Suministro de potencia electrónica para un motor síncrono con rotor de imán permanente que tiene dos pares de polos.

Motor (10) síncrono de bajo nivel de ruido que incluye un rotor (16) de imán permanente y un estator (11) con dos pares de polos (12a,

12b; 13a, 13b) de estator, que comprende:

- un arrollamiento (14a, 14b; 15a, 15b) para cada polo de estator;

- un circuito (19) electrónico para conectarse a un suministro de tensión principal (V) para detectar la polaridad de dicha tensión principal (V) y accionar los arrollamientos (14a, 14b) del primer par de polos de estator;

- un condensador (17) conectado en serie a cada uno de los arrollamientos (15a, 15b) del otro par de polos para actuar como variador de fase de 90º, estando suministrados dichos arrollamientos (15a, 15b) con dicha tensión principal (V);

- un sensor (20) de posición conectado a una entrada de dicho dispositivo (19) de potencia electrónica para detectar la polaridad del rotor (16);

- al menos un conmutador (18) estático accionado por medio de dicho circuito (19) electrónico y conectado en serie para accionar los arrollamientos (14a, 14b) de dicho primer par de polos según dicha polaridad de la tensión principal (V) y la posición y polaridad de dicho rotor (16) al ponerse en marcha, eliminando por tanto vibraciones y ruido.

Suministro de potencia electrónica para un motor síncrono con rotor de imán permanente que tiene dos pares de polos.

La presente invención se refiere a un motor síncrono de bajo nivel de ruido con rotor de imán permanente con dos pares de polos y un suministro de potencia electrónica suministrado directamente desde la red de distribución eléctrica.

Un motor síncrono con rotor de imán permanente tiene muchas aplicaciones, especialmente en el sector civil, en el que los niveles de potencia implicados son bajos o, como indicación aproximada, inferiores a 100 W.

En su estructura más básica, estos motores tienen una parte de estator fija y una parte que gira alrededor de su propio eje de simetría y se denomina rotor. En estos motores, el estator está constituido por un núcleo de hierro que tiene forma de diapasón y sobre el que se montan devanadoras que soportan los arrollamientos, alimentados por la red de distribución eléctrica con un dispositivo electrónico interpuesto.

El rotor está constituido, en su forma más simple, por un cilindro de material magnético que está acoplado de manera rígida al árbol de giro. Los arrollamientos de estator, suministrados por la red de distribución eléctrica, producen un campo magnético que interacciona con los polos magnéticos del rotor, provocando el giro del rotor y por tanto del dispositivo conectado al mismo, que puede ser por ejemplo el rodete de una bomba.

Las ventajas del motor síncrono con rotor de imán permanente con respecto a un motor de inducción son tanto técnicas como económicas. Técnicamente, este tipo de motor es más compacto, para un nivel de potencia igual, y es siempre mucho más eficiente que un motor asíncrono.

Otra razón para preferir motores síncronos es su bajo coste y la estructura simple del rotor y del estator. Este tipo de motor es monofásico, puesto que se suministra el único arrollamiento con potencia mediante la tensión de red de distribución eléctrica.

Por ejemplo, una patente estadounidense n.º 5.124.604 se refiere a un motor de una unidad de disco que incluye un rotor de imán giratorio y ocho arrollamientos de polos. Este motor está diseñado específicamente para aplicaciones de unidades de disco y se alimenta mediante un suministro de potencia de CC de 12 V.

Se proporciona un microprocesador para poner en marcha y accionar el motor. Se fuerza una corriente inicial en los arrollamientos durante un periodo de tiempo predeterminado para alcanzar una velocidad angular predeterminada del motor. El microprocesador controla la velocidad del motor controlando la magnitud de la corriente de accionamiento suministrada a los arrollamientos. Se determina esta corriente según un modo PWM. No se hace mención en la descripción de la estructura de motor de ningún condensador usado para variar la fase entre un arrollamiento y el otro para poner en marcha el motor.

Una solución de la técnica anterior adicional se da a conocer en la patente alemana n.º 1.538.893 para un motor que tiene un rotor de imán permanente y dos pares de polos con arrollamientos correspondientes. Un condensador se conecta entre los arrollamientos de las posiciones impar y par. Cada arrollamiento se acciona mediante un tiristor correspondiente; sin embargo las tensiones y corrientes de los arrollamientos no se gestionan mediante un dispositivo electrónico de suministro de potencia que usa señales de realimentación para accionar el motor.

Más específicamente, no hay señal de realimentación para comprobar la posición del rotor al ponerse en marcha y la polaridad del suministro de potencia para elegir la sincronización más favorable para poner en marcha el motor.

La patente estadounidense n.º 5.434.491 concedida a este solicitante se refiere a un motor síncrono con un rotor de imán permanente y que incluye un dispositivo electrónico para accionar la fase de puesta en marcha del motor. Este motor incluye dos polos de rotor y no proporciona ningún condensador entre los arrollamientos de motor.

El documento EP 0 400 455 muestra un motor síncrono que incluye un estator y arrollamientos. Se conecta un circuito electrónico a un suministro de tensión principal y para accionar los arrollamientos y un condensador se conecta en serie a uno de los arrollamientos para actuar como variador de fase de 90º cuando se suministran los arrollamientos con la tensión principal. Los conmutadores estáticos se accionan mediante el circuito electrónico y se conectan en serie para accionar los arrollamientos según la polaridad de la tensión principal.

Sin embargo, este motor tiene límites de aplicación, particularmente cuando se requiere un bajo nivel de ruido en funcionamiento.

Debido a su característica de funcionamiento, el momento de torsión generado de hecho no es constante en cada instante durante el giro.

En particular, el momento de torsión oscila alrededor de un valor medio y la frecuencia de oscilación depende de la frecuencia de la tensión de suministro.

El momento de torsión que oscila alrededor del valor medio puede considerarse como la suma de un término constante, que es responsable de mover la carga, y de un término por pulsos, que produce vibraciones en el motor.

Adicionalmente, la asimetría del grupo de estator significa que existe una dirección preferencial para la fuerza de atracción que se aplica en cualquier caso entre el estator, constituido por laminaciones de hierro, y el rotor, que está hecho de material magnético.

Esta interacción axial y la naturaleza por pulsos del momento de torsión, conducen a tensiones por pulsos y por tanto a vibraciones que se generan en el estator del motor.

El estator está siempre acoplado de manera rígida a una estructura de soporte y por tanto la estructura se ve afectada por estas vibraciones a menos que se proporcione una atenuación, asumiendo por supuesto que esto sea posible; tal atenuación es cara en cualquier caso.

En algunas aplicaciones, por ejemplo en una bomba de circulación para sistemas de calentamiento, estas vibraciones están en el intervalo de frecuencia audible y por tanto producen un ruido no deseable e inaceptable.

Estas vibraciones pueden reducirse, al menos teóricamente, por medio de diferentes mejoras electrónicas o mecánicas, pero tales mejoras son caras y apenas fiables y en cualquier caso son sólo paliativas, puesto que tienden a reducir el efecto, pero no hacen frente a la causa del ruido.

El fin de la presente invención es proporcionar un suministro de potencia para un motor síncrono con un rotor de imán permanente que permita eliminar las vibraciones y por consiguiente el ruido del motor.

Un objeto de la presente invención es proporcionar un dispositivo de puesta en marcha electrónico que permita una simetría estructural completa, que es una garantía adicional de la eliminación de vibraciones y de ruido.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un suministro de potencia electrónica para un motor síncrono con rotor de imán permanente que sea simple y seguro.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un suministro de potencia electrónica para un motor síncrono con rotor de imán permanente y un motor síncrono con rotor de imán permanente y dos pares de polos de estator que sea muy eficiente, económico y seguro.

Estos y otros objetos que resultarán más evidentes a continuación en el presente documento se consiguen mediante un motor síncrono de bajo nivel de ruido que incluye un rotor de imán permanente y dos pares de polos de estator, según la presente invención, comprendiendo este motor:

-un arrollamiento para cada polo de estator;

- un dispositivo de potencia electrónica para accionar los arrollamientos de cada par de polos, recibiendo dicho dispositivo de potencia electrónica directamente como entrada de potencia una suministro de tensión principal;

- un condensador conectado en serie a un arrollamiento de sólo un par para actuar como variador de fase de 90º;

- al menos un conmutador estático accionado por dicho dispositivo (19) de potencia electrónica y conectado para accionar un arrollamiento de otro par de polos;

- un sensor de posición conectado a una entrada de dicho dispositivo de potencia electrónica para detectar la posición y polaridad del rotor.

Con el fin de optimizar el rendimiento del motor, particularmente durante la puesta en marcha, puede ser conveniente dotar al menos uno de los circuitos electrónicos de una bobina de elevación de tensión que se engancha durante la puesta en marcha y se desconecta cuando se consigue el funcionamiento en estado estacionario.

BREVE DESCRIPCIÓN DE... [Seguir leyendo]

1. Motor (10) síncrono de bajo nivel de ruido que incluye un rotor (16) de imán permanente y un estator

(11) con dos pares de polos (12a, 12b; 13a, 13b) de estator, que comprende:

-un arrollamiento (14a, 14b; 15a, 15b) para cada polo de estator;

- un circuito (19) electrónico para conectarse a un suministro de tensión principal (V) para detectar la polaridad de dicha tensión principal (V) y accionar los arrollamientos (14a, 14b) del primer par de polos de estator;

- un condensador (17) conectado en serie a cada uno de los arrollamientos (15a, 15b) del otro par de polos para actuar como variador de fase de 90º, estando suministrados dichos arrollamientos (15a, 15b) con dicha tensión principal (V) ;

- un sensor (20) de posición conectado a una entrada de dicho dispositivo (19) de potencia electrónica para detectar la polaridad del rotor (16) ;

- al menos un conmutador (18) estático accionado por medio de dicho circuito (19) electrónico y conectado en serie para accionar los arrollamientos (14a, 14b) de dicho primer par de polos según dicha polaridad de la tensión principal (V) y la posición y polaridad de dicho rotor (16) al ponerse en marcha, eliminando por tanto vibraciones y ruido.

2. Motor síncrono de bajo nivel de ruido según la reivindicación 1, en el que dicho circuito (19) electrónico recibe además como entrada una medida de la corriente que fluye a través de dicho conmutador (18) estático para accionar dicho conmutador estático sólo cuando sea necesario.

3. Motor síncrono de bajo nivel de ruido según la reivindicación 1, en el que dicho circuito (19) electrónico comprende además:

- una primera entrada que recibe directamente una referencia de suministro de tensión principal (V) ;

-una segunda entrada conectada a dicho sensor (20) de posición;

-una tercera entrada conectada a un sensor (28) de detección de cruce por cero asociado a dicho conmutador

(18) estático;

estando accionado dicho conmutador (18) estático cuando la polaridad del suministro de potencia principal es favorable para ponerse en marcha y según la detección de cruce por cero.

4. Motor síncrono de bajo nivel de ruido según la reivindicación 3, en el que se aplica una variación (21) de fase a la señal recibida en dicha segunda entrada.

5. Motor síncrono de bajo nivel de ruido según la reivindicación 3, en el que una puerta XOR recibe como entradas las señales de dichas entradas primera y segunda y una puerta Y recibe como entradas la salida de la puerta XOR y la señal recibida por dicha tercera entrada, accionando la salida de la puerta Y dicho conmutador

(18) estático.

6. Motor síncrono de bajo nivel de ruido según la reivindicación 1, en el que se proporciona una bobina (22) de elevación de tensión adicional para elevar la tensión de dichos arrollamientos (14a, 14b) del primer par al ponerse en marcha, estando conectada dicha bobina (22) de elevación de tensión en paralelo a cada arrollamiento (14a, 14b) de dicho primer par.

7. Motor síncrono de bajo nivel de ruido según la reivindicación 6, en el que se acciona dicha bobina (22) de elevación de tensión mediante un conmutador estático correspondiente que está conectado en serie a dicha bobina (22) de elevación de tensión y a una salida adicional de dicho dispositivo (19) de suministro de potencia.

8. Motor síncrono de bajo nivel de ruido según la reivindicación 6, en el que dicha bobina (22) de elevación de tensión es una fracción de una bobina en estado estacionario que forma los arrollamientos (14a, 14b) a los que se conecta en paralelo.

9. Motor síncrono de bajo nivel de ruido según la reivindicación 6, en el que se desengancha dicha bobina (22) de elevación de tensión cuando se alcanza una velocidad de sincronización.

10. Motor síncrono de bajo nivel de ruido según la reivindicación 6, que incluye un conmutador accionado mediante un temporizador (23) para desenganchar dicha bobina de elevación de tensión tras un periodo de tiempo predeterminado.

11. Motor síncrono de bajo nivel de ruido según la reivindicación 3, en el que dicho sensor de detección de cruce por cero mide una corriente que fluye a través de dicho conmutador (18) estático.

12. Motor síncrono de bajo nivel de ruido según la reivindicación 3, en el que dicho sensor de detección de cruce por cero mide una caída de tensión en dicho conmutador (18) estático.

13. Motor síncrono de bajo nivel de ruido según la reivindicación 3, en el que se acciona dicho conmutador

(18) estático según una función de la posición angular del rotor (16) , según los valores de la tensión principal

(V) del suministro de potencia y un valor de una corriente que fluye en dicho conmutador (18) estático.

14. Motor síncrono de bajo nivel de ruido según la reivindicación 1, que comprende una estructura con un rotor multipolo con un estator en el que el número de pares de estator es dos veces el número de pares de 10 polos de rotor.

15. Motor síncrono de bajo nivel de ruido según la reivindicación 6, en el que dicha bobina (22) de elevación de tensión adicional está conectada en serie a dichos otros arrollamientos (14) y dicho conmutador

(18) estático está conectado al nodo de interconexión entre dicha bobina de elevación de tensión y dichos arrollamientos (14) .

16. Motor síncrono de bajo nivel de ruido según la reivindicación 15, que incluye un sensor de corriente asociado a dicho conmutador (18) estático para detectar el cruce por cero y direccionar una señal correspondiente a dicho dispositivo (19) de potencia electrónica.