Motores paso a paso de imán permanente.

Un motor paso a paso del tipo de imán permanente (20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90) que tiene un elemento móvil y un elemento fijo, que comprende:

un cierto número de polos magnéticos (21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91) sobre una superficie de uno de dichos elementos, siendo los polos adyacentes de polaridad opuesta, siendo el número de polos función de una constante, del número de fases y de un intervalo de paso deseado; y

un número de dientes equidistantemente espaciados (22, 32, 42, 52, 62, 72, 82, 92) sobre el otro de dichos elementos, disponiéndose dichos dientes para situarse enfrente de dicha superficie del otro elemento, teniendo cada uno de dichos dientes una pluralidad de dedos (23, 33, 43, 53, 63, 73, 83, 93) dispuestos para situarse enfrente de dicha superficie de un elemento en donde dichos dedos están separados entre sí de modo que los dedos en cualquier diente dado se alinearán con polos de la misma polaridad

caracterizado por que el número de dichos dientes es un número entero que es función de una constante, del número de dichos polos, del número de dedos en cada diente de estátor y del número de fases.

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DESCRIPCIÓN

Motores paso a paso de imán permanente Campo técnico La presente invención se refiere en general a los motores de indexación y paso a paso y, más particularmente, a motores paso a paso del tipo de imán permanente mejorados que aportan la posibilidad de un rendimiento mejorado (por ejemplo, el par) en un encapsulado más pequeño. La mejora del rendimiento se desprende de una ventaja doble obtenida a través del diseño inventivo que (a) incrementa las características de densidad del par motor y (b) mejora la sincronización y estabilidad del paso.

Técnica antecedente Hay en general tres tipos de motores paso a paso: el tipo de reluctancia variable, el tipo híbrido y el tipo de imán permanente. Con el accionador apropiado (es decir, el controlador) , los tres tipos ofrecen la capacidad de un amplio intervalo de movimientos y características del paso o indexación angular. Una referencia general sobre el control de motores paso a paso se puede hallar en línea en http://www.cs.uiowa.edu/-jones/step/ por Douglas W. Jones. La presente invención se refiere a los motores paso a paso del tipo de imán permanente.

Tanto los motores paso a paso de tipo híbrido como los de tipo de imán permanente usan imán (es) permanente (s) en las estructuras móviles (por ejemplo, el rotor) y fijas (por ejemplo el estátor) . Pueden ser indistinguibles desde el punto de vista del accionador del motor. Tradicionalmente, los motores paso a paso de tipo híbrido se construyen con un imán con forma de donut en el centro de dos polos del rotor, dando como resultado predominantemente un flujo magnético axial desde el imán a los dos polos del rotor. Varios diseños de motores paso a paso que implican imanes permanentes se derivan de la manipulación de los circuitos magnéticos de polos e imanes. Los motores paso a paso del tipo de imán permanente con los que esta invención está fundamentalmente implicada se muestran y describen representativamente por Schaeffer en las Patentes de Estados Unidos Nº 4.190.779 y 4.315.171.

Los motores paso a paso del tipo de imán permanente descritos por Schaeffer tienen un gran número de dientes de estátor y un gran número de imanes radialmente magnetizados sobre el rotor para proporcionar pequeños ángulos de paso. Estos motores tienen la ventaja de pares de detención elevados tanto sin energización como energizados, longitudes axiales del motor relativamente cortas (es decir estilo torta) , inercias de rotor pequeñas y soluciones de grandes orificios pasantes sobre el rotor. Estos motores han tenido un gran éxito en los últimos treinta años en las aplicaciones espaciales, tales como en los accionamientos de conjuntos de matrices de energía solar y mecanismos de guiado de antenas. Aplicaciones que han requerido masas ligeras, altos pares de detención con y sin energización, inercias de rotor pequeñas, ejes grandes y/o gran número de guarniciones de paso sobre el rotor.

Las aplicaciones avanzadas requieren diseños de motores paso a paso del estado de la técnica con más par, tamaño y masa reducidos, elevada densidad del par, pequeña inercia del rotor, coste reducido, pares de pico de detención con y sin energización constantes y pares de pico de funcionamiento constantes. Inherente al diseño del motor paso a paso es la preocupación por mantener la sincronización, esto es, la capacidad del motor y la carga de salida para mantener juntos la rotación en respuesta a cada señal de orden de entrada al motor. Dado que normalmente no hay realimentación que asegure que tiene lugar ésta operación síncrona del motor paso a paso y de la carga, la salida del motor paso a paso depende no solamente de la capacidad de producción del par, sino también de la estabilidad de la acción del motor en respuesta a las órdenes de paso mientras acciona la carga. Los motores paso a paso funcionan en bucle abierto, y de ese modo el sistema se preocupa sobre el modo en que las resonancias pueden mitigarse por medio de una estabilidad de motor mejorada. Por ello, existe la necesidad de mejorar tanto la densidad del par como la estabilidad del paso para mejorar la tecnología de motores paso a paso del estado de la técnica.

Otros motores paso a paso conocidos se describen en los documentos US 2007/013237, US 2002/153792 y US 6320347.

Descripción de la invención De acuerdo con la invención, se proporciona un motor paso a paso del tipo de imán permanente de acuerdo con la reivindicación 1. Con una referencia entre paréntesis a las piezas, partes o superficies correspondientes de la realización descrita, con propósitos meramente de ilustración y no a modo de limitación, la presente invención proporciona globalmente un motor paso a paso del tipo de imán permanente mejorado (por ejemplo, 20) que tiene un elemento móvil y un elemento fijo. El motor mejorado incluye globalmente: un cierto número de polos magnéticos (por ejemplo, 21) sobre una superficie (por ejemplo, 24) de uno de los elementos. Los polos del rotor adyacentes son de polaridad opuesta. El número de polos es función de una constante, el número de fases y un intervalo de paso deseado. La invención incluye también un número de dientes equidistantes (por ejemplo, 22) sobre el otro de los elementos que se disponen para situarse enfrente de la superficie del otro elemento, teniendo cada uno de los dientes una pluralidad de dedos (por ejemplo, 23) dispuestos para situarse enfrente de la superficie de un elemento.

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El número de dientes es un número entero que es función de una constante, el número de polos, el número de dedos sobre cada diente de estátor y el número de fases. Los dedos están separados entre sí de modo que los dedos sobre cualquier diente dado puedan alinearse con polos de la misma polaridad.

El elemento móvil puede ser un rotor que tenga una superficie exterior. El elemento fijo puede ser un estátor. El intervalo de paso deseado puede ser un ángulo de paso deseado. Los dientes pueden estar espaciados circularmente alrededor del estátor para situarse enfrente de la superficie exterior del rotor.

El número de polos del rotor para un accionador de motor unipolar debe ser un número entero par determinado a 10 partir de la ecuación:

ï 360ï°

[1] ángulo de paso = (nº de fases) ï (nº polos del rotor)

El número de polos del rotor para un accionador de motor bipolar debe ser un número entero par determinado a 15 partir de la ecuación:

360ï°

[2] ángulo de paso = (nº de fases) ï (nº polos del rotor)

Los polos de rotor pueden estar equidistantemente espaciados alrededor del soporte del rotor (24) que puede 20 formarse a partir de acero (s) blando (s) magnético (s) , material (es) de laminación eléctrica o una combinación de estos materiales.

El número máximo de dientes de estátor (m) por fase puede determinarse mediante la ecuación:

ï nº polos del rotor ï¶

[3] m ï£ intï§ï§ ï·ï· .

ïï?2ï (nº de dedos por diente del estátor) -1ï??ï (nº de fases) ï

en donde la expresión, int (x) , es la función entero que devuelve la parte entera de su argumento (x) . La distancia entre dos dedos contiguos de un diente de estátor dado puede ser tal que cuando los dedos se alinean con los polos del rotor, se alinearán con polos del rotor de la misma polaridad.

Los dientes está equidistantemente espaciado preferiblemente alrededor del estátor.

El estátor puede formarse con acero (s) magnético (s) blando (s) sólido (s) , material (es) de laminación de acero eléctrico o una combinación de estos materiales.

El rotor y el estátor se pueden configurar y disponer de modo que para un motor de dos fases que tenga las fases A y B, cuando los dedos de la fase A sobre los dientes de estátor se alinean con los polos de rotor, cada dedo de la fase B estará alineado con el centro de dos polos de rotor contiguos.

El rotor y el estátor se pueden configurar y disponer de modo que para un motor de tres fases que tenga las fases A, B y C, cuando los dedos de estátor de la fase A se alinean con los polos del rotor de una polaridad, cada dedo de estátor de la fase B y de la fase C se alineará con polos del rotor de la polaridad opuesta. Si cada dedo del estátor de la fase B se alinea con el borde de ataque de un polo de rotor asociado, cada dedo de la fase C se alineará con el borde de salida del polo del rotor asociado. A la inversa, si cada dedo de estátor de la fase B se alinea con el 45 borde de salida de un polo de rotor asociado, cada dedo de la fase C se alineará con el borde de ataque de un polo de rotor asociado.

El rotor y el estátor se pueden configurar... [Seguir leyendo]

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1. Un motor paso a paso del tipo de imán permanente (20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90) que tiene un elemento móvil y un elemento fijo, que comprende:

un cierto número de polos magnéticos (21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91) sobre una superficie de uno de dichos elementos, siendo los polos adyacentes de polaridad opuesta, siendo el número de polos función de una constante, del número de fases y de un intervalo de paso deseado; y un número de dientes equidistantemente espaciados (22, 32, 42, 52, 62, 72, 82, 92) sobre el otro de dichos elementos, disponiéndose dichos dientes para situarse enfrente de dicha superficie del otro elemento, teniendo cada uno de dichos dientes una pluralidad de dedos (23, 33, 43, 53, 63, 73, 83, 93) dispuestos para situarse enfrente de dicha superficie de un elemento en donde dichos dedos están separados entre sí de modo que los dedos en cualquier diente dado se alinearán con polos de la misma polaridad caracterizado por que el número de dichos dientes es un número entero que es función de una constante, del número de dichos polos, del número de dedos en cada diente de estátor y del número de fases.

2. Un motor paso a paso del tipo de imán permanente tal como se expone en la reivindicación 1 en el que dicho un elemento es un rotor que tiene una superficie exterior, dicho otro elemento es un estátor, en donde dicho intervalo de paso deseado es un ángulo de paso deseado, y en el que dichos dientes están espaciados circularmente alrededor de dicho estátor para situarse enfrente de dicha superficie exterior del rotor.

3. Un motor paso a paso del tipo de imán permanente tal como se expone en la reivindicación 2 en el que el número de polos del rotor para un accionador de motor unipolar es un número entero par determinado a partir de la ecuación:

ï 360ï°ángulo de paso = (nº de fases) ï (nº polos del rotor)

4. Un motor paso a paso del tipo de imán permanente tal como se expone en la reivindicación 2 en el que el número de polos del rotor para un accionador de motor bipolar es un número entero par determinado a partir de la ecuación:

360ï°ángulo de paso = (nº de fases) ï (nº polos del rotor)

5. Un motor paso a paso del tipo de imán permanente tal como se expone en cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4 en el que dichos polos del rotor están equidistantemente espaciados alrededor de dicha superficie exterior del rotor.

6. Un motor paso a paso del tipo de imán permanente tal como se expone en cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5 en el que dichos polos del rotor están equidistantemente espaciados alrededor de un soporte del rotor formado con aceros magnéticos blandos sólidos, o laminados con terminaciones de acero eléctrico, o una combinación de estos materiales.

7. Un motor paso a paso del tipo de imán permanente tal como se expone en cualquiera de las reivindicaciones 2 a 6 en el que el número máximo de dientes (m) del estátor por fase se determina mediante la ecuación:

ï nº polos del rotor ï¶

m ï£ intï§ï§ ï·ï· .

ïï?2 ï (nº dededospor dientedeestátor) -1ï??ï (nº de fases) ï

en la que la expresión, int (x) , es la función entero que devuelve la parte entera de su argumento (x) .

8. Un motor paso a paso del tipo de imán permanente tal como se expone en cualquiera de las reivindicaciones 2 a 7 en el que dichos dientes están equidistantemente espaciados alrededor de dicho estátor.

9. Un motor paso a paso del tipo de imán permanente tal como se expone en cualquiera de las reivindicaciones 2 a 8 en el que dicho estátor está formado con aceros magnéticos blandos sólidos, materiales de laminación de acero eléctrico o una combinación de estos materiales.

10. Un motor paso a paso del tipo de imán permanente tal como se expone en cualquiera de las reivindicaciones 2 a 9 en el que dichos rotor y estátor se configuran y disponen de modo que para un motor de dos fases que tenga las fases A y B, cuando los dedos de la fase A sobre los dientes de estátor se alinean con los polos de rotor, cada dedo de la fase B estará alineado con el centro de dos polos de rotor contiguos.

11. Un motor paso a paso del tipo de imán permanente tal como se expone en cualquiera de las reivindicaciones 2 a

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en el que dichos rotor y estátor se configuran y disponen de modo que para un motor de tres fases que tenga las fases A, B y C, cuando los dedos de estátor de la fase A se alinean con los polos del rotor de una polaridad, cada dedo de estátor de la fase B y de la fase C se alineará con polos del rotor de la polaridad opuesta.

12. Un motor paso a paso del tipo de imán permanente tal como se expone en la reivindicación 11 en el que si cada dedo del estátor de la fase B se alinea con el borde de ataque de un polo de rotor asociado, cada dedo de la fase C se alinea con el borde de salida de un polo del rotor asociado.

13. Un motor paso a paso del tipo de imán permanente tal como se expone en la reivindicación 11 en el que si cada dedo de estátor de la fase B se alinea con el borde de salida de un polo de rotor asociado, cada dedo de la fase C se alineará con el borde de ataque de un polo de rotor asociado.

14. Un motor paso a paso del tipo de imán permanente tal como se expone en cualquiera de las reivindicaciones 2 a 9 en el que dichos rotor y estátor se configuran y disponen de modo que para un motor de cuatro fases que tenga fases A, B, C y D, cuando los dedos de la fase A sobre los dientes de estátor se alinean con los polos del rotor, cada dedo de la fase B se alineará con el centro de dos polos contiguos, cada dedo de la fase C se alineará con un polo opuesto a aquellos alineados con la fase A y cada dedo de la fase D se alineará con un polo opuesto a aquellos alineados con la fase B.