ES2286243T3 - Soporte de iman permanente para motor electrico lineal. - Google Patents
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Abstract
Motor eléctrico lineal para accionar un miembro móvil (40) en un movimiento alternativo, que comprende una bobina (50), que se monta fijamente y que recibe corriente eléctrica, y un conjunto de imanes permanentes (58) montados en el miembro móvil, y que comprende, además, un soporte (54) que tiene una pluralidad de placas de linguetes (66) y que está montado en el miembro móvil (40), y un imán permanente (58) de forma arqueada, que está montado entre cada pareja de placas de linguetes (66) adyacentes para formar un conjunto toroidal de imanes, caracterizado porque - cada placa de linguetes (66) está configurada en forma de L y tiene una pata corta (67) y una pata larga (68), - cada pata corta (67) está unida firmemente a una placa de base (62) del soporte (54), estando montada dicha placa de base (62) a dicho miembro móvil (40), o a una superficie superior o inferior de una pestaña de base (42) que está montada en ese miembro móvil (40), - cada pata corta (67) está doblada, además, para forma runa lengüeta (65) que está paralela y que está fijada a esa placa de base (62) o que debe conectarse directamente a la superficie superior o inferior de la pestaña de base (42), - las patas largas (68) de las placas de linguetes (66) tienen bordes dirigidos hacia un eje central del miembro móvil (40) y presentan dos lados planos, estando dirigido cada lado plano de una placa de linguetes (66) generalmente hacia el lado plano de una placa de linguete (66) adyacente, - y porque un imán permanente (58) está montado entre los lados planos, dirigidos entre sí, de dos patas largas (68) de las placas de linguetes (66) adyacentes en los extremos de esas placas de linguetes (66).
Description
Soporte de imán permanente para motor eléctrico
lineal.
La presente invención se refiere a un motor
eléctrico lineal y a un soporte para montar los imanes de un motor
eléctrico lineal, utilizados generalmente en compresores herméticos
de refrigeración. En particular, la invención se refiere a un motor
eléctrico lineal de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación
1.
Los motores eléctricos son dispositivos bien
conocidos. En tal motor, se proporciona una carcasa estacionaria,
en la que está montado un miembro móvil linealmente, tal como un
árbol o un pistón. Uno de la carcasa y el miembro móvil tiene un
imán o un con junto de imanes montados en el mismo y el otro tiene
una bobina que recibe corriente eléctrica operativa. La
alimentación de corriente eléctrica operativa a la bobina produce un
campo magnético que interactúa con el imán para producir un
movimiento lineal del miembro móvil.
Cuando se aplica a compresores herméticos de
refrigeración, el motor eléctrico lineal mueve un pistón dentro de
un cilindro para comprimir el gas refrigerante. Al menos un tipo de
estos compresores eléctricos de refrigeración utiliza un motor
lineal, en el que la bobina que recibe la corriente eléctrica
operativa está montada fijamente a la carcasa o bloque del
compresor, en el que está formado el cilindro, y el imán o imanes
están montados en el miembro móvil que lleva el pistón. Un conjunto
resonante accionado por el motor lineal tiene la función de
desarrollar un movimiento alternativo lineal, de donde resulta el
movimiento del pistón dentro del cilindro que ejerce una acción de
compresión sobre el gas recibido a través de una válvula de
aspiración del compresor, hasta que se alcanza el punto en el que
el gas es descargado al lado de alta presión del compresor.
En estos compresores herméticos de
refrigeración, el imán o imanes se montan en un soporte llevado por
el pistón. La construcción del soporte presenta varias dificultades
técnicas, una de las cuales resulta del hecho de que el material
del soporte está sometido al campo magnético producido por la
bobina. Puesto que el soporte es móvil y está expuesto al campo
magnético, si está fabricado de un material metálico, por ejemplo
acero inoxidable, el material del soporte genera corrientes de
Foucault, que provocan pérdidas de energía.
El problema de pérdidas debidas a corrientes de
Foucault es conocido y se han propuesto soluciones, tales como las
descritas en las patentes de los Estados Unidos US 5.642.088,
5.751.075 y 6.097.125. En la patente de los Estados Unidos US
6.097.125 se proporciona una "copa cilíndrica" realizada de un
material no-magnético para reducir el efecto de
pérdidas debido a corrientes de Foucault, teniendo la copa muescas
localizadas entre sus paredes internas y externas, en las que los
imanes están montados. Dicha estructura es constructivamente
compleja y presenta altos costes con el material para producir el
soporte configurado de la copa.
En Patent Abstracts of Japan, vol. 2000, nº 11,
y JP 2000 228855 A se describe un motor eléctrico lineal de acuerdo
con el preámbulo de la reivindicación 1, con elementos de soporte en
forma de placas de linguetes, en las que están montados imanes
permanentes. Estos elementos de soporte llevan los imanes
permanentes que están retenidos en muescas previstas allí (figura
4). Los elementos de soporte o bien están fijados entre sí por sus
extremos respectivos que se incorporan a una porción de base, o se
conectan entre sí en sus extremos opuestos por elementos de
conexión respectivos dispuestos en una configuración circular. Los
elementos de soporte son barras conectadas entre sí en sus extremos
opuestos por un anillo de cierre o por un anillo de cierre y, en
los otros extremos, por una disposición de pieza individual.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar un soporte para montar los imanes a utilizar en un
motor eléctrico lineal, utilizando dicho soporte una cantidad
pequeña de material y teniendo una construcción tal que reduce las
pérdidas de energía debidas a corrientes de Foucault.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar un soporte, como se ha citado anteriormente, para
montar los imanes utilizados en un motor eléctrico lineal que
acciona el pistón de un compresor hermético de refrigeración.
Estos objetos se consiguen por medio de un motor
eléctrico lineal de acuerdo con la invención, como se define por la
reivindicación 1.
Las formas de realización ventajosas de la
invención se indican en las reivindicaciones dependientes.
Cuando se aplica corriente eléctrica a la
bobina, las líneas magnéticas de fuerza reaccionan con los imanes
permanentes de la estructura toroidal para generar una fuerza que
produce desplazamiento lineal del pistón, resultando de esta manera
compresión del gas admitido a través de la válvula de aspiración del
compresor.
La estructura de soporte de la presente
invención utiliza solamente material de placa plano y en una
cantidad pequeña para definir las placas de linguetes, cuyo
material puede ser de un tipo relativamente económico y con una
configuración que reduce las pérdidas de energía debidas a
corrientes de Foucault.
La presente invención se describirá a
continuación con referencia a los dibujos que se acompañan, en los
que:
La figura 1 es una vista en alzado lateral
parcialmente en sección de un compresor hermético de refrigeración,
que incluye un motor eléctrico lineal con un soporte magnético.
La figura 2 es una vista en perspectiva superior
de un soporte de acuerdo con la invención, con los imanes montados
en el mismo; y
La figura 3 es una vista en perspectiva inferior
del soporte considerado aquí.
La presente invención se describirá ahora
considerando un compresor hermético del tipo ilustrado en la figura
1 y en la que se ilustra, de una manera esquemática, un soporte
magnético.
La figura 1 muestra un compresor hermético 10
del tipo lineal para sistemas de refrigeración pequeños, que tienen
una carcasa hermética 12, dentro de la cual está colocado un bloque
14 montado en amortiguadores de impacto en la forma de muelles 15.
El bloque 14 forma un cilindro 16 cerrado por una placa de válvula
18 sobre la culata. Una válvula de aspiración 20aa y una válvula de
descarga 20b están formadas en la placa de válvula 18. Las válvulas
de aspiración y de descarga 20aa y 20b controlan la admisión y la
descarga de gas con relación al cilindro. Las válvulas están
cubiertas por un silencioso 22 y existe un conducto de entrada 24
hacia el lado de aspiración del silencioso, y un conducto de salida
28 desde la cámara de descarga del silencioso. La entrada de
aspiración a la carcasa hermética 12 se muestra en 26 y la salida
del gas refrigerante comprimido desde la carcasa hermética se
muestra en 30.
La compresión del gas se produce por el
movimiento axial de un pistón 40 dentro del cilindro 16. El pistón
40 tiene un interior hueco y una pestaña de base 42 en su extremo
opuesto a la placa de válvula 18. El pistón 40 es accionado por un
actuador de motor eléctrico lineal, que se forma por una bobina 50
de forma toroidal y por un soporte 54, que se describirá en detalle
más adelante, y que lleva a cabo una pluralidad de imanes
permanentes 58 en la proximidad estrecha a la bobina 50.
La bobina 50 está fijada a un yugo 52 montado en
la pared interna del bloque 14. La bobina 50 se extiende
completamente alrededor de la pared interna del bloque 14. El
soporte 54 para los imanes 58 está montado en la pestaña de base 42
del pistón. Un primer muelle helicoidal 47aa está localizada entre
la pestaña de base 42 del pistón y el extremo inferior del cilindro
16, mientras que un segundo muelle helicoidal 47b está montado
entre la pestaña de base 42 y el bloque 14. Los muelles helicoidales
47aa y 47b están siempre bajo compresión. El pistón 40, el actuador
del motor eléctrico lineal, y los muelles helicoidales 47aa y 47b
forman juntos un con junto resonante del compresor.
Las figuras 2 y 3 muestran detalles del soporte
54 de la presente invención. El soporte 54 tiene una placa de base
cilíndrica o disco 62, que es una pieza plana y se muestra colocado
encima y fijado a la superficie superior de la pestaña de base 42
del pistón, siendo conseguida dicha fijación por medio de soldadura,
encolado o cualquier otro medio de fijación de la placa a la
pestaña de base 42. La placa de base 62 es de un material, tal como
acero estampado de bajo contenido de carbono. La placa de base 62
tiene un taladro central 64 para permitir que la placa ajuste
alrededor del pistón 40. Se proporcionan una pluralidad de placas de
linguetes 66 en forma de "L", que pueden estar construidas o
no del mismo material que la placa de base cilíndrica 62 y que
están espaciadas alrededor de la circunferencia de estas últimas. El
número de las placas de linguetes 66 depende básicamente del tipo y
tamaño de los imanes 58 a utilizar. Cada placa de linguete 66 tiene
una pata corta 67 fijada a la placa de base 62. Las patas cortas 67
están dobladas 90º en el punto 59, para formar lengüetas 65 que
están paralelas a la placa de base 62, estando fijadas firmemente
dichas lengüetas 65 a la placa de base 62 por cualquier proceso
adecuado, tal como soldadura. Las patas largas 68 de las placas de
linguetes 66 tienen sus bordes internos vueltos hacia el eje central
del pistón 40, y presentan dos lados planos, estando dirigido cada
lado plano de una placa de linguetes 66 generalmente hacia el lado
plano de la placa de linguete 66 adyacente. Como se ilustra, la
placa de base 62 y las placas de linguetes 66 del soporte están
fabricadas de un material de placa plana. Esto reduce los costes de
fabricación, puesto que los elementos de soporte se pueden estampar
o troquelar fácilmente en una lámina de material y no se requiere
ninguna fabricación especial, tal como fundición o soldadura.
Además, la solución propuesta aquí conduce a un residuo
relativamente reducido de material.
Un imán 58, del tipo permanente, está montado
entre los lados planos de cada pareja de dos patas largas 68 de
placas de linguetes 66 adyacentes, en los extremos de dichas placas
de linguetes 66. Está previsto un espacio entre la placa de base 62
del soporte y los imanes 58. Los imanes 58 están fabricados de
cualquier material convencional adecuado y están curvados en la
forma y el conjunto de todos los imanes entre las placas de
linguetes 66 alrededor del soporte forma una estructura toroidal en
los extremos de las placas de linguetes 66. El montaje de los
imanes 58 en el soporte se puede realizar por cualquier medio
adecuado, por ejemplo un adhesivo epoxi. El toroide completo de los
imanes 58 y las placas de linguetes 66 forma una estructura rígida y
estable que se puede montar fácilmente en el pistón.
En una disposición típica, el diámetro de la
placa de base del soporte tiene aproximadamente 65 mm, con 8 placas
de liguetes 66 espaciadas iguales alrededor de la placa de base y 8
imanes de un material ferromagnético, tal como por ejemplo ferrita
de boro o estroncio, siendo el material de la placa generalmente
acero estampado con bajo contenido de carbono y estando el espesor
del material de la placa entre 1,5 y 4 mm.
Como una disposición alternativa para los
imanes, las patas largas 68 de las placas de linguetes 66 pueden
tener canales en forma de "U" sobre los lados planos, y los
extremos de los imanes pueden ajustar en dichos canales. Como otra
disposición de montaje, se puede formar un imán 58 con un canal en
cada uno de sus extremos y las placas de linguetes 66 insertadas en
estos canales. En tal disposición, se pueden proporcionar dos placas
de linguetes 66 en un punto sobre la placa de base 62.
De acuerdo con la figura 1, la placa de base 62
del soporte está montado en la cara superior de la pestaña de base
42 del pistón, tal como por soldadura. La placa de base 62 y las
placas de linguetes 66 son de un tamaño adecuado, de tal manera que
la disposición toroidal de los imanes 58 ajusta en el espacio
definido entre la pared externa del cilindro 16 y la bobina 50.
Cuando se aplica corriente eléctrica a la bobina 50, el campo
magnético que se produce reacciona con los imanes 58 para generar
una fuerza que actúa a través de las placas de linguetes 66, la
placa de base 62 y la pestaña de base 42 del pistón 40, para
provocar el desplazamiento de este último.
Para el montaje del soporte 64 en el pistón de
acuerdo con la invención, las placas de linguetes 66 tienen
extremos inferiores doblados que deben conectarse directamente o
bien a la superficie superior o a la superficie inferior de la
pestaña de base del pistón 40. En este caso, no se proporciona una
placa de base para el soporte. Además, la placa de base 62 del
soporte se puede conectar a la superficie inferior de la pestaña de
base 42 y las placas de linguetes se pueden conectar a la placa de
base 62.
La estructura del soporte magnético de la
invención reduce los costes de fabricación, puesto que solamente se
utiliza una pequeña cantidad de metal en su construcción. En la
técnica anterior, muchos de los soportes magnéticos son continuos,
por lo que se utiliza una cantidad substancial de material. La
construcción de la invención optimiza el uso de material con
relación a la rigidez de la estructura que se forma. Además, la
estructura del soporte magnético de la invención reduce al mínimo
las pérdidas eléctricas debidas a corrientes de Foucault, puesto
que se utiliza solamente una pequeña cantidad de metal para las
placas de linguetes 6. Puesto que la estructura que soporta los
imanes está formada de placas finas dispuestas alineadas con
respecto a las líneas de campo magnético desde la bobina, se
reducen en una medida substancial las pérdidas debidas a las
corrientes de Foucault, permitiendo el uso de materiales menos
nobles y más baratos.
Aunque la invención ha sido descrita con
relación a una forma de realización preferida del motor eléctrico
lineal para accionar el pistón de un compresor, debería entenderse
que el presente soporte magnético se puede utilizar en otros
dispositivos, en los que un árbol o cualquier otro mecanismo debe
moverse de forma alternativa por la acción de un motor eléctrico
lineal.
Claims (3)
1. Motor eléctrico lineal para accionar un
miembro móvil (40) en un movimiento alternativo, que comprende una
bobina (50), que se monta fijamente y que recibe corriente
eléctrica, y un conjunto de imanes permanentes (58) montados en el
miembro móvil, y que comprende, además, un soporte (54) que tiene
una pluralidad de placas de linguetes (66) y que está montado en el
miembro móvil (40), y un imán permanente (58) de forma arqueada,
que está montado entre cada pareja de placas de linguetes (66)
adyacentes para formar un conjunto toroidal de imanes,
caracterizado porque
- -
- cada placa de linguetes (66) está configurada en forma de L y tiene una pata corta (67) y una pata larga (68),
- -
- cada pata corta (67) está unida firmemente a una placa de base (62) del soporte (54), estando montada dicha placa de base (62) a dicho miembro móvil (40), o a una superficie superior o inferior de una pestaña de base (42) que está montada en ese miembro móvil (40),
- -
- cada pata corta (67) está doblada, además, para formar una lengüeta (65) que está paralela y que está fijada a esa placa de base (62) o que debe conectarse directamente a la superficie superior o inferior de la pestaña de base (42),
- -
- las patas largas (68) de las placas de linguetes (66) tienen bordes dirigidos hacia un eje central del miembro móvil (40) y presentan dos lados planos, estando dirigido cada lado plano de una placa de linguetes (66) generalmente hacia el lado plano de una placa de linguete (66) adyacen- te,
- -
- y porque un imán permanente (58) está montado entre los lados planos, dirigidos entre sí, de dos patas largas (68) de las placas de linguetes (66) adyacentes en los extremos de esas placas de linguetes (66).
2. Motor eléctrico lineal de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque el miembro móvil es un
pistón (40) de un compresor.
3. Un compresor que comprende un motor eléctrico
lineal de acuerdo con la reivindicación 2 y que comprende, además,
un bloque (14) con una pared interna a la que está fijada la bobina
(50) y en la que está formado un cilindro, caracterizado
porque el conjunto toroidal de imanes permanentes (68) está colocado
y se mueve linealmente entre la pared exterior del
cilindro (16) y la bobina (50).
cilindro (16) y la bobina (50).
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