ES2267315T3 - Motor con un estator electricamente conmutado y un rotor con imanes permanentes. - Google Patents
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Abstract
Motor con un estator (St) con varios polos (P1 a P8) magnéticos y un rotor (R) con un número de polos (M1 a M8) de imán permanente ajustados a éstos, en el que las superficies de los intersticios de aire en la zona entre el estator (St) y el rotor (R) están dotadas de dentados (Vz11, Vz12¿Vz41, Vz42) finos para reducir el par de retención, estando diseñada la estructura polar del estator (St) y del rotor (R) fundamentalmente de forma simétrica en la dirección circunferencial y los polos (P1 a P8) magnéticos del estator (St) están dotados al menos por una zona parcial de la superficie de los intersticios de aire con el dentado (Vz11, Vz12¿Vz41, Vz42) fino, y caracterizado porque los polos (P1 a P8) magnéticos del estator (St) forman pares (P1, P3; P2, P4; P5, P7; P6, P8 o P1, P5; P2, P6; P3, P7; P4, P8) de polos en los que los dentados (Vz11, Vz12¿Vz41, Vz42) finos están desplazados en cada caso unos respecto a otros al menos en zonas circunferenciales parciales que se corresponden entre sí.
Description
Motor con un estator eléctricamente conmutado y
un rotor con imanes permanentes.
La invención se refiere a un motor con un
estator con otros polos magnéticos y un rotor con un número de
polos de imán permanente ajustados a éstos en el que las superficies
de los intersticios de aire en la zona entre el estator y el rotor
están dotadas de dentados finos para reducir el par de
retención.
Un motor similar se conoce por el documento US 3
604 961. En este caso el rotor excitado eléctricamente configurado
como rotor interior soporta por el lado de la circunferencia un
dentado fino uniforme en forma de meandro de manera que en esta
dirección está diseñado simétricamente. Los polos del estator se
forman a partir de imanes permanentes que sin embargo en la
dirección circunferencial no se disponen de manera uniforme dado
que de manera alternante adoptan un ángulo menor y mayor de
360º/\eta), caracterizando \eta el número de los polos. En este
caso, la cantidad angular divergente se selecciona de manera que en
la dirección circunferencial entre el rotor y el estator se produce
una distribución de campo magnético más uniforme. Esto lleva a la
reducción del par de retención entre el rotor y el estator. Sin
este desplazamiento de los imanes permanentes se originarían varias
posiciones de encastre condicionadas por los números de polos que
podrían fijarse al embalar manualmente el rotor y que podrían dar
lugar a un funcionamiento del motor poco tranquilo y afectado por
los ruidos.
Esta reducción conocida del par de retención
condiciona sin embargo una estructura complicada del estator que
depende de la inserción exacta de los imanes permanentes. Además,
mediante esta estructura del motor se limita más o menos la
reducción del par de retención.
Por el documento EP 375 228 A se conoce un motor
comunicado electrónicamente con un rotor con imanes permanentes y
un estator cuyos dientes están dotados de entalladuras. Las
entalladuras se disponen con un ángulo con respecto al eje de
rotación del rotor.
En el documento US 4 424 463 se describe un
motor eléctrico con un rotor y un estator en el que el estator se
compone de una pieza en forma de disco y una pluralidad de dientes.
El estator presenta además seis secciones del mismo tipo
presentando cada sección un conjunto de cinco dientes y estando
previstos devanados en cada caso alrededor de tres dientes centrales
de los cinco de un conjunto en cada caso.
El objetivo de la invención es crear un motor
con compensación del par de retención que sea de estructura
sencilla y funcione de manera segura y ofrezca una posibilidad
fundamentalmente mejorada de la reducción y de la compensación del
par de retención.
Este objetivo se consigue por un motor con la
estructura global descrita en la reivindicación 1.
El desplazamiento del dentado fino en la zona de
las superficies de los intersticios de aire del estator trae
consigo un rotor de imán permanente configurado de manera simétrica
que es de fabricación sencilla y trae consigo comportamientos de
campo magnético definidos en la dirección circunferencial que
pueden verse influenciados de múltiples maneras por el dentado fino
dispuesto en el estator. A este respecto el estator todavía puede
diseñarse de manera fundamentalmente simétrica. La compensación del
par de retención sigue limitada al diseño del dentado fino que puede
fabricarse mediante un troquelado sencillo de un "inducido
macizo" con la formación de los polos magnéticos. Por tanto, han
de implicarse también mejoras adicionales de la compensación del par
de retención de manera sencilla en el desarrollo de la fabricación
del motor dado que solamente ha de modificarse el proceso de
troquelado de manera correspondiente. Además se omite una entrada de
corriente a través de contactos de bucle dado que ésta puede
realizarse mediante un sistema de circuito de mando electrónico
sencillo.
Se produce una estructura del motor
especialmente sencilla porque el número de los polos magnéticos del
estator se corresponde con el número de polos de imán permanente del
rotor, estando previsto especialmente que el estator esté
configurado como estator interno y el rotor como rotor externo.
La compensación eficaz del par de retención se
produce según una configuración por el hecho de que el
desplazamiento de los dentados finos de los pares de polos se
corresponde de manera idéntica y preferida a medio paso de los
dentados finos.
Para la construcción del rotor puede estar
previsto según una configuración que los polos de imán permanente
del rotor se formen por imanes permanentes individuales distribuidos
de manera uniforme por la circunferencia del rotor que en la
dirección circunferencial presentan una polaridad alternante,
pudiendo magnetizarse los imanes permanentes individuales también de
manera unipolar.
Otra configuración para el rotor puede
producirse de manera que los polos de imán permanente del rotor se
formen por un número de imanes permanentes de segmentos anulares
bipolares distribuidos de manera uniforme por la circunferencia del
rotor que se disponen con sus polos en la dirección circunferencia)
en el mismo sentido, pudiendo formarse también los polos de imán
permanente a través de imanes permanentes de segmentos anulares
multipolares.
Los dentados finos se configuran de manera
conocida en forma de meandro, presentando en el caso más sencillo
los dientes y los huecos de los dientes de los dentados finos un
ancho idéntico y profundidades idénticas.
Una compensación amplia de los pares de
retención se produce porque los dientes y los huecos de los dientes
de los dentados finos presentan anchos diferentes pero sin embargo
profundidades idénticas, y se complementan en los pares de polos o
porque el ancho de los dientes de uno de los polos y los huecos de
los dientes del otro polo de los pares de polos de los dentados
finos varían de la misma manera en una zona circunferencial
parcial. El número de los dientes y los huecos de los dientes de
los dentados finos es preferiblemente un múltiplo entero del número
de los pares de polos formados.
La formación de los pares de polos y la
compensación del par de retención puede realizarse por un lado de
tal manera que los dentados finos de los pares de polos del estator
que se forman a partir de polos magnéticos dispuestos en cada caso
de manera adyacente o diametral se desplazan en cada caso unos
respecto a otros y por otro lado de manera que los dentados finos de
los pares de polos del estator que se forman en cada caso a partir
de polos magnéticos desplazados dos pasos se desplazan unos
respecto a otros. En ambos casos los dientes de los dentados finos
de los pares de polos de desplazan en oposición por el lado
circunferencial. Sin embargo, en el caso de una excentricidad del
rotor estacionaria o circundante se limita la efectividad de la
compensación.
En el caso de motores con más polos es más
favorable disponer los dentados finos en oposición mediante un paso
polar doble tal como muestra la segunda configuración.
En estos motores se neutraliza la influencia de
la excentricidad del rotor.
Para la efectividad de la compensación del par
de retención debe preverse de manera ventajosa que la profundidad
de los dientes y de los huecos de los dientes sea igual o mayor que
el ancho del intersticio de aire entre el estator y el rotor.
La invención se describe más detalladamente
mediante ejemplos de realización mostrados en los dibujos.
Muestran:
las figuras 1 a 4, en etapas del diseño del
estator para un rotor de imán permanente predeterminado de ocho
polos,
la figura 5, la formación de pares de polos a
partir de polos magnéticos dispuestos diametralmente y
la figura 6, la formación de pares de polos a
partir de polos magnéticos desplazados dos pasos polares.
Mediante las figuras 1 a 4 se explica la
configuración de un motor con ocho polos P1 a P8 magnéticos en cada
caso en el estator St conmutado eléctricamente y ocho polos M1 a M8
de imán permanente en el rotor R, registrándose en las figuras en
cada caso un sentido de giro del rotor R configurado como rotor
externo en forma de manguito.
En esta estructura de motor se forman cuatro
segmentos de 90º por los ejes Al a A4 en los que han de alojarse
dos polos M1 y M2, M3 y M4, M5 y M6, así como M7 y M8 de imán
permanente del rotor R en cada caso y dos polos P1 y P2, P3 y P4,
P5 y P6, así como P7 y P8 magnéticos en cada caso, tal como se
indica en las figuras 3 y 4. Dado que la formación de pares de polos
debe extenderse por los pares de polos del estator St que se
desplazan en cada caso dos pasos polares, según la invención los
polos P1 y P3, P2 y P4, P5 y P7, así como P6 y P8 magnéticos deben
estar dotados de dentados finos que se desplazan en cada caso unos
respecto a otros para conseguir una compensación de los pares de
retención.
En las figuras 1 a 4 se muestra un ejemplo de
realización en el que los dentados finos siempre se extienden por
la totalidad de la superficie del intersticio de aire de los polos
P1 a P8 magnéticos y están diseñados con un paso de diente idéntico
y constante. Esto significa que el ancho de los dientes y de los
huecos de dientes de los dentados finos es de igual
dimensión.
dimensión.
Para llegar a la estructura del motor esbozada
en la figura 4, el segmento de 90º por ejemplo que está vuelto
hacia los polos M7 y M8 de imán permanente está dotado de un dentado
Vz1 fino tal como muestra la figura 1, estando orientado el flanco
delantero de un diente hacia el eje Al. El dentado Vz3 fino que se
asocia a los polos M3 y M4 de imán permanente se diseña de manera
correspondiente tal como muestra el borde delantero de un diente
orientado hacia el eje A3.
Los segmentos de 90º que están asociados a los
polos M1 y M2 o M5 y M6 de imán permanente llevan dentados Vz2 y
Vz4 finos que están desplazados medio paso de diente con respecto a
los ejes A2 y A4. Si los dientes Z y los huecos ZL de los dientes
presentan un ancho a homogéneo, entonces el desplazamiento es igual
a a, es decir, los dentados Vz2 y Vz4 finos están orientados con un
flanco delantero hacia los ejes A2 y A4, tal como puede desprenderse
de la figura 2. El desplazamiento a se produce por tanto en los
pares P1 y P3, P2 y P4, P5 y P7, así como P6 y P8 de polos. La
formación de polos se realiza por tanto mediante polos magnéticos
que están desplazados dos pasos polares del estator St. En este
caso en los puntos de choque entre los segmentos de 90º se forman
de manera alternante dientes más anchos y huecos de dientes más
anchos.
Si el estator macizo se troquela según la figura
3, entonces se originan los polos P1 a P8 magnéticos según la
figura 4, dividiéndose los dentados Vz1, Vz2, Vz3y Vz4 finos en cada
caso en dos dentados Vz11 y Vz12, Vz21 y Vz22, Vz31 y Vz32 así como
Vz41 y Vz42 finos (parciales) idénticos, manteniéndose el
desplazamiento a entre los dentados Vz11 y Vz21, Vz12 y Vz22, Vz31 y
Vz41 así como Vz32 y Vz42 finos y contribuyendo por toda la
circunferencia a la compensación del par de retención.
En el ejemplo de realización los polos M1 a M8
de imán permanente se forman a partir de imanes permanentes de
segmentos anulares bipolares que con sus ejes centrales neutrales
están orientados hacia los ejes A1 y A4 y en la dirección
circunferencial están orientados con sus polos en el mismo sentido
de manera que en los huecos polares del rotor R en cada caso chocan
unos con otros los polos diferentes de los imanes permanentes de
segmentos anulares. La estructura del rotor también puede
realizarse con imanes permanentes de segmentos anulares multipolares
(>2).
En el ejemplo de realización el estator St y el
rotor R presentan el mismo número de polos \eta = 8. El número de
los polos también puede ser menor o mayor, solamente ha de ser par.
El número de los polos del estator St puede diferenciarse también
del número de los polos del rotor R. Los polos M1 a M8 de imán
permanente del rotor R también pueden formarse mediante imanes
permanentes individuales magnetizados de manera unipolar.
Mediante la figura 5 se muestra otra vez para el
motor con la estructura según la figura 4 el desplazamiento a entre
los dentados Vz21 y Vz31 finos de los polos P1 y P3 magnéticos que
se muestran con referencia a los polos M1 y M3 de imán permanente.
Si los polos M1 y M3 de imán permanente están configurados como
imanes permanentes individuales entonces un flanco delantero de un
diente Z del dentado Vz31 fino está orientado hacia el borde
terminal del polo M3 de imán permanente y un flanco delantero de un
hueco ZL de los dientes del dentado Vz21 fino está orientado hacia
el borde terminal del polo M1 de imán permanente y los dentados Vz21
y Vz31 finos se cubren con los anchos polares de los polos P1 y P3
magnéticos así como los polos M1 y M3 de imán permanente.
Los polos P1 y P3 magnéticos se disponen con una
separación (n+2) T, siendo n = 1, o 2 y T el paso polar.
Sin embargo los dentados finos pueden extenderse
también solamente por una zona circunferencial parcial de los polos
P1 a P8 magnéticos. A este respecto las zonas circunferenciales
parciales de los pares de polos se ajustan generalmente unas con
respecto a otras, es decir se seleccionan iguales en los polos
magnéticos de los pares de polos.
El paso de diente con dientes Z y huecos de
dientes configurados de manera homogénea tampoco es
obligatoriamente necesario. Para aumentar las posibilidades de
compensación en los dentados finos de los pares de polos solamente
puede desplazarse una parte de los dientes y huecos de dientes unos
respecto a otros. Además, el ancho de los dientes y de los huecos de
dientes puede variar al menos parcialmente en los dentados finos.
En este caso puede ser ventajoso cuando los dientes Z del dentado
fino de uno de los polos magnéticos se complementan con los huecos
ZL de dientes del dentado fino del otro polo magnético de los pares
de polos. A partir de esto puede observarse que se producen
numerosas posibilidades para influir en el par de retención que
solamente pueden realizarse por el proceso de troquelado del
estator St indicado en la figura 3. En este caso la estructura
básica simétrica del estator St se mantiene fundamentalmente
conservada. Solamente varía el dentado fino en las superficies del
intersticio de aire de los polos P1 a P8 magnéticos.
Tal como muestra la figura 6 la formación de
pares de polos en el stator St también puede realizarse mediante
pares de polos dispuestos diametralmente, como se muestra con los
polos P1 y P5 magnéticos. Los dentados Vz21 y Vz41 finos se
desplazan en este caso medio paso de diente como sus flancos
delanteros hacen visible con referencia a los bordes de salida de
los polos M1 y M5 de imán permanente.
La formación de pares de polos puede realizarse
también mediante polos magnéticos adyacentes, es decir polos
magnéticos desplazados un paso palor, por ejemplo P1 y P2 a P7 y P8.
La formación de pares de polos también puede realizarse solamente
mediante el proceso de troquelado del estator St indicado en la
figura 3. El número de los dientes de los dentados finos es
preferiblemente mayor que el número de los polos del estator St y la
profundidad de los dientes Z y de los huecos ZL de los dientes en
dirección radial es igual o mayor que el ancho del intersticio de
aire.
La estructura del motor sigue siendo en
cualquier caso sencilla y puede realizarse fácilmente. Para la
compensación del par de retención hay numerosas posibilidades con un
efecto diferente. En cualquier caso se consigue un funcionamiento
del motor uniforme y sin ruidos.
Claims (16)
1. Motor con un estator (St) con varios polos
(P1 a P8) magnéticos y un rotor (R) con un número de polos (M1 a
M8) de imán permanente ajustados a éstos, en el que las superficies
de los intersticios de aire en la zona entre el estator (St) y el
rotor (R) están dotadas de dentados (Vz11, Vz12...Vz41, Vz42) finos
para reducir el par de retención, estando diseñada la estructura
polar del estator (St) y del rotor (R) fundamentalmente de forma
simétrica en la dirección circunferencial y los polos (P1 a P8)
magnéticos del estator (St) están dotados al menos por una zona
parcial de la superficie de los intersticios de aire con el dentado
(Vz11, Vz12...Vz4l, Vz42) fino, y caracterizado porque los
polos (P1 a P8) magnéticos del estator (St) forman pares (P1, P3;
P2, P4; P5, P7; P6, P8 o P1, P5; P2, P6; P3, P7; P4, P8) de polos
en los que los dentados (Vz11, Vz12...Vz41, Vz42) finos están
desplazados en cada caso unos respecto a otros al menos en zonas
circunferenciales parciales que se corresponden entre sí.
2. Motor según la reivindicación 1,
caracterizado porque el número de los polos (P1 a P8)
magnéticos del estator (St) corresponde al número de los polos (M1;
M8) de imán permanente del rotor (R).
3. Motor según la reivindicación 1 o 2,
caracterizado porque el desplazamiento de los dentados
(Vz11, Vz12...Vz4l, Vz42) finos de los pares (P1, P3; P2, P4; P5,
P7; P6, P8; o P1, P5; P2, P6; P3, P7; P4, P8) de polos es idéntico
y corresponde de manera preferida a medio paso de los dentados
(Vz11, Vz12...Vz4l, Vz42) finos.
4. Motor según una de las reivindicaciones 1 a
3, caracterizado porque el estator (St) está configurado
como estator interno y el rotor (R) está configurado como rotor
externo.
5. Motor según una de las reivindicaciones 1 a
4, caracterizado porque los polos (M1 a M8) de imán
permanente del rotor (R) se forman mediante imanes permanentes
individuales distribuidos de manera uniforme por la circunferencia
del rotor (R) que presentan en la dirección circunferencial una
polaridad alternante.
6. Motor según la reivindicación 5,
caracterizado porque los imanes permanentes individuales se
magnetizan de manera unipolar.
7. Motor según una de las reivindicaciones 1 a
4, caracterizado porque los polos (M1 a M8) de imán
permanente del rotor (R) se forman mediante un número de imanes
permanentes de segmentos anulares bipolares distribuidos de manera
uniforme por la circunferencia del rotor (R) que se disponen con
sus polos en el mismo sentido en la dirección circunferencial.
8. Motor según la reivindicación 7,
caracterizado porque los polos (M1 a M8) de imán permanente
del rotor (R) se forman mediante imanes permanentes de segmentos
anulares multipolares.
9. Motor según una de las reivindicaciones 1 a
8, caracterizado porque los dentados (Vz11, Vz12... Vz41,
Vz42) finos están configurados en forma de meandro.
10. Motor según la reivindicación 9,
caracterizado porque los dientes (Z) y los huecos (ZL) de
los dientes de los dentados (Vz11, Vz12...Vz4l, Vz42) finos
presentan un ancho idéntico y una profundidad idéntica.
11. Motor según la reivindicación 9,
caracterizado porque los dientes (Z) y los huecos (ZL) de
los dientes de los dentados (Vz11, Vz12...Vz41, Vz42) finos
presentan diferentes anchos, pero sin embargo profundidades
idénticas y se complementan en los pares de polos.
12. Motor según la reivindicación 9 o 10,
caracterizado porque el ancho de los dientes (Z) de uno de
los polos y los huecos (ZL) de los dientes del otro polo de los
pares de polos de los dentados (Vz11, Vz12...Vz4l, Vz42) finos
varía de la misma manera al menos en una zona circunferencial
parcial.
13. Motor según una de las reivindicaciones 1 a
12, caracterizado porque el número de los dientes (Z) y
huecos (ZL) de los dientes de los dentados (Vz11, Vz12...Vz41, Vz42)
finos es un múltiplo entero del número de los pares de polos
formados.
14. Motor según la reivindicación 1,
caracterizado porque los dentados (Vz11, Vz12...Vz41, Vz42)
finos de pares de polos del estator (St) que se forman en cada caso
a partir de polos (P1, P2; P3, P4; P5, P6; P7, P8) magnéticos
dispuestos de manera diametral o adyacente están desplazados en
cada caso unos respecto a otros.
15. Motor según la reivindicación 1,
caracterizado porque los dentados (Vz11, Vz12...Vz41, Vz42)
finos de pares de polos del estator (St) que se forman en cada caso
a partir de polos (P1, P3; P2, P4; P5, P7; P6, P8) magnéticos
desplazados dos pares de polos están desplazados en cada caso unos
respecto a otros.
16. Motor según una de las reivindicaciones 1 a
15, caracterizado porque la profundidad de los dientes (Z) y
de los huecos (ZL) de los dientes es aproximadamente igual o mayor
que el ancho del intersticio de aire entre el estator (St) y el
rotor (R).
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