MOTOR DE BUJE Y VEHICULO DE TRANSPORTE PERSONAL QUE COMPRENDE DICHO MOTOR - Information about the patent
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MOTOR DE BUJE Y VEHICULO DE TRANSPORTE PERSONAL QUE COMPRENDE DICHO MOTOR

National patent for "MOTOR DE BUJE Y VEHICULO DE TRANSPORTE PERSONAL QUE COMPRENDE DICHO MOTOR"

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  • Spain 
  • Filing date:
  • 14/01/2016 
  • Request number:
  • P201630026 

  • Publication number:
  • ES2624540 

  • Grant date:
  • 27/04/2018 

  • Inventors:
  • Natural person 

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  • CONTIGO PLATAFORMA INTEGRAL DE SERVICIOS, S.L.
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  • DURAN-CORRETJER, S.L.P
     
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  • H02K 5/18,H02K 1/20,H02K 9/22 
  • Publication's International Patent Classification:
  • H02K 5/18,H02K 1/20,H02K 9/22 
  • Expiration date:
  •  
Claims:
+ ES-2624540_A1 1. Motor de buje que comprende un estátor y un rotor que rodea completamente el estátor caracterizado porque: - el estátor dispone de un conjunto de salientes del estátor, - el rotor dispone de un conjunto de salientes del rotor, estando intercalados entre sí los salientes del rotor y el estátor. 2. Motor, según la reivindicación 1, caracterizado porque los salientes del estátor y del rotor son aletas cilíndricas concéntricas. 3. Motor, según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque los salientes del estátor y del rotor dejan un espacio libre entre sus superficies igual o inferior a 1 mm. 4. Motor, según la reivindicación 3, caracterizado porque el citado espacio libre es igual o inferior a 0,7 mm. 5. Motor, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque los salientes del estátor están dispuestos en una rueda unida a los componentes eléctricos del estátor. 6. Motor, según la reivindicación 5, caracterizado porque la citada rueda y los salientes están realizados en materiales con una conductividad térmica igual o superior a 200 W/mK medida a 300K. 7. Motor, según la reivindicación 6, caracterizado porque dicha rueda y salientes están realizados en aluminio. 8. Motor, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el rotor presenta además, en su superficie exterior, aletas exteriores para disipación de calor. 9. Motor, según la reivindicación 8, caracterizado porque las aletas exteriores son aletas planas dispuestas radialmente. 10. Motor, según la reivindicación 9, caracterizado porque las aletas exteriores son aletas de aguja o tipo pin. 11. Motor, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque el espacio entre rotor y estátor queda ocupado por un líquido. 12. Motor, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque los citados salientes disponen de aletas de turbina integrados para forzar el transporte del material que ocupa el espacio existente entre el rotor y el estátor. 13. Motor, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque dispone de una soplante para forzar el movimiento del aire al exterior del rotor. 14. Motor, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque el estátor comprende un núcleo ferromagnético y un devanado. 15. Motor, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque el motor es un motor eléctrico de flujo axial. 16. Motor, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque la distancia entre aletas, la viscosidad cinemática del material entre aletas y el rango de velocidades angulares del motor son tales que el número de Taylor promedio en la zona de aletas es inferior al denominado número crítico de Taylor. 17. Vehículo de transporte personal que comprende una rueda tractora en cuyo eje se sitúa un motor, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16. 18. Vehículo, según la reivindicación 17, caracterizado porque el vehículo es una bicicleta eléctrica. 19. Vehículo, según la reivindicación 17, caracterizado porque el vehículo es un ciclomotor, una motocicleta ligera o un scooter.

+ ES-2624540_B1 1. Motor de buje que comprende un estátor y un rotor que rodea completamente el estátor caracterizado porque: - el estátor dispone de un conjunto de salientes del estátor, - el rotor dispone de un conjunto de salientes del rotor, estando intercalados entre sí los salientes del rotor y el estátor. 2. Motor, según la reivindicación 1, caracterizado porque los salientes del estátor y del rotor son aletas cilíndricas concéntricas. 3. Motor, según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque los salientes del estátor y del rotor dejan un espacio libre entre sus superficies igual o inferior a 1 mm. 4. Motor, según la reivindicación 3, caracterizado porque el citado espacio libre es igual o inferior a 0, 7 mm. 5. Motor, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque los salientes del estátor están dispuestos en una rueda unida a los componentes eléctricos del estátor. 6. Motor, según la reivindicación 5, caracterizado porque la citada rueda y los salientes están realizados en materiales con una conductividad térmica igual o superior a 200 W/mK medida a 300K. 7. Motor, según la reivindicación 6, caracterizado porque dicha rueda y salientes están realizados en aluminio. 8. Motor, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el rotor presenta además, en su superficie exterior, aletas exteriores para disipación de calor. 9. Motor, según la reivindicación 8, caracterizado porque las aletas exteriores son aletas planas dispuestas radialmente. 10. Motor, según la reivindicación 9, caracterizado porque las aletas exteriores son aletas de aguja o tipo pin. 11. Motor, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque el espacio entre rotor y estátor queda ocupado por un líquido. 12. Motor, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque los citados salientes disponen de aletas de turbina integrados para forzar el transporte del material que ocupa el espacio existente entre el rotor y el estátor. 13. Motor, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque dispone de una soplante para forzar el movimiento del aire al exterior del rotor. 14. Motor, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque el estátor comprende un núcleo ferromagnético y un devanado. 15. Motor, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque el motor es un motor eléctrico de flujo axial. 16. Motor, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque la distancia entre aletas, la viscosidad cinemática del material entre aletas y el rango de velocidades angulares del motor son tales que el número de Taylor promedio en la zona de aletas es inferior al denominado número crítico de Taylor. 17. Vehículo de transporte personal que comprende una rueda tractora en cuyo eje se sitúa un motor, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16. 18. Vehículo, según la reivindicación 17, caracterizado porque el vehículo es una bicicleta eléctrica. 19. Vehículo, según la reivindicación 17, caracterizado porque el vehículo es un ciclomotor, una motocicleta ligera o un scooter.

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H02K 5/18 - H02K 1/20 - H02K 9/22

Descriptions:
+ ES-2624540_A1 Motor de buje y vehículo de transporte personal que comprende dicho motor La presente invención hace referencia a motores de buje. Los motores de buje se utilizan, entre otras aplicaciones, en el campo de las bicicletas eléctricas. También se utilizan en ciclomotores, motocicletas ligeras y scooters. Los motores de buje de las bicicletas eléctricas (también conocidas como "e-bikes") generan, como cualquier otro motor eléctrico, pérdidas de potencia que tienen como consecuencia el calentamiento del motor. El devanado y el núcleo ferromagnético forman normalmente parte del estátor y son los responsables de casi la totalidad de las pérdidas de potencia. Estas pérdidas se convierten en calor que es necesario disipar. Debido a la construcción de los motores de buje, el estátor está completamente rodeado por el rotor y, por tanto, no es posible refrigerar el estátor mediante una corriente de aire inducida o por convección libre. El calor generado ha de pasar a través de una cámara de aire entre el estátor y el rotor para alcanzar la superficie exterior del motor. Incluso si se disponen aletas en la cara externa del motor, la cámara de aire impide una correcta disipación del calor generado. La Patente británica GB2484341 da a conocer un motor de buje de rueda en el que el estátor dispone de devanados y el rotor está provisto de medios de generación de un campo magnético rotor que coopera con los devanados con intermedio de un espacio de aire entre rotor y estátor, en particular una máquina de flujo axial denominada "máquina Y" ("Y-machine") para un buje de rueda. Presenta una cámara sellada el rotor y el estátor. El espacio entre el rotor y el estátor queda ocupado por un líquido con un punto de ebullición inferior a la temperatura de funcionamiento de los devanados estáticos, pero superior a la temperatura de diseño de una carcasa del estátor, de tal manera que el fluido realiza ciclos de evaporación/condensación que fomentan la transferencia de masa y calor de los devanados al exterior. El estátor comprende, además, una superficie aleteada para disipación de calor. Adicionalmente el rotor queda conectado a un dispositivo móvil que produce un flujo de aire inducido en la superficie aleteada. Este dispositivo resulta caro y complejo. Como consecuencia de su complejidad, no es aplicable, por ejemplo, a bicicletas eléctricas. La Patente norteamericana US-A-6720688 y la Patente británica GB1429659 dan a conocer una "máquina Y" y una máquina dinamoeléctrica, respectivamente, en la que el rotor presenta aletas para inducir un flujo forzado del fluido que separa los devanados de la carcasa del motor. Obviamente, las aletas que impulsan el fluido presentan un consumo adicional de potencia. Es un objetivo de la presente invención dar a conocer medios que mejoren la transferencia de calor en motores de buje. La presente invención consigue una transferencia de calor mejorada mediante la disposición de salientes o aletas tanto en la superficie interior de la carcasa del rotor como en el estátor, de tal manera que los salientes o aletas del estátor y los de la superficie interior de la carcasa del rotor se intercalan entre sí. La distribución intercalada presenta la ventaja de reducir el espacio o "gap" de aire entre el rotor y estátor con lo que se disminuye el número de Reynolds (Re) del fluido que ocupa el citado espacio. Como consecuencia se genera un flujo laminar denominado flujo de Couette en el espacio entre salientes. En este tipo de flujo, el fluido se comporta como una pluralidad de capas que deslizan entre sí sin mezclarse entre ellas. Esto implica una serie de ventajas: - el tope de resistencia al movimiento es mínimo; - la conductividad de calor a través del citado espacio es independiente de la velocidad de rotación (incluso para velocidad nula) y es igual a la conductividad térmica específica del fluido que ocupa el espacio; - la disposición de aletas intercaladas presenta como ventaja el aumento notable de la superficie conductora de calor; Estas ventajas son mayores cuando el denominado número de Taylor se mantiene por debajo de su valor crítico (aproximadamente 1700, variable en función de parámetros geométricos), puesto que se evita la aparición de vórtices que, si bien aumentan la transferencia de calor, también aumentan el torque necesario para hacer girar el motor. Con objeto de maximizar la transferencia de calor, resulta ventajoso que el espesor entre las aletas interpuestas sea el menor posible. El espesor mínimo posible del espacio entre aletas puede estar en el rango del espacio entre el estátor y los imanes del rotor, es decir, 0,7 mm o menos en función del diseño electromagnético, tolerancias y calidades mecánicas de los componentes. Más en particular, la presente invención da a conocer un motor de buje que comprende un estátor y un rotor que rodea completamente el estator, caracterizado porque: - el estátor dispone de un conjunto de salientes del estátor - el rotor dispone de un conjunto de salientes del rotor, estando intercalados entre sí los salientes del rotor y del estátor. Preferentemente, los salientes del estátor y del rotor son aletas cilíndricas concéntricas. Esta configuración de aletas presenta la ventaja de su fácil instalación y montaje. Las aletas cilíndricas concéntricas podrán ser continuas o discontinuas. Ventajosamente, los salientes del estátor y del rotor dejan un espacio entre sus superficies igual o inferior a 1 mm, y más ventajosamente el citado espacio es igual o inferior a 0,7 mm. Los salientes del estátor pueden estar dispuestos en una rueda unida al estátor. Ventajosamente, la citada rueda y los salientes están realizados en materiales con una conductividad térmica igual o superior a 200 W/mK medida a 300K. Dicha conductividad promueve la disipación de calor a través de la superficie de los salientes. Dicha rueda y salientes pueden estar realizados en aluminio. Preferentemente, el rotor presenta además, en su superficie exterior, aletas exteriores para disipación de calor. Más preferentemente, las aletas exteriores son aletas planas dispuestas radialmente. Aun más preferentemente, su forma puede estar configurada para generar un efecto de bombeo en el aire que rodea el motor. Las aletas exteriores también pueden ser, por ejemplo, de aguja o tipo pin. Estas aletas presentan la ventaja de poseer un alto coeficiente de disipación de calor. En una realización preferente, el espacio entre rotor y estátor queda ocupado por un líquido. Dicho líquido puede elegirse para mejorar la conductividad térmica del aire, típicamente 10 veces o más, y con ello la transferencia de calor. Preferentemente, los citados salientes disponen de aletas de turbina integradas para forzar el transporte del material que ocupa el espacio existente entre el rotor y el estátor. Este transporte genera un flujo circulante, preferentemente entre diámetros exteriores e interiores, que mejoran la conductividad térmica. También puede disponerse de una soplante para forzar el movimiento del aire al exterior del rotor. Esta soplante puede ser utilizada, por ejemplo, para mejorar la convección natural a resoluciones bajas o en estado de reposo. Típicamente, de manera preferente, el estátor puede comprender un núcleo ferromagnético y un devanado. Preferentemente, el motor es un motor eléctrico de flujo axial. Este tipo de motor resulta ventajoso para esta aplicación porque aumenta la cantidad de superficie disponible para las aletas, y favorece que el calor sea transferido a las zonas de mayor diámetro del motor. Para su mejor comprensión se adjuntan, a título de ejemplo explicativo pero no limitativo, unos dibujos de una realización de un motor de buje y vehículo de transporte personal que comprende dicho motor, objeto de la presente invención. La figura 1 muestra una sección según un plano diametral de un motor de buje colocado en una rueda con radios. La figura 2 muestra una sección según un plano diametral de una primera realización de un motor de buje según la presente invención. La figura 3 muestra una sección según un plano diametral de una segunda realización de un motor de buje según la presente invención. La figura 1 muestra un motor de buje de tipo convencional que queda colocado en el buje de una rueda de radios -100-. Debido a la naturaleza simétrica del ejemplo, se ha representado únicamente la parte hasta el eje de giro -10- de la rueda. El motor de buje mostrado puede ser utilizado como medio de tracción en un vehículo de transporte personal, como por ejemplo una bicicleta eléctrica, estando situado en una rueda tractora. Como en todo motor eléctrico, se producen pérdidas de potencia que resultan en un calentamiento del motor. En la configuración mostrada, el estátor comprende el núcleo ferromagnético -1- y el devanado -2-, que son los principales responsables de las pérdidas de potencia. El rotor comprende unos imanes -3- en una carcasa -4- que cubre el estátor. Debido a la construcción de los motores de buje, la carcasa -4- rodea completamente el rotor. No existe posibilidad de refrigerar el rotor mediante un flujo de aire por convección libre. Debido a la situación del motor, rodeando el eje -9- de la rueda y a su vez rodeado por los radios -100- de la misma. Asimismo, es habitual que se dispongan otros elementos junto al motor, como por ejemplo un disco de freno -7- y su correspondiente zapata -8-. Adicionalmente, el estátor -1-, -2- ha de quedar unido a la zona del eje -9- mediante una estructura -5- o de otra manera. En estas condiciones, el calor ha de atravesar una buena capa de aire que ocupa el espacio -6- y que se sitúa entre el estátor -1-, -2- y el rotor -4-. La gruesa capa de aire impide una buena transmisión del calor que principalmente se produce por conducción a través del aire en la restringida zona en la que el estátor y la carcasa del rotor son más cercanos. La figura 2 muestra un primer ejemplo de realización de motor según la presente invención. Elementos iguales o similares a los de la realización de la figura 1 han sido indicados con idénticos numerales. En esta realización el estátor dispone de una rueda -54- de aluminio altamente conductivo que dispone de aletas cilíndricas concéntricas -51-. Las tapas laterales -4- del rotor -4- han sido modificadas y presentan en una cara interior aletas cilíndricas concéntricas -41-. Las aletas cilíndricas concéntricas -41-, -51- del estátor y del rotor quedan intercaladas entre sí, de tal manera que dejan un espacio -61- angosto entre ellas. El espesor mínimo posible del paso -61- estará en el rango del espacio mínimo entre el estátor y los imanes de aproximadamente 0,7 mm o menos en función del diseño electromagnético, tolerancias y calidad mecánica de los componentes. Como se puede observar por la comparación entre las figuras 1 y 2, la superficie conductora de calor ha sido incrementada tanto en el estátor y en el rotor, que se intercalan. Los salientes -41-, -51- en este caso son aletas concéntricas y de forma cilindrica. Su ensamblaje es muy simple. Para mejorar la disipación de calor hacia la corriente de aire provocada, por ejemplo, por el movimiento del vehículo de transporte personal (tal como una bicicleta eléctrica) en el que se sitúa el motor de buje, o por la convección libre de aire, se han situado en el exterior aletas exteriores -53-, -52- en la cara lateral -4- de la carcasa del estátor. Las aletas exteriores -52-, -53- del ejemplo quedan orientadas radialmente y su forma concreta (no mostrada en las figuras) puede ser elegida para aumentar el efecto de bombeo si el motor está girando. Las aletas también podrían ser aletas de agujas ("pin fins") que presentan un coeficiente de disipación de calor aun mejor que las aletas planas. Debido al pequeño espesor del espacio -61- de aire, el número de Reynolds (Re) resulta muy bajo, por lo que genera un "flujo laminar de Couette" entre aletas, en el que no se produce mezcla entre capas diferentes del espacio -61-. En estas condiciones la conductividad a través del espacio -61- de aire resulta independiente de la velocidad angular del motor e igual a la conductividad térmica específica del material que ocupa el espacio -61-, De manera general, para todas las aplicaciones y realizaciones de la presente invención, puede ser interesante mantenerse el flujo del fluido entre salientes en régimen laminar para evitar la formación de vórtices (flujo de Taylor-Couette). Si bien las condiciones en las que aparece este flujo dependen de la geometría y detalles de cada caso, se puede tomar como referencia que los vórtices no aparecen hasta el denominado número de Taylor crítico (Tac). El número de Taylor se obtiene mediante la siguiente fórmula: Ta co ! R 1 (Dh/2 )3 y En el que: Q = Velocidad de rotación (rad/s) R1 = Diámetro interno Dh = Diámetro hidráulico medio Y = Viscosidad cinemática (m2/s) Taylor determinó que el número de Taylor crítico (Tac) para un espacio entre dos cilindros infinitamente largo y pronunciadamente estrecho era de aproximadamente 1700. El número de Taylor de un motor y según la presente invención, puede ser alterado mediante la configuración del rango de velocidades angulares, la viscosidad cinemática del fluido que ocupa el espacio entre estátor y rotor (aire u otro), el diámetro interno mínimo R1 que define la rueda con los salientes del estátor y la magnitud del espacio entre aletas del rotor y del estátor (que a su vez tienen influencia en el diámetro hidráulico). Por supuesto, para determinadas aplicaciones, puede diseñarse trabajar con Ta mayores al Ta crítico (Tac) teórico o real con objeto de mejorar la transferencia de calor a costa de pérdidas eléctricas. La determinación del Tac en cada caso puede hacerse con medios simples, simplemente determinando la velocidad angular en la cual el torque o resistencia al giro del rotor con respecto al estátor cambia. Una discusión sobre este tipo de flujo puede encontrarse, por ejemplo, en M. Fénot et al. "A review of heat transfer between concentric rotating cylinders with or without axial flow", International Journal of Thermal Sciences 50(7), 1138-1155. La invención, sin embargo, no queda limitada a regímenes laminares, presentando efectos ventajosos también en regímenes no laminares. La figura 3 muestra una segunda realización de un motor según la presente invención. Elementos iguales o similares a los mostrados en las anteriores figuras han sido indicados con idénticos numerales. En el ejemplo de la figura 3, el motor eléctrico es de flujo axial. Como se observa, este tipo de motor deja internamente más superficie libre para las aletas, pudiendo disponerse aletas -51- en las diferentes partes no eléctricas -5- del estátor que se sitúan exterior e interiormente al núcleo -1-. En este caso, también se han dispuesto aletas -58- en la zona exterior de la carcasa, entre los radios -100- de la rueda tractora en la que se sitúa el motor. Por supuesto, en la realización de la figura 2 también es posible disponer aletas de disipación de calor -58- en dicha disposición. En la zona circunferencialmente más exterior del motor y entre radios no existe apenas restricción para la superficie aleteada siempre y cuando se puedan montar las aletas. Asimismo, el efecto de bombeo es mucho mayor que en las paredes laterales de la carcasa. Para mejorar la conductividad térmica en el interior del motor, el aire del interior puede ser sustituido por otro material, por ejemplo, un líquido. El concepto de salientes o aletas intercaladas en la parte interior del motor entre estátor y rotor puede ser mejorado mediante la utilización, no solo de aletas cerradas concéntricas, sino también una estructura de álabes de turbina simples integradas en la estructura de aletas concéntricas para obtener ventaja de la conductividad de calor por transporte de material que fluirá a través de los álabes de turbina. El flujo circula, gracias a los álabes de turbina y a las fuerzas centrífugas consecuencia del giro del motor, hacia los diámetros exteriores y vuelve a la zona interior del estátor (que no gira), lo que mejora de nuevo la conductividad. Para conseguir una gran disipación de calor en la zona exterior del rotor hacia el flujo de aire atmosférico a velocidades de conducción bajas o en condiciones de convección natural en parado se puede utilizar un soplante eléctrico activo, por ejemplo, como los usados típicamente en cisternas refrigeradoras por agua con intercambiadores de calor. Si bien la invención se ha presentado y descrito con referencia a realizaciones de la misma, se comprenderá que éstas no son limitativas de la invención, por lo que podrían ser variables múltiples detalles constructivos u otros que podrán resultar evidentes para los técnicos del sector después de interpretar la materia que se da a conocer en la presente descripción, reivindicaciones y dibujos. Así pues, todas las variantes y equivalentes quedarán incluidas dentro del alcance de la presente invención si se pueden considerar comprendidas dentro del ámbito más extenso de las siguientes reivindicaciones.

+ ES-2624540_B1 Motor de buje y vehículo de transporte personal que comprende dicho motor La presente invención hace referencia a motores de buje. Los motores de buje se utilizan, entre otras aplicaciones, en el campo de las bicicletas eléctricas. También se utilizan en ciclomotores, motocicletas ligeras y scooters. Los motores de buje de las bicicletas eléctricas (también conocidas como "e-bikes") generan, como cualquier otro motor eléctrico, pérdidas de potencia que tienen como consecuencia el calentamiento del motor. El devanado y el núcleo ferromagnético forman normalmente parte del estátor y son los responsables de casi la totalidad de las pérdidas de potencia. Estas pérdidas se convierten en calor que es necesario disipar. Debido a la construcción de los motores de buje, el estátor está completamente rodeado por el rotor y, por tanto, no es posible refrigerar el estátor mediante una corriente de aire inducida o por convección libre. El calor generado ha de pasar a través de una cámara de aire entre el estátor y el rotor para alcanzar la superficie exterior del motor. Incluso si se disponen aletas en la cara externa del motor, la cámara de aire impide una correcta disipación del calor generado. La Patente británica GB2484341 da a conocer un motor de buje de rueda en el que el estátor dispone de devanados y el rotor está provisto de medios de generación de un campo magnético rotor que coopera con los devanados con intermedio de un espacio de aire entre rotor y estátor, en particular una máquina de flujo axial denominada "máquina Y" ("Y-machine") para un buje de rueda. Presenta una cámara sellada el rotor y el estátor. El espacio entre el rotor y el estátor queda ocupado por un líquido con un punto de ebullición inferior a la temperatura de funcionamiento de los devanados estáticos, pero superior a la temperatura de diseño de una carcasa del estátor, de tal manera que el fluido realiza ciclos de evaporación/condensación que fomentan la transferencia de masa y calor de los devanados al exterior. El estátor comprende, además, una superficie aleteada para disipación de calor. Adicionalmente el rotor queda conectado a un dispositivo móvil que produce un flujo de aire inducido en la superficie aleteada. Este dispositivo resulta caro y complejo. Como consecuencia de su complejidad, no es aplicable, por ejemplo, a bicicletas eléctricas. La Patente norteamericana US-A-6720688 y la Patente británica GB1429659 dan a conocer una "máquina Y" y una máquina dinamoeléctrica, respectivamente, en la que el rotor presenta aletas para inducir un flujo forzado del fluido que separa los devanados de la carcasa del motor. Obviamente, las aletas que impulsan el fluido presentan un consumo adicional de potencia. Es un objetivo de la presente invención dar a conocer medios que mejoren la transferencia de calor en motores de buje. La presente invención consigue una transferencia de calor mejorada mediante la disposición de salientes o aletas tanto en la superficie interior de la carcasa del rotor como en el estátor, de tal manera que los salientes o aletas del estátor y los de la superficie interior de la carcasa del rotor se intercalan entre sí. La distribución intercalada presenta la ventaja de reducir el espacio o "gap" de aire entre el rotor y estátor con lo que se disminuye el número de Reynolds (Re) del fluido que ocupa el citado espacio. Como consecuencia se genera un flujo laminar denominado flujo de Couette en el espacio entre salientes. En este tipo de flujo, el fluido se comporta como una pluralidad de capas que deslizan entre sí sin mezclarse entre ellas. Esto implica una serie de ventajas: - el tope de resistencia al movimiento es mínimo; - la conductividad de calor a través del citado espacio es independiente de la velocidad de rotación (incluso para velocidad nula) y es igual a la conductividad térmica específica del fluido que ocupa el espacio; - la disposición de aletas intercaladas presenta como ventaja el aumento notable de la superficie conductora de calor; Estas ventajas son mayores cuando el denominado número de Taylor se mantiene por debajo de su valor crítico (aproximadamente 1700, variable en función de parámetros geométricos) , puesto que se evita la aparición de vórtices que, si bien aumentan la transferencia de calor, también aumentan el torque necesario para hacer girar el motor. Con objeto de maximizar la transferencia de calor, resulta ventajoso que el espesor entre las aletas interpuestas sea el menor posible. El espesor mínimo posible del espacio entre aletas puede estar en el rango del espacio entre el estátor y los imanes del rotor, es decir, 0, 7 mm o menos en función del diseño electromagnético, tolerancias y calidades mecánicas de los componentes. Más en particular, la presente invención da a conocer un motor de buje que comprende un estátor y un rotor que rodea completamente el estator, caracterizado porque: - el estátor dispone de un conjunto de salientes del estátor - el rotor dispone de un conjunto de salientes del rotor, estando intercalados entre sí los salientes del rotor y del estátor. Preferentemente, los salientes del estátor y del rotor son aletas cilíndricas concéntricas. Esta configuración de aletas presenta la ventaja de su fácil instalación y montaje. Las aletas cilíndricas concéntricas podrán ser continuas o discontinuas. Ventajosamente, los salientes del estátor y del rotor dejan un espacio entre sus superficies igual o inferior a 1 mm, y más ventajosamente el citado espacio es igual o inferior a 0, 7 mm. Los salientes del estátor pueden estar dispuestos en una rueda unida al estátor. Ventajosamente, la citada rueda y los salientes están realizados en materiales con una conductividad térmica igual o superior a 200 W/mK medida a 300K. Dicha conductividad promueve la disipación de calor a través de la superficie de los salientes. Dicha rueda y salientes pueden estar realizados en aluminio. Preferentemente, el rotor presenta además, en su superficie exterior, aletas exteriores para disipación de calor. Más preferentemente, las aletas exteriores son aletas planas dispuestas radialmente. Aun más preferentemente, su forma puede estar configurada para generar un efecto de bombeo en el aire que rodea el motor. Las aletas exteriores también pueden ser, por ejemplo, de aguja o tipo pin. Estas aletas presentan la ventaja de poseer un alto coeficiente de disipación de calor. En una realización preferente, el espacio entre rotor y estátor queda ocupado por un líquido. Dicho líquido puede elegirse para mejorar la conductividad térmica del aire, típicamente 10 veces o más, y con ello la transferencia de calor. Preferentemente, los citados salientes disponen de aletas de turbina integradas para forzar el transporte del material que ocupa el espacio existente entre el rotor y el estátor. Este transporte genera un flujo circulante, preferentemente entre diámetros exteriores e interiores, que mejoran la conductividad térmica. También puede disponerse de una soplante para forzar el movimiento del aire al exterior del rotor. Esta soplante puede ser utilizada, por ejemplo, para mejorar la convección natural a resoluciones bajas o en estado de reposo. Típicamente, de manera preferente, el estátor puede comprender un núcleo ferromagnético y un devanado. Preferentemente, el motor es un motor eléctrico de flujo axial. Este tipo de motor resulta ventajoso para esta aplicación porque aumenta la cantidad de superficie disponible para las aletas, y favorece que el calor sea transferido a las zonas de mayor diámetro del motor. Para su mejor comprensión se adjuntan, a título de ejemplo explicativo pero no limitativo, unos dibujos de una realización de un motor de buje y vehículo de transporte personal que comprende dicho motor, objeto de la presente invención. La figura 1 muestra una sección según un plano diametral de un motor de buje colocado en una rueda con radios. La figura 2 muestra una sección según un plano diametral de una primera realización de un motor de buje según la presente invención. La figura 3 muestra una sección según un plano diametral de una segunda realización de un motor de buje según la presente invención. La figura 1 muestra un motor de buje de tipo convencional que queda colocado en el buje de una rueda de radios -100-. Debido a la naturaleza simétrica del ejemplo, se ha representado únicamente la parte hasta el eje de giro -10- de la rueda. El motor de buje mostrado puede ser utilizado como medio de tracción en un vehículo de transporte personal, como por ejemplo una bicicleta eléctrica, estando situado en una rueda tractora. Como en todo motor eléctrico, se producen pérdidas de potencia que resultan en un calentamiento del motor. En la configuración mostrada, el estátor comprende el núcleo ferromagnético -1- y el devanado -2-, que son los principales responsables de las pérdidas de potencia. El rotor comprende unos imanes -3- en una carcasa -4- que cubre el estátor. Debido a la construcción de los motores de buje, la carcasa -4- rodea completamente el rotor. No existe posibilidad de refrigerar el rotor mediante un flujo de aire por convección libre. Debido a la situación del motor, rodeando el eje -9- de la rueda y a su vez rodeado por los radios -100- de la misma. Asimismo, es habitual que se dispongan otros elementos junto al motor, como por ejemplo un disco de freno -7- y su correspondiente zapata -8-. Adicionalmente, el estátor -1-, -2- ha de quedar unido a la zona del eje -9- mediante una estructura -5- o de otra manera. En estas condiciones, el calor ha de atravesar una buena capa de aire que ocupa el espacio -6- y que se sitúa entre el estátor -1-, -2- y el rotor -4-. La gruesa capa de aire impide una buena transmisión del calor que principalmente se produce por conducción a través del aire en la restringida zona en la que el estátor y la carcasa del rotor son más cercanos. La figura 2 muestra un primer ejemplo de realización de motor según la presente invención. Elementos iguales o similares a los de la realización de la figura 1 han sido indicados con idénticos numerales. En esta realización el estátor dispone de una rueda -54- de aluminio altamente conductivo que dispone de aletas cilíndricas concéntricas -51-. Las tapas laterales -4- del rotor -4- han sido modificadas y presentan en una cara interior aletas cilíndricas concéntricas -41-. Las aletas cilíndricas concéntricas -41-, -51- del estátor y del rotor quedan intercaladas entre sí, 5 de tal manera que dejan un espacio -61- angosto entre ellas El espesor mínimo posible del paso -61- estará en el rango del espacio mínimo entre el estátor y los imanes de aproximadamente 0, 7 mm o menos en función del diseño electromagnético, tolerancias y calidad mecánica de los componentes. Como se puede observar por la comparación entre las figuras 1 y 2, la superficie conductora de calor ha sido incrementada tanto en el estátor y en el rotor, que se intercalan. Los salientes -41-, -51- en este caso son aletas concéntricas y de forma cilindrica. Su ensamblaje es muy simple. Para mejorar la disipación de calor hacia la corriente de aire provocada, por ejemplo, por el movimiento del vehículo de transporte personal (tal como una bicicleta eléctrica) en el que se sitúa el motor de buje, o por la convección libre de aire, se han situado en el exterior aletas exteriores -53-, -52- en la cara lateral -4- de la carcasa del estátor. Las aletas exteriores -52-, -53- del ejemplo quedan orientadas radialmente y su forma concreta (no mostrada en las figuras) puede ser elegida para aumentar el efecto de bombeo si el motor está girando. Las aletas también podrían ser aletas de agujas ("pin fins") que presentan un coeficiente de disipación de calor aun mejor que las aletas planas. Debido al pequeño espesor del espacio -61- de aire, el número de Reynolds (Re) resulta muy bajo, por lo que genera un "flujo laminar de Couette" entre aletas, en el que no se produce mezcla entre capas diferentes del espacio -61-. En estas condiciones la conductividad a través del espacio -61- de aire resulta independiente de la velocidad angular del motor e igual a la conductividad térmica específica del material que ocupa el espacio -61-, De manera general, para todas las aplicaciones y realizaciones de la presente invención, puede ser interesante mantenerse el flujo del fluido entre salientes en régimen laminar para evitar la formación de vórtices (flujo de Taylor-Couette). Si bien las condiciones en las que aparece este flujo dependen de la geometría y detalles de cada caso, se puede tomar como referencia que los vórtices no aparecen hasta el denominado número de Taylor crítico (Tac). El número de Taylor se obtiene mediante la siguiente fórmula: Ta co ! R 1 (Dh/2 ) 3 y En el que: Q = Velocidad de rotación (rad/s) R1 = Diámetro interno Dh = Diámetro hidráulico medio Y = Viscosidad cinemática (m2/s) Taylor determinó que el número de Taylor crítico (Tac) para un espacio entre dos cilindros infinitamente largo y pronunciadamente estrecho era de aproximadamente 1700. El número de Taylor de un motor y según la presente invención, puede ser alterado mediante la configuración del rango de velocidades angulares, la viscosidad cinemática del fluido que ocupa el espacio entre estátor y rotor (aire u otro) , el diámetro interno mínimo R1 que define la rueda con los salientes del estátor y la magnitud del espacio entre aletas del rotor y del estátor (que a su vez tienen influencia en el diámetro hidráulico). Por supuesto, para determinadas aplicaciones, puede diseñarse trabajar con Ta mayores al Ta crítico (Tac) teórico o real con objeto de mejorar la transferencia de calor a costa de pérdidas eléctricas. La determinación del Tac en cada caso puede hacerse con medios simples, simplemente determinando la velocidad angular en la cual el torque o resistencia al giro del rotor con respecto al estátor cambia. Una discusión sobre este tipo de flujo puede encontrarse, por ejemplo, en M. Fénot et al. "A review of heat transfer between concentric rotating cylinders with or without axial flow", International Journal of Thermal Sciences 50 (7) , 1138-1155. La invención, sin embargo, no queda limitada a regímenes laminares, presentando efectos ventajosos también en regímenes no laminares. La figura 3 muestra una segunda realización de un motor según la presente invención. Elementos iguales o similares a los mostrados en las anteriores figuras han sido indicados con idénticos numerales. En el ejemplo de la figura 3, el motor eléctrico es de flujo axial. Como se observa, este tipo de motor deja internamente más superficie libre para las aletas, pudiendo disponerse aletas -51- en las diferentes partes no eléctricas -5- del estátor que se sitúan exterior e interiormente al núcleo -1-. En este caso, también se han dispuesto aletas -58- en la zona exterior de la carcasa, entre los radios -100- de la rueda tractora en la que se sitúa el motor. Por supuesto, en la realización de la figura 2 también es posible disponer aletas de disipación de calor -58- en dicha disposición. En la zona circunferencialmente más exterior del motor y entre radios no existe apenas restricción para la superficie aleteada siempre y cuando se puedan montar las aletas. Asimismo, el efecto de bombeo es mucho mayor que en las paredes laterales de la carcasa. Para mejorar la conductividad térmica en el interior del motor, el aire del interior puede ser sustituido por otro material, por ejemplo, un líquido. El concepto de salientes o aletas intercaladas en la parte interior del motor entre estátor y rotor puede ser mejorado mediante la utilización, no solo de aletas cerradas concéntricas, sino también una estructura de álabes de turbina simples integradas en la estructura de aletas concéntricas para obtener ventaja de la conductividad de calor por transporte de material que fluirá a través de los álabes de turbina. El flujo circula, gracias a los álabes de turbina y a las fuerzas centrífugas consecuencia del giro del motor, hacia los diámetros exteriores y vuelve a la zona interior del estátor (que no gira) , lo que mejora de nuevo la conductividad. Para conseguir una gran disipación de calor en la zona exterior del rotor hacia el flujo de aire atmosférico a velocidades de conducción bajas o en condiciones de convección natural en parado se puede utilizar un soplante eléctrico activo, por ejemplo, como los usados típicamente en cisternas refrigeradoras por agua con intercambiadores de calor. Si bien la invención se ha presentado y descrito con referencia a realizaciones de la misma, se comprenderá que éstas no son limitativas de la invención, por lo que podrían ser variables múltiples detalles constructivos u otros que podrán resultar evidentes para los técnicos del sector después de interpretar la materia que se da a conocer en la presente descripción, reivindicaciones y dibujos. Así pues, todas las variantes y equivalentes quedarán incluidas dentro del alcance de la presente invención si se pueden considerar comprendidas dentro del ámbito más extenso de las siguientes reivindicaciones.

Publications:
ES2624540 (14/07/2017) - A1 Solicitud de patente con informe sobre el estado de la técnica
ES2624540 (08/05/2018) - B1 Patente de invención
ES2624540 (21/08/2018) - B8 Corrección de la primera página de patente de invención
Events:
On the date 14/01/2016 Registro Instancia de Solicitud took place
On the date 14/01/2016 Admisión a Trámite took place
On the date 14/01/2016 1001P_Comunicación Admisión a Trámite took place
On the date 08/04/2016 Suspenso en Examen Formal y Técnico took place
On the date 14/04/2016 Publicación Suspenso Examen Formal took place
On the date 15/04/2016 3007 registro contestación al suspenso Examen Formal took place
On the date 15/04/2016 Continuación del Procedimiento took place
On the date 21/04/2016 Publicación Continuación del Procedimiento took place
On the date 13/12/2016 Realizado IET took place
On the date 14/12/2016 1109P_Comunicación Traslado del IET took place
On the date 20/12/2016 3511X_Petición Copia Certificada took place
On the date 02/01/2017 Solicitud Copia Aprobada took place
On the date 02/01/2017 1514X_Copia Autorizada en Tramitación took place
On the date 14/07/2017 Publicación Solicitud took place
On the date 14/07/2017 Publicación Folleto Solicitud con IET (A1) took place
On the date 28/09/2017 Reanudación Procedimiento General de Concesión took place
On the date 04/10/2017 Publicación Reanudación Procedimiento General de Concesión took place
On the date 10/10/2017 3411X_Alta Mandatarios took place
On the date 27/11/2017 Alta mandatario took place
On the date 27/12/2017 Publicación Traslado Observaciones del IET took place
On the date 20/02/2018 IET3_Observaciones al IET o Comentarios a Observaciones took place
On the date 26/04/2018 Sin Modificación de Reivindicaciones took place
On the date 27/04/2018 Concesión took place
On the date 27/04/2018 1203P_Notificación Concesión por Procedimiento General de Concesión took place
On the date 08/05/2018 Publicación concesión Patente PGC took place
On the date 08/05/2018 Publicación Folleto Concesión took place
On the date 23/05/2018 Entrega título took place
On the date 03/08/2018 3406X_Solicitud Correcciones took place
On the date 09/08/2018 1551X_Notificación Correcciones Admitidas took place
On the date 21/08/2018 Publicación de la Corrección de la primera pagina de la patente de invención (BOPI) took place
On the date 21/08/2018 Publicación Folleto Corrección de la Primera Página de la Patente de Invención (B8) took place
On the date 09/12/2021 Inscripcion de Cesion F202131086 took place
On the date 09/12/2021 Alta mandatario por inscripción de transmisión F202131086 took place
Payments:
14/01/2016 - Pago Tasas IET
18/05/2018 - Pago Tasas Concesión
18/05/2018 - Pago 03 Anualidad
01/02/2019 - Pago 04 Anualidad
16/10/2020 - Pago 05 Anualidad
28/04/2021 - Pago 06 Anualidad

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