Motor eléctrico.

Motor eléctrico, que presenta:

un estator (28) con un paquete de chapas de estator provisto con ranuras (126),

cuyas ranuras presentan una división de las ranuras τs predeterminada;

un arrollamiento de estator polifásico (U, V, W) dispuesto en estas ranuras (126);

un rotor (36) separado del estator (28) por un intersticio de aire (39), que presenta sobre su lado dirigido hacia el intersticio de aire (39) una pluralidad de polos impresos con zapatas polares (136) dirigidas hacia el intersticio de aire (39) y sobre su lado alejado del intersticio de aire presenta un reflujo magnético (130), que está conectado a través de secciones de retención (134a, 134b) mecánicamente con las zapatas polares (136), las cuales sirven para la generación de al menos una tensión inducida sinusoidal en el arrollamiento del estator (U, V, W);

una escotadura (138, 140) prevista entre el reflujo magnético (130) y una zapata polar (136), en la que está dispuesto al menos un imán permanente (38) para la generación de un flujo magnético en esta zapata polar (136), de manera que en la transición desde este imán permanente hacia la zapata polar asociada se define un límite entre zapata polar e imán, y en cuya escotadura se conecta sobre cada lado del al menos un imán permanente (38) aproximadamente en dirección circunferencial, una zona (146a, 146b) mala conductora magnética, que está adyacente a una de las secciones de retención (134a, 1345b) sobre su lado dirigido hacia el intersticio de aire (39);

en el que la anchura β, medida en dirección circunferencial, de una zapata polar (136) se reduce, al menos por secciones, en dirección fuera del límite entre la zapata polar y el imán (138) hacia el intersticio de aire (39) y tiene en el lugar de la anchura más estrecha (142) una extensión angular βC,caracterizadoporque esta extensión angular βC está en la siguiente relación con la división de las ranuras τs de las ranuras del estator (126):

βC = τs * m * n,

en la que

m = 0,8 ... 1,0

y n = 1 o n = 2, 4, ...

y los ángulos βC y τs están indicados en grados mecánicos.

Motor eléctrico.

La invención se refiere a un motor eléctrico, que está configurado con preferencia como motor de rotor interior.

Tales motores, con preferencia con conmutación electrónica, se utilizan, debido a su momento de inercia axial bajo, para cometidos de accionamiento allí donde un motor eléctrico debe seguir muy rápidamente con su número de revoluciones instrucciones eléctricas, por ejemplo, para la regulación rápida de piezas, o para el apoyo asistido de movimientos. En este caso, se desea que un motor de este tipo ceda un par motor muy uniforme. Esto se consigue habitualmente por medio de una realización trifásica del motor, de manera que a cada una de las fases se imprime una corriente esencialmente de forma sinusoidal, y de manera que el motor está configurado de manera que en las fases ("secciones") del arrollamiento de estator polifásico se inducen tensiones de forma sinusoidal. Un motor de este tipo se designa también como motor sinusoidal.

En tales motores resulta el fenómeno de que los límites entre los polos individuales del rotor, los llamados límites polares, buscan los lugares del intersticio de aire máximo. Por lo tanto, para el observador tiene la apariencia como si los límites polares fuesen atraídos por las ranuras de estator. Este efecto de designa en inglés como "cogging", en español como "reluctancia". El par motor que resulta en este caso se designa como par de sujeción o par de retención (cogging torque), porque se pretende retener fijamente o bien enclavar el rotor en determinadas posiciones giratorias.

Este efecto se genera a través de un llamado par de reluctancia, es decir, que durante la rotación del motor con relación al estator se almacena energía magnética en el circuito magnético del motor, en determinadas zonas del ángulo de giro, y en otras zonas del ángulo de giro se libera esta energía magnética, de manera similar a si se tensase y destensase un muelle de forma alterna. Para el almacenamiento, debe alimentarse energía al rotor, es decir, que el rotor se frena de esta manera, y a la inversa, allí donde se libera energía almacenada, se acciona el motor.

Si se gira el rotor de un motor de este tipo con la mano, entonces se tiene la impresión de que se detecta cada ranura.

Este par de reluctancia es perturbador en muchos cometidos de accionamiento, de manera que se ha obligado allí a utilizar arrollamientos de estator sin núcleo, en los que no se produce ningún par de reluctancia, pero la potencia de tales motores con estator sin núcleo no es la mayoría de las veces suficiente porque su intersticio de aire es muy grande. Esto conduce a un peso de potencia alto, es decir, que la relación de la potencia del motor con respecto al volumen del motor o bien de la potencia del motor con respecto al peso del motor, es en ellos desfavorable.

Se ha intentado solucionar este problema dando a las zapatas polares una forma determinada, pero esto conduce a un tipo de construcción, en el que el peso de la potencia no es favorable.

Se conoce a partir del documento US 2002/0 171 309 A1 una máquina eléctrica excitada con imán permanente, en la que en el paquete de chapas de un rotor interior están incrustados imanes. Estos imanes se insertan en bolsas previstas para ello del paquete de chapas. Estas bolsas se extienden en la dirección circunferencial un poco más que los imanes dispuestos en ellas para impedir que el flujo magnético generado por los imanes permanentes a través del paquete de chapas del rotor sea cortocircuitado directamente. De esta manera, deben corregirse la reluctancia y las pulsaciones del par motor.

Por lo tanto, el cometido de la invención es preparar un motor eléctrico nuevo.

De acuerdo con la invención esto se consigue a través del objeto de la reivindicación 1. De esta manera se obtiene un motor eléctrico, en el que en el rotor se pueden utilizar imanes, cuya extensión angular no es mucho menor que una división polar del rotor, y en el que, a pesar de todo, se obtiene una tensión inducida con buena forma sinusoidal y un par de retención todavía aceptable. Esto posibilita mejorar el peso de potencia de tales motores, es decir, que para la misma potencia se necesita un motor más pequeño y, por lo tanto, más ligero que hasta ahora.

Otros detalles y desarrollos ventajosos de la invención se deducen a partir de los ejemplos de realización descritos a continuación y representados en el dibujo, que no deben entenderse de ninguna manera como limitación, y a partir de las restantes reivindicaciones dependientes.

La figura 1 muestra una sección longitudinal a través de una forma de realización preferida de un motor de acuerdo con la invención.

La figura 2 muestra una sección, vista a lo largo de la línea II-II de la figura 1, a una escala ampliada con respecto a la figura 1.

La figura 3 muestra una ampliación fragmentaria de la figura 2 a una escala de nuevo ampliada.

La figura 4 muestra una representación similar a la figura 3, en la que se representa el desarrollo de las líneas de flujo magnético para una posición determinada del rotor, para explicar la generación de una tensión inducida de forma sinusoidal.

La figura 5 muestra una representación similar a la figura 3, a saber, la representación de un fragmento de una chapa simétrica de rotor, y

La figura 6 muestra una representación similar a las figuras 3 a y 5, a saber, una representación de una chapa de rotor (fragmento), en la que los polos están configurados ligeramente asimétricos.

La figura 1 muestra un motor de rotor interior trifásico 20, conmutado electrónicamente, con una carcasa 22, que presenta una parte cilíndrica de la carcasa 24, una placa de cojinete-A 26 y una brida de fijación 29.

En la parte cilíndrica de la carcasa 24 está dispuesto un paquete de chapas 27 (figura 2) de un estator exterior 28, cuyas cabezas de arrollamiento están indicadas en 30 y 32. El estator 28 tiene una escotadura interior 34, en la que está dispuesto un rotor interior 36 de ocho polos con un paquete de chapas 37 de Electrochapa (DIN 46400, Hoja 1), con preferencia Chapa V400 y, en total, con ocho imanes permanentes 38A a 38H (figuras 2 y 3) sobre un árbol 40, cuyo extremo de accionamiento se designa con 42 y cuyo extremo interior del árbol se designa con 44. El intersticio de aire 39 separa el estator 28 del rotor 36. Un motor de este tipo 20 se puede designar de diferentes maneras, por ejemplo como máquina de rotor interior síncrono excitado permanentemente o como motor sinusoidal conmutado electrónicamente, o como motor trifásico con corrientes sinusoidales impresas.

En la placa de cojinete-A 26 está prevista de manera habitual una junta de obturación 46 para el árbol 40. Además, allí se encuentra una escotadura 48, en la que está fijado un elemento de guía 50 para el anillo exterior 55 de un rodamiento 54. El anillo interior 60 del rodamiento 54 está prensado sobre el árbol 40.

En el extremo abierto de la parte cilíndrica de la carcasa 24 está fijada una placa de cojinete-B 66. Ésta tiene una escotadura 68 provista con un saliente anular 67 para el anillo exterior 70 de un rodamiento 72, cuyo anillo interior 74 está fijado sobre el extremo de árbol 44. A tal fin, el árbol 44 tiene un collar anular 78, con el que se apoya contra el lado izquierdo del anillo interior 74. Contra su lado derecho se apoya una pieza moldeada 80 de latón, que es prensada a través de la cabeza avellanada 81 de un tornillo de cabeza avellanada 82 en dirección al árbol 40 y está configurada aproximadamente en forma de anillo. El tornillo 82 está enroscado en una rosca interior 84 del extremo del árbol 44 y presiona de esta manera la pieza moldeada 80 en dirección al anillo interior 74.

Para el empotramiento seguro del anillo exterior 60 sirve una pieza plana 90 en forma de anillo, que está fijada por medio de tres tornillos 92 distribuidos de manera uniforme en su periferia en la placa de cojinete 66 y que se apoya con su parte radialmente interior contra el anillo exterior 70 y lo presiona hacia la izquierda contra el saliente 67. (La escotadura 68 es un poco más corta que el anillo exterior 70).

Después de que la pieza moldead 80 ha sido fijada por medio del tornillo de cabeza hexagonal 82 en el extremo del árbol 44, se fija en una escotadura cilíndrica de la pieza moldeada 80 imán de control 110, por ejemplo a través de encolado. El imán... [Seguir leyendo]

1. Motor eléctrico, que presenta:

un estator (28) con un paquete de chapas de estator provisto con ranuras (126), cuyas ranuras presentan una división de las ranuras τs predeterminada;

un arrollamiento de estator polifásico (U, V, W) dispuesto en estas ranuras (126);

un rotor (36) separado del estator (28) por un intersticio de aire (39), que presenta sobre su lado dirigido hacia el intersticio de aire (39) una pluralidad de polos impresos con zapatas polares (136) dirigidas hacia el intersticio de aire (39) y sobre su lado alejado del intersticio de aire presenta un reflujo magnético (130), que está conectado a través de secciones de retención (134a, 134b) mecánicamente con las zapatas polares (136), las cuales sirven para la generación de al menos una tensión inducida sinusoidal en el arrollamiento del estator (U, V, W);

una escotadura (138, 140) prevista entre el reflujo magnético (130) y una zapata polar (136), en la que está dispuesto al menos un imán permanente (38) para la generación de un flujo magnético en esta zapata polar (136), de manera que en la transición desde este imán permanente hacia la zapata polar asociada se define un límite entre zapata polar e imán, y en cuya escotadura se conecta sobre cada lado del al menos un imán permanente (38) aproximadamente en dirección circunferencial, una zona (146a, 146b) mala conductora magnética, que está adyacente a una de las secciones de retención (134a, 1345b) sobre su lado dirigido hacia el intersticio de aire (39);

en el que la anchura β, medida en dirección circunferencial, de una zapata polar (136) se reduce, al menos por secciones, en dirección fuera del límite entre la zapata polar y el imán (138) hacia el intersticio de aire (39) y tiene en el lugar de la anchura más estrecha (142) una extensión angular βC, caracterizado porque esta extensión angular βC está en la siguiente relación con la división de las ranuras τs de las ranuras del estator (126):

βC = τs * m * n,

en la que

m = 0,8 ... 1,0

y n = 1 o n = 2, 4, ...

y los ángulos βC y τs están indicados en grados mecánicos.

2. Motor eléctrico de acuerdo con la reivindicación 1, que está configurado como motor de rotor exterior.

3. Motor eléctrico de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la anchura (βM) medida en dirección circunferencial de una zapata polar (136) en el límite entre la zapata polar y el imán (138) es mayor que su anchura (βC) en el lugar (142), en el que esta anchura es mínima.

4. Motor eléctrico de acuerdo con la reivindicación 3, en el que la transición desde el lugar (138) de anchura mayor (βM) de una zapata polar (136) hasta el lugar (142) de anchura menor (βC) está configurada esencialmente como zona de transición continua (139).

5. Motor eléctrico de acuerdo con la reivindicación 4, en el que la zona de transición (139) continua forma, en combinación con la sección de retención (134a, 134b), una cavidad (146a, 146b), que se ensancha en dirección circunferencial fuera del polo del rotor (136) asociado.

6. Motor eléctrico de acuerdo con la reivindicación 4, en el que la cavidad (146a, 146b) que se ensancha en dirección fuera del polo del rotor (136) asociado para el flujo magnético, que pasa desde el imán permanente (38) hacia el intersticio de aire (39), forma una resistencia magnética que se incrementa en dirección fuera del polo del rotor (136).

7. Motor eléctrico de acuerdo con la reivindicación 1, en el que las zapatas polares (136) están configuradas esencialmente simétricas a un eje de simetría (137).

8. Motor eléctrico de acuerdo con la reivindicación 1, en el que las zapatas polares están configuradas de chapa, y en al menos una parte de estas chapas, el lugar de extensión mínima (βC) está desplazado en dirección circunferencial con respecto a un eje de simetría imaginario (137) de las zapatas polares.

9. Motor eléctrico de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el al menos un imán del rotor (38), que está dispuesto en la escotadura prevista entre el reflujo magnético (130) y la zapata polar (136), presenta en su lado dirigido hacia el reflujo (130) una extensión angular (βMi), que es aproximadamente el 85% o mas de una división de los polos (τp) del rotor (36).

10. Motor eléctrico de acuerdo con la reivindicación 9, en el que la extensión angular (βMi) es aproximadamente el 95% de una división de los polos (τp) del rotor (36).

11. Motor eléctrico de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la división del estator presenta arrollamientos concéntricos (128G, 128D).

12. Motor eléctrico de acuerdo con la reivindicación 1, en el que una zapata polar (136) del rotor (36) presenta, vista en la sección transversal perpendicularmente al eje de giro, un perfil similar a un birrete de doctor americano.