ES2293885T3 - Unidad de bomba, en particular para su utilizacion medica y alimentaria. - Google Patents

Abstract

Unidad de bomba, en particular para su utilización médica o alimentaria, que comprende: - un estator (6) provisto de una cantidad n de polos y alimentado por medio de un circuito de potencia y control (10), alimentado mediante corriente eléctrica alterna; - un rotor (3) provisto de una cantidad n de polos igual, que se fija directamente en el eje (2) de la bomba (1); - una camisa (4) de material amagnético que aisla el rotor (3) del exterior y que está dispuesta en el entrehierro entre el rotor (3) y el estator (6), caracterizada porque dicho circuito de control y potencia está dirigido por el valor de una fuerza contraelectromotriz inducida por el rotor.

Description

Unidad de bomba, en particular para su utilización médica y alimentaria.

La presente invención se refiere a motores eléctricos utilizados para accionar bombas, y particularmente a aquéllos utilizados para accionar bombas destinadas a la utilización alimentaria o médica.

Los aspectos de higiene de las bombas para líquidos para utilización alimentaria o para medicinas en forma líquida se deben controlar cuidadosamente, ya que el líquido bombeado no debe entrar en contacto con contaminantes. Para satisfacer este requisito, en dichas bombas el eje impulsor no está conectado mecánicamente al eje del motor, sino que está conectado conjuntamente mediante un acoplamiento electromagnético.

En particular, el extremo libre del eje de impulsión que emerge de la bomba soporta una rueda de polo que consiste en imanes eléctricos de campo radial, cuyo número de polos depende del tipo de aplicación.

Dicha rueda de polo está dispuesta en el interior de una camisa que presenta forma de copa con una sección transversal circular, que se extiende desde la carcasa de la bomba para formar una cámara aislada del exterior. Dicha camisa presenta un diámetro interior que es unas decenas de milímetros mayor que el diámetro exterior de la rueda de polo, y generalmente está construida en acero inoxidable amagnético.

En la parte exterior de dicha camisa se dispone una segunda rueda de polo exterior provista de una cantidad de polos igual a la cantidad de polos de dicha primera rueda de polo interior.

Dicha segunda rueda de polo está conectada mecánicamente a un eje de motor eléctrico de manera que, al girar el eje de motor y, así, la rueda de polo exterior, ésta hace girar gracias a la inducción la rueda de polo interior conectada al impulsor de la bomba.

A pesar de que la solución descrita realiza perfectamente la función para la que está provista, adolece de ciertos inconvenientes.

Un primer inconveniente deriva del tamaño general debido a la disposición en línea de la bomba, el acoplamiento electromagnético y el motor eléctrico de accionamiento.

Un segundo inconveniente deriva del hecho de que si el motor eléctrico está provisto de un par estático alto y de una buena aceleración, la rueda de polo interior se desengancha de la rueda de polo exterior y el impulsor no se mueve.

Para solucionar el primer inconveniente se han propuesto bombas, una de las cuales se describe en su totalidad en la patente US nº 5.197.865, en las que la rueda de polo exterior se sustituye por el estator de un motor paso a paso con una cantidad de polos de estator distinto de la cantidad de polos del rotor.

La utilización de un motor paso a paso hace necesario utilizar sondas de efecto Hall o dispositivos similares, para identificar con exactitud la posición del rotor con respecto al campo del estator, con el fin de evitar una absorción de corriente que provoque un calentamiento excesivo del estator. Además, la utilización de un motor paso a paso requiere la utilización de un sistema de control costoso y complicado que convierte el producto en poco deseable económicamente. También adolece de la desventaja de presentar una construcción del equipo más complicada, principalmente debido a los conductores de alimentación eléctrica para las sondas efecto Hall, siendo necesarios dos para cada una de las fases de devanado, que se añaden a los dos conductores de alimentación para cada fase.

El documento EP 610826 da a conocer una bomba centrífuga del tipo que comprende un cuerpo de soporte para un motor síncrono de imán permanente, con un impulsor acoplado a su rotor, y para una voluta en la que se acomoda el impulsor. El cuerpo y la voluta forman una carcasa estanca que contiene el rotor y el impulsor en cámaras respectivas, separándolas de la parte de estator del motor. El rotor está acoplado fuertemente a un eje que gira sobre rodamientos deslizantes soportados por soportes elásticos que están bloqueados en la cámara correspondiente; uno de dichos soportes forma un anillo para proporcionar la estanqueidad hidráulica entre las dos cámaras del contenedor. La bomba centrífuga se acciona por medio de una placa electrónica que es adecuada para conseguir el giro unidireccional del rotor de un motor síncrono de imán permanente, pero no lo es para regular el par de salida del motor eléctrico con respecto al par de carga requerido.

El objetivo de la invención es superar los inconvenientes mencionados anteriormente en el marco de una solución racional, fiable y que presente un coste reducido.

La invención alcanza dicho objetivo proporcionando una unidad de bomba de motor, tal como se define en la reivindicación 1, en la que el rotor del motor está conectado mecánicamente al impulsor de la bomba, al mismo tiempo que está aislado físicamente del estator por medio de una camisa de material amagnético.

Específicamente, el estator, dispuesto en la parte exterior de la camisa de material amagnético, presenta un devanado trifásico con una cantidad de polos igual a la cantidad de polos del devanado del rotor.

Para obtener un par estático elevado, la invención se alimenta con un circuito de alimentación electrónico que genera un sistema de corrientes trifásico, cuya frecuencia se incrementa gradualmente, empezando desde cero, siguiendo una rampa de aceleración adecuada.

Dicho circuito de alimentación electrónico se controla mediante un circuito de control que comprende un microprocesador capaz de medir la fuerza contraelectromotriz que surge del estator, empezando por un valor mínimo que se corresponde con aproximadamente un cuarto del trabajo normal predeterminado en r.p.m. En particular, el microprocesador puede detectar cuándo la fuerza contraelectromotriz que se desarrolla en el estator pasa por cero, y así, identificar la posición instantánea del rotor. De este modo, la absorción de corriente del motor se puede controlar, de acuerdo con el par resistente aplicado. Esto permite que se limite la absorción de corriente alimentando el motor con sólo la corriente necesaria para accionar la carga, evitando así daños al sobrecalentar los circuitos
eléctricos.

En una forma de realización simplificada, el motor según la invención puede recibir la alimentación de un inversor normal. Sin embargo, en este caso, la corriente absorbida por el motor siempre es igual a la corriente máxima requerida para proporcionar el par máximo.

La pendiente del diagrama de corriente de alimentación (rampa) para el motor depende evidentemente tanto del par resistente, como del momento de inercia de las masas giratorias, como por ejemplo el rotor y el impulsor.

Las características especiales de la invención se definen en las reivindicaciones.

Las características funcionales y de construcción de la presente invención se pondrán de manifiesto a partir de la descripción siguiente de una forma de realización preferida de la misma, que se proporciona a título de ejemplo no limitativo, y se ilustra en los dibujos adjuntos.

La Figura 1 es una sección axial parcial de la invención.

La Figura 2 es una sección por la línea II-II de la Figura 1.

La Figura 3 es una vista esquemática del circuito de control y alimentación utilizado por la invención.

La Figura 4 es una vista en detalle del accionador utilizado por la invención, con sus componentes respectivos.

La Figura 5 es una vista esquemática del procesador utilizado por la invención.

Dichas figuras muestran la carcasa de la bomba 1 de la que emerge el eje impulsor 2 que lleva la rueda de polo 3, que forma el rotor del motor de accionamiento eléctrico para la bomba, tal como se pondrá de manifiesto a continuación.

En detalle, la rueda de polo 3 se fija al eje 2 mediante adhesivos adecuados, pero también podría estar conectada mecánicamente, por ejemplo, mediante una chaveta normal.

En la parte exterior de la rueda de polo se prevé la camisa 4, que está fijada a la carcasa de la bomba 1 mediante tornillos 5 para formar una cámara estanca.

Las paredes de la camisa 4 presentan un grosor de unas pocas decenas de milímetros y están construidas de acero inoxidable amagnético.

El estator, que consiste en el núcleo 60 usual que lleva el devanado 7, está dispuesto en la parte exterior de la camisa 4. Dicho estator 6 presenta la misma cantidad de pares de polos que el rotor, y está formado de manera que la inducción media en el entrehierro debida a la corriente magnetizadora absorbida por el devanado 7 sea aproximadamente igual a o mayor que la de la rueda de polo 3. Si la rueda de polo es de ferrita, la inducción media en el entrehierro deberá ser del orden de 0,3 Tesla, mientras que si la rueda de polo es de tierras raras, la inducción media en el entrehierro deberá ser del orden de 0,8 a 1 Tesla.

Con el fin de que el rotor permanezca acoplado a los polos del campo magnético giratorio del estator 6, esta unidad se alimenta con un circuito de control y potencia 10 que se muestra en las Figuras 3, 4 y 5.

La Figura 3 muestra el circuito 10, que comprende un circuito de potencia 11 y un circuito de control 12.

El circuito de potencia 11 comprende un rectificador de puente 120 conectado al suministro de red eléctrica de corriente alterna de monofásica, y aguas abajo, a un filtro capacitador 13. Aguas abajo de dicho filtro capacitador 13 se prevén medios para alimentar corriente al estator, que en el ejemplo que se ilustra comprenden tres accionadores idénticos 14 normales, del tipo LM6386 fabricados por SGS THOMPSON.

Una de las líneas de alimentación al motor R, S, T está conectada a cada accionador 14, entre cada una de dichas líneas R, S, T y cada uno de los accionadores 14 se interpone un puente IGBT 15 normal (SGS THOMPSON).

La Figura 4 muestra una vista en detalle de los accionadores 14 y los puentes IGBT 15, con sus respectivos circuitos de funcionamiento conocidos suministrados por el fabricante de dichos componentes. Los accionadores 14 están provistos de comparadores que los protegen ante cortocircuitos, ante incrementos de temperatura, y que limitan la corriente suministrada de acuerdo con el par resistente.

Los accionadores 14 están controlados por un microprocesador 100, del tipo ST72141 fabricado por SGS THOMPSON, que se alimenta del mismo suministro monofásico que alimenta el circuito de potencia 11, a través de un transformador 16 de 220/12 V de 2 VA de potencia, estando el transformador secundario conectado a un rectificador de diodo 17 normal, aguas abajo del cual se prevé un capacitador de filtro 18 al que está conectada la unidad de potencia 19 del microprocesador 100. Dicha unidad de potencia 19 es del tipo 78L05 fabricada por SGS THOMPSON.

El microprocesador 100 está conectado a los accionadores 14 mediante las salidas LIN1, LIN2, LIN3 y las entradas HIN1, HIN 2, HIN 3, y a las líneas R, S, T del motor eléctrico trifásico mediante los conductores 20, 21, 22, a través de los cuales el microprocesador 100 puede medir la fuerza contraelectromotriz que surge en el estator trifásico del motor eléctrico, y así, regular la corriente absorbida por el motor eléctrico de acuerdo con la velocidad del motor predeterminada. Se deberá observar que la fuerza contraelectromotriz depende de la velocidad del rotor.

El microprocesador 100 se muestra en detalle en la Figura 5, a partir de la que se puede apreciar que el usuario puede preseleccionar cuatro velocidades predeterminadas por medio de los terminales 101, 102, 103 y 104.

La invención funciona del modo siguiente.

La corriente absorbida de la línea de corriente es igual a la corriente máxima permitida hasta que la fuerza contraelectromotriz que presenta el estator asume un valor mínimo, de manera que el microprocesador 100 la pueda medir. Utilizando el microprocesador tipo ST72141 fabricado por SGS THOMPSON, este valor mínimo es de 40 V.

Cuando el microprocesador puede medir dicha fuerza contraelectromotriz, también puede identificar sus pasos por cero y así, la posición instantánea del rotor, que siempre está en fase con dicha fuerza contraelectromotriz. A partir del momento en el que el microprocesador 100 mide la fuerza contraelectromotriz mínima, la corriente absorbida por el motor ya no es la corriente máxima permitida, pero se convierte en una función del par resistente, ya que el microprocesador controla la potencia de los accionadores 14 de acuerdo con el valor instantáneo medido de la fuerza contraelectromotriz, de manera que accione cada uno de los accionadores 14 de forma alternativa durante un periodo predeterminado. De este modo, se consigue el control de la corriente del motor.

Alternativamente, la invención puede recibir la alimentación simplemente mediante un inversor normal, que no se muestra, como el tipo ALTIVAR 08 fabricado por TELEMECANIQUE. Aunque la alimentación por medio de un inversor permite que la invención funcione correctamente, no permite controlar la corriente absorbida por el motor, así, esta solución únicamente resulta adecuada para las aplicaciones en las que se debe mantener el coste especialmente reducido, y en las que no se precisa el control de corriente del motor eléctrico.

Se deberá observar que en las aplicaciones en las que se utilice dicho inversor, la pendiente de la rampa de aceleración mediante la que se alimenta el motor depende del momento de inercia del rotor y del par resistente de la carga.

Claims (11)

1. Unidad de bomba, en particular para su utilización médica o alimentaria, que comprende:

-

un estator (6) provisto de una cantidad n de polos y alimentado por medio de un circuito de potencia y control (10), alimentado mediante corriente eléctrica alterna;

-

un rotor (3) provisto de una cantidad n de polos igual, que se fija directamente en el eje (2) de la bomba (1);

-

una camisa (4) de material amagnético que aisla el rotor (3) del exterior y que está dispuesta en el entrehierro entre el rotor (3) y el estator (6),

caracterizada porque dicho circuito de control y potencia está dirigido por el valor de una fuerza contraelectromotriz inducida por el rotor.

2. Unidad de bomba según la reivindicación 1, caracterizada porque dicho circuito de control y potencia (10) comprende un inversor del tipo normal dispuesto para alimentar dicho estator mediante una rampa de aceleración adecuada.

3. Unidad de bomba según la reivindicación 1, caracterizada porque dicho circuito de control y potencia (10) comprende un microprocesador (100) dispuesto para controlar la activación de los medios adecuados (14) para alimentar corriente a dicho estator (6), y para regular su tiempo de conducción de acuerdo con el valor de lectura instantáneo de la fuerza contraelectromotriz.

4. Unidad según la reivindicación 3, caracterizada porque dichos medios (14) son tres accionadores idénticos del tipo LM6386.

5. Unidad según la reivindicación 3, caracterizada porque dicho microprocesador (100) es del tipo ST72141 fabricado por SGS THOPMSON.

6. Unidad de bomba según la reivindicación 1, caracterizada porque dicha camisa de aislamiento está construida en acero inoxidable.

7. Unidad de bomba según la reivindicación 1, caracterizada porque el rotor está construido en materiales de tierra rara.

8. Unidad de bomba según la reivindicación 1, caracterizada porque el rotor (3) está construido en ferrita.

9. Unidad de bomba según las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la inducción media en el entrehierro es del orden de 0,3 Tesla.

10. Unidad de bomba según las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la inducción media del entrehierro es del orden de 0,8 a 1 Tesla.

11. Unidad de bomba según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizada porque la pendiente de la rampa de aceleración del inversor varía como una función del momento de inercia del rotor y del par resistente.