ES2241836T3 - Maquina de flujo transversal unipolar. - Google Patents

Abstract

Máquina de flujo transversal unipolar con un rotor (12) que vuelve sobre un eje de rotor (19) y presenta por lo menos un módulo de rotor (15), compuesto por dos anillos de rotor (16, 17) ferromagnéticos, coaxiales y con paso de engranaje constante, y anillo magnético permanente (18) entre los anillos del rotor (16, 17) magnetizado de forma unipolar en el sentido de eje del rotor (19), además de un estator (11) concéntrico al eje del rotor que presente por lo menos un módulo de estator (14) coordinado a un módulo de rotor (15) y compuesto por un devanado de anillo (23; 23'') alineada coaxialmente respecto al eje del rotor (19) y una pletina de estator (24) en forma de U que lo cubra, con una partición en la carcasa (10) correspondiente al paso del engranaje, mientras que el engranaje de los anillos del rotor (16, 17) se presenta exclusivamente en el diámetro exterior respecto al eje del rotor (19) de los anillos del rotor (16, 17) y están de tal modo coordinados al devanado del estator (24) en el módulo del estator (14) que un lado (241) del devanado del estator (24) esté opuesto con distancia radial al anillo del rotor (16) y el otro lado (242) del devanado del estator (24) lo esté al otro anillo del rotor (17), caracterizado por la existencia de un elemento de inferencia (25; 25'') entre los devanados del estator (24) consiguientes en el sentido de rotación del rotor (12), elemento que se posiciona axialmente sobre ambos anillos del rotor (16, 17) y se opone a este con distancia radial.

Description

Máquina de flujo transversal unipolar.

Estado de la técnica

La invención se basa en una máquina de flujo transversal unipolar de acuerdo con el término de la reivindicación 1.

En una máquina conocida de este tipo (EP
0 544 200 A1), caracterizada como máquina híbrida síncrona de flujo magnético transversal (Hybrid Synchronous Machine with Transverse Magnetic Flux), se presenta en el diámetro exterior del anillo del rotor la misma repartición de dientes girados hacia fuera que en el diámetro interior, girados hacia dentro. El conjunto de dientes exteriores de cada anillo están desplazados respecto a los interiores por una partición de diente, de modo que siempre estén un diente exterior de un anillo y un diente interior de otro anillo bajo una misma pletina del estator a la vez. Ambos módulos de rotor, compuestos, cada uno, por dos anillos separados por un imán toroidal magnetizado de forma axial y unipolar, están tensados en sus lados opuestos en el sentido del eje del rotor, que a su vez está apoyado en la carcasa por medio de un rodamiento en el sentido del eje. Las pletinas de cada módulo de estator, sujetas por la carcasa, tienen forma de U y enfrentan a los dientes interiores y exteriores de ambos anillos del rotor con sus lados paralelos al eje del rotor. La bobina circular concéntrica al eje del rotor, en cada módulo de rotor, pasa por el fondo las pletinas y se encuentra, por lo tanto, en la zona entre el anillo exterior del cuerpo del rotor y la parte transversal de las pletinas del estator.

Se han presentado las máquinas de flujo transversal con excitación magnética permanente en "Michael Bork, Entwicklung und Optimierung einer fertigungsgerechten Transversalfluxmaschine, Diss. 82, RWTH Aachen, Schaker Verlag Aachen, 1997, página 8 y siguientes". El devanado toroidal del estator está bobinado en las pletinas de metal blando en forma de U, que están ordenadas en el sentido rotacional a una distancia de doble división de polos. Las puntas de estas pletinas en U están direccionadas hacia la columna de aire entre el estator y el rotor, formando los polos del estator. Opuestos a ellas se encuentran imanes permanentes en forma de plancha ordenados de tal manera que las dos imanes situados en frente a los polos de cada pletina del estator tienen polaridades inversas. Hay elementos de inferencia en el estator que sirven para poner en cortocircuito los imanes permanentes que no tienen inferencia ferromagnética y se encuentran temporalmente entre los polos del estator en la rotación del rotor. Estos elementos de inferencia impiden que el flujo de los imanes permanentes pase por los lados de las pletinas y por el devanado del anillo, disminuyendo así el efecto de debilitación del flujo del estator a través de su encadenamiento. Los elementos de inferencia, por lo tanto, llevan a un considerable aumento de rendimiento de la máquina.

Una máquina de flujo transversal unipolar de acuerdo con el término de la reivindicación 1 ya es conocida por WO 97/42699.

Ventajas de la invención

La máquina de flujo transversal unipolar correspondiente a la invención tiene la ventaja de una construcción sencilla en módulos, que posibilita que se construyan máquinas con cualquier tipo de fase de devanado deseado por la adición o supresión de unidades del estator o del rotor construidas idénticamente. El funcionamiento de la máquina experimenta mejoras con el aumento de las unidades modulares formadas por un módulo de estator y otro de rotor, pasando de comportarse como una maquina de pasos a tener revoluciones de manera continuada y sin ondulaciones en el desarrollo del momento. Debido a que el momento total de la máquina es la suma de los momentos parciales de las unidades de módulos, este puede fácilmente ser adaptado a requisitos existentes.

Esta máquina de flujo transversal unipolar ofrece la ventaja, frente a las máquinas de flujo transversal conocidas, de una magnetización fácil y unipolar del rotor y de una construcción sencilla, por evitar el elevado número de imanes permanentes. El flujo producido en el devanado del estator pasa, primariamente, por los dientes del anillo del rotor, y no por los imanes permanentes, y se cierra sobre los elementos de inferencia, de modo que el uso de los dientes es optimizado. Se forman conducciones de flujo más ventajosas y se disminuyen las pérdidas de este. Además los elementos de inferencia sirven para producir un polo inverso en el estator, de modo que se consigue el mismo número de polos en el estator que en el rotor. El devanado, cuya parte exterior entre las pletinas del estator tienen una superficie relativamente grande, puede ser refrigerado sin mucha dificultad, de modo que puede alcanzar corrientes altas.

A través de las propuestas presentadas en los otras reivindicaciones de patente se posibilita el desarrollo y mejoras ventajosas para la máquina de flujo transversal unipolar presentada en la reivindicación 1.

Siguiendo un modo de ejecución ventajoso de la invención, los elementos de inferencia presentan una forma en C con dos lados cortos y opuestos, cada uno, radialmente a un anillo del rotor, y unidos por una parte transversal que se extiende en el lado interior del devanado circular del eje del rotor, paralelo al mismo.

Siguiendo un modo de ejecución alternativo de la invención, los elementos de inferencia están situados de manera idéntica a las pletinas del estator y tienen forma de U, cuyos flancos largos están opuestos cada uno radialmente a un anillo del rotor, y cuya cara transversal los une paralelamente al eje del rotor. El devanado del módulo del estator está formado meándricamente en el plano radial y punto-simétrico al eje del rotor, de modo que pasa alternadamente entre los lados del devanado del estator y sobre el lado exterior, respecto al eje, de un elemento de inferencia. Esto tiene la ventaja de posibilitar el uso de las mismas herramientas para elementos de inferencia y devanados, lo que por su vez permite una producción más numerosa en un período más corto de tiempo con ellas. Es relativamente sencillo moldear el devanado en forma meándrica.

Siguiendo un modo de ejecución ventajoso de la invención, cada módulo de estator se encuentra en una carcasa formada por dos mitades idénticas y combinadas simétricamente. Las mitades contienen ranuras alineadas axialmente para la introducción de los devanados del estator y de los elementos de inferencia, además de hendiduras concéntricas al eje de la carcasa para la bobina. Con eso se consigue una construcción de estator autónomo con piezas idénticas y una técnica conjunta, muy apropiada para una producción en masa altamente automatizada. La función autónoma con posicionamiento exacto de los elementos del módulo del estator (pletina del estator, elementos de inferencia y devanado) no se limita a cada modulo del estator por separado, sino que también es aplicado para el posicionamiento de otros módulos de estator respecto unos a los otros, y para la transmisión de la fuerza o del momento.

Siguiendo un modo de ejecución preferible de la invención, ambas partes de la carcasa tienen una estructura enrejada, con un anillo interior y otro exterior, concéntricos. Los anillos están conectados por barras radiales. Las rendijas radiales que reciben los elementos de inferencia están posicionadas en el anillo interior, mientras que las rendijas radiales que reciben las pletinas del estator se encuentran en los anillos interior y exterior y en la barra radial. Esta estructura enrejada con aperturas entre las barras radiales permite el traspaso intensivo de calor desde los elementos magnéticos activos y eléctricos del estator al aire, medio de refrigeración, y con eso un traspaso intensivo de calor al medio.

Siguiendo un modo de ejecución ventajoso de la invención, la forma y las medidas de la pletina están adaptadas a la forma y las medidas de las rendijas radiales que la absorben, de modo que las mitades de la carcasa están sujetas firmemente radial y axialmente y no se pueden desplazar cuando hayan sido introducidas pletinas en las rendijas radiales. Con eso las pletinas tienen dos funciones, la primera, el direccionamiento del flujo magnético, y la segunda, como percha mecánica que une las mitades de la carcasa y las posiciona correctamente.

Para la realización de la función de percha mecánica, las pletinas del estator presentan, siguiendo un modo de ejecución ventajoso de la invención, un gancho sobresaliente en cada lado de la barra transversal que se extiende positivamente al verso de las rendijas de las dos mitades de la carcasa cuando haya pletinas en las rendijas laterales.

En una versión del la máquina de flujo transversal unipolar con filamentos múltiples en la que los módulos del rotor están alineados axialmente en el eje motor y los módulos del estator están girados en un ángulo fijo que, en una versión de dos filamentos, es de 90º eléctricos y con m filamentos es de 360º/m eléctricos cuando m>2, se presentan, desde los lados exteriores de la ranura radial de la mitad de la carcasa, dentro de la sección del anillo exterior de la barra radial, dos hendiduras radiales separadas, cuyo ancho corresponde al ancho de los ganchos y cuya profundidad radial corresponde a la profundidad axial de la raíz de los ganchos. Para encajar las dos mitades de la carcasa simétricamente, la hendidura radial en la sección del anillo, sobre el ángulo fijo respecto a la rendija radial siguiente para la pletina del estator, está enfrentada de modo que no coincide con la hendidura radial sobre el mismo ángulo fijo, respecto a la rendija radial anterior para la pletina del estator. Los ganchos del módulo del estator vecino entran en una de estas hendiduras radiales por la sección del anillo, con lo que producen el ángulo necesario entre módulos de estatores vecinos para que sus hendiduras, a su vez no coincidan.

En una versión alternativa de la máquina de flujo transversal unipolar con filamentos múltiples, los módulos de estatores se alinean axialmente, mientras que los módulos de rotor están ordenados sobre el eje motor en un ángulo fijo como descrito anteriormente. En esta versión con filamentos múltiples no se dan los filamentos radiales del anillo exterior, descritos en el apartado anterior, y las pletinas del estator, de los módulos de estator posicionados uno al lado del otro, en sentido del eje, están unidas por puentes axiales en su área transversal. Ambas pletinas exteriores del estator unidas presentan un gancho sobresaliente en la parte transversal de su lado externo. Éste engancha una barra radial en cada mitad de la carcasa en su parte opuesta a la ranura radial, siempre que la pletina del estator esté metida en la ranura del estator. Las pletinas del estator unidas y sus respectivos puentes deberían ser realizadas como piezas estampadas unitariamente.

Dibujo

La invención es explicada mediante ejemplos de ejecución representados en el dibujo y descritos con más precisión en la descripción que sigue. Los dibujos muestran:

Fig. 1 Vista perspectiva de una parte de una máquina de flujo transversal unipolar de 32 polos, parcialmente esquematizada,

Fig. 2 vista superior de un módulo de una máquina de flujo transversal unipolar de 8 polos, parcialmente esquematizada,

Fig. 3 un corte por la línea III - III de la fig. 2,

Fig. 4 y 5 una vista esquemática superior de una máquina de flujo transversal unipolar de 2 filamentos y 8 polos. En cada dibujo aparece una posición de rotación del rotor distinta, para explicar el funcionamiento,

Fig. 6 un diagrama de la corriente del estator de ambas unidades modulares de la máquina de flujo transversal unipolar de dos filamentos,

Fig. 7 dos diagramas del desarrollo de momento en sendos módulos de rotor y del desarrollo del momento total del eje motor,

Fig. 8 representación parcial y perspectiva de un desarrollo de una unidad de módulo con el devanado del estator modificado,

Fig. 9 una exposición perspectiva en explosión de una carcasa para una máquina de flujo transversal unipolar de 32 polos y 1 filamento conteniendo un módulo de estator,

Fig. 10 vista superior de una pletina de estator para el uso en la carcasa de la figura 9,

Fig. 11 vista superior de dos pletinas de estator unidas y alineadas axialmente, para una máquina de flujo transversal unipolar de dos filamentos,

Fig. 12 vista superior parcial de una placa de rodamiento a ser fijada en una carcasa para el rodamiento del eje motor,

Fig. 13 representación simplificada parcial de una unidad de módulo de una versión construida de máquina de flujo transversal unipolar de 16 polos y eje hueco.

Descripción de los ejemplos de ejecución

La máquina de flujo transversal unipolar, representada esquemáticamente y en diversos ángulos en el dibujo, presenta una carcasa 10 con un estator 11 fijado en ella y un rotor 12 a prueba de torsión, rodeado por el estator 11, que está fijado en el eje motor 13 colocado en la carcasa 10. El rotor 12 presenta varios módulos de rotor 15 y el estator 11 presenta un número igual de módulos estatores 14. Los módulos rotores a prueba de torsión 15 están posicionados axialmente uno detrás del otro en el eje del motor 13, y los módulos de estator 14 están sujetos a la carcasa 10 axialmente uno detrás del otro radialmente respecto al módulo rotor 15 correspondiente. El número de unidades modulares compuestas por un modulo de estator 14 y otro de rotor 15 cada está definido por el número de filamentos de la máquina de flujo transversal unipolar escogido, que, en los ejemplos realizados, es de dos filamentos y consecuentemente tiene dos módulos. Pero también puede ser de un filamento o de tres o más. Los módulos de estator 14 y los módulos de rotor 15, y con eso las unidades modulares, son idénticas, de modo que la máquina de flujo transversal unipolar demuestra una construcción modular y puede ser adaptada a exigencias existentes referentes al rendimiento y la momento de torsión a través de la adición o supresión de unidades de módulos.

El módulo de rotor 15 está compuesto por dos anillos de rotor ferromagnéticos, coaxiales y dentados 16, 17, que se encuentran sobre el eje motor 13 y se tensionan entre un anillo magnético permanente 18, que a su vez está magnetizado unipolarmente en sentido axial, lo que quiere decir en el sentido del eje del rotor o de la carcasa 19. En la figura 3 se ejemplifica la magnetización del anillo magnético permanente 18, donde está marcado con una línea apuntillada el flujo magnético 20 causado por el anillo magnético permanente 18. Para la optimización del flujo perdido total y para un mejor aprovechamiento del anillo magnético permanente 18, este anillo está inserido en su frontera en una hendidura axial central 29 ó 30 de las partes laterales opuestas de los anillos de rotor 16, 17. Cada anillo del rotor 16, 17 está dentado en su diámetro exterior respecto al eje 19 con un paso de engranaje constante, así que los dientes 22 del engranaje resultante, separados entre sí por los huecos 21, están a una distancia angular igual. Los dientes 22 del anillo del rotor 16 y del anillo del rotor 17 están alineados entre ellos en sentido axial. Los anillos del rotor 16 y 17 y los dientes 22, incorporados en una misma pieza, son laminados y son compuestos preferencialmente de cortes estampados de latón iguales, que están separados en el sentido del eje.

El módulo del estator 14, que comprende el módulo de rotor 15 concéntricamente y con distancia radial, presenta un devanado de anillo 23 alineada coaxialmente al eje del rotor 19, bien como la pletina de estator en forma de U 24, comprendiendo el devanado del anillo 23. Las pletinas del estator 24, igualmente laminadas y compuestas por conjuntos de chapas estampadas, están fijados en la carcasa de la máquina 10 con una división de pletinas correspondiente a la división del engranaje del módulo de rotor 15, de modo que las pletinas del rotor tengan la misma distancia angular entre ellas que los dientes 22 de los anillos del rotor 16 y 17. Las pletinas del estator 24 están posicionadas de manera que estén alineados radialmente el lado de la pletina 241 con el anillo del rotor 16 y el otro lado de la pletina 242 con el otro anillo del rotor 17 del módulo del rotor 12 correspondiente, considerando siempre que las áreas libres 244 de los lados de la pletina 241, 242, que crean áreas polares, están opuestas al anillo del rotor 16 ó 17 con una distancia angular (ver Fig. 1 y 3). En el ejemplo de ejecución las áreas 244 presentan el mismo ancho axial que los anillos 16, 17. También presentan ventajas áreas 244 de los lados de las pletinas 241, 242 sobresalientes axialmente de un o de 2 lados a los anillos 16, 17. Entre las pletinas del estator 24 que se siguen en el sentido de la rotación del rotor 12 se encuentran elementos de inferencia 25. Estos también están laminados y compuestos por conjuntos de latón, tienen la misma distancia angular entre ellos que las pletinas del estator 24 y están posicionados a una diferencia de media división de pletina sobre la pletina de estator 24, lo que corresponde a decir una división de polos \tau. Los elementos de inferencia 25 se extienden paralelamente al eje del rotor 19 hasta sobre ambos anillos 16 y 17 y están opuestos a éstos con la misma distancia radial que la pletina del estator 24. El ancho de los elementos de inferencia 25, medido en el sentido rotacional, es aproximadamente igual que el ancho de la pletina del estator 24, también medida en el sentido rotacional, mientras que el ancho del diente 22 medido en sentido rotacional en los anillos del rotor 16 y 17 es menor que la división de polos \tau.

Como se puede observar en la Figura 2, el ancho de los dientes 22 en los anillos del rotor 16,17, también denominado ancho de diente de rotor bZR, es significativamente mayor que el ancho de la pletina de estator 24 denominado ancho de diente de estator bZS, de modo que la relación entre el ancho del diente de rotor bZR y el ancho de diente de estator bZS es mayor que 1 y menor que 2. El límite superior debería ser mantenido más bajo, optándose por ejemplo por igual o menor a 1,5. El desempeño de la máquina puede ser mejorado, por ejemplo disminuyendo la ondulación del momento, si la pletina del estator 24 y los elementos de inferencia 25 no están separados por exactamente una división de polos \tau, sino que a una distancia distinta a \tau.

En el ejemplo de ejecución correspondiente a las figuras 1-5, los elementos de inferencia 25 tienen forma de C con dos lados cortos 251,252 radialmente opuestos, cada uno, a un anillo de rotor 16, 17, y una barra transversal 253, paralela al eje del rotor 19, que los une y que se localiza en el lado interior del devanado circular de anillo 23 de cara al eje de rotor 19. A través de este desarrollo de los elementos de inferencia 25 y de la pletina del estator 24, el devanado circular del anillo 23 pasa por la pletina del estator 24 por la extremidad del lado de la pletina, pasando por un elemento de inferencia 25. El ancho axial del área 254 de los lados 251, 252 es igual al ancho axial de los anillos rotores 16 y 17. Los lados 251, 252 también pueden sobresalir axialmente a los anillos del rotor 16, 17.

Como está demostrado en perspectiva en la figura 1 y esbozado esquemáticamente en las figuras 4 y 5, en la máquina de flujo transversal unipolar de dos filamentos los dos módulos de rotor 15 en el eje motor 13 de las unidades modulares están alineados, y ambos módulos de estator 15 vecinos axialmente en la carcasa 10 de las unidades del módulo están eléctricamente puestos en 90º respecto el uno al otro, lo que corresponde a media división de polos \tau. En la versión de 8 polos de la máquina, representada en las figuras 4 y 5, esta diferencia de posición corresponde a un ángulo de 22,5º, y en la versión de 32 polos de la figura 1, a 5,625º. Alternativamente, se puede alinear ambos módulos del estator 14 en el sentido del eje y alinear en un ángulo eléctrico de 90º los módulos de rotor 15 situados en el eje motor 13.

El funcionamiento de la máquina como motor está descrito más adelante por medio de las figuras 4-7. En las figuras 4 y 5 está representada esquemáticamente la máquina de dos filamentos en vista superior, teniendo en cuenta que, para que sea visible el módulo estator 14 detrás de la unidad de módulo del primer plano se aumentó su diámetro. Los módulos de rotor 15 a prueba de torsión posicionados sobre el eje motor 13 y formando el rotor 12 están alineados, de modo que sólo está visible desde la vista superior el módulo de rotor 15. Las figuras 4 y 5 muestran una representación igual de la máquina en dos posiciones de rotación distintas del rotor 12. En la figura 6 se ve un diagrama de la corriente de ambas bobinas del anillo 23 en los módulos de estator 14, dependiendo de la posición de rotación \theta del rotor 12. Cada bobina del anillo 23 recibe una corriente bipolar, lo que corresponde a decir variando entre un impulso de corriente positivo y negativo, por ejemplo con la misma amplitud, considerando que los impulsos de ambos anillos 23 de los módulos del estator 14 tienen una diferencia de fase de 90º.

En la figura 4 la bobina del anillo 23 recibe un impulso de corriente positivo en una torsión del rotor 12 en un ángulo \theta1. La dirección de la corriente en la bobina 23 en este momento está simbolizada en la figura 4 por la flecha 26. Esta corriente produce un flujo del estator sobre la pletina de estator 24, los dientes 22 del anillo rotor 16,17 y los elementos de inferencia 25, tal como está representada en la figura 4 por la flecha 27, para la pletina del estator 24, un diente 22 y un elemento de inferencia 27. La corriente de estator 27 pasa radialmente por un lado de la pletina 241 hasta el diente 22 opuesto a ella y termina sobre el elemento de inferencia 25, el otro lado de la pletina 242 y la barra transversal 243 (no está visible aquí) de la pletina del estator 24. El flujo magnético 20, que, como se ve en la figura 3, está radialmente direccionado hacia fuera en el anillo del rotor 16 y hacia dentro en el anillo del rotor 17, está simbolizado por la flecha 20 en las figuras 4 y 5. Se ve claramente que el flujo magnético 20 se opone al flujo de soporte 27 en el área de la pletina del estator 24, mientras que se aliña en el área de los elementos de inferencia 25. Consecuentemente, los dientes 22 son repulsados por la pletina de estator 24 y atraídos por los elementos de inferencia 25, de manera que el rotor 12 se gire un paso angular en el sentido de la flecha 27. El mismo proceso se da con el flujo cambiado en 90º de la bobina del anillo 23 en el segundo módulo de estator 14, y el rotor 12 se gira por el mismo ángulo, de modo que se gire en un ángulo total \theta2 (Fig. 5). Se invierte la dirección de la corriente del impulso en el devanado de anillo 23, representado en la figura 5 por la flecha 26 ligada al devanado 23. En un flujo magnético 20 constante, el flujo de estator cambia del modo indicado por la flecha 27 de la figura 5. Como consecuencia, los dientes 22 del rotor 12 son atraídos por la pletina de estator 24 y repulsados por los elementos de inferencia 25, y el rotor 12 se sigue moviendo en la misma dirección 28. Con un cambio de 90º los impulsos de corriente inseridos en el segundo módulo de estator 14 del devanado de anillo 23 se invierten, y el mismo proceso se repite. Como se puede observar en el ejemplo de corriente de ambos módulos de estator 14 en la figura 6, el proceso descrito sigue en todo el ángulo \theta de 360º del rotor 12, de modo que pasa por toro el rotor 12.

En la figura 7 se representa los momentos giratorios sobre el ángulo \theta del rotor 12 anexados al eje motor 13. Los dos diagramas superiores demuestran el proceso del momento, tal y como parten de ambas unidades de módulo. El diagrama inferior en la figura 7 representa el momento giratorio total del eje motor 13, que se obtiene de la suma de los momentos parciales producidos por ambas unidades de módulos. Como se ve en la figura 7, el momento M varía sobre el ángulo \theta, de modo que el desarrollo de momento tenga una ondulación no deseada. Esta ondulación puede ser minimizada con el aumento de la polaridad de la máquina por un lado y el aumento del número de unidades de módulo, y así del número de filamentos. La versión de 32 polos de la máquina ha demostrado ser bastante optimizada eléctrica y técnicamente.

La máquina de dos filamentos descrita en el ejemplo puede ser montada con más de dos filamentos. Si el número m de filamentos y, con eso, el número de unidades modulares alineadas paralelamente en el espacio con módulos de rotor 15 situados en un eje motor común es un número entero mayor que 2, entonces los módulos del estator 14 alineados uno tras otro axialmente en el estator 11 deben ser reposicionados a un ángulo de 360º/m. Asimismo, una máquina con tres filamentos debe ser rotada a 120º eléctricos.

En los ejemplos de ejecución de la máquina de flujo transversal unipolar como en las figuras 1-5, el devanado del anillo 23 tiene forma circular y está concéntrico al eje del rotor 19. Esto pide una formación geométrica distinta de las pletinas del estator 24 y de los elementos de inferencia 25. En una versión alternativa de una unidad de módulo, como se ve parcialmente en perspectiva desenrollada en la figura 8, los elementos de inferencia 25' están formados de manera idéntica a la pletina del estator 24. Las pletinas del estator 24 están representadas de manera puramente esquemática, de modo que sus proporciones no están adaptadas a las proporciones de los dientes 22 del los anillos de rotor 16,17, como es el caso, por ejemplo, en las figuras 4 y 5. Así como las pletinas de estator 24, los elementos de inferencia 25' tienen forma de U con un anillo de rotor 16 o 17 cada, opuestos a los lados largos 251' y 252' y una barra transversal 253' que las une, paralela al eje del rotor 19. El devanado de anillo 23', que sirve para producir el flujo del estator por la pletina del estator 24 por un lado y por otro tiene que pasar sobre la barra transversal 253', presenta simetría radial al eje del rotor 19 en el área radial y tiene forma meándrica, de modo que pasa, por un lado, por el lado interno de la barra transversal 243 direccionada hacia el eje de rotor 19, y por otro, por el lado exterior de la barra transversal 253' de los elementos de inferencia 25'.

Cada módulo de estator 14 descrito arriba es una construcción independiente y se encuentra en una carcasa 30 compuesta por dos mitades 31, 32.Las dos mitades 31, 32 son idénticas y se juntan simétricamente, como visto en la vista de explosión de la figura 9. Ambas partes 31, 32 de la carcasa tienen una estructura enrejada, con un anillo interior 33 y otro exterior 34, concéntricos y conectados por barras radiales 35. Se encuentran en estas mitades 31, 32, por un lado, las ranuras radiales 36 para recepción de la pletina del estator 24, que se expanden sobre el anillo interior 33, la barra transversal 35 y el anillo exterior 34, y por otro lado, las ranuras radiales 37 para encaje de los elementos de inferencia. El total de ranuras radiales 36, 37 corresponde al total de elementos del estator (pletinas y elementos de inferencia). En el ejemplo de la figura 9, para una máquina de flujo transversal unipolar de 32 polos, es de treinta y dos. El ancho de las ranuras radiales 36, 37 es adaptado al grosor de las pletinas de estator 24 ó a los elementos de inferencia 25, y el fondo axial de las ranuras radiales 36, 37 es un poco mayor que medio ancho axial de la pletina del estator 24 o del elemento de inferencia 25. Además de estas ranuras radiales 36, 37, las mitades de carcasa 31, 32, encajadas, presentan hendiduras 39 opuestas, simétricas y concéntricas al eje de la carcasa 38 para el encaje del devanado de anillo 23 del modulo de estator 14 (figura 1). Las ranuras 39están localizadas en las barras transversales 35, de modo que el devanado del anillo 23, que no está representada en el dibujo 8, pase por la apertura de aire 40 del anillo interno 33, anillo externo 34 y barras transversales 35, que sirve para la pérdida óptima de calor del devanado de anillo 23, del las pletinas de estator 24 y de los elementos de inferencia 25.

Las pletinas de estator 24 y las ranuras radiales 36 están adaptadas de tal modo que cuando las pletinas 24 y los elementos de inferencia están inseridos en las ranuras 36 y 37, las mitades 31 y 32 de la carcasa 30 se vuelven inmovibles radial y axialmente. Las pletinas de estator 24 están modificadas respectos a los ejemplos iniciales de las figuras 1-3 con esta finalidad y - como se puede ver en la pletina de estator 24 en la figura 10 y en posición de inserción en la carcasa 30 en la figura 9 - demuestra, en ambos lados de su barra vertical 243, un gancho sobresaliente radial 41 con una raíz 411 y un ala 412 paralelo a los lados de la pletina 251, 252, que, si la pletina 24 está inserida en la ranura radial 36 (figura 9), alcanza la barra radial 35 en ambas mitades de carcasa 31, 32 en su lado exterior. Con esta finalidad encontramos una hendidura radial 42 en el fondo de la ranura radial 36, que está localizada en el anillo exterior 34, para la acogida de la pletina del estator 24. La profundidad del fondo de la ranura está medida para que la raíz 411 del gancho 41 esté sujetada, con su borde inferior direccionado hacia el anillo interior 33, por el fondo de la ranura 42, siempre que la pletina del estator 24 esté correctamente insertada en la ranura radial 36. Así, por un lado las pletinas del estator 41 están posicionadas en sentido radial de manera tolerada y juntan a las mitades de la carcasa 31, 32 con las alas 412 de los ganchos 41.

Para que la máquina de flujo transversal unipolar comience autónomamente, tiene que tener por lo menos dos filamentos, como representada en la figura 1. Cada módulo del estator 14 se encuentra dentro de la carcasa 30 descrita anteriormente, y ambas carcasas 30 son encajadas a 90º eléctricos axialmente. En la versión de 32 polos de la máquina de flujo transversal unipolar el ángulo de rotación corresponde a 5,625º de área. Para conseguir un ángulo de rotación de la carcasa 30 tolerado, se ha montado, en las secciones del anillo 341 del anillo exterior 34, vecino a las aperturas de aire 40 entre las barras transversales 35, desde las dos mitades 31, 32 de las ranuras radiales 36, 37 del lado exterior de las mitades 31, 32, dos hendiduras separadas e idénticas 43, 44. El ancho de estas hendiduras corresponde al ancho de los ganchos 41 sobresalientes de ambos lados de las pletinas del estator 24 y su profundidad radial a la medida axial del gancho 41. La distancia, en sentido del contorno de la carcasa 30, entre las hendiduras radiales 43 y la ranura 36 para una pletina de estator 24 y la misma distancia entre la hendidura radial 44 y la pletina radial 36 planeada para una pletina del estator 24 corresponde al ángulo por el que los módulos de estator 14 tienen que ser rodados en la máquina de flujo transversal unipolar de dos filamentos. En la versión de dos filamentos, esta distancia es de 90º eléctricos, así que en la máquina de 32 polos es de 5,625º del área. En una máquina de filamentos múltiples este ángulo es de 360º/m, siendo m el número de módulos del estator 14 encajados cuando son más de 2. Cuando las mitades 31, 32 de la carcasa 30 están encajadas, los ganchos 41 entran en las hendiduras radiales 43 ó 44 de la mitad vecina de la carcasa 30 de módulo estator 14 siguiente, de modo que ambos módulos estatores 14 están exactamente posicionados.

El montaje del módulo del estator 14 de la carcasa 30 se da por la técnica de encaje como descrito en continuación:

Primero se une las hendiduras radiales 37 en el anillo interior 33 con los elementos de inferencia 25 en una mitad de carcasa 31, como representado en la figura 9 en la mitad de carcasa 31 inferior para un elemento de inferencia. Luego el devanado del anillo 23 (fig. 1) es inserido en las ranuras 39 del las barras transversales 35 alineadas en sentido del contorno. En seguida se coloca la otra mitad de carcasa 32 sobre la mitad 31, siendo que los elementos de inferencia 25, sobresalientes axialmente de la mitad 31, penetran en las ranuras radiales 37 de la mitad 32. Después se introduce, desde fuera, los devanados del estator 24 en las ranuras radiales 36, hasta que las raíces 411 de los ganchos sobresalientes 41 toquen el fondo de las hendiduras 42, al mismo tiempo que las alas 412 envuelven el verso de las barras radiales 35, perchando a ambas mitades de la carcasa 31,32 en el sentido del eje. La posición de la pletina del estator 24 en ambas mitades 31, 32 está representada en la figura 9 para una pletina de estator 24 en la mitad de carcasa 31 inferior.

En la versión de filamentos múltiples de la máquina de flujo transversal unipolar se añade un segundo módulo de estator 14 de la carcasa 30 a la primera carcasa 30, de modo que - como se describe anteriormente - los ganchos 41 de los devanados de estator 24 se insertan en una de las hendiduras radiales 43 ó 44 de la carcasa 30 y torsionan el módulo del estator 14 por 90º eléctricos. Se fija una placa de cojinete 45 en ambas mitades de carcasa 31, 32 de las 4 mitades 31, 32 totales, para encajar el eje motor 13.

En la figura 12 se puede ver perspectivamente media placa de cojinetes 45. Dos de estas medias placas 45 son fijados en el anillo interior 33 de la mitad de carcasa 31, 31 con una pieza de reborde 46. Un conector de cojinetes 46, en ángulo recto respecto a la pieza de reborde 46, sujeta el rodamiento 13 (fig. 1).

Como mencionado anteriormente, también se puede fabricar una versión de la máquina de flujo transversal unipolar de filamentos múltiples de modo que los módulos de estator 14 ordenados firmemente lado a lado estén alineados axialmente y que los módulos de los rotores 15 estén en un ángulo fijo sobre el eje motor 13. En este caso existe la posibilidad de unir las pletinas de estator 24 a las barras transversales de los módulos de estator 14 alineados en el sentido del eje, por puentes axiales 48, como representado para la versión de dos filamentos en la figura 11. La pletina de estator 24 con puente 48 existen como pieza única estampada 49. En los lados exteriores opuestos de las pletinas del estator 24 existe, a su vez, otro gancho sobresaliente 41. Las piezas de estampado 49 son inseridas en las ranuras radiales alineadas 36 en las cuatro mitades de carcasa 31, 32 después del pré-montaje, de modo que los puentes 48 de las hendiduras radiales 42 estén en las mitades de carcasa 31, 32 colocadas y los ganchos sobresalientes 41 cubran las barras radiales 35 de las mitades 31, 32 en el verso opuesto a las ranuras radiales 36.

En la figura 13 está representado una unidad de módulo de una máquina de flujo transversal universal de 16 polos en una versión de eje hueco. La unidad de módulo se compone de un módulo de estator 14 y un módulo de rotor 15, ambos montados como descrito anteriormente, de modo que encontramos los mismos elementos de construcción con los mismos símbolos de referencia en la figura 13. En el ejemplo de ejecución de la figura 13 el módulo de rotor 15 está fijado a prueba de torsión en un eje hueco 50. La máquina de flujo transversal unipolar completa es de dos filamentos, como en la figura 1, posee, así, dos unidades de módulo con dos módulos de estator 14 y dos módulos de rotor 15 emparejados y tiene el módulo del estator 14 ó el módulo de rotor 15 girado en 90º eléctricos respecto a la segunda unidad de módulo.

Una versión de eje hueco de la máquina de flujo transversal unipolar de este tipo es especialmente apropiada como motor de arranque para un freno de rueda electromecánico, por ejemplo el descrito en WO 96/00301. La transmisión de rotación, translación o conversión propulsada por el motor de arranque estaría localizada en el interior del eje hueco 50, de modo que se cambie muy discretamente la construcción del freno de rueda.

Lógicamente también sería posible montar la máquina de flujo transversal unipolar de acuerdo con el ejemplo de ejecución en la figura 13 con filamentos múltiples, por ejemplo tres. Pero la versión con dos filamentos ofrece más ventajas por la necesidad de espacio para la localización del freno de rueda electromecánico.

Claims (26)

1. Máquina de flujo transversal unipolar con un rotor (12) que vuelve sobre un eje de rotor (19) y presenta por lo menos un módulo de rotor (15), compuesto por dos anillos de rotor (16, 17) ferromagnéticos, coaxiales y con paso de engranaje constante, y anillo magnético permanente (18) entre los anillos del rotor (16, 17) magnetizado de forma unipolar en el sentido de eje del rotor (19), además de un estator (11) concéntrico al eje del rotor que presente por lo menos un módulo de estator (14) coordinado a un módulo de rotor (15) y compuesto por un devanado de anillo (23; 23') alineada coaxialmente respecto al eje del rotor (19) y una pletina de estator (24) en forma de U que lo cubra, con una partición en la carcasa (10) correspondiente al paso del engranaje, mientras que el engranaje de los anillos del rotor (16, 17) se presenta exclusivamente en el diámetro exterior respecto al eje del rotor (19) de los anillos del rotor (16, 17) y están de tal modo coordinados al devanado del estator (24) en el módulo del estator (14) que un lado (241) del devanado del estator (24) esté opuesto con distancia radial al anillo del rotor (16) y el otro lado (242) del devanado del estator (24) lo esté al otro anillo del rotor (17), caracterizado por la existencia de un elemento de inferencia (25; 25') entre los devanados del estator (24) consiguientes en el sentido de rotación del rotor (12), elemento que se posiciona axialmente sobre ambos anillos del rotor (16, 17) y se opone a este con distancia radial.

2. Máquina de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por la existencia de dos módulos de rotor (15) iguales en el rotor (12) y dos módulos de estator (14) iguales en el estator (11) y por la fijación de los módulos del estator (14) axialmente alineados en una carcasa (10) y de los módulos del rotor (15) fijados axialmente alineados en un eje motor (13), de manera coordinada inversa, de modo que los módulos del estator (14) y los módulos del rotor (15) estén girados uno hacia el otro en un ángulo de 90º eléctricos.

3. Máquina de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por m módulos de rotor (15) en el rotor (12) y m módulos de estator (14) en el estator (11) y por la coordinación entre los módulos de estator (14) alineados axialmente en una carcasa (10) y los módulos del rotor (15) alineados axialmente sobre un eje motor (13), de modo que los módulos del estator (14) o los módulos del rotor (15) 360º/m eléctricos, mientras m sea un número entero mayor que 2.

4. Máquina de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 - 3, caracterizada por pletinas del estator (24), elementos de inferencia (25; 25') y anillos del rotor (16, 17) laminados.

5. Máquina de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 - 4, caracterizada por la posición coordinada y alineada con una división de polos de los elementos de inferencia (25; 25') respecto a las pletinas del estator (24).

6. Máquina de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 - 5, caracterizada por la medida igual de la distancia radial entre la pletina del estator (24) y los anillos del rotor (16, 17), por un lado, y entre los elementos de inferencia (25, 25'), por otro.

7. Máquina de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 - 6, caracterizada por el ancho axial mayor o igual del área libre (244) de los lados (241, 242) de la pletina del estator (24) que los anillos del rotor (16, 17), preferencialmente sobresaliente sobre estos por un o dos lados.

8. Máquina de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 - 7, caracterizada por la igualdad aproximada del ancho de la pletina del estator (24) y de los elementos de inferencia (25;25'), medidos en el sentido rotacional.

9. Máquina de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 - 8, caracterizada por la elección de una relación entre el ancho de diente (bZR) de los dientes (22) en los anillos del rotor (16, 17) y el ancho (bZS) de la pletina del estator (24) y los elementos de inferencia (25), siempre en el sentido rotacional, mayor que 1 y menor que 2, preferencialmente igual o menor que 1,5.

10. Máquina de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 - 9, caracterizada por la forma de C de los elementos de inferencia (25), con dos lados cortos, (251, 252) opuestos radialmente cada uno a un anillo de rotor (16, 17), y una barra transversal (253) que os une y se encuentra paralelo al eje del rotor (19) en el lado interior girado hacia el eje del rotor (19) del devanado de anillo (23) circular.

11. Máquina de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 - 9, caracterizada por elementos de inferencia (25') que poseen forma de U con dos lados (251', 252') largos, opuestos radialmente, cada uno, a un anillo de rotor (16, 17), y unidos entre ellos por una barra transversal (253') paralela al eje del motor (19), y caracterizada además por el devanado del anillo (23') del módulo estator (14), que presenta simetría radial al eje del rotor (19) y está formado meándricamente, pasando alternadamente entre los lados (241, 242) de la pletina del estator (24) y sobre el lado exterior respecto al eje (19) de una barra transversal (253') de un elemento de inferencia (25').

12. Máquina de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizada por la formación idéntica de las pletinas del estator (24) y los elementos de inferencia (25').

13. Máquina de acuerdo con una de las reivindicaciones 10 - 12, caracterizada por el ancho axial de las áreas libres (254 y/ó 25') de los lados (251, 252 y/ó 251', 252') de los elementos de inferencia (25 y/ó 25') igual o mayor que el ancho de los anillos del rotor (16, 17), preferencialmente sobresaliéndolos con uno o dos lados.

14. Máquina de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 - 13, caracterizada por los impulsos eléctricos bipolares dependientes del ángulo (\theta) de rotación del rotor (12) que pasa por el módulo del estator (14) y que estos impulsos en el módulo del estator (14) tienen una diferencia de fase de 90º cuando haya dos módulos de estator (14), y de 360º/m, cuando haya m módulos del estator (14) cuando m es un número entero mayor que 2.

15. Máquina de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 - 14, caracterizada por módulos de estator (14) contenidos en una carcasa (30) compuesta por dos mitades (31, 32) idénticas y encajadas simétricamente que presentan ranuras radiales (36, 37) alineadas axialmente para la inserción, por un lado, de pletinas de estator (24), y, por otro, de los elementos de inferencia (25), además de hendiduras (39) opuestas simétricamente y concéntricas al eje de la carcasa (38) para la inserción del devanado de anillo (23).

16. Máquina de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizada por mitades de carcasa (31, 32) con estructura de rendija y con un anillo interno (33) y otro externo (34), concéntrico a este, unidos por barras radiales (35), y por la localización de las ranuras radiales (37) que sujetan los elementos de inferencia (34) en el anillo interno (33) y de las ranuras radiales (36) que sujetan las pletinas del estator (24) en el anillo interno (33), en la barra radial (35) y en el anillo externo (34).

17. Máquina de acuerdo con la reivindicación 16, caracterizada por hendiduras (39) para el devanado del anillo (23) en las barras radiales (35).

18. Máquina de acuerdo con una de las reivindicaciones 15 - 1 7, caracterizada por la adaptación entre las pletinas del estator (24) y las ranuras radiales (36) que las sujetan de tal modo que cuando las pletinas del estator (24) y los elementos de inferencia (25) están inseridos en las ranuras radiales (36, 37), las mitades de la carcasa (31, 32) se fijan radial y axialmente inmovibles.

19. Máquina de acuerdo con la reivindicación 18, caracterizada por la adaptación del ancho de las ranuras radiales (36, 37) al grosor de la pletina del estator (24) y de los elementos de inferencia (25) y por el fondo de las ranuras radiales (36, 37) un poco mayor que medio ancho de pletina de estator (24) y elemento de inferencia (25).

20. Máquina de acuerdo con la reivindicación 18 ó 19, caracterizada por un gancho (41) sobresaliente en ambos lados de la barra transversal (243) de la pletina del estator (24) que cubre una barra radial (35) por el verso opuesto a la ranura radial (36) de las mitades de carcasa (31, 32) cuando las pletinas del estator (24) están encajadas en las ranuras radiales (36).

21. Máquina de acuerdo con la reivindicación 20 con filamentos múltiples, en la que el módulo del rotor (15) está alineado axialmente sobre el eje motor (13) y los módulos del estator (14) están posicionados en un ángulo fijo, caracterizada por dos hendiduras radiales (42, 43), separadas, en las secciones (341) del anillo exterior (34) de las mitades de carcasa (31, 32) entre las barras radiales (35), cuyo ancho corresponde, en el sentido del diámetro, al ancho de los ganchos (41) sobresalientes de las pletinas del estator (24) y cuyo fondo radial corresponde a la medida axial de los ganchos (41), y por la agrupación no-alineada de la hendidura radial (43) por un ángulo fijo de rotación respecto a la ranura radial (36) siguiente a una pletina de estator (24) y la agrupación de otra hendidura radial (44) por el mismo ángulo fijo de rotación respecto a la hendidura radial (36) anterior a una pletina de estator (24).

22. Máquina de acuerdo con la reivindicación 18 ó 19 en versión de filamentos múltiples, en la que los módulos de estator (14) están alineados axialmente y los módulos del rotor (15) están posicionados en un ángulo fijo recíproco sobre el eje motor (13), caracterizado por la unión de las pletinas del estator (24) de los módulos del estator (14), alineados en sentido del eje, a través de puentes (48) axiales en la barra transversal, y por un gancho (41) sobresaliente de la barra transversal (243) en el lado exterior de cada una de las dos pletinas (24) exteriores, que cubre el verso opuesto a la ranura radial (36) de las mitades exteriores de la carcasa (31, 32) cuando las pletinas del estator (24) están insertadas en la barra radial (35).

23. Máquina de acuerdo con la reivindicación 22, caracterizada por pletinas de estator (24) unidas por un puente (48) y ejecutadas como una única pieza de estampado.

24. Máquina de acuerdo con una de las reivindicaciones 20 - 23, caracterizada por una hendidura radial (42) en el fondo de cada ranura radial en la punta del anillo exterior (34), cuyo fondo radial está medido de tal manera que la raíz (411) del gancho (41) sobresaliente a la barra transversal (23) llega al fondo de la hendidura (42) en el lado direccionado al anillo interior (33), siempre que la pletina de estator (24) esté posicionada correctamente en la ranura radial (36).

25. Máquina de acuerdo con una de las reivindicaciones 15 - 24, caracterizada por el posicionamiento de dos placas (45) sobre las mitades de carcasa (31, 32) exteriores para el rodamiento del eje motor (13) que están fijadas sobre las mitades de carcasa (31, 32) con una pieza de reborde (46) y soportan el eje motor (13) con apoyos (47).

26. Máquina de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 - 25, caracterizada por tener por lo menos un módulo rotor (15) fijado a prueba de torsión en un eje hueco.