ES2295653T3 - Aparato de procesamiento de alimentos que incluye un accionamiento magnetico. - Google Patents

Aparato de procesamiento de alimentos que incluye un accionamiento magnetico. Download PDF

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ES2295653T3 ES03768680T ES03768680T ES2295653T3 ES 2295653 T3 ES2295653 T3 ES 2295653T3 ES 03768680 T ES03768680 T ES 03768680T ES 03768680 T ES03768680 T ES 03768680T ES 2295653 T3 ES2295653 T3 ES 2295653T3
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John F. Karkos, Jr.
Ron Flanary
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Island Oasis Frozen Cocktail Co Inc
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Abstract

Aparato de procesamiento de alimentos que comprende: un árbol de accionamiento (78), un receptáculo (12; 22) para alojar alimentos para su procesamiento, incluyendo el receptáculo un elemento giratorio acoplado al árbol de accionamiento (78), un placa de accionamiento (34; 308) formada de material magnetizable, estando la placa de accionamiento (34; 308) acoplada al árbol de accionamiento para girar con el mismo, un motor situado próximo a la placa de accionamiento (34; 308), incluyendo el motor (400) un árbol del motor (410), un rotor (420) montado de manera giratoria sobre el árbol del motor (410), presentando el rotor (420) un imán del rotor (460), incluyendo el imán del rotor (460) una superficie interior del imán del rotor (462) orientada hacia el árbol del motor (410), y un estátor (430) que produce un campo electromagnético que interactúa con el imán del rotor (460) para hacer girar el imán del rotor (460), incluyendo el estátor (430) una superficie exterior del estátor orientada en contra del árbol del motor (410), en el que la superficie interior del imán del rotor (462) está orientada al menos parcialmente hacia la superficie exterior del estátor (472), y un imán de accionamiento (440) magnéticamente acoplado al imán del rotor (460) para girar con el mismo, induciendo el imán de accionamiento (440) un campo magnético en una dirección hacia la placa de accionamiento (308) para transmitir el par motor desde el motor a la placa de accionamiento (308) para efectuar el procesamiento de los alimentos con el elemento giratorio.

Description

Aparato de procesamiento de alimentos que incluye un accionamiento magnético
Antecedentes de la invención
Esta invención se refiere a un accionamiento magnético para transmitir movimiento de rotación desde una fuente motriz hacia un espacio cerrado sin una conexión mecánica directa. Más específicamente, se refiere a batidoras, mezcladoras y máquinas similares, y particularmente a dispositivos que tienen un agitador, hélice, cuchilla u otra herramienta montada dentro de una cubeta o recipiente extraíble, y que se hace girar mediante un motor ubicado en la base estacionaria de la máquina.
Las batidoras y mezcladoras domésticas convencionales incorporan una hélice accionada mecánicamente montada de manera giratoria dentro de una cubeta de batidora extraíble. La base de la cubeta incorpora una placa de conexión generalmente circular con un patrón de salientes y/o entrantes formados sobre su cara inferior que puede acoplarse de manera extraíble, utilizando un movimiento vertical, de ajuste, con un patrón correspondiente formado sobre una placa similar fijada al árbol de un motor alojado en una base de la máquina. Este acoplamiento mecánico entre la cubeta de la batidora y el motor de la batidora requiere un cierre rotativo en la base de la cubeta entre la hélice y la placa de conexión. Este cierre está sometido a un considerable desgaste y rotura con el tiempo, al igual que el acoplamiento mecánico. Puesto que el fallo en el cierre puede dar como resultado una fuga de líquido de la cubeta, el cierre y los cojinetes en la base de la cubeta se construyen para garantizar un sellado a expensas de la fricción. La fricción produce desgaste, calor, y pérdida de potencia. Además, la batidora convencional produce mucho ruido no deseado, y el acoplamiento de interconexión mecánica entre las placas puede hacer que resulte incómodo o difícil extraer la cubeta de, y devolver la cubeta a, la base.
Muchas mezcladoras de bebidas tienen el motor de accionamiento montado en la base directamente bajo la cubeta. Sin embargo, si la altura total supone un problema, el motor puede situarse desviado hacia un lado y acoplado al árbol de accionamiento mediante una disposición de engranajes o correa.
Las batidoras domésticas y comerciales conocidas utilizan motores CA convencionales. Aunque los motores CA pueden construirse y controlarse para proporcionar variación de velocidad, así como el par motor de salida necesario, un motor de este tipo habitual es generalmente voluminoso, pesado y nada adecuado para el control electrónico de velocidad, sin mencionar el frenado electrónico.
Aunque los motores CC sin escobillas también se conocen per se, no se han utilizado para batidoras o batidoras/picadoras. Estos motores utilizan un rotor relativamente pesado formado por una disposición a modo de sectores de imanes permanentes. Batir una masa de hielo picado o en cubitos y líquido, particularmente al preparar o durante la "congelación" de una bebida helada, requiere un par motor relativamente alto. Los motores CC sin escobillas están caracterizados por un par motor de salida bajo en comparación con los motores CA convencionales. Por tanto, se han utilizado como una fuente de potencia motriz principalmente en aplicaciones tales como ventiladores en los que es aceptable un par motor de salida bajo.
Una batidora/picadora comercialmente viable para la producción de bebidas heladas debe cumplir una variedad de criterios de diseño especiales e importantes. Debería ser compacta, tanto en su espacio ocupado como en la altura total, de modo que emplee un espacio limitado en un bar de manera eficaz. De manera ideal tiene un peso relativamente bajo. El enfoque directo de colocar un motor eléctrico convencional directamente bajo la cubeta de la batidora aumenta la altura total de la máquina, y por tanto no se utiliza normalmente. También debe haber control de la velocidad, proporcionado normalmente a través de engranajes y electrónica, para soportar diferentes requisitos de potencia y velocidad en diferentes fases de funcionamiento. El frenado de control rápido también es importante para limitar el tiempo total necesario para batir, para evitar que el material batido sea salpicado una vez completado el batido, y por seguridad. También son importantes el control de la vibración, prevención del sobrecalentamiento, o minimización del desgaste, facilidad de mantenimiento, y durabilidad.
También se conoce que una hélice dentro de una cubeta de la batidora pueda accionarse magnética o electromagnéticamente en lugar de mecánicamente. Un tipo de accionamiento magnético acopla un imán permanente giratorio fuera de una cubeta de la batidora o similar, a otro imán permanente montado de manera giratoria en la cubeta de la batidora. La patente estadounidense nº 2.459.224 a nombre de Hendricks; la patente estadounidense nº 2.655.011 a nombre de Ihle et al.; y la patente estadounidense nº 5.478.149 a nombre de Quigg son ejemplos de este enfoque. Hendricks da un conocer un agitador que se hace funcionar magnéticamente para mezclar líquidos, en el que el agitador tiene un imán montado en su extremo inferior y dentro del recipiente para el líquido. Quigg da un conocer un motor que acciona un conjunto de imanes, un través de una caja de cambios y un árbol, para acoplarse a otro conjunto de imanes montados en un agitador.
La patente estadounidense nº 3.140.079 a nombre de Baermann utiliza una placa giratoria grande para llevar una serie de imanes separados circunferencialmente que pasan bajo una parte de un disco conductor giratorio, mucho más pequeño.
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La patente estadounidense nº 1.242.493 a nombre de Stringham y la patente estadounidense nº 1.420.773 a nombre de Stainbrook dan un conocer mezcladoras de bebidas eléctricas en las que un estátor de un motor CA rodea e interactúa con un rotor en una cubeta de la batidora, o en su base. En Stringham, un rotor de jaula de ardilla se sitúa en el plano de los devanados del estátor. En Stainbrook un rotor CA está montado en la base de la cubeta de la batidora y las bobinas del estátor se ubican por debajo de la cubeta. Tales disposiciones de motor CA dividido están limitadas por el par motor, el control de la velocidad, la pérdida de corriente parásita, y problemas de interferencia emf de motores CA, acentuados por la separación física de los devanados del estátor y el rotor. No proporcionan un buen control de la velocidad. No utilizan un acoplamiento de campo magnético CC. Y la inclusión del rotor del motor en el recipiente o cubeta añade un peso no deseado al conjunto de la cubeta y hace que la cubeta sea difícil de manejar debido a efectos giroscópicos si se levanta mientras el rotor todavía esta girando.
Si el rotor de un motor CC sin escobillas se ubicase en la base de una cubeta de la batidora, la cubeta no sólo se volvería pesada y mostraría un efecto giroscópico severo, sino que también se "adheriría" a pilas de metal y encimeras, y atraería instrumentos metálicos sueltos tales como cubertería, instrumentos para bebidas, o monedas.
Un aparato de procesamiento de alimentos y un accionamiento adicionales se dan un conocer en el documento WO 0041607. Se considera que este documento representa la técnica anterior más próxima.
Por lo tanto un objeto principal de esta invención es proporcionar un sistema de accionamiento que proporcione transmisión de potencia de rotación fiable y con control de la velocidad a un elemento accionado de manera giratoria que está sellado respecto a la fuente de potencia motriz.
Otro aspecto es proporcionar un accionamiento que se embraga automáticamente para desconectar el accionamiento cuando la carga supera un valor preestablecido o el elemento accionado se mueve de su posición de funciona-
miento.
Un objeto adicional es proporcionar un accionamiento magnético que ofrece estas ventajas, en el que el elemento accionador está ubicado en una cubeta de la batidora extraíble y la cubeta de la batidora es fácil de insertar y extraer de la batidora y es fácil de manejar cuando se extrae de la batidora, por ejemplo no muestra efecto giroscópico ni atracción magnética importantes.
Otro aspecto más es proporcionar un acoplamiento no mecánico de desgaste bajo, mantenimiento bajo, entre el motor y el elemento de accionamiento, y en particular, uno que evite los altos costes de mantenimiento asociados con los presentes accionamientos de correa y embragues y frenos mecánicos.
Un objeto adicional más es proporcionar un accionamiento magnético para una batidora o similar con las ventajas anteriores que sea compacto, de poco peso, y muy fácil de usar y limpiar.
Otro objeto es proporcionar un accionamiento cuyas características de funcionamiento puedan programarse y que pueda frenarse rápidamente y de manera fiable.
Sumario de la invención
En su aplicación preferida como un accionamiento para una batidora u otro aparato de procesamiento de alimentos, la presente invención emplea un motor eléctrico para hacer girar un imán anular, preferiblemente un conjunto de dos imanes anulares con polos axiales, que está separado de manera próxima de una placa de accionamiento en forma de disco formada por un material conductor, magnetizable. El conjunto de imanes y placa de accionamiento tienen cada uno polos coincidentes, dispuestos circunferencialmente. El conjunto de imanes preferiblemente tiene un conjunto de un número par de polos magnéticos permanentes o segmentos de polaridad alternativa, generalmente en forma de sectores. La placa de accionamiento es preferiblemente una lámina delgada de un material ferroso tal como acero laminado en frío con hendiduras radiales abiertas en los extremos que definen los polos y controlan las corrientes parásitas. El conjunto de imanes produce un campo suficientemente fuerte (líneas de flujo) que, un pesar de la separación, que normalmente incluye huecos de aire de alta reluctancia, induce no obstante magnetización de polarización opuesta de los polos del disco. Esta magnetización inducida acopla el conjunto de imanes a la placa para su accionamiento. En una batidora, la placa de accionamiento está montada de manera giratoria en la base de la cubeta de la batidora y soporta un árbol en el que, a su vez, se monta una hélice. El conjunto de imanes y el motor están alojados de manera independiente de la placa de accionamiento.
El motor eléctrico es preferiblemente un motor CC sin escobillas con devanados del estátor que producen un campo electromagnético giratorio que interactúa con, y produce un par motor sobre, un rotor que incluye un conjunto de imanes como el acoplado magnéticamente al disco. El anillo de imanes del rotor está fijado preferiblemente al anillo de imanes de accionamiento uniendo estos anillos de imanes a caras opuestas de un disco de acero laminado en frío circular. El rotor, el anillo de imanes de accionamiento y la placa de accionamiento están alineados coaxialmente cuando la placa y sus aparatos asociados, tales como una cubeta de batido, están en una posición de funcionamiento. La carcasa del motor y el accionamiento preferiblemente tiene una pared superior plana que se extiende de manera continua a través del hueco entre el imán y la placa, al igual que una pared inferior plana sobre la cubeta de la batidora. Para un conjunto de imanes con una intensidad de campo sobre su superficie de 1400 gauss, la separación próxima para una aplicación de batidora es preferiblemente de aproximadamente 0,25 pulgadas. El uso de un motor CC sin escobillas relativamente plano montado bajo el elemento de accionamiento da a la parte del motor del accionamiento una configuración compacta, preferiblemente con una proporción altura a anchura de tan solo aproximadamente 1:3.
Desde un punto de vista general como método, este método incluye las etapas de hacer girar un imán del rotor con múltiples polos separados circunferencialmente mediante la interactuación de los polos con un campo electromagnético giratorio. El rotor está acoplado, a su vez, a un segundo imán de accionamiento con un número similar de polos dispuestos circunferencialmente acoplados mecánicamente para girar al unísono con el rotor. El método incluye adicionalmente las etapas de dirigir el campo magnético del imán de accionamiento de manera axial alejándose del rotor para inducir polos magnéticos polarizados de manera opuesta en una placa de accionamiento conductora que está montada de manera giratoria, y separar de manera próxima el imán de accionamiento de la placa de manera que los polos inducidos en la placa siguen a los polos en el conjunto de imanes giratorios a pesar de la separación y a pesar de una carga que opone resistencia a la rotación. Dirigir el campo magnético incluye unir los imanes a modo de sándwich a las caras opuestas de un disco delgado de acero y polarizar los imanes anulares axialmente.
Según otro aspecto de la presente invención, el accionamiento de la presente invención puede incluir un conjunto de engranajes que tiene uno o más engranajes para transmitir el par motor desde la placa de accionamiento a un elemento accionado tal como, por ejemplo, un árbol de salida. El conjunto de engranajes puede incluir uno o más engranajes dimensionados y dispuestos para reducir, o aumentar, el par motor transmitido desde la placa de accionamiento al elemento accionado. En una aplicación preferida, el conjunto de accionamiento y de engranajes se emplean para hacer girar la cuchilla de una picadora de hielo. La picadora de hielo puede ser una unidad autónoma o puede estar incorporada en una batidora, tal como la batidora de la presente invención, para formar una máquina batidora/picadora de hielo automática para producir bebidas heladas.
Breve descripción de los dibujos
Estas y otras características y objetos de la invención se entenderán mejor a partir de la siguiente descripción detallada que debe leerse a la luz de los dibujos adjuntos. En los dibujos adjuntos, los números de referencia iguales se refieren a partes iguales en las diferentes vistas. Aunque los dibujos ilustran principios de la invención dada a conocer en el presente documento, no se ilustran a escala, sino que muestran únicamente dimensiones relativas.
La figura 1 es una vista en perspectiva de una máquina batidora/picadora presentada como información de los antecedentes útil para entender la invención;
la figura 2 es una vista en sección vertical de la máquina batidora/picadora de la figura 1;
la figura 3 es una vista en perspectiva, en despiece ordenado, de la cubeta de la batidora mostrada en las figuras 1 y 2;
la figura 4 es una vista detallada en sección vertical del accionamiento magnético de la presente invención tal como se muestra en la figura 2 utilizado para suministrar potencia a una hélice montada en la base de una cubeta de la batidora;
la figura 5 es una vista en perspectiva, en despiece ordenado, de la base de la batidora/picadora mostrada en las figuras 1 y 2 que muestra el montaje del conjunto del motor para el accionamiento magnético según la presente invención;
la figura 6 es una vista en perspectiva del doble conjunto de imanes mostrado en la figura 4;
la figura 7 es una vista en sección vertical de una realización alternativa de la cubeta de la batidora de la presente invención;
la figura 8 es una vista en sección vertical del conjunto de accionamiento magnético y de engranajes para la parte de picadora de hielo de la batidora/picadora presentada como información de los antecedentes, útil para entender la invención;
la figura 9 es una vista en sección transversal vertical a lo largo de la línea F-F de la figura 8 del conjunto de accionamiento magnético y de engranajes de la figura 8;
la figura 10 es una vista en sección vertical en despiece ordenado de una realización alternativa del motor de la presente invención;
la figura 11 es una vista en sección vertical de la realización del motor mostrada en la figura 10, que ilustra un motor ensamblado,
la figura 12 es una vista en sección vertical en despiece ordenado del motor mostrado en la figura 10, que ilustra una base del motor;
la figura 13A es una vista desde arriba de una realización alternativa del cubo mostrado en las figuras 10 a 12;
la figura 13B es una vista en sección transversal a lo largo de la línea A-A' e la figura 13A del cubo mostrado en la figura 13A; y,
la figura 14 es un diagrama de una realización de un sistema para controlar un motor de la presente invención.
Descripción detallada de la invención
Ciertas realizaciones a modo de ejemplo se describirán ahora para proporcionar una comprensión global de los principios de los aparatos de procesamiento de alimentos y los accionamientos magnéticos dados un conocer en el presente documento. Uno o más ejemplos de estas realizaciones se ilustran en los dibujos. Los expertos en la técnica entenderán que los aparatos de procesamiento de alimentos y los accionamientos magnéticos dados un conocer en el presente documento pueden adaptarse y modificarse para proporcionar instrumentos y métodos para otras aplicaciones y que pueden realizarse otras adiciones y modificaciones sin apartarse del alcance de la presente invención. Por ejemplo, las características ilustradas o descritas como parte de una realización o un dibujo pueden usarse en otra realización o en otro dibujo para dar lugar a otra realización más. Tales modificaciones y variaciones pretenden quedar incluidas dentro del alcance de la presente descripción.
Las figuras 1 y 2 muestran una aplicación de principios presentada como información de los antecedentes útil para entender la invención, concretamente, en una máquina batidora/picadora 10 adaptada para la producción automática de bebidas heladas en bares y restaurantes. Se alimenta un suministro de hielo en una tolva 12 mediante un conjunto giratorio de cuchillas 14 hasta una cuchilla 16. El hielo picado cae por un canal 18 que incluye una tapa 20 hasta el interior de una cubeta de la batidora 22 en la que se han añadido ingredientes líquidos tales como concentrado saborizante y/o licor. La rotación de una hélice (o conjunto de cuchillas) 24 en la parte inferior de la cubeta durante un periodo de tiempo preestablecido produce una bebida helada de alta calidad, que se encuentra en el momento perfecto al servirse y presenta una consistencia generalmente uniforme, sin grumos, no acuosa. Aunque la invención se describirá a continuación principalmente con referencia al uso en la batidora/picadora 20, se entenderá que la invención puede utilizarse en una amplia variedad de aplicaciones en las que se desee transmitir potencia desde una salida giratoria de una fuente motriz (por ejemplo, un motor) a un elemento accionado bajo una carga, particularmente un elemento accionado giratorio contenido en un recipiente que se encuentra sellado y puede extraerse de la fuente motriz. La invención puede utilizarse, por ejemplo, en una variedad de equipos de procesamiento de alimentos tales como batidoras, mezcladoras de alimentos, procesadores de alimentos y licuadoras domésticos.
Un accionamiento magnético 26 para la hélice 24 es el foco de la presente invención. Con referencia a las figuras 3 a 5, el accionamiento 26 incluye una placa de accionamiento 34 generalmente circular montada de manera giratoria en la base 22a de la cubeta de la batidora 22 y un motor CC sin escobillas 28 que incluye bobinas del estátor 30 y un rotor 32. El rotor a su vez incluye un conjunto doble de imanes 35 preferiblemente formado por un imán anular de rotor 36, un imán anular de accionamiento 38 y un disco 40 de un material magnetizable, preferiblemente acero laminado en frío, unido entre los imanes 36 y 38.
Los imanes anulares 36 y 38 tienen cada uno múltiples polos dispuestos circunferencialmente, dirigidos axialmente 42, ocho tal como se muestra en la figura 6. Segmentos adyacentes lateralmente presentan la polaridad opuesta. Aunque se prefieren ocho polos, puede utilizarse cualquier número par. Preferiblemente cada polo 42 se despliega por una región de imán permanente generalmente en forma de sector 44 formada en un anillo continuo de un material fuertemente magnético tal como los imanes cerámicos comercializados por Hitachi Corporation. Las regiones magnéticas 44 en cada imán 36 y 38 también pueden ser piezas separadas unidas o fijadas de otro modo mecánicamente entre sí para formar un conjunto de anillo con caras planas y una pared exterior generalmente cilíndrica. Un cubo de plástico 43 con paredes de soporte dirigidas radialmente 43a llena el centro de los imanes 36, 38 para facilitar el montaje de los conjuntos sobre un árbol central. Una región de imán de polo norte 44 es adyacente a una región de imán de polo sur 44. Los conjuntos 36 y 38 se fijan entonces al disco 40, preferiblemente con cada región de imán permanente 44 en un conjunto superpuesta a una región de imán similar en el otro conjunto, pero con la polaridad opuesta para evitar la fuerza magnética de repulsión entre los imanes 36 y 38. Una capa superior de plástico 48 ayuda a fijar el conjunto de sándwich. Esta configuración de conjunto de imanes con regiones de polo magnético orientadas axialmente 44, y la trayectoria de retorno de baja reluctancia que presenta el disco de acero 40 para todas las regiones magnéticas 44, dirige el campo magnético (líneas de flujo) del imán del rotor 36 axialmente (hacia abajo tal como se muestra) hacia las bobinas del estátor 30 y el campo magnético del imán del accionamiento 38 axialmente (hacia arriba tal como se muestra) hacia la placa 34 en la base de la cubeta 22a. La intensidad y este direccionamiento axial del campo del imán de accionamiento 38 induce campos magnéticos de polaridad opuesta en unos polos correspondientes 24a formados en la placa de accionamiento 34 a pesar de la presencia de una separación 46, si bien la separación es pequeña, entre la superficie superior generalmente plana 38a del conjunto de imanes y la superficie inferior generalmente plana 34b de la placa 34.
En la forma preferida ilustrada y mostrada para la batidora/picadora (utilizada para batir hasta 80 onzas de líquido de una bebida helada), el imán permanente 36 desarrolla una intensidad de campo de imán de aproximadamente 1400 gauss en su superficie, y la separación 46 es de aproximadamente 0,25 pulgadas medidas axialmente. Esta separación incluye, tal como se muestra en la figura 4, no sólo cuatro capas 48, 50a, 52, 22b de los que normalmente es un material plástico, sino también huecos de aire 54 y 56. Las capas 48 y 52 son un sobremoldeo de plástico delgado para el conjunto de imanes 35 y la placa de accionamiento 34, respectivamente. La capa 50a es la parte de pared superior plana de una base 50 de la batidora/picadora 10. La capa 22b es la pared inferior plana de la base de la cubeta 22a.
El hueco de aire 54 es un ligero huelgo entre el sobremoldeo del rotor 48 y la pared 50a. El hueco 56 es un ligero huelgo entre la pared 22b y el sobremoldeo de la placa de accionamiento 52. Tal como apreciarán fácilmente los expertos en la técnica, esta separación es una fuente de reluctancia significativa en el circuito de imanes entre el imán anular de accionamiento 38 y la placa 34. Los rotores de imanes permanente de los motores CC sin escobillas conocidos, por ejemplo, el motor de diámetro de disco de 5 pulgadas comercializado por Integrated Motion Controls, LLC de Torrington, Conn. en su modelo nº 50, aunque comparables en líneas generales en tamaño, construcción e intensidad de campo con el imán 38, no pueden acoplarse a la placa 34 a través de la separación 46 con suficiente intensidad para accionar el disco que hace funcionar una batidora/picadora.
Haciendo referencia particularmente a las figuras 4 y 5, el motor 28 está montado en la base 50 mediante tornillos 60 que pasan a través de una cubierta del motor de acero 62 y un soporte trasero del estátor 64 en casquillos roscados 66 formados en una pared de montaje del motor 50b de la base. El soporte trasero del estátor 64 tiene una abertura central que contiene un conjunto de cojinete 68 que soporta un árbol del motor 70. Los tornillos (no mostrados) que pasan a través de las aberturas 54a en el soporte trasero del estátor se enroscan y se fijan en un soporte delantero del estátor 72 para encerrar a modo de sándwich un anillo 74 de acero de base en el conjunto adyacente a las bobinas 30. El soporte delantero del estátor 72 tiene una periferia 72a que está inclinada y ranurada para llevar los devanados del estátor 30 como en el motor anteriormente mencionado de modelo 50. (Las partes de los devanados en las hendiduras no se muestran para mayor claridad). Los devanados son trifásicos, y se les suministra energía por un circuito de accionamiento de motor CC sin escobillas convencional para producir un campo electromagnético giratorio. La base y los soportes del estátor están formados preferiblemente de un plástico moldeable, de alta resistencia, y con un espesor de pared, que soporta rígidamente el motor 28.
El conjunto doble de imanes 35 con el árbol 70 fijado en su centro se desliza axialmente hacia el cojinete 68 (figura 4). El conjunto 35 gira en el cojinete 68 con un huelgo en todos los lados del conjunto 35. Tal como se indicó anteriormente, el campo magnético CC de múltiples polos producido principalmente por el imán inferior del rotor 36 (tal como se muestra) está dirigido principalmente hacia abajo para interactuar con el campo electromagnético giratorio producido por las bobinas del estátor 30 cuando se les suministra energía. La rotación de este campo electromagnético que interactúa con el conjunto de imanes del rotor produce un par motor que hace girar el rotor a una velocidad de rotación similar. El disco 40 unido entre los imanes 36 y 38 transmite este par motor al imán de la placa de accionamiento 38. Como una precaución de seguridad frente a la combustión, si las bobinas 30 se sobrecalientan, un recubrimiento a modo de anillo 76 tiene un reborde inferior 76a que se extiende sustancialmente a través del hueco de aire entre el borde exterior del conjunto 35 y la pared lateral interior generalmente cilíndrica del soporte trasero del estátor 64 (con un ligero huelgo para evitar contacto de fricción con el conjunto de imanes 35). El recubrimiento llena este hueco lo suficiente para impedir un flujo de aire que, de lo contrario, alimentaría oxígeno a un fuego.
El conjunto de imanes 35 en un diámetro de cinco pulgadas pesa aproximadamente tres libras. Con velocidades de funcionamiento normales que varían entre 4,000 y 10,000 r.p.m., puede ejercer fuerzas significativas sobre las estructuras de montaje, particularmente fuerzas que varían rápidamente que producen vibraciones. La estructura de montaje se hace de manera suficientemente rígida, mediante la elección y las dimensiones de los materiales así como el diseño global, por ejemplo, el uso de refuerzos de pared tales como nervaduras exteriores, para resistir las fuerzas y momentos producidos durante el funcionamiento normal, y de este modo para controlar las vibraciones que de lo contrario aflojarían, desgastarían y, en un caso extremo, finalmente destruirían el motor.
La posición del rotor se detecta mediante tres sensores de efecto Hall convencionales montados de una manera conocida en la carcasa del motor, o en la base 50. Las señales de posición proporcionan la entrada a un circuito electrónico conocido de control y accionamiento que suministra energía a los devanados trifásicos del estátor 30 para producir (i) un par motor de arranque, (ii) una elevación de la velocidad de rotación del rotor hasta una velocidad de funcionamiento seleccionada, (iii) una rotación mantenida a esa velocidad seleccionada bajo carga, y después (iv) un frenado rápido y fiable. El funcionamiento del motor se controla y puede programarse por tanto electrónicamente. El frenado es electrónico, disipándose las corrientes de frenado inducidas en los devanados 30 en grandes resistencias o FET montados sobre sumideros de calor.
Con referencia a las figuras 2 a 4, y especialmente a las figuras 3 y 4, la placa de accionamiento conductora 34 está fijada de manera no giratoria al extremo inferior de un árbol 78 que está soportado sobre cojinete en un par superpuesto de conjuntos de cojinete de agujas 80. Un collar de latón circundante 82 ajustado a presión en una abertura 22c central, de paredes cilíndricas en la base de plástico 22a contiene los conjuntos de cojinete 80. En la parte inferior de la cubeta, el collar 82 tiene una perforación escariada de diámetro agrandado que aloja y fija un cierre de rotación 84 formado por un material elastomérico adecuadamente tal como un caucho resistente al desgaste. El cierre tiene tres labios orientados hacia dentro, separados mutuamente 84a cuyos bordes interiores se enganchan cada uno, y proporcionan un cierre de desplazamiento o deslizamiento de baja fricción alrededor del árbol 78. El cierre 84 retiene líquido en la cubeta 22 a pesar de la presencia de un árbol giratorio que penetra en la pared inferior de la cubeta. El labio más inferior 84a se engancha al árbol 78 en una ranura circunferencial que coloca y estabiliza el cierre. Una ranura circular profunda 84b en la cara inferior del cierre permite que los labios se flexionen de manera elástica, aunque ligeramente, contra el árbol. Por encima del cierre, una tuerca ciega 86 roscada sobre el extremo superior del árbol 78 fija las cuchillas 24 encerradas a modo de sándwich entre tres arandelas 88a, 88b, y 88c.
La placa de accionamiento 34 forma parte de un conjunto de placa de accionamiento que incluye un grupo de nervaduras 90 de refuerzo verticales, dispuestas radialmente, centradas angularmente sobre cada polo 34a (figura 3). Las nervaduras 90 y una protuberancia central 91 que rodea el árbol 78 están moldeadas preferiblemente de manera continua con la capa inferior 52. La placa 34 está formada preferiblemente por una delgada lámina de un material ferroso tal como acero laminado en frío, por ejemplo, de 0,058 pulgadas de espesor, con un grupo de hendiduras radiales de extremo abierto 92 que producen los polos 34a. Las hendiduras 92 también controlan corrientes parásitas inducidas en la placa por el campo giratorio del conjunto de imanes de accionamiento 38. Dado que la placa 34 es delgada y está ranurada, puede deformarse cuando se somete a la fuerza magnética de atracción importante del conjunto de imanes de la placa accionamiento 38, por ejemplo, normalmente de aproximadamente cinco libras, y ponerse en contacto de fricción con la base de la cubeta 22b. Las nervaduras 90 y el sobremoldeo generalmente ayudan a la placa a mantener su configuración plana.
Tal como se muestra, la fuerza magnética de atracción que actúa sobre la placa de accionamiento 34 se lleva preferiblemente en un único punto de pivote central formado por un cojinete de bola semiesférico que sobresale de la superficie inferior del conjunto de accionamiento y una placa de acero inoxidable 96 montada al mismo nivel que la superficie superior de la pared de base de la cubeta 22b. Esta disposición resiste las fuerzas de imán que empujan la placa 34 hacia abajo mientras que, al mismo tiempo, facilita una rotación de baja fricción y poco desgaste del árbol 78.
Con referencia a la figura 7, en una realización alternativa de la cubeta de la batidora 122, el árbol 178 se soporta de manera giratoria por dos cojinetes de agujas separados axialmente 200a y 200b. Un separador cilíndrico 202 se interpone entre los cojinetes de agujas 200a y 200b y rodea el árbol 178. La placa de accionamiento 134 está fijada al árbol 178 a través de un tornillo 206 que presenta roscas externas para el acoplamiento con roscas internas complementarias formadas en el árbol 178. Un reborde 204 puede proporcionarse en el extremo del árbol 178 y la placa de accionamiento 134 se encierra a modo de sándwich entre el reborde 204 y una arandela 208 adyacente a la cabeza del tornillo 206. Esta disposición particular permite que el árbol 178 se soporte de manera giratoria por los cojinetes de agujas 200a y 200b y el tornillo 206 sin necesidad del cojinete de bola semiesférico que sobresale de la superficie inferior del conjunto de accionamiento y la placa de acero inoxidable 96 montada en la pared de base de la cubeta. Debería entenderse que las partes componentes de la realización de la figura 7 son similares a las previamente descritas en el presente documento, y por consiguiente, se utilizan los mismos números de referencia para designar partes similares aunque los números se aumentan incrementalmente por 100 para diferenciar las realizaciones descritas en el presente documento.
Se ha descubierto que el acoplamiento, o "tracción", entre el imán 38 y la placa de accionamiento 34 aumenta no sólo en función de la intensidad del campo magnético que actúa sobre los polos 34a y la proximidad de la separación imán - disco, sino también en función de la delgadez de la placa 34 y la anchura de las hendiduras 92. En general, cuanto más delgada sea la placa y más anchas sean las hendiduras, se producirá más tracción para un imán y separación dados. La anchura de hendidura preferida actualmente para una placa de ocho polos, de 4,425 pulgadas de diámetro es de aproximadamente 0,245 pulgadas.
El nivel de tracción deseado depende de cada aplicación. Se selecciona para acoplar de manera fiable la placa de accionamiento al imán de accionamiento cuando (i) las hélices 24 se arrancan bajo la carga de hielo picado e ingredientes líquidos de una bebida helada en la cubeta de la batidora, (ii) durante una elevación de la velocidad de funcionamiento hasta una velocidad de funcionamiento seleccionada, normalmente miles de r.p.m., y después (iii) cuando la hélice, y la masa pastosa en la cubeta y que interactúa con la hélice, se detienen. Sin embargo, la tracción también se selecciona para desconectar, y de este modo embragar automáticamente, el accionamiento 26 cuando la cubeta 22 se extrae de su posición de funcionamiento sobre la pared de base 50a bajo el canal de hielo 18, o cuando la carga supera un valor máximo preestablecido. Esta última situación puede darse, por ejemplo, cuando la bebida helada "se congela" en la cubeta, es decir, se convierte en una masa congelada sólida total o parcialmente, o cuando cae de manera involuntaria un objeto en la batidora mientras está funcionando, por ejemplo, una cuchara, una joya, o tapón de botella. Mediante el desacoplamiento, el accionamiento magnético 26 corta automática e inmediatamente la potencia a las hélices para evitar o minimizar el daño a personas(s) que se encuentran próximas a la batidora y a la propia máquina. Esta característica también evita el coste de proporcionar y mantener un embrague mecánico.
Aunque los motores CC sin escobillas se conocen por tener salidas de par motor relativamente bajas, la presente invención ha descubierto cómo superar esta deficiencia. Sin embargo, para optimizar el rendimiento del motor 28, las bobinas del estátor 30 están preferiblemente bobinadas para optimizar la salida del par motor a una velocidad de funcionamiento preseleccionada, por ejemplo, próxima a 8,000 r.p.m.
Es importante observar que el conjunto de la placa de accionamiento, principalmente un disco de metal delgado y un moldeo de plástico sobre el mismo, son ligeros y no magnéticos. Hay muy poco efecto giroscópico detectable cuando se extrae la cubeta de la batidora/picadora después del uso. Hay un momento de rotación bajo debido a las hélices y el conjunto de la placa de accionamiento. Dado que la cubeta tiene poco peso y no es magnética, es fácil de manejar.
También es bastante significativo que el accionamiento magnético 26 de la presente invención permita que la cubeta 22 se coloque en una posición de funcionamiento sobre la batidora/picadora 10 con un simple movimiento de deslizamiento lateral sobre la base de la cubeta 22b plana y lisa sobre la parte de base 50a plana y lisa. No es necesario dejar caer la cubeta verticalmente sobre un acoplamiento de accionamiento de interconexión mecánicamente, y entonces elevar verticalmente la cubeta fuera de este acoplamiento. La inserción de deslizamiento lateral y los movimientos de extracción no sólo son más convenientes, sino que también reducen el huelgo vertical necesario por encima de la cubeta. Esta disposición de introducción mediante deslizamiento también facilita la limpieza de la base de la batidora, sólo es necesario limpiar una superficie lisa. El líquido o pasta vertido puede fluir o empujarse sobre la superficie hasta un canal de desagüe 94 formado en la base en la parte trasera de la pared 50a. En el caso de un riesgo de seguridad, sobrecarga de la batidora, o cualquier situación inusual que requiera una extracción rápida de la cubeta, se retira simplemente y rápidamente de la máquina con un movimiento deslizante. Además, y bastante importante, si un operador está impaciente y extrae la cubeta antes de que el motor se haya parado por completo, un problema habitual en el uso real en un bar, el propio proceso de extracción desconecta automáticamente el accionamiento de la hélice del motor 28 (una desalineación y/o elevación de la cubeta mueve los polos 34a fuera de una relación de acoplamiento con las líneas magnéticas de fuerza producidas por el conjunto de imanes 38). En batidoras/picadoras convencionales accionadas por correas, con embrague mecánico, una extracción prematura de este tipo provoca esfuerzo y desgaste sobre el tren de accionamiento y el embrague.
Una ventaja importante adicional de este accionamiento es que dispone el motor directamente bajo la batidora, eliminando así correas o cadenas de accionamiento y poleas o ruedas dentadas, pero lo hace manteniendo al tiempo la compacticidad vertical y horizontal, tanto en términos de la altura del propio motor, de la altura vertical del acoplamiento entre el motor y la cubeta, como del huelgo vertical necesario para manipular la cubeta en y fuera del acoplamiento.
Aunque esta invención se ha descrito con respecto a su realización preferida, se entenderá que a los expertos en la técnica se les ocurrirán diversas modificaciones y variaciones. Por ejemplo, aunque esta invención se ha descrito con suministro de potencia mediante un motor CC sin escobillas, es posible lograr algunas de las ventajas de esta invención utilizando un motor CA cuyo árbol de salida esté acoplado al imán de accionamiento de la placa. Aunque se ha descrito un conjunto de imanes giratorios como el elemento que se acopla a la placa en la base de la cubeta, es posible producir un campo magnético o electromagnético giratorio utilizando un conjunto de electroimanes u otras disposiciones de imanes permanentes tal como un único imán permanente de una sola pieza configurado magnéticamente, o que actúa en combinación con materiales ferromagnéticos, para producir la serie deseada de polos magnéticos. Aunque la invención se ha descrito con referencia a una placa giratoria en la base de una cubeta de la batidora, el elemento accionado podría adoptar una amplia variedad de formas diferentes, y ni siguiera tiene que ser un vaso para contener líquidos. Aunque los imanes y la placa se han descrito con el mismo número de polos, tal como se conoce ampliamente, esto no es esencial para el funcionamiento de esta invención. Es posible una variedad de disposiciones de montaje y soporte giratorio tanto para el conjunto doble de imanes 35 como para la placa conductora accionada 34. Además, aunque se ha descrito que una placa ranurada radialmente 34 forma los polos 34a y controla las corrientes parásitas en la placa, un experto en la técnica observará fácilmente que es posible una variedad de otras disposiciones conocidas para la formación de polos y el control de corrientes parásitas. Adicionalmente también, aunque los imanes se han descrito como unidos a un disco de metal, no es necesario utilizar este disco.
Las figuras 2, 8, y 9 ilustran una aplicación adicional presentada como información de los antecedentes útil para entender la invención, concretamente, en un conjunto de picadora de hielo para proporcionar hielo picado a la batidora de la máquina batidora/picadora 10. El conjunto de picadora de hielo incluye un conjunto de accionamiento magnético y de engranajes 300 que funciona para hacer girar las cuchillas 14 para suministrar hielo picado a la cubeta de la batidora 22 a través del canal 16. El conjunto de accionamiento magnético y de engranajes 300 está acoplado a un árbol de salida 302 que está conectado en su extremo superior al grupo de cuchillas giratorias 14. El conjunto de accionamiento magnético y de engranajes 300 incluye un accionamiento magnético 304 que es análogo en estructura y funcionamiento al accionamiento magnético 26 de la batidora. La salida del accionamiento magnético se transmite a través de un conjunto de engranajes 306 al árbol de salida 302 de la picadora. El conjunto de engranajes incluye tres engranajes, concretamente, un engranaje del motor 328, un engranaje intermedio compuesto 332, y un engranaje de salida 334.
El accionamiento magnético 304 para la picadora incluye una placa de accionamiento generalmente circular 308 montada de manera giratoria sobre la carcasa del motor 309 del conjunto de la picadora de hielo y un motor CC sin escobillas 310 que incluye bobinas del estátor 312 y rotor 314. El rotor 314 incluye a su vez un doble conjunto magnético preferiblemente formado por un imán anular de rotor 316, un imán anular de accionamiento 318, y un disco 320 de un material magnetizable, preferiblemente acero laminado en frío, unido entre los imanes 316 y 318.
Los imanes anulares 316 y 318 tienen cada uno múltiples polos dispuestos circunferencialmente, dirigidos axialmente, como en el caso de los imanes anulares 36 y 38 del accionamiento magnético de la batidora descrita anteriormente. Los imanes anulares 316 y 318, por tanto, tienen polos construidos y dispuestos de una manera análoga a los imanes anulares 36 y 38 del accionamiento magnético de la batidora. Un cubo de plástico 321 llena el centro de los imanes anulares 316 y 318 para facilitar el montaje de los imanes sobre un árbol central 322. Los imanes anulares están fijados al disco 320, preferiblemente con cada polo en un imán anular superpuesto a un polo del otro imán anular con polaridad opuesta para evitar la fuerza magnética de repulsión entre los imanes 316 y 318. Una capa superior de plástico que encierra los imanes 316 y 318 y el disco 320 puede ayudar a fijar el conjunto de imanes.
El motor CC sin escobillas 310 está montado en la carcasa del motor 309 por debajo del rotor 314. El motor 310 está construido y funciona de una manera análoga al motor 28 del accionamiento magnético 26 de la batidora descrita anteriormente. Las bobinas del estátor 312 son bobinas trifásicas a las que se suministra potencia mediante un circuito de accionamiento de motor CC sin escobillas convencional para producir un campo electromagnético giratorio. El rotor 314 con el árbol 322 fijado en su centro se desliza axialmente hacia un cojinete 324. El rotor 314 gira en el cojinete 324 con huelgo en todos los lados del rotor 314. El campo magnético CC producido principalmente por el imán anular inferior del rotor 316 se dirige principalmente hacia abajo para interactuar con el campo electromagnético giratorio producido por las bobinas del estátor 30 cuando se suministra energía a las bobinas. La rotación de este campo electromagnético que interactúa con el conjunto magnético del rotor 314 produce un par motor que hace girar el rotor a una velocidad de rotación similar. El disco 320 unido entre los imanes 316 y 318 transmite este par motor al imán anular de accionamiento 318.
Como en el caso del rotor 32 del accionamiento magnético 26 de la batidora, descrita anteriormente, la posición del motor 314 puede detectarse por tres sensores de efecto Hall convencionales montados en la carcasa del motor 309. Las señales de posición proporcionan la entrada a un circuito de control y accionamiento electrónico que suministra energía a los devanados del estátor trifásicos 312 para producir un par motor de arranque, una elevación de la velocidad de rotación del rotor hasta una velocidad de funcionamiento seleccionada, una rotación mantenida a esa velocidad seleccionada bajo carga, y un par motor de frenado rápido y fiable. Como en el caso del motor 28 descrito anteriormente, el funcionamiento del motor 310 puede ser por tanto electrónico y programable. El frenado es electrónico, disipándose las corrientes de frenado inducidas en los devanados 312 en grandes resistencias o FET montados sobre sumideros de calor.
La placa de accionamiento 308 puede estar estructurada de una manera análoga a la placa de accionamiento 34 del accionamiento magnético 26 de la batidora descrita anteriormente. La placa de accionamiento 308 está fijada de manera no giratoria al extremo inferior de un árbol de accionamiento 326. El engranaje del motor 328 está fijado de manera no giratoria a un árbol de engranaje del motor 329 que a su vez está fijado al extremo superior del árbol de accionamiento 326. El engranaje del motor 328 es preferiblemente un engranaje helicoidal que tiene una pluralidad de dientes de engranaje helicoidal 350. El árbol de accionamiento 326 se ajusta axialmente en el árbol de engranaje 329 y está fijado de manera no giratoria al árbol de engranaje 329 y al engranaje 328 para permitir que el árbol de accionamiento 326 y el engranaje 328 giren al unísono. Por tanto, el par motor de rotación de la placa de accionamiento 308 puede transmitirse al engranaje 328 a través del árbol de accionamiento 326. El árbol de accionamiento 326 y el árbol de engranaje 329 del engranaje del motor 328 están soportados de manera giratoria por un par de cojinetes de soporte 330a y 330a.
El engranaje intermedio compuesto 332 está acoplado mecánicamente al engranaje del motor 328 y al engranaje de salida 334 para transmitir el par motor de rotación del engranaje del motor 328 al engranaje de salida 334. El engranaje intermedio 332 incluye una parte de engranaje superior 332a alargada, conformada cilíndricamente que tiene una pluralidad de dientes de engranaje helicoidal 352 y una parte de engranaje inferior 332b conformada generalmente como disco. La parte de engranaje inferior 332b está dotada de una pluralidad de dientes de engranaje helicoidal 354 complementariamente en tamaño y forma a los dientes de engranaje 350 del engranaje del motor 328. Los dientes de engranaje 350 del engranaje del motor 328 se engranan con los dientes de engranaje 354 de la parte de engranaje inferior 332b para transmitir movimiento de rotación y par motor desde el engranaje del motor 328 al engranaje intermedio 332. El engranaje intermedio compuesto 332 está fijado de manera no giratoria a un árbol de engranaje 356 que está soportado de manera giratoria por un par de cojinetes de soporte 333a y 333b.
El engranaje de salida 334 tiene generalmente forma cilíndrica y está fijado de manera no giratoria al árbol de salida 302 para girar con el árbol de salida 302. En particular, el engranaje de salida 334 está dispuesto axialmente sobre el árbol de salida 302 de manera que el árbol de salida está ajustado dentro de la abertura central del engranaje de salida 334. El engranaje de salida 334 está dotado de una pluralidad de dientes de engranaje helicoidal 334a complementariamente en tamaño y forma a los dientes de engranaje 352 de la parte de engranaje superior 332a del engranaje intermedio 332. Los dientes de engranaje 352 de la parte de engranaje superior 332a se engranan con los dientes de engranaje 334a del engranaje de salida 334 para transmitir movimiento de rotación y par motor desde el engranaje intermedio 332 al engranaje de salida 334. El árbol de salida 302 y el engranaje de salida 334 están soportados de manera giratoria por un par de cojinetes de soporte 336a y 336b.
El engranaje del rotor 328, el engranaje intermedio 332, y el engranaje de salida 334 son preferiblemente engranajes helicoidales, que tienen dientes de engranaje orientados helicoidalmente, construidos de material plástico de bajo peso y alta resistencia, tal como acetilo o nailon. Un experto en la técnica reconocerá, sin embargo, que pueden utilizarse otros tipos de engranaje, tales como engranajes de dientes rectos, engranajes de tornillo sin fin o combinaciones de los mismos, y otros materiales, tales como metales o materiales compuestos, en el conjunto de engranajes
306.
La relación de engranajes del conjunto de engranajes 306 de la presente invención puede ajustarse para aumentar o disminuir la velocidad de rotación y el par motor transmitido desde el árbol de accionamiento 326 del accionamiento magnético 304 al árbol de salida 302 de la picadora de hielo. Por ejemplo, la relación de engranajes del conjunto de engranajes 306 puede ajustarse para reducir la velocidad de rotación, y por tanto aumentar el par motor, transmitido desde el árbol de accionamiento 326 al árbol de salida 302. A la inversa, la velocidad de rotación transmitida por el conjunto de engranajes 306 puede aumentarse, reduciendo así el par motor transmitido, ajustando la relación de engranajes del conjunto de engranajes 306. La relación de engranajes puede ajustarse cambiando el número de dientes de engranaje, el número de de engranajes, y/o el tamaño de los engranajes del conjunto de engranajes, tal como se conoce en la técnica.
En la realización preferida de la picadora de hielo, la velocidad deseada del árbol de salida 326 de la picadora de hielo es de aproximadamente 540 r.p.m. para el funcionamiento eficaz de la picadora de hielo. El accionamiento magnético 300 que emplea un motor CC sin escobillas tal como se prefiere, normalmente genera una velocidad de funcionamiento de aproximadamente 6000 r.p.m. Por consiguiente, la relación de engranajes del conjunto de engranajes 306 es de aproximadamente 11,1:1.
Un experto en la técnica apreciará rápidamente que el conjunto de accionamiento magnético y de engranajes puede utilizarse en una amplia variedad de aplicaciones, además de la picadora de hielo descrita anteriormente, en las que se desee transmitir potencia desde una salida giratoria de un motor a un elemento accionado bajo una carga, incluyendo en otro equipo de procesamiento de alimentos tal como batidoras, mezcladoras de comida, procesadores de alimentos y licuadoras.
Adicionalmente, aunque la picadora de hielo se describe como un componente de una combinación de máquina batidora/picadora de hielo, un experto en la técnica apreciará rápidamente que la picadora de hielo puede ser una unidad autónoma, es decir, la picadora de hielo puede ser independiente de la batidora.
Además, un experto en la técnica apreciará que el tipo y el número de engranajes, el tamaño de los engranajes, y el número de dientes de engranaje del conjunto de engranajes descrito en el presente documento en conexión con la picadora de hielo de la presente invención son únicamente a modo de ejemplo. Estas características, así como otras características del conjunto de engranajes, pueden variarse para lograr las mismas, similares o diferentes relaciones de engranajes, según se desee para una aplicación específica. Por ejemplo, consideraciones de diseño, tales como limitaciones de peso y tamaño, pueden dictar el número, tipo, y tamaño de los engranajes, así como el número de dientes de engranaje, empleados para lograr la relación de engranajes deseada.
Estas y otras modificaciones y variaciones se les ocurrirán a los expertos en la técnica que hayan leído la memoria descriptiva anterior a la luz de los dibujos adjuntos.
La figura 10 es una vista en despiece ordenado en sección vertical de una realización del motor de la presente invención. Tal como se muestra en la figura 10, el motor 400 puede incluir un árbol del motor 410, un rotor 420 montado sobre el árbol del motor 410, y un estátor 430 dispuesto alrededor del árbol del motor 410. El rotor 420 puede incluir un imán de accionamiento 440, un cubo 450, y un imán del rotor 460. El estátor 430 puede incluir al menos una bobina del estátor 470 y una carcasa del estátor 480.
En una realización, el estátor 430 puede incluir al menos un sensor de efecto Hall para determinar la posición del rotor 420 según esquemas previamente descritos en el presente documento.
Tal como se muestra en la figura 10, el imán de accionamiento 440 y el imán del rotor 460 pueden incluir un primer imán anular y un segundo imán anular, respectivamente. Alternativamente, el imán de accionamiento 440 y/o el imán del rotor 460 pueden incluir múltiples imanes separados dispuestos alrededor del árbol del motor 410. Los múltiples imanes separados pueden incluir imanes de forma arqueada. En una realización, dos o más de los imanes pueden estar fijados entre sí utilizando un adhesivo. El adhesivo puede incluir un pegamento, un material de relleno convencional, u otro tipo de adhesivo. En una realización, el imán de accionamiento 440 y/o el imán del rotor 460 pueden incluir un imán construido al menos parcialmente de un material de tipo tierra rara. Por ejemplo, el imán de accionamiento 440 y/o el imán del rotor 460 pueden incluir un imán construido al menos parcialmente de neodimio. De manera potencialmente ventajosa, el uso de imanes construidos de materiales de tierras raras puede reducir un peso del motor 400, lo que puede llevar a una reducción de calor, ruido, y/o vibración durante el funcionamiento del motor 400. El imán de accionamiento 440 y/o el imán del rotor 460 pueden estar sustancialmente centrados y/o ser sustancialmente simétricos alrededor del árbol del motor 410.
Generalmente, el cubo 450 puede incluir una superficie superior del cubo 452 orientada en contra del estátor 430 y una superficie inferior del cubo 454 orientada hacia el estátor 430. El cubo 450 puede estar sustancialmente centrado y/o ser sustancialmente simétrico alrededor del árbol del motor 410. El imán de accionamiento 440 puede acoplarse a la superficie superior del cubo 452, y el imán del rotor 460 puede acoplarse a la superficie inferior del cubo 454. La superficie superior del cubo 452 puede incluir un rebaje 456 para alojar el imán de accionamiento 440. El rebaje 456 puede estar diseñado de manera que la superficie superior del cubo 452 encierre sustancialmente el imán de accionamiento 440. Alternativamente, el rebaje 456 puede estar diseñado de manera que una parte del imán de accionamiento 440 se extienda hacia arriba desde la superficie superior del cubo 452. La superficie inferior del cubo 454 puede incluir una pared lateral 458 que se extiende hacia abajo desde la superficie inferior del cubo 454, y el imán del rotor 460 puede acoplarse a la pared lateral 458. La pared lateral 458 puede incluir una superficie interior 459 orientada hacia el árbol del motor 410, y el imán del rotor 460 puede acoplarse a la superficie interior 459.
Es posible una variedad de diferentes configuraciones del rotor 420. Por ejemplo, la superficie superior del cubo 452 y/o la superficie inferior del cubo 454 pueden ser sustancialmente planas. También, la superficie superior del cubo 452 puede incluir una pared lateral que se extiende hacia arriba desde la superficie superior del cubo, y el imán de accionamiento 440 puede acoplarse a la pared lateral de una manera similar a la anteriormente descrita con respecto al imán del rotor 460. Adicionalmente, la superficie inferior del cubo 454 puede incluir un rebaje para alojar el imán del rotor 460 de una manera similar a la anteriormente descrita con respecto al imán del accionamiento 440.
El cubo 450 puede estar formado de un metal o un material magnetizable. Alternativamente, el cubo 450 puede estar formado de un material de plástico.
El imán de accionamiento 440 y el imán del rotor 460 pueden tener múltiples polos dispuestos circunferencialmente. El imán de accionamiento 440 y el imán del rotor 460 pueden disponerse de manera que sus polos estén alineados según esquemas anteriormente descritos con respecto a la figura 6 y la descripción asociada.
El imán de accionamiento 440 está acoplado magnéticamente al imán del rotor 460. El imán de accionamiento 440 y el imán del rotor 460 pueden acoplarse al cubo 450 de manera que el imán de accionamiento 440, el imán del rotor 460, y el cubo 450 giran conjuntamente alrededor del árbol del motor 410. El imán de accionamiento 440 y el imán del rotor 460 pueden acoplarse al cubo 450 utilizando una variedad de esquemas convencionales. Por ejemplo, el imán de accionamiento 440 y/o el imán del rotor 460 pueden fijarse de manera extraíble y sustituible al cubo 450 utilizando sujeciones extraíbles y sustituibles, tales como clips, clavijas, clavos, tuercas y pernos, tornillos, espigas, remaches, tacos, y/u otras sujeciones mecánicas convencionales. Alternativamente, el imán de accionamiento 440 y/o el imán del rotor 460 pueden ajustarse a presión en el cubo 450. Alternativamente también, el imán de accionamiento 440 y/o el imán del rotor 460 pueden fijarse al cubo 450 utilizando un adhesivo, una soldadura de cobre y/o una soldadura.
La figura 11 es una vista en sección vertical de la realización del motor mostrado en la figura 10, que ilustra un motor ensamblado. El imán de accionamiento 440 puede fijarse en una superficie inferior del imán de accionamiento 442 a la superficie superior del cubo 452. Opcionalmente, tal como se muestra en la figura 11, el imán de accionamiento 440 también puede fijarse en una superficie superior del imán de accionamiento 444 a la superficie superior del cubo 452. Tal como se describió anteriormente, la superficie superior del cubo 452 puede incluir un rebaje 456, y el rebaje 456 puede encerrar sustancialmente el imán de accionamiento 440. El rebaje 456 puede estar diseñado de manera que se cree un primer hueco 446 entre la extensión hacia arriba de la superficie superior del cubo 452 y la extensión hacia arriba del imán de accionamiento 440 fijado. El primer hueco 446 puede llenarse con un adhesivo para fijar adicionalmente el imán de accionamiento 440 al cubo 450 y proporciona una superficie superior del rotor sustancialmente plana 422. En una realización, el primer hueco 446 puede llenarse con un material de relleno convencional. El material de relleno puede curarse. Tras el curado, el material de relleno sobrante puede eliminarse para proporcionar una superficie superior del rotor sustancialmente plana 422. El material de relleno también puede aplicarse para llenar un segundo hueco 448 entre una extensión transversal del imán de accionamiento 440 fijado y una extensión transversal del rebaje 456. Un esquema similar puede utilizarse para generar una superficie superior del rotor sustancialmente plana 422 en realizaciones en las que una parte de imán de accionamiento 440 fijado se extiende hacia arriba más allá de la superficie superior del cubo 452. Por ejemplo, el material de relleno puede aplicarse a la superficie superior del cubo 452 para rodear la parte del imán de accionamiento 440 que se extiende hacia arriba desde la superficie superior del cubo 452.
Tal como se muestra en la figura 10, el estátor 430 puede incluir un estátor convencional 430 que tiene al menos una bobina del estátor 470. La bobina del estátor 470 puede estar dispuesta sobre la carcasa del estátor 480, y la carcasa del estátor 480 puede incluir una perforación 482 para alojar el árbol del motor 410. El estátor 430 y, en particular, la al menos una bobina del estátor 470 pueden estar sustancialmente centrados alrededor del árbol del motor 410. Generalmente, el estátor 430 puede ensamblarse utilizando esquemas similares a los anteriormente descritos con respecto a las figuras 3, 4, y 7 a 9 y la descripción asociada.
Tal como se muestra en la figura 11, el árbol del motor 410 puede soportarse mediante cojinete en la perforación 482 de la carcasa del estátor 480 y el rotor 420 puede montarse de manera giratoria sobre el árbol del motor 410 utilizando esquemas similares a los anteriormente descritos. La al menos una bobina del estátor 470 incluye una superficie exterior del estátor 472 orientada en contra del árbol del motor 410, y el imán del rotor 460 incluye una superficie interior del imán del rotor 462 orientada hacia el árbol del motor 410. Generalmente, el motor 400 está ensamblado de manera que la superficie interior del imán del rotor 462 esté orientada al menos parcialmente hacia la superficie exterior del estátor 472.
Tal como se indicó anteriormente, en una realización, el imán del rotor 460 puede incluir múltiples imanes de rotor dispuestos alrededor del árbol del motor 410. En una realización de este tipo, al menos uno de los múltiples imanes de rotor 460 puede incluir una superficie interior de imán del rotor 462 que esté orientada al menos parcialmente hacia la superficie exterior del estátor 472.
Es posible una variedad de diferentes configuraciones del motor 400. En un ejemplo que no forma parte de la invención, el imán del rotor 460 puede estar dispuesto dentro de la al menos una bobina del estátor 470. En una realización de este tipo, el imán del rotor 460 puede incluir una superficie exterior del imán del rotor orientada en contra del árbol del motor 410, y la al menos una bobina del estátor 470 puede incluir una superficie interior del estátor orientada hacia el árbol del motor 410. El motor 400 puede ensamblarse entonces de manera que la superficie interior del estátor esté orientada al menos parcialmente hacia la superficie exterior del imán del rotor.
La figura 12 es una vista en sección vertical en despiece ordenado del motor mostrado en la figura 10, que ilustra una base del motor. El motor 400 puede acoplarse a la base del motor 500 utilizando sujeciones mecánicas convencionales, por ejemplo tornillos 510, 520. Generalmente, el motor 400 puede acoplarse a los aparatos de procesamiento de alimentos y a los accionamientos magnéticos anteriormente descritos con respecto a las figuras 1 a 9 y la descripción asociada. Por ejemplo, el motor 400 puede generar un par motor para la transmisión a una placa de accionamiento en un aparato de procesamiento de alimentos. En una realización de este tipo, el imán de accionamiento 440 puede acoplarse magnéticamente a la placa de accionamiento, y puede suministrarse energía al estátor 430 para producir un campo electromagnético que interactúe con el imán del rotor 460 para hacer girar el imán del rotor 460. El imán de accionamiento 440 puede girar con el imán del rotor 460 y puede inducir un campo magnético en una dirección hacia la placa de accionamiento para transmitir el par motor desde el motor 400 a la placa de accionamiento.
Las figuras 13A y 13B son vistas de una realización alternativa del cubo del motor 400 mostrado en las figuras 10 a 12. Tal como se muestra en las figuras 13A y 13B, en una realización, el cubo 650 puede incluir múltiples canales 605 que se extienden hacia abajo desde una superficie superior del cubo 652 hacia una superficie inferior del cubo 654. Los canales 605 pueden estar formados en la superficie superior del cubo 652 según esquemas convencionales. Por ejemplo, los canales 605 pueden perforarse en la superficie superior del cubo 652. Los canales 605 pueden tener una variedad de formas diferentes y pueden estar dispuestos en una variedad de ubicaciones sobre la superficie superior del cubo 652. En una realización, el imán de accionamiento 440 puede incluir múltiples imanes separados dimensionados y conformados para disponerse en los canales 605. Los múltiples imanes separados pueden disponerse en los canales según esquemas anteriormente descritos. Tal como se indicó anteriormente, los múltiples imanes pueden estar construidos al menos parcialmente de un material de tierra rara. De manera potencialmente ventajosa, una realización de este tipo puede reducir un peso del motor 400, lo que puede llevar a una reducción de calor, ruido, y/o vibración durante el funcionamiento del motor 400.
La figura 14 es un diagrama de una realización de un sistema para controlar un motor de la presente invención. Tal como se muestra en la figura 14, el sistema 700 puede incluir una unidad de control 710, un actuador 730, un motor 740, un sensor 750, y un dispositivo de entrada/salida 760. Generalmente, la unidad de control 710 puede controlar una corriente y/o una tensión suministradas a un motor 740 basándose en una señal de entrada 762 del dispositivo de entrada/salida 760 y/o una señal del sensor 750.
Tal como se muestra en la figura 14, el motor 740 puede estar conectado a un sensor 750 que puede medir una fuerza contra-electromotriz (contra EMF) generada por el motor 740. El sensor 750 y/o la unidad de control 710 pueden determinar una velocidad y/o una posición del rotor del motor 740 basándose en la contra EMF medida. Tal como entenderán los expertos en la técnica, una velocidad del rotor puede determinarse basándose en una magnitud de la contra EMF, y una posición del rotor puede basarse en una ubicación de cruce(s) por cero de la contra EMF. El sensor 750 puede proporcionar una señal 752 que incluye la contra EMF medida y/u otros datos, tales como una posición y/o una velocidad del rotor, a la unidad de control 710.
Tal como se muestra en la figura 14, la unidad de control 710 may puede recibir una 762 desde un dispositivo de entrada/salida 760. El dispositivo de entrada/salida 760 puede incluir una interfaz para interactuar con un usuario. En una realización, el dispositivo de entrada/salida 760 puede comunicar parámetro(s) de funcionamiento del motor 740 entre la unidad de control 710 y un usuario. Por ejemplo, el dispositivo de entrada/salida 760 puede comunicar una velocidad de funcionamiento del motor 740 deseada por un usuario a la unidad de control 710. El dispositivo de entrada/salida 760 también puede comunicar una velocidad de funcionamiento real del motor 740 a un usuario.
Tal como se muestra en la figura 14, la unidad de control 710 puede proporcionar una señal de control 712 a un actuador 730. El actuador 730 puede generar una señal de actuación o accionamiento 732 para el motor 740 basándose en la señal de control 712 de la unidad de control 710. En una realización, el actuador 730 puede incluir un amplificador. Por ejemplo, el actuador 730 puede incluir un amplificador operacional inversor.
Tal como se muestra en la figura 14, el actuador 730 puede proporcionar una señal de retroalimentación 734 a la unidad de control 710. En una realización, la señal de retroalimentación 734 puede basarse en una corriente suministrada al motor 740, y la unidad de control 710 puede vigilar la señal de retroalimentación 734. La unidad de control 710 puede ajustar la corriente suministrada al motor 740 basándose en la señal de retroalimentación 734, es decir, basándose en la corriente suministrada al motor 740. En una realización, la unidad de control 710 puede estar diseñada para ajustar la corriente suministrada al motor 740 basándose en que la señal de retroalimentación 734 supera un valor predeterminado. Por ejemplo, la unidad de control 710 puede estar diseñada para reducir la corriente suministrada al motor 740 basándose en que la señal de retroalimentación 734 supera un valor predeterminado asociado al funcionamiento seguro del motor 740.
La unidad de control 710 puede incluir al menos un procesador de aplicación específica (ASP, Application-Specific Processor) familiar para los expertos en la técnica. En una realización, la unidad de control 710 puede incluir un procesador de señales digitales (DSP, Digital Signal Processor), y el DSP puede incluir al menos un conversor analógico a digital (ADC, Analog-to-Digital Converter) y/u otro(s) componente(s) operativos familiares para los expertos en la técnica.
Un funcionamiento a modo de ejemplo del sistema de control 700 puede entenderse de la siguiente manera. Basándose en datos 762 recibidos desde el dispositivo de entrada/salida 760, la unidad de control 710 puede determinar un parámetro de funcionamiento para el motor 740. Por ejemplo, la unidad de control 710 puede determinar una velocidad de funcionamiento de un rotor del motor 740. La unidad de control 710 puede proporcionar una señal de control correspondiente 712 al actuador 730, y, basándose en la señal de control 712, el actuador 730 puede proporcionar una señal de actuación 732 al motor 740 suficiente para hacer actuar el motor 740 al parámetro de funcionamiento deseado. La unidad de control 710 puede vigilar el parámetro de funcionamiento medido por el sensor 750, y puede ajustar la señal de control 712 proporcionada al actuador 730 basándose en una diferencia entre un parámetro de funcionamiento deseado y el parámetro de funcionamiento medido. La unidad de control 710 también puede vigilar la señal de retroalimentación 734 proporcionada por el actuador 730.
Generalmente, el sistema de control 700 puede controlar una corriente suministrada al motor 740 y/o a un componente asociado con el motor 740, tal como un componente anteriormente descrito en el presente documento, por ejemplo una batidora, un procesador de alimentos, y una picadora de hielo. Por ejemplo, el sistema de control 700 puede controlar una corriente suministrada a una batidora y/o a una picadora de hielo conectada a la batidora. El sistema de control 700 puede controlar una velocidad del motor 740 y/o una velocidad de un componente asociado al motor 400. El sistema de control 700 puede estar diseñado para controlar motores similares a los anteriormente descritos en el presente documento, incluyendo motores sin escobillas y motores sin escobillas trifásicos.
Aunque los aparatos de procesamiento de alimentos y los accionamientos magnéticos dados a conocer en el presente documento se han mostrado y descrito particularmente con referencia a las realizaciones a modo de ejemplo de los mismos, los expertos en la técnica entenderán que pueden realizarse diversos cambios en la forma y los detalles de los mismos sin apartarse del alcance de la invención tal como se define en las reivindicaciones. Los expertos en la técnica reconocerán o serán capaces de establecer numerosos equivalentes de las realizaciones a modo de ejemplo descritas específicamente en el presente documento sin utilizar más que la experimentación rutinaria. Tales equivalentes están previstos que entren en el alcance de la presente descripción y en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (12)

1. Aparato de procesamiento de alimentos que comprende: un árbol de accionamiento (78), un receptáculo (12; 22) para alojar alimentos para su procesamiento, incluyendo el receptáculo un elemento giratorio acoplado al árbol de accionamiento (78), un placa de accionamiento (34; 308) formada de material magnetizable, estando la placa de accionamiento (34; 308) acoplada al árbol de accionamiento para girar con el mismo, un motor situado próximo a la placa de accionamiento (34; 308), incluyendo el motor (400) un árbol del motor (410), un rotor (420) montado de manera giratoria sobre el árbol del motor (410), presentando el rotor (420) un imán del rotor (460), incluyendo el imán del rotor (460) una superficie interior del imán del rotor (462) orientada hacia el árbol del motor (410), y un estátor (430) que produce un campo electromagnético que interactúa con el imán del rotor (460) para hacer girar el imán del rotor (460), incluyendo el estátor (430) una superficie exterior del estátor orientada en contra del árbol del motor (410), en el que la superficie interior del imán del rotor (462) está orientada al menos parcialmente hacia la superficie exterior del estátor (472), y un imán de accionamiento (440) magnéticamente acoplado al imán del rotor (460) para girar con el mismo, induciendo el imán de accionamiento (440) un campo magnético en una dirección hacia la placa de accionamiento (308) para transmitir el par motor desde el motor a la placa de accionamiento (308) para efectuar el procesamiento de los alimentos con el elemento giratorio.
2. Aparato de procesamiento de alimentos según la reivindicación 1, en el que el aparato de procesamiento de alimentos incluye uno de entre una batidora, una mezcladora de alimentos, un procesador de alimentos, y una licuadora.
3. Aparato de procesamiento de alimentos según la reivindicación 2, en el que el aparato de procesamiento de alimentos incluye una batidora, el receptáculo incluye una cubeta de la batidora (122; 22), y el elemento giratorio incluye una cuchilla (14).
4. Accionamiento (26; 304) para un elemento accionado, comprendiendo el accionamiento: una placa de accionamiento (34; 308), un motor situado próximo a la placa de accionamiento (34; 308), incluyendo el motor (400) un árbol (410), un rotor montado de manera giratoria sobre el árbol (410), presentando el rotor un imán del rotor (460), incluyendo el imán del rotor (460) una superficie interior del imán del rotor (462) orientada hacia el árbol (410), y un estátor (430) que produce un campo electromagnético que interactúa con el imán del rotor (460) para hacer girar el imán del rotor (460), incluyendo el estátor (430) una superficie exterior del estátor (472) orientada en contra del árbol (410), en el que la superficie interior del imán del rotor (462) está orientada al menos parcialmente hacia la superficie exterior del estátor, y un imán de accionamiento (440) magnéticamente acoplado a la placa de accionamiento (34; 308) y magnéticamente acoplado al imán del rotor (460), transmitiendo el imán de accionamiento (440) un par motor desde el motor a la placa de accionamiento (34; 308).
5. Aparato de procesamiento de alimentos según la reivindicación 1, o accionamiento según la reivindicación 4, en el que el imán del rotor (460) incluye un imán anular (36).
6. Aparato de procesamiento de alimentos según la reivindicación 1, o accionamiento según la reivindicación 4, en el que el imán del rotor (460) incluye múltiples imanes, y al menos uno de los múltiples imanes incluye una superficie interior orientada hacia el árbol del motor (410).
7. Aparato de procesamiento de alimentos según la reivindicación 1, o accionamiento según la reivindicación 4, en el que el imán del rotor (460) y el estátor (430) están sustancialmente centrados alrededor del árbol (410).
8. Aparato de procesamiento de alimentos según la reivindicación 1, o accionamiento según la reivindicación 4, que comprende además un cubo (321; 450) formado de material de plástico montado de manera giratoria sobre el árbol (410; 322), estando el imán de accionamiento (440) y el imán del rotor (460) acoplados al cubo (321; 450).
9. Aparato de procesamiento de alimentos o accionamiento según la reivindicación 8, en el que el cubo (450) incluye una superficie superior del cubo (452) orientada en contra del estátor (430), estando el imán de accionamiento (440) acoplado a la superficie superior del cubo (452), y estando una superficie inferior del cubo (454) orientada hacia el estátor (430), estando el imán del rotor (460) acoplado a la superficie inferior del cubo (454).
10. Aparato de procesamiento de alimentos o accionamiento según la reivindicación 9, en el que la superficie superior del cubo (452) incluye un rebaje (456) para alojar el imán de accionamiento (440).
11. Aparato de procesamiento de alimentos o accionamiento según la reivindicación 9, en el que la superficie inferior del cubo (454) incluye una pared lateral inferior (458) que se extiende hacia abajo desde la superficie inferior del cubo (454), estando el imán del rotor (460) fijado a la pared lateral inferior (458).
12. Aparato de procesamiento de alimentos o accionamiento según la reivindicación 11, en el que la pared lateral inferior (458) incluye una superficie interior (459) orientada hacia el árbol del motor (410), estando el imán del rotor (460) fijado a la superficie interior (459).
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