ES2314169T3 - Motor electrico sincrono de imanes permanentes para bombas de circulacion de sistemas de calefacion y/o acondicionamiento. - Google Patents
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Abstract
Motor (1) eléctrico síncrono de imanes permanentes para bombas (2) de circulación de sistemas de calefacción y/o acondicionamiento, del tipo que comprende, dentro de una carcasa (3) de motor: un estator (4) con bobinas asociadas; un rotor (5) de imanes permanentes montado en un alojamiento (7) aislado herméticamente del estator (4); un árbol (6) realizado solidario de manera giratoria al rotor (5); y medios (8) de cojinete que soportan dicho árbol (6) y que están fijados a dicho alojamiento (7); comprendiendo uno de dichos medios (8) de cojinete: un casquillo (10) acoplado de manera giratoria por un extremo (12) del árbol (6); una pieza (15) de manguito encajada a modo de cuña en el casquillo (10) e insertada de manera fija en un extremo (16) del alojamiento (7); y una tapa (21) que tiene una primera parte (22) insertada de manera extraíble en la pieza (15) de manguito, y que tiene una segunda parte (24) encajada de manera enroscada en un asiento (25) roscado de la carcasa (3), caracterizado porque dicha pieza (15) de manguito es de naturaleza elástica y porque dicho rotor (5) de imanes permanentes está montado dentro de un tubo (17) esencialmente cilíndrico que es de sección decreciente en un extremo (19) abierto y dicha primera parte (22) de la tapa (21) está insertada de manera forzada en dicha pieza (15) de manguito para expandir dicha pieza (15) de manguito y para presionarlo herméticamente entre dicha tapa (21) y dicho extremo (19) abierto del tubo (17).
Description
Motor eléctrico síncrono de imanes permanentes
para bombas de circulación de sistemas de calefacción y/o
acondicionamiento.
La presente invención se refiere a un motor
eléctrico síncrono de imanes permanentes para bombas de circulación
de sistemas de calefacción.
Más en particular, la invención se refiere a un
motor eléctrico del tipo que comprende, en una carcasa de motor:
un estator y bobinas relevantes;
un rotor de imanes permanentes montado en un
alojamiento herméticamente aislado del estator;
un árbol solidario de manera giratoria al rotor;
y
medios de cojinete que soportan dicho árbol y
que están fijados a dicho alojamiento.
Como bien saben los expertos en la técnica, las
bombas de circulación de fluido montadas en sistemas o plantas de
calefacción se denominan habitualmente como "circuladores".
Los circuladores actuales se proporcionan casi
completamente con motores asíncronos. Los circuladores realizados
con un motor síncrono con un rotor de imanes permanentes sólo han
logrado recientemente tener éxito comercial.
Los motores síncronos más populares y económicos
comprenden sólo dos piezas polares de estator, sin embargo, en un
intento de superar los problemas de vibración, en circuladores
recientes se han usado motores síncronos de cuatro piezas
polares.
Por ejemplo, un estator de cuatro piezas polares
para un motor síncrono de un circulador se da a conocer en la
patente estadounidense 6.452.303 del mismo solicitante. También se
conoce a partir de la solicitud de patente alemana número 39 31 988
a nombre de Wilo-Werk GmbH un motor eléctrico
adecuado para una bomba de circulación.
También se conoce que el esquema estructural de
los circuladores de rotor de imanes permanentes incluye, además de
un estator que tiene un electroimán con núcleo de laminaciones y
bobinas asociadas, también un rotor ubicado en el centro entre las
piezas polares del estator.
Un árbol se extiende axialmente a través del
rotor y está soportado de manera giratoria por medios de cojinete,
estando uno de sus extremos acoplado con el elemento operativo del
circulador, específicamente un propulsor de bomba.
Además, el rotor está montado dentro de un
alojamiento herméticamente sellado, por ejemplo dentro de un tubo
de acero, que está aislado del estator, y el árbol del motor está
soportado de manera giratoria mediante cojinetes, previstos
respectivamente en el fondo del tubo y cerca del propulsor.
Una estructura de circulador del tipo anterior
se da a conocer, por ejemplo, en la patente estadounidense
6.365.998. El circulador de esa patente es bastante caro, pero no
está totalmente libre de problemas de bloqueo debido a depósitos
calcáreos o a impurezas contenidas en el fluido de trabajo y que
aparecen especialmente tras largos periodos de inactividad.
De hecho, cuando el circulador está inactivo
durante un largo periodo, normalmente en verano, su rotor puede
bloquearse en la etapa inicial, debido a los depósitos calcáreos
acumulados en el delgado hueco entre el rotor y el tubo de
retención. El problema también puede afectar a los cojinetes que
soportan el árbol del motor.
Para volver a poner el circulador en marcha, era
habitual en la práctica aplicar una ranura para destornillador
realizada en el extremo del árbol del motor opuesto al propulsor.
Mediante el uso de un destornillador en esta ranura es posible
aplicar un par de torsión que puede desbloquear el rotor y restaurar
el funcionamiento del circulador. Normalmente, en cualquier caso,
la parte trasera del circulador, donde puede alcanzarse el extremo
del árbol dotado de la ranura, está protegida por una cubierta a
modo de caja en la que están dispuestos los componentes y circuitos
de accionamiento eléctricos y/o electrónicos del motor.
La cubierta de protección debe permitir por
tanto alcanzar la ranura de desbloqueo, aun manteniendo el sellado
hidráulico con respecto a las piezas eléctricas.
\newpage
El problema es más serio cuando el tubo que
aloja el rotor está hecho de un material de plástico sintético y
los cojinetes del rotor deben estar fijados a ese tubo.
Tolerancias estrechas del conjunto
rotor-tubo requieren una alineación precisa de los
cojinetes del rotor para evitar problemas de vibración que acorten
la vida útil del circulador.
Un posible enfoque del problema sería montar los
cojinetes sobre bloques elásticos, plegables que permiten que el
rotor se autoalinee fácilmente sin comprometer su funcionamiento. Se
trata sin embargo de una solución cara e implica procedimientos de
ensamblaje del motor bastante precisos.
El problema técnico subyacente de esta invención
es proporcionar un tipo de motor eléctrico síncrono de imanes
permanentes, particularmente para bombas de circulación de sistemas
de calefacción, motor que tiene características constructivas y
funcionales apropiadas para permitir, en una realización global muy
sencilla, que uno de los cojinetes del rotor realice la doble
función de permitir que el rotor se autoalinee incluso en
condiciones operativas difíciles y permitir que la ranura en el
extremo del árbol del motor sea fácil de alcanzar en caso de un
bloqueo de la
bomba.
bomba.
Según esta invención, el problema técnico se
soluciona mediante un motor tal como se indicó anteriormente, en el
que uno de dichos medios de cojinete comprende:
un casquillo acoplado de manera giratoria por un
extremo del árbol;
una pieza de manguito encajada a modo de cuña en
el casquillo y montada de manera fija en un extremo del alojamiento;
y
una tapa que tiene una primera parte insertada
de manera extraíble en la pieza de manguito, y que tiene una
segunda parte acoplada de manera enroscada en un asiento roscado de
la carcasa del motor.
Las características y ventajas del motor de esta
invención resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción
de una realización de la misma, dada a modo de ejemplo significativo
pero no limitativo con referencia a los dibujos adjuntos.
La figura 1 es una vista en sección longitudinal
que muestra esquemáticamente un circulador equipado con un motor
según esta invención.
La figura 2 es una vista en despiece ordenado
que muestra esquemáticamente un grupo de estator dentro del motor
de la figura 1.
La figura 3 es una vista en despiece ordenado en
perspectiva que muestra esquemáticamente algunos detalles del motor
de la invención.
La figura 4 es una vista en perspectiva de un
componente específico del motor de la invención.
La figura 5 es una vista en sección longitudinal
del componente mostrado en la figura 4.
La figura 6 es una vista lateral recortada del
motor de la invención que muestra esquemáticamente una sección de
una parte en la zona de montaje del componente de la figura 4.
Las figuras 7, 8 y 9 son vistas esquemáticas, en
perspectiva, lateral y en sección longitudinal, respectivamente, de
un detalle del motor de la invención diseñado para actuar
conjuntamente con el componente mostrado en la figura 4.
Las figuras 10 y 11 son vistas esquemáticas,
frontal y lateral recortada, respectivamente, de un detalle del
motor de la invención.
La figura 12 es una vista en sección
longitudinal que muestra esquemáticamente un circulador equipado con
una segunda realización del motor de la invención.
La figura 13 es una vista en perspectiva en
despiece ordenado que muestra esquemáticamente detalles del motor
de la figura 12.
La figura 14 es una vista en perspectiva de un
componente específico del motor mostrado en la figura 12.
La figura 15 es una vista en sección
longitudinal del componente mostrado en la figura 14.
La figura 16 es una vista lateral recortada del
motor de la invención que muestra esquemáticamente una sección de
una parte en la zona de montaje del componente de la figura 14.
La figura 17 es una vista en perspectiva de una
realización modificada del detalle mostrado en la figura 10.
Con referencia a los dibujos, un motor eléctrico
síncrono de imanes permanentes se muestra de forma general con 1 de
forma esquemática, motor que está estructurado para bombas 2
centrífugas, en particular con bombas de circulación de sistemas o
plantas de calefacción y/o acondicionamiento.
Como bien saben los expertos en la técnica, el
motor 1 está estructurado para activar el elemento operativo, es
decir un propulsor 9 de la bomba 2.
El motor 1 está encerrado dentro de una carcasa
3 protectora y tiene un estator 4 con núcleo asociado de
laminaciones y bobinas de estator.
El estator 4 comprende de manera convencional
una pluralidad de laminaciones 11 metálicas, y bobinas de estator
dispuestas en una configuración transversal para formar cuatro
piezas polares.
En una realización preferida, el estator 4
comprende un cuerpo 30 monolítico de material termoplástico, cuerpo
que tiene una parte 31 central en forma de un paralelepípedo hueco
con cuatro ramas 32 que se extienden de forma transversal desde el
cuerpo 31 central, sobresaliendo cada rama de una pared respectiva
del paralelepípedo.
Las ramas 32 también son cuerpos paralelepípedos
huecos y tienen extremos libres respectivos formados con una
pestaña 33, siendo la dimensión lateral de cada pestaña 33 igual al
ancho de dicha parte 31 central. Ventajosamente, cada rama 32 sirve
como un carrete para recibir una bobina de estator respectiva sobre
la misma.
Las laminaciones 11 metálicas tienen
sustancialmente forma de E y están agrupadas en cuatro grupos 28 de
piezas polares que están asociadas a las bobinas insertando la
parte central en forma de E dentro de la cavidad de cada rama 32,
tal como se ilustra claramente por la vista en despiece ordenado de
la figura 2.
El motor 1 comprende además un rotor 5 de imanes
permanentes montado dentro de un alojamiento 7 aislado
herméticamente del estator 4.
Más en particular, el rotor 5 está montado
dentro de un tubo 17 esencialmente cilíndrico que es de sección
decreciente en un extremo 19 abierto.
El tubo 17 está insertado a través de la parte
31 hueca central que soporta las bobinas 4 de estator, y es
solidario a una parte 23 de pestaña que se superpone al estator 4
con una forma adaptada. Un árbol 6 del motor 1 es solidario al
rotor 5 y está acoplado cinéticamente con el propulsor 9 de la bomba
2, de una manera convencional.
El árbol 6 está soportado dentro del tubo 17
mediante medios 8 de cojinete previstos en extremos opuestos. Los
medios 8 de cojinete comprenden un primer casquillo 10 acoplado de
manera giratoria mediante un extremo 12 del árbol 6 próximo al
extremo 19 de sección decreciente del tubo 17.
Un segundo casquillo 13 está montado en la
conexión del tubo 17 y la parte 23 de pestaña, y está acoplado de
manera giratoria mediante una sección final del árbol 6 antes del
acoplamiento con el propulsor 9.
Respectivas juntas 27 anulares están montadas
entre cada casquillo 10, 13 y el alojamiento 7. Los casquillos 10,
13 pueden ser de grafito o material termoplástico o cerámico.
Ventajosamente en esta invención, una pieza 15
de manguito está encajada a modo de cuña en el primer casquillo 10
e insertada de manera fija en el extremo 19 de sección decreciente
del tubo 17.
El manguito 15 está hecho de material
elastomérico o termoplástico y está adaptado para resistir altas
temperaturas del fluido de trabajo de incluso más de 110ºC.
Tal como se muestra adecuadamente en la figura
4, el manguito 15 está formado con partes 16 planas internas
opuestas para el acoplamiento a modo de cuña con partes 26 planas
externas relevantes del casquillo 10. Esto hace el manguito 15
solidario al casquillo 10.
El motor 1 también incluye una tapa 21, que
tiene una primera parte 22 insertada de manera extraíble en el
manguito 15, y tiene una segunda parte 24 acoplada de manera
enroscada en un asiento 25 roscado dotado de una cubierta 18
asociada con la parte inferior de la carcasa 3. La segunda parte 24
está dotada de una ranura 34 operativa.
La primera parte 22 de la tapa 21 está insertada
de manera forzada en el maguito 15 para expandir el manguito 15 y
presionarlo herméticamente entre la tapa 21 y el extremo 19 del tubo
17.
De manera similar a la pieza 15 de manguito, la
tapa 21 es de material elastomérico o termoplástico.
Ventajosamente, la cubierta 18 tiene forma
sustancialmente de caja para sellar herméticamente bajo la misma
componentes y/o circuitos de accionamiento eléctricos del motor 1.
Asociada de manera solidaria a la cubierta 18 hay una parte 39 de
alojamiento, mostrada en la figura 17, que encierra componentes
eléctricos adicionales, tales como un condensador necesario para el
funcionamiento del motor. Esta parte 39 forma parte esencialmente
de una caja para una conexión eléctrica con la planta de la bomba
2.
La cubierta 18 puede ser, por ejemplo, del tipo
dado a conocer en la solicitud de patente italiana número
PD2001A000277 del mismo solicitante.
PD2001A000277 del mismo solicitante.
La cubierta 18 tiene una abertura 38 central que
es circular en una ranura 29 de destornillador realizada en el
extremo 12 del árbol 6 del motor.
El asiento 25 roscado está realizado dentro de
la abertura 38, siendo dicho asiento coaxial con respecto al árbol
6.
El manguito 15 tiene un borde 14 de extremo
acoplado herméticamente contra un asiento 36 anular correspondiente
que está previsto dentro del extremo del asiento 25 roscado. Por
tanto, las piezas eléctricas y electrónicas confinadas entre el
extremo inferior de la carcasa 3 y la cubierta 18 están protegidas
frente a la filtración de agua.
En una segunda realización, un motor 41 se
muestra en las figuras 12 a 17, en las que los elementos que tienen
la misma construcción y que funcionan de la misma manera que en la
realización anteriormente descrita se indican mediante los mismos
números de referencia. Dentro del motor 41 se utiliza una pieza 40
de manguito, que tiene una construcción ligeramente diferente de la
de la pieza 15 de manguito.
La junta 27 anular está formada de manera
solidaria al manguito 40, y tiene un reborde 35 herméticamente
encajado en una hendidura 37 prevista en el casquillo 10. Estos
detalles pueden verse más claramente en las figuras 13, 15 y 16.
El motor de esta invención soluciona el problema
técnico y tiene un número de características ventajosas, la primera
de las cuales es que el manguito 15 soporta uno de los cojinetes del
rotor y permite que el rotor se alinee automáticamente incluso en
condiciones de funcionamiento difíciles.
La naturaleza elástica del manguito 15 compensa
cualquier desalineación del rotor que pueda darse durante el
funcionamiento.
Al utilizar materiales termoplásticos o de
caucho, que son resistentes a altas temperaturas, el motor de la
invención puede resistir cargas de trabajo a altas temperaturas del
fluido de trabajo, incluso temperaturas superiores a 110ºC.
La tapa 21 permite inspeccionar la ranura 29 y
utilizarla para desbloquear la bomba, y al mismo tiempo la
hermeticidad hidráulica del extremo 19 abierto del tubo 17.
En esencia, a diferencia de la técnica anterior,
la hermeticidad hidráulica se consigue mediante una junta radial en
lugar de mediante compresión de una junta. Se proporciona por tanto
hermeticidad mejorada incluso con tolerancias más amplias que
conlleva el amplio uso de materiales plásticos.
Además, cuando se desenrosca, la tapa 21 se
libera gradualmente, como es habitual en las conexiones roscadas,
para ventilar gases comprimidos que puedan haberse formado o
acumulado dentro del tubo con el tiempo.
Por último, cabe observar que la hermeticidad
hidráulica efectiva se logra con respecto a los componentes
electrónicos de accionamiento del motor, alojados en la parte
posterior del circulador, porque cualquier filtración de agua desde
el extremo 12 del árbol del motor se desviaría hacia fuera por la
tapa 21.
Claims (9)
1. Motor (1) eléctrico síncrono de imanes
permanentes para bombas (2) de circulación de sistemas de
calefacción y/o acondicionamiento, del tipo que comprende, dentro
de una carcasa (3) de motor:
un estator (4) con bobinas asociadas;
un rotor (5) de imanes permanentes montado en un
alojamiento (7) aislado herméticamente del estator (4);
un árbol (6) realizado solidario de manera
giratoria al rotor (5); y
medios (8) de cojinete que soportan dicho árbol
(6) y que están fijados a dicho alojamiento (7); comprendiendo uno
de dichos medios (8) de cojinete:
un casquillo (10) acoplado de manera giratoria
por un extremo (12) del árbol (6);
una pieza (15) de manguito encajada a modo de
cuña en el casquillo (10) e insertada de manera fija en un extremo
(16) del alojamiento (7); y
una tapa (21) que tiene una primera parte (22)
insertada de manera extraíble en la pieza (15) de manguito, y que
tiene una segunda parte (24) encajada de manera enroscada en un
asiento (25) roscado de la carcasa (3), caracterizado porque
dicha pieza (15) de manguito es de naturaleza elástica y porque
dicho rotor (5) de imanes permanentes está montado dentro de un
tubo (17) esencialmente cilíndrico que es de sección decreciente en
un extremo (19) abierto y dicha primera parte (22) de la tapa (21)
está insertada de manera forzada en dicha pieza (15) de manguito
para expandir dicha pieza (15) de manguito y para presionarlo
herméticamente entre dicha tapa (21) y dicho extremo (19) abierto
del tubo (17).
2. Motor eléctrico según la reivindicación 1,
caracterizado porque comprende una junta (27) anular montada
entre el casquillo (10) y el alojamiento (7).
3. Motor eléctrico según la reivindicación 2,
caracterizado porque dicha junta (27) anular está formada de
manera solidaria a la pieza (15) de manguito y tiene un reborde
(35) encajado herméticamente con una hendidura (37) formada en el
casquillo (10).
4. Motor eléctrico según la reivindicación 1,
caracterizado porque dicho casquillo (10) es de grafito o
material termoplástico o cerámico.
5. Motor eléctrico según la reivindicación 1,
caracterizado porque dicha pieza (15) de manguito es de
material elastomérico o termoplástico.
6. Motor eléctrico según la reivindicación 1,
caracterizado porque dicha tapa (21) es de material
elastomérico o termoplástico.
7. Motor eléctrico según la reivindicación 1,
caracterizado porque dicho asiento (25) roscado está previsto
en una cubierta (18) asociada con la parte inferior de la carcasa
(3) en dicho extremo (12) del árbol (6) en relación coaxial con la
misma.
8. Motor eléctrico según la reivindicación 1,
caracterizado porque dicho extremo (12) del árbol está
formado con una ranura (30) de destornillador.
9. Motor eléctrico según la reivindicación 1,
caracterizado porque la pieza (15) de manguito tiene un borde
(14) de extremo encajado herméticamente contra un asiento (36)
anular correspondiente previsto dentro del extremo de dicho asiento
(25) roscado.
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
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