ES2172480B2 - Motor sin escobillas. - Google Patents
Motor sin escobillas.Info
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Abstract
Motor sin escobillas. Objeto: Proporcionar un motor sin escobillas que puede detectar exactamente el ángulo rotacional del rotor exterior con una estructura simple. Medios de solución: En un motor sin escobillas M incluyendo un estator interior (580), un rotor exterior (550) que gira a lo largo de su periferia exterior, y un sensor magnetométrico (590) para detectar la posición rotacional del rotor exterior (550), el rotor exterior (550) incluye un volante (571) que tiene una porción cilíndrica de núcleo de rotor (573), una pluralidad de imanes excitadores (572) dispuestos en la superficie periférica interior de la porción de núcleo de rotor (573), y una porción de pestaña (573a) que se extiende hacia fuera en el extremo de abertura de la porción de núcleo de rotor (573), y el sensor magnetométrico (590) está dispuesto en el recorrido magnético definido en el espacio libre entre la porción de pestaña (573a) y el imán excitador (572).
Description
Motor sin escobillas.
Campo técnico de la invención
La presente invención se refiere a un motor sin
escobillas, y más específicamente, a un motor sin escobillas que
puede detectar un ángulo de rotación del rotor exactamente con una
estructura simple.
Descripción de la técnica relacionada
En el motor sin escobillas, dado que la
temporización de una corriente que pasa por la bobina del estator
ha de ser controlada según la colocación relativa del rotor y el
estator, hay que detectar exactamente un ángulo de rotación del
rotor.
Hasta ahora, para detectar un ángulo de rotación
del rotor, se facilita un imán para detectar un ángulo de rotación
además del imán excitador montado en el rotor. En contraposición,
en la publicación de Patentes Japonesa n° 116657/1996, se propone
el motor sin escobillas de la estructura de rotor exterior en la
que el rotor gira alrededor del estator que tiene una estructura
tal que el campo magnético del imán excitador fijado en el rotor
exterior sea detectado por el sensor magnetométrico y así se
elimina un imán para detectar el ángulo.
Además, se citan los documentos correspondientes
a las Patentes Japonesas JP 07-231639A y JP
08-172763A, las cuales tratan de un motor sin
escobillas que incluyen un estator interior, un rotor exterior que
gira alrededor de su periferia exterior, un sensor magnetométrico
para detectar la posición rotacional del rotor exterior,
incluyendo un volante que tiene una porción cilíndrica de núcleo de
rotor, así como una pluralidad de imanes excitadores dispuestos en
la superficie periférica interior de la porción de núcleo de rotor,
de manera que en esos dos documentos o Patentes, la disposición del
sensor magnetométrico es tal que la acción magnética resulta
débil, perdiendo con ello eficacia en la función para la que ha
sido previsto.
Problemas a resolver con la invención
El imán excitador a montar en el rotor exterior
tiene que tener una función de que los campos magnéticos actúen
fuertemente en el polo magnético del estator interior que está
situado en su interior. Sin embargo, en el motor sin escobillas de
la estructura de rotor exterior, el sensor magnetométrico está
dispuesto fuera del rotor exterior, y así el imán para detectar un
ángulo tiene que tener una función de que su campo magnético actúe
fuertemente en el exterior del rotor exterior.
Por lo tanto, para hacer que el imán excitador
funcione también como un imán para detectar un ángulo, el imán
excitador tiene que cumplir simultáneamente las condiciones
contradictorias antes descritas. Por lo tanto, en la técnica
relacionada descrita anteriormente, la configuración del imán
excitador aumenta desventajosamente su complejidad, dando lugar por
ello a la disminución de la productividad y al aumento del
costo.
Por consiguiente, un objeto de la presente
invención es resolver los problemas de la técnica relacionada
descrita anteriormente y proporcionar un motor sin escobillas que
puede detectar exactamente un ángulo de rotación del rotor exterior
con una estructura simple.
Medios para resolver los problemas
Para lograr el objeto antes descrito, la presente
invención es un motor sin escobillas incluyendo un estator; un rotor
exterior que gira alrededor de su periferia exterior; y un sensor
magnetométrico para detectar la posición rotacional del rotor
exterior; caracterizado porque el rotor exterior incluye un volante
que tiene una porción cilíndrica de núcleo de rotor, una pluralidad
de imanes excitadores dispuestos en la superficie periférica
interior de la porción de núcleo de rotor, y una porción de pestaña
que se extiende hacia fuera en el extremo de abertura de la porción
de núcleo de rotor, y el sensor magnetométrico está dispuesto en el
recorrido magnético definido en el espacio libre entre la porción de
pestaña y el imán excitador.
Según la característica antes descrita, se
establece una acción magnética suficiente entre el sensor
magnetométrico exterior y el imán excitador a la vez que se
establece una acción magnética fuerte entre el imán excitador y el
estator. Por lo tanto, sin un imán para detectar un ángulo, la
posición rotacional puede ser detectada exactamente por el sensor
magnetométrico a la vez que hace que el imán excitador funcione
también como un imán detector de ángulo.
La figura 1 es una vista lateral general del
vehículo eléctrico de dos ruedas que tiene un motor sin escobillas
de la presente invención como una fuente de energía motriz.
La figura 2 es una vista en sección transversal
de la unidad eléctrica que tiene un motor sin escobillas integrado
en ella.
La figura 3 es una vista en sección transversal
de la unidad de cambio de velocidad.
La figura 4 es una vista en sección transversal
del motor sin escobillas en la unidad eléctrica.
La figura 5 es una vista en planta parcialmente
cortada del motor sin escobillas.
La figura 6 es un diagrama de bloques del
circuito de excitación para activar el motor sin escobillas.
- 5: unidad eléctrica
- 6: unidad de cambio de velocidad
- 520: cigüeñal
- 521: eje de accionamiento
- 570: rotor exterior
- 571: volante
- 572: imán excitador
- 573: porción de núcleo de rotor
- 573a: porción de pestaña
- 581: núcleo de estator
- 590: sensor magnetométrico
- 591: chapa base de sensor
La presente invención se describirá con detalle
con referencia ahora a los dibujos. La figura 1 es una vista lateral
del vehículo eléctrico de dos ruedas con un motor sin escobillas de
la presente invención montado encima, que tiene una función de
avance eléctrico para avanzar por la fuerza excitadora del motor sin
escobillas y una función de avance por potencia humana para avanzar
por una entrada de potencia humana mediante un pedal (la presión de
pedal).
La porción delantera de la carrocería de vehículo
y la porción trasera de la carrocería de vehículo están conectadas
por el cuadro de carrocería de vehículo 1, y se ha dispuesto un
poste de asiento 2 en la posición en el cuadro de carrocería de
vehículo 1 ligeramente desviada de su centro en la parte trasera de
manera que se extienda hacia arriba. El poste de asiento 2 está
provisto de un tubo de asiento 15 y el tubo de asiento 15 está
provisto de un asiento 8 que tiene una lámpara trasera 12 y los
intermitentes izquierdo y derecho 13 integrados en ella en su
extremo superior.
Se ha dispuesto un faro 11 en la punta delantera
del cuadro de carrocería de vehículo 1 de manera que sobresalga
hacia la parte delantera, y el portaequipajes delantero 12 está
montado en la porción superior del faro 11. El tubo delantero 16 en
la punta delantera del cuadro de carrocería de vehículo soporta
rotativamente la horquilla delantera 3, y un manillar 9 está montado
en el extremo superior de la horquilla delantera 3, y la rueda
delantera FW se soporta rotativamente en su extremo inferior. Los
lados izquierdo y derecho del manillar 9 están provistos de palancas
de freno 14 para las ruedas delantera y trasera, y la empuñadura
derecha (no representada) también sirve como una empuñadura de
acelerador 58 (véase la figura 6).
Debajo del cuadro de carrocería de vehículo 1 se
ha fijado una unidad eléctrica 5, y la rueda trasera RW es soportada
rotativamente por la unidad de cambio de velocidad 6. La unidad
eléctrica 5 incluye un motor sin escobillas M de la presente
invención integrado en ella, y la presión de pedal aplicada mediante
la manivela 517 al cigüeñal 520 o una fuerza de accionamiento
generada por el motor sin escobillas M se transmite a la unidad de
cambio de velocidad 6.
La unidad de cambio de velocidad 6 se fija
mediante un bastidor en forma de U 4 al cuadro de carrocería de
vehículo 1. El piñón de accionamiento 514 de la unidad eléctrica 5 y
la rueda dentada movida 614 de la unidad de cambio de velocidad
están acoplados por la cadena 516. La polea 540 en el lado de
accionamiento de la unidad eléctrica 5 y la polea 610 en el lado
accionado de la unidad de cambio de velocidad 6 que constituye el
cambiador automático de velocidad están acoplados por la correa en V
543. La unidad eléctrica 5 está provista de un soporte central
basculable hacia arriba 19 en su porción inferior.
La figura 2 es una vista en sección transversal
de la unidad eléctrica 5 tomada a lo largo del plano perpendicular
al cigüeñal 520 y el eje de accionamiento 521, y los mismos números
de referencia que los antes descritos representan partes idénticas o
similares.
La carcasa de la unidad eléctrica 5 incluye un
cuerpo de carcasa 512, y la carcasa L 513 y la carcasa R 511 que
cubren sus lados izquierdo y derecho. El cigüeñal 520 se soporta
rotativamente por la carcasa R 511 mediante el cojinete 531 en un
extremo, y se soporta rotativamente por la carcasa L 513 mediante el
cojinete 532 en el otro extremo. El eje de accionamiento 521 se
soporta rotativamente por el cuerpo de carcasa 512 mediante los
cojinetes 533, 534.
Una manivela 517 está fijada en un extremo del
cigüeñal 520 fuera de la carcasa R 511, y un piñón de accionamiento
514 se soporta rotativamente mediante un trinquete unidireccional
515. Una cadena 516 se dirige alrededor del piñón de accionamiento
514. Se ha dispuesto un motor sin escobillas M en un extremo del eje
de accionamiento 521, que sirve como eje de rotación, y la polea 540
en el lado de accionamiento del cambiador automático de velocidad se
ha dispuesto en su otro extremo.
El motor sin escobillas M incluye, como se
describe con detalle más adelante en unión con las figuras 4 y 5, un
estator interior 580 incluyendo un núcleo de estator 581 y una
bobina de excitación 582, un rotor exterior 570 incluyendo un
volante en forma de bobina 571 que tiene una porción de núcleo de
rotor en forma de aro 573 como una porción principal y una
pluralidad de imanes excitadores 572 dispuestos a lo largo de la
superficie periférica interior de la porción de núcleo de rotor 573,
y un sensor magnetométrico 590 para detectar la posición del rotor
exterior 570 con respecto al estator 580 en base al campo magnético
de los imanes excitadores 572.
La polea 540 en el lado de accionamiento incluye
una tira de polea fija 542 cuyo movimiento en las direcciones de
rotación y la dirección axial con respecto al eje de accionamiento
521 se restringe, y una tira de polea móvil 541 deslizante
axialmente al eje de accionamiento 521. Una chapa de soporte 545
está montada en la superficie trasera de la tira de polea móvil 541,
o en la superficie que no apoya sobre la correa en V 543. La chapa
de soporte 545 se restringe en su movimiento tanto en la dirección
de rotación como la dirección axial del eje de accionamiento 521, y
gira integralmente con el eje de accionamiento 521. El espacio
rodeado por la chapa de soporte 545 y la tira de polea móvil 541
define una cavidad para recibir el rodillo 544 que sirve como un
regulador de peso.
La figura 3 es una vista en sección transversal
de la unidad de cambio de velocidad 6 tomada a lo largo del plano
perpendicular al eje de salida 620. La carcasa de la unidad de
cambio de velocidad 6 incluye un cuerpo de carcasa 612, y la carcasa
L 613 y la carcasa R 611 que cubren sus lados izquierdo y derecho.
El eje de salida 620 se soporta rotativamente por la carcasa R 611
mediante el cojinete 632 en un extremo y por el cuerpo de carcasa
512 mediante el cojinete 633 en su sección media.
El eje de salida 620 está provisto de una rueda
dentada movida 614 para acoplarse con el piñón de accionamiento 514
de la unidad eléctrica 5 en un extremo, y con una tira de polea fija
651 de la polea 610 soportada rotativamente en el lado accionado en
el otro extremo mediante el manguito exterior 653, un cojinete de
agujas 658, y el manguito interior 659. El eje de salida 620 está
provisto de una placa de embrague en forma de copa 661 en su
extremo.
En la periferia exterior del manguito exterior
653, la tira de polea móvil 652 se soporta deslizantemente en el eje
de salida 620. La tira de polea móvil 652 engancha el disco de
embrague 654 de manera que gire integralmente alrededor del eje de
salida 620. Entre el disco de embrague 654 y la tira de polea móvil
652 se ha dispuesto un muelle helicoidal comprimido 655 que genera
una fuerza de repulsión en la dirección en la que aumenta la
distancia entre ellos.
La fuerza excitadora transmitida desde la correa
en V 543 a la tira de polea móvil 652 se transmite a la placa de
embrague 661 mediante la zapata 662 del disco de embrague 654, y se
transmite además a la rueda trasera RW mediante el manguito interior
659, los mecanismos de engranajes planetarios primero y segundo 671,
681, y el eje de salida 620.
La figura 4 es una vista en sección transversal
ampliada del motor sin escobillas M en la unidad eléctrica 5, y la
figura 5 es una vista en planta parcialmente cortada de la porción
principal.
El núcleo de estator 581 está atornillado, como
se representa en la figura 4, en el cuerpo de carcasa 512 por un
tornillo 563. El volante 571 del rotor exterior 570 se fija en el
eje de accionamiento 521. La porción de núcleo de rotor 573 del
volante 571 incluye una porción de pestaña 573a que se extiende
hacia fuera en su agujero y un sensor magnetométrico 590 dispuesto
de manera que se extienda verticalmente desde la chapa base de
sensor 591 y situado en el recorrido de imán definido en el espacio
libre entre la porción de pestaña 573a y el imán excitador 572.
En esta realización, al menos una parte del
sensor magnetométrico 590 está dispuesta de manera que se guarde en
el espacio libre entre la porción de pestaña 573a y el imán
excitador 572. La chapa base de sensor 591 se enrosca en la placa
592 con un tornillo 597. La placa 592 se enrosca en el cuerpo de
carcasa 512 con un tornillo 598.
De esta forma, en esta realización, puesto que el
sensor magnetométrico 590 está dispuesto en el espacio libre entre
la porción de pestaña 573a que se extiende hacia fuera en el extremo
de abertura de la porción de núcleo de rotor 573 y el imán excitador
572, se establece una acción magnética suficiente entre el sensor
magnetométrico exterior 590 y el imán excitador 572 a la vez que se
establece una acción magnética fuerte entre el imán excitador 572 y
el estator 580. Por lo tanto, la posición rotacional puede ser
detectada exactamente por el sensor magnetométrico 590 a la vez que
hace que el imán excitador 572 también funcione como un imán
detector de ángulo.
La figura 6 es un diagrama de bloques que
representa una estructura del circuito de excitación para activar el
motor sin escobillas M, y los mismos números de referencia que los
antes descritos representan partes idénticas o similares.
La unidad de control 50 suministra una corriente
de excitación a las respectivas bobinas de excitación 582 del motor
M dependiendo del alto voltaje (48 V) suministrado por las baterías
10 (las baterías primera y segunda 10a, 10b de 24 V) mediante un
disyuntor 51. El convertidor descendente 52 disminuye un voltaje
alto suministrado por las baterías 10 a 12v y suministra al
componente eléctrico general 57. El conmutador principal 54 es, por
ejemplo, un interruptor de avance, y se abre y cierra sin contacto
aproximando a él la llave de imán 56. El sensor de abertura de
acelerador 55 detecta la apertura de la empuñadura de acelerador
58.
La unidad de control 50 incluye un convertidor
CC/CC 501 para convertir un voltaje alto suministrado de la batería
10 a un voltaje CC preestablecido, un controlador 502 movido por el
voltaje de salida del convertidor CC/CC 501 para determinar la
magnitud y la temporización de la corriente de excitación a
suministrar a las respectivas bobinas de excitación 582 del motor
sin escobillas M dependiendo de la salida del sensor de abertura de
acelerador 55 y el sensor magnetométrico 590, Y un excitador 503
movido por el voltaje de salida del convertidor CC/CC 501 para
suministrar una corriente de excitación a las respectivas bobinas de
excitación 582 del motor sin escobillas M en respuesta a la
instrucción del controlador 502. La unidad de control 50 se guarda,
como se representa en la figura 1, en la parte inferior de la unidad
eléctrica 5.
En esta realización, un alto voltaje (48 V)
suministrado por la batería 10 está en el estado flotante en la
unidad eléctrica 5, y el alto voltaje nunca escapará mediante la
carcasa de la unidad eléctrica 5 al exterior. Por lo tanto, el
conductor o el pasajero nunca entra en contacto con un voltaje
alto.
Según la presente invención, puesto que el sensor
magnetométrico está dispuesto en el recorrido magnético definido en
el espacio libre entre la porción de núcleo de rotor del rotor
exterior y el imán excitador, se puede establecer una acción
magnética suficiente entre el sensor magnetométrico exterior y el
imán excitador a la vez que se establece una acción magnética fuerte
entre el imán excitador y el estator interior. Por lo tanto, la
posición rotacional puede ser detectada exactamente por el sensor
magnetométrico a la vez que hace que el imán excitador funcione como
un imán detector de ángulo sin montar el imán detector de
ángulo.
Claims (1)
1. Un motor sin escobillas que incluye:
un estator interior;
un rotor exterior que gira alrededor de su
periferia exterior;
un sensor magnetométrico para detectar la
posición rotacional del rotor exterior; incluyendo dicho rotor:
un volante que tiene una porción cilíndrica de
núcleo de rotor;
una pluralidad de imanes excitadores dispuestos
en la superficie periférica interior de la porción de núcleo de
rotor, y
una porción de pestaña en el extremo de la
abertura de la porción de núcleo de rotor,
estando el sensor magnetométrico dispuesto en el
recorrido magnético definido en el espacio libre entre la porción
de pestaña y el imán
excitador,
caracterizado porque incluye una porción
de pestaña (573a) que se extiende hacia fuera en el extremo de la
abertura de la porción de núcleo de rotor (573), con la
particularidad de que el sensor magnetométrico (590) está dispuesto
entre el imán excitador (572) y la porción de pestaña (573a) del
núcleo de rotor
(573).
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| FG2A | Definitive protection |
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Effective date: 20180807 |