ES2607836T3 - Dispositivo y proceso para montar imanes permanentes en un rotor de motor eléctrico - Google Patents
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Abstract
Dispositivo para montar imanes en un rotor de motor eléctrico, comprendiendo dicho motor un rotor (1) compuesto por un núcleo metálico (2) recubierto por un conjunto de imanes (3), en el que dicho dispositivo comprende al menos un elemento elástico helicoidal (6) dispuesto alrededor del conjunto de imanes (3), y - el diámetro de dicho al menos un elemento elástico helicoidal (6) es menor que el diámetro exterior del conjunto de imanes (3) colocado en la superficie exterior del núcleo metálico (2); - los pasos entre los devanados de al menos un elemento elástico helicoidal (6) están distantes entre sí con el fin de mantener visibles las partes de la superficie exterior del conjunto de imanes (3).
Description
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DESCRIPCION
Dispositivo y proceso para montar imanes permanentes en un rotor de motor electrico Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a un proceso para montar imanes permanentes en un rotor de motor electrico y esta destinado, mas espedficamente, a un compresor de motor hermetico, que se ha concebido y desarrollado para proporcionar una mayor fiabilidad al conjunto, ya que es una solucion tecnica capaz de absorber, mas apropiadamente, las variaciones dimensionales de los componentes implicados y permite el uso de un motor de alta velocidad.
Antecedentes de la invencion
Como se conoce en el estado de la tecnica, los motores electricos estan constituidos en general por estatores y rotores que funcionan con elementos magneticos para producir el par motor necesario para su rotacion de funcionamiento/rotor.
Las figuras adjuntas 1.1 y 1.2 ilustran un rotor convencional 1 en el que cuatro imanes 2 estan fijados al nucleo de rotor metalico 3 por medio de una capa adhesiva, describiendose tal construccion, por ejemplo, en el documento US 6.339.274. Sin embargo, se produce que esta configuracion/montaje muestra un grave inconveniente de limitar la velocidad maxima que puede alcanzar el rotor, debido a la fuerza centnfuga, formada por la rotacion del propio rotor y por la masa de cada iman, que ejerce en ultima instancia una fuerza de traccion en la union adhesiva que, a su vez, tiene un punto de rotura determinado por el adhesivo o la resistencia del iman. Por lo tanto, si la rotacion del rotor proporciona una carga en la region de adhesion entre el iman 2 y el nucleo metalico 3 por encima del lfmite de resistencia del material en la junta, la capa adhesiva 4 o incluso el iman 2 se rompera y, por lo tanto se desprendera del nucleo metalico 3 y por lo tanto perjudicara el funcionamiento del motor, lo que puede conducir a graves danos en la seguridad del motor. Es importante mencionar que la cantidad de materia prima usada para montar el motor tiene una relacion inversa de primer orden con su rotacion. Por ejemplo, duplicar la rotacion del rotor conduce a una disminucion del 50 % de la masa de la materia prima usada para su montaje y mantener las mismas caractensticas electricas del motor. Obviamente, la rotacion maxima del motor tiene una relacion significativa con su coste y, por lo tanto, es extremadamente importante permitir el uso de motores de alta velocidad.
En un intento de resolver tal problema, se han usado las cubiertas metalicas 5 como se muestra en las figuras 2.1 y 2.2 - y se describen, por ejemplo, en el documento US 5.170.085 - que en general se fabrican de acero inoxidable no magnetico para minimizar las perdidas electricas en el motor. Por lo tanto, dichas cubiertas 5 estan acopladas al rotor 1 para cubrir los imanes 2 con el fin de aumentar la resistencia mecanica del conjunto y evitar el desprendimiento de los dos imanes 2, permitiendo de este modo que el motor funcione a alta velocidad.
Sin embargo, la principal desventaja de esta solucion es la necesidad de precision dimensional de los componentes implicados, especialmente de los imanes 2, ya que para unir la cubierta 5 alrededor del segundo conjunto de imanes 2, debe existir una diferencia de dimension entre los componentes, es decir, el diametro exterior de los imanes montados sobre un nucleo metalico y el diametro interior de la cubierta, compatible con el proceso usado para el montaje, por ejemplo calentando la cubierta y/o enfriando el conjunto de imanes y el nucleo interior o por insercion en frio. Por lo tanto, es necesario usar los componentes proporcionados mediante una produccion precisa o usar otros medios de produccion, con el fin de ajustar las dimensiones necesarias para el montaje necesario, esto aumenta consecuentemente el coste de la solucion, como se muestra en las figuras 1.1 y 1.2. La reivindicacion de que esta solucion requiere una exactitud dimensional se refiere exclusivamente a las soluciones que usan anillos solidos o no solidos. Es decir, esto se aplica a las reivindicaciones 1 a 3 del documento US 5.744.887. Para reducir la precision dimensional de los componentes, es posible disenar los componentes implicados, de manera que siempre existe un espacio entre el diametro exterior de los imanes montados sobre el nucleo metalico y el diametro interior de la cubierta, de tal manera que los huecos se llenan con algun tipo de resina. Sin embargo, esto aumenta significativamente el entrehierro del motor, reduciendo su eficiencia energetica, asf como que requiere dispositivos de montaje para garantizar la concentricidad entre los componentes, y un aumento de costes derivado de la necesidad de usar la resina. Ademas, estas cubiertas 2 se producen normalmente en placas metalicas unidas conjuntamente por extremos de soldadura, lo que genera un segmento transversal de la masa y un espesor diferenciado que eventualmente provoca dificultades para el montaje del conjunto, junto con un desequilibrio en el sistema durante el funcionamiento. Otra desventaja de usar la cubierta metalica es que incluso usando materiales no ferromagneticos con alta resistividad electrica, hay corrientes parasitas, lo que conduce a una perdida de eficiencia energetica del motor electrico.
La cubierta desvelada en el documento US 5.744.887 pretende solucionar el problema de la rigidez dimensional necesaria por el uso de las cubiertas metalicas al proponer el uso de una tira larga no metalica dispuesta sobre los imanes en la forma de devanados superpuestos, pero los devanados superpuestos incurren en una cubierta de grosor significativamente mayor que en ultima instancia compromete el funcionamiento adecuado y la eficiencia del
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motor. Ademas, esta solucion tiene tambien el inconveniente de que, aunque se minimiza, aun proporciona la corriente de parasitaria mencionada en el parrafo anterior.
El documento US 4.638.200 describe tambien un dispositivo para montar imanes permanentes en un rotor, en el que los imanes estan rodeados por un elemento elastico.
Por lo tanto, se observa que el estado actual de la tecnica carece de soluciones para montar los imanes en el nucleo del rotor metalico sin comprometerse con el mismo, la eficiencia energetica del motor, el equilibrio y la seguridad del sistema.
Objetivos de la invencion
Por lo tanto, un objetivo de esta invencion es proporcionar un dispositivo y un proceso para montar imanes permanentes en rotores de motores electricos que proporcionen un montaje apropiado de los imanes de nucleo metalico en el rotor por medio de un elemento de espesor mmimo y tambien una configuracion geometrica que reduzca las perdidas de las corrientes parasitas con el fin de maximizar la eficiencia energetica del motor y no necesitar una mayor precision dimensional entre los componentes involucrados.
Ademas, otro objetivo de la presente invencion es proporcionar un dispositivo y un proceso para montar imanes permanentes en rotores de motores electricos con una produccion e instalacion mas faciles.
Otro objetivo de la presente invencion es proporcionar un dispositivo y un proceso para montar imanes permanentes en rotores de motores electricos que puedan usarse adecuadamente sin cubrir toda la superficie de los imanes, usando de este modo menos materia prima para su produccion y reduciendo de este modo los costes involucrados.
Sumario de la invencion
Los objetivos anteriores se consiguen a traves de un dispositivo para el montaje de imanes permanentes en los rotores de motores electricos, en el que dichos motores comprenden un rotor compuesto por un nucleo metalico revestido de imanes, caracterizado por el hecho de que dicho dispositivo comprende al menos un elemento elastico helicoidal dispuesto alrededor de los imanes, donde este ultimo debe ser necesariamente adecuado para el montaje elastico en el sistema y debe ser un material de hierro no magnetico con alta resistividad electrica para no perjudicar la eficiencia electrica del motor y el diametro de dicho elemento elastico helicoidal debe ser menor que el diametro exterior del conjunto de imanes colocado en la superficie exterior del nucleo metalico, los devanados de al menos un elemento elastico helicoidal deben mantener visibles las partes de la superficie exterior del conjunto de imanes.
Preferentemente, al menos parte del elemento elastico helicoidal esta montado en los imanes por medio de su fuerza elastica, a traves del uso de un adhesivo, unos elementos de fijacion o un conformado final, de manera que funcionan junto con los imanes o con el nucleo metalico con el fin de ejercer una fuerza hacia la union de los imanes al nucleo metalico, en oposicion al efecto de la fuerza centnfuga cuando el motor esta en funcionamiento.
En el caso de usar un adhesivo para fijar el elemento elastico helicoidal a los imanes, puede aplicarse preferentemente a la superficie exterior de los imanes, aplicarse a la superficie interior del elemento elastico helicoidal, o ambas, y puede aplicarse solamente a los extremos del elemento elastico helicoidal.
La presente invencion tambien comprende un proceso para montar imanes permanentes en rotores de motores electricos, que incluye las siguientes atapas:
- construir un elemento elastico helicoidal con un diametro menor que el diametro exterior del conjunto de imanes colocado en la superficie exterior del nucleo metalico;
- expandir elasticamente el elemento elastico helicoidal;
- acoplar el elemento elastico helicoidal alrededor del conjunto de imanes para permitir que la fuerza elastica del elemento elastico helicoidal haga que este ultimo se moldee ngidamente al diametro exterior del conjunto de imanes.
Preferentemente, el proceso mencionado comprende ademas la etapa de montar el elemento elastico helicoidal con el conjunto de imanes a traves del uso de un adhesivo, unos elementos de fijacion o un conformado final del elemento elastico helicoidal.
Breve descripcion de los dibujos
La presente invencion se describira con mas detalle a continuacion basandose en los dibujos. Las figuras muestran:
las figuras 1.1 y 1.2 - son una vista y seccion en perspectiva de un rotor del estado actual de la tecnica;
las figuras 2.1 y 2.2 - muestran otra realizacion usada en el estado actual de la tecnica en la vista en perspectiva
despiezada del conjunto montado;
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la figura 3 - muestra una vista en perspectiva despiezada del dispositivo para montar los iimanes permanentes en los rotores de motores electricos de la presente invencion;
la figura 4 - muestra el dispositivo que es el objeto de la presente invencion adecuadamente acoplado a un rotor de motor electrico;
las figuras 5.1 y 5.2 - muestran dos variantes posibles para el proceso de montaje que es objeto de la presente invencion, mientras que la figura 5.1 muestra el dispositivo anclado en un recorte del nucleo magnetico, mientras que en la figura 5.2 el dispositivo de montaje esta anclado en el espacio entre los imanes, y la figura 6 - muestra otra realizacion en la que el dispositivo de montaje esta fijado al nucleo magnetico a traves de un remache.
Descripcion detallada de la invencion
La invencion se describira a continuacion en detalle basandose en los dibujos, a los que se asignaran referencias numericas para facilitar su comprension.
Inicialmente esta claro que el dispositivo para el montaje de los imanes permanentes en los rotores de motores electricos, que es objeto de la presente invencion, esta destinado principalmente al uso en un motor electrico que comprende un rotor 1 compuesto por un nucleo metalico (2) revestido de imanes (3).
Como puede verse mejor en las figuras 3 y 4, la realizacion preferida de la invencion, el dispositivo para montar los imanes permanentes en los rotores de motores electricos comprende un elemento elastico helicoidal 6 dispuesto alrededor de los imanes 3, y preferentemente el diametro del elemento elastico helicoidal 6 es, de manera significativa o no, mas pequeno que el diametro exterior del conjunto de imanes 3, que estan colocados sobre la superficie exterior del nucleo metalico 2. Ademas, los pasos entre los devanados del elemento elastico helicoidal 6 estan distantes entre sf una distancia d con el fin de mantener visibles las partes de la superficie exterior del conjunto de imanes (3).
Con la realizacion propuesta, el elemento 6 - que se ha fabricado mediante una cubierta metalica 5 en el estado de la tecnica actual - y que pretende aumentar la resistencia mecanica del montaje del conjunto de imanes 3, tiene la forma de una bobina de devanado de helice plana que puede deformarse elasticamente y “copiar” la dimension externa del rotor 1.
Para el montaje del elemento elastico 6 en los imanes 3, se abre elasticamente hasta que alcanza un diametro mayor que el rotor 2/iman 3 para a continuacion liberarse y colocarse sobre el conjunto. La elasticidad del elemento elastico 6 le proporciona la capacidad de moldearse a sf mismo al diametro exterior de los imanes 3 con una magnitud de variacion del diametro de al menos un orden de magnitud mayor que la resolucion de la pieza de cubierta 5 mostrada en las figuras 2.1 y 2.2 - es decir, la constante de devanado del elemento elastico 6 en forma de bobinas de devanado conduce a una compresion firme de sus devanados contra los imanes 3 independientemente de su variacion dimensional, eliminando de este modo los huecos restantes entre las partes que actualmente requieren llenarse con resina o materiales similares.
Por lo tanto, la tension residual en el elemento elastico 6 debida a la dimension diferencial con respecto a su estado original es suficiente para mantenerlo en su posicion y, posiblemente, suficiente para garantizar la resistencia mecanica necesaria para el funcionamiento del motor, en funcion de la rigidez de dicho elemento elastico helicoidal 6.
Debena observarse que la realizacion propuesta preferida pretende, basicamente, aumentar la resistencia de montaje de los imanes 3 a la fuerza centnfuga. Sin embargo, si se identifica un montaje mas robusto, pueden usarse las siguientes opciones de montaje:
1 - Uso de un adhesivo. Puede aplicarse adhesivo sobre la superficie exterior de los imanes 3, sobre la superficie del elemento elastico helicoidal interno 6, o sobre ambos. El adhesivo puede aplicarse sobre toda la superficie interior del elemento elastico helicoidal 6 o solo sobre los dos extremos 61 del mismo en una zona suficiente para garantizar la resistencia mecanica necesaria para el montaje de los imanes 3. Debena observarse que el proceso de aplicar el adhesivo puede ser manual, automatico o qumicamente aplicado al elemento elastico 6, un proceso similar al que se aplica en los alambres esmaltados, denominado “cementable termicamente”.
2 - Fijacion mecanica. El montaje mecanico del elemento elastico helicoidal 6 puede garantizarse por cualquier elemento de fijacion destinado a constituir unos enganches en sus extremos con una solucion mecanica constituida por tornillos, remaches o elementos similares, o incluso por una conformacion final 61 del elemento elastico 6, como una forma, por ejemplo, en forma de gancho. Lo importante es garantizar que el elemento elastico 6 este montado ngidamente en el nucleo de rotor 1. Tales alternativas constructivas se muestran en las figuras adjuntas 5.1, 5.2 y 6, y es importante destacar que estas pueden usar opcionalmente un adhesivo como un recurso auxiliar para el montaje.
La presente invencion tambien comprende un proceso para el montaje de imanes permanentes en rotores de motores electricos, que comprende las siguientes etapas:
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- construir el elemento elastico helicoidal con un diametro menor que el diametro exterior del conjunto de imanes (3) colocado sobre la superficie exterior del nucleo metalico;
- expandir elasticamente el elemento elastico helicoidal;
- acoplar el elemento elastico helicoidal alrededor del conjunto de imanes para permitir que la fuerza elastica del elemento elastico helicoidal haga que este ultimo se moldee ngidamente al diametro exterior del conjunto de imanes.
Preferentemente, dicho proceso comprende ademas la etapa de montar el elemento elastico helicoidal 6 con el conjunto de imanes 3 a traves del uso de un adhesivo, unos elementos de fijacion o un conformado final 61 del elemento elastico helicoidal 6.
Es digno de atencion que aunque se han mostrado las realizaciones preferidas para el montaje en la presente invencion, se entiende que puede hacerse cualquier omision, sustitucion y alteracion constructiva por un experto en la materia sin alejarse del esprntu y el alcance de la proteccion reclamada. Tambien se indica expresamente que todas las combinaciones de aquellos elementos que realizan sustancialmente la misma funcion de la misma manera para conseguir los mismos resultados estan dentro del alcance de la invencion. Las sustituciones de elementos de un tipo descrito por otros tambien estan completamente pensadas y contempladas.
Claims (10)
- 5101520253035404550REIVINDICACIONES1. Dispositivo para montar iimanes en un rotor de motor electrico, comprendiendo dicho motor un rotor (1) compuesto por un nucleo metalico (2) recubierto por un conjunto de manes (3),en el que dicho dispositivo comprende al menos un elemento elastico helicoidal (6) dispuesto alrededor del conjunto de manes (3), y- el diametro de dicho al menos un elemento elastico helicoidal (6) es menor que el diametro exterior del conjunto de imanes (3) colocado en la superficie exterior del nucleo metalico (2);- los pasos entre los devanados de al menos un elemento elastico helicoidal (6) estan distantes entre sf con el fin de mantener visibles las partes de la superficie exterior del conjunto de imanes (3).
- 2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 1, CARACTERIZADO por el hecho de que al menos un elemento elastico helicoidal (6) se fija al conjunto de imanes (3) a traves de su fuerza elastica.
- 3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 1, CARACTERIZADO por el hecho de que al menos un elemento elastico helicoidal (6) se fija al conjunto de imanes (3) a traves del uso de un material adhesivo.
- 4. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 3, CARACTERIZADO por el hecho de que al menos el material adhesivo para el montaje entre al menos un elemento elastico helicoidal (6) y el conjunto de imanes (3) se aplica sobre la superficie exterior del conjunto de imanes (3).
- 5. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 3, CARACTERIZADO por el hecho de que el material adhesivo para el montaje entre al menos un elemento elastico helicoidal (6) y el conjunto de imanes (3) se aplica sobre la superficie interior de al menos un elemento elastico helicoidal (6).
- 6. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 3, CARACTERIZADO por el hecho de que el material adhesivo para el montaje entre al menos un elemento elastico helicoidal (6) y el conjunto de imanes (3) se aplica a los extremos (61) de al menos un elemento elastico helicoidal (6).
- 7. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 1, CARACTERIZADO por el hecho de que al menos un elemento elastico helicoidal (6) se fija al conjunto de imanes (3) por medio de unos elementos de fijacion.
- 8. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 1, CARACTERIZADO por el hecho de que al menos un elemento elastico helicoidal (6) se fija al conjunto de imanes (3) mediante un conformado final (61) de manera que funcionan conjuntamente con el conjunto de imanes (3) o el nucleo metalico (2).
- 9. Proceso para el montaje de imanes en un rotor de motor electrico, comprendiendo dicho motor un rotor (1) compuesto por un nucleo metalico (2) revestido por un conjunto de imanes (3), CARACTERIZADO por el hecho de que dicho proceso comprende las siguientes etapas:- construir un elemento elastico helicoidal (6) con un diametro menor que el diametro exterior del conjunto de imanes (3) colocado en la superficie exterior del nucleo metalico (2);- extender elasticamente el elemento elastico helicoidal (6);- acoplar el elemento elastico helicoidal (6) alrededor del conjunto del conjunto de imanes (3) para permitir que la fuerza elastica del elemento elastico helicoidal (6) haga que este ultimo se moldee ngidamente al diametro exterior del conjunto de imanes (3).
- 10. Proceso de acuerdo con la reivindicacion 9, CARACTERIZADO por el hecho de que comprende ademas la etapa de montar el elemento elastico helicoidal (6) en el conjunto de imanes (3) mediante un adhesivo, unos elementos de fijacion o un conformado final (61) del elemento elastico helicoidal (6).
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