MXPA04012142A - Motor electrico de iman permanente giratorio con espacio de aire variante entre los elementos de rotor y estator en interfaz. - Google Patents

Abstract

Un motor de iman permanente esta configurado con una variacion selectiva de la distancia radial entre un par de interfaz de iman permanente de rotor y polo de estator a lo largo de la longitud circunferencial del par; los efectos de la torsion de desbaste en la configuracion global de torsion se puede controlar estableciendo un perfil de variacion de espacio de aire apropiado; las superficies del iman de rotor y del polo de estator pueden estar inclinadas con creacion entre si, el angulo que se forma en medio es seleccionado para obtener una compensacion de torsion de desbaste deseada otros perfiles de variacion de espacio de aire pueden incluir el aprovisionamiento de superficies concavas, con opcion a seleccionar el grado de concavidad.

Description

MOTOR ELECTRICO DE IMAN PERMANENTE GIRATORIO CON ESPACIO DE AIRE VARIANTE ENTRE LOS ELEMENTOS DE ROTOR Y ESTATOR EN INTERFAZ CAMPO DE LA INVENCION La presente invención se refiere a motores eléctricos giratorios, muy particularmente a un motor de imán permanente que tiene un espacio de aire radial de dimensión variante entre los polos del estator y los imanes permanentes del rotor en interfaz .

ANTECEDENTES DE LA INVENCION La solicitud de patente EUA relacionada copendiente antes identificada de Maslov et al., número 09/826,423, identifica y se enfoca en la necesidad de un motor mejorado que sirva para la manufactura simplificada y que tenga la capacidad de características operativas eficientes y flexibles. En un ambiente de conducción de vehículo, por ejemplo, es muy deseable alcanzar una operación sua e sobre un amplio rango de velocidades, al mismo tiempo que se mantiene una capacidad de resultado de alta torsión con un consumo de potencia mínimo. Dicho accionamiento por motor del vehículo debería proveer convenientemente una capacidad de acceso fácil a los diversos componentes estructurales para el reemplazo de partes con un mínimo de inconveniencia. Las solicitudes EUA relacionadas copendientes antes identificadas describen la formación de segmentos de núcleo electromagnético como estructuras permeables aisladas magnéticamente configuradas en un anillo anular. Con dichas disposiciones, el flujo se puede concentrar para proveer efectos convenientes en comparación con modalidades de la técnica anterior. Como se describió en las solicitudes de Maslov et al., antes mencionadas, el aislamiento de los segmentos de núcleo electromagnético permite la concentración individual de flujo en los núcleos magnéticos, con un mínimo de pérdida de flujo o efectos perjudiciales de interferencia de transformador de la interacción con otros elementos electromagnéticos. Se pueden obtener ventajas operativas configurando un solo par de polo como un grupo electromagnético aislado. El aislamiento de la trayectoria magnética del par de polos individual de otros grupos de polos, elimina un efecto de transformador de flujo en un grupo adyacente cuando se cambia la energización de los bobinados del par de polos. La falta de polos adicionales dentro del grupo evita cualesquiera de dichos efectos dentro de un grupo. Beneficios adicionales se describen a partir de la utilización de tres aspectos dimensionales de la estructura de motor, tal como una configuración estructural en donde los ¦ polos de estator axialmente alineados y los imanes de rotor axialmente alineados proveen una distribución de densidad de flujo altamente concentrada en el espacio de aire activo de la máquina. Dicha configuración provee un mayor número de polos con las mismas áreas de superficie de espacio de aire activo individual y/o una mayor área de superficie de espacio de aire activo total que ios motores convencionales que tienen el mismo diámetro de espacio de aire. Además de los beneficios de la concentración de flujo que se pueden obtener con las configuraciones que se describieron anteriormente, materiales magnéticos de neodimio-fierro-boro (NdFeB) recientemente introducidos pueden producir concentraciones de flujo más grandes que otros materiales magnéticos permanentes previamente empleados en máquinas sin escobillas, incrementando asi la capacidad de producción de torsión. El uso de imanes permanentes que producen alta densidad en motores que comprenden un gran número de polos, presenta una preocupación por mejorar los efectos no deseados que se pueden introducir mediante la torsión de desbaste. La torsión de desbaste es producida por la atracción magnética entre los imanes permanentes montados al motor y aquellos polos de estator que no están en un estado selectivamente magnetizado. Esta atracción tiende a mover el imán del rotor a una posición de equilibrio opuesta a un polo de estator para reducir al mínimo la reluctancia existente en medio. Conforme el motor es accionado para que gire mediante la energización del estator, la magnitud y dirección de la torsión de desbaste producida por la interacción del imán con segmentos electromagnéticos no energizados, cambia periódicamente para oponerse y, alternativamente, agregarse a la torsión producida por los segmentos de estator energizados. En la ausencia de compensación, la torsión de desbaste puede cambiar la dirección de una manera abrupta con la rotación del rotor. Si la torsión de desbaste es de magnitud significativa, ésta se convierte en un impedimento giratorio, asi como una fuente de vibración mecánica que es perjudicial para los objetivos de control de velocidad de precisión y la operación suave . Como ilustración del desarrollo de la torsión de desbaste, se considera un motor tal como el que se describe en la solicitud copendiente número 09/826,422, presentada el 5 de abril de 2001. La descripción detallada de esa solicitud se ha incorporado en la presente invención. La figura 1 es una vista ejemplar que muestra los elementos de rotor y estator. El elemento de rotor 20 es una estructura de anillo anular que tiene imanes permanentes 21 separados entre si y sustancialmente distribuidos de manera uniforme a lo largo de una placa posterior cilindrica 25. Los imanes permanentes son polos de rotor que alternan en polaridad magnética a lo largo de la periferia interior del anillo anular. El rotor rodea un elemento de estator 30, los elementos de rotor y estator están separados por un espacio de aire radial anular. El estator 30 comprende una pluralidad de segmentos de núcleo electromagnético de construcción uniforme que están distribuidos de manera uniforme a lo largo del espacio de aire. Cada segmento de núcleo comprende una estructura magnética generalmente en forma de U 36 que forma dos polos que tienen superficies 32 que quedan frente al espacio de aire. Las patas de los pares de polos están bobinadas con devanados 38, aunque el segmento de núcleo se puede construir para dar cabida a un solo devanado formado en una porción que enlaza el par de polos. Cada estructura de núcleo electromagnético de estator está separada, y magnéticamente aislada, de los elementos de núcleo de estator adyacentes. Los elementos de estator 36 están asegurados a una estructura de soporte no magnéticamente permeable, formando asi una configuración de anillo anular. Esta configuración elimina la emanación de efectos de flujo de transformador vagos de los grupos de polos de estator adyacentes. En la solicitud de patente antes mencionada se puede observar una estructura de soporte de estator apropiada, la cual no se ha ilustrado en la presente invención para que los elementos del motor activo se puedan apreciar de manera más clara. La figura 2 es un diagrama de un despliegue plano parcial de un motor, tal como el que se ilustra en la figura 1, con polos de estator que se muestran en relación con los imanes permanentes del rotor 21. Cada uno de los elementos de núcleo del estator 36 comprende un par de polos que tienen porciones base 31 y porciones de zapata polar 32. Los polos están integralmente enlazados entre si mediante una porción de enlace 33. Los devanados de energi zaci ón , que no se muestran, para cada par de polos pueden ser configurados de una manera muy conocida en las porciones base del polo o en la porción de enlace. La figura 3 es un despliegue plano parcial de dos elementos de núcleo de estator adyacentes 36, con superficies de polo 32 denominadas A-D, en relación con los imanes del rotor, denominados 0-5, durante la operación del motor. Las posiciones de los imanes del rotor se muestran en (A) -(C) para tres instantes de tiempo (t!-t3) durante un periodo en el cual el rotor se ha movido se izquierda a derecha. En el tiempo ti, el devanado para el par de polos de estator A-B es energizado con corrien e que fluye en una dirección para formar un polo sur fuerte en A y un polo norte fuerte en B. El devanado para el par de polos de estator C-D no está energizado. La posición del rotor se muestra en (A) . El imán norte 1 y el imán sur 2 traslapan el polo de estator A. El imán sur 2 y el imán norte 3 traslapan el polo de estator B. En ese momento, el imán 3 se está acercando a una posición de traslape con el polo C. El imán sur 4 está en alineación sustancial con el polo C y el imán norte 5 está en alineación sustancial con el polo D. En este momento, la torsión de motorismo es producida por la fuerza de atracción entre el polo sur A y el polo norte del imán 1, la fuerza de atracción entre el polo norte B y el polo sur del imán 2, y la fuerza de repulsión entre el polo norte B y el polo norte del imán 3. Los polos C y D tienen una magnetización norte y sur débil respectivamente causada por la atracción de los imanes 4 y 5. Esta atracción, que busca mantener una reluctancia mínima está en oposición a la torsión de accionamiento del motor. En el tiempo t2, el rotor se ha movido a la posición que se muestra en (B) . La energización de los devanados del par de polos A-B ha sido conmutada a apagado. Los devanados del par de polos C-D no están energizados. Los imanes 1 y 2 están sustancialmente en alineación con los polos A y B respectivamente. El imán norte 3 y el imán sur 4 traslapan el polo C. El imán sur 4 y el imán norte 5 traslapan el polo D. Los polos A y B tienen una magnetización sur y norte débil respectivamente. Los polos de estator C y D están influenciados por los imanes de rotor norte y sur. El polo C está en una trayectoria de flujo entre el polo norte del imán 3 y el polo sur del imán 4. El polo D está en una trayectoria de flujo entre el polo sur del imán 4 y el polo norte del imán 5. Una torsión de desbaste entonces ha dado como resultado las oposiciones de la torsión de accionamiento de motor y los cambios en magnitud conforme los imanes del rotor se mueven de una alineación directa con los polos de estator no energizados a una alineación parcial . En el tiempo ts, el rotor se ha movido a la posición que se muestra en (C) . La energización de los devanados del par de polos A-B se ha invertido, originando un polo norte fuerte en el polo A y un polo sur fuerte en B. Los devanados del par de polos C-D no están energizados. El imán norte 1 y el imán sur 2 traslapan el polo de estator B. El imán sur 0 y el imán norte 1 traslapan el polo de estator A. En este momento, el imán sur 2 se está acercando a una posición de traslape con el polo C. El imán norte 3 está en alineación sustancial con el polo C y el imán sur 4 está e alineación sustancial con el polo D. Como se describió anteriormente, la torsión de desbaste opuesta efectúa la torsión de motorismo de una manera que varia con respecto a la posición angular giratoria conforme avanza la rotación. La torsión de desbaste es más pronunciada en los puntos de transición cuando un imán de rotor está a punto de quedar frente a un polo de estator a través del espacio de aire. Ocurre un cambio abrupto en la torsión de desbaste conforme el borde principal de la superficie generalmente rectangular de un imán permanente se acerca al borde paralelo del polo de estator rectangular. El uso de materiales de imán permanente de alta densidad de energía tales como los materiales magnéticos de neodimio-fierro-boro (NdFeB), que imparten densidades de flujo grandes en el espacio de aire en los alrededores de los imanes permanentes del rotor, aumenta este efecto hasta el grado en que se puede volver perceptible una vibración indeseable. Los motores que tienen un número grande de polos de estator y polos de rotor, tales como filas axialmente alineadas de polos de estator e imanes de rotor, puede producir efectos de torsión de desbaste aún mayores. De esta misma manera, la torsión de desbaste es producida a un grado variante en motores que tienen núcleos de estator unitarios . Se ha utilizado una variedad de técnicas para reducir al mínimo los efectos de la torsión de desbaste. Dichas técnicas intentan reducir la velocidad del cambio de reluctancia con respecto a la posición del rotor, reducir el flujo magnético en la máquina, o cambiar los polos en un núcleo de estator unitario para que la torsión de desbaste producida por los polos individuales tienda a cancelarse mutuamente. Se pueden emplear métodos electrónicos para controlar la intensidad de la interacción electromagnética que se lleva a cabo entre las superficies electromagnéticas y el imán permanente. Dichos métodos presentan desventajas ya que involucran algoritmos de control complejos que se ejecutan simultáneamente con algoritmos de control de motor y tienden a reducir el rendimiento general del motor. La reducción del flujo magnético disminuye las ventajas obtenidas a partir de los materiales de imán permanente más recientes y las técnicas de concentración de flujo de las solicitudes copendientes arriba identificadas. El cambio de ubicación de los polos en una estruct ra de núcleo de estator unitario convencional impone limitaciones en el tamaño, posiciones y número de polos, lo que puede evitar una disposición que provea una operación óptima. Otros enfoques involucran modificar la construcción de la máquina modificando la forma de los polos del estator. Los polos de estator de la técnica anterior convencionalmente hechos de laminaciones apiladas no son fáciles de modificar. Los procesos de maquinado de laminación disponibles están limitados en su capacidad para reconfigurar patrones convencionales, especialmente cuando se habla en términos de tres dimensiones. Un rango sustancial de modificación de dichas estructuras laminadas es demasiado complejo y costoso para ser factible. Por lo tanto, existe la necesidad de una compensación de desbaste efectiva en motores, particularmente aquellos que tienen magnitudes y concentraciones de densidad de alto flujo y que no le reste una operación eficiente y una capacidad de control a los motores al mismo tiempo que se provee una viabilidad de costo y aplicación. La solicitud copendiente número 10/160,257 se enfoca en esta necesidad configurando superficies de polo de estator o superficies magnéticas de rotor para que la configuración geométrica de la superficie del polo de estator y la configuración. geométrica de la superficie magnética del rotor estén desviadas en relación reciproca. El efecto de la disposición desviada es amortiguar la velocidad de cambio de la torsión de desbaste que es producida por la interacción entre un imán de rotor y un polo de un electroimán de estator no energizado conforme el imán permanente atraviesa su trayectoria de rotación. La capacidad para configurar de manera selectiva los polos de estator se hace factible a través del uso de materiales de núcleo tales como un medio suave magnéticamente permeable que sea dócil para la formación de una variedad de formas personalizadas. Por ejemplo, el material de núcleo se puede fabricar a partir de graduaciones de imán suave de material en polvo de Fe, SiFe, SiFeCo, SiFeP, cada uno de los cuales tiene una pérdida de potencia, una permeabilidad y un nivel de saturación únicos. Estos materiales se pueden formar inicialraente en cualquier configuración de tres dimensiones, evitando asi la posibilidad de maquinar un material de laminación duro ya formado. La solicitud copendiente número 10/160,254, presentada el 4 de junio de 2002, se enfoca en la necesidad que se describió anteriormente, desviando los efectos de la torsión de desbaste producidos en una pluralidad de conjuntos axialmente separados de elementos de rotor y estator. Los polos de cada núcleo de estator axialmente colocado y separado se cambian o desvian con relación entre si en la dirección axial para cancelar los efectos de la torsión de desbaste sin limitar las relaciones de posición entre los polos del estator en la dirección circunferencial. Alternativamente, los imanes permanentes del rotor, que están colocados en las direcciones circunferencial y axial son desviados con relación entre si en la dirección axial para cancelar los efectos de la torsión de desbaste sin limitar el número total de imanes permanentes o sus posiciones en la dirección circunferencial. La reducción al mínimo de los efectos de la torsión de desbaste y la fluctuación de torsión sin afectar de manera perjudicial la capacidad de torsión sigue siendo un objetivo SUMARIO DE LA INVENCION La presente invención satisface esta necesidad, por lo menos en parte, mediante la variación selectiva de la distancia radial entre un para en interfaz de un imán permanente de rotor y un polo de estator a lo largo de la longitud circunferencial del par. El rotor del motor tiene una pluralidad de imanes permanentes, sustancialmente de la misma longitud en la dirección circunferencial, distribuidos circunferencialmente alrededor del eje de rotación. Una pluralidad de polos de estator están distribuidos alrededor del espacio de aire, todos los polos tienen sustancialmente la misma longitud en la dirección circunferencial que la longitud de los imanes. Los efectos de la torsión de desbaste en la alteración general de torsión se pueden controlar estableciendo una configuración de variación de espacio de aire apropiada, designada en la presente invención como el perfil del espacio de aire para facilitar la explicación, para un imán de rotor y polo de estator en interfaz . El perfil del espacio de aire es la variación, de la distanci radial a través del espacio de aire entre la zapata del polo de estator y un imán de rotor de frente, desde un extremo del par en dirección al otro. Un perfil de espacio de aire apropiado depende de las condiciones operativas deseadas del motor y de los parámetros del motor, tal como el número de polos de estator e imanes de rotor, las secuencias de energización del devanado y otras condiciones esperadas. El perfil se puede obtener variando la distancia radial desde el eje de rotación de la superficie del imán del rotor o de la superficie del polo del estator. Ya sea la superficie del imán del rotor o la superficie del polo del estator, puede estar a una distancia radial constante desde el eje, mientras que la otra superficie es de una configuración variable. Alternativamente, tanto la distancia del imán del rotor como la distancia de la zapata del polo pueden ser variables. En la modalidad preferida, los perfiles del espacio de aire son los mismos para todas las combinaciones de polo de estator e imán de rotor en interfaz. Es decir, todos los polos de estator tienen la misma configuración y todos los imanes de rotor tienen la misma configuración. Dicho perfil de espacio de aire dentro del alcance de la invención provee una reducción sustancialmente uniforme en la distancia radial entre el par de rotor y estator en interfaz desde un primer extremo del par al segundo extremo. Si los imanes permanentes del rotor son de un grosor relativamente constante, las superficies del polo del estator están inclinadas en relación a las superficies de los imanes del rotor.

Alternativamente, los imanes permanentes pueden tener una reducción en el grosor radial de extremo a extremo. En otro perfil de espacio de aire, cada una de las superficies del imán del rotor puede estar a una distancia constante desde el eje al mismo tiempo que las zapatas del polo del estator tienen un grosor radial variable con superficies cóncavas frente al espacio de aire. El grado de concavidad se puede establecer de acuerdo con el hecho de que el rotor rodee al estator o que el estator rodee al rotor. Como una variación, los imanes permanentes pueden ser de un grosor radial variable con superficies cóncavas que quedan frente al espacio de aire del grado seleccionado de concavidad. Las estructuras de polo anteriormente describan se pueden proveer, con resultados convenientes, en una disposición de estator que tiene una pluralidad de segmentos de núcleo electromagnético, ferromagnéticamente aislados y separados. Cada segmento puede estar formado de un par de polos, tal como se muestra en la figura 1. El estator es un solo anillo anular que incluye un solo polo en la dirección axial y una pluralidad de pares de polos en la dirección circunferencial. En otras disposiciones, múltiples anillos de polos de estator están axialmente separados, formados por una pluralidad de segmentos de núcleo electromagnético, ferromagnéticamente aislados y separados. Cada uno de los segmentos de núcleo comprende una pluralidad de polos integralmente unidos por una o más porciones de enlace que se extienden generalmente en la dirección del eje de rotación. Por lo tanto, el estator forma una pluralidad de polos en la dirección axial con un solo polo de cada segmento distribuido en la dirección circunferencial en cada anillo. En estas últimas disposiciones, el rotor está formado de anillos axialmente separados de imanes separados colocados circunferencialmente a lo largo del espacio de aire, el número de anillos de rotor es igual al número de polos de estator en un segmento de núcleo de estator. Ventajas adicionales de la presente invención serán fácilmente aparentes para aquellos expertos en la técnica a partir de la siguiente descripción detallada, en donde sólo se muestra y describe la modalidad preferida de la invención, simplemente a manera de ilustración del mejor modo contemplado para llevar a cabo dicha invención. Como se podrá observar, la invención tiene la capacidad para otras modalidades diferentes, y sus diversos detalles tienen la capacidad de sufrir modificaciones en diversos aspectos obvios, todo ello sin apartarse de la invención. Por consiguiente, las figuras y la descripción se apreciarán como ilustrativas en naturaleza, y no como una restricción.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS La presente invención se ilustra a manera de ejemplo, y no a manera de limitación, en las figuras anexas y en donde números de referencia similares se refieren a elementos similares y en donde: La figura 1 es una vista ejemplar que muestra elementos de rotor y estator de un motor, tal como se describe en la solicitud copendiente número 09/826,422. La figura 2 es un diagrama de un despliegue plano parcial de un motor, tal como se ilustra en la figura 1, con polos de estator que se muestran en relación con las superficies de imán permanente del rotor . La figura 3 es un despliegue plano pa cial de elementos de la figura 1 que ilustra las posiciones relativas de las superficies del polo del estator y las superficies del rotor para tres instantes de tiempo durante la operación del motor. La figura 4 es un diagrama de un despliegue plano parcial de los polos del estator en relación con las superficies de imán permanente del rotor, de acuerdo con la presente invención. La figura 5 es un diagrama de un despliegue plano parcial de los polos del estator en relación con las superficies de imán permanente del rotor, de acuerdo con una variación de la estructura de la figura 4.

La figura 6 es un diagrama de un despliegue plano parcial de los polos del estator en relación con las superficies de imán permanente del rotor, de acuerdo con otra variación de la estructura de la invención. La figura 7 es un diagrama de un despliegue plano parcial de los polos del estator en relació con las superficies de imán permanente del rotor, de acuerdo con una variación de la estructura de la figura 6. La figura 8 es una vista en partes en tres dimensiones de un motor que tiene elementos de rotor y estator axialmente alineados, tal como se describe en la solicitud copendiente número 10/067,305, que puede incorporar las estructuras de polo de estator de las figuras 3-6.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION Los conceptos de la presente invención son aplicables a motores que tienen un solo conjunto de elementos de rotor y estator circunf erencialmente colocados, concéntricamente distribuidos alrededor de un espacio de aire radial tal como el motor de la figura 1, que se describió anteriormente, asi como a motores que tienen dos o más conjuntos axialmente separados de elementos de rotor y estator. La figura 4 es un diagrama de un despliegue plano parcial de un motor, tal como el que se ilustra en la figura 1, con los polos de estator modificados, de acuerdo con la presente invención, que se muestran en relación a las superficies de imán permanente del rotor. Se entenderá que este despliegue es representativo de un motor giratorio con rotor y estator en relación concéntrica mutua, separados por un espacio de aire radial. Los imanes del rotor 21, de polaridad magnética alterna sucesiva, se muestran con la ausencia de la estructura de soporte para propósitos de claridad de la distribución. Cada uno de los elementos del núcleo de estator 36 comprende un par de polos que tienen porciones base 31 y porciones de zapata polar 32. Los polos están integralmente conectados entre si mediante una porción de enlace 33. Los devanados de energi zación , que no se muestran, para cada par de polos se puede formar de una manera muy conocida en las porciones base del polo o en la porción de enlace. Cada zapata polar se extiende hacia fuera en ambas direcciones circunferenciales, desde la porción base del polo mediante extensiones de zapata polar . Las zapatas polares del elemento de núcleo del estator 36 que se muestran en la porción del lado derecho de la figura, están en una alineació de posición con los imanes del rotor 21. Las zapatas polares y los imanes en interfaz tienen sustancialmente la misma longitud a lo largo del espacio de aire. Cada uno de los imanes permanentes tienen el mismo grosor radial, las superficies de los mismos a le largo del espacio de aire por lo que están a una distancia uniforme desde el eje de rotación. En la vista plana de la figura, las superficies de las caras del polo del estator están inclinadas con respecto a las superficies del imán permanente en el espacio de aire, para que la distancia radial en el espacio de aire que existe en medio aumente sustancialmente de manera uniforme desde el extremo izquierdo al extremo derecho del par. Si el rotor se barre en dirección de derecha a izquierda con respecto al estator durante la operación normal del motor, el borde principal de un imán de rotor traslapa una cara del polo del estator con una separación en descenso del espacio de aire. El impacto transicional del efecto de la torsión de desbaste se ve suavizado para los elementos de estator y rotor opuestos, en comparación con una configuración de motor que tiene una dimensión de espacio de aire constante. SI el rotor se barre en dirección de izquierda a derecha con respecto al estator durante la operación normal del motor, el borde principal de un imán de rotor traslapa una cara del polo del estator con una separación en aumento del espacio de aire. Conforme el imán del rotor se barre pasado el polo de estator, la atracción de la fuerza de desbaste en medio se vuelve progresivamente menor en comparación con una configuración de espacio de aire constante. Por lo tanto, para cualquier dirección de rotación, se puede determinar el grado de inclinación de la configuración de espacio de aire variable de la figura 4 para obtener una configuración de torsión global deseada. La figura 5 ilustra una variación de la estructura de la figura 4. Como se muestra en la vista plana, las caras del polo del estator yacen en u plano horizontal, por lo tanto representan la distancia uniforme desde el eje de rotación a lo largo de la circunferencia del espacio de aire. Las superficies de los imanes permanentes del rotor 21 están inclinadas para proveer los mismos efectos de espacio de aire variables, tal como se describe con respecto a la figura 4. En la configuración de la figura 6, cada uno de ios imanes permanentes tiene el mismo grosor radial. Como se muestra en la vista plana, las superficies del imán permanente en el espacio de aire yacen en el plano horizontal, representando una distancia uniforme desde el eje de rotación a lo largo del espacio de aire. Las superficies de polo del estator son cóncavas en relación con las superpies de imán del rotor, el grado de concavidad es mayor que aquel requerido para mantener una distancia uniforme desde el eje de rotación para motores en donde el estator rodea el rotor. Por lo tanto, cada par de polo de estator e imán de rotor en interfaz, por ejemplo, aquellos en la porción del lado derecho de la figura, definen una distancia de espacio de aire variable en medio. Conforme un imán de rotor se aproxima y arrastra pasando un polo de estator, el efecto de este espacio de aire variable en la torsión de desbaste difiere de aquel de una configuración de espacio de aire uniforme mediante la convergencia de la distribución de flujo de una manera análoga a la convergencia de luz mediante un lente óptico convergente. Se puede ajustar el grado de concavidad para mejorar la configuración de torsión global según se desee. La figura 7 ilustra una variación de la estructura de la figura 6. Como se muestra en la vista plana, las caras de polo del estator yacen en un plano horizontal, representando así la distancia uniforme desde el eje de rotación a lo largo de la circunferencia del espacio de aire. Las superficies de los imanes permanentes del rotor 21 son cóncavas con respecto a las superficies de imán para proveer los mismos efectos de espacio de aire variable tal como se describió con respecto a la figura 6. Los beneficios de las variaciones estructurales del polo de estator que se describieron anteriormente aplican a otras configuraciones de estator / oto . Por ejemplo, un estator que tiene un núcleo de estator continuo integral puede tener polos salientes formados tal como se describe con respecto a cualquiera de las figuras 3-7 para proveer una compensación de torsión de desbaste. Dichas formaciones de polo se pueden ejecutar para aligerar las manifestaciones de torsión de desbaste en motores que tienen una sola fila de imanes axialmente alineada y polos de estator . La figura 8 ilustra una vista en partes en tres dimensiones de un motor, tal como el que se describe en la solicitud copendiente número 10/067,305. El motor 15 comprende una estructura de rotor de imán permanente anular 20 y una estructura de estator anular 30 separadas por un espacio de aire radial. Una pluralidad de elementos de segmento de núcleo de estator ferromagnéticamente aislados 36, hechos de material magnéticamente permeable, están soportados por la estructura de soporte 50, la que mantiene el aislamiento f erromagnét ico de los segmentos. El segmento 36 es una estructura integral formada de un material magnéticamente permeable con superficies de polo 32 que quedan frente al espacio de aire. Cada elemento de núcleo de estator 36 es un electroimán que incluye devanados 38 formados en el material de núcleo. La inversión de la dirección de la corriente de energi zación , de manera conocida, ocasiona la inversión de las polaridades magnéticas de cada uno de los polos. El rotor comprende una sección de imán permanente 21 con tres anillos axialmente separados de imanes de rotor 22-24, circunferencialmente distribuidos alrededor del espacio de aire, y un anillo de fierro posterior 25 sobre el que se montan los imanes permanentes. La estructura de soporte de estator 50 se puede fijar a un eje estacionario, con el rotor montado dentro de un alojamiento que está articulado al eje a través de cojinetes y rodamientos adecuados. Los polos de estator e imanes de rotor que se muestran en la figura 8 se pueden construir de la manera que se describe en cualquiera de las variaciones de las figuras 3-7. Conforme se provee un número mayor de imanes y polos de estator tanto en la dirección circunferencial como en la rotación axial, se provee compensación para una alteración de torsión de desbaste potencialmente mayor. En esta descripción se muestran y describen únicamente las modalidades preferidas de la invención y algunos ejemplos de su versatilidad. Se entenderá que la invención se puede utilizar en otras combinaciones y ambientes y que puede sufrir cambios o modificaciones dentro del alcance del concepto inventivo, tal como se expresa en la presente invención. Por ejemplo, cada uno de los despliegues que se ilustran en las figuras se puede ejec tar con núcleos de estator unitarios en lugar de núcleos de estator segmentados, y esos núcleos están axialmente separados entre sí, con resultados benéficos. También, aunque los ejemplos muestran que la pendiente del polo de estator es sustancialmente igual a la pendiente del polo de rotor para claridad de la explicación, la distancia circunferencial entre un par de polos de estator puede ser mayor o menor que la distancia entre un par de imanes de rotor. Aunque se han ilustrado las configuraciones geométricas especificas de los elementos de núcleo de estator, se debería reconocer que el concepto inventivo en la presente invención abarca una multitud de variaciones de estas configuraciones ya que virtualmente cualquier forma se puede configurar utilizando tecnología de metal en polvo. Por lo tanto, se puede diseñar una configuración de núcleo específica para la distribución de flujo deseada. Por ejemplo, dentro del concepto de la invención se encuentra proveer superficies convexas o de otra geometría y que diferentes conjuntos de pares de polos pueden tener zapatas polares con diferentes configuraciones respecti amente. Una configuración convexa se apartaría del patrón de distribución de flujo.

Aunque la descripción de la presente invención muestra al estator rodeado por el rotor, los conceptos de la invención también aplican a motores en donde los rotores están rodeados por los estatores.

Claims (12)

NOVEDAD DE LA INVENCION Habiendo descrito el presente invento, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como prioridad lo contenido en las s iguientes : REIVINDICACIONES

1. - Un motor eléctrico giratorio que comprende un estator y un rotor colocados concéntricamente alrededor de un eje de rotación, el estator y el rotor están separados por un espacio de aire radial, en donde: el rotor comprende una pluralidad de imanes permanentes distribuidos circunferencialmente alrededor del eje de rotación, los imanes permanentes tienen sustancialmente la misma longitud en la dirección circunferencial; un estator comprende una pluralidad de polos distribuidos alrededor del espacio de aire, los polos tienen sustancialmente la misma longitud en la dirección circunferencial que la longitud de los imanes; y la distancia radial en el espacio de aire entre un par en interfaz de imán permanente de rotor y polo de estator es variable a lo largo de la longitud circunferencial del par. 2.- El motor eléctrico giratorio de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la distancia radial en el espacio de aire entre dicho par en interfaz se reduce sus tancialmente de manera uniforme en la dirección circunferencial, desde un primer extremo del par a un segundo extremo del par. 3.- El motor eléctrico giratorio de conformidad con la reivindicación 2, caracteri ado porque el imán permanente de dicho par en interfaz es de un grosor radial relati amente constante. 4. - El motor eléctrico giratorio de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el imán permanente de dicho par en interfaz se reduce en grosor radial desde el primer extremo al segundo extremo. 5. - El motor eléctrico giratorio de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los polos del estator comprenden zapatas polares de grosor radial variable, las zapatas polares tienen superficies cóncavas que quedan frente al espacio de aire. 6.- El motor eléctrico giratorio de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el rotor rodea al estator. 7. - El motor eléctrico giratorio de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los imanes permanentes son de un grosor radial variable con superficies cóncavas que quedan frente al espacio de aire. 8. - El motor eléctrico giratorio de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el estator comprende una pluralidad de segmentos de núcleo electromagnético, f erromagnét icamente aislados y separados, cada segmento de núcleo comprende por lo menos uno de dichos polos . 9.- El motor eléctrico giratorio de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque cada uno de los segmentos de núcleo comprende una pluralidad de polos integralmente unidos por una o más porciones de enlace que se extienden generalmente en la dirección del eje de rotación; y los imanes permanentes del rotor tienen superficies que quedan frente al espacio de aire y forman anillos axialmente separados de imanes separados colocados circunferencialmente a lo largo del espacio de aire, el número de dichos anillos es igual al número de polos de estator en un segmento de núcleo de estator. 10.- El motor eléctrico giratorio de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque la distancia radial en el espacio de aire entre dicho par en interfaz aumenta sustancialmente de manera uniforme en la dirección circunferencial, desde un primer extremo del par a un segundo extremo del par. 11.- El motor eléctrico giratorio de conformidad con la rei indicación 8, caracterizado porque los polos de estator comprenden zapatas polares de grosor radial variable, las zapatas polares tienen superficies cóncavas que quedan frente al espacio de aire. 12.- El motor eléctrico giratorio de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque los imanes permanentes tienen un grosor radial variable con superficies cóncavas que quedan frente al espacio de aire.