Motor de corriente continua sin escobillas (BLDC) que tiene una estructura de doble rotor de núcleo radial,

comprendiendo el motor BLDC: un árbol (9) giratorio adaptado para montarse de manera giratoria en un alojamiento (2) de un aparato en el que puede montarse el motor (1) BLDC, un doble rotor (5) que incluye un rotor (5a) interno y un rotor (5b) externo, combinándose las partes centrales del rotor (5a) interno y del rotor (5b) externo con el árbol (9) giratorio mediante un cojinete (7) para el soporte giratorio, estando dispuesta una pluralidad de imanes (6a, 6b) de polo N y polo S alternativamente en forma anular en el rotor (5a, 5b) interno y externo, respectivamente, de manera que la forma anular de los imanes en el rotor interno es concéntrica a la forma anular de los imanes en el rotor externo y los imanes (6a) en el rotor (5a) interno tienen una distancia predeterminada y a una polaridad diferente a la de los imanes (6b) opuestos correspondientes en el rotor (5b) externo, y un estator (3) anular adaptado para fijarse al alojamiento (2) e instalarse entre los rotores (5a, 5b) interno y externo, comprendiendo el estator (3) varios conjuntos (3c'') de núcleos de estator distintos, comprendiendo cada uno un núcleo (3a, 3a') de estator y una bobina (3b), un circuito magnético que está formado por imanes opuestos en los rotores (5a, 5b) interno y externo que tienen diferentes polaridades y los núcleos (3a; 3a') de estator separados situados entre el rotor (5a) interno y el rotor (5b) externo, caracterizado porque cada conjunto (3c'') de núcleos de estator comprende un carrete (30) de aislamiento que tiene bridas (30a, 30b) interna y externa y que rodean un núcleo (3a; 3a') de estator correspondiente, la bobina (3b) se enrolla alrededor de la circunferencia externa del carrete (30), una placa (4'') de soporte de núcleo anular alberga y soporta los conjuntos (3c'') de núcleos de estator en una superficie de la misma con un intervalo predeterminado entre ellos, se extienden primeros y segundos salientes (30c, 30d) de acoplamiento desde la parte inferior de las bridas (30a, 30b) interna y externa, respectivamente, de los carretes (30) de aislamiento, y están formados varios primeros y segundos orificios (47c, 47d) de acoplamiento en la placa (4'') de soporte de núcleo anular en los que se insertan los primeros y segundos salientes (30c, 30d) de acoplamiento de manera que los conjuntos (3c'') de núcleos de estator se colocan en la placa de soporte anular en dirección radial y circunferencial, y está formado un soporte (3e) de estator entre la placa (4'') de soporte de núcleo anular y los varios conjuntos (3c'') de núcleos de estator mediante moldeo por inserción con resina termoendurecible con el fin de integrar los conjuntos (3c'') de núcleos de estator en la placa (4'') de soporte de núcleo anular en un único cuerpo de forma anular, y una parte (40a) de extensión se extiende hacia el interior desde la placa (4'') de soporte de núcleo y está adaptada para acoplarse con el alojamiento (2) del aparato

Sector de la técnica

La presente invención se refiere a un motor de corriente continua sin escobillas (BLDC) que tiene una estructura de doble rotor de núcleo radial según el preámbulo de la reivindicación 1.

Estado de la técnica

Un motor BLDC puede clasificarse en de núcleo (o radial) y sin núcleo (o axial), teniendo cada uno una estructura generalmente con forma de copa (cilíndrica), según si existe o no un núcleo de estator.

Un motor BLDC de una estructura de núcleo se clasifica en de imán interno de la figura 2 que incluye un estator cilíndrico en el que se enrollan bobinas en varios salientes formados en la parte circunferencial interna del mismo con el fin de formar una estructura de imán electrónico, y un rotor formado de un imán permanente cilíndrico, y en un imán externo de la figura 1 que incluye un estator en el que se enrollan bobinas por arriba y por abajo en varios salientes formados en la parte circunferencial exterior del mismo, y un rotor formado de un imán permanente cilíndrico en cuya parte externa están imantados múltiples polos.

En el motor BLDC de imán externo tal como se muestra en la figura 1, están instalados núcleos (101a) de estator alrededor de los cuales se enrollan bobinas (no mostradas) en la base de un estator a través de un elemento de soporte, respectivamente. Un rotor (101c) con forma de copa está instalado a través de un árbol (101d) giratorio central, en el que el rotor (101c) se hace girar libremente a través de un apoyo instalado en el centro del estator, y un imán (101b) permanente cilíndrico está unido a la parte circunferencial interna del rotor, para formar una fisura predeterminada, es decir, un entrehierro (G) con respecto al estator.

Cuando se aplica potencia al motor de la figura 1, se crea un campo magnético alrededor de las bobinas enrolladas en los núcleos (101a) de estator del estator. Por consiguiente, el imán (101b) permanente montado en el rotor (101c) hace girar una cubierta de rotor mediante una acción mutua con un flujo magnético.

En el motor BLDC convencional, una trayectoria principal del flujo magnético es un circuito magnético que forma un circuito cerrado que comienza desde el imán permanente y que continúa hacia el imán permanente de nuevo y una culata mediante el entrehierro y el núcleo de estator del estator.

En el motor BLDC de imán interno tal como se muestra en la figura 2, una pluralidad de partes (202c) de núcleo con forma de T en un núcleo de estator alrededor del cual se enrollan bobinas, sobresalen hacia el interior. Además, los lados internos de las partes de núcleo respectivas forman un cilindro de un diámetro predeterminado. Además, un rotor (202f) que tiene un imán permanente cilíndrico que incluye un árbol (202d) giratorio, o un imán (202b) permanente con forma de anillo unido a una culata (202) cilíndrica que incluye un árbol giratorio central, está montado en la parte interna del cilindro rodeado por las partes (202c) de núcleo. El motor BLDC de imán interno gira de la misma forma que el motor BLDC de imán externo.

El circuito magnético en el motor BLDC de núcleo anteriormente descrito tiene una estructura simétrica en la dirección radial alrededor del árbol giratorio. Por consiguiente, el motor BLDC de núcleo tiene menos ruido de vibración axial, y es apropiado para el giro a baja velocidad. Además, puesto que una parte ocupada por un entrehierro con respecto a la dirección de la trayectoria magnética es extremadamente pequeña, puede obtenerse una alta densidad de flujo magnético aunque se use un imán de rendimiento bajo o se reduzca el número de imanes. Como resultado, puede obtenerse un gran par motor y una alta eficacia.

Sin embargo, una estructura de culata de este tipo produce la pérdida de material de culata cuando se fabrica el estator. Además, debe usarse una máquina de bobinado exclusiva, cara, especializada para enrollar las bobinas alrededor de la culata durante la producción en masa, porque la estructura de la culata es complicada. Además, puesto que un molde para fabricar un estator es caro, los costes de inversión iniciales son altos.

Entretanto, con el fin de mejorar los defectos del motor BLDC de núcleo anteriormente descrito, un motor BLDC sin núcleo convencional propuesto por el mismo solicitante que el de la presente invención se da a conocer en la patente estadounidense n.º 5.945.766, como un tipo axial que es un motor BLDC de doble rotor para compensar la vibración axial generada cuando los rotores giran y que simultáneamente aumenta el par motor más de dos veces.

Entre los rotores primero y segundo se instala un estator en el motor BLDC sin núcleo convencional anterior a una distancia de un entrehierro predeterminada con respecto a los rotores primero y segundo. Alrededor del estator se enrollan una pluralidad de bobinas sin carrete para aplicar una fuerza electromagnética a los rotores primero y segundo en respuesta a una corriente CC aplicada. Además, se aplica corriente a las bobinas de modo que se generen flujos magnéticos que tengan polaridades axiales idénticas cuando los imanes correspondientes a los rotores primero y segundo tienen polaridades opuestas, y se aplica corriente a los rotores primero y segundo de modo que se generen fuerzas electromagnéticas en las direcciones opuestas entre sí.

En el caso del motor BLDC de doble rotor axial, está dispuesto un estator en el medio de los rotores primero y segundo, de manera que se forma un circuito magnético de una estructura simétrica con respecto al estator y el árbol giratorio. Por consiguiente, debido a los rotores primero y segundo y al estator, se aumenta el número de bobinas de estator dos veces y también se aumenta el número de imanes de campo dos veces con respecto a una estructura de único rotor. Por tanto, se aumentan dos veces la corriente de accionamiento y la densidad de flujo magnético. Como resultado, el motor BLDC de doble rotor axial puede obtener un par motor de al menos dos veces el de una estructura idéntica de único rotor axial.

El motor sin núcleo axial presenta diversos tipos de ventajas. Sin embargo, puesto que una parte ocupada por bobinados del inducido incluye un entrehierro, la resistencia magnética es alta y por tanto, la densidad de flujo magnético es baja en comparación con el número de imanes.

En otras palabras, en el caso de un circuito magnético formado por imanes m1 a m4 tal como se muestra en la figura 3, la resistencia magnética se aumenta en gran medida en un entrehierro G formado entre los imanes m1 y m2 y entre los imanes m3 y m4, y por tanto, se produce una pérdida del flujo magnético. Como resultado, disminuye la eficacia del motor.

Además, requiere que un entrehierro se haga más amplio con el fin de aumentar el número de vueltas de los bobinados del inducido para implementar un motor de par motor alto. Por este motivo, disminuiría bastante la densidad de flujo magnético, y por tanto disminuiría adicionalmente la eficacia del motor.

Por tanto, el motor sin núcleo axial debe usar imanes de rendimiento superior y un mayor número de imanes, en comparación con un motor de núcleo radial de potencia equivalente, y finalmente pueden elevarse los costes de producción.

Sin embargo, aunque el motor de entrehierro sin núcleo axial tiene los diversos tipos de ventajas descritos anteriormente, está en una posición más desventajosa que el motor radial, en vista de la vibración axial.

Entretanto, en el caso de un motor de núcleo radial, debe usarse una máquina de bobinado exclusiva especializada para enrollar las bobinas alrededor del núcleo de estator integrado anteriormente descrito. Por consiguiente, se han realizado varias propuestas con el fin de resolver los problemas de que el coste de inversión inicial es muy alto y de que la productividad de bobinado de las bobinas alrededor del núcleo de estator es baja.

Por ejemplo, con el fin de separar las ruedas interna/externa que forman un núcleo en un motor de núcleo de imán interno, se ha alterado la estructura del estator desde un tipo de integración hasta un tipo de división, para facilitar así el bobinado de las bobinas, o se ha alterado el método de bobinado de bobinas para núcleos sin cambiar la estructura de núcleo de integración, para mejorar así la facilidad de trabajo en el bobinado de las bobinas.

Entretanto, se ha propuesto un motor de doble rotor interno/externo para un motor de núcleo radial. Sin embargo, este motor sólo ha propuesto... [Seguir leyendo]

1. Motor de corriente continua sin escobillas (BLDC) que tiene una estructura de doble rotor de núcleo radial, comprendiendo el motor BLDC:

un árbol (9) giratorio adaptado para montarse de manera giratoria en un alojamiento (2) de un aparato en el que puede montarse el motor (1) BLDC,

un doble rotor (5) que incluye un rotor (5a) interno y un rotor (5b) externo, combinándose las partes centrales del rotor (5a) interno y del rotor (5b) externo con el árbol (9) giratorio mediante un cojinete (7) para el soporte giratorio, estando dispuesta una pluralidad de imanes (6a, 6b) de polo N y polo S alternativamente en forma anular en el rotor (5a, 5b) interno y externo, respectivamente, de manera que la forma anular de los imanes en el rotor interno es concéntrica a la forma anular de los imanes en el rotor externo y los imanes (6a) en el rotor (5a) interno tienen una distancia predeterminada y a una polaridad diferente a la de los imanes (6b) opuestos correspondientes en el rotor (5b) externo, y

un estator (3) anular adaptado para fijarse al alojamiento (2) e instalarse entre los rotores (5a, 5b) interno y externo, comprendiendo el estator (3) varios conjuntos (3c”) de núcleos de estator distintos, comprendiendo cada uno un núcleo (3a, 3a') de estator y una bobina (3b),

un circuito magnético que está formado por imanes opuestos en los rotores (5a, 5b) interno y externo que tienen diferentes polaridades y los núcleos (3a; 3a') de estator separados situados entre el rotor (5a) interno y el rotor (5b) externo,

caracterizado porque

cada conjunto (3c”) de núcleos de estator comprende un carrete (30) de aislamiento que tiene bridas (30a, 30b) interna y externa y que rodean un núcleo (3a; 3a') de estator correspondiente,

la bobina (3b) se enrolla alrededor de la circunferencia externa del carrete (30),

una placa (4”) de soporte de núcleo anular alberga y soporta los conjuntos (3c”) de núcleos de estator en una superficie de la misma con un intervalo predeterminado entre ellos,

se extienden primeros y segundos salientes (30c, 30d) de acoplamiento desde la parte inferior de las bridas (30a, 30b) interna y externa, respectivamente, de los carretes (30) de aislamiento,

y están formados varios primeros y segundos orificios (47c, 47d) de acoplamiento en la placa (4”) de soporte de núcleo anular en los que se insertan los primeros y segundos salientes (30c, 30d) de acoplamiento de manera que los conjuntos (3c”) de núcleos de estator se colocan en la placa de soporte anular en dirección radial y circunferencial, y

está formado un soporte (3e) de estator entre la placa (4”) de soporte de núcleo anular y los varios conjuntos (3c”) de núcleos de estator mediante moldeo por inserción con resina termoendurecible con el fin de integrar los conjuntos (3c”) de núcleos de estator en la placa (4”) de soporte de núcleo anular en un único cuerpo de forma anular, y

una parte (40a) de extensión se extiende hacia el interior desde la placa (4”) de soporte de núcleo y está adaptada para acoplarse con el alojamiento (2) del aparato.

2. Motor según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho doble rotor comprende:

una primera estructura (8a) de culata cuyo extremo interno está conectado al cojinete (7) y que tiene una primera parte curvada en el otro extremo que está curvada perpendicularmente para formar una forma de copa;

una segunda estructura (8b) de culata que está combinada de manera solidaria con la primera estructura (8a) de culata, y cuyo extremo interno está conectado al cojinete (7), estando curvada perpendicularmente una segunda parte curvada en el otro extremo para mantener una distancia igual con respecto a la primera parte curvada de la primera estructura (8a) de culata;

una pluralidad de primeros imanes (6a) de polo N y polo S dispuestos de manera alterna en forma anular en la superficie circunferencial externa de la primera parte curvada; y

una pluralidad de segundos imanes (6b) de polo N y polo S dispuestos de manera alterna en forma anular en la superficie circunferencial interna de la segunda parte curvada de manera que los imanes (6a, 6b) en las partes curvadas primera y segunda que están dispuestas opuestas entre sí tienen diferentes polaridades.

3. Motor según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho doble rotor (50) comprende:

un rotor (50a) interno que tiene una culata (51a) interna cilíndrica y una pluralidad de primeros imanes (6a) de polo N y polo S que están dispuestos de manera alterna en forma anular en la superficie circunferencial externa de la culata (51a) interna;

un rotor (50b) externo que tiene una culata (51b) externa que tiene un diámetro mayor que el de la culata (51a) interna para mantener una distancia igual desde la culata (51a) interna, y una pluralidad de segundos imanes (6b) de polo N y polo S dispuestos de manera alterna en forma anular en la superficie circunferencial interna de la culata (51b) externa de manera que los imanes (6a, 6b) en las culatas (51a, 51b) interna y externa que están dispuestas opuestas entre sí tienen diferentes polaridades; y

un soporte (53) de rotor anular formado de manera solidaria que forma un espacio en el que el estator (3) está insertado entre los rotores (50a, 50b) interno y externo, y que está moldeado con resina termoendurecible de modo que el extremo interno del mismo está conectado a la superficie circunferencial externa del cojinete (7a).

4. Motor según la reivindicación 1, caracterizado porque el aparato para el que está adaptado que se monte el árbol (9) giratorio es un tambor de lavadora de una lavadora.

5. Motor según la reivindicación 3, caracterizado porque están formados varios orificios (10) de refrigeración para refrigerar las bobinas (3b) de estator en el soporte (53) de rotor entre los rotores (50a y 50b) interno y externo.

6. Motor según la reivindicación 1, caracterizado porque varias aspas (54) de ventilador de refrigeración están formadas de manera solidaria en la superficie inferior del rotor (50b) externo, de modo que se lleva a cabo la refrigeración por aire para el estator (3) durante la rotación de los rotores (5).

7. Motor según la reivindicación 1, caracterizado porque un extremo del árbol (9) giratorio está conectado al doble rotor (5) mediante un cojinete (7), y el otro extremo del árbol (9) giratorio está soportado de manera giratoria mediante un apoyo (11) adaptado para instalarse en el alojamiento (2) de una lavadora.