ES2204225B1 - Motor de arranque/generador. - Google Patents
Motor de arranque/generador.Info
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Abstract
Motor de Arranque/Generador. Objeto: Montar un sensor de ángulo de rotor y un sensor de generador de impulsos de una máquina rotativa eléctrica del tipo sin escobillas en un espacio compacto, y mejorar la exactitud de la detección de una posición angular de un rotor. Medios de solución: un motor de arranque/generador (1) incluye un estator (50) dispuesto alrededor de un cigüeñal (201), y un rotor exterior (60) que se fija al cigüeñal (201) y que tiene un elemento de imán (62) que mira a la periferia externa del estator (50). Un sensor de ángulo de rotor (29) y un sensor de generador de impulsos (30) contenidos integralmente en una carcasa de sensor (28) están dispuestos en una superficie periférica interna del estator (50). Se introducen aros imán (33) en una porción periférica externa de un cubo (60a) del rotor (60). Puesto que el sensor de ángulo de rotor (29) y el sensor de generador de impulsos (30) están dispuestos integralmente, se puede miniaturizar la carcasa de sensor (28) conteniendo estos sensores (29) y (30). Además, puesto que el sensor de ángulo de rotor (29) está montado en el estator (50), es posible mejorar la exactitud de la relación posicional entre el sensor de ángulo de rotor (29) y el estator (50) y por lo tanto mejorar la exactitud de la detección de una posición angular del rotor (60) con respecto al estator (50).
Description
Motor de arranque/generador.
La presente invención se refiere a un motor de
arranque/generador, y en particular a un motor de
arranque/generador, que tiene un sensor de ángulo de rotor para
controlar una temporización de transporte de corriente de un motor
de arranque compuesto de un motor sin escobillas y un sensor de
generador de impulsos para un disparador de encendido de un
motor.
Cada motor está provisto de un sensor de
generador de impulsos, es decir, un dispositivo de captura de
impulsos para un disparador de encendido del motor. Por ejemplo, la
publicación de patente japonesa número Hei 7-103119
describe un motor, donde un sensor de captura para detectar un
ciclo de paso de un imán de captura dispuesto en una superficie
periférica externa de un volante que gira junto con un cigüeñal,
está dispuesto en una superficie periférica interna de una cubierta
de volante.
Por otra parte, si un motor de arranque/generador
compuesto de un rotor de imán fijado a un cigüeñal y un estator
está configurado como un tipo sin escobillas, hay que disponer un
sensor de ángulo de rotor para controlar una temporización de
transporte de corriente además de un sensor de generador de
impulsos para un disparador de encendido. En el caso de proporcionar
el sensor de ángulo de rotor y el sensor de generador de impulsos,
es difícil garantizar espacios para disponer estos sensores y un
reluctor, y además, se requiere mucha mano de obra para formar un
reluctor en un volante integrado con un cigüeñal mediante maquinado
o montar una placa reluctora separada en el volante.
Teniendo en cuenta lo que antecede, se puede
pensar en montar el sensor de ángulo de rotor en un cárter,
evitando por ello el maquinado del volante. La figura 19 es una
vista en sección de un motor de arranque/generador en el que un
sensor de ángulo de rotor está montado en un cárter, y la figura 20
es una vista frontal del motor de arranque/generador mostrado en la
figura 19, en particular, su porción de estator. Con referencia a
estas figuras, un cárter 202 soporta un cigüeñal 201 por medio de
un cojinete 209 y un cojinete (no representado) en el lado opuesto
al cojinete 209, y un rotor exterior en forma de copa 60 que tiene
en su superficie periférica interna un imán 62 se fija a una
porción de extremo, sobresaliendo hacia fuera del cárter 202, del
cigüeñal 201.
Un estator 50 dispuesto coaxialmente con el
cigüeñal 201 está montado en una pared divisoria 202a montada en
el cárter 202 por medio de tres pernos 279. Un sensor de ángulo de
rotor 29 está dispuesto entre la pared divisoria 202a y el estator
50 y está montado en la pared divisoria 202a por medio de tornillos
100. Un imán anular 33a para el sensor de ángulo de rotor 29 está
dispuesto en un cubo 60a del rotor exterior 60. Una porción
detectora del sensor de ángulo de rotor 29 mira al imán 33a.
Se forma un reluctor 60b en una superficie
periférica externa del rotor exterior 60, y se dispone un sensor de
generador de impulsos 30A para detectar el reluctor 60b mediante la
rotación del rotor exterior 60 y generar una señal de
temporización.
El motor de arranque/generador antes descrito
tiene los problemas de que no es fácil mejorar la exactitud de la
relación posicional relativa entre el sensor de ángulo de rotor 29
y el estator 50, y por lo tanto, es difícil mejorar la exactitud de
la detección de una posición angular del rotor con respecto al
estator, y de que, dado que el sensor de ángulo de rotor está
montado directamente en el cárter que se mantiene a una temperatura
relativamente alta, es preciso que una carcasa para el sensor, un
elemento sensor, y análogos tengan alta resistencia al calor.
Un objeto de la presente invención es resolver
los problemas antes descritos, y proporcionar un motor de
arranque/generador, que es capaz de mejorar la exactitud de la
detección de cada uno de un sensor de ángulo de rotor y un sensor de
generador de impulsos, y que también es capaz de disponer el sensor
de ángulo de rotor, el sensor de generador de impulsos y los imanes
correspondientes a estos sensores en un espacio pequeño.
Para lograr el objeto anterior, según una primera
característica de la presente invención, se ha previsto un motor
de arranque/generador, que se compone de una máquina rotativa
eléctrica del tipo sin escobillas dispuesta en una porción de
cigüeñal de un motor, caracterizado porque el motor de
arranque/generador incluye un sensor de ángulo de rotor para
detectar un ángulo de rotación de la máquina rotativa eléctrica,
donde el sensor de ángulo de rotor está montado en un estator de la
máquina rotativa eléctrica.
Con esta primera característica, puesto que el
sensor de ángulo de rotor está montado en el estator, es posible
regular con precisión la relación posicional relativa entre el
sensor de ángulo de rotor y el estator a una relación posicional
predeterminada, y por lo tanto mejorar la exactitud de la detección
de una posición angular del rotor con respecto al estator.
Según una segunda característica de la presente
invención, el sensor de ángulo de rotor está dispuesto en el lado
de motor del estator, y está montado en el estator por medio de
medios de sujeción introducidos desde el lado opuesto al motor.
Con esta segunda característica, puesto que la
posición angular del rotor puede ser detectada en una posición en el
lado de motor, es decir, una posición separada del extremo del
cigüeñal y que por lo tanto está menos en la carrera del cigüeñal,
es posible mejorar la exactitud de la detección, y puesto que el
sensor de ángulo de rotor se puede montar desde fuera por los medios
de sujeción, es posible mejorar la trabajabilidad de montaje y
hacer uso efectivo de un espacio de estator.
Según una tercera característica de la presente
invención, se ha previsto un motor de arranque/generador, que es de
un tipo sin escobillas que tiene un rotor conectado a un cigüeñal de
un motor y un estator, caracterizado porque el motor de
arranque/generador incluye un sensor de generador de impulsos para
un disparador de encendido y un sensor de ángulo de rotor; donde el
sensor de generador de impulsos y el sensor de ángulo de rotor
están dispuestos en el estator de manera que estén dispuestos uno
cerca de otro y se contengan en una caja común de sensor.
Con esta tercera característica, puesto que el
sensor de generador de impulsos y el sensor de ángulo de rotor se
contienen integralmente en la carcasa de sensor, es posible hacer
uso efectivo de un espacio, y disponer integralmente reluctores
correspondientes a los sensores.
Según una cuarta característica de la presente
invención, el sensor de generador de impulsos y el sensor de ángulo
de rotor están dispuestos en una posición más próxima al motor y
una posición más próxima a un extremo del cigüeñal en la dirección
axial del cigüeñal, respectivamente, y según una quinta
característica de la presente invención, el sensor de ángulo de
rotor se compone de una pluralidad de elementos; y la pluralidad de
elementos del sensor de ángulo de rotor y el sensor de generador de
impulsos están separados uno de otro a intervalos iguales en la
dirección rotacional del cigüeñal.
Según una sexta característica de la presente
invención, el sensor de ángulo de rotor se compone de una pluralidad
de elementos dispuestos en fila en la dirección rotacional del
cigüeñal, y el sensor de generador de impulsos está dispuesto en una
zona cuya anchura es inferior a la anchura del sensor de ángulo de
rotor compuesto de la pluralidad de elementos.
Con esta cuarta característica, es posible
reducir el efecto de la carrera del cigüeñal ejercido en el control
de encendido del motor; con esta quinta característica, es posible
facilitar la fabricación de la estructura de sensor; y con esta
sexta característica es posible hacer pequeño el tamaño de cada
sensor en la dirección rotacional del cigüeñal.
Según una séptima característica de la presente
invención, el rotor incluye un yugo de rotor aproximadamente
cilíndrico que tiene una superficie periférica interna que se
extiende a lo largo de una superficie periférica externa del
estator, teniendo el yugo de rotor una pluralidad de agujeros de
introducción de imán dispuestos en la dirección circunferencial del
yugo de rotor; y se introduce un imán permanente en cada uno de los
agujeros de introducción de imán con cavidades parciales dispuestas
entre el imán permanente y una superficie de pared interna del
agujero de introducción de imán.
La figura 1 es una vista en sección de un motor
de arranque/generador según una primera realización de la presente
invención.
La figura 2 es una vista lateral en perspectiva
de una motocicleta tipo scooter en la que se ha montado el motor
de arranque/generador según la primera realización de la presente
invención.
La figura 3 es una vista en sección que muestra
una porción esencial de un motor incluyendo el motor de
arranque/generador según la primera realización de la presente
invención.
La figura 4 es una vista, observada desde el lado
de transmisión continuamente variable, de una configuración de un
conjunto sensor detector de rotación.
La figura 5 es una vista típica de un aro de imán
para un sensor de ángulo de rotor.
La figura 6 es una vista típica de un aro de imán
para un sensor de generador de impulsos.
La figura 7 es una vista típica de una
modificación del aro de imán para el sensor de generador de
impulsos.
La figura 8 es una vista en perspectiva que
representa una disposición del sensor de ángulo de manivela y el
sensor de generador de impulsos.
La figura 9 es una vista en perspectiva que
representa una modificación de la disposición del sensor de ángulo
de manivela y el sensor de generador de impulsos.
La figura 10 es una vista en sección que muestra
un ejemplo de montar una carcasa de sensor.
La figura 11 es una vista lateral de una porción
esencial de un yugo de rotor de un rotor exterior.
La figura 12 es un diagrama de bloques de una
línea de control del motor de arranque/generador.
La figura 13 es una vista que representa una
distribución de flujo magnético generada en el caso de usar el
motor de arranque/generador como el motor de arranque.
La figura 14 es una vista que representa una
distribución de flujo magnético generada en el caso de usar el
motor de arranque/generador como el generador.
La figura 15 es una vista en sección de un motor
de arranque/generador según una segunda realización.
La figura 16 es una vista, observada desde el
lado de motor, de una porción de estator del motor de
arranque/generador según la segunda realización.
La figura 17 es una vista en sección de una
porción esencial de un estator, mostrando en particular un estado
de montaje de un sensor de ángulo de rotor.
La figura 18 es un diagrama de conexión de los
sensores.
La figura 19 es una vista en sección de un motor
de arranque/generador de la técnica anterior.
La figura 20 es una vista, observada desde una
porción de extremo de un cigüeñal, de una porción de estator de el
motor de arranque/generador de la técnica anterior.
1: motor de arranque/generador, 2: unidad
basculante, 28: carcasa de sensor, 29: sensor de ángulo de rotor,
30: sensor de generador de impulsos, 31: placa, 32: mazo de cables,
33: aro de imán, 50: estator, 60: rotor exterior, 72: carcasa de
sensor, 73: perno (medios de sujeción), 201: cigüeñal.
A continuación se describirá realizaciones de la
presente invención con referencia a los dibujos. La figura 2 es una
vista lateral en perspectiva que representa una estructura de una
carrocería principal de una motocicleta tipo scooter en la que está
montado un motor de arranque/generador según una primera
realización de la presente invención. Con referencia a esta figura,
una porción delantera de carrocería 3a está unida a una porción
trasera de carrocería 3b mediante una porción baja de suelo 4, y un
bastidor de carrocería, que constituye la estructura de una
carrocería de vehículo está principalmente compuesto por un tubo
descendente 6 y un tubo principal 7. Un depósito de combustible y
un compartimiento portaobjetos (no representados) se soportan
mediante el tubo principal 7. Un asiento 8 está dispuesto sobre el
depósito de combustible y el compartimiento portaobjetos.
La porción delantera de carrocería 3a tiene un
tubo delantero de dirección 5. El tubo delantero de dirección 5
soporta rotativamente un manillar 11 que se extiende hacia arriba y
una horquilla delantera 12 que se extiende hacia abajo. Los
extremos inferiores de la horquilla delantera 12 soportan
rotativamente una rueda delantera FW. Una porción superior del
manillar 11 se cubre con una cubierta de manillar 13 que incluye un
panel de instrumentos. Se ha dispuesto un soporte 15 en un extremo
inferior de una porción ascendente del tubo principal 7, y un
soporte de suspensión 18 de una unidad basculante 2 está conectado
de forma oscilante y es soportado por el soporte 15 mediante un
elemento de articulación 16.
Un motor de combustión interna de un solo
cilindro/cuatro tiempos E está montado en una porción delantera de
la unidad basculante 2. Una transmisión continuamente variable del
tipo de correa 26 se extiende hacia atrás desde el motor E. Un
reductor de velocidad 27 está dispuesto en una porción trasera de
la transmisión 26 mediante un embrague centrífugo. El reductor de
velocidad 27 soporta rotativamente una rueda trasera RW. Un
amortiguador trasero 22 está interpuesto entre un extremo superior
del reductor de velocidad 27 y una porción superior curvada del
tubo principal 7. Un tubo de entrada 23 se extiende desde el motor
E. Un carburador 24 está conectado al tubo de entrada 23 y un filtro
de aire 25 está conectado al carburador 24.
La figura 3 es una vista en sección, tomada en un
eje central de un cigüeñal, de la unidad basculante 2. La unidad
basculante 2 se cubre con un cárter 202 formado integrando un cárter
izquierdo 202L con un cárter derecha 202R. Un cigüeñal 201 se
soporta rotativamente por cojinetes 208 y 209 fijados al cárter
derecho 202R. Una varilla de conexión 213a está conectada al
cigüeñal 201 mediante un muñón 213.
El cárter izquierdo 202L sirve como una carcasa
de una cámara de transmisión continuamente variable del tipo de
correa. Una polea de accionamiento 210 está dispuesta rotativamente
en una porción, que se extiende al cárter izquierdo 202L, del
cigüeñal 201. La polea de accionamiento 210 se compone de una mitad
de polea fija 210L y una mitad de polea móvil 210R. La mitad de
polea fija 210L está fijada a una porción izquierda de extremo del
cigüeñal 201 mediante un saliente 211, y la mitad de polea móvil
210R está situada en el lado derecho de la mitad de polea fija 210L
y está enchavetada en el cigüeñal 201. La mitad de polea móvil 210R
enchavetada en el cigüeñal 201 se puede aproximar o alejar de la
mitad de polea fija 210L. Una correa en V 212 está enrollada entre
ambas mitades de polea 210L y 210R.
Una chapa excéntrica 215 está fijada al cigüeñal
201 en una posición en el lado derecho de la mitad de polea móvil
210R. Una pieza deslizante 215a está dispuesta en un borde
periférico externo de la chapa excéntrica 215 de manera que se
enganche deslizantemente con una porción saliente deslizante de
chapa excéntrica 210Ra formada axialmente en un borde periférico
externo de la mitad de polea móvil 210R. La chapa excéntrica 215 de
la mitad de polea móvil 210R tiene, en el lado periférico externo,
una superficie ahusada inclinada al lado de la mitad de polea móvil
210. Una bola de lastre seca 216 se contiene en un espacio entre la
superficie ahusada de la chapa excéntrica 215 y la mitad de polea
móvil 210R.
A medida que se incrementa la velocidad
rotacional del cigüeñal 201, la bola de lastre seca 216, que está
dispuesta entre la mitad de polea móvil 210R y la chapa excéntrica
215 y que se hace girar juntamente con ella, se desplaza en una
dirección centrífuga por una fuerza centrífuga aplicada a ella, por
lo que la mitad de polea móvil 210R se empuja a la izquierda por la
bola de lastre seca 216 de manera que se aproxime así a la mitad de
polea fija 210L. Como resultado, la correa en V 212 mantenida entre
ambas mitades de polea 210L y 210R se desplaza en la dirección
centrífuga, de manera que el radio de enrollamiento de la correa en
V 212 resulte grande.
Una polea accionada (no representada), que se ha
de mover por la polea de accionamiento 210, está dispuesta en una
porción trasera del vehículo. La correa en V 212 se bobina
alrededor tanto de la polea de accionamiento 210 como de la polea
accionada. La potencia del motor E se transmite de forma
automáticamente ajustable al embrague centrífugo por dicho mecanismo
de transmisión del tipo de correa, para mover la rueda trasera RW
mediante el reductor de velocidad 27 y análogos.
Un motor de arranque/generador 1, que está
configurado mediante una combinación de un motor de arranque 1 un
generador CA, está dispuesto en el cárter derecho 202R. El motor de
arranque/generador 1 incluye un estator 50 y un rotor exterior 60
que gira alrededor de una periferia externa del estator 50. El rotor
exterior 60 tiene una carcasa de rotor en forma de copa 63 conectada
al cigüeñal 201 y un elemento de imán 62 mantenido en una superficie
periférica interna de la carcasa de rotor 63. El elemento de imán 62
se compone de imanes permanentes de polo N e imanes permanentes de
polo S introducidos en un yugo de rotor a la vez que están
dispuestos alternativamente en la dirección circunferencial del yugo
de rotor.
El rotor exterior 60 está montado en una porción
ahusada en un extremo delantero del cigüeñal 201 y se fija a ella
con un perno 253. El estator 50 dispuesto en el lado periférico
interior del rotor exterior 60 se fija al cárter 202 con un perno
279. El rotor exterior 60 está provisto de un ventilador 280. Para
ser más específicos, una porción de faldilla de una porción cónica
central 280a del ventilador 280 está fijada al rotor exterior 60 con
un perno 246. Se ha dispuesto un radiador 282 junto al ventilador
280, y se cubre con una cubierta de ventilador 281.
Un piñón 231 está fijado al cigüeñal 201 en una
posición entre el motor de arranque/generador 1 y el cojinete 209.
Una cadena para transmitir una fuerza de accionamiento desde el
cigüeñal 201 a un eje de excéntrica (no representado) está
enrollada alrededor del piñón 231. El piñón 231 se forma
integralmente con un engranaje 232 para transmitir la potencia a una
bomba para hacer circular aceite lubricante.
La figura 11 es una vista lateral que representa
una porción esencial del yugo de rotor del rotor exterior 60. El
yugo de rotor, designado por el número de referencia 61, se forma
apilando chapas de acero al silicio en forma de aro (láminas finas)
aproximadamente en forma de cilindro. El yugo de rotor 61 tiene una
pluralidad de porciones de agujero 611 dispuestas en la dirección
circunferencial del yugo de rotor 61. Los imanes permanentes de
polo N y de polo S se introducen alternativamente en la pluralidad
de porciones de agujero 611 en la dirección axial. En esta
realización, por ejemplo, 12 piezas de las porciones de agujero 611
se forman de manera que estén espaciadas a intervalos de 30° en la
dirección circunferencial del yugo de rotor 61. Cada porción entre
dos porciones de agujero adyacentes 611 funciona como una porción de
polo de conmutación 613.
Se ha de notar que cada uno de los imanes
permanentes de polo N y de polo S que constituyen el elemento de
imán 62 también se designa con el mismo número de referencia 62 en
la figura 11. El imán permanente 62 a introducir en la porción de
agujero correspondiente 611 se forma aproximadamente en forma de
cañón con su porción central engrosada en sección transversal. La
forma de la porción de agujero 611 no es idéntica a la forma en
sección transversal del imán permanente 62. Para ser más
específicos, la porción de agujero 611 se forma en una forma tal que
forme, cuando el imán permanente 62 se introduce en la porción de
agujero 611, primeras cavidades 612 entre la superficie de pared
interna del agujero 611 y ambos extremos laterales del imán
permanente 62 en la dirección circunferencial. Además, la superficie
de pared interna de la porción de agujero 611 en el lado de estator
está rebajada en posiciones correspondientes a las de ambos
extremos del imán permanente 62 en la dirección circunferencial,
para formar segundas cavidades 614 entre los rebajes y la periferia
externa del imán permanente 62.
De esta forma, el imán permanente 62 no se pone
totalmente sino parcialmente en contacto con y se soporta por la
superficie de pared interna del agujero de introducción (porción de
agujero) 611. Para ser más específicos, el imán permanente 62 se
pone en contacto y soporta por dos puntos de la superficie de pared
interna de la porción de agujero 611, situados en ambos extremos en
el lado periférico interior, es decir, en el lado de estator, y un
punto de la superficie de pared interna de la porción de agujero
611, situado en la porción central en el lado periférico externo.
Las cavidades 612 y 614 distintas de estos puntos de contacto en la
porción de agujero 611 se pueden llenar con un adhesivo para fijar
el imán permanente 62 a la porción de agujero 611.
Con esta configuración, puesto que el imán
permanente 62 se soporta en la porción de agujero 611 del yugo de
rotor 61 en los tres puntos anteriores, se puede garantizar las
cavidades que hay que llenar de un adhesivo entre el imán
permanente 62 y la porción de agujero 611 a la vez que el imán
permanente 62 se pueda mantener mecánicamente en la porción de
agujero 611. Como resultado, es posible mejorar la trabajabilidad
en el paso de montar el imán permanente 62 en la porción de agujero
611 a la vez que se garantiza la fijación forzada del imán
permanente 62 a la porción de agujero 611. Además, puesto que el
imán permanente 62 se soporta en la porción de agujero 611 en los
tres puntos, es posible maximizar las cavidades a llenar de un
adhesivo a la vez que se evita una desviación posicional del imán
permanente 62 en la porción de agujero 611, y por lo tanto fijar de
forma considerablemente forzada el imán permanente 62 a la porción
de agujero 611 con una gran cantidad del adhesivo introducido
entremedio.
La figura 12 es un diagrama de bloques de una
línea de control del motor de arranque/generador 1. En esta figura,
las partes correspondientes a las descritas con referencia a las
figuras anteriores se designan con los mismos números de
referencia. Una unidad de control 40 incluye un convertidor
CC-CC 102 para convertir un voltaje de salida VBATT
de una batería 42 a un voltaje lógico VDD y suministrar el voltaje
lógico VDD a una CPU 101, una unidad de control de encendido 103
para controlar la potencia a suministrar a una bobina IG (encendido)
41 para inflamar una bujía de encendido 43 con una temporización
específica, y un excitador trifásico 104 para convertir el voltaje
de batería VBATT en una potencia trifásica CA y suministrar la
potencia trifásica CA a bobinas de devanado de estator 53 del motor
de arranque/
\hbox{generador 1.}
Un sensor de regulador 45 detecta un ángulo de
apertura del regulador \thetath y suministra el resultado
detectado a la CPU 101. Un sensor de ángulo de rotor 29 detecta una
posición rotacional del rotor exterior 60 y suministra el resultado
detectado a la CPU 101. Un regulador 44 controla una fuerza
electromotriz inducida por las bobinas de devanado de estator 53
según la rotación del rotor exterior 60 a un voltaje específico de
batería VBATT y suministra el resultado controlado a una línea de
suministro de potencia L.
Con esta configuración, al arrancar el motor E,
la CPU 101 determina una temporización de excitación de cada
bobina de devanado de estator 53 en base a una posición rotacional
del rotor exterior 60 detectada por el sensor de ángulo de rotor
29, y suministra una potencia CA a la bobina de devanado de estator
53 para cada fase controlando una temporización de conmutación de
cada uno de los FETs de potencia del excitador trifásico 104. Cada
uno de los FETs de potencia (Tr1 a Tr6) del excitador trifásico
104 se somete a control PWM por la CPU 101. Una relación de
trabajo, es decir, un par de excitación de cada FET de potencia se
controla en base al ángulo de apertura del regulador \thetath
detectado por el sensor de regulador 45.
Por otra parte, después del arranque del motor E,
se interrumpe la fuente de alimentación desde el excitador
trifásico 104 a las bobinas de devanado de estator 53, y el motor
de arranque/generador 1 es excitado por el motor E. Entonces, las
bobinas de devanado de estator 53 generan una fuerza electromotriz
según la velocidad rotacional del cigüeñal 201. La fuerza
electromotriz se controla al voltaje de batería VBATT por el
regulador 44. Parte del la potencia controlada al voltaje de
batería VBATT se suministra a cargas eléctricas, y la potencia
resultante se carga en la batería 42.
A continuación se describirá la función de las
cavidades 612 y 614 dispuestas en el yugo de rotor 61. La figura 13
es una vista que representa una distribución de densidad de flujo
magnético generada en el yugo de rotor 61 en el caso de usar el
motor de arranque/generador como el motor de arranque, y la figura
14 es una vista que representa una distribución de densidad de
flujo magnético generada en el yugo de rotor 61 en el caso de usar
el motor de arranque/generador 1 como el generador.
En el caso de usar el motor de arranque/generador
1 como el motor de arranque, cuando se suministra una corriente de
excitación desde la batería 42 a cada bobina de devanado de estator
53 mediante la unidad de control 40, como se representa en la
figura 13, líneas de fuerza magnética generada en la dirección
radial por un polo sobresaliente de estator 52N excitado a un polo N
fluyen desde una superficie frontal, en el lado de estator, de un
imán permanente de polo S 62S a su superficie trasera; y la mayoría
de las líneas de fuerza magnética pasan por una porción de núcleo
615 del yugo de rotor 61 y la porción de polo de conmutación 613, y
se hacen volver al polo sobresaliente de estator excitado de polo N
52N por medio de un polo sobresaliente de estator excitado de polo
S 52S junto a la porción de polo de conmutación 613, y el núcleo de
estator 51.
Aquí, puesto que la fuga de los flujos magnéticos
desde ambas porciones laterales en la dirección circunferencial de
cada imán permanente 62 a la porción de polo de conmutación 613 se
reduce por las primeras cavidades 612 formadas en ambas porciones
laterales del imán permanente 62, la mayoría de las líneas de fuerza
magnética fluyen desde cada imán permanente 62 a una porción de
núcleo 615 del yugo de rotor 61, y llegan al lado de estator 50 por
medio de la porción de polo de conmutación 613. Como resultado,
puesto que se incrementan los componentes verticales de los flujos
magnéticos que pasan por un intervalo de aire entre el rotor
exterior 60 y el estator 50, un par de excitación resulta grande en
comparación con el caso que usa un yugo de rotor sin cavidades 612.
En esta realización, puesto que las cavidades 614 para limitar los
recorridos magnéticos en la dirección circunferencial se han
formado además en la pared interna de cada porción de agujero 611
del yugo de rotor 61 en ambas porciones de extremo del imán
permanente 62, se reduce la fuga de flujos magnéticos que pasan por
el lado interior del yugo de rotor 61.
Para ser más específicos, de las dos cavidades
614 formadas en ambos lados de cada imán permanente, una sirve para
introducir efectivamente flujos magnéticos desde la porción de polo
de conmutación 613 del yugo de rotor 61 al polo sobresaliente de
estator 52S, y la otra sirve para introducir efectivamente flujos
magnéticos desde el imán permanente 62N en el polo sobresaliente de
estator 52S mediante la porción circunferencial interior del yugo
de rotor 61. Como resultado, se incrementan más los componentes
verticales de los flujos magnéticos que pasan por el intervalo de
aire entre el rotor exterior 60 y el estator 50, de manera que se
pueda incrementar más un par de excitación del motor de
arranque.
Por otra parte, en el caso de usar el motor de
arranque/generador 1 como el generador, como se representa en la
figura 14, los flujos magnéticos generados a partir de cada imán
permanente 62 pasan por el correspondiente polo sobresaliente de
estator y el núcleo de estator 51, para formar un recorrido
magnético cerrado. Como resultado, las bobinas de devanado de
estator pueden generar una corriente de generación de potencia
correspondiente a la velocidad rotacional del rotor.
De esta forma, el flujo de fuerzas magnéticas en
una porción 613a en la que los flujos magnéticos fluyen desde la
superficie trasera de cada imán permanente y en las porciones 613b
y 613c cerca de las cavidades 614 resulta muy importante para
incrementar el par en el caso de usar el motor de
arranque/generador como el motor de arranque y reducir el
rozamiento en el caso de usar el motor de arranque/generador como
el generador. Por consiguiente, colocando el imán permanente 62 en
la porción de agujero del yugo de rotor 61 de tal manera que el
imán permanente 62 se ponga en contacto de forma altamente exacta
con la pared interna de la porción de agujero del yugo de rotor 61
en las porciones 613a, 613b y 613c, se puede garantizar las fuerzas
magnéticas previstas.
A continuación se describirá la configuración del
sensor de ángulo de rotor y el sensor de generador de impulsos.
Además, ambos sensores se denominarán a veces "conjunto sensor
detector de rotación". La figura 18 es un diagrama de conexión
de los sensores respectivos. Para la conexión de las bobinas de
devanado de estator 53 para tres fases al excitador trifásico 104,
los terminales de las bobinas de devanado de estator 53 se conectan
a terminales respectivos de una base terminal 40a de la unidad de
control 40. El sensor de ángulo de rotor 29 dispuesto en el estator
50 se compone de un conjunto de tres elementos sensores. El sensor
de generador de impulsos 30 puede estar dispuesto, como se
describirá más adelante, cerca del sensor de ángulo de rotor 29 o
dispuesto en la periferia externa del rotor exterior 60. Cada uno
de los tres elementos sensores del sensor de ángulo de rotor 29 y
el sensor de generador de impulsos 30 se puede configurar como un Cl
Hall o un elemento MR (resistencia magnética). Los hilos conductores
de los tres elementos sensores del sensor de ángulo de rotor 29 y el
sensor de generador de impulsos 30 están conectados a una placa
31.
La figura 1 es una vista en sección del motor de
arranque/generador mostrando una configuración del conjunto sensor
detector de rotación, y la figura 4 es una vista, observada desde
el lado de transmisión continuamente variable, de la configuración
del conjunto sensor detector de rotación. Se introduce una carcasa
de sensor 28 en el lado periférico interior del estator anular 50.
Los tres elementos sensores del sensor de ángulo de rotor 29 y el
sensor de generador de impulsos 30 se han dispuesto en la carcasa de
sensor 28 de manera que estén espaciados uno de otro a intervalos
iguales a lo largo de la periferia externa de un saliente del rotor
exterior 60. El sensor de ángulo de rotor 29 se ha dispuesto para
controlar una temporización de transporte de corriente a una bobina
de estator del motor de arranque/generador sin escobillas 1, y el
sensor de generador de impulsos 30 se ha dispuesto para controlar
el encendido del motor.
El sensor de ángulo de rotor 29 y el sensor de
generador de impulsos 30 están desviados uno de otro en la
dirección axial del cigüeñal 201. Para ser más específicos, el
sensor de ángulo de rotor 29 está situado en una posición más
próxima a una porción de extremo del cigüeñal 201, es decir, en una
posición en el lado del ventilador 280, y el sensor de generador de
impulsos 30 está situado en una posición más próxima al centro del
cigüeñal 201, es decir, el centro del motor. Colocando el sensor de
generador de impulsos 30 en una posición más próxima al centro del
cigüeñal 201, es posible reducir el efecto de la carrera del
cigüeñal 201 ejercido en la exactitud de la detección, y por lo
tanto mejorar la exactitud del control del encendido del motor. Los
hilos conductores del conjunto sensor detector de rotación están
conectados a la placa 31, y la placa 31 está conectada a un mazo de
cables 32.
Dos aros de imán 33 para ejercer acciones
magnéticas en el sensor de ángulo de rotor 29 y el sensor de
generador de impulsos 30 se han introducido en el lado periférico
externo del cubo 60a del rotor exterior 60. Los aros de imán 33 se
magnetizan en dos pasos de manera que correspondan al sensor de
ángulo de rotor 29 y el sensor de generador de impulsos 30. Un aro
de imán 33a de los aros de imán 33, que corresponde al sensor de
ángulo de rotor 29, tiene polos N y polos S dispuestos
alternativamente a intervalos iguales de 30° en la dirección
circunferencial (véase la figura 5). El otro aro de imán 33b de los
aros de imán 33, que corresponde al sensor de generador de impulsos
30, tiene un polo magnético que se extiende en una banda angular de
15° a 40°, en una posición en la dirección circunferencial para
permitir que el sensor de generador de impulsos 30 emita un impulso
por una rotación del cigüeñal 201 (véase la figura 6).
El aro de imán 33 se configura preferiblemente
como un aro de imán plástico. El aro de imán 33b correspondiente al
sensor de generador de impulsos 30 se puede sustituir, como se
representa en la figura 7, por un aro de imán formado fijando un
imán 33d en una porción anular plástica 33c.
Como se representa en la figura 4, los elementos
sensores del sensor de ángulo de rotor 29 y el sensor de generador
de impulsos 30 pueden estar dispuestos de tal manera que no se
solapen entre sí como se ve de la dirección axial del cigüeñal 201;
sin embargo, para hacer compacta la carcasa de sensor 20, la
disposición de los elementos sensores del sensor de ángulo de rotor
29 y el sensor de generador de impulsos 30 puede ser diferente de
la descrita anteriormente. La figura 8 es una vista en perspectiva
de una porción esencial del conjunto sensor detector de rotación.
La disposición del montaje sensor representado en la figura 8 se
mejora para reducir el tamaño de la carcasa de sensor 28 en la
dirección rotacional del cigüeñal 201. Para ser más específicos, el
sensor de generador de impulsos 30 está alineado axialmente a los
tres elementos sensores (dispuestos en la dirección rotacional del
cigüeñal 201) del sensor de ángulo de rotor 29, en particular, al
elemento central de los tres elementos sensores del sensor de
ángulo de rotor 29. Con esta disposición, puesto que el tamaño de
la carcasa sensor 28 en la dirección rotacional del cigüeñal 201 se
puede establecer en consideración solamente de un espacio para
contener tres piezas de los CIs Hall, se puede miniaturizar la
carcasa de sensor 28, y puesto que el sensor de generador de
impulsos 29 está alineado axialmente a los tres elementos sensores
del sensor de ángulo de rotor 29 dispuesto en la dirección radial
del cigüeñal 201, es posible mejorar la concentración de masa de
los sensores y el contrapeso entre los sensores en la carcasa de
sensor 28. Además, la placa 31 a la que están conectados los hilos
conductores de los sensores 29 y 30, está configurada como una chapa
plana, y como se representa en la figura, una superficie de extremo
(o superficie inferior) que se extiende en la dirección
longitudinal de la chapa plana se puede formar en forma de arco
circular correspondiente a la forma de una pared interna de una
carcasa de sensor en forma de silla de montar 28.
La figura 9 es una vista en perspectiva de una
modificación del conjunto sensor detector de rotación compuesto de
los sensores 29 y 30. En esta modificación, a diferencia de la
configuración representada en la figura 8, se ha dispuesto una
placa 31 sobre el conjunto sensor detector de rotación, es decir,
en una posición más próxima a la periferia externa del estator 50, y
la placa 31 se puede formar no en forma de chapa plana, sino en
forma de arco circular para igualar distancias entre la placa. 31
y los tres elementos sensores del sensor de ángulo de rotor 29 y el
sensor de generador de impulsos 30. La placa 31 se puede formar
fácilmente en forma de arco circular utilizando una hoja flexible de
poli(cloruro de vinilo) como el material de la placa 31. Con
esta configuración, dado que se igualan las distancias entre la
placa. 31 y los tres elementos sensores del sensor de ángulo de
rotor 29 y el sensor de generador de impulsos 30, las longitudes y
formas de los terminales de los tres elementos sensores del sensor
de ángulo de rotor 29 y el sensor de generador de impulsos 30 se
pueden igualar entre sí Por lo tanto, es posible facilitar la
conexión entre la placa 31 y los tres elementos sensores del sensor
de ángulo de rotor 29 y el sensor de generador de impulsos 30, y
mejorar la concentración de masa de los sensores y el contrapeso
entre los sensores en la carcasa de sensor 28.
La carcasa de sensor 28 está montada en el
estator 50 por soportes sobresalientes 28a de la carcasa de sensor
28 y atornillando los soportes 28a al estator 50 (véase la figura
4). La carcasa de sensor 28 se puede atornillar al estator 50 desde
el lado del ventilador 280. La figura 10 es una vista en sección
que muestra un ejemplo de montar la carcasa de sensor 28. En esta
figura, las partes correspondientes a las representadas en la
figura 4 se designan con los mismos números de referencia. Como se
representa en la figura 4, una tuerca de inserción 34 está oculta en
la carcasa de sensor 28. Además, las posiciones ocultas de las
tuercas de inserción 34 se designan con el número de referencia 34a
en la figura 4. Una placa 35 cuya superficie de extremo se engancha
con un aislante 50a se pone en contacto con una superficie, en el
lado del ventilador 280, del estator 50, y se introduce un perno 36
en la tuerca de inserción 34 con la placa 35 colocada entremedio,
para fijar por lo tanto la carcasa de sensor 28 al estator 50. Con
esta configuración, puesto que la carcasa de sensor 28 se
miniaturiza en la dirección radial del estator 50, es posible
garantizar un espacio para disponer el estator y aumentar el número
de devanado de las bobinas.
A continuación se describirá una segunda
realización de la presente invención. La figura 15 es una vista en
sección de un motor de arranque/generador según una segunda
realización, y la figura 16 es una vista de una porción de estator
observada desde el lado central del motor. En estas figuras, las
partes correspondientes a las representadas en la figura 1 se
designan con los mismos números de referencia. Con referencia a las
figuras 15 y 16, un rotor exterior en forma de copa 60 que tiene
un cubo 60a se fija a una porción ahusada en una porción de extremo
del cigüeñal 201. La posición rotacional del cubo 60a con respecto
al cigüeñal 201 está limitada por una chaveta 70, y el movimiento
del cubo 60a en la dirección axial del cigüeñal 201 está limitado
por una tuerca 71 enroscada alrededor de una porción de perno en la
porción de extremo del cigüeñal 201.
Como la primera realización representada en la
figura 1, un yugo de rotor conteniendo un elemento de imán 62 está
dispuesto en la periferia interna de la porción en forma de copa
del rotor exterior 60. Un estator 50 está dispuesto coaxialmente
con el rotor exterior 60 en un espacio entre el yugo de rotor y el
cubo 60a. El estator 50 está montado en la pared divisoria 202a del
cárter 202 por medio de tres pernos 279 introducidos desde fuera,
es decir, desde el lado de la porción de extremo del cigüeñal
201.
Una carcasa de sensor 72, que contiene un sensor
de ángulo de rotor 29, está dispuesta entre el estator 50 y la
pared divisoria 202a. La carcasa de sensor 72 está fijada al estator
50 por medio de un perno 73 como medios de sujeción, perno 73 que
pasa por el estator 50 en la misma dirección que la dirección de
introducción de los pernos 279.
Un imán anular 33a para el sensor de ángulo de
rotor está dispuesto en el cubo 60a del rotor exterior 60. El imán
33a mira a una porción detectora del sensor de ángulo de rotor
29.
Se ha formado un reluctor 60b en una porción
periférica externa del rotor exterior 60, y se ha dispuesto un
sensor de generador de impulsos 30A para detectar el reluctor 60b
por una rotación del rotor exterior 60 y generar una señal de
temporización.
Los hilos conductores de los sensores 29 y 30A y
las porciones de extensión de las bobinas de devanado de estator
están tendidos entre el estator 50 y la pared divisoria 202a, y son
recogidos por una abrazadera de cable 74. La abrazadera de cable 74
se fija al estator 50 con un perno 75.
La porción sensora del ángulo de rotor se
describirá mejor más adelante. La figura 17 es una vista en sección
de una porción esencial del estator. Como se representa en esta
figura, una tuerca de inserción 76 está oculta en la carcasa de
sensor 72 hecha de un material eléctrico aislante. La carcasa de
sensor 72 se fija a una superficie lateral del estator 50 enroscando
una porción de extremo, que ha pasado por el estator 50, del perno
73 en la tuerca de inserción 76. El sensor de ángulo de rotor 29,
que se compone de un conjunto de tres elementos Hall como se ha
descrito anteriormente, está oculto en una porción, cerca de la
periferia interna del estator 50, de la carcasa de sensor 72. Los
hilos conductores de estos elementos sensores del sensor de ángulo
de rotor 29 se recogen en una placa 31A, y se sacan a la unidad de
control 40 a la vez que se tapa con un cable de tapa 78. Chapas
aislantes 77 están dispuestas en ambas superficies laterales del
estator 50, y bobinas de devanado 53 están enrolladas alrededor del
estator 50 mediante las chapas aislantes 77.
Según la segunda realización, el sensor de
generador de impulsos 30A está dispuesto en la porción periférica
externa del rotor exterior 60, y el reluctor 60b a detectar por el
sensor de generador de impulsos 30A está dispuesto enfrente del
sensor de generador de impulsos 30A. Sin embargo, como la primera
realización representada en la figura 1, el sensor de ángulo de
rotor 29 y el sensor de generador de impulsos 30A pueden estar
dispuestos uno junto a otro, y los imanes 33 a detectar por los
sensores 29 y 30 pueden estar dispuestos en la periferia externa del
cubo 60a del rotor exterior 60. Es decir, del sensor de ángulo de
rotor 29 y el sensor de generador de impulsos 30A, al menos el
sensor de ángulo de rotor 29 puede estar montado en el estator
50.
Como es evidente por la descripción anterior,
según las invenciones descritas en las reivindicaciones 1 y 2,
puesto que el sensor de ángulo de rotor está montado en el estator,
es posible mejorar la exactitud de la relación posicional entre el
sensor de ángulo de rotor y el estator y por lo tanto mejorar la
exactitud de la detección de una posición angular del rotor con
respecto al estator, y además, según la invención descrita en la
reivindicación 2, es posible mejorar la trabajabilidad al montar el
sensor de ángulo de rotor al estator.
Según las invenciones descritas en las
reivindicaciones 2 a 7, puesto que el sensor de generador de
impulsos y el sensor de ángulo de rotor se contienen integralmente
en la carcasa de sensor, es posible hacer uso efectivo de un
espacio, y disponer integralmente los reluctores correspondientes a
los sensores. En particular, según la invención descrita en la
reivindicación 4, es posible reducir el efecto de la carrera del
cigüeñal ejercido en el control de encendido del motor y por lo
tanto mejorar la exactitud de una temporización del encendido.
Según la invención descrita en la reivindicación 5, es posible
fabricar fácilmente el motor de arranque/generador. Además, según
la invención descrita en la reivindicación 6, es posible reducir el
tamaño de cada sensor en la dirección rotacional del cigüeñal.
Según la invención descrita en la reivindicación
7, es posible fijar fácilmente de forma forzada el imán con efecto
adverso nulo en las fuerzas magnéticas destinadas a aumentar el par
de arranque del motor de arranque/generador que funciona como el
motor de arranque y reducir el rozamiento del motor de
arranque/generador que funciona como el generador.
Claims (7)
1. Un motor de arranque/generador, que se compone
de una máquina rotativa eléctrica del tipo sin escobillas
dispuesta en una porción de cigüeñal de un motor,
caracterizado porque:
dicho motor de arranque/generador incluye un
sensor de ángulo de rotor para detectar un ángulo de rotación de
dicha máquina rotativa eléctrica,
donde dicho sensor de ángulo de rotor está
montado en un estator de dicha máquina rotativa eléctrica,
incluyendo dicho rotor un yugo de rotor
aproximadamente cilíndrico que tiene una superficie periférica
interna que se extiende a lo largo de una superficie periférica
externa de dicho estator.
2. Un motor de arranque/generador según la
reivindicación 1, donde dicho sensor de ángulo de rotor está
dispuesto en el lado de motor de dicho estator, y está montado en
dicho estator por medio de medios de sujeción introducidos desde el
lado opuesto a dicho motor.
3. Un motor de arranque/generador, que es de un
tipo sin escobillas que tiene un rotor conectado a un cigüeñal de
un motor y un estator, caracterizado porque
dicho motor de arranque/generador incluye un
sensor de generador de impulsos para un disparador de encendido y
un sensor de ángulo de rotor;
donde dicho sensor de generador de impulsos y
dicho sensor de ángulo de rotor se han dispuesto en dicho estator
de manera que estén dispuestos uno cerca de otro y se contengan en
una caja común de sensor.
4. Un motor de arranque/generador según la
reivindicación 3, donde dicho sensor de generador de impulsos y
dicho sensor de ángulo de rotor están dispuestos en una posición
más próxima a dicho motor y una posición más próxima a un extremo
de dicho cigüeñal en la dirección axial de dicho cigüeñal,
respectivamente.
5. Un motor de arranque/generador según la
reivindicación 3 ó 4, donde dicho sensor de ángulo de rotor se
compone de una pluralidad de elementos; y
dicha pluralidad de elementos de dicho sensor de
ángulo de rotor y dicho sensor de generador de impulsos están
separados uno de otro a intervalos iguales en la dirección
rotacional de dicho cigüeñal.
6. Un motor de arranque/generador según la
reivindicación 3 ó 4, donde dicho sensor de ángulo de rotor se
compone de una pluralidad de elementos dispuestos en una fila en la
dirección rotacional de dicho cigüeñal, y dicho sensor de generador
de impulsos está dispuesto en una zona cuya anchura es inferior a
una anchura de dicho sensor de ángulo de rotor compuesto de dicha
pluralidad de elementos.
7. Un motor de arranque/generador según la
reivindicación 3, donde dicho rotor incluye un yugo de rotor
aproximadamente cilíndrico que tiene una superficie periférica
interna que se extiende a lo largo de una superficie periférica
externa de dicho estator, teniendo dicho yugo de rotor una
pluralidad de agujeros de introducción de imán dispuestos en la
dirección circunferencial de dicho yugo de rotor; y
se introduce un imán permanente en cada uno de
dichos agujeros de introducción de imán con cavidades parciales
dispuestas entre dicho imán permanente y una superficie de pared
interna de dicho agujero introducción de imán.
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|---|---|---|---|
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Publications (2)
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