ES2918901T3 - Actuador/motor de CC sin ranuras y sin escobillas - Google Patents

Abstract

Un aparato de entrega de par, que incluye: cuerpo del estator de sección transversal poligonal que tiene una pluralidad de caras laterales exteriores de un número par extelajada entre caras de extremo axial opuesto, el estator que incluye un orificio cilíndrico que se extiende entre los extremos axiales opuestos y se centra en el eje central del cuerpo del estator del estator del estator del estator del estator del estator del estator del estator del estator del estator del estator ; un conjunto de rotor que tiene una sección transversal cilíndrica dimensionada para la rotación dentro del orificio cilíndrico alrededor del eje central con al menos un imán y eje permanentes acoplados al imán para la rotación; y una pluralidad de bobinas solenoides, cada bobina tiene pluralidad de bobinados y enrutado para tener secciones que se extienden paralelos a lo largo de las opuestas de la pluralidad de las caras laterales exteriores; en el que cada una de las pluralidad de bobinas está configurada para recibir selectivamente la corriente y generar un campo magnético en el estator que se aplica al imán del rotor, el rotor está sujeto a un torque magnético dentro del orificio cilíndrico para girar y alinear el campo magnético del imán permanente con el campo magnético generado. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Actuador/motor de CC sin ranuras y sin escobillas

CAMPO DE LA INVENCIÓN

[0001] La presente exposición se refiere en general a actuadores/motores de CC y

[0002] más en concreto, a actuadores/motores de CC sin ranuras y sin escobillas que presentan bobinas enrolladas en el exterior y a lo largo de lados opuestos de un estátor en el que se recibe un rotor.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

[0003] Los motores de CC sin escobillas («BLDC», por sus siglas en inglés) son conocidos. Estos incluyen, entre otros, un estátor y un rotor. Normalmente, el estátor está fabricado a partir de estampados de acero laminado que se apilan para dar lugar a una forma cilindrica con una abertura central para recibir el rotor. Las laminaciones de acero del estátor pueden tener ranuras o no. Un estátor sin ranuras presenta una inductancia menor y, por tanto, puede funcionar a velocidades muy altas. La ausencia de «dientes» que forman las ranuras permite la reducción de los requisitos para el momento de torsión de dentado, lo que hace que los motores de BLDC sin ranuras sean también adecuados para un uso a baja velocidad. Sin embargo, los motores de BLDC sin ranuras pueden ser más caros que los motores de BLDC con ranuras, puesto que pueden que se necesiten más arrollamientos para compensar el mayor entrehierro entre el rotor y el estátor.

[0004] Más en concreto, muchos diseños de motor sin ranuras existentes incluyen una carcasa o armazón externo, un estátor, un rotor ensamblado de alguna forma con imanes permanentes, fijado axialmente con respecto a la carcasa y al estátor para poder rotar en la abertura central o agujero del estátor, y unos arrollamientos provistos con el estátor, que alimentan e imantan el estátor para aplicar un momento de torsión a los elementos de imán permanente fijados al rotor o de los que está comprendido este. El estátor puede consistir en un cilindro de acero hueco, construido de un núcleo de hierro sólido, unas laminaciones de acero con una sección transversal circular apiladas para conformar un cilindro (como se ha indicado anteriormente), o unos anillos concéntricos de cinta de ferroaleación amorfa ensamblados mediante enrollamiento o estratificación sucesiva. A continuación, los arrollamientos que se encargan del accionamiento e imantación del estátor normalmente se enrollan en el estátor de una de dos maneras. En el primer planteamiento, el estátor está construido de forma que presenta unas protuberancias externas que sirven de brazos en torno a los cuales puede enrollarse una bobina, situadas en una serie específica de posiciones angulares en torno al exterior del estátor. En otro planteamiento, el estátor es un cilindro sencillo, sin características exteriores o internas más allá de las necesarias para poner en contacto el estátor con otros componentes. Los arrollamientos están sujetos directamente al agujero interno del estátor mediante una bobina o adhesivo.

[0005] Dichos motores sin ranuras eliminan los circuitos magnéticos preferentes presentes en los motores normales con ranuras y enrollados con armadura, así como los momentos de torsión de dentado y pérdidas de ranuras que normalmente aparecen en los motores basados en rotores e imanes permanentes. En teoría, los motores sin ranuras deberían poder lograr unas eficiencias mayores en un mayor rango de condiciones de funcionamiento frente a un diseño típico de motor con estátor ranurado. Asimismo, el estátor simplificado da lugar a una fabricación más sencilla del motor, y por ende más económica. La simplificación del proceso de enrollado de la bobina de inducción también mejora la capacidad de fabricación.

[0006] A pesar de las ventajas anteriormente descritas de los motores sin ranuras, los diseños convencionales siguen necesitando una mejora. El diseño de protuberancias externas es efectivo, pero crea unas direcciones de imantación preferentes a través del diámetro del cilindro, lo que crea algunas «pérdidas de ranuras» y momento de torsión de dentado. Asimismo, estos diseños complican más la fabricación al añadir armaduras de un tipo en el proceso de fabricación y ensamblado, con lo que invalida muchos de los beneficios de la fabricación de motores sin ranuras.

[0007] Sin embargo, este diseño sí que presenta la ventaja de que permite una tolerancia muy estrecha en el agujero, lo que minimiza el entrehierro entre el estátor y el rotor, maximiza la eficiencia del diseño de motor sin ranuras y proporciona a dichos motores un mayor momento de torsión frente al tamaño.

[0008] El diseño de motor sin ranuras de arrollamiento de bobina interna presenta el conjunto opuesto de problemas: el estátor es muy sencillo de diseñar y fabricar frente a los estátores ranurados tradicionales o los estátores sin ranuras con armadura externa, y las bobinas son mucho más sencillas de enrollar. Sin embargo, la inclusión de las bobinas en el interior del estátor requiere la presencia de un gran entrehierro entre el estátor y el rotor, lo que reduce en gran medida la eficiencia y alimentación disponible de este diseño sin ranuras frente a los motores ranurados tradicionales al aumentar la reluctancia del circuito magnético formado entre los elementos magnéticos presentes en el material del rotor y el estátor. Asimismo, existen evidentes problemas de fiabilidad y calentamiento cuando tenemos en cuenta una bobina sencillamente adherida a la pared de un estátor, solo a milímetros de distancia de un motor que gira rápidamente. Existen métodos de sujeción alternativos, pero ninguno de ellos elimina la disminución de eficiencia anteriormente señalada debido al mayor entrehierro.

[0009] Por consiguiente, existe una clara necesidad de un diseño de actuador/motor de BLDC sin ranuras que sea tan fácil de fabricar como los diseños de bobinas internas, pero que mantenga las tolerancias estrechas y las mayores eficiencias de los diseños de bobinas externas. En el documento KR 20040065521 se describe un motor de BLDC con un estátor sin ranuras. El estátor incluye un núcleo que presenta un agujero pasante y al menos uno o más pares de bobinas enrolladas en torno al núcleo. El estátor incluye una pluralidad de bobinas. Otro ejemplo de un alternador de baja potencia que presenta bobinas de estátor enrolladas en la superficie externa del estátor se da a conocer en el documento US 2011/140563 A1.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

[0010] En un primer aspecto, la presente invención proporciona en términos más genéricos un aparato de suministro de momento de torsión, pero en concreto un motor de tipo BLDC sin ranuras o actuador rotatorio, que incluye: un estátor que presenta un cuerpo ferromagnético con una pluralidad de lados (planos) exteriores de número par que forman una sección transversal poligonal entre un primer y un segundo extremo axial, incluyendo el cuerpo de estátor un agujero cilíndrico que se extiende entre el primer y segundo extremo axial y centrado en un eje central del estátor; un conjunto de rotor que presenta una sección transversal cilíndrica adaptada para la rotación con un pequeño intersticio en el agujero cilíndrico en torno al eje central, incluyendo al menos un imán y un árbol acoplado al imán para rotar con el imán en torno al eje central; y una pluralidad de bobinas solenoides, en un número que es la mitad del número par de lados exteriores del estátor, incluyendo cada bobina una pluralidad de arrollamientos que se extienden en torno al estátor a lo largo de unos opuestos de la pluralidad de lados exteriores, donde cada bobina está dirigida para tener unas secciones que se extienden paralelas a lo largo de unas opuestas de la pluralidad de caras laterales exteriores y están dirigidas para extenderse a través de ambos extremos axiales del cuerpo de estátor de forma que cada bobina rodea unos laterales axiales y longitudinales del al menos un imán permanente del rotor, y estando configurada cada una de la pluralidad de bobinas para recibir selectivamente corriente que genera un campo magnético en el estátor que se aplica al imán del rotor de forma que este último está sometido a un momento de torsión magnético para rotar el rotor en el agujero cilíndrico para alinearse con el campo magnético generado por las bobinas.

[0011] En una forma de realización preferida del motor/actuador anteriormente descrito, el rotor está compuesto por el árbol y uno o más imanes permanentes cilíndricos polarizados diametralmente, preferiblemente de un tipo de material que contiene tierras raras, como NdFeB o SMCo. Preferiblemente, el imán(es) incluye una abertura central bloqueada configurada para recibir una llave acoplada al árbol, que atraviesa el imán(es), para hacer que el árbol rote con la rotación del imán(es), proporcionando de este modo una entrada de momento de torsión desde el motor/actuador a un dispositivo acoplado mecánicamente al árbol fuera del estátor.

[0012] Preferiblemente, la pluralidad de bobinas está configurada para ser alimentada (mediante un controlador u otro elemento) en orden secuencial para provocar el movimiento rotatorio continuo del rotor dentro del estátor. Por consiguiente, puede implementarse un servomotor de BLDC que pueda usarse para suministrar un momento de torsión continuo regulado a un dispositivo conectado al árbol. Asimismo, el controlador también puede estar configurado para, de forma selectiva, alimentar y retirar la alimentación por completo (con una intensidad de corriente hacia atrás o hacia delante) mediante un controlador para dentar al rotor en un número limitado de posiciones y, por tanto, proporcionar un motor de velocidad gradual. Asimismo, puede emplearse un driver (controlador) más sofisticado para controlar proporcionalmente la alimentación a las bobinas, lo que permite que el rotor se sitúe entre los puntos de dentado y, de este modo, rote muy suavemente. El experto en la materia apreciará que las formas de realización de la invención de actuador rotatorio/motor pueden usarse en una amplia variedad de aplicaciones, desde aplicaciones de motores de velocidad gradual de pequeñas dimensiones a motores más grandes de CC con arranque electrónico con arrollamientos de bobina mono o multifásicos y un control de la velocidad preciso para aplicaciones de vehículos eléctricos.

[0013] De forma ventajosa, el motor/actuador incluye además un primer tapón terminal acoplado al primer extremo del estátor y un segundo tapón terminal acoplado al segundo extremo del estátor, presentando cada uno de los tapones terminales primero y segundo una huella poligonal igual o similar a la sección transversal del cuerpo de estátor y que incluye una pared poligonal almenada con almenas dispuestas para recibir y ubicar la pluralidad de bobinas conforme estas se enrollan en torno a los tapones terminales. Dichos tapones terminales pueden mecanizarse fácilmente a partir de materias primas no ferromagnéticas adecuadas, como aluminio o colada fina, y sirven para fijar la posición de las bobinas en el estátor, sin bobinas independientes.

[0014] Las características y ventajas de esta invención anteriormente mencionadas y otras, así como la forma de implementarlas, se pondrán de mayor manifiesto y la invención en sí se entenderá mejor en referencia a la siguiente descripción de una forma de realización preferida de la invención provista en referencia a los dibujos adjuntos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

[0015]

La FIG. 1 es una vista en perspectiva de una forma de realización de un motor/actuador de la presente invención;

la FIG. 2 es una elevación lateral del motor/actuador de la FIG. 1;

la FIG. 3 es una vista en planta superior del motor/actuador de la FIG. 1;

la FIG. 4 es una vista en perspectiva de un estátor e imán de acuerdo con una forma de realización para su uso en el motor/actuador de la FIG. 1;

la FIG. 5 es una vista en perspectiva despiezada del motor/actuador de la FIG. 1; y

la FIG. 6 es una vista transversal del motor/actuador de la FIG. 1 tomada a lo largo de la línea A-A de la FIG.

3.

DESCRIPCIÓN DE FORMA DE REALIZACIÓN PREFERIDA

[0016] Los caracteres de referencia correspondientes indican las partes correspondientes en las diversas Figuras. Los ejemplos expuestos en la presente memoria ilustran formas de realización de ejemplo de la invención y dichos ejemplos no deben interpretarse como limitativos del alcance de la invención.

[0017] En referencia a las FIGS. 1-3, un motor/actuador 10 según una forma de realización de la presente invención por lo general incluye un cuerpo de estátor 12, un conjunto de rotor 14 (FIGS. 4 y 5) que incluye un árbol 16 y un imán permanente 36, un primer tapón terminal 18, un segundo tapón terminal 20 y tres bobinas solenoides 22.

[0018] El estátor 12 está formado como un prisma hexagonal, con una sección transversal poligonal regular de orden par. El cuerpo de estátor 12 puede estar hecho de una variedad de materiales, incluyendo laminaciones apiladas de acero eléctrico o un material similar, conchas poligonales concéntricas de una aleación ferromagnética amorfa adecuada, o estar mecanizado a partir de una materia prima ferromagnética adecuada.

[0019] Como mejor se muestra en las FIGS. 4 y 5, un agujero cilíndrico 24 está mecanizado axialmente a través del cuerpo de estátor 12 desde una primera cara extrema axial 26 hasta una segunda cara extrema axial opuesta 28, perpendicular a ambas caras extremas 26, 28 y centradas en el estátor 12. En una forma de realización, la superficie interior 30 del agujero 24 se pule para que sea lisa, y se mantiene en una tolerancia estrecha. Unos agujeros roscados 32 o unas características de sujeción similares están mecanizadas en ambas caras extremas axiales 26, 28 del estátor 12, situado en torno al agujero 24, para proporcionar unos puntos de montaje para los tapones terminales 18, 20, y opcionalmente una carcasa externa (no ilustrada), para sellar y proteger el estátor 12 como se describe con mayor detalle más adelante.

[0020] En la forma de realización mostrada, el cuerpo de estátor 12 presenta seis caras laterales exteriores planas 34 A-F de igual tamaño, lados para abreviar. Como mejor se muestra en la FIG. 4, el lado 34A es paralelo y opuesto al lado 34D, el lado 34B es paralelo y opuesto al lado 34E y el lado 34C es paralelo y opuesto al lado 34F. Mientras que la sección transversal hexagonal del cuerpo de estátor 12 proporciona seis lados en esta forma de realización, cabe entender que más (pero preferiblemente no menos) lados pueden definir la periferia del cuerpo de estátor 12, siempre que el número total de lados exteriores sea un número par.

[0021] Es decir, también se contemplan cuerpos de estátor de sección transversal octagonal o decagonal.

[0022] En referencia a las FIGS. 4 y 5, el conjunto de rotor 14 incluye, además de un árbol 16, un imán permanente 36 sencillo, cilíndrico y polarizado diametralmente (dipolo), que presenta una cara periférica externa 38, una primera cara extrema axial 40 y una segunda cara extrema axial 42. El término polarizado diametralmente sirve para señalar un cuerpo magnético en el que un polo N semicilíndrico y un polo S semicilíndrico están separados por un plano diametral (como está representado por la línea de cadena en la cara extrema axial visible del imán 36 en la Fig. 4) que se extiende entre las caras extremas opuestas 40, 42 del imán 36. Un agujero centrado bloqueado 44 se extiende a lo largo de un eje central 46 del imán 36 (y, por consiguiente, el árbol 16 y el estátor 12) entre las caras terminales 40, 42 del imán 36, lo que permite que el imán 36 esté acoplado mecánicamente al árbol 16 a través de su centro.

[0023] Aunque no se ilustra en la presente memoria, el imán 36 también puede estar formado a partir de una o más conchas cilíndricas huecas imantadas diametralmente, o varios elementos de imán discretos instalados en un cuerpo de rotor central mediante ranuras o algún otro método de sujeción directa como medios de unión o adhesión. Del mismo modo, en lugar de tener un solo cuerpo de material magnético permanente cilíndrico 36, un número de imanes cilíndricos discretos (cada uno de ellos con un agujero bloqueado que se extiende a través de estos) pueden estar montados en orden a lo largo del árbol 16. Alternativamente, el imán 36 puede ser un cuerpo compuesto que está comprendido por un (o más) cuerpo (o cuerpos) de material magnético permanente activo y rectangular, imantado en una dirección de espesor de este, con unos elementos (de extensión) de polo de material ferromagnético pasivo sujetos a las caras mayores opuestas del imán, estando los elementos de polo conformados para formar un cilindro en torno al cuerpo (o cuerpos) de material magnético permanente activo situado centralmente, por medio del cual dicho rotor también presenta un polo N y S en lados diametralmente opuestos del material magnético activo situado centralmente. Cabe entender que también pueden usarse imanes de polaridad múltiple, como por ejemplo de cuatro polos.

[0024] Otras configuraciones de imán pueden emplearse con el rotor 14, coherentes con las enseñanzas de la presente invención. Sin embargo, las formas de realización preferidas usan un solo cuerpo cilíndrico de material magnético permanente, como la disposición más eficiente magnéticamente, dado que los materiales de extensión de polo ferromagnético pasivo añaden peso «muerto» al conjunto de rotor 14 y disminuye la eficiencia magnética.

[0025] El imán permanente cilíndrico 36 está instalado de forma que el árbol 16 permanece coaxial con el eje central 46, estando presente un entrehierro mínimo entre la superficie cilíndrica exterior orientada hacia fuera 38 del imán 36 y la superficie cilíndrica interior 30 del agujero 24 del cuerpo de estátor 12. En una forma de realización, el imán 36 se queda completamente en el agujero 24, pero es lo bastante largo de forma que sus caras extremas terminales 40, 42 terminan muy cercanas a las caras extremas 26, 28 del estátor 12, respectivamente.

[0026] El agujero bloqueado 44 del imán 36, en una forma de realización, incluye una abertura cilíndrica 46 y un par de ranuras opuestas 48, 50 que se extienden en el imán 36 desde el extremo terminal 40. Las ranuras 48, 50 están dimensionadas para recibir una llave rectangular 52 que encaja en una ranura 54 formada a través del árbol 16 para retener y fijar la posición rotatoria del imán 36 con el árbol 16. En una forma de realización, el árbol 16 consiste en un material no magnético que discurre por el centro del imán 36, o presenta las características necesarias para retener los elementos de imán individuales mediante ranuras, sujeción o adhesión.

[0027] El árbol 16 incluye un primer extremo 56, un segundo extremo 58 y un hombro 60. Los extremos 56, 58 incluyen cualquiera de una variedad de componentes de cojinete (no mostrados) que cooperan con unas características/componentes contracojinete fijados en proximidad en torno al agujero 66 de los tapones terminales 18, 20 o una carcasa externa (no mostrada) para permitir la rotación del árbol 16 con el imán 36. El hombro 60 se acopla con elementos contracojinete en una superficie interior del tapón terminal 18 para limitar hasta qué punto el árbol 16 se extiende a través del conjunto de tapón terminal 18. Como resultará evidente para los expertos en la materia, pueden usarse otras configuraciones para controlar el alcance del árbol 16 así como su rotación.

[0028] Como se ha indicado anteriormente, el conjunto de rotor 14 está fijado con respecto a los tapones terminales 18, 20 de forma que el imán 36 pueda rotar en el agujero 24 del estátor 12 en una posición axialmente definida. El conjunto de rotor 14 permanecerá paralelo con el eje 46 a través del agujero 24 para impedir el contacto entre la superficie exterior 38 del imán 36 y la superficie interior 30 del agujero 24. Asimismo, el árbol 16 está bloqueado de forma apropiada para impedir deslizamientos paralelos, o que entre o salga del agujero 24, de forma que el imán 36 se mantenga situado de forma axial en el agujero 24.

[0029] Los tapones terminales 18, 20 son de construcción similar. La interfaz entre el árbol 16 y el tapón terminal 18, 20 puede diferir en cierto modo en diversas formas de realización en función de cómo quiera implementar el experto en la materia, en detalle, los componentes de cojinete para el árbol 16 en los respectivos tapones terminales 18, 20. No obstante, dadas las similitudes externas, únicamente el conjunto de tapón terminal 18 se describe con detalle en la presente memoria.

[0030] El tapón terminal 18 comprende una placa base 62, hexagonal en la vista de planta, con seis merlones que forman parte integral (o canillas, protuberancias) 64A-F, que se extienden perpendicularmente desde una cara mayor de la placa de base 62, con lo que se asemeja a una pared hexagonal almenada que sobresale desde la placa base 62, con seis almenas idénticas 76 entre las canillas 64A-F. Como se ha mencionado, la placa de base 62 presenta una abertura central 66 configurada para recibir un extremo 56 del árbol 16. Asimismo, cada protuberancia (canilla) 64A-F presenta un agujero pasante 68, que se extiende desde el extremo superior terminal y entra y atraviesa la placa de base 62, que se alinea con un correspondiente agujero roscado 32 en la cara extrema 26 del estátor 12 cuando el tapón terminal 18 está montado en el estátor 12. Los agujeros pasantes 68 están dimensionados para recibir unos medios de unión 70 e incluyen unas cavidades 72 para recibir las cabezas 74 de los medios de unión 72.

[0031] Como se ha mencionado, cada par de protuberancias adyacentes 64A-F forman entre ellas una almena (canal) 76 que está situada en el centro con respecto a un lado correspondiente 34A-F del estátor 12 cuando el tapón terminal 18 está montado en el estátor 12. Las almenas 76 de los pares opuestos de protuberancias 64A-F están alineadas para facilitar el enrollado y retención de las bobinas 22 en el cuerpo de estátor 12 como se describe con mayor detalle más adelante.

[0032] La placa de base de tapón terminal 62 y las protuberancias 64A-F están hechas, en una forma de realización, de un material no magnético como aluminio, formado para ajustarse a la sección transversal del cuerpo de estátor 12. La abertura central 66 de la placa de base 62 puede incluir unos contra agujeros y características a ambos lados de la placa de base para acomodar unos componentes de contracojinete, como se ha mencionado anteriormente, para el árbol de rotor 16. Estos componentes de cojinete interactúan con las características mecanizadas en el extremo 56 del árbol 16, fijando la posición axial del imán 36 con respecto al estátor 12 pero permitiendo la rotación libre del imán 36 como se ha indicado anteriormente.

[0033] Las almenas 76 de los tapones terminales 18, 20 actúan como receptáculos y guías para el conjunto 22 de tres bobinas (solenoides) 78, por medio de las cuales unas pasadas de alambre están enrolladas en torno a los tapones terminales 18, 20 para extenderse paralelas a y en contacto con los lados opuestos a pares 34a;34d, 34b;34e y 34c; 34f del cuerpo de estátor 12. Por consiguiente, las almenas 76 sirven para fijar y retener el conjunto de bobinas 22 en el exterior del cuerpo de rotor 12 sin elementos de unión adicionales. Asimismo, cabe señalar que las seis almenas 76 convergen hacia el centro de cada tapón terminal 18, 20. En este punto de convergencia, los arrollamientos de las bobinas 78 están dirigidos para definir un paso anular para la parte extrema 56 del árbol 16 que sobresale del tapón terminal 18, 20 más allá de las aberturas centrales 66, para acoplarse con un componente o dispositivo receptor de momento de torsión.

[0034] Como mejor se muestra en la FIG. 5, el conjunto de bobinas 22 incluye, en esta forma de realización, tres bobinas solenoides individuales 78. Como mejor se muestra en la FIG. 1, cada bobina 78 está enrollada en torno a ambos tapones terminales 18, 20 y al estátor 12. Las bobinas 78 están enrolladas repetidamente desde el tapón terminal 18 hasta el tapón terminal 20, en torno a un conjunto de caras laterales paralelas 34A-F del estátor 12. Las bobinas 78 están dirigidas a través de unas almenas opuestas 76 en el tapón terminal 18, bajan por la línea central de una cara lateral 34A-F del estátor 12, a través de las correspondientes almenas opuestas 76 en el tapón terminal 20 axialmente opuesto, y suben por el centro de la cara lateral paralela opuesta 34A-F del estátor 12. Mediante esta colocación, una serie de tres bobinas similares y rectangulares 78 están enrolladas en torno al estátor 12 y unos tapones terminales 18, 20, simétricos radial y angularmente en torno al eje central 46 del estátor 12. Mientras que los arrollamientos individuales pueden aislarse de forma adecuada como en los motores eléctricos convencionales, las bobinas rectangulares 78 entrarán en contacto con las caras planas externas del estátor 34A-F, con lo que mejora el acoplamiento del campo magnético (B) inducido en el cuerpo de estátor 12, como se indica más adelante.

[0035] Para hacer funcionar el motor/actuador 10 anteriormente descrito, el experto en la materia sabrá que la corriente se aplica selectivamente a las bobinas 78. La aplicación de corriente a cada una de las bobinas 78 induce un campo magnético (denominado campo B) en el volumen contenido por la bobina relevante 78. A medida que las bobinas 78 se enrollan en torno a todo el estátor 12, el campo B también imanta el estátor 12 en una dirección determinada en función de cuál de las tres bobinas 78 recibe(n) alimentación, y de la dirección de la intensidad de corriente en las bobinas alimentadas. La imantación del estátor 12, además del campo B inducido de las bobinas 78, crea un momento de torsión magnético en el imán 36 del agujero 24, puesto que tiene libertad para rotar, siempre que el vector del campo magnético permanente (denominado campo H) del imán permanente diametralmente imantado 36 no esté alineado con el vector del campo B de la bobina alimentada 78, lo que hace que rote con el árbol 16 en torno al eje 46 buscando alinear el vector del campo H del rotor 14 con el vector del campo B predominante de las bobinas 78 del estátor.

[0036] Conforme el imán 36 inicia la rotación desde una posición de descanso, la bobina o bobinas 78 periféricamente posteriores a la usada para iniciar la rotación del rotor, pueden recibir alimentación en orden, con lo que también cambia la dirección de imantación del cuerpo de estátor 12. Por consiguiente, el imán 36 puede estar continuamente impulsado en rotación en torno al eje 46 a medida que la dirección de imantación del estátor 12 cambia cargando la bobina o bobinas 78 en una secuencia determinada.

[0037] Las bobinas 78 pueden estar ordenadas (es decir, recibir alimentación) de diversas formas: una bobina 78 puede cargarse en un momento puntual, en progresión rotatoria, provocando un movimiento continuo del imán 36. Alternativamente, las bobinas 78 pueden cargarse en direcciones opuestas para impulsar el campo en el estátor 12 y aumentar la fuerza sobre el imán 36.

[0038] El experto en la materia es conocedor de diversas formas de alimentar las bobinas solenoides 78 en motores de CC sin ranuras y sin escobillas, así como de controladores que pueden usarse para lograr diversas formas de funcionamiento (p. ej., como un servoactuador rotatorio, motor de velocidad gradual, etc.) y para más detalles el experto en la materia es derivado a la literatura estándar relevante.

[0039] Aunque la presente invención ha sido descrita en referencia a un diseño de ejemplo, la presente invención puede modificarse más dentro del alcance de esta exposición. Por tanto, esta solicitud pretende cubrir cualquier variación, uso o adaptación de la invención valiéndose de sus principios generales. Asimismo, esta solicitud pretender cubrir dichas desviaciones de la presente exposición que se encuadren dentro de la práctica conocida o habitual de la técnica a la que pertenece esta invención y que entren en los límites de las reivindicaciones anexas.

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Aparato de suministro de momento de torsión, que incluye:

un cuerpo de estátor (12) de sección transversal poligonal que presenta una pluralidad de caras laterales exteriores (34A-F) de número par que se extienden entre unas caras extremas axiales opuestas (26, 28), incluyendo el estátor un agujero cilíndrico (24) que se extiende entre los extremos axiales opuestos y está centrado en un eje central del cuerpo de estátor;

un conjunto de rotor (14) que presenta una sección transversal cilíndrica dimensionada para rotación dentro del agujero cilíndrico en torno al eje central y que incluye al menos un imán permanente (36) y un árbol (16) acoplado al imán para la rotación con este en torno al eje central; y

una pluralidad de bobinas solenoides (22), presentando cada bobina una pluralidad de arrollamientos (78) dirigidos a tener unas secciones que se extienden paralelas a lo largo de unas opuestas de la pluralidad de caras laterales exteriores y dirigidos a extenderse a través de ambos extremos axiales del cuerpo de estátor de forma que cada bobina rodee unos lados axiales y longitudinales del al menos un imán permanente del rotor;

donde cada una de la pluralidad de bobinas (22) está configurada para recibir de forma selectiva e independiente corriente y generar un campo magnético (B) en el estátor que se aplica al imán de rotor, estando sometido el rotor a un momento de torsión magnético en el agujero cilíndrico para rotar y alinear el campo magnético del imán permanente (H) con el campo magnético generado.

2. Aparato de suministro de momento de torsión de la reivindicación 1, donde el rotor (14) está compuesto por el árbol (16) y uno o más imanes permanentes (36) cilíndricos y polarizados diametralmente, preferiblemente de un tipo de material que contiene tierras raras, como NdFeB o SMCo.

3. Aparato de suministro de momento de torsión de la reivindicación 2, donde el imán(es) (36) incluye una abertura central bloqueada (44) configurada para recibir una llave (52) acoplada al árbol (16) para acoplar el árbol para que rote con el imán.

4. Aparato de suministro de momento de torsión de la reivindicación 1, que incluye además un primer tapón terminal (18) acoplado a una primera de las caras extremas axiales (26) del cuerpo de estátor (12) y un segundo tapón terminal (20) acoplado a una segunda de las caras extremas axiales (28) del cuerpo de estátor, presentando cada uno de los tapones terminales primero y segundo una huella poligonal igual o similar a la sección transversal del cuerpo de estátor y que incluye una pared poligonal almenada con almenas (76) dispuesta para recibir y ubicar la pluralidad de bobinas (22) conforme estas se enrollan en torno al cuerpo de estátor y ambos tapones terminales.

5. Aparato de suministro de momento de torsión de la reivindicación 1, que incluye además un controlador dispuesto para alimentar a la pluralidad de bobinas (22) en orden secuencial en torno a la periferia del cuerpo de estátor (12) para causar un movimiento rotatorio continuo del rotor (14) en el estátor.

6. Aparato de suministro de momento de torsión de la reivindicación 5, donde el controlador está configurado además para, de forma selectiva, alimentar por completo y retirar la alimentación por completo (con una intensidad de corriente hacia atrás o hacia delante) una o más de las bobinas (22) para dentar al rotor (14) en un número limitado de posiciones de rotación en el estátor (12).

7. Aparato de suministro de momento de torsión de la reivindicación 5, donde el controlador está configurado además para controlar proporcionalmente la alimentación a las bobinas (22).

8. Aparato de suministro de momento de torsión de la reivindicación 1, donde el cuerpo de estátor (12) está hecho de acero ferromagnético.

9. Aparato de suministro de momento de torsión de la reivindicación 4, donde los tapones terminales (18, 20) están fabricados a partir de materiales no magnéticos, en concreto aluminio.

10. Motor de tipo BLDC sin ranuras (10) que comprende un aparato de suministro de momento de torsión de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.

11. Accionador giratorio (10) que comprende un aparato de suministro de momento de torsión de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.

12. Aparato de suministro de momento de torsión de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, donde la pluralidad de arrollamientos (78) de cada una de la pluralidad de bobinas solenoides (22) está dirigida a definir un paso anular para una parte extrema (56) del conjunto de rotor (14).