Motor eléctrico con bucles conductores dispuestos en ranuras, así como un método para el accionamiento del motor eléctrico.

Motor eléctrico (12), particularmente para el ajuste accionado por motor de piezas móviles en un vehículo a motor,

con un estator (34) y un rotor (18), en donde sobre el rotor (18) se conforman ranuras (24), en las cuales seencuentran dispuestos bucles conductores individuales (36) de bobinas eléctricas (30), que se encuentran encontacto con delgas del conmutador (22) de un conmutador (20), y con una unidad de evaluación (40) que determinala información de la velocidad de rotación a partir de la oscilación de una señal de la corriente eléctrica del motor,caracterizado porque el número de bucles conductores individuales (36) de las bobinas (30) se selecciona demanera que la secuencia del número de bucles conductores (36), en la secuencia de su conmutación, representaaproximadamente una función sinusoidal (60).

Motor eléctrico con bucles conductores dispuestos en ranuras, así como un método para el accionamiento del motor eléctrico.

Estado del arte La presente invención hace referencia a un motor eléctrico con bucles conductores dispuestos en ranuras, así como a un método para el accionamiento del motor eléctrico, de acuerdo con la clase de las reivindicación independientes.

Mediante la patente EP 0 917 755 B1 se ha conocido un dispositivo de conmutación de un motor de corriente continua, en el que en una superficie de contacto de las delgas de un conmutador, se encuentran apoyadas las escobillas. Además, un circuito electrónico detecta la frecuencia de oscilación de la corriente del motor, para determinar, a partir de ella, un coeficiente de velocidad de rotación del motor eléctrico. Para obtener una información fiable de la velocidad de rotación, los bordes de las delgas del conmutador presentan un ángulo determinado en relación con el eje longitudinal del conmutador o bien, en relación con los bordes de las escobillas. Un conmutador de esta clase resulta muy costoso de fabricar, y no permite generar una frecuencia de oscilacion menor a la frecuencia de paso de ranuras.

En el caso de esta clase de motores eléctricos, se evalúa la fracción de variación de la señal de la corriente para la identificación de la velocidad de rotación. La oscilación de dicha señal se genera debido a diferentes causas. El número de ranuras del conmutador subyace en una fracción considerable de la oscilación. En la señal de la corriente se puede detectar el número de ranuras y sus múltiplos. Además, el orden inferior del múltiplo común del número de ranuras y del número de polos magnéticos, se presenta generalmente de manera dominante. Dicha oscilación se genera en la gama inferior de velocidades (velocidades de rotación inferiores) , y bajo una carga mayor mediante la variación de la resistencia del inducido a lo largo de la conmutación. Como una aproximación al número de revoluciones en el régimen de marcha en vacío y ante una corriente reducida, se obtiene una oscilación mediante la variación de la tensión inducida, generada por los devanados de bobina en el campo magnético. En el caso de una carga del motor media, la oscilación se genera mediante ambos efectos en el transcurso del tiempo de la señal de corriente. Ambos efectos se pueden encontrar desfasados entre sí, y se pueden eliminar en diferentes puntos de trabajo, de manera que el orden de ranura y sus múltiplos pueden variar notablemente en el desarrollo de la corriente a lo largo de la característica del motor, y también pueden desaparecer.

Además, en el desarrollo de la corriente se presentan ondas de corriente con órdenes de magnitud inferiores a los de las ranuras. Dichos órdenes de magnitud son generalmente múltiplos de los polos magnéticos. Dichos órdenes de magnitud de las ondas de corriente se generan mediante tolerancias no deseadas en la simetría del circuito magnético, como por ejemplo, las tolerancias de la posición o del material del imán. Dichas magnitudes en el desarrollo de la corriente en el tiempo, por su irregularidad, impiden una evaluación fiable para la determinación de la señal de la velocidad de rotación del motor. Para la evaluación de la magnitud de ranura a partir de las ondas de corriente, para poder evaluar las señales, la oscilación debe exceder en una altura de amplitud determinada. Además, las amplitudes de los órdenes de magnitud varían a lo largo de los diferentes puntos de trabajo, hecho que dificulta además la evaluación. En el caso de los motores que presentan un número mayor de ranuras, el orden dominante en el desarrollo de la corriente de las ondas de la corriente, mediante el número elevado de ranuras y polos magnéticos, presenta una altura tal que requiere de una electrónica de evaluación con una frecuencia de muestreo mayor para la determinación de la velocidad de rotación del motor. Esto implica un mayor esfuerzo técnico y costes más elevados, dado que los microcontroladores deben ser más rápidos y mejores.

Revelación de la presente invención Ventajas de la presente invención En comparación, el motor eléctrico conforme a la presente invención, así como el método conforme a la presente invención para el accionamiento de dicho motor, con las características de las reivindicaciones independientes, presentan la ventaja que consiste en la variación del número de bucles conductores en las ranuras del rotor, de manera que el número de bucles conductores de las bobinas que se conmutan de manera sucesiva, dan como resultado una curva sinusoidal en una primera aproximación. Una variación sinusoidal de esta clase, del número de bucles conductores a lo largo de la sucesión en el tiempo de la conmutación, genera una oscilación adicional de la señal de la corriente del motor, cuya frecuencia corresponde al producto que se obtiene del número de polos, del número de periodos de la función sinusoidal por fase de conmutación, y de la frecuencia de rotación del motor eléctrico. De esta manera, se genera una oscilación adicional del desarrollo de la corriente, que en la frecuencia es menor que la frecuencia de ranura que se genera mediante el número de delgas del conmutador. Dichos picos de corriente adicionales generados, presentan independientemente del punto de trabajo del motor eléctrico, y del valor de la corriente de carga, aproximadamente una amplitud constante. Por lo tanto, dicha señal de la onda de corriente superpuesta, se puede evaluar de una manera muy ventajosa, con el fin de determinar la información en relación con la velocidad de rotación o bien, la duración de periodo de la rotación del rotor. Mediante la variación sinusoidal del número de conductores a lo largo del ciclo de conmutación, se pueden eliminar considerablemente las perturbaciones de órdenes superiores de la señal adicional de la onda de corriente. De esta manera, se pueden reducir considerablemente las excitaciones por ruido del motor eléctrico generadas mediante la oscilación de la corriente, y, de esta manera, a pesar de la oscilación momentánea se puede lograr un desarrollo relativamente suave para los accionamientos de confort.

Mediante las medidas mencionadas en las reivindicaciones relacionadas, se pueden realizar perfeccionamientos y mejoras ventajosas de las ejecuciones indicadas en las reivindicaciones independientes. Se ha comprobado que resulta particularmente ventajosa la modificación del número de bucles conductores que se conmutan de manera sucesiva, precisamente a un bucle conductor. De esta manera, se realiza una curva sinusoidal, en lo posible suave, de la modificación del bucle conductor, con lo cual se puede suprimir de una manera óptima la excitación por ruido perturbadora. Además, de manera opcional también dos bobinas que se suceden secuencialmente entre sí, pueden presentar el mismo número de bucles conductores.

En una ejecución preferida, un motor eléctrico de corriente continua presenta un rotor con 14 ranuras, en las cuales se encuentran incorporadas en total también 14 bobinas. Dicha ejecución presenta, por ejemplo, cuatro polos magnéticos que se generan mediante un anillo magnético circunferencial, que presenta un paso anular de polo uniforme de preferentemente 90 grados. En dicha ejecución, mediante la modificación sinusoidal del número de bucles conductores a lo largo del ciclo del conmutador, se puede generar una señal de oscilación simple de detectar, que presenta, por ejemplo, cuatro ondas de corriente por rotación del conmutador.

Resulta particularmente ventajoso cuando el número de delgas del conmutador que corresponde preferentemente al número de ranuras del rotor, no es divisible por el número de polos magnéticos. De esta manera, se reduce el par de parada del motor eléctrico, y se mejoran las características de sincronización del motor eléctrico.

Resulta particularmente ventajoso, conformar de manera precisa un periodo de la función sinusoidal a lo largo de una fase de conmutación, mediante la variación de los bucles conductores por bobina. De esta manera, se puede maximizar la amplitud de la onda de corriente a detectar, con lo cual se puede simplificar el dispositivo de evaluación.

Además, no tiene relevancia cuando el número de bucles conductores de las ranuras dispuestas adyacentes entre sí en relación con la periferia del rotor, no varíe de manera continua y de forma sinusoidal. Resulta decisivo que el número de bucles conductores en relación con la secuencia de las bobinas que se conmutan de manera sucesiva, varíe en correspondencia con una función sinusoidal, que puede diferir de la disposición de la ranura en el rotor mediante el modelo de bobinado utilizado.

En una ejecución... [Seguir leyendo]

1. Motor eléctrico (12) , particularmente para el ajuste accionado por motor de piezas móviles en un vehículo a motor, con un estator (34) y un rotor (18) , en donde sobre el rotor (18) se conforman ranuras (24) , en las cuales se encuentran dispuestos bucles conductores individuales (36) de bobinas eléctricas (30) , que se encuentran en contacto con delgas del conmutador (22) de un conmutador (20) , y con una unidad de evaluación (40) que determina la información de la velocidad de rotación a partir de la oscilación de una señal de la corriente eléctrica del motor, caracterizado porque el número de bucles conductores individuales (36) de las bobinas (30) se selecciona de manera que la secuencia del número de bucles conductores (36) , en la secuencia de su conmutación, representa aproximadamente una función sinusoidal (60) .

2. Motor eléctrico (12) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el número de bucles conductores

(36) de dos bobinas (30) que se conmutan de manera sucesiva, se diferencian entre sí por precisamente un bucle conductor (36) .

3. Motor eléctrico (12) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el rotor (18) presenta exactamente catorce ranuras (24) , y el estator (34) presenta en particular exactamente cuatro polos magnéticos (32) que se encuentran dispuestos preferentemente sobre un anillo magnético (46) cerrado, conformado por una única pieza.

4. Motor eléctrico (12) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el conmutador (20) presenta un número de delgas del conmutador (22) que no es un múltiplo del número de polos magnéticos (32) .

5. Motor eléctrico (12) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en el conmutador (20) se apoyan una cantidad de escobillas (28) igual al número de polos magnéticos (32) que se encuentran dispuestos en el estator (34) .

6. Motor eléctrico (12) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque mediante la secuencia del número de bucles conductores (36) a lo largo de una fase de conmutación, se modela con precisión un periodo (38) con un mínimo y un máximo.

7. Motor eléctrico (12) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la secuencia de la disposición de las bobinas (30) en relación con la secuencia de la conmutación, se diferencia de la secuencia de la disposición espacial de las bobinas (30) sobre la periferia del rotor (18) .

8. Motor eléctrico (12) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el número de bucles conductores individuales (36) por bobina (30) es de entre ocho y quince, particularmente entre diez y trece.

9. Motor eléctrico (12) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las bobinas

(30) se conforman como bobinas parciales (29) de simetría puntual en relación con un eje de rotación (17) del rotor (18) , que se encuentran conectadas eléctricamente, en particular, de manera paralela o bien, en serie, y las bobinas parciales (29) de simetría puntual presentan siempre exactamente el mismo número de bucles conductores (36) .

10. Método para el accionamiento de un motor eléctrico (12) con las siguientes etapas:

- Provisión de un motor eléctrico (12) , particularmente para el ajuste accionado por motor de piezas móviles en un vehículo a motor, con un estator (34) y un rotor (18) , en donde sobre el rotor (18) se conforman ranuras (24) , en las cuales se encuentran dispuestos bucles conductores individuales (36) de bobinas eléctricas (30) , que se encuentran en contacto con delgas del conmutador (22) de un conmutador (20) , y con una unidad de evaluación (40) que determina la información de la velocidad de rotación a partir de la oscilación de una señal de la corriente eléctrica del motor,

- caracterizado por una selección del número de bucles conductores individuales (36) de las bobinas (30) de manera que la secuencia del número de bucles conductores (36) , en la secuencia de su conmutación, representa aproximadamente una función sinusoidal (60) .

11. Método para el accionamiento de un motor eléctrico (12) de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque como información de la velocidad de rotación se suministra a la unidad de evaluación (40) , una señal que representa una velocidad de rotación o una duración de periodo de la rotación del rotor, que debido a una variación de tiempo de dicha señal, identifica el bloqueo de la pieza móvil, y el motor eléctrico invierte la marcha y/o se detiene.

12. Método para el accionamiento de un motor eléctrico (12) de acuerdo con una de las reivindicaciones 10 u 11, caracterizado porque la variación de la señal se compara con un valor límite almacenado, para iniciar la función de protección contra el bloqueo (44) ante el paso a un nivel inferior del valor límite o el exceso del valor límite.