ES2258512T3 - Motor electrico. - Google Patents

Abstract

Un motor de corriente continua de imán permanente que comprende: un estator de imán permanente que incluye al menos un imán permanente (14); un rotor (16) que incluye un eje (24) de rotor, un núcleo (26) de armadura montado sobre el eje y que tiene una pluralidad de polos, un devanado (30) de armadura bobinado alrededor de los polos, y un conmutador (28) montado en el eje adyacente a un extremo del núcleo de armadura y conectado a los alambres conductores del devanado de la armadura, estando el rotor (16) soportado por cojinetes (18) y situado enfrente del estator; y un detector de velocidad que comprende una bobina de material conductor; caracterizado porque la bobina (12) es un depósito de tinta conductora formada sobre la superficie del imán (14) y situada en el hueco de aire entre el imán (14) y el núcleo (26) de la armadura.

Description

Motor eléctrico.

Esta invención se refiere a motores eléctricos y, en particular, a un motor eléctrico que incorpora un detector de velocidad.

El énfasis en el diseño de motores eléctricos, especialmente motores eléctricos en miniatura de imán permanente, ha sido y continúa siendo la reducción del tamaño o volumen del motor sin pérdida de potencia. Sin embargo, en el pasado, como se han agregado componentes a un motor para mejorar el aspecto de dicho motor, el tamaño del motor se ha aumentado para acomodar a los nuevos componentes. Esto es particularmente evidente para los detectores de velocidad que se requieren para los servo sistemas. Generalmente, los detectores de velocidad proporcionan una tensión eléctrica o salida de impulso cuya amplitud o frecuencia es una función de la velocidad del motor. Esta señal se usa por un servo amplificador para controlar el movimiento del motor.

Las técnicas típicas para medir la velocidad de un motor incluyen agregar taco-generadores o generadores de frecuencia al eje del motor. Estos elementos requieren aumentar el tamaño del bastidor del motor y con ello aumentar su volumen. Se han intentado técnicas que implican la detección de picos de corriente en la entrada eléctrica del motor y aunque con éxito moderado, implican elementos electrónicos sensibles que están influenciados por entornos perturbadores y conmutadores sucios que frecuentemente aparecen con el uso o desgaste del motor, haciendo que el detector sea inoperativo en el peor de los casos.

Por el documento US-A-4914713 se sabe proporcionar un detector de velocidad en forma de una bobina de alambre de cobre situada entre dos extremos tangenciales superiores u opuestos de segmentos magnéticos. También se sabe por el documento JP-A-10032962 proporcionar una bobina de detección en el hueco de aire de un generador de corriente alterna con el fin de detectar anormalidades en el bobinado del campo, indicando un fallo de un generador de corriente alterna.

La presente invención pretende proporcionar un detector de velocidad muy sólido en un motor en miniatura con una operación muy simple y barata que no requiere cambio alguno en el conjunto de corriente del motor.

De acuerdo con la presente invención se proporciona un motor de corriente continua de imán permanente que comprende un estator de imán permanente que incluye al menos un imán permanente, un rotor que incluye un eje de rotor, un núcleo de armadura montado en el eje y que tiene una pluralidad de polos, un devanado de armadura bobinado alrededor de los polos y un conmutador montado en el eje adyacente a un extremo del núcleo de armadura y conectado a hilos conductores del devanado de la armadura, estando el rotor montado en cojinetes y situado enfrente del estator; y un detector de velocidad que comprende una bobina de material conductor; caracterizado porque la bobina es un depósito de tinta conductora formada en la superficie del imán y situada en el hueco de aire entre el imán y el núcleo de la armadura.

Preferiblemente, la bobina es una bobina de una sola vuelta fijada a la cara interior del imán que mira al núcleo de la armadura.

Preferiblemente, la bobina es una bobina de una sola vuelta en forma de una "U" larga y estrecha.

Preferiblemente, los terminales de la bobina están situados en una cara de extremo axial del imán.

Preferiblemente, los terminales de la bobina se acoplan con dedos elásticamente deformables o terminales elásticos sesgados fijados a la cubierta de extremo del motor. Los dedos deformables pueden ser tiras metálicas o terminales de goma conductora fijados a la cubierta de extremo.

A continuación se describen algunas realizaciones preferidas de la invención, únicamente a título de ejemplo, en relación con los dibujos adjuntos en los que:

la Figura 1 es una vista despiezada de un motor pmdc (motor de corriente continua de imán permanente) de acuerdo con la realización preferida;

la Figura 2 representa un imán del motor de la Figura 1 que soporta una bobina de detector de velocidad;

la Figura 3 representa un imán similar que soporta una bobina de detector de velocidad que tiene una forma diferente; y

las Figuras 4 y 5 representan un imán similar que soporta una bobina de detector de velocidad de acuerdo con realizaciones alternativas.

La Figura 1 representa un motor pmdc 10 típico modificado para incorporar una bobina 12 de detector de velocidad de acuerdo con una primera realización de la presente invención. El motor tiene un estator de imán permanente que tiene dos imanes 14 cerámicos arqueados. Un rotor 16 está situado confrontado con los imanes 14 del estator y está soportado por cojinetes 18 montados en una cubierta 20 de extremo y en una parte 22 trasera de alojamiento. El rotor tiene un eje 24, un núcleo de armadura 26 y un conmutador 28. El núcleo de armadura 26 es un apilamiento de láminas que forman una pluralidad de polos salientes a cuyo alrededor están devanadas las bobinas formando un devanado 30 de armadura. Las bobinas se terminan en el conmutador 28.

La cubierta 20 de extremo soporta escobillas 32 que hacen contacto deslizante con el conmutador 28 para conectar eléctricamente el devanado 30 de armadura a una fuente de energía eléctrica a través de los terminales 34 del motor. La cubierta de extremo también soporta dos contactos 36 elásticos. Los contactos elásticos son tiras conductoras elásticamente deformables que están conectadas a los terminales 40 del detector situado en la cubierta de extremo. Como alternativa, los contactos elásticos pueden ser pilares de goma conductora fijados a la cubierta de extremo y que se extienden desde la misma.

Uno de los dos imanes 14 tiene una bobina 12 conductora formada radialmente sobre su superficie interior que mira al núcleo 26 de armadura a través de un hueco de aire de tal forma que la bobina 12 está en el hueco de aire entre el imán 14 y el núcleo de armadura. La bobina 12 tiene una trayectoria conductora con forma de U que forma una sola vuelta. La bobina de una sola vuelta con esta forma empieza y termina en asientos 38 terminales situados sobre una cara axial del imán adyacente a la cubierta de extremo. Los dos contactos 36 elásticos están dispuestos para contactar con los asientos terminales para transferir la señal desde la bobina 12 a la circuitería externa a través de los terminales 40 del detector situados en la cubierta 20 de extremo. El uso de contactos elásticos simplifica en gran medida la construcción en comparación con la soldadura de alambres directamente a la bobina sobre el imán.

La bobina 12 se muestra más claramente en la Fig 2. Como la bobina 12 es una bobina de una sola vuelta, es fácil de aplicar sin proporcionar aislamiento entre las vueltas. Como tal, la bobina se puede formar a partir de una película conductora, de una hoja conductora, de una cinta o de un alambre conductor. En las realizaciones descritas, la bobina 12 está formada usando una tinta conductora tal como epoxi de plata, aplicada sobre la superficie del imán mediante un proceso de impresión con almohadilla. Como alternativa, la tinta se podría aplicar pintando, lo cual requiere mucha mano de obra, o mediante estarcido, pero esto es más difícil debido a que la superficie del imán está curvada. Si la superficie del imán es conductora se necesita un recubrimiento no conductor para aislar la bobina de la superficie del imán. Para imanes cerámicos y para imanes aglutinados de resina no se necesita esta clase de recubrimiento.

De la anterior descripción se puede observar que la detección de la velocidad de un motor usando un detector de velocidad de acuerdo con la presente invención no requiere un aumento del tamaño o volumen del motor. Con la bobina 12 situada entre el imán y el núcleo 26 de armadura, el flujo magnético que pasa a través de la bobina varía cuando el rotor gira desde un máximo en el que un polo está adyacente a la bobina hasta un mínimo en el que una ranura entre los polos está adyacente a la bobina. La variación en el flujo magnético crea un impulso de tensión eléctrica en la bobina y así, cuando el rotor gira, la bobina del detector produce una serie de señales de impulso. Midiendo el tiempo entre impulsos o la frecuencia de la señal de salida, se puede determinar la velocidad del motor. Esta información se puede usar entonces en un controlador de motor para controlar la velocidad del motor.

Se puede producir una señal más aguda, más fuerte, usando una bobina que tenga dimensiones que sean similares a las dimensiones de la ranura entre los polos del núcleo del rotor. Si la "U" es demasiado ancha, la señal no es tan aguda. Si la "U" es demasiado estrecha, la amplitud de la señal no es tan grande lo que hace más difícil separar la señal de las perturbaciones. Se prefiere que la orientación de la "U" corresponda con la orientación de la ranura, así normalmente, la "U" se extendería axialmente, pero para un motor con un núcleo de rotor sesgado la "U" estaría similarmente sesgada.

La Fig. 3 ilustra una realización de bobina que usa una bobina 12 más ancha. Como se ha mencionado anteriormente, esta construcción de la bobina no es preferida, pero en aplicaciones de pocas interferencias produce resultados satisfactorios y se puede usar con armaduras sesgadas y no sesgadas sin modificación.

La situación de la bobina a través de la superficie del imán no es crítica para generar una buena señal. Sin embargo, la bobina de una sola vuelta también recoge un pulso debido a conmutación cuando las escobillas se deslizan de un segmento del conmutador al siguiente. Como la temporización de la espiga de conmutación es independiente de la situación de la bobina, la situación de la bobina se puede elegir de forma que la espiga de conmutación y el impulso de señal estén separados en el tiempo o se produzcan simultáneamente, según se desee.

Para detectar el funcionamiento a baja velocidad, tal como unos pocos cientos de rpm, se puede requerir una bobina con más de una vuelta para conseguir una señal fiable de salida. En otra realización representada en la Fig. 4, se forman dos bobinas 12 y 112 de una sola vuelta con forma de U estrecha sobre la cara del imán 14. Las bobinas 12, 112 están conectadas en serie y están circunferencialmente separadas por una distancia igual a la separación de los polos de la armadura, la denominada distancia de ranura a ranura. Para rotores con muchos polos, la separación puede ser un número entero múltiplo de la distancia de ranura a ranura. Por ejemplo, para un rotor de tres polos, la separación es 120º y para un rotor de 5 polos, la separación es 72º, mientras que para un rotor de 12 polos la separación podría ser 30, 60, 90, 120º etc. teniendo en cuenta la extensión arqueada del imán. En esta disposición, siempre que una ranura de polo de armadura pase sobre una de las bobinas 12, otra ranura de polo de armadura está pasando simultáneamente sobre la otra bobina 112. Por lo tanto, la salida de señal es doble que la de la disposición de una sola bobina. Este diseño produce el efecto de bobina de dos vueltas sin usar una bobina de dos vueltas que requeriría una trayectoria conductora más estrecha y una capa de aislante entre las dos vueltas, al menos en el punto de cruce de las vueltas.

En un diseño alternativo representado en la Figura 5, se usan dos bobinas 12. Las bobinas están situadas una al lado de otra y comparten una pata común formando una bobina con forma de W con tres terminales 38. En la circuitería de control o en la cubierta de extremo, los dos terminales exteriores están unidos entre sí de forma que las bobinas funcionan como dos bobinas conectadas en paralelo aunque ligeramente desplazadas circunferencialmente. Por lo tanto, las señales de cada bobina no se superponen sino que están espaciadas en el tiempo e invertidas en dirección produciendo un impulso de tipo sinusoidal. Esta disposición se puede usar para cancelar o reducir el impulso de conmutación, ya que el impulso de conmutación se producirá simultáneamente en cada bobina cuando es independiente de la posición de la bobina, pero cuando una bobina está invertida con respecto a la otra bobina, el impulso se debe invertir dando como resultado una reducción global de la espiga de conmutación en la señal del detector de velocidad.

Aunque se han descrito realizaciones preferidas detalladamente, para las personas especialistas en la técnica serán evidentes varias modificaciones sin apartarse del alcance de la invención como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (13)

1. Un motor de corriente continua de imán permanente que comprende:

un estator de imán permanente que incluye al menos un imán permanente (14);

un rotor (16) que incluye un eje (24) de rotor, un núcleo (26) de armadura montado sobre el eje y que tiene una pluralidad de polos, un devanado (30) de armadura bobinado alrededor de los polos, y un conmutador (28) montado en el eje adyacente a un extremo del núcleo de armadura y conectado a los alambres conductores del devanado de la armadura, estando el rotor (16) soportado por cojinetes (18) y situado enfrente del estator; y

un detector de velocidad que comprende una bobina de material conductor;

caracterizado porque la bobina (12) es un depósito de tinta conductora formada sobre la superficie del imán (14) y situada en el hueco de aire entre el imán (14) y el núcleo (26) de la armadura.

2. Un motor de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la tinta conductora es una tinta epoxídica conductora.

3. Un motor de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que la bobina (12) se extiende axialmente por sustancialmente la longitud axial del imán.

4. Un motor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la bobina (12) es una bobina de una sola vuelta.

5. Un motor de acuerdo con la reivindicación (4), en el que la bobina (12) es una bobina de una sola vuelta en forma de una "U" que se extiende sustancialmente en la dirección axial del motor.

6. Un motor de acuerdo con la reivindicación 5, en el que la bobina (12) se extiende axialmente en sustancialmente el mismo ángulo que los polos del núcleo de armadura.

7. Un motor de acuerdo con la reivindicación 5, en el que la bobina (12) tiene un hueco lateral entre los brazos de la "U" sustancialmente igual al hueco circunferencial entre los polos del núcleo de armadura.

8. Un motor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el detector de velocidad también comprende una segunda bobina (11, 112) de una sola vuelta, conectada a través de los terminales de la primera bobina (12) y situada adyacente a la misma pero circunferencialmente separada de ella.

9. Un motor de acuerdo con la reivindicación 8, en el que las dos bobinas (12, 112) están conectadas en serie y están separadas circunferencialmente por una distancia equivalente a un número entero múltiplo de la distancia entre los polos del núcleo (26) de armadura.

10. Un motor de acuerdo con la reivindicación 8, en el que las bobinas (12) primera y segunda tienen forma sustancialmente de "U" y tienen una pata común que forma un modelo con forma de "W" larga y estrecha.

11. Un motor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que los terminales (38) de bobina del detector de velocidad están situados en una superficie de extremo axial del imán (14).

12. Un motor de acuerdo con la reivindicación 11, en el que el motor tiene un alojamiento (22) con forma de copa profunda con un extremo abierto cerrado por una cubierta (20) de extremo y los terminales (38) de la bobina encajan eléctricamente con terminales (36) elásticos sesgados fijados a la cubierta (20) de extremo.

13. Un motor de acuerdo con la Reivindicación 12, en el que los terminales (36) elásticos sesgados son dedos elásticamente deformables que se extienden desde la cubierta (20) de extremo.