ES2883248T3 - Motor de eje lineal - Google Patents

Abstract

Motor (1) de eje lineal que comprende un patín (10) y un eje (30) magnético tubular para realizar el movimiento relativo uno con relación al otro, mientras que el patín (10) comprende una carcasa (101) de motor de forma cuboidal oblonga y un circuito de refrigeración por fluido integrado, y mientras que la carcasa (101) del motor comprende un orificio (180) central longitudinal en el que está situada una hilera de bobinas y a través del cual se recibe el eje, la carcasa (101) del motor comprende además al menos dos orificios (161, 162, 163, 164, 165, 166, 167, 168) de refrigeración longitudinales que forman parte del circuito de refrigeración por fluido integrado, estando dichos al menos dos orificios (161-168) de refrigeración longitudinales distribuidos de manera simétrica en el lado izquierdo y el lado derecho del orificio (180) central y paralelos al mismo en el que la carcasa (101) del motor tiene una sección transversal rectangular con las superficies más anchas formando la superficie (106) inferior y la superficie (105) superior de la carcasa (101) del motor y con las superficies más estrechas formando las superficies laterales de la carcasa (101) del motor, y dichos al menos dos orificios (161-168) de refrigeración longitudinales están distribuidos además en el interior de la carcasa (101) del motor de manera que el eje (15) central de cualquiera de los orificios (161-168) de refrigeración longitudinales se encuentre debajo de la parte (20) más superior del orificio (180) central y encima de la parte (25) más inferior del orificio (180) central, el patín (10) comprende una primera brida (202) en un extremo de la carcasa (101) del motor y una segunda brida (203) en el otro extremo de la carcasa (101) del motor, mientras que al menos una de dichas bridas (202, 203) comprende una sección del circuito de refrigeración por fluido integrado, y una de dichas bridas (202, 203) comprende al menos un orificio (264, 268) de interconexión conectado, y dispuesto transversalmente con respecto, a los al menos dos orificios (161-168) de refrigeración longitudinales de la carcasa (101) del motor.

Description

DESCRIPCIÓN

Motor de eje lineal

Campo de la Invención

La invención se refiere, en general, a un motor de eje lineal y, más específicamente, a un motor de eje lineal refrigerado por líquido para su uso con máquinas herramienta de alta precisión.

Antecedentes de la Invención

Los motores lineales (Linear Motors, LM) se usan con máquinas herramienta desde hace muchos años, en particular, con fresadoras, donde la alta aceleración y velocidad conseguidas, y el hecho de que no se necesita mantenimiento, son una gran ventaja para el proceso en comparación con sistemas convencionales en los que el movimiento rotatorio se convierte en un movimiento lineal mediante un husillo de bolas. Los LMs se han propuesto también para su uso con máquinas de electroerosión (Electric Discharge Machines, EDM) desde hace más de 30 años (véase el documento JP63002626A). Las máquinas de electroerosión de Sodick están equipadas con sistemas de accionamiento de motor lineal desde 1999, solo unos años después de la introducción de las fresadoras.

Un problema principal de los motores lineales planos y una de las razones por las que no han reemplazado a los sistemas convencionales es la elevada fuerza de atracción magnética entre el núcleo de hierro de la parte primaria y los imanes permanentes (secundarios), que debe ser absorbida por un diseño adecuado. de la estructura de la máquina. Esta fuerza puede neutralizarse mediante una constitución simétrica del propio motor, tal como con el motor lineal de tipo canal en U, o mediante una colocación simétrica de los motores en el interior de la máquina.

Más recientemente, se ha introducido otro tipo de motor lineal bien conocido como un actuador para máquinas herramienta: el motor de eje lineal (al que se hace referencia, en adelante, como LSM (Linear Shaft Motor)). En comparación con otros tipos de motores lineales, los LSM tienen una serie de ventajas que los convierten en una solución muy atractiva para el accionamiento de ejes en determinadas máquinas. En particular, la constitución simétrica conduce intrínsecamente a fuerzas equilibradas. De esta manera, los componentes estructurales de la máquina se cargan esencialmente en la dirección axial deseada (dirección de empuje), como las transmisiones de husillo de bolas tradicionales, y no es necesario que los componentes estructurales sean tan rígidos como para los LMs planos.

El eje consiste principalmente en una hilera de imanes permanentes que producen un fuerte campo magnético. Con la constitución cilíndrica del eje, puede usarse toda la superficie cilíndrica de los imanes para producir empuje. Un posible diseño del eje se muestra en la patente US 6.040.642 de GMC Co. Ltd. Los LSM sin núcleo de hierro proporcionan un control de velocidad y de posición muy suave, y son muy eficientes desde el punto de vista energético.

El LSM está premontado, de manera que el montaje en la máquina es comparativamente fácil. Además, la constitución simétrica compacta del motor de eje lineal es beneficiosa para su integración con máquinas herramienta; el motor está montado en una estrecha relación al componente de máquina respectivo, consiguiente una excelente rigidez en la transmisión de fuerzas. Sin embargo, debido a que el LSM está vinculado directamente al componente de máquina respectivo, en el núcleo de la estructura de la máquina, el calor producido en el forzador del motor debe evacuarse lo mejor posible para evitar el alargamiento y la deformación de la estructura de la máquina y, por consiguiente, una pérdida de precisión.

La potencia de calentamiento debida a las pérdidas óhmicas en los devanados de cobre es proporcional a I2 x R. En un funcionamiento normal, el calor generado continuamente por cada LSM en el intervalo considerado en la presente memoria es del orden de varios cientos de vatios. Cabe señalar que el funcionamiento normal es una condición cuasipermanente. Generalmente, una máquina herramienta CNC comprende al menos tres motores de eje, mientras que una máquina de electroerosión por hilo comprende típicamente dos pares de ejes horizontales y un quinto eje vertical que emplea un accionamiento giratorio. No hace falta decir que debe evitarse o al menos limitarse la inmisión de calor en el núcleo de la estructura de la máquina. Con los requisitos de precisión cada vez más exigentes de las máquinas herramienta, la inmisión de calor debe interceptarse en la fuente.

El documento de patente WO2010049969 de Mitsubishi se refiere a un motor de eje lineal equipado con un sistema de refrigeración por líquido que comprende una placa de refrigeración (soporte 14 de la bobina del motor) entre la carcasa del motor y el cuerpo de la máquina y dos placas de refrigeración laterales. Sin embargo, este concepto de refrigeración no protege de manera eficaz el cuerpo de la máquina, ya que no se evita una transferencia de calor a la superficie de fijación. Además, la inserción de dichas placas alrededor y especialmente por encima del cuerpo del motor incrementa el tamaño del patín y el volumen requerido en el interior de la máquina herramienta.

En 2012, la empresa Mitsubishi lanzó una nueva serie de WEDM (serie MV) que usa motores de eje lineal. En este caso, el problema de la evacuación de calor se ha resuelto esencialmente colocando algunas placas de refrigeración alrededor del LSM. Por supuesto, la altura del LSM con las placas de refrigeración aumenta significativamente.

El documento de patente US 6.323.567 de Nikon se refiere a un sistema de circulación para refrigerar el conjunto de bobinas del motor lineal de tipo eje, mediante el cual la superficie exterior del motor se mantiene a una temperatura establecida durante el funcionamiento. La carcasa de la bobina se usa para soportar el conjunto de bobinas y para proporcionar un paso de fluido para refrigerar el conjunto de bobinas. Los pasos de fluido están distribuidos alrededor de las bobinas. La carcasa de las bobinas comprende una sección de extremo en cada extremo, con entradas/salidas de fluido en la parte superior de estas secciones de extremo. El tamaño total del motor lineal de eje de Nikon aumenta sustancialmente para encajar el circuito de refrigeración en la carcasa de las bobinas.

El documento de patente WO2016025975 de Anca se refiere a un motor lineal, que incluye un impulsor que tiene un cuerpo cilíndrico con las bobinas en el interior de dicho cuerpo cilíndrico. El patín tiene una brida en un extremo, mediante la cual el motor lineal se fija de manera segura y fácil en el componente de máquina respectivo. Se forma un espacio sustancialmente refrigerante entre el cuerpo cilíndrico y la carcasa del impulsor. Dicho diseño requiere un espacio considerable entre las partes móviles.

Los circuitos de refrigeración indicados anteriormente son eficaces, sin embargo, existe una importante limitación en el sentido de que la sección transversal del motor se aumenta sustancialmente en todas las direcciones. De hecho, los circuitos de refrigeración generalmente consisten en una envoltura que se coloca alrededor de la fuente de calor. El tamaño del motor aumenta, lo que en ciertos casos representa una limitación inaceptable en el diseño de la máquina.

El modelo de utilidad TWM505992U de Excetek mostrado en la Figura 1 describe un WEDM que usa motores de eje lineal. En este caso, el asunto principal es la implementación de las buenas prácticas de la ingeniería mecánica. En este caso, el patín del LSM se monta de manera fija en un componente estructural de la máquina mediante su superficie superior. Una cosa que es visible en este caso es que la altura del patín es relevante para su integración entre las partes de la máquina.

De esta manera, existe una necesidad de un LSM optimizado para aplicaciones de alta precisión, que tenga un menor tamaño y, en particular, una menor altura, pero con un rendimiento excelente y una refrigeración eficiente. Para obtener el máximo provecho de los puntos fuertes de un LSM en vista de la mejor precisión de la máquina herramienta en la que se usa el LSM, es necesario proporcionar un diseño optimizado integralmente.

El documento WO 2009/025162 Al se refiere a un inducido de motor lineal cilíndrico y a un motor lineal cilíndrico, que pueden reducir una variación en el empuje a un valor mínimo y un aumento de la temperatura del inducido, que tienen una excelente propiedad de montaje. El motor lineal puede obtener una característica de motor preferible. Varios tubos de refrigeración están dispuestos en un bastidor de aluminio y se introduce aire o agua, aceite o un refrigerante de aislamiento, tal como florinat, en los tubos para recoger el calor generado en una bobina de inducido, reduciendo de esta manera la transferencia de calor a una carga a través de una mesa y transferencia de calor a un campo magnético a través de un espacio de aire. El documento JP2002354780A se refiere a un motor de eje lineal que comprende un patín y un eje magnético tubular para realizar un movimiento relativo uno con respecto al otro, mientras que el patín comprende una carcasa de motor con forma cuboidal oblonga y un circuito de refrigeración por fluido integrado.

Sumario de la Invención

La presente invención está definida por la reivindicación 1 independiente adjunta.

Un primer aspecto de la presente invención se refiere a un motor de eje lineal con un patín que tiene una refrigeración por fluido integrada diseñada para conseguir una altura mínima de la construcción de patín.

En particular, el motor de eje lineal según la presente invención comprende un eje magnético tubular y un patín, comprendiendo el patín una carcasa de motor monolítica oblonga, principalmente cuboidal, que tiene una sección transversal rectangular y una altura Hh de construcción baja, es decir, una sección transversal de bajo perfil. El patín comprende además un circuito de refrigeración por fluido integrado. La carcasa del motor tiene un orificio central longitudinal en el que hay situada una hilera de bobinas. La carcasa del motor comprende al menos dos orificios de refrigeración longitudinales que forman parte del circuito de refrigeración por fluido integrado. Los orificios de refrigeración longitudinales están distribuidos simétricamente en el lado izquierdo y derecho del orificio central y son paralelos al mismo, y el eje central de cualquier orificio de refrigeración longitudinal se encuentra debajo de la parte más superior del orificio central y por encima de la parte más inferior del orificio central, o ambas cosas. En particular, los orificios de refrigeración longitudinales no están situados justo encima ni debajo del eje del orificio central, ni en las proximidades de esa posición.

De esta manera, la altura (Hh) de construcción de la carcasa del motor con forma cuboidal viene determinada esencialmente por el tamaño de las bobinas y no por la posición de los orificios de refrigeración longitudinales. Con esto, se consigue una altura de construcción mínima de la carcasa del motor y, por lo tanto, una altura de construcción mínima de todo el patín.

Un segundo aspecto de la invención se refiere a un motor de eje lineal, con un patín que tiene un circuito de refrigeración por fluido integrado, comprendiendo el patín una carcasa del motor que comprende al menos dos orificios de refrigeración longitudinales y dos bridas que comprenden una serie de orificios de interconexión mediante los cuales se conectan entre sí los orificios de refrigeración longitudinales de la carcasa del motor. De esta manera, toda la longitud de la carcasa del motor se usa para la transferencia de calor y se reduce el número de operaciones de mecanizado en la carcasa del motor.

Un tercer aspecto opcional de la presente invención se refiere al patín del motor de eje lineal, que está montado en un componente estructural de la máquina herramienta en una superficie superior o inferior de la carcasa del motor con forma cuboidal. La carcasa del motor comprende un canal rebajado oblongo en la superficie superior y/o en la superficie inferior, justo encima o debajo del eje del orificio central. Además, puede incluirse un acolchado aislante montado entre dicha carcasa de motor y el componente estructural.

De esta manera, la transferencia de calor desde el patín al componente estructural de la máquina se reduce en gran medida al menos en el área justo encima o debajo del eje del orificio central, que comprende las bobinas.

Un cuarto aspecto opcional de la presente invención se refiere a un motor de eje lineal que tiene un eje magnético con una altura reducida de la sección transversal, mediante el cual se reduce la altura de construcción del patín, un eje magnético convencional que tiene una sección transversal circular. Dicho eje magnético modificado tiene una sección transversal simétrica, y puede tener una sección transversal elíptica, o una sección transversal circular con dos secciones aplanadas, o dos secciones transversales generadas por dos semicírculos unidos por líneas rectas. Las bobinas se enrollan de manera que tengan esencialmente la misma sección transversal mientras se mantiene el espacio de aire. De esta manera, la altura Hh de construcción del patín se reduce mientras se mantienen las ventajas del LSM.

Otros aspectos, características ventajosas y realizaciones se explican en la descripción adicional.

Descripción de los dibujos

A continuación, la presente invención se describirá, solo a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

Las figuras muestran lo siguiente:

La Figura 1 un WEDM según TWM505992U con LSMs

La Figura 2 los componentes principales de un LSM

La Figura 3 un patín de un LSM según la invención

La Figura 4 la carcasa del motor

Las Figuras 5 y 6 secciones transversales de la carcasa del motor

La Figura 7 una vista de una brida del patín

La Figura 8 una representación isométrica parcial de una brida

Las Figuras 9 y 14 diversas representaciones isométricas de un LSM según la invención que incluye elementos adicionales para la separación térmica del patín y de la estructura de la máquina

La Figura 15 una vista de una carcasa de motor con un detalle de su orificio central

La Figura 16 una representación isométrica de un LSM con un detalle de su circuito de refrigeración por fluido La Figura 17 una representación isométrica parcial de una brida

La Figura 18 una vista lateral de un LSM que incluye un sistema de medición lineal integrado

La Figura 1 es una vista lateral de una máquina de electroerosión por hilo del estado de la técnica tal como se ilustra en el documento TWM505992U, que tiene un denominado lecho en T. El número de referencia 5 es un motor de eje lineal para el eje X. Los números 51 y 52 son, respectivamente, el patín y el eje magnético del eje X. El número de referencia 6 es un motor de eje lineal para el eje Y. El número 62 es el eje magnético del eje Y. En el caso ilustrado, el eje magnético de los ejes X e Y están fijados al lecho por medio de soportes de eje, mientras que el patín está fijado a una parte móvil de la máquina. El espacio disponible, por ejemplo, entre la mesa y el lecho, es limitado. El lecho está conformado de manera correspondiente. Existe también el mismo problema con otros diseños de ejes y también con otras máquinas herramienta.

La Figura 2 es una representación isométrica simplificada de un LSM 1 con sus componentes principales, es decir: un patín 10 (a veces denominado: impulsor o forzador), un eje 30 magnético, un par de soportes 41 y 42 de eje. El patín y el eje magnético tubular realizan el movimiento relativo uno con respecto al otro; ambas partes pueden constituir la parte estacionaria o la parte móvil.

La Figura 3 es una representación isométrica del patín 10 de un LSM según la invención. Los componentes representados del patín son: una carcasa 101 de motor, una primera brida 202 y una segunda brida 203, y dos conexiones por presión de tubo acodado 551 (entrada) y 552 (salida). Las bridas 202, 203 se montan en la carcasa del motor mediante 4 tornillos. El patín 10 comprende, además las bobinas incluidas en resina (no mostradas) y uno o más conectores eléctricos (no mostrados) que están montados en el orificio 182 de montaje de conector en el lateral del patín. Las bridas 202 y 203 tienen un orificio central que es ligeramente más grande que el eje 30 magnético.

La Figura 4 es una representación isométrica de la carcasa 101 del motor. La carcasa 101 del motor es monolítica, oblonga, con forma principalmente cuboidal, y tiene una altura Hh de construcción baja. La carcasa del motor tiene un orificio 180 central en el que se alojan las bobinas de forma cilíndrica, sustancialmente huecas, y un canal 181 para cable, oblongo y preferiblemente redondeado, a través del cual se enrutan los extremos de las bobinas a los terminales de las conexiones eléctricas.

La carcasa del motor tiene una sección transversal rectangular de baja altura, por ejemplo, de 70 mm x 110 mm.

La altura Hh viene determinada esencialmente por el diámetro exterior de las bobinas. El espesor de material residual en la región justo encima y debajo del orificio 180 central es sólo de unos pocos milímetros, típicamente de 2-6 mm. La longitud de la carcasa del motor viene determinada por el número de bobinas.

La carcasa del motor representada en este caso tiene ocho orificios de refrigeración distribuidos longitudinales, que están distribuidos de manera simétrica, en el lado 161, 162, 167, 168 izquierdo y en el lado 163, 164, 165, 166 derecho del orificio central, y paralelos al mismo, y de manera que estos orificios de refrigeración longitudinales no determinen ni aumenten sustancialmente. la altura total de la carcasa del motor. Esto se consigue colocando los orificios de refrigeración longitudinales de manera que cualquier eje central de dichos orificios de refrigeración longitudinales se encuentre por debajo de la parte más superior del orificio central y/o por encima de la parte más inferior del orificio central. En otras palabras, los orificios 162, 163 de refrigeración longitudinales no pueden estar situados más arriba que el orificio 180 central, y los orificios 166, 167 de refrigeración no pueden estar situados más abajo que el orificio 180 central.

La entrada 151 del circuito de refrigeración está conectada con el orificio 161 y la salida 152 está conectada con el orificio 168. Además, una serie de orificios de interconexión conectan entre sí estos orificios de refrigeración longitudinales para formar un circuito de refrigeración, tal como se ilustra en las Figuras 5 y 6:

• El orificio 171 ciego horizontal conecta el orificio 161 con el orificio 162.

• El orificio 172 ciego horizontal conecta el orificio 163 con el orificio 164.

• El orificio 173 ciego vertical conecta el orificio 164 con el orificio 165.

• El orificio 174 ciego horizontal conecta el orificio 165 con el orificio 166.

• El orificio 175 ciego horizontal conecta el orificio 167 con el orificio 168.

La Figura 5 es una sección transversal de la carcasa 101 del motor, a través de la entrada 151, la salida 152 y el orificio 173 de interconexión vertical. El orificio 173 de interconexión está cerrado mediante una clavija 183 roscada. El ejemplo ilustrado comprende ocho orificios de refrigeración longitudinales que tienen una sección transversal circular, sin embargo, puede comprender dos o más orificios de refrigeración longitudinales, y la forma podría no ser circular, para promover la evacuación de calor desde la región encima y debajo del orificio 180 central.

En una realización alternativa, la entrada 151, la salida 152 y el orificio 173 de interconexión vertical están integrados en la brida 202 (véase la Figura 16).

La realización alternativa ilustrada en la Figura 16 comprende una brida 202 modificada, tal como se ha explicado anteriormente en la presente memoria, mientras que la brida 202 modificada comprende además una parte que sobresale hacia el lateral, teniendo dicha parte sobresaliente una entrada y salida de circuito de refrigeración por fluido integrada paralela al orificio 180 central. De esta manera, pueden usarse conexiones 553, 554 por presión de tubo recto en lugar de las conexiones por presión de tubo acodado.

En una realización minimalista, una o ambas bridas, respectivamente la parte del circuito de refrigeración por fluido integrada en dichas bridas puede reemplazarse por accesorios de conexión montados en correspondencia con cada orificio de refrigeración longitudinal y tubos para conectar estos orificios para formar el circuito de refrigeración por fluido.

La Figura 6 es una sección transversal de la carcasa 101 del motor, a través de los orificios 171, 172, 174 y 175 de interconexión. Estos orificios de interconexión horizontales están también cerrados por medio de clavijas roscadas (no mostradas).

En una realización alternativa, tal como se ilustra en la Figura 17, los orificios 171, 172, 174 y 175 de interconexión pueden ser reemplazados por orificios o aberturas 222 de interconexión equivalentes integrados en la brida 203, teniendo las aberturas 222 una forma con forma de ranura y conectando dos o eventualmente más orificios de refrigeración longitudinales.

En una combinación de ciertas realizaciones alternativas descritas en los párrafos anteriores, todas las interconexiones y los puertos de entrada y salida pueden estar situados en las bridas 202 y 203, de manera que se minimice el número de operaciones de mecanizado a ser ejecutadas con la carcasa 101 del motor después (típicamente) de un procedimiento de extrusión. En dicha combinación, la refrigeración se mejora abarcando toda la longitud de la carcasa 101 del motor y las bridas 202 y 203 con el circuito de refrigeración por fluido.

La Figura 7 representa algunos detalles de la brida 202, en particular:

- dos orificios 262, 263 ciegos que coinciden con los orificios 162, 163 de refrigeración longitudinales en la carcasa 101 del motor, y

- dos orificios 266, 267 ciegos que coinciden con los orificios 166, 167 de refrigeración longitudinales en la carcasa 101 del motor, y

- un orificio 264 transversal que conecta el orificio 262 con el orificio 263, y

- un orificio 268 transversal que conecta el orificio 266 con el orificio 267.

Los orificios 264 y 268 transversales están cerrados por medio de clavijas 294, 298 roscadas.

Los orificios 162, 163, 166, 167 de refrigeración longitudinales de la carcasa 101 del motor tienen unas continuaciones 262, 263, 266, 267 correspondientes en la brida 202; dichas continuaciones están conectadas por los orificios 264, 268 transversales, tal como se muestra en la figura de la al menos una brida que forma un paso continuo del circuito de refrigeración por fluido integrado.

Preferiblemente, la carcasa del motor está realizada en aluminio, que es un excelente conductor de calor. El perfil de la carcasa del motor se obtiene preferiblemente mediante extrusión. Preferiblemente, una o más características interiores y/o exteriores del perfil se obtienen mediante extrusión, tales como el orificio 180 central, el canal 181 para cable, los orificios 161-168 de refrigeración longitudinales y/o un canal rebajado oblongo en la superficie exterior de la carcasa (mostrada en la Figura 9). La sección transversal de los orificios de refrigeración longitudinales es generalmente circular, sin embargo, puede optimizarse para seguir la geometría del orificio central, de manera que se mejore el flujo de calor al circuito de refrigeración.

Las bridas 202 y 203 están realizadas en un material eléctricamente aislante, preferiblemente un polímero sintético, por ejemplo, POM, o un material compuesto, por ejemplo, una tela de vidrio epoxi. Las bridas se fabrican preferiblemente mediante uno o más de los siguientes procedimientos: moldeo por inyección, fresado, perforación o fabricación aditiva.

La Figura 8 es una representación isométrica semitransparente del paso de fluido creado en el interior de la brida 202 por medio de los orificios 264, 268 de conexión indicados anteriormente. Aquí, puede observarse que la interconexión entre los orificios 162, 167 de refrigeración longitudinales en el lado izquierdo y los orificios 163, 166 de refrigeración longitudinales en el lado derecho de la carcasa 101 del motor se realizan en el interior de la brida 202. A partir de las Figuras 7 y 8, es evidente que la integración de estos orificios de interconexión transversales no puede realizarse en el interior de una carcasa de motor que tiene una sección transversal de perfil bajo, tal como especifica la presente invención, ya que interferirían con las bobinas. Por tanto, los dos lados de la carcasa del motor están interconectados por medio de orificios de interconexión dispuestos esencialmente transversales con respecto a los orificios de refrigeración longitudinales de la carcasa del motor, estando dichos orificios de interconexión situados en una de las bridas.

La invención se implementa con un motor de eje tubular que tiene un eje magnético, por ejemplo, un motor síncrono lineal sin núcleo de hierro. En este tipo de motor, el calor se genera en los devanados de cobre de las bobinas, debido a las pérdidas resistivas. La invención es aplicable también a otros motores de eje tubular, tales como motores con núcleo de hierro, en los que el calor se genera también en el núcleo de hierro debido a las corrientes parásitas. Las bobinas se posicionan en una hilera en un orificio central de la carcasa del motor y se fijan mediante resina epoxi. Las bobinas deben estar tan cerca como sea posible de los imanes permanentes del eje para obtener la mejor eficiencia en términos de empuje. Debido a que la disposición del eje magnético y las bobinas es más o menos inalterable, las demás características del patín deben disponerse alrededor de estas partes de núcleo. Un circuito de refrigeración debe colocarse tan cerca como sea posible de la fuente de calor, pero no debe interferir con los devanados. La integración de un circuito de refrigeración alrededor del orificio central aumentaría sustancialmente la altura de la construcción de la carcasa del motor. Por el contrario, el circuito de refrigeración según la invención proporciona una refrigeración eficaz mientras mantiene una construcción compacta.

Durante el funcionamiento, las bobinas pueden alcanzar una temperatura de aproximadamente 80°C, pero la temperatura máxima puede ser mucho más alta. Al refrigerar de manera continua la carcasa de motor del LMS, pueden suministrarse corrientes más altas, proporcionando mucho más empuje. Para mantener la precisión deseada, la diferencia de temperatura del fluido refrigerante entre la entrada y la salida debería estar limitada, preferiblemente a menos de 1 °C. Esto significa que la circulación de fluido debe ser considerable.

En el caso de máquinas EDM, el fluido dieléctrico, es decir, el fluido de procesamiento puede usarse como un refrigerante para el circuito de refrigeración del LMS. Dicho fluido dieléctrico es agua desionizada (Deionized, DI) o aceite; en ambos casos, el circuito de refrigeración debe estar constituido de manera que no resulte dañado por la corrosión, disolución o u otra causa. En cualquier caso, la carcasa del motor comprende preferiblemente uno de los siguientes tratamientos superficiales: anodización, cataforesis o revestimiento superficial.

Tal como se ha indicado, las bobinas se moldean en el orificio 180 central por medio de una resina epoxi. Los devanados de cobre tienen baja resistencia eléctrica y térmica, mientras que la resina es un buen aislante. La carcasa 101 de motor de aluminio envuelve las bobinas moldeadas con resina epoxi, con una capa de resina comparativamente gruesa para garantizar el aislamiento eléctrico. El calor fluye desde las bobinas incluidas en resina a los orificios de refrigeración longitudinales. El aluminio es un conductor de calor muy bueno, de esta manera, la carcasa 101 del motor asume una temperatura prácticamente uniforme y el calor es evacuado de manera muy eficaz por medio del circuito de refrigeración por fluido.

Sin embargo, debido al perfil reducido, la refrigeración en la parte central de la carcasa del motor, justo encima y debajo del orificio 180 central, es ligeramente menos eficaz.

Las Figuras 9 a 14 son representaciones isométricas de un LSM según la invención (no se muestran las bridas) que ilustran elementos adicionales para la separación térmica del patín y la estructura de la máquina.

Para minimizar el efecto del punto caliente oblongo y para evitar cualquier efecto adverso sobre los componentes estructurales, la carcasa 101 del motor puede comprender un canal 102 rebajado en la superficie exterior de la carcasa, justo encima y/o debajo del orificio 180 central, tal como se ilustra en la Figura 9. Preferiblemente, dicho canal 102 rebajado tiene una profundidad pequeña de 0,1 a 5 mm, más preferiblemente de 0,3 a 1 mm, y puede producirse directamente por extrusión. De esta manera, se evita una transferencia de calor directa entre la carcasa 101 de motor sólida y los componentes estructurales sólidos de la máquina.

Tal como se conoce en la técnica, el patín y los componentes estructurales de la máquina pueden separarse adicionalmente añadiendo una capa de aislamiento térmico, tal como un acolchado 110 aislante o múltiples separadores aislantes entre las superficies de montaje. Dicha capa aislante puede ser, por ejemplo, un material compuesto. Dicha capa aislante puede cubrir toda la zona entre el motor y los componentes estructurales o solo el área de contacto. Un acolchado delgado de unos pocos mm proporciona una mejora sustancial de la resistencia térmica, sin pérdida sustancial de espacio. Preferiblemente, los dos elementos indicados anteriormente en la presente memoria, es decir, la inserción de un canal 102 rebajado y la adición de un acolchado 110 aislante, se combinan tal como se ilustra en la Figura 10. Obviamente, el canal 102 rebajado puede disponerse también en el acolchado 110 aislante, tal como se ilustra en la Figura 11.

La Figura 12 ilustra otra realización de la invención, con un acolchado 130 aislante, una placa 120 de refrigeración y un segundo acolchado 110 aislante insertado entre el patín 10 y la estructura de la máquina (no mostrada). En dicha realización, la estructura de la máquina está protegida de manera eficaz contra una inmisión de calor por el LSM, ya que el modesto calor residual que no ha sido capturado en el circuito de refrigeración primario es evacuado ahora en un circuito de refrigeración secundario integrado en la placa 120. En una realización preferida adicional, los circuitos de refrigeración de la placa 120 y del patín 10 pueden conectarse entre sí en serie, mientras el fluido de refrigeración con temperatura controlada se suministra, por ejemplo, primero al circuito de refrigeración secundario en la placa 120 y posteriormente al circuito de refrigeración primario en el patín 10.

Las Figuras 13 y 14 muestran otra realización de la invención, en la que la altura del patín 10 se reduce adicionalmente. El eje magnético de un LSM convencional tiene una sección transversal circular. En contraste, las presentes realizaciones en las Figuras 13 y 14 muestran un motor de eje lineal en el que el eje 30 magnético tiene una altura reducida de su sección transversal. Dicho eje magnético modificado tiene una sección transversal simétrica, por ejemplo, una sección transversal elipsoidal, o una sección transversal circular con dos secciones aplanadas, o una sección transversal generada por dos semicírculos unidos por líneas rectas. El perímetro de la sección transversal del eje magnético determina el empuje. De esta manera, un eje magnético que tiene, por ejemplo, una sección transversal elíptica, tiene el mismo empuje que un eje magnético del mismo perímetro de sección transversal que tiene una sección transversal circular. Las bobinas en dichas realizaciones se devanan de manera correspondiente, de manera que se obtenga esencialmente la misma sección transversal mientras se mantiene el espacio de aire necesario con relación al eje magnético. De esta manera, la altura Hh de construcción de patín se reduce adicionalmente mientras se mantienen las ventajas del LSM de la invención. En esta realización, el punto caliente oblongo justo encima y/o debajo del orificio central es más pronunciado, de esta manera, es preferible incluir uno o más de los elementos ilustrados junto con las Figuras 9 a 12, es decir: un canal rebajado, un acolchado de aislamiento y/o una placa de refrigeración.

La Figura 15 ilustra un detalle de la carcasa 101 del motor, en el que la superficie del orificio 180 central está moleteada o si no mecanizada en la superficie de interfaz entre la carcasa 101 del motor y la resina usada para incluir las bobinas. De esta manera, se aumenta la superficie térmica para la transferencia de calor y se mejora la evacuación de calor.

Según las realizaciones anteriores, el circuito de refrigeración por fluido del patín de LSM de la invención termina en una salida que, a continuación, se conecta al circuito de refrigeración por fluido de la máquina herramienta. En una realización alternativa, el circuito de refrigeración por fluido del patín se extiende formando un conducto para que el fluido salga del último orificio de refrigeración longitudinal a una cavidad circular en la brida 202 (no mostrada), mediante la cual el fluido es conducido al espacio entre el eje magnético y las bobinas del motor, y a través de dicho espacio a la otra brida 203. Aquí, el fluido se recoge en una cavidad circular en la brida 203 y se conduce a una salida. Aquí, las bridas 202 y 203 comprenden un sello para evitar o para reducir la pérdida de fluido refrigerante. El fluido que se escapa es conducido a un depósito de recogida por conductos adecuados.

Tal como se muestra en la Figura 2, el motor de eje lineal comprende dos soportes 41, 42 que sostienen el eje 30 magnético en su sitio. En una realización preferida adicional de la presente invención, se instala un sistema de medición lineal entre una de las bridas 202, 203 y uno de los soportes 41,42. Preferiblemente, dicho sistema de medición lineal es un sistema de interferometría láser, tal como se ilustra en la Figura 18. Los componentes de dicho sistema de medición lineal son: una fuente 280 de luz láser y un fotodetector que preferiblemente están montados o integrados en uno de los soportes 41 o 42, y un espejo 290 que preferiblemente está montado o integrado en la brida 202 o 203 del patín.

En resumen, el motor de eje lineal según la invención es aplicable en sistemas de posicionamiento de alta precisión, tales como los usados con máquinas herramienta, tales como máquinas de electroerosión, máquinas de procesamiento láser, máquinas de fabricación aditiva, etc. El LMS según la invención se distingue por el tamaño compacto, en particular, la baja altura de construcción y la total integración de un circuito de refrigeración por fluido.

Por último, una carcasa de motor LSM según la invención puede conseguirse montando una carcasa de tipo camisa alrededor de un conjunto de bobina premontado. Esto puede conseguirse, por ejemplo: mediante una constitución tipo horquilla de la carcasa de tipo camisa que tiene una rendija horizontal a lo largo de toda la longitud; o, una carcasa de tipo camisa de dos partes divididas horizontalmente, formando las dos mitades una abrazadera alrededor del conjunto de bobina y completadas con las bridas.

La descripción anterior ilustra muchas realizaciones y variantes diferentes, mediante las cuales puede llevarse a la práctica el motor de eje lineal de la invención. La presente invención no está limitada a los ejemplos y realizaciones explicados de manera explícita. Las alteraciones y/o las modificaciones de las realizaciones ilustradas y/o descritas se contemplan como formas alternativas de la invención, siempre y cuando no se aparten del alcance de la presente invención, que está definida por las reivindicaciones adjuntas.

Referencias

1 motor de eje lineal, o LSM (también: motor de eje magnético)

30 eje magnético tubular, o eje

32 imanes permanentes

41,42 soportes de eje

10 patín, (también: patín de motor, impulsor, forzador)

15 eje de los orificios de refrigeración longitudinales

20 parte más superior del orificio central

25 parte más inferior del orificio central

101 carcasa del motor o carcasa (parte del patín)

102 canal rebajado oblongo

105 superficie superior de la carcasa del motor

106 superficie inferior de la carcasa del motor

110, 130 acolchado de aislamiento térmico

120 placa de refrigeración (refrigeración secundaria)

180 orificio central

181 canal de cable

182 orificio de montaje de conector

161 -168 orificios de refrigeración longitudinales

171-175 orificios de interconexión del circuito de fluido

222 aberturas de interconexión del circuito de fluido

268 orificios de interconexión del circuito de fluido en la brida 202 280 fuente láser del sistema de medición lineal

290 espejo del sistema de medición lineal

151, 152 entrada, salida

551, 552 conexiones (“push-in”)

553, 554 conexiones por presión de tubo recto

183 clavija roscada

294, 298 clavijas roscadas

202, 203 bridas de la carcasa del motor o bridas

Hh altura de la sección transversal de la carcasa

Claims (13)

REIVINDICACIONES

1. Motor (1) de eje lineal que comprende un patín (10) y un eje (30) magnético tubular para realizar el movimiento relativo uno con relación al otro, mientras que el patín (10) comprende una carcasa (101) de motor de forma cuboidal oblonga y un circuito de refrigeración por fluido integrado, y mientras que la carcasa (101) del motor comprende un orificio (180) central longitudinal en el que está situada una hilera de bobinas y a través del cual se recibe el eje, la carcasa (101) del motor comprende además al menos dos orificios (161, 162, 163, 164, 165, 166, 167, 168) de refrigeración longitudinales que forman parte del circuito de refrigeración por fluido integrado, estando dichos al menos dos orificios (161-168) de refrigeración longitudinales distribuidos de manera simétrica en el lado izquierdo y el lado derecho del orificio (180) central y paralelos al mismo en el que la carcasa (101) del motor tiene una sección transversal rectangular con las superficies más anchas formando la superficie (106) inferior y la superficie (105) superior de la carcasa (101) del motor y con las superficies más estrechas formando las superficies laterales de la carcasa (101) del motor, y dichos al menos dos orificios (161-168) de refrigeración longitudinales están distribuidos además en el interior de la carcasa (101) del motor de manera que el eje (15) central de cualquiera de los orificios (161-168) de refrigeración longitudinales se encuentre debajo de la parte (20) más superior del orificio (180) central y encima de la parte (25) más inferior del orificio (180) central, el patín (10) comprende una primera brida (202) en un extremo de la carcasa (101) del motor y una segunda brida (203) en el otro extremo de la carcasa (101) del motor, mientras que al menos una de dichas bridas (202, 203) comprende una sección del circuito de refrigeración por fluido integrado, y una de dichas bridas (202, 203) comprende al menos un orificio (264, 268) de interconexión conectado, y dispuesto transversalmente con respecto, a los al menos dos orificios (161-168) de refrigeración longitudinales de la carcasa (101) del motor.

2. Motor (1) de eje lineal según la reivindicación 1, caracterizado por que la carcasa (101) del motor comprende al menos un orificio (171, 172, 173, 174, 175) de interconexión que conecta los al menos dos orificios (161-168) de refrigeración longitudinales, mientras que el al menos un orificio (171, 172, 174, 175) de interconexión se coloca preferiblemente transversal con respecto a los al menos dos orificios (161-168) de refrigeración longitudinales de la carcasa (101) del motor.

3. Motor (1) de eje lineal según la reivindicación 2, caracterizado por que los orificios (161-168) de refrigeración longitudinales de la carcasa (101) del motor, los orificios (171, 172, 173, 174, 175) de interconexión de la carcasa (101) del motor y los al menos un orificio (262, 263, 264, 268, 267, 266) de interconexión de la al menos una brida (202) forman un paso continuo del circuito de refrigeración por fluido integrado.

4. Motor (1) de eje lineal según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el circuito de refrigeración por fluido integrado incluye al menos una conexión (551) de entrada y al menos una conexión (552) de salida, mientras que la al menos una conexión (551, 554) de entrada y la al menos una conexión (552, 553) de salida están situadas en una superficie lateral de la carcasa (101) del motor o en una superficie de las bridas (202, 203).

5. Motor (1) de eje lineal según una de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado por que la carcasa (101) del motor está realizada en aluminio o en una aleación de aluminio, preferiblemente la carcasa (101) del motor se obtiene mediante un procedimiento de extrusión.

6. Motor (1) de eje lineal según una de las reivindicaciones 2 a 5, caracterizado por que los orificios (161-168) de refrigeración longitudinales y los orificios (171, 172, 174, 175) de interconexión de la carcasa (101) del motor están protegidos contra la corrosión, preferiblemente mediante uno de los siguientes tratamientos superficiales:

- anodización; o

- cataforesis; o

- revestimiento superficial.

7. Motor (1) de eje lineal según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que las bridas (202, 203) están realizadas en un material eléctricamente aislante, preferiblemente las bridas (202, 203) se producen mediante al menos uno de los siguientes procedimientos de fabricación: moldeo por inyección, fresado; perforación o fabricación aditiva.

8. Motor (1) de eje lineal según una de las reivindicaciones 2 a 7, caracterizado por que la carcasa (101) del motor comprende un canal (102) rebajado oblongo en su superficie (105) superior y/o en su superficie (106) inferior, preferiblemente el canal (102) rebajado oblongo se coloca encima y/o debajo del orificio (180) central.

9. Motor (1) de eje lineal según una de las reivindicaciones 2 a 8, caracterizado por que el eje (30) magnético tubular tiene una de las siguientes secciones transversales:

- circular

- elipsoidal

- circular, con dos secciones aplanadas, o

- dos semicírculos unidos por líneas rectas.

10. Motor (1) de eje lineal según una de las reivindicaciones 2 a 9, caracterizado por que todos los orificios (171, 172, 173, 174, 175, 222, 262, 263, 264, 266, 267, 268) de interconexión que conectan los orificios (161-168) de refrigeración longitudinales de la carcasa (101) del motor, y la entrada (554) y la salida (553) del circuito de refrigeración por fluido integrado están incorporados en las bridas (202, 203).

11. Motor (1) de eje lineal según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que la primera brida (202) comprende una parte que sobresale desde la superficie lateral de la carcasa (101) del motor, comprendiendo dicha parte sobresaliente la entrada (553) y la salida (554) del circuito de refrigeración por fluido integrado.

12. Motor (1) de eje lineal según una de las reivindicaciones 1 a 11, que comprende además unos soportes (41,42) primero y segundo para el eje (30) magnético, caracterizado por que comprende además un sistema de medición lineal, y porque uno de los soportes (41,42) y una de las bridas (202, 203) comprende un componente (280, 290) de dicho sistema de medición lineal.

13. Máquina herramienta con un motor (1) de eje lineal según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el patín (10) está montado a un componente estructural de la máquina herramienta, preferiblemente el componente estructural y el patín (10) están al menos parcialmente separados por un acolchado (110) de aislamiento térmico.