ES2949343T3 - Máquina eléctrica giratoria síncrona compacta - Google Patents

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Abstract

Máquina eléctrica rotativa síncrona autocontrolada compuesta por un estator (2) y un rotor (4) provistos de imanes permanentes periféricos (5). El conjunto estator (2)/rotor (4) está alojado en una carcasa (1) conectada a un eje giratorio (6) accionado por el rotor (4) mediante cojinetes (11, 11') dispuestos a ambos lados. otro de dicho conjunto. En las proximidades del rotor (4) están colocados medios para detectar la posición del rotor para controlar el suministro de energía de las bobinas del estator (3). Una brida (10) que soporta un cojinete (11, 11') está interpuesta entre el conjunto estator (2)/rotor (4) y medios para detectar el cambio de polarización de los imanes permanentes (5). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Máquina eléctrica giratoria síncrona compacta
La presente invención se refiere a una máquina eléctrica giratoria síncrona autocontrolada, por ejemplo, un motor sin escobillas, que comprende habitualmente un estator y un rotor dotado de imanes permanentes periféricos. El conjunto de estator/rotor está alojado en un cárter conectado a un árbol solidario al rotor mediante cojinetes dispuestos a ambos lados de dicho conjunto.
Se describen máquinas eléctricas giratorias síncronas autocontroladas similares concretamente en los documentos FR2918221 A1, WO2011/159674 A1, US2004/232786 A1 y US2014/175957 A1.
En uno de los usos preferibles que se harán de la invención, el accionamiento de persianas enrollables, resulta particular el espacio dedicado al motor de accionamiento de la persiana, estando dicho motor colocado en el interior del enrollador de la persiana, que, de hecho, está constituido por un árbol cilíndrico hueco. El cárter del motor se presenta entonces en forma de un cilindro alargado cuyas dimensiones son compatibles con las del volumen cilíndrico interior del eje de enrollamiento de la persiana enrollable.
Este tipo de máquinas giratorias está autocontrolado, es decir que comprende un dispositivo de control electrónico previsto para garantizar la conmutación de la corriente en los arrollamientos estatóricos, sustituyendo de hecho la conmutación mecánica garantizada por las escobillas en un motor de corriente continua por una conmutación electrónica. Habitualmente se usan sensores para conocer en todo momento la posición del rotor y adaptar en consecuencia la alimentación de las bobinas estatóricas y, como resultado, las características del campo magnético giratorio. En esencia, cuando un sensor detecta el cambio de polarización magnética de un imán permanente del rotor que pasa a su nivel, el circuito de control electrónico procede a la conmutación de las bobinas del estator. La función del conjunto de sensor / dispositivo de control electrónico es garantizar el autocontrol del motor, lo cual equivale en la práctica a mantener la ortogonalidad del flujo magnético estatórico con respecto al flujo rotórico.
Para las potencias requeridas en la aplicación a persianas enrollables, en general el dispositivo electrónico de control puede estar integrado en el motor, por ejemplo, en forma de tarjetas electrónicas que actúan conjuntamente con el conjunto de estator/rotor. En cualquier caso, los medios de control electrónicos están al menos parcialmente implantados en el cárter y se encuentran en el mismo juntamente con las funciones mecánicas garantizadas en la misma zona, concretamente la gestión mecánica del árbol giratorio con respecto al cárter del motor, así como las conexiones a eventuales componentes mecánicos adicionales del tipo reductor, necesario en este tipo de aplicación.
Hasta aquí, la conexión mecánica entre el cárter externo y el árbol giratorio situado en el lado del o de los dispositivos de control electrónicos se realizaba mediante un soporte de cojinete situado más allá de los medios electrónicos al menos de detección de la posición del rotor, que están esencialmente posicionados muy cerca del mismo. La idea es que dicho soporte, por ejemplo, una brida terminal que cierra el cárter, debe estar posicionado de manera que no interfiera con la función electromagnética que implica los imanes permanentes del rotor y los sensores de posición que actúan conjuntamente con estos últimos. Con tal hipótesis, los problemas asociados a la gestión de los cables de control se gestionan o bien en el interior del espacio cerrado así creado si el resto del circuito de control también está implantado en el mismo, o bien a través de dicha brida si el control se realiza desde el exterior del cárter.
La solución adoptada para la máquina eléctrica giratoria síncrona autocontrolada de la invención es diferente. Comprende de manera habitual un conjunto de estator/rotor alojado en un cárter conectado al árbol giratorio mediante cojinetes dispuestos a ambos lados de dicho conjunto, y también integra medios de detección de la posición rotórica colocados en las inmediaciones del rotor, así como una brida que soporta un cojinete interpuesto entre el conjunto de estator y rotor y medios de detección del cambio de polarización de los imanes permanentes.
Entre las ventajas de esta configuración, la gestión y la implementación de las funciones electrónicas de detección y de control se vuelven independientes de las funcionalidades propiamente mecánicas, induciendo una gran flexibilidad de diseño y, concretamente, posibilidades de aumentar la compacidad del conjunto. La latitud que resulta de lo mismo permite en efecto una optimización del espacio y del volumen ocupado en el cárter, y aumentar la libertad del diseñador para la implantación de los componentes del sistema, concretamente de control electrónico. Por tanto, se vuelve concretamente posible gestionar/aprovechar mejor el espacio disponible en una dirección axial, sin preocuparse ya de las restricciones mecánicas asociadas a la implantación posterior del cojinete. Esta configuración también es más ventajosa para la gestión de la conexión que conecta la electrónica de control y los bobinados del estator.
La presente invención tiene por objeto una máquina eléctrica giratoria síncrona autocontrolada, tal como se define en la reivindicación 1.
Según la presente invención, los medios de detección de la posición rotórica son medios de detección de los cambios de polarización de los imanes permanentes periféricos del rotor y consisten en al menos un sensor de posición adecuado para detectar un cambio de polarización magnética de los imanes permanentes periféricos del rotor a lo largo de la rotación del rotor.
En la práctica, preferiblemente, al menos un sensor está colocado en una tarjeta electrónica de detección. Este sensor es adecuado para detectar un cambio de polarización magnética de los imanes permanentes periféricos a lo largo de la rotación del rotor. A continuación, y aunque la invención no se limita a esta tecnología, estos medios de detección consisten preferiblemente en al menos un sensor por efecto de Hall, permitiendo este tipo de sensor una regulación fiable y precisa.
Dado que estos sensores deben estar posicionados muy cerca del rotor, la tarjeta electrónica de detección está orientada transversalmente con respecto al árbol giratorio, estando cada sensor de dicha tarjeta de detección además posicionado, en una dirección radial, a nivel de los imanes permanentes periféricos del rotor. Entonces la detección es eficaz, permitiendo la puesta en práctica de una conmutación electrónica que garantiza una buena regulación.
Puede optimizarse adicionalmente ya que, según una configuración posible, los imanes permanentes sobresalen del cuerpo del rotor, en una dirección axial, al menos en el lado y en dirección a los medios de detección. Entonces no es necesario usar una o varias piezas polarizadas complementarias, sino simplemente las ferritas existentes un poco alargadas para actuar conjuntamente con los sensores. Esta característica, que contribuye a acercar los polos magnéticos de los sensores a ambos lados de la brida, mejora la calidad de la detección y, por consiguiente, de la conmutación. También puede tener una incidencia en cuanto a la gestión del espacio en el cárter, ya que se crea entonces un rebaje hueco en un extremo axial del rotor.
Para aprovechar esto, según la invención, la brida puede comprender un buje central que soporta el cojinete alojado en el volumen delimitado por las porciones sobresalientes de los imanes permanentes. Teniendo en cuenta el avance de los imanes que optimiza el funcionamiento magnético de la detección, este volumen hueco existe, y la configuración de la invención que implanta el soporte de cojinete directamente en la salida del rotor permite por sí sola realizar esta ganancia de espacio ventajosa.
Esta configuración que asocia compacidad y disociación de las funciones eléctricas y mecánicas no impide en absoluto un uso del árbol giratorio en el lado y, eventualmente, más allá de los medios electrónicos. En la hipótesis de una tarjeta electrónica de detección de aspecto transversal, esta puede estar simplemente dotada de un orificio central para el paso del árbol, prácticamente sin incidencias negativas sobre las conexiones y empalmes eléctricos, excepto por la disminución de la superficie útil de la tarjeta para la implantación de los componentes electrónicos.
En este caso, los medios electrónicos están habitualmente disociados en una etapa principalmente dedicada a la detección de los polos rotóricos y un circuito de control de la conmutación que puede a su vez ser distinto de una parte de alimentación, según la potencia requerida y el volumen ocupado resultante para esta última. La tarjeta electrónica de detección comprende entonces un conector para la conexión a una segunda tarjeta de control, incluso de alimentación. Este conector puede estar colocado de manera central, es decir, sustancialmente en la prolongación del eje de rotación, o estar radialmente desviado si el árbol se prolonga más allá de la tarjeta electrónica de detección.
El conector puede permitir el empalme a una electrónica de control que se extiende en una dirección axial, también lo más centralmente posible para que la tarjeta de control y de alimentación pueda beneficiarse de una dimensión transversal máxima. Si el árbol giratorio accionado por el rotor se prolonga más allá de los medios de detección, haciendo que la hipótesis de la implantación de una tarjeta de control electrónica axial sea menos pertinente, el conector puede implantarse de manera radialmente desviada sobre la tarjeta de detección, y actuar conjuntamente, por ejemplo, con una segunda tarjeta electrónica dispuesta transversalmente, en paralelo a la tarjeta de detección.
Las bobinas estatóricas están conectadas a este conector, y la organización espacial para el empalme del conector a las diferentes bobinas se realiza por consiguiente a nivel de la tarjeta de detección.
La brida de soporte del cojinete está prevista de material sintético de tipo plástico, que no constituye un obstáculo para el flujo magnético de los imanes permanentes y no tiene ninguna, o significativamente ninguna, incidencia sobre el funcionamiento magnético durante la detección.
Preferiblemente, están previstos relieves y rebajes localizados en correspondencia brida y la tarjeta electrónica de detección para su posicionamiento y solidarización mutuos. En efecto, el posicionamiento preciso de la tarjeta que comprende los sensores con respecto a los bobinados es importante. Por tanto, estos dos elementos están fijos con respecto al cárter, pero no necesariamente fijados cada uno a dicho cárter. Su posicionamiento mutuo es concretamente importante desde un punto de vista de guiado de los hilos de alimentación de las bobinas, tal como se verá más en detalle a continuación en la descripción.
Ahora va a describirse la invención más en detalle, haciendo referencia a las figuras adjuntas, para las que:
- la figura 1 muestra en vista en perspectiva parcial un motor según la presente invención, cortado según un plano mediano que pasa por el eje de rotación del rotor, y representado con una tarjeta electrónica de detección;
- la figura 2 representa el motor de la figura 1, según la misma vista en perspectiva parcial, que comprende una tarjeta electrónica adicional dispuesta transversalmente;
- la figura 3 ilustra una versión dotada de una tarjeta electrónica adicional dispuesta axialmente, en vista en perspectiva parcial cortada según dos planos medianos que pasan por el eje de rotación del rotor y, por consiguiente, con un cuadrante retirado; y
- la figura 4 visualiza una vista en alzado de frente del conjunto constituido por la brida y por la tarjeta electrónica de detección, ensambladas según la invención.
Haciendo referencia a la figura 1, el cárter (1) del motor rodea un estator (2) dotado de bobinas (3). El estator (2) está dispuesto alrededor e un rotor (4) cuya periferia está revestida de imanes (5) permanentes. Los polos de los imanes (5) adyacentes están sucesivamente invertidos. Un árbol (6) central está accionado por el rotor (5), en este caso conectado en uno de sus extremos (7) a un reductor (9) mecánico, en la proximidad de la primera unión del cárter (1) al árbol (6) mediante un cojinete (11'). El extremo (8) opuesto del árbol (6) pasa a través del orificio central respectivamente de una brida (10) que soporta otro cojinete (11) y de una tarjeta (12) electrónica de detección soportada por la brida (10). Tal como se indicó anteriormente, esta configuración innovadora permite confinar las funciones mecánicas en el interior y dejar libre acceso a las funciones electrónicas en el exterior. No obstante, el orificio central ofrece la posibilidad de un uso mecánico adicional de este lado del motor.
Los imanes (5) permanentes que recubren la periferia del rotor (4) presentan una porción (13) terminal que sobresale del cuerpo del rotor (4) y del estator (2), delimitando con el árbol (6) un alojamiento (14) anular en el que está ajustado un buje (15) central de la brida (10) que soporta el cojinete (11). Esta porción (13) terminal sobresaliente de los imanes (5) se inserta en un alojamiento (16) de la brida (10), permitiendo en la práctica posicionar los sensores (21) (véase en la figura 4) lo más cerca posible de dichos imanes (5). La tarjeta (12) electrónica de detección, que sólo comprende pocos componentes electrónicos, presenta por otro lado un conector (17), adecuado para conectarla eléctricamente a medios de control de la conmutación de las bobinas (3) del estator (2). Está solidarizada y correctamente posicionada en contacto con la brida (10) concretamente por medio de relieves y rebajes que se corresponden.
En la configuración ilustrada en la figura 2, este conector (17) permite el empalme a una segunda tarjeta (18), dispuesta en paralelo a la tarjeta (12) de detección y a su vez dotada de un conector (19). Puede tratarse de una tarjeta de control que comprende los medios de gestionar el control del rotor (4), pero que no es necesariamente una tarjeta de alimentación completa. En la variante de motor representada en las figuras 1 y 2, los conectores (17, 19) están radialmente desviados, debido a la presencia del extremo (8) del árbol (6), que se prolonga en este caso de manera suficiente para atravesar la primera tarjeta (12) de detección.
En la configuración de la figura 3, que es además similar a y de acuerdo con la descripción realizada anteriormente con referencia a las figuras 1 y 2, el extremo (8) del árbol (6) no atraviesa la primera tarjeta (12) electrónica de detección sino que se detiene en la salida del cojinete (11). En este caso, el conector (17) está dispuesto de manera central, y permite el empalme de una segunda tarjeta (18') electrónica orientada axialmente, siendo la anchura disponible transversalmente, próxima a un diámetro interior del cárter (1), más favorable a la implantación de una tarjeta axial que en las configuraciones anteriores.
El conjunto de brida (10) / tarjeta (12) de detección también aparece en la figura 4, en vista de frente que muestra que la forma exterior de la brida (10), almenada en una sucesión de gargantas (20) periféricas axiales, también sirve para guiar los hilos de alimentación de las bobinas (3) desde la tarjeta (12) de detección situada en un lado de dicha brida (10), de hecho, desde el conector (17), hacia las bobinas (3) localizadas en el otro lado de la brida (10), en el estator (2). El guiado se realiza, en la brida (10), de manera a la vez axial y periférica, para poder acceder a tres bobinas estatóricas triples (A, B, C) desviadas 40°, estando a su vez los tres bobinados de cada bobina triple desviados 120° Por tanto, haciendo referencia a la figura 4, las tres fases de alimentación de las bobinas (A, B, C), cada una controlada por un sensor (21) de efecto de Hall (por consiguiente, también desviados 40o) alimentan en realidad sucesivamente los tres bobinados (A1, A2, A3), después (B1, B2, B3) y finalmente (C1, C2, C3) de las tres bobinas A, B, C. Las tres bobinas triples (A, B, C) están conectadas al conector (17), que entonces sólo comprende tres puntos de conexión para la alimentación, correspondientes a la alimentación trifásica necesaria para la creación del campo magnético estatórico giratorio del motor.
En el conector (17), cinco puntos de conexión están ocupados respectivamente por los tres sensores (21) y por el y el - necesarios para su polarización. Por tanto, hay al menos cinco conexiones dedicadas a las señales de detección y tres al control de la alimentación de las bobinas (3).
Evidentemente, la invención no se limita a los ejemplos descritos y explicados haciendo referencia a las figuras, sino que abarca las variantes y versiones que entran en el alcance de las reivindicaciones.

Claims (11)

REIVINDICACIONES
1. Máquina eléctrica giratoria síncrona autocontrolada que comprende un estator (2) y un rotor (4) dotado de imanes (5) permanentes periféricos del rotor (4), estando el conjunto de estator (2) y rotor (4) alojado en un cárter (1) conectado a un árbol (6) giratorio accionado por el rotor (4) mediante cojinetes (11, 11') dispuestos a ambos lados de dicho conjunto, estando medios (21) de detección de la posición rotórica con vistas al control de la alimentación de las bobinas (3) estatóricas colocados en las inmediaciones del rotor (4), soportando una brida (10) directamente, en la salida del rotor (4), un cojinete (11) y estando interpuesta entre el conjunto de estator (2) y rotor (4) y medios (21) de detección de la posición rotórica, caracterizada porque los medios (21) de detección de la posición rotórica son medios (21) de detección de los cambios de polarización de los imanes (5) permanentes periféricos del rotor (4) y consisten en al menos un sensor (21) de posición adecuado para detectar un cambio de polarización magnética de los imanes (5) permanentes periféricos del rotor (4) a lo largo de la rotación del rotor (4).
2. Máquina eléctrica giratoria síncrona autocontrolada según la reivindicación anterior, caracterizada porque al menos un sensor (21) de posición está colocado sobre una tarjeta (12) electrónica de detección.
3. Máquina eléctrica giratoria síncrona autocontrolada según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque cada sensor (21) de posición es un sensor por efecto de Hall.
4. Máquina eléctrica giratoria síncrona autocontrolada según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la tarjeta (12) electrónica de detección está orientada transversalmente con respecto al árbol (6) giratorio, estando cada sensor (21) de dicha tarjeta (12) electrónica de detección posicionado, en una dirección radial, a nivel de los imanes (5) permanentes.
5. Máquina eléctrica giratoria síncrona autocontrolada según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los imanes (5) permanentes sobresalen del cuerpo del rotor (4), en una dirección axial, al menos en el lado y en dirección a los medios (21) de detección de la posición rotórica.
6. Máquina eléctrica giratoria síncrona autocontrolada según la reivindicación anterior, caracterizada porque la brida (10) comprende un buje (15) central que soporta el cojinete (11), estando dicho buje (15) alojado en un volumen (14) delimitado por las porciones (13) sobresalientes de los imanes (5) permanentes.
7. Máquina eléctrica giratoria síncrona autocontrolada según una de las reivindicaciones 2 a 6, caracterizada porque la tarjeta (12) electrónica de detección presenta un orificio central para el paso del árbol (6).
8. Máquina eléctrica giratoria síncrona autocontrolada según una de las reivindicaciones 2 a 7, caracterizada porque la tarjeta (12) electrónica de detección comprende un conector (17) para la conexión a una segunda tarjeta (18, 18') de control incluso de alimentación.
9. Máquina eléctrica giratoria síncrona autocontrolada según la reivindicación anterior, caracterizada porque las bobinas (3) estatóricas están conectadas a dicho conector (17) para la conexión a una segunda tarjeta (18, 18') de control.
10. Máquina eléctrica giratoria síncrona autocontrolada según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la brida (10) es de material sintético de tipo plástico.
11. Máquina eléctrica giratoria síncrona autocontrolada según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque están previstos relieves y rebajes localizados en correspondencia en la brida (10) y la tarjeta (12) electrónica de detección para su posicionamiento y solidarización mutuos.
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