ES2238085T3 - Estator de un motor electrico monofasico con cuatro polos que tienen ejes paralelos. - Google Patents

Abstract

Un estator (1) de un motor eléctrico con cuatro polos (2-5) que son paralelos los unos respecto de los otros y están dispuestos en pares mutuamente opuestos (2,3,4,5) alrededor de la cavidad del rotor (6). Cada polo tiene una pieza polar (2a, 2b, 2c, 2d) que está inclinada hacia el interior del estator de manera que forman, en la práctica, la cavidad del rotor. Los extremos mutuamente más cerca a las cuatro piezas polares están acoplados mutua y rígidamente mediante dos puentes delgados (7, 7a) que son paralelos a los ejes (X-X{sub,1}, Y-Y{sub,1}) de los polos y por dos puentes delgados similares (8, 8a) dispuesto transversalmente a los ejes de los polos. Los polos de cada par de polos paralelos están también acoplados mutua y rígidamente mediante nucleos transversales que pueden insertarse en ellos y ser retirados de estos, de manera a permitir la inserción de las bobinas de los bobinados sobre los nucleos antes de montar los nucleos en los polos respectivos.

Description

Estator de un motor eléctrico monofásico con cuatro polos que tienen ejes paralelos.

La presente invención hace referencia a un estator de un motor eléctrico monofásico con cuatro polos salientes dispuestos de modo que sus ejes estén paralelos y dispuestos en dos pares que están opuestos respecto de la cavidad cilíndrica que contiene el rotor, la expansión polar de cada polo saliente estando inclinada en un ángulo, respecto del eje del respectivo polo, de modo que permita a las expansiones polares formar la cavidad cilíndrica para el rotor.

Un estator convencional de un motor eléctrico monofásico con cuatro polos salientes o similares normalmente tiene polos que son más gruesos que la culata y que están dirigidos sustancialmente de forma radial, comenzando desde la culata a donde están acoplados rígidamente, hacia el interior del estator. Cada polo tiene además, en su extremo, una expansión polar. Las cuatro expansiones polares rodean el rotor sin contacto, es decir, están dispuestas de modo que un interespacio cilíndrico (espacio) es mantenido entre las expansiones polares y el rotor. El grosor del interespacio puede ser constante o puede estar formado de diversas formas según la forma y disposición de las expansiones polares. Además, el devanado de excitación está dispuesto alrededor de cada uno de los cuatro polos y está constituido por un número adaptado de vueltas de hilo conductor aislado que, cuando fluye la corriente eléctrica a través de él, induce en el estator una fuerza electromagnética que produce la rotación del rotor.

También se sabe que en los llamados motores "de anillos de desfase", las expansiones polares están cortadas para formar cuatro polos auxiliares, alrededor de los cuales un devanado en cortocircuito está devanado. Los cuatro polos auxiliares, junto con los cuatro devanados, mejoran el par estático en el arranque.

Por ejemplo el documento GB459351 muestra un motor sincrónico de corriente alterna monofásico de arranque automático comprendiendo cuatro polos subdivididos en piezas de polo no apantalladas y apantalladas, dispuestas de tal modo que produzcan dos campos de rotación de diferente velocidad que producen una tercera velocidad asincrónica resultante.

En la práctica, se ha descubierto que en la mayoría de los casos la operación de devanar los devanados de excitación alrededor de los cuatro polos es altamente oneroso y que el material utilizado es también considerable porque no siempre está distribuido de modo eficaz.

Algunos aparatos y/o modificaciones han sido diseñados con el fin de reducir la cantidad de laminaciones metálicas magnéticas utilizadas, para reducir el número de devanados a solamente dos y para simplificar su montaje, pero ninguno de estos aparatos ha demostrado ser lo suficientemente útil para ser utilizado en la gran mayoría de los motores de cuatro polos comercialmente disponibles, mucho menos en los motores de anillos de desfase, que son utilizados principalmente en el campo de los ventiladores en general y en la industria de la refrigeración y para rendimientos de potencia normalmente no mayores de 50 W.

Por ejemplo el documento WO96/24187 muestra un motor de cuatro polos de doble bobina de bajo coste del tipo motor de anillos de desfase incluyendo bobinas secundarias para producir el par inicial y la rotación del rotor.

DE 1942765 en su lugar describe un motor de cuatro polos con una estructura extremadamente lisa.

El objetivo de la presente invención es proveer un estator para motores eléctricos de cuatro polos monofásicos que esté diseñado y estructurado para tener, respecto de los estatores de cuatro polos actuales, un volumen considerablemente reducido en una dirección que es perpendicular al eje de rotación del rotor, con la ventaja de limitar el volumen ocupado por el motor y de facilitar la instalación del motor incluso en lugares pequeños.

Otro objeto de la presente invención es proveer un estator de cuatro polos que esté formado para reducir significativamente el material ferromagnético utilizado para producirlo y la longitud del circuito magnético, con las consiguientes reducciones en las pérdidas de material ferromagnético y por lo tanto de la fuerza electromagnética requerida.

Otro objeto de la invención es permitir, junto con una reducción en la longitud del circuito magnético, una mejor refrigeración de las bobinas de excitación, con las ventajas significativas obvias en cuanto a reducir el cobre utilizado en el devanado.

Este objetivo, estos objetos y otros que resultarán aparentes a continuación se consiguen mediante un estator de un motor eléctrico de cuatro polos monofásico según la reivindicación 1.

El estator está constituido por cuatro polos que están sustancialmente formados como paralelepípedos y están dispuestos en pares y uno junto al otro a lo largo de ejes paralelos, dichos pares de polos estando dispuestos mutuamente opuestos respecto de una cavidad cilíndrica del rotor, cada polo teniendo una expansión polar cuyas dimensiones e inclinación respecto del eje del polo respectivo son tales como para permitir que las expansiones polares formen, en una posición que está centrada respecto del estator, dicha cavidad para el rotor, los extremos mutuamente más cercanos de dichas cuatro expansiones polares estando acopladas mecánicamente de forma rígida y mutua mediante dos puentes que están paralelos a los ejes longitudinales de los polos y por dos puentes delgados similares dispuestos transversalmente a los pares de polos, un núcleo extraíble también estando provisto entre cada par de polos lateralmente adyacentes y próximo a su extremo que está más lejos de la expansión polar respectiva, dicho núcleo estando dispuesto transversalmente a los polos de modo que forme, entre cada par de polos lateralmente adyacentes, un espacio vacío sustancialmente rectangular que está delimitado entre dichos polos, dichos puentes transversales y dichos núcleos, dicho espacio vacío estando adaptado para permitir la inserción de una bobina con una bobina de excitación en el núcleo correspondiente.

Las expansiones polares que forman la cavidad cilíndrica para acomodar el rotor están dispuestas de modo que su eje que pasa a través del centro de la cavidad esté inclinado, respecto del eje longitudinal del polo respectivo, preferiblemente por 45º.

Según la invención el motor es del tipo llamado "de anillos de desfase". Cada una de las cuatro expansiones polares tiene una muesca que está adaptada para formar polos auxiliares cuya intención es ser devanadas con devanados en cortocircuito, con el fin de mejorar el par estático en el arranque del motor, dichas cuatro muescas estando todas formadas, según la invención, de modo de que estén sustancialmente paralelas a los ejes de los polos salientes.

Del mismo modo, los dos espacios vacíos sustancialmente rectangulares cuya intención es acomodar los devanados tienen una porción rectangular más ancha, cerca de los dos puentes delgados transversales opuestos y paralelo al eje de los polos respectivos, que es capaz de acomodar los devanados en cortocircuito con el fin de formar dos de los cuatro polos auxiliares mutuamente opuestos.

Otras características y ventajas de la presente invención resultarán aparentes a partir de la descripción detallada que sigue, dada con referencia a los dibujos que acompañan, que están provistos meramente mediante ejemplo no limitador y en los que la única figura es una vista esquemática de plano de un estator para un motor monofásico con cuatro polos salientes del tipo de anillos de desfase, ejecutado según la presente invención y según un ejemplo de realización preferido suyo.

Con referencia a la única figura, el estator para el motor eléctrico de cuatro polos monofásico según la presente invención está sustancialmente constituido por un pack de laminaciones ferromagnéticas que están puestas en blanco de una manera particular y están empaquetadas según métodos convencionales. El pack de laminaciones tiene, en vista de plano, una forma altamente rectangular que es mucho más larga que ancha y tiene una anchura constante.

Este tipo de estator, generalmente designado por el número de referencia 1 en la única figura que acompaña, está constituido por cuatro polos 2-3-4-5 que están sustancialmente formados como paralelepípedos y dispuestos de modo que los ejes X-X_{1} y Y-Y_{1} estén mutuamente paralelos y divididos en dos pares (2-3) y (4-5) que están opuestos mutuamente diametralmente respecto de una cavidad cilíndrica 6 destinada a contener el rotor.

Cada uno de los cuatro polos 2-3-4-5 tiene una expansión polar 2a-2b-2c-2d que está inclinada hacia el interior del estator y que tiene tales dimensiones que cada expansión polar forma un cuarto de la extensión cilíndrica de la cavidad 6. El eje 0-0_{1}-0_{2}-0_{3} de las expansiones polares que pasa a través del centro de la cavidad 6 forma un ángulo de aproximadamente preferiblemente 45º respecto de los ejes longitudinales X-X_{1} y Y-Y_{1} de los polos respectivos, como se muestra claramente en la figura; en la práctica, todos los ejes de las expansiones polares están a 90º de cada una y a 45º de los ejes de los polos respectivos.

Además, las cuatro expansiones polares están formadas monolíticamente mediante la puesta en blanco de las laminaciones y están mecánica y eléctricamente acopladas la una a la otra mediante cuatro puentes. Dos de los puentes, respectivamente designados por los números de referencia 7 y 7a, están paralelos a los ejes X-X_{1} y Y-Y_{1} de los correspondientes polos 2-4 y 3-5; los otros dos puentes, respectivamente designados por los números de referencia 8 y 8a, están dispuestos en ángulos rectos a los ejes de los polos.

Los cuatro puentes sustancialmente también proveen el acoplamiento mutuo de los cuatro polos cuando los núcleos 9 y 9a no están insertados; su espesor, tal como el espesor entre las flechas F-F_{1} en la figura, es aproximadamente de un milímetro.

Un elemento de acoplamiento está provisto entre cada par de polos paralelos 2-3 y 4-5; dicho elemento de acoplamiento es sustancialmente un núcleo o bloque en forma de prisma, designado respectivamente por los números de referencia 9 y 9a; ambos elementos de acoplamiento están hechos de material ferromagnético y pueden ser extraídos.

Los núcleos 9-9a están dispuestos entre los extremos libres más externos de los dos polos lateralmente adyacentes, para formar, entre los dos polos, el núcleo y el puente correspondiente 8-8a, un espacio vacío ancho 10, mostrado sólo en los polos 2-3, cuya intención es acomodar una de las dos bobinas del devanado que forma el campo magnético de cuatro polos.

Más específicamente la figura no muestra la bobina en el núcleo 9 pero sólo parte de la bobina convencional 11 sobre la que el hilo de cobre va a ser devanado, mientras que la figura muestra la bobina 11a, con el devanado correspondiente 12, en el núcleo opuesto 9a.

Los dos núcleos 9-9a contribuyen sustancialmente a acoplar rígidamente mutuamente los polos de cada par y, al mismo tiempo, actúan como culata, permitiendo así al flujo electromagnético cerrarse entre los dos polos de cada par.

Otra característica importante de la presente invención es que utilizando la posición altamente periférica de los núcleos 9-9a, permite a las bobinas devanadas sobre las bobinas 11-11a sobresalir fuera de los polos y de este modo permanecer en contacto con el aire, como se muestra claramente en la figura (y particularmente mediante la bobina 12), permitiendo así mantener dentro del estator solo un lado de cada bobina y mantener sus otros tres lados fuera del estator, con la ventaja evidente de mejorar la refrigeración de dichas bobinas.

En el caso de un motor del tipo de anillas de desfase, los devanados de cobre en corto circuito 13-13a están devanados entre una muesca 14 y 14a formada en las expansiones polares 2b-2c y un hueco 15-15a formado en los lados de los polos 3-4. Las muescas 14-14a y los huecos 15-15a tienen ejes que están sustancialmente paralelos a los ejes de los polos respectivos. Los devanados de cobre en cortocircuito 16-16a en su lugar están devanados entre una muesca 17-17a, formada en las expansiones polares 2a-2d, y el borde exterior de la respectiva expansión polar, en una posición que es también paralela a los ejes de los polos.

Además, los espacios vacíos mutuamente opuestos 10 entre cada par de polos lateralmente adyacentes, cada uno de los cuales está intencionado para acomodar una bobina y la correspondiente bobina, tienen un eje mediana longitudinal R que está paralelo a los ejes X-Y de los polos pero está ligeramente desplazado por una extensión T respecto del eje mediana Ra del estator que pasa a través del centro de la cavidad 6 del rotor, con el fin de permitir formar, en la expansión de los polos 3-4, las muescas 14 y 14a y los huecos 15 y 15a para acomodar los devanados en cortocircuito.

De la descripción anterior dada con referencia a la única figura, resulta evidente que el flujo generado por la bobina devanada sobre la bobina 11 cierra a lo largo del trayecto constituido por el núcleo 9, el polo 3, la expansión polar 2b, y entonces a lo largo del espacio, el rotor (no mostrado) y el núcleo de nuevo, a través de la expansión polar adyacente 2a y del polo 2.

Del mismo modo y simétricamente, el flujo generado por la bobina 12 cierra a lo largo del circuito constituido por el núcleo 9a, el polo 4, la expansión polar 2c y entonces, después de pasar a través del espacio, el rotor y el espacio, a través de la expansión 2d y del polo 5.

Los puentes 7-7a y 8-8a conectan magnéticamente entre sí las cuatro expansiones polares y proveen simultáneamente la conexión mecánica entre las cuatro expansiones polares y acoplan rígidamente mutuamente los cuatro polos. Sus dimensiones dependen más de esta función de acoplamiento mecánico suya que de su función magnética y por lo tanto están influenciadas más por las calidades mecánicas que por las cualidades electromagnéticas de la placa de metal ferromagnético utilizada para producir el estator. Su grosor mínimo preferido es de aproximadamente 1 milímetro.

Las bobinas, dos de las cuales están mostradas aquí dispuestas sobre los dos núcleos extraíbles 9-9a, pueden igualmente ser posicionadas en cualquiera de los dos polos 2 ó 3 y respectivamente 4 ó 5 como se estime más conveniente por el fabricante, o puede haber cuatro de tales bobinas dispuestas de modo que haya una para cada polo, si esto se estima más conveniente.

El estator según la presente invención tiene una forma muy rectangular. Su anchura en el rotor está limitada al diámetro del rotor aumentada por el grosor de los espacios y de los dos puentes delgados descritos anteriormente. En los pares de polos la anchura puede ser diferente en ejemplos de realización particulares, pero por lo general tiende a ser la misma para permitir una utilización más eficiente del material que constituye el estator.

Su longitud está constituida por la anchura definida anteriormente aumentada por el grosor de los núcleos 9-9a y por el doble del grosor del espacio vacío 10, por lo general ocupado por los devanados.

De modo acorde, el material requerido para producir el estator es reducido prácticamente al mínimo.

También según la invención, los dos polos de cada par mutuamente opuesto pueden divergir mutuamente ligeramente hacia afuera, para permitir por ejemplo la inserción de núcleos mayores 9-9a y de este modo permitir, por ejemplo, utilizar bobinas más grandes, o por motivos relacionados con la construcción del marco del motor.

Los tests prácticos realizados con un motor que utiliza el estator según la invención han mostrado de forma sustancial que el motor es más eficiente y más competitivo que aquellos que utilizan estatores actuales con cuatro polos salientes.

Donde los elementos técnicos mencionados en cualquier reivindicación estén seguidos por signos de referencia, esos signos de referencia se han incluido con el único objetivo de aumentar la inteligibilidad de las reivindicaciones y de modo acorde, tales signos de referencia no tienen efecto limitador alguno sobre el ámbito de cada elemento identificado mediante ejemplo por tales signos de referencia.

Claims (2)

1. Un estator (1) para un motor eléctrico de anillos de desfase de cuatro polos monofásico constituido por cuatro polos (2, 3, 4, 5) formados como paralelepípedos y dispuestos en pares (2-3, 4-5), los polos formando cada par estando lado a lado a lo largo de respectivos ejes paralelos (X-X_{1}, Y-Y_{1}), dichos pares de polos (2-3, 4-5) estando dispuestos mutuamente opuestos respecto de una cavidad cilíndrica (6) para el rotor, cada polo (2, 3, 4, 5) teniendo una expansión polar (2a, 2b, 2c, 2d) cuyas dimensiones e inclinación respecto del eje (X-X_{1}, Y-Y_{1}) del polo respectivo son tales que las expansiones polares (2a, 2b, 2c, 2d) forman, en una posición que está centrada respecto de dicha cavidad (6) para el rotor, de modo que los extremos mutuamente más cercanos de dichas cuatro expansiones polares están acopladas rígidamente mutuamente mediante dos puentes (7,7a) que rodean el espacio y están paralelos a los ejes longitudinales (X-X_{1}, Y-Y_{1}) de los polos y por dos puentes similares (8, 8a) dispuestos transversalmente a dichos ejes paralelos (2-3, 4-5), de modo que provean un acoplamiento rígido de los cuatro polos (2, 3, 4, 5),

un núcleo extraíble en forma de prisma (9, 9a) estando también provisto entre los polos de dichos cada par de polos (2-3, 4-5) y cerca de su extremo más periférico,

un espacio vacío rectangular (10) estando definido entre los polos de dichos cada par de polos, dicho núcleo en forma de prisma (9, 9a) y dicho puente (8, 8a) estando dispuestos transversalmente a dicho eje paralelo (X-X_{1}, Y-Y_{1}) de los polos,

dicho espacio vacío (10) estando adaptado para permitir la inserción de una bobina (11, 11a) con una bobina de excitación (12) sobre el núcleo correspondiente (9, 9a) para mantener sólo una cara de cada bobina (12) dentro del estator (1) y mantener la otra cara de dicha bobina (12) fuera de dicho estator (1)

cada una de dichas cuatro expansiones polares (2a, 2b, 2c, 2d) teniendo una muesca (14, 14a, 17, 17a) que está adaptada para formar cuatro polos auxiliares cuya intención es ser devanados por devanados en cortocircuito (13, 13a, 16, 16a) con el fin de mejorar el par estático en el arranque del motor, todas dichas cuatro muescas (14, 14a, 17, 17a) estando paralelas al eje (X-X_{1}, Y-Y_{1}) de los polos,

dicho espacio vacío rectangular (10) teniendo un hueco rectangular (15, 15a) cerca de dichos puentes transversales (8, 8a), paralelo al eje (X-X_{1}, Y-Y_{1}) de los polos respectivos, dicho hueco (15,15a) siendo capaz de acomodar dichos devanados en cortocircuito (13, 13a) con el fin de formar dos polos auxiliares mutuamente opuestos,

dicho espacio vacío (10) teniendo además un eje mediana longitudinal (Ra) que es paralelo a los ejes de los polos (X-X_{1}, Y-Y_{1}) pero que está ligeramente desplazado respecto del eje mediana longitudinal (R) que pasa a través del centro de la cavidad (6) del rotor, con el fin de formar, en la expansión polar (2a, 2b, 2c, 2d) de un polo de cada par de polos mutuamente opuestos (2-3, 4-5), cada una de dichas muescas (14, 14a) y dichos huecos (15,15a) para acomodar los devanados en cortocircuito (13, 13a).

2. El estator de un motor eléctrico monofásico según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que dichas bobinas de excitación (12) pueden devanarse directamente sobre un polo (2, 3, 4, 5) o el otro de cada par de polos mutuamente opuestos (2-3, 4-5) o en ambos, en vez de alrededor de dichos dos núcleos extraíbles (9,9a).