RETARDADOR

DESCRIPCIÓN

Campo técnico de la invención

La invención pertenece al campo de los sistemas de frenado para la automoción, más concretamente se corresponde con sistemas de frenado electromagnéticos que emplean como principio las corrientes de Foucault. Estos sistemas de frenado necesitan alimentación eléctrica y funcionan sin desgastar ni friccionar.

Estado de la Técnica

Los retardadores electromagnéticos generalmente están constituidos de un estator central y dos rotores extremos, uno a cada lado del estator. Su funcionamiento se basa en la variación de la resistencia mecánica que ofrecen los rotores al girar en un campo magnético. El campo magnético es creado por un número determinado de electroimanes fijados en una carcasa y repartidos uniformemente. Estos retardadores precisan de alimentación eléctrica para suministrar corriente en las bobinas que forman los electroimanes fijados en el estator. La fuente de alimentación se realiza habitualmente mediante baterías que incorporan los vehículos en donde van instalados estos retardadores. Los requisitos para estas baterías son exigentes ya que la cantidad de corriente necesaria es elevada hasta el punto en que, el uso prolongado del retardador ocasiona una bajada de voltaje en las baterías. Esta bajada de voltaje obliga a reducir la potencia del retardador e incluso a desconectar el mismo.

Breve descripción de la invención

Es objeto de la invención un sistema de alimentación para un retardador de un vehículo que resuelve o al menos mitiga los problemas y limitaciones observadas en el estado de la técnica de acuerdo con la primera reivindicación independiente. También lo es un conjunto de pasos, de acuerdo con la reivindicación independiente de método que permite hacer autónomo a un retardador mediante el montaje de al menos un generador.

El sistema de alimentación se acopla a un retardador que incluye un estator central y dos rotores laterales. Cada rotor lateral se sitúa externamente a un lado diferente del estator. El sistema de alimentación incluye al menos un generador que se acopla con el retardador a través de unos medios de acoplamiento. El generador comprende un conjunto rotor y un estator. El acoplamiento de uno o más generadores en el retardador consigue obtener un conjunto compacto. Gracias al generador, el retardador es autónomo al proveerse de la energía eléctrica que necesita para su funcionamiento.

Cabe también configurar el generador para que, aparte de suministrar energía al retardador, pueda proporcionar energía a unas baterías. Estas baterías acumulan energía de reserva y mejoran el aprovechamiento energético.

Preferentemente, el estator del generador incluye una serie de bobinas y el conjunto rotor del generador incluye una serie de imanes permanentes dispuestos con alternancia de polaridad. En funcionamiento, el conjunto rotor, actuando como inductor, genera un flujo magnético para que el estator, actuando como inducido, transforme el flujo magnético en electricidad con esta configuración.

El acoplamiento incluye ensamblar partes no-móviles. Se fija el estator del generador al estator del retardador a través de unos brazos que hacen de unión rígida entre ambos.

El acoplamiento también incluye ensamblar partes móviles. Para las partes móviles se prevé una nueva brida de nuevo diseño ubicada en el extremo del retardador que aparte de fijar la transmisión cardan del vehículo, da origen a la cadena cinemática del generador, con esta configuración, tanto los rotores del retardador como el rotor del generador, giran a la vez sobre un mismo eje. El rotor del generador es un componente robusto y equilibrado dinámicamente, y constituido preferentemente por una fundición de aluminio o acero inoxidable amagnético. Los imanes permanentes que forman las masas polares, son ensamblados en su superficie, posicionados equidistantes y con los polos magnéticamente alternados. Para la integración del rotor del generador a la parte rotativa del retardador, se monta preferentemente el rotor del generador a un casquillo porta-rotor por medio de chavetas y arandelas tipo Seeger, formando así el conjunto rotor del generador que es fijado a la brida de salida montada en el retardador por medio de unos tornillos. El estator del generador está preferentemente constituido por una armadura formada por un conjunto de láminas de acero magnético en forma de corona circular, ensambladas y aisladas eléctricamente entre sí. En su perímetro interior se encuentran practicadas unas ranuras donde se alojan las bobinas inducidas. Exte nórmente, van dispuestas otras ranuras para su acoplamiento y ensamblaje en una carcasa de aluminio que con su tapa externa cierra el conjunto.

Los componentes que permiten el montaje del generador al retardador, así como el propio generador, son preferiblemente de nuevo diseño, con la particularidad de que va exento de rodamientos por compartir los propios del retardador. Hay que señalar que, ventajosamente, el funcionamiento de todo el conjunto no altera las características técnicas funcionales ni de refrigeración del retardador o del generador.

Opcionalmente, el sistema de alimentación incluye un módulo de control para controlar la corriente de excitación del generador de acuerdo con una señal de control. Opcionalmente, el módulo de control incluye un rectificador y un estabilizador de tensión.

Gracias al ensamblaje y a la configuración, el sistema de alimentación es compacto. También es más versátil, dado que se puede dimensionar para uno o más generadores y se puede establecer cómo deben ser para suministrar la energía necesaria al retardador y/o a elementos adicionales que lo requieran. Por ejemplo, el sistema de alimentación puede almacenar energía en unas baterías para su empleo por diversos elementos del vehículo.

Es además otro objeto de la invención un retardador autónomo que incluye un retardador con el sistema de alimentación, así como un método para convertir un retardador no-autónomo en retardador autónomo para un vehículo.

Breve descripción de las figuras

FIG. 1: Despiece de una realización del sistema de alimentación con un generador. FIG. 2: Representación en sección de la FIG. 1.

FIG. 3: Representación detallada, en sección, de una secuencia de ensamblaje del generador a la cadena cinemática del retardador.

FIG. 4: Representación en sección del rotor del generador fijado al casquillo (porta- rotor) y la nueva brida de salida del retardador. FIG. 5: Representación en sección A-A de varios elementos rotantes del sistema con doble generador.

FIG. 6: Representación en sección A-A de varios elementos estáticos del sistema con doble generador. FIG. 7: Representación en sección A-A del sistema completo con doble generador incorporado y transmisiones cardan del vehículo.

FIGs. 8A-8G: Secuencia de pasos para transformar un retardador montado en un vehículo en un retardador autónomo con dos generadores.

FIGs. 9A-9C: Representación tridimensional de una realización de un retardador con el sistema de alimentación integrado para instalarse en el chasis de un vehículo.

REFERENCIAS NUMÉRICAS

I Sistema de alimentación.

10 Retardador.

I I Rotores del retardador. 12 Estator del retardador.

13 Brazo de fijación (del estator del generador al estator del retardador).

15 Brida modificada (de nuevo diseño).

20 Generador.

21 Conjunto rotor (casquillo porta-rotor con rotor del generador). 22 Estator del generador.

23 Rotor del generador.

24 Bobinas de inducción (del generador).

25 Casquillo porta-rotor (para fijación del rotor del generador formando el conjunto rotor del generador). 26 Imanes permanentes.

27, 27a, 27b Orificios pasantes.

28 Tapa de cierre (de la carcasa del estator del generador).

29 Chaveteros.

31 Transmisión cardan del vehículo 32 Eje de rotación.

33 Rodamientos.

35 Brida convencional (montada en un retardador sin generador).

39 Tornillo.

40 Soporte.

41 Silentblock.

Descripción detallada de la invención

Con referencia a las figuras, se describen varios ejemplos de realización sin carácter limitativo, donde se pueden apreciar diversas ventajas y características de la presente invención.

Es interesante para vehículos industriales como camiones, autobuses, furgonetas pesadas, etc.

Se consigue con la incorporación de uno o más generadores, una alimentación de energía eléctrica para el retardador que permite hacerlo autónomo. Generalmente, no toda la energía eléctrica generada es empleada por el retardador. La energía eléctrica sobrante se puede almacenar en baterías o bien ser aprovechada por otros dispositivos del vehículo que la precisen, teniendo en cuenta que puede ser necesario adaptarse a las especificaciones de cada dispositivo.

La FIG. 1 ilustra un despiece en tres dimensiones de una realización del sistema 1 para instalar en un vehículo. El sistema de alimentación 1 incluye un único generador 20 de imanes permanentes que se acopla a un retardador 10.

La FIG. 2 ilustra un corte de la realización de la FIG. 1 ensamblada sobre una transmisión cardan 31. Se explican ambas figuras seguidamente.

El retardador 10 incorpora dos rotores 11, cada rotor 11 se coloca a un lado diferente del estator 12. Ambos rotores 11 giran alrededor de un mismo eje de rotación 32 que coincide generalmente con la transmisión cardan 31 del vehículo.

Acoplamiento del generador:

El retardador 10 debe tener montada la brida modificada 15 de nuevo diseño. El estator 22 del generador 20 debe ser fijado al estator 12 del retardador 10 a través de los brazos de fijación 13. A continuación, se monta el conjunto rotor 21 del generador 20 a la brida modificada 15 con el retardador 10. Posteriormente, se monta la tapa de cierre, tanto la carcasa del estator como la tapa de cierre 28 comprende unas aperturas para su ventilación.

El conjunto rotor 21 está formado exteriormente por un rotor 23 que es una pieza anular donde se montan unos imanes permanentes 26, e interiormente por un casquillo 25. Los imanes permanentes 26 están distribuidos circunferencialmente sobre el rotor 23 y se ensamblan con los polos magnéticamente alternados N-S-N. El casquillo 25 cuenta con unos orificios 27 y con unos anillos tipo Seeger. Los orificios 27 son preferiblemente pasantes para unirse axialmente a la brida 15, por ejemplo, con unos tornillos 39. El casquillo 25 tiene hace de portador del rotor 23 y también cuenta con unos chaveteros 29 mecanizados. Por chavetero se entiende una hendidura para recibir una chaveta e impedir con ello el movimiento relativo de las dos piezas. Los chaveteros 29 con la chaveta fijan el casquillo 25 y el rotor 23. Para mejorar el aislamiento el estator 22 del generador 20 con el medio exterior, se prevé una tapa de cierre 28 con ranuras practicadas en su superficie para la refrigeración, las ranuras pueden estar radialmente distribuidas.

El generador 20 cuenta con un estator 22 donde se disponen las bobinas de inducción 24. El estator 22 dispone de una carcasa, preferiblemente de fundición de aluminio, donde se une el otro extremo del brazo de fijación 13.

El ensamblaje del generador 20 con el retardador 10 se realiza fijando primero el estator 22 del generador 20, sin la tapa de cierre 28, al estator 12 del retardador 10, a través de los brazos de fijación 13. La longitud del brazo de fijación 13, se calcula para establecer una separación adecuada entre el generador 20 y retardador 10 que asegura la refrigeración. Los brazos de fijación 13 sostienen el peso del estator 22 del generador 20, de forma que no requiere rodamientos propios.

De otra parte, al casquillo 25 se fija el rotor 23 formando el conjunto rotor 21 del generador 20. El conjunto rotor 21 se une a la nueva brida modificada 15 del retardador 10. Así, el conjunto rotor 21 del generador 20 queda integrado con el eje de rotación 32 del retardador 10.

Mencionar que, la masa del rotor 21 del generador 20 es mucho menor que la del rotor 11 del retardador 10. Para tal fin, se prevé la brida modificada 15 del retardador 10 que permite unir el conjunto rotor 21 al eje de rotación 32 del retardador 10. Asimismo, la brida 15 también une el rotor 11 del retardador 10 al eje de rotación 32 a través de unos tornillos para unos orificios 27b como suele ser habitual.

En la FIG. 3 se ilustra adicionalmente el ensamblaje de diferentes piezas de un generador 20 con la brida modificada 15 y con el extremo de la cadena cinemática del vehículo donde está la transmisión cardan 31 a la derecha.

En la FIG. 4 se ilustra un conjunto rotor 21 del generador acoplado a la brida modificada 15. Esta figura y la anterior se explican conjuntamente.

La brida convencional 35 se muestra junto a la brida modificada 15 para mejor apreciación del nuevo diseño realizado en la FIG. 3. La brida modificada 15 cuenta con unos orificios pasantes 27a y 27b para unirse a ella la transmisión cardan 31 y asimismo fijar a dicha brida el conjunto rotor 21 del generador 20.

En la FIG. 4 se puede apreciar los polos de imanes permanentes 26 ensamblados en el rotor 23 que se acopla con el casquillo 25 mediante unas chavetas, formando de esta manera el conjunto rotor 21 del generador 20 (que se encajan en los chaveteros 29). En el estator 22 del generador 20 se montan unas bobinas de inducción 24. Mediante los brazos de fijación 13, el estator 22 se sujeta al estator 12 del retardador 10 (no mostrado) que quedaría a la izquierda.

En la FIG. 5 se ilustran los elementos rotantes con una sección A-A del sistema 1 que giran al unísono alrededor de un eje de rotación 32 del retardador. A la brida modificada 15, incorporada en el retardador se monta el conjunto rotor 21 del generador.

En la FIG. 6 se ilustran los elementos estáticos con una sección A-A del sistema 1 en el que se aprecia la fijación de los estatores 22 del generador 20 al estator 12 del retardador 10, a través de cuatro brazos de fijación 13 realizados en material rígido y situados en posiciones equidistantes. Los brazos de fijación 13 definen una separación entre generador 20 y retardador 10

En la FIG. 7 se ilustran conjuntamente los elementos rotantes y estáticos con un corte A-A del sistema 1. Se aprecia la disposición de los rotores 11, 21 fijados entre sí por la brida modificada 15 para que roten alrededor del eje 32 estableciendo una cadena cinemática para el rotor 21 del generador 20 que gira solidariamente con la transmisión cardan 31.

Independientemente, se observan los estatores 12, 22 fijados entre sí por los brazos de fijación 13 permitiendo una cierta holgura axial para la adecuada ventilación. En las FIG. 8A a FIG. 8G se ilustra una secuencia esquemática de montaje para un método para hacer autónomo un retardador de un vehículo partiendo de un retardador convencional al que se le incorporan dos generadores, un generador en un lado y otro en el lado opuesto. No obstante, podría ser un generador único.

La FIG. 8A muestra el estado inicial con un retardador 10 sin generadores acoplado a la cadena cinemática del vehículo a través de la transmisión cardan 31.

En la FIG. 8B se muestra el paso de desmontaje de la transmisión cardan 31 para liberar el retardador 10.

En la FIG. 8C se muestra el paso de desmontaje de las bridas originales 35 del retardador 10.

En la FIG. 8D se muestra el paso de sustitución de las bridas originales 35 por unas bridas modificadas 15.

En la FIG. 8E se muestra el paso de montaje de un estator 22 de un generador 20 al estator 12 del retardador 10 con los brazos de fijación 13. Esto se hace a ambos lados del retardador 10 en esta realización.

En la FIG. 8F se muestra el paso de montaje de un rotor 23 de un generador 20 al casquillo porta-rotor 25 conformando el conjunto rotor 21.

En la FIG. 8G se muestra el paso de montaje de la transmisión cardan 31 del vehículo a la brida 15 del retardador.

En la FIG. 8H se muestra el paso de montaje del conjunto rotor 21 del generador 20 a la brida 15 del retardador.

Como se aprecia en la secuencia anterior de figuras, la transmisión cardan 31 no necesita ser reemplazada, ni modificada.

El sistema de alimentación descrito puede incluir circuitos electrónicos para regulación y monitorización de su funcionamiento. Por ejemplo, puede incorporar un módulo de control que recibe como entrada de una señal de control relativa a orden de frenada procedente de un procesador principal del vehículo. Esta señal de control puede ser manual o automática.

El módulo de control puede estar conectado a un bus de control para la transmisión información. Por ejemplo, puede ser un bus CAN (Controller Area Network). Además, el módulo de control puede quedar integrado con otros sistemas de seguridad activa del vehículo. Por ejemplo, se puede habilitar el uso del retardador 10 combinado con el pedal del freno del vehículo. También se puede incorporar un mando independiente para activar manualmente el retardador. En ambos casos, la regulación del par de frenada puede abarcar desde cero hasta el cien por cien de la potencia disponible en el retardador 10.

El módulo de control puede gestionar la regulación de tensión. Por ejemplo, mediante un circuito electrónico compuesto de componentes activos y pasivos como tiristores, transistores, diodos, condensadores, resistencias etc. Unos componentes eléctricos y electrónicos se encargan de activar o desactivar la alimentación del retardador o baterías secuencialmente.

Tanto el funcionamiento del retardador como la carga de baterías necesita corriente continua. Para ello, el sistema de alimentación puede incluir un rectificador y un regulador. Por ejemplo, la corriente alterna trifásica generada en el estator del generador, pasa a una placa de diodos del rectificador, donde la corriente es rectificada y pasa a ser corriente continua. Para aprovechar tanto las semiondas positivas como las negativas de cada fase, es decir, rectificación doble o de onda completa, se colocan dos diodos por cada fase, uno en el lado positivo y otro en el negativo, por lo tanto, son necesarios seis diodos de potencia. La corriente de salida rectificada no se corresponde a una corriente continua ideal, por ser de tipo pulsada. La ondulación de la corriente trifásica pulsada se reduce aún más al incorporar un regulador que incluye un circuito de filtro de rizado, con el fin de reducir las variaciones de amplitud de la corriente y conseguir que sea lo más continua posible en la carga a alimentar.

En las FIG. 9A a 9C se puede apreciar en diferentes vistas cómo quedaría exteriormente dispuesto para montar en un vehículo el retardador 10 que incorpora el sistema de alimentación 1 con el generador 20 y los brazos de fijación 13. También se puede apreciar cómo se fijaría al bastidor del vehículo (no mostrado), donde hay unos soportes 40 con unos silentblocks 41.

Las realizaciones aquí descritas proporcionan múltiples ventajas y beneficios. Una es la compatibilidad ya que el funcionamiento del sistema no altera las características técnicas funcionales ni de refrigeración del retardador o del generador. Por ejemplo, mantienen una separación adecuada para que circule el aire de refrigeración por cada dispositivo. Por ejemplo, no se excede la tolerancia de las piezas del retardador por incluir un generador ya que el incremento en masa no es apreciable. El generador va exento de rodamientos propios y, en su lugar, usa los rodamientos del retardador. Ventajosamente, el generador está exento de colector y escobillas. De forma complementaria, se mencionan varias características particulares para una realización del presente sistema. El estator del generador puede estar constituido por una armadura preferentemente formada por un conjunto de láminas de acero magnético, en forma de corona circular, ensambladas y aisladas eléctricamente entre sí. En su perímetro interior, existen unas ranuras para alojar las bobinas inducidas. Exteriormente, hay dispuestas otras ranuras, para su acoplamiento y ensamblaje en la carcasa, que con una tapa externa cierra el conjunto. Se incluyen preferiblemente tres bobinas conectadas entre sí, y a su vez, aisladas eléctricamente de la carcasa. Estas bobinas se encuentran uniformemente repartidas en toda la periferia. La carcasa y la tapa externa del estator están preferiblemente realizadas en fundición de aluminio, con aperturas y aletas para facilitar su refrigeración. Por otro lado, el rotor del generador está realizado preferentemente en fundición de aluminio o acero inoxidable amagnético.