ES2290659T3 - Bomba de circulacion de fluido con motor sincronico, equipada con medios de calentamiento del fluido, en particular para lavadoras. - Google Patents
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Abstract
Una bomba de circulación de fluido (10) con motor sincrónico (14), equipada con medios de calentamiento de fluido (40), particularmente para lavadoras, del tipo que comprende un rotor (18), se sumerge parcialmente en el fluido operativo y está equipada con un imán permanente cuya rotación es accionada por el campo electromagnético generado por un estator (15) equipado con unas zapatas polares (20) con sus correspondientes devanados, y un sensor de flujo magnético (22) de dicho rotor (18), estando dicho rotor (18) aislado de forma estanca con respecto a dicho estator (15) mediante una carcasa cerrada en su parte superior por una voluta (17) en la que se aloja una turbina (16) para la circulación del fluido, caracterizada porque comprende una unidad de control (24) equipada con medios (35) para obtener, mediante la señal proporcionada de dicho sensor de flujo magnético (22), parámetros de la temperatura y de la velocidad de flujo de dicho fluido y medios (36) para comparar este parámetro conun valor de referencia y para generar una señal eléctrica de salida (47) que se usará para cortar la alimentación eléctrica de dichos medios de calentamiento (40) al alcanzar un umbral de dicho parámetro de referencia predeterminado.
Description
Bomba de circulación de fluido con motor
sincrónico, equipada con medios de calentamiento del fluido, en
particular para lavadoras.
En su aspecto más general, la presente invención
se refiere a una bomba de circulación de fluido de lavado
accionada por un motor eléctrico sincrónico, equipada con medios de
calentamiento de fluido y particularmente, pero no exclusivamente,
del tipo que se incorporan en lavadoras y lavavajillas para uso
doméstico e industrial.
En particular, la invención se refiere a una
bomba de circulación de fluido que comprende un motor de
accionamiento eléctrico sincrónico de imán permanente, alojado en
un cuerpo de bomba cerrado por una tapa que aloja los medios de
calentamiento.
La invención se refiere particularmente, pero no
exclusivamente, a una bomba de circulación de fluido para
lavavajillas, y la siguiente descripción se hace en referencia a
este campo de aplicación únicamente a efectos prácticos de
ilustración.
Como es bien sabido por los expertos en la
materia, el fluido de lavado de las lavadoras se obtiene mediante
una fuente, por ejemplo la red de tuberías, y se somete a una etapa
de calentamiento. Este fluido fluye en la máquina por medio de una
bomba de circulación a través de una abertura de alimentación en un
depósito de la lavadora.
Durante esta etapa, el fluido puede calentarse
ventajosamente a una temperatura predeterminada por un programa de
lavado.
La solicitud de patente europea nº 1334689
de
Fischer y Paykel describe un lavavajillas que incluye una cámara de lavado equipada con una bomba de lavado que recibe agua de una cámara de calentamiento situada en la parte inferior de la cámara de lavado. En esta solución, los medios de calentamiento están situados en la cámara de calentamiento.
Fischer y Paykel describe un lavavajillas que incluye una cámara de lavado equipada con una bomba de lavado que recibe agua de una cámara de calentamiento situada en la parte inferior de la cámara de lavado. En esta solución, los medios de calentamiento están situados en la cámara de calentamiento.
Por ejemplo, la patente de Estados Unidos nº
3.051.182 de G.M. Gibson muestra una bomba de circulación equipada
con un elemento de calentamiento que está incorporado en la cámara
de la turbina, es decir, un elemento que se sumerge en el propio
fluido. Más particularmente, el elemento de calentamiento rodea,
formando un arco, la cámara en la que está alojada la turbina y
está dispuesto básicamente a lo largo del circuito de recirculación
de fluido que va de la bomba al depósito de lavado.
La patente alemana nº DE 3627732, de
E.G.O.
Italiana Spa, describe otra solución, mostrando una bomba de circulación para fluidos que se van a calentar y que comprende una zona de calentamiento y una zona de bombeo. La zona de calentamiento comprende medios de calentamiento dispuestos, en casi toda su longitud, en la zona de bombeo, aprovechando así el flujo turbulento del fluido.
Italiana Spa, describe otra solución, mostrando una bomba de circulación para fluidos que se van a calentar y que comprende una zona de calentamiento y una zona de bombeo. La zona de calentamiento comprende medios de calentamiento dispuestos, en casi toda su longitud, en la zona de bombeo, aprovechando así el flujo turbulento del fluido.
En las diversas soluciones que se proporcionan
en la presente patente, particularmente de la figura 4 a la figura
6, los medios de calentamiento pueden estar dispuestos
indistintamente en el interior o en el exterior del cuerpo de la
bomba, en correspondencia con la zona de bombeo de la bomba.
También se describe una solución totalmente
similar en la solicitud de patente internacional n.º WO 00/28878,
que muestra una bomba de circulación de una lavadora que incorpora
un elemento de calentamiento que está montado en la carcasa de la
bomba de forma que pueda desmontarse, particularmente en la parte
externa de la voluta que aloja internamente a la turbina.
Todas las soluciones señaladas, aunque resultan
ventajosas en varios aspectos, poseen el inconveniente de que los
medios de calentamiento, compuestos generalmente por resistencias,
están accionados por uno o más sensores de temperatura o de presión
del fluido.
Como es bien sabido, en estas aplicaciones se
usan grandes resistencias, que reciben alimentación eléctrica
durante un tiempo de calentamiento reducido, con el fin de alcanzar
la temperatura tan rápido como sea posible. Estas resistencias
poseen un alto valor resistivo, precisamente para calentar el fluido
que se va a recircular en menos tiempo.
Las topologías de resistencia usadas
generalmente con este fin poseen un tiempo de histéresis muy largo
y, sin intercambio térmico, es decir, sin que haya un fluido dentro
del cuerpo de la bomba, se corre el riesgo de que se quemen, lo que
dañaría irreparablemente la propia bomba.
Obviamente, el encendido o apagado de la
resistencia depende del buen funcionamiento de los sensores de
temperatura y/o presión.
En el caso de los sensores de presión, se usan
reguladores de presión, que, al sumergirse en el fluido, deben
introducirse de forma que sean estancos.
Los sensores, tanto los de temperatura como los
de presión, son generalmente muy delicados desde el punto de vista
funcional. De hecho, se da el caso de que deben sustituirse tras una
intervención de corte de la alimentación eléctrica de la
resistencia. Además, una avería de estos sensores supone que la
resistencia, al no apagarse a tiempo, se caliente en exceso y, por
ello, se queme.
La mayor parte de las veces, la sustitución de
ambos sensores y la resistencia no resulta económicamente rentable,
en tal medida que es preferible sustituir toda la bomba.
El problema técnico que subyace en la presente
invención es el de proporcionar una bomba de circulación de fluido
para un motor sincrónico, particularmente adecuada para su
instalación en lavadoras, que posea unas características
estructurales y funcionales tales que permitan un control y
accionamiento eficaces de los medios de calentamiento del fluido,
superando los inconvenientes citados en referencia a las soluciones
de la técnica anterior.
Otro objetivo de la invención consiste en
realizar una bomba que sea capaz de lograr tales características a
costes muy reducidos y explotando las economías de escala que son
típicas de los productos realizados a una escala muy grande.
La idea de la solución que subyace a la presente
invención es la de detectar la temperatura del fluido en la bomba y
la velocidad de flujo del fluido, evitando el uso de sensores de
temperatura y/o presión, y cortar la alimentación eléctrica de la
resistencia una vez que se alcancen unos valores críticos
predeterminados.
Las características y ventajas de la bomba de
circulación según la presente invención se pondrán de manifiesto a
partir de la siguiente descripción de una forma de realización de la
misma, dada a modo de ejemplo no limitante, haciendo referencia a
los dibujos adjuntos.
La fig. 1 es una vista esquemática en
perspectiva de la bomba según la invención;
la fig. 2 es una vista desde arriba de la bomba
de la figura 1;
la fig. 3 muestra una sección transversal según
el eje A-A de la bomba de la figura 2;
la fig. 4 muestra esquemáticamente un motor
eléctrico sincrónico equipado con un imán permanente según la
invención;
la fig. 5 es un diagrama de bloques de una
unidad de control según la invención para determinar la temperatura
del fluido y la presencia del fluido en una bomba accionada por un
motor eléctrico sincrónico.
En referencia a las figuras, se indica global y
esquemáticamente con el número 10 una bomba de circulación de
fluido de lavado en lavadoras y similares. La bomba 10, realizada
según la presente invención, está equipada con medios de
calentamiento de fluido 40 y está accionada por un motor eléctrico
sincrónico 14.
La bomba 10 puede realizarse en dos modos, no
obstante, ambos quedan dentro del alcance de la presente
invención.
Un primer modo proporciona una estructura de
bomba con un control electrónico de la alimentación eléctrica en
los devanados del motor, con el fin de regular el funcionamiento del
motor en la etapa de arranque y en situaciones de variación de
carga; mientras que un segundo modo proporciona una estructura más
simplificada con unas juntas de acoplamiento entre el rotor y la
turbina con el fin de favorecer la etapa de arranque del motor.
En la hipótesis de la bomba de control
electrónico, un circuito de control que comprende una parte del
circuito de regulación de potencia y una parte del circuito de
regulación de corriente están relacionadas con el motor eléctrico
sincrónico de imán permanente de la bomba.
El tipo de control adoptado por el circuito de
regulación de potencia es de tipo adaptable, ya que la tensión
aplicada a los devanados del motor eléctrico sincrónico se adapta a
las condiciones de carga y tensión de línea con el fin de alcanzar
el valor más bajo de potencia absorbida, por ejemplo, tal como se
describe en la solicitud de patente europea nº 03425409.4 del mismo
solicitante.
A efectos de la presente invención, la
diferencia entre las dos formas de realización de la bomba no es muy
relevante, pero se debe a que, en el primer caso, la bomba ya está
equipada con un circuito de control electrónico, mientras que, en
el otro caso, la bomba debe estar equipada con una unidad de
control, por ejemplo, tal como se muestra en la figura 5 y se
describe más adelante.
El motor sincrónico 14, visto en la figura 3, y
parcialmente en la figura 4, comprende un estator 15 que está
cruzado centralmente por una carcasa que aloja el rotor 18. El rotor
18 es de imán permanente y está aislado de forma estanca con
respecto al estator 15 por dicha carcasa. Dicha carcasa está cerrada
en su parte superior mediante una voluta 17 que aloja una turbina
16.
La rotación del rotor 18 está accionada por el
campo electromagnético generado por el estator 15, equipado con
unas zapatas polares 20 con los devanados pertinentes, y está
integrado con un eje de rotación en el eje x-x.
Ventajosamente, tal como se muestra en la figura
4, el motor sincrónico 14 comprende un sensor de flujo magnético 22
del rotor 18, por ejemplo, un sensor Hall analógico, dispuesto en el
estator 15 cerca del rotor 18.
El eje de rotación del motor sincrónico 14 está
acoplado a la parte superior de la turbina 16 por medio de un
acoplamiento cinemático conocido, por ejemplo, tal como se describe
en la patente europea nº 0983630 del mismo solicitante.
Preferentemente, la turbina 16 es coaxial con
respecto al eje x-x, y está dispuesta en alineación
con un extremo del eje de rotación.
El motor sincrónico 14 comprende un cuerpo de
bomba protector 13, preferentemente de material termoplástico.
El cuerpo de la bomba 13 posee, lateralmente con
respecto a la voluta 17, y en correspondencia con la turbina 16,
una abertura de alimentación 30 que se comunica con la cámara de
alojamiento de la turbina 16. Esta abertura de alimentación 30
posee preferentemente un eje ortogonal al eje x-x y
está dispuesta tangencialmente con respecto a la voluta 17 de la
turbina 16. El cuerpo de la bomba 13 también posee, por encima de la
turbina 16, una tapa 19 que comprende una abertura de aspiración 31
desde la cual se aspira el fluido bombeado por la turbina 16 a
través de la abertura de alimentación 30. La abertura de aspiración
31 posee preferentemente un eje paralelo al eje
x-x.
Externamente, en la tapa 19 se alojan los medios
de calentamiento 40.
Estos medios de calentamiento 40 comprenden una
resistencia en forma de anillo, sustancialmente en forma de C, que
es coaxial con respecto al eje x-x y está dispuesta
cerca de la periferia de la tapa 19. La resistencia está envuelta
en un material conductor y, en el caso indicado en la figura, posee
una sección transversal trapezoidal, con la base mayor dispuesta
cerca de la tapa 19, con el fin de permitir una mayor superficie de
contacto con la tapa 19.
La resistencia 41 posee dos abrazaderas 42a y
42b en los dos terminales para la conexión eléctrica a la fuente de
alimentación.
La bomba de circulación de fluido 10 comprende
preferentemente una unidad de control 24 del tipo que se muestra en
el diagrama de bloques de la figura 5, que permite supervisar el
motor eléctrico sincrónico 14. Cuando la bomba 10 es de control
electrónico, se supone que la unidad de control 24 se incorpora y/o
integra en el circuito de control de la bomba. Sin embargo, el
circuito de control que posiblemente ya exista con el fin de
regular la alimentación eléctrica en los devanados del motor debe
estar equipado con los componentes descritos más adelante para
realizar la presente invención.
Más particularmente, la unidad de control 24
tiene asociada una parte de memoria, en la que se almacenan datos
experimentales de correlación entre los valores de una variable
operativa del motor sincrónico 14 de la bomba 10 y los valores
correspondientes a la velocidad de flujo de la bomba 10. Una
variable operativa del motor sincrónico 14, durante su
funcionamiento estable, constituye la medida del ángulo de carga o
de desfase \theta que representa el desplazamiento de fase entre
la tensión aplicada a través del motor sincrónico 14 y la fuerza
contraelectromotriz causada por la suma de los efectos del flujo del
estator 15 y del flujo inducido por la rotación del imán permanente
del rotor 18.
La unidad de control 24 recibe en su entrada una
señal procedente del sensor Hall analógico 22, relativa a la
lectura de la inversión de polaridad del imán del rotor 18, además
recibe una señal de reloj de red 25 y una señal proporcional al
valor eficaz de la tensión de la red 26.
La unidad de control 24, a través de una
correlación predeterminada, en ausencia de factores de corrección,
define el valor del ángulo de carga o desfase \theta y un valor de
velocidad de flujo 50 correspondiente.
Ventajosamente, el rotor 18 se sumerge en el
fluido operativo, y, en este caso, la temperatura del imán
corresponde a la del fluido operativo. Esta dependencia se debe al
hecho de que el material ferromagnético del que está compuesto el
rotor 18 posee una inducción magnética residual B_{R} que varía
según la temperatura del fluido.
El sensor Hall analógico 22 es capaz de
proporcionar una señal sinusoidal con una amplitud proporcional a
la inducción residual B_{R} del material ferromagnético del que
está compuesto el rotor 18 y, por lo tanto, de proporcionar la
temperatura del fluido durante su paso por la bomba 10.
La unidad de control 24 comprende medios 35 que
permiten obtener la temperatura del fluido a partir de la amplitud
de la señal sinusoidal proporcionada por el sensor Hall analógico
22.
Además, la unidad de control 24 comprende medios
36 para comparar el valor de temperatura del fluido obtenido con un
valor umbral de referencia. Al alcanzar este valor umbral de
referencia, los medios 36 permiten que se proporcione una señal de
control 47 en la salida de la unidad de control para cortar la
alimentación eléctrica de los medios de calentamiento 40.
Los medios 36 pueden comprender,
convenientemente, un comparador que tenga en la entrada un valor
umbral de referencia, introducido finalmente en la memoria de la
unidad de control 24, y la señal procedente de los medios 35. Al
superar el valor umbral de referencia, el comparador produce como
salida una señal digital 47 que, por ejemplo, por medio de una
conversión D/A tradicional, permite el funcionamiento en un
interruptor de corriente 43 introducido en la línea de alimentación
eléctrica que llega a la resistencia 41, interrumpiendo la propia
alimentación. Obviamente, nada impide que la señal digital que sale
del comparador se use directamente para accionar un componente
electrónico introducido discreto o integrado como un interruptor en
la línea de alimentación eléctrica que va hacia la resistencia.
Como puede entender fácilmente un experto en la
materia, el fabricante de lavadoras puede usar también la señal 47
que sale de la unidad de control 24 en la hipótesis de que los
medios de calentamiento se accionan mediante un programador de
lavado y no por medio de dispositivos de conmutación montados en la
bomba 10.
En otras palabras, la bomba 10 puede estar
estructurada con un interruptor de corriente 43 con el fin de cortar
independientemente la alimentación eléctrica de los medios de
calentamiento 40 asociados a la misma, o simplemente puede
proporcionar, en una salida de la unidad de control 24, y, por lo
tanto, del circuito electrónico en el que está incorporada, una
señal eléctrica analógica o digital 47 que se usará con el fin de
cortar la alimentación eléctrica a los medios de calentamiento 40
por medio de una unidad de control externa, por ejemplo, el
programador de una lavadora.
Además, ventajosamente, la unidad de control 24
de la bomba 10 puede detectar el fluido que hay dentro de la bomba
10 a través del valor de salida de la unidad de control 24, es
decir, la velocidad de flujo de la bomba 10. De este modo, a través
de los medios 36, la unidad de control 24 puede comparar el valor
obtenido de la velocidad de flujo 50 con un valor umbral de
referencia, que en este caso es, convenientemente, un valor cercano
a cero. Al alcanzar este valor umbral de referencia, y, por lo
tanto, sin que haya ningún fluido, los medios 36 permiten cortar la
alimentación eléctrica a la resistencia 41.
La principal ventaja lograda por la presente
invención consiste en permitir que los medios de calentamiento del
fluido se controlen de una forma sencilla y fiable, evitando el uso
de sensores de temperatura y presión.
La bomba de motor sincrónico controlada por la
unidad de control, según se describe anteriormente, puede sufrir
algunas modificaciones, todas al alcance del experto en la materia y
dentro del ámbito de protección de la presente invención, según se
define en las siguientes reivindicaciones.
Claims (10)
1. Una bomba de circulación de fluido (10) con
motor sincrónico (14), equipada con medios de calentamiento de
fluido (40), particularmente para lavadoras, del tipo que comprende
un rotor (18), se sumerge parcialmente en el fluido operativo y
está equipada con un imán permanente cuya rotación es accionada por
el campo electromagnético generado por un estator (15) equipado con
unas zapatas polares (20) con sus correspondientes devanados, y un
sensor de flujo magnético (22) de dicho rotor (18), estando dicho
rotor (18) aislado de forma estanca con respecto a dicho estator
(15) mediante una carcasa cerrada en su parte superior por una
voluta (17) en la que se aloja una turbina (16) para la circulación
del fluido, caracterizada porque comprende una unidad de
control (24) equipada con medios (35) para obtener, mediante la
señal proporcionada de dicho sensor de flujo magnético (22),
parámetros de la temperatura y de la velocidad de flujo de dicho
fluido y medios (36) para comparar este parámetro con un valor de
referencia y para generar una señal eléctrica de salida (47) que se
usará para cortar la alimentación eléctrica de dichos medios de
calentamiento (40) al alcanzar un umbral de dicho parámetro de
referencia predeterminado.
2. Una bomba de circulación (10) según la
reivindicación 1, caracterizada porque dicho sensor de flujo
magnético (22) es de tipo Hall analógico.
3. Una bomba de circulación (10) según la
reivindicación 1, caracterizada porque dichos medios de
calentamiento (40) están alojados en una tapa (19) de dicha voluta
(17) externamente, con respecto a dicha turbina (16).
4. Una bomba de circulación (10) según las
reivindicaciones 2 y 3, caracterizada porque dicho rotor (18)
comprende algún material ferromagnético, que posee una inducción
magnética residual B_{R}, que varía según la temperatura de dicho
fluido operativo, y porque dicho sensor de flujo magnético Hall
analógico(22) produce como salida una señal sinusoidal con
una amplitud proporcional a dicha inducción magnética residual
B_{R}.
5. Una bomba según las reivindicaciones 1 y 4,
caracterizada porque dichos medios 35 comprenden un
dispositivo capaz de obtener el valor de temperatura de dicho
fluido a partir de la señal sinusoidal procedente de dicho sensor
Hall analógico (22).
6. Una bomba según la reivindicación 1, en la
que dicha unidad de control (24) comprende una parte de memoria en
la que se almacenan los datos experimentales de correlación entre
los valores de una variable operativa del motor sincrónico (14) y
los valores correspondientes a la velocidad de flujo de la bomba
(10), siendo dicha variable operativa del motor sincrónico (14) la
medida del ángulo de carga o de desfase \theta, que representa el
desplazamiento de fase entre la tensión aplicada a través del motor
sincrónico (14) y la fuerza contraelectromotriz generada por la
suma de los efectos del flujo del estator (15) y del flujo inducido
por la rotación del imán permanente del rotor (18), obtenido
mediante el sensor Hall analógico (22), caracterizado porque
la presencia de fluido en dicha bomba (10) se detecta por una señal
de salida (50) de dicha unidad de control que es proporcional a
dicha medida del ángulo de carga o de desfase \theta y a la
velocidad de flujo del fluido.
7. Una bomba según la reivindicación 5,
caracterizada porque dichos medios (36) para comparar dicha
temperatura y/o dicha presencia de fluido comprenden un comparador
analógico digital que permite comparar dicha temperatura y/o
presencia de dicho fluido con un valor de referencia y generar una
señal de salida (47) que es capaz de interrumpir la alimentación
eléctrica de dichos medios de calentamiento (40) cuando se supere
dicho valor de referencia.
8. Una bomba según la reivindicación 6,
caracterizada porque dicha señal de salida (47) de dichos
medios (36) es de tipo digital y funciona en un interruptor (43)
introducido en la línea de alimentación eléctrica que llega a
dichos medios de calentamiento (40).
9. Una bomba según la reivindicación 1, en la
que dicha unidad de control (24) está incorporada en un circuito
electrónico para controlar y regular la alimentación eléctrica en
los devanados del motor.
10. Una bomba según la reivindicación 1, en la
que dicha unidad de control (24) está integrada en dicho circuito
de control electrónico y posee una señal de salida (47) que
pertenece a las salidas de dicho circuito de control
electrónico.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP04425339A EP1595489B1 (en) | 2004-05-12 | 2004-05-12 | Fluid circulation pump with synchronous motor, equipped with heating means of the fluid, in particular for washing-machines |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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