ al motor de combustión interna del automóvil mediante una transmisión que 20 incluye una banda o correa. La máquina giratoria de conformidad con la invención puede tener un estator y unos cojinetes o soportes con estructura similar a la de los alternadores convencionales, como el descrito en el documento EP-0615259, al cual se hará referencia para mayores precisiones; los soportes 2001 y 2002 están perforados o calados para permitir la circulación del aire hacia el interior de la máquina. La máquina de conformidad con la invención es por tanto compacta o de bloqueo reducido, y no obstante tiene una gran potencia eléctrica y es poco ruidosa. Esta máquina puede girar a grandes velocidades de rotación. En otra modalidad, los soportes 2001 y 2002, esto es, el soporte integral del estator, pueden incluir dos canales para permitir la circulación de un fluido de enfriamiento de la máquina. Esta máquina está bien adaptada para funcionar bajo distintas tensiones o voltajes, con una red del tablero de mando de ya sea 42V, 150V ó 216V, para las aplicaciones de vehículos de tipo híbrido. En otra modalidad, la máquina puede operar a una tensión superior y dar arranque al vehículo, como se describe en el documento DE C 41 39 843, al que se hará referencia para mayores precisiones. Es posible asimismo que los imanes permanentes, en otra configuración de la máquina híbrida, estén distribuidos radialmente para generar un flujo magnético radial como se describe en el documento US-A-6 147 429, al que se hará referencia para mayores precisiones. En este caso, los alojamientos de los imanes permanentes tienen una orientación circunferencial y están cerrados sobre la periferia externa del rotor. Esto se puede apreciar en las figuras 15 y 16, en las que los imanes permanentes 116 están insertados dentro de unos alojamientos 1160 reaíteados sobre las chapas 11. Preferiblemente, en estas figuras 1d y 16, entre dos polos consecutivos de ¡manes permanentes, por ejemplo de tipo norte, se tiene la d configuración siguiente sobre la perifepa externa del rotor: un polo con imán permanente norte, un polo sin nada, un polo devanado como el polo 1311 , un polo sin nada y un polo con un imán permanente norte. Cuando el devanado 14 no es excitado, el flujo magnético 0 generado por los imanes pasa por el estator dotado de muescas, de tal forma que el rotor presenta sobre su periferia externa, entre dos polos norte ' consecutivos/tres polos sur. Cuando el devanado 14 es excitado, el polo sur central se convierte entonces en un polo norte. Como se describe en el documento US-A- 6 147 429, en las d figuras 1d y 16 este motivo ó configuración NSSS se repite en cuatro ocasiones, lo que corresponde a 16 polos. En otra modalidad se ¡ncluyen tres devanados 14 y la máquina cuenta con 12 polos. Todas las configuraciones del documento antes mencionado son aplicables. En las figuras 1d y 16, la máquina cuenta con cuatro devanados 0 14 conectados, de conformidad con las aplicaciones, todos en serie, todos en paralelo ó en serié paralela. En estas figuras, la pieza de sujeción o fijación presenta únicamente un elemento, esto es, un disco 13220 mulfifuncional y no magnético. Este disco está hecho con base en aluminio y presenta sobre su "periferia externa unas prolongaciones axiales 13111 dirigidas en sentido Inverso con respecto al paquete de chapas 11 del rotor y conformada para retener los devanados de excitación, con el objeto de contrarrestar la acción 5 de la fuerza centrífuga. La parte del extremo de estas prolongaciones está inclinada en dirección al eje de rotación de la máquina, en este caso siguiendo un ángulo * de 9o. Las prolongaciones 13111 , de forma puntiaguda, por ejemplo 10 trapezoidal, constituyen el borde superior de las ventanas que delimitan unos espacios o alojamientos 13130, donde se insertan los topes elásticos de los devanados de excitación 14. Estas ventanas tienen unos achaflanados 13240 dotados de agujeros roscados con macho ó fileteados interiormente (sin número de ' 1d referencia). De esta manera, se han previsto cuatro ventanas y cuatro achaflanados 13240. Estos achaflanados sirven para fijar los ventiladores 1118. Estos ventiladores son del tipo convencional e incluyen por tanto un disco que lleva sobre su periferia externa unas paletas para generar un flujo !^r 20 axial y/o radial. Los discos se fijan sobre los achaflanados 13240 utilizando unos lomillos 1117, que atraviesan los agujeros roscados con macho de los achaflanados. En otra modalidad, la fijación se realiza mediante remaches.

Unas piezas 13241 y 3242 ínms izah axialmente el paquete de chapas 11 , y tienen sobre su periferia externa unos alojamientos 1160 cerrados circunferencialmente para alojar los imanes permanentes 116. Estas piezas 13241 y 13242 están acopladas sobre el rallado ó moleteado central 6 Uel eje 12, que presenta sobre uno de sus extremos 13243 una cavidad tuerta dotada de unos dentados internos múltiples para fijar la polea del alternador, de manera conocida en la técnica. Cada disco 13220 presenta asimismo unas zonas 13230 para el equilibrado dinámico de la máquina. 10 Entre dos ventanas, hay una paletas 118 que provienen del mismo molde y conforman una sola pieza junto con el disco. La máquina incluye dos series de paletas, esto es, las paletas 118 y las paletas o alabes de los ventiladores 118. Estas paletas están . montadas circunferencialmente y de manera alternada, y están desfasadas 16 axialmente de manera que los ventiladores 118 no interfieran con los devanados 14. El disco 13220 protege por tanto axialmente los devanados 14, al igual que en las figuras anteriores. Centralmente, los discos presentan unas aberturas de forma oblonga alineadas con otras aberturas oblongas correspondientes sobre las 20 chapas 11 , para facilitar el enfriamiento. Los imanes permanentes 116 están bloqueados axialmente por tos disGos 13220 que tienen unos pasajes 1324, al igual que las chapas, para la introducción de unos tornillos de fijación 17, en este caso con forma de airante, como en la figura 4; las tuercas 171 se apoyan sobre el disco 13220 correspondiente. En otra modalidad, el paquete de chapas se fija mediante abotonamiento y el conjunto ventilador 118-disco 13220 se fija mediante d remaches sobre las chapas 11. En otra modalidad, el disco 13220 y el ventilador 118 provienen de una sola pieza, realizada por ejemplo mediante un vaciado en molde. Los imanes permanentes 116 son retenidos axialmente por los discos al nivel de las zonas que presentan las paletas 118. 10 En la figura 16, se ilustran con el número de referencia 132360 dos anillos colectores sobre los cuales hacen fricción, de manera conocida en la técnica, unas escobillas soportadas por un portaescobillas y conectadas a # un regulador de tensión o voltaje también incluido en la máquina. Estos anillos están conectados mediante unos alambres 132351 15 con los extremos de tos devanados de excitación 14, uno de los cuales está ilustrado esquemáticamente en la figura 16; las ranuras de paso de los alambres de conexión entre los devanados 14 se ubican sobre la cara o superficie interna de los discos, esto es, la cara que da hacia el paquete de chapas 11. ^^^ 20 Todas estas combinaciones son posibles. En la figura 16, por ejemplo, las ranuras de paso de los alambres de conexión se ubican sobre la cara o superficie externa del disco 13220.

Los alojamientos 1160 tienen, por ejemplo, una forma oblonga o una forma rectangular para poder montar unos imanes permanentes de forma rectangular más económicos. En otra modalidad, los ¡manes permanentes de forma rectangular están montados dentro de unos alojamientos de sección trapezoidal para facilitar la fijación de los imanes, pegándolos con un barniz de impregnación aplicado sobre los dos triángulos en los extremos de los alojamientos 1160 no ocupados por los imanes. Para ello, se requiere crear sobre los discos 13220 unos agujeros que permitan el acceso a estos triángulos. :flp ^*

Claims (10)

NOVEDAD BWEA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Una máquina eléctrica giratoria, particularmente un alternador o un alternador-motor de arranque para automóviles, que incluye un estator ^ que rodea un rotor 10 dotado de un paquete de chapas 11 , un entrehierro entre el estator y el rotor, unos imanes permanentes 15 y 16 integrados al rotor y unos devanados de excitación 14 también integrados al rotor, caracterizada porque los devanados de excitación están enrollados alrededor de los potos salientes 1310 recortados sobre el paquete de chapas del rotor y los imanes permanentes están insertados dentro de unos alojamientos 13110, 1160 realizados en el paquete de chapas del rotor, y caracterizada porque estos alojamientos 13110 están cerrados axialmente sobre cada uno de sus extremos mediante una pieza de sujeción o fijación 13 dotada de una parte no magnética 132, 13220 destinada a topar con los imanes, y caracterizada porque la pieza de fijación presenta unos espacios o libramientos 1323 para atojar unos topes elásticos de los devanados de excitación.

2.- La máquina de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque la pieza de fijación presenta sobre su periferia externa unas prolongaciones axiales 13100 y 13111 dirigidas en sentido inverso con respecto al paquete de chapas 11 del rotor y conformadas para retener los devanados de excitación 14, contrarrestando la acción de la fuerza centrífuga.

3.- La máquina de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada además porque la parte del extremo de las prolongaciones d antes mendonadas está inclinada en dirección al eje de rotación de la máquina.

4.- La máquina de conformidad con la reivindicación 3, caracterizada además porque las prolongaciones antes mencionadas 13100 y 13111 tienen una forma puntiaguda, por ejemplo trapezoidal. 10

5.- La máquina de conformidad con la reivindicación 3, caracterizada además porque las prolongaciones antes mencionadas están soportadas por un casquete 131 ferromagnético de extremo, que tiene la t misma forma que las chapas, y este casquete está intercalado entre el paquete de chapas y un disco 132 no magnético, y el casquete y el disco fd constituyen en su conjunto la pieza de sujeción o fijación 13.

6.- La máquina de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque la pieza de fijación 13 cuenta con unos alabes o patetas 18, 118, 1118 de ventilación, y caracterizada además porque estas paletas se extienden y sobresalen desde la pieza de fijación. W? 20

7.- La máquina de conformidad con la reivindicación anterior, caracterizada además porque las paletas 118 provienen de un mismo molde junto con la pieza de fijación.

8.- La máquina de "conformidad con la reivindicación 6, caracterizada además porgue las paletas están insertadas Sf bre la pieza de fijación.

9.- La máquina de conformidad con la reivindicación anterior, d caracterizada además porque la superficie de la pieza de fijación presenta Linos achaflanados para mantener o sujetar las paletas.

10.- La máquina de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque la superficie del disco cuenta con unas ranuras 1326 para alojar un alambre 140 de los devanados de excitación durante el 0 paso de este alambre de un devanado a otro.