MX2011010282A - Motor de iman permanente sin escobillas de arranque en linea con devanado de aluminio. - Google Patents

Abstract

Se describe un conjunto de motor de imán permanente sin escobillas de arranque en línea que incluye una combinación no convencional de un conjunto de rotor que incluye una pluralidad de imanes permanentes montados sobre el mismo y un conjunto de estator que incluye bobinas de devanado de aluminio. La combinación única de elementos de construcción conduce a mejoras de desempeño del motor significativas a un costo incremental más bajo. El conjunto de motor de imán permanente sin escobillas de arranque en línea puede ser incorporado a un compresor hermético, tal como puede ser usado en un sistema de acondicionamiento de aire, para cumplir con estándares de alta eficiencia (por ejemplo, clasificación de energía estacional eficiente). Las modalidades reveladas tienen una eficiencia de por lo menos 90% con bobinas de devanado que consisten esencialmente por complejo de aluminio.

Description

MOTOR DE IMAN PERMANENTE SIN ESCOBILLAS DE ARRANQUE EN LÍNEA CON DEVANADO DE ALUMINIO CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención es concerniente en general con un conjunto de motor eléctrico. Más específicamente, la presente invención es concerniente con un conjunto de motor de imán permanente sin escobillas de arranque en línea que incluye un conjunto de rotor con una pluralidad de imanes permanentes montados sobre el mismo y un conjunto de estator con bobinas de devanado de aluminio.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Aquellos de habilidad ordinaria en el arte apreciarán que los motores eléctricos son conocidos en general son efectivos y son usados comúnmente en una variedad de aplicaciones industriales. Por ejemplo, los motores eléctricos pueden ser incorporados en compresores, tales como pueden ser usados en sistemas de acondicionamiento de aire, para impulsar un mecanismo de compresión. Aquellos de habilidad ordinaria en el arte también apreciarán que la tecnología de motor de imán permanente sin escobillas de arranque en línea ha sido usada efectivamente para incrementar la eficiencia del motor y/o desempeño del compresor.

Convencionalmente, la adición de imanes permanentes a rotores para motores de imán permanente sin escobillas de arranque en línea ha producido eficiencia incrementada ya que los imanes permanentes disminuyen las pérdidas del rotor, tales pérdidas disminuyen a casi cero a plena velocidad (debido a la sincronización entre el rotor y el campo magnético del estator) . Los costos de material relativamente altos asociados con los imanes permanentes poderosos usados en tales rotores para obtener la sincronización, sin embargo, ha sido perjudicial y puede impulsar a esta tecnología fuera del alcance de muchos clientes potenciales. Así, los motores de imán permanente sin escobillas de arranque en línea han venido históricamente con un costo significativamente incrementado con el fin de obtener el desempeño mejorado ofrecido por los mismos .

La correspondencia entre alta eficiencia y alto costo, por consiguiente, ha hecho a los motores de imán permanente sin escobillas de arranque en línea tradicionales una categoría premium de motores, diseñados con máximo desempeño en mente. Como se apreciará fácilmente por aquel de habilidad ordinaria en el arte, los imanes permanentes requeridos para el rotor agregan costo de material significativo a un motor de inducción de otra manera típico. Así, el diseño convencional de los motores de imán permanente sin escobillas de arranque en línea del arte previo ha enseñado consistentemente que los imanes permanentes de alto grado, de alto costo del rotor sean apareados con devanados de cobre de alto grado correspondientemente de alto costo del estator.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención provee un conjunto de motor de imán permanente sin escobillas de arranque en línea que incluye una combinación no convencional de un conjunto de rotor con una pluralidad de imanes permanentes y un conjunto de estator con devanados de aluminio . La combinación única de elementos de construcción conduce a mejoras de desempeño del motor significativas a un costo incremental considerablemente más bajo que ha sido realizado por los motores de imagen permanente sin escobillas de arranque en línea del arte previo.

Más específicamente, se ha determinado inesperadamente que un nuevo motor de imán permanente sin escobillas de arranque en línea con devanados formados de aluminio (un material no usado ordinariamente en devanados para motores de alto desempeño) exhibió solo una diferencia de desempeño ligera en comparación con un motor de imán permanente sin escobillas de arranque en línea del arte previo con devanados de cobre tradicional.

Simultáneamente, el material de aluminio usado en el nuevo motor de imán permanente sin escobillas de arranque en línea desplazó una porción considerable del costo de material de los imanes permanentes. En una modalidad, un nuevo motor de imán permanente sin escobillas de arranque en línea con devanados formados de aluminio demostró una eficiencia del motor de aproximadamente 94%, mientras que un motor de imán permanente sin escobillas de arranque en linea del arte previo con devanados formados de cobre demostró solo una eficiencia de motor ligeramente más alta de 95%.

De acuerdo con un aspecto de la presente invención, se provee un conjunto de motor de imán permanente sin escobillas de arranque en línea. El conjunto de motor incluye un conjunto de rotor giratorio alrededor de un eje. El conjunto de rotor incluye un cuerpo del núcleo del rotor y una pluralidad de imanes permanentes montados sobre el cuerpo del núcleo del rotor. Los imanes permanentes se extienden en general axialmente a lo largo del cuerpo del núcleo del rotor. El conjunto de motor incluye además un conjunto de estator espaciado radialmente a lo lejos del conjunto de rotor. El conjunto de estator incluye un cuerpo de núcleo de estator que presenta una pluralidad de ranuras axiales espaciadas circunferencialmente y define una perforación central para recibir el conjunto de rotor. El conjunto de estator incluye además bobinas de devanado eléctricamente conductoras que son recibidas dentro de y distribuidas en general a través de múltiples ranuras de las ranuras axiales del cuerpo del núcleo de estator, en donde las bobinas de devanado comprenden aluminio .

De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, en un conjunto de motor de imán permanente sin escobillas de arranque en línea que incluye un rotor giratorio alrededor de un eje y un estator espaciado radialmente a lo lejos del rotor, en donde el estator presenta una pluralidad de ranuras axiales espaciadas circunferencialmente para recibir bobinas de devanado y define un perforación central para recibir el rotor, la mejora incluye combinar una pluralidad de imanes permanentes dispuestos dentro del rotor con las bobinas de devanado del estator que consisten de aluminio. Los imanes permanentes se extienden en general axialmente a lo largo del rotor para ser dispuestos en general paralelos al eje. Las bobinas de devanado de aluminio son recibidas dentro y distribuidas en general a través de múltiples ranuras de las ranuras axiales del cuerpo del núcleo del estator.

Otro aspecto de la presente invención es concerniente con un método para proporcionar una eficiencia de motor incrementada a un costo incremental más bajo. El método incluye la etapa de proveer una pluralidad de imanes permanentes dentro de un rotor, con los imanes permanentes que se extienden en general axialmente a lo largo del rotor. El método también incluye las etapas de formar bobinas de devanado de aluminio para recepción dentro de una pluralidad de ranuras axiales espaciadas circunferencialmente de un estator y disponer el rotor dentro de una perforación central del estator para formar un motor de imán permanente sin escobillas de arranque en línea de devanado de aluminio, en donde el motor tiene una eficiencia de por lo menos aproximadamente 90%.

Esta breve descripción de la invención es provista para presentar una selección de conceptos de manera simplificada que son descritos adicionalmente más adelante en la descripción detallada de las modalidades preferidas. Esta breve descripción de la invención no pretende identificar elementos clave o elementos esenciales de la materia reivindicada, ni pretende ser usada para limitar el alcance de la materia reivindicada.

Varios otros aspectos y ventajas de la presente invención se harán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de las modalidades preferidas y las figuras adjuntas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Una modalidad preferida de la invención es descrita en detalle posteriormente en la presente con referencia a las figuras adjuntas, en donde: La Figura 1 es una vista isometrica de un conjunto de motor de imán permanente sin escobillas de arranque en línea construido de acuerdo con los principios de una modalidad de la presente invención, que ilustra un conjunto de rotor y un conjunto de estator, que ilustran esquemáticamente bobinas de devanado de aluminio del conjunto de estator; La Figura 2 es una vista seccional del conjunto de motor de imán permanente sin escobillas de arranque en linea, tomada aproximadamente a través de la parte media del conjunto de motor de la Figura 1, que ilustra detalles internos de construcción del conjunto de rotor, incluye una pluralidad de imanes permanentes dispuestos en el mismo; La Figura 3 es una vista isométrica de un conjunto de compresor digital configurado para proveer modulación de capacidad variable, con un mecanismo de compresión y un mecanismo impulsor que incluye el conjunto de motor de imán permanente sin escobillas de arranque en linea dispuesto en el mismo y La Figura 4 es una vista seccional del conjunto de compresor digital, tomada aproximadamente a través de la parte media del conjunto de compresor de la Figura 3, que ilustra detalles internos de construcción del mecanismo de compresión que incluye primeros y segundos elementos · mecánicos y del mecanismo impulsor que incluye los conjuntos de rotor y estator del motor de imán permanente sin escobillas de arranque en línea.

Las figuras no limitan la presente invención a las modalidades específicas reveladas y descritas en la presente. Las figuras no están necesariamente a escala, en lugar de esto se pone énfasis en ilustrar claramente los principios de las modalidades preferidas .

DESCRIPCION DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS La presente invención es susceptible de implementarse en muchas formas diferentes. Mientras que las figuras ilustran y la especificación describe ciertas modalidades preferidas de la invención, se comprenderá que tal revelación es a manera de ejemplo solamente. No hay ningún intento de limitar los principios de la presente invención a las modalidades particulares reveladas .

Con referencia inicial a las Figuras 1-2 , un conjunto de motor de imán permanente sin escobillas de arranque en línea 20 construido de acuerdo con los principios de una modalidad de la presente invención es ilustrado para uso en varias aplicaciones. Mientras que el conjunto de motor 20 es útil en varias aplicaciones, la modalidad ilustrada tiene utilidad particular cuando el conjunto de motor 20 está configurado para impulsar un compresor hermético del tipo desplazamiento, rotatorio o pistón. Más específicamente, el conjunto de motor 20 es notablemente ventajoso cuando el conjunto de motor 20 es dispuesto dentro de un conjunto de compresor 22 (véanse Figuras 3 -4 ) como se describe en detalle posteriormente en la presente.

Como es un tanto acostumbrado, el conjunto de motor 20 incluye ampliamente un conjunto de rotor 24 , que es giratorio alrededor de un eje 26 y un conjunto de estator 28 . El conjunto de rotor 24 y el conjunto de estator 28 pueden ambos estar en general contenidos dentro de una cámara de motor interna de una caja de motor (no mostrada en las Figuras 1-2), como se apreciará fácilmente por aquel de habilidad ordinaria en el arte. El conjunto de rotor 24 incluye un árbol dispuesto axialmente 30 que está configurado para rotación con el conjunto de rotor 24 y que se proyecta axialmente hacia afuera desde ambos extremos del conjunto de estator 28. En tanto que solo se ilustra una modalidad ejemplar en la presente, por supuesto arreglos alternativos de conjuntos rotor y estator apropiados son contemplados y están claramente dentro del ámbito de la presente invención.

Como se apreciará fácilmente por aquel de habilidad ordinaria en el arte, después de la revisión de esta revelación, varios otros componentes del motor en general (no mostrado) pueden ser incluidos dentro del conjunto de motor 20 sin desviarse de las enseñanzas de la presente invención. Se notará que tales componentes son comúnmente convencionales por naturaleza de manera sustancial, aunque algunos aspectos pueden tomar formas ligeramente modificadas, dependiendo frecuentemente del uso propuesto particular del conjunto de motor 20. Cualesquier modificaciones a los componentes del motor en general convencionales que no son ilustrados o descritos en detalle en la presente no pretenden impactar el alcance de la presente invención, que es definido exclusivamente por las reivindicaciones.

Volviendo ahora brevemente a los detalles de construcción del conjunto de estator 28, aquel de habilidad ordinaria en el arte entenderá fácilmente que el conjunto de estator 28 ilustrado en las Figuras 1-2 incluye ampliamente un cuerpo de núcleo de estator 32 y un devanado en general concéntrico axialmente 34. El cuerpo de núcleo de estator ilustrado 32 consiste de una pluralidad de laminaciones de estator apiladas axialmente 36 (véase Figura 2), como es en general conocido en el arte. Se notará que el devanado 34 ilustrado en la Figura 1 es mostrado en una forma esquemática convencional, pero que detalles adicionales con respecto al devanado 34 son descritos posteriormente en la presente. Como se apreciará fácilmente por aquel de habilidad ordinaria en el arte, la configuración particular de el devanado 34 puede impactar directamente la potencia, momento de torsión, voltaje, velocidad operacional, número de polos, etc. del conjunto de motor 20.

Como es un tanto convencional en el arte, cada laminación de estator individual 36 incluye un cuerpo de acero sustancialmente anular, de tal manera que la pluralidad de laminaciones de estator apiladas axialmente 36 que forman el cuerpo del núcleo de estator 32 presentan de manera cooperante una perforación axial en general central 38 para recibir el conjunto de rotor 24. Como se entenderá fácilmente por aquel de habilidad ordinaria en el arte, un espacio de aire 40 se extiende radialmente entre el cuerpo de núcleo del estator 32 del conjunto de estator 28 y el conjunto de rotor 24, de tal manera que el conjunto de rotor 24 es apto de girar libremente dentro del conjunto de estator 28.

La pluralidad de laminaciones de estator apiladas axialmente 36 que forman el cuerpo del núcleo del estator 32 también presentan cooperantemente una pluralidad de ranuras en general arqueadas 42 que se extienden axialmente a través del mismo, con cada ranura ilustrada 42 estando en comunicación con el espacio de aire 40. Como se entenderá fácilmente por aquel de habilidad ordinaria en el arte, alambres eléctricamente conductores que componen el devanado 34, que pasan a través de las ranuras 42 para recibirse en las mismas. Se notará que en la modalidad ilustrada, el cuerpo del núcleo de estator 32 del conjunto de estator 28 incluye veinticuatro ranuras 42, aunque varios números de ranuras pueden ser provistos alternativamente sin desviarse de las enseñanzas de la presente invención.

El conjunto de motor 20 de la modalidad ilustrada está configurado como un motor trifásico. Cambiando brevemente ahora a consideraciones de operación de los motores trifásicos y a detalles de los devanados usados en los mismos, aquel de habilidad ordinaria en el arte apreciará fácilmente que los motores eléctricos trifásicos son usados comúnmente en una variedad de aplicaciones industriales (tales como para impulsar bombas, ventiladores, sopladores, compresores y los semejantes) . Como es en general conocido, un motor trifásico es frecuentemente más compacto y puede ser menos costoso que un motor monofásico de la misma clase de voltaje y potencia nominal. Además, muchos motores trifásicos frecuentemente exhiben menos vibración y pueden por consiguiente durar más que los correspondientes motores monofásicos de la misma potencia usados bajo las mismas condiciones. Los principios de la presente invención no están limitados sin embargo a un motor trifásico, sino que también se aplican con igual fuerza a un motor monofásico (no mostrado) . En más detalle, el conjunto de motor 20 de la modalidad ilustrada está configurado como un motor de una sola velocidad.

Como es un tanto convencional en el arte, el devanado 34 comprende un devanado de fase para cada una de las tres fases de potencia, como se apreciará fácilmente por aquel de habilidad ordinaria en el arte. Por el propósito de brevedad, se notará brevemente que las configuraciones de devanado para los motores trifásicos son en general conocidas en el arte y no necesitan ser descritas en detalle en la presente. Con referencia a la Figura 1, en la modalidad ilustrada de la presente invención, el conjunto de estator 28 incluye un conector de potencia 44 que incluye tres conductores a ser conectados a una fuente de energía (no mostrada) , con uno de cada uno de los conductores correspondientes a cada una de las tres fases de potencia.

De manera no convencional, el devanado 34 del conjunto de motor de imán permanente sin escobillas de arranque en línea 20 consiste de aluminio, como se describe además posteriormente en la presente. Más específicamente, mientras que el devanado 34 comprende aluminio puede también incluir otros materiales (por ejemplo, aleaciones de aluminio o aluminio revestido de cobre) , el devanado 34 de la modalidad ilustrada consiste esencialmente de alambre de aluminio. Detalles adicionales y ventajas sin pronosticar de este material de devanado atípico dentro del conjunto de motor de imán permanente sin escobillas de arranque en línea 20 serán descritos en detalle posteriormente en la presente.

Volviendo enseguida a detalles de construcción del conjunto de rotor 24 y con referencia específica a la Figura 2, el conjunto de rotor 24 incluye ampliamente un cuerpo de núcleo de rotor 46 que comprende una pluralidad de laminaciones de rotor apiladas axialmente 48 formadas integralmente (tal como mediante fundición a presión) con una pluralidad de barras de aluminio 50. Las barras se extienden axialmente a lo largo de la pluralidad de laminaciones de rotor 48 y pueden incluir anillos de aluminio (no mostrados) dispuestos a lo largo de márgenes axiales respectivos de los mismos . Como se apreciará fácilmente por aquel de habilidad ordinaria en el arte, la configuración particular de las barras 50 puede impactar directamente la operación de arranque del conjunto de motor 20. Se notará que en general las configuraciones convencionales de barras, incluyendo pero no limitadas a barras que se desvían helicoidalmente alrededor del cuerpo del núcleo del rotor 46 o barras que no tienen ninguna desviación son contempladas y están claramente dentro del ámbito de la presente invención.

Con referencia continua a la Figura 2 , cada laminación de rotor individual 48 incluye un cuerpo de acero sustancialmente anular, de tal manera que la pluralidad de laminaciones de rotor apiladas axialmente 48 que forman el cuerpo del núcleo del rotor 46 presentan cooperantemente una periferia radialmente externa 52 y un agujero de árbol alineado axialmente 54 que se extiende axialmente a través del mismo para recibir el árbol 30. Adicionalmente, la pluralidad de laminaciones de rotor apiladas axialmente 48 que forman el cuerpo del núcleo del rotor 46 presentan además cooperantemente una pluralidad de ranuras en general arqueadas 56 que se extienden axialmente a través del mismo, con cada ranura 56 siendo dispuesta por lo menos adyacente (si no en comunicación con) la periferia radialmente externa 52. Como es en general conocido en el arte, las barras de aluminio 50 son formadas para pasar a través de las ranuras 56 para ser dispuestas por lo menos adyacentes la periferia radialmente externa 52 del cuerpo del núcleo del rotor 46 para definir cooperantemente por lo menos una porción del mismo (si no formar cooperantemente una barra expuesta al cuerpo del rotor) . Se notará que en la modalidad ilustrada, cada laminación de rotor 48 incluye treinta y cuatro ranuras 56, aunque varios números de ranuras pueden ser provistos similarmente sin desviarse de las enseñanzas de la presente invención.

El conjunto de rotor 24 incluye además una pluralidad de imanes permanentes 58 montados sobre el cuerpo del núcleo del rotor 46, con los imanes permanentes 58 que se extienden en general axialmente a lo largo del cuerpo del núcleo del rotor 46. En la modalidad ilustrada, los imanes permanentes 58 son recibidos dentro de aberturas en general alargadas 60 definidas cooperantemente dentro de la pluralidad de laminaciones de rotor 48 del cuerpo del núcleo del rotor 46. Por lo menos una de las laminaciones del rotor 48 es dispuesta en contacto con cada uno de la pluralidad de imanes permanentes 58 para retener los imanes permanentes 58 en su lugar dentro del cuerpo del núcleo del rotor 46.

En más detalle y con atención todavía en la Figura 2, cada uno de la pluralidad de imanes permanentes 58 es dispuesto en general paralelo al eje 26. Además, cada uno de la pluralidad de imanes permanentes 58 es dispuesto sustancialmente adyacente a la periferia radialmente externa 52 del cuerpo del núcleo del rotor 46. Mientras que los imanes permanentes 58 montados sobre el cuerpo del núcleo del rotor 46 pueden estar presentes en varios números y configuraciones (no mostrados), como se apreciará fácilmente por aquel de habilidad ordinaria en el arte, una configuración particularmente ventajosa es ilustrada en las figuras.

En la configuración ilustrada, el conjunto de rotor 24 incluye cuatro imanes permanentes 58, con cada uno de los imanes permanentes 58 siendo de tamaño sustancialmente igual. Como se puede ver en la vista seccional de la Figura 2, los cuatro imanes permanentes 58 son dispuestos a través de una sección del cuerpo del núcleo del rotor 46 en dos pares, con cada uno de los pares de imanes permanentes 58 siendo en general simétricos al otro de los pares de imanes permanentes 58 con respecto al eje 26. En la modalidad ilustrada, cada uno de los imanes permanentes 58 del conjunto de motor de imán permanente sin escobillas de arranque en línea 20 comprende neodimio .

Volviendo brevemente ahora a la eficiencia del motor eléctrico, se puede apreciar fácilmente por aquel de habilidad ordinaria en el arte que un costo de energía asociado con la operación de un motor eléctrico en la vida del motor puede sumar una carga financiera significativa para el usuario final. Así, una mejora en la eficiencia global del motor, aún si tal mejora es solamente un porcentaje relativamente pequeño, puede dar como resultado ahorros significativos en costos de energía durante la vida del motor. Una mejora inventiva al diseño o construcción del motor que de como resultado una ganancia de eficiencia, por consiguiente, puede proveer ventaja competitiva significativa.

Contra la caída de eficiencia anterior, se notará que en modalidades de la presente invención, la combinación no convencional dentro del conjunto de motor de imán permanente sin escobillas de arranque en línea 20 del conjunto de rotor 24 que incluye la pluralidad de imanes permanentes 58 y el conjunto de estator 28 que incluye el devanado 34 formado de aluminio, produce mejoras de desempeño del motor significativas a un costo incremental considerablemente más bajo que ha sido realizado con los motores de imán permanente sin escobillas de arranque en línea del arte previo. Estas mejoras de desempeño eran inesperadas para aquel de habilidad ordinaria en el arte.

Más específicamente, un devanado formado de aluminio (que es un material menos caro que el cobre del cual se puede construir un devanado) ha correspondido históricamente con una pérdida relativamente significativa en eficiencia global del motor en comparación con un devanado formado de cobre. Por ejemplo, de pruebas previas se ha observado que en una modalidad del arte previo de un motor de inducción, una transición de un devanado formado de cobre a un devanado formado de aluminio dio como resultado una pérdida relativamente significativa en eficiencia global del motor de aproximadamente 2% (la eficiencia cayó de aproximadamente 91% a aproximadamente 89%) .

Como se apreciará fácilmente por aquel de habilidad ordinaria en el arte, la correspondencia entre alta eficiencia y alto costo ha hecho a los motores de imán permanente sin escobillas de arranque en linea tradicionales una categoría premium de motores, diseñados con máximo desempeño en mente. Es en general conocido que los imanes permanentes agregan costo de material significativo a un motor de inducción de otra manera típico. El diseño convencional, por consiguiente, de los motores de imán permanente sin escobillas de arranque en línea del arte previo ha enseñado consistentemente que los imanes permanentes de alto grado de alto costo del rotor sean apareados con devanados de cobre de alto grado de alto costo correspondientes del estator.

En el caso de la presente invención, sin embargo, se ha determinado inesperadamente que el conjunto de motor de imán permanente sin escobillas de arranque en línea único 20 con el devanado 34 formado de aluminio (un material no usado ordinariamente en devanados para motores de alto desempeño) exhibió solo un diferencia de desempeño ligera en comparación con un motor de imán permanente sin escobillas de arranque en línea del arte previo con devanados de cobre. Por ejemplo, se observó que, en contraposición a una caída de eficiencia relativamente consistente con aquella exhibida en las pruebas del motor de inducción anteriores, la combinación contraintuitiva de la presente invención da como resultado una pérdida relativamente pequeña en eficiencia global del motor de aproximadamente solo la mitad de la pérdida observada en las pruebas del motor de inducción descritas anteriormente. Más específicamente, el conjunto de motor de imán permanente sin escobillas de arranque en línea único 20 con los devanados 34 formados de aluminio exhibió una pérdida en eficiencia global del motor de solo aproximadamente 1% (la eficiencia cayó de aproximadamente 95% a aproximadamente 94% ) .

Además, el material de aluminio usado para el devanado 34 del nuevo conjunto de motor de imán permanente sin escobillas de arranque en línea 20 desplaza una porción considerable del costo de material de los imanes permanentes 58 . En una modalidad, como se hace referencia anteriormente, el nuevo conjunto de motor de imán permanente sin escobillas de arranque en línea 20 con el devanado 34 formado de aluminio fue construido por un costo incremental más bajo que habría sido el caso si el devanado hubiera sido formado de cobre y el conjunto de motor de costo más bajo 20 demostró una eficiencia del motor de aproximadamente 94% .

Volviendo ahora a las Figuras 3 - 4 , el conjunto de motor de imán permanente sin escobillas de arranque en línea 20 es ilustrado como parte del conjunto de compresor 22. En tanto que el conjunto de compresor 22 ilustrado y descrito en la presente toma la forma de un compresor de desplazamiento digital hermético, se notará que el conjunto de motor 20 podría ser alternativamente incluido en otras aplicaciones, tales como otros tipos de conjuntos de compresor (por ejemplo, de capacidad fija) sin desviarse de las enseñanzas de la presente invención.

Se notará inicialmente que muchos aspectos del conjunto de compresor ilustrado 22 son en general convencionales en el arte y por consiguiente, serán descritos en la presente solo relativamente breve. No obstante, se apreciará que varios detalles estructurales del conjunto de compresor 22 serán fácilmente entendidos por aquel de habilidad ordinaria en el arte después de la reivindicación de esta revelación.

Con atención primero a la Figura 3, se entenderá fácilmente que muchos componentes del conjunto de compresor 22 están contenidos dentro de una cámara interna 62 que es definida ampliamente por una caja en forma de un alojamiento 64. En la modalidad ilustrada, el alojamiento 64 está sustancialmente sellado, de tal manera que la cámara interna 62 está sellada herméticamente de un medio ambiente del exterior. El alojamiento ilustrado 64 es en general cilindrico y presenta márgenes axiales superior e inferior opuestos 66, 68. El alojamiento 64 comprende un elemento de cubierta 70, una base 72 dispuesta en general al margen inferior 68 y una tapa 74 dispuesta en general adyacente al margen superior 66.

Como se apreciará fácilmente por aquel de habilidad ordinaria en el arte, en tanto que la cámara interna 62 está sellada herméticamente de un medio ambiente externo, algunos elementos (por ejemplo, energía eléctrica y un fluido de trabajo a ser comprimido) debe pasar a través del alojamiento 64 a través de pasajes sellados específicos. A este respecto, el conjunto de compresor 22 incluye un conector de energía del compresor 76 dispuesto sobre el elemento de cubierta 70. Como se apreciará fácilmente, el conector de energía del compresor 76 está en comunicación eléctrica con el conector de energía del estator 44 descrito anteriormente.

Además, el conjunto de compresor 22 incluye una entrada 78 dispuesta sobre el elemento de cubierta 70 y una salida 80 dispuesta sobre la tapa 74 para transportar el fluido de trabajo compresible, por ejemplo, refrigerante en fase líquida o gaseosa) hacia adentro y hacia afuera de la cámara interna 62 del conjunto de compresor 22. Se comprenderá fácilmente por supuesto que las disposiciones específicas de la entrada 78 y la salida 80 podrían ser alteradas sin desviarse de las enseñanzas de la presente invención.

Con atención ahora a la Figura 4, el conjunto de compresor 22 incluye ampliamente un mecanismo de compresión 82 configurado para proveer modulación de capacidad y un mecanismo impulsor 84 que incluye el conjunto de motor 20 descrito en detalle anteriormente. El conjunto de compresor 22 incluye además un conjunto de rodamiento superior 86 y un conjunto de rodamiento inferior 88 para soportar giratoriamente el árbol 30 del conjunto de motor 20 y componentes del mecanismo de compresión 84.

El mecanismo de compresión 82 incluye primeros y segundos elementos mecánicos, ilustrados en forma de elementos de desplazamiento 90, 92 que cooperan para comprimir un fluido de trabajo. En la modalidad ilustrada, el primer elemento de desplazamiento 90 es fijo giratoriamente en relación con el segundo elemento de desplazamiento 92. El primer elemento de desplazamiento 90 es también asegurado de manera desplazable axialmente en relación con el segundo elemento de desplazamiento 92 dentro de la cámara interna 62 de una manera en general conocida en el arte. El segundo elemento de desplazamiento 92 es acoplado operativamente con el mecanismo impulsor 84 para ser conectado de manera impulsada al árbol 30 del conjunto de motor 20 vía un cigüeñal 94 y un caequillo impulsor 96, de tal manera que el segundo elemento de desplazamiento 92 es movible orbitalmente en relación con el primer elemento de desplazamiento 90, como se describe en detalle posteriormente en la presente.

El elemento de desplazamiento orbitante 90 y el elemento de desplazamiento orbitante 92 son colocados en acoplamiento empalmado entre sí y un acoplamiento convencional apropiado permite un movimiento orbital en general excéntrico (a lo largo de una trayectoria anular) entre los mismos, pero impide el movimiento giratorio relativo entre los mismos . Se provee una placa divisora 98 en general adyacente al margen superior 66 del alojamiento 64 y sirve para dividir la cámara interna 62 en una cámara de descarga 100 en el extremo superior de la misma y una cámara de succión 102 en el extremo inferior de la misma, como se apreciará fácilmente por aquel de habilidad ordinaria en el arte después de la revisión de esta revelación.

Como se entenderá fácilmente por aquel de habilidad ordinaria en el arte, cuando el primer elemento de desplazamiento no orbitante 90 y el segundo elemento de desplazamiento orbitante 92 son desplazados axialmente entre sí a una primera posición correspondiente por un estado cargado, el mecanismo de compresión 82 está configurado para comprimir un fluido de trabajo y poner en operación a plena capacidad (100%) durante la rotación del conjunto de motor 20 del mecanismo impulsor 84. Alternativamente, cuando el primer elemento de desplazamiento no orbitante 90 y el segundo elemento de desplazamiento orbitante 92 son desplazados axialmente entre sí a una segunda posición correspondiente con un estado sin carga, el mecanismo de compresión 82 está configurado para no comprimir el fluido de trabajo y ponerse en operación a ninguna capacidad (0%), aún durante la rotación continua del conjunto de motor 20 del mecanismo impulsor 84. De esta manera, la capacidad del conjunto de compresor de desplazamiento digital 22 puede ser cambiada rápida y eficientemente sin alterar necesariamente la velocidad del conjunto de motor 20 del mecanismo impulsor 84.

La disposición axial relativa entre el primer elemento de desplazamiento no orbitante 90 y el segundo elemento de desplazamiento orbitante 92 puede ser desplazada operativamente vía un control (no mostrado) , tal como una válvula de solenoide, como es en general conocida en el arte. Por consiguiente, al hacer variar apropiadamente el tiempo de estado cargado y el tiempo de estado sin carga durante cualquier tiempo de ciclo dado, el conjunto de compresor de desplazamiento digital 22 puede proporcionar cualquier capacidad deseada para un sistema dado, como se entenderá fácilmente por aquel de habilidad ordinaria en el arte después de la reivindicación de esta revelación.

Durante operación a plena capacidad (100%), a medida que el segundo elemento de desplazamiento orbitante 92 órbita con respecto al primer elemento de desplazamiento no orbitante 90, el fluido de trabajo a ser comprimido es atraído a la cámara de succión 102 de la cámara interna 62 del conjunto de compresor 22 vía la entrada 78. De la cámara de succión 102, el fluido de trabajo se mueve a una cámara de compresión de volumen decreciente 104 definida cooperantemente por porciones de los elementos de desplazamiento 90, 92. Las envolturas de desplazamiento entrelazadas de los elementos de desplazamiento 90, 92 definen cavidades móviles de fluido de trabajo dentro de la cámara de compresión 104 que disminuye progresivamente en tamaño a medida que se mueven radialmente hacia dentro como resultado del movimiento orbitante del segundo elemento de desplazamiento orbitante 92, comprimiendo así el fluido de trabajo que entra vía la entrada 78. El fluido de trabajo comprimido es luego descargado a la cámara de descarga 100 y fuera del conjunto de compresor 22 vía la salida 80.

Durante la operación a ninguna capacidad (0%) , aún si el segundo elemento de desplazamiento orbitante 92 órbita con respecto al primer elemento de desplazamiento no orbitante 90, los elementos de desplazamiento 90, 92 son desplazados axialmente a lo lejos entre sí al estado sin carga, de tal manera que no se genera ninguna succión por la cámara de compresión 104 y no hay flujo másico del fluido de trabajo a través del conjunto de compresor 22. Debido a que el conjunto de compresor digital 22 se puede poner en operación a ninguna capacidad (0%) aún a medida que el segundo elemento de desplazamiento orbitante 92 se está moviendo con respecto al primer elemento de desplazamiento no orbitante 90, el mecanismo de compresión 82 puede ser impulsado efectiva y eficientemente por el mecanismo impulsor 84 que incluye el conjunto de motor de imán permanente sin escobillas de arranque en línea 20 configurado como un motor de una sola velocidad, como se describe en detalle anteriormente.

Como también se describe en detalle anteriormente, una modalidad del nuevo conjunto de motor de imán permanente sin escobillas de arranque en línea 20 demostró una eficiencia del motor de aproximadamente 94%. Puesto que un conjunto de motor de un mecanismo impulsor es frecuentemente uno de los componentes de consumo de energía más alto de un conjunto de compresor (o aún de todo un sistema que incorpora el conjunto de compresor, tal como un sistema de acondicionamiento de aire) , las mejoras de eficiencia provistas por el nuevo conjunto de motor de imán permanente sin escobillas de arranque en línea 20 en la presente invención provee mejoras en desempeño significativas en el conjunto de compresor 22. En una modalidad, el nuevo conjunto de compresor digital 22 que incluye el conjunto de motor de imán permanente sin escobillas de arranque en línea 20, como se describe anteriormente, demostró un clasificación de energía en eficiencia estacional más alta que la que se ha obtenido por los conjuntos de compresor del arte previo.

Como se apreciará fácilmente por aquel de habilidad ordinaria en el arte después de la revisión de esta revelación, muchos de los componentes generales descritos anteriormente del conjunto de compresor 22 son sustancialmente convencionales por naturaleza y varios aspectos de tales componentes pueden tomar formas alternativas y/o variar significativamente dé otra manera de la modalidad ilustrada sin desviarse de las enseñanzas de la presente invención. Cualquiera de tales modificaciones a los componentes en general convencionales del conjunto de compresor 22 no pretenden impactar el alcance de la presente invención, que es definida exclusivamente por las reivindicaciones .

Las formas preferidas de la invención descrita anteriormente serán usadas como ilustración solamente y no deben ser utilizadas en un sentido limitante al interpretar el alcance de la presente invención. Otras modificaciones a las modalidades ejemplares, como se resume anteriormente en la presente, se podrían hacer fácilmente por aquellos experimentados en el arte sin desviarse del espíritu de la presente invención.

Por medio de la presente los inventores pretenden depender de la doctrina de equivalentes para determinar y acceder al alcance razonablemente justo de la presente invención ya que es perteneciente a cualquier aparato que no se desvía materialmente sino fuera del alcance literal de la invención resumida en las siguientes reivindicaciones.

Claims (20)

REIVINDICACIONES

1. Un conjunto de motor de imán permanente sin escobillas de arranque en línea caracterizado porque comprende: un conjunto de rotor giratorio alrededor de un eje, el conjunto de rotor incluye un cuerpo del núcleo del rotor y una pluralidad de imanes permanentes montados sobre el cuerpo del núcleo del rotor, los imanes permanentes se extienden en general axialmente a lo largo del cuerpo del núcleo del rotor y un conjunto de estator espaciado radialmente a lo lejos del conjunto de rotor, el conjunto de estator que incluye un cuerpo de núcleo del estator que presenta una pluralidad de ranuras axiales espaciadas circunferencialmente y que definen una perforación central para recibir el conjunto de rotor, el conjunto de estator incluye además bobinas de devanado eléctricamente conductoras recibida dentro y distribuidas en general a través de múltiples ranuras de las ranuras axiales del cuerpo del núcleo del estator, las bobinas de devanado consisten de aluminio.

2. El conjunto de motor de imán permanente sin escobillas de arranque en línea de la reivindicación 1, caracterizado porque los imanes permanentes son recibidos dentro del cuerpo del núcleo del rotor, el cuerpo del núcleo del rotor comprende una pluralidad de laminaciones de rotor apiladas axialmente, por lo menos una de las laminaciones de rotor son dispuestas en contacto con la pluralidad de imanes permanentes para retener los mismos en su lugar.

3. El conjunto de motor de imán permanente sin escobillas de arranque en linea de la reivindicación 2, caracterizado porque los imanes permanentes son dispuestos en general paralelos al eje.

4. El conjunto de motor de imán permanente sin escobillas de arranque en linea de la reivindicación 3, caracterizado porque los imanes permanentes son dispuestos sustancialmente adyacentes a una periferia radialmente externa del cuerpo del núcleo del rotor.

5. El conjunto de motor de imán permanente sin escobillas de arranque en línea de la reivindicación 4, caracterizado porque el conjunto de rotor incluye además una pluralidad de barras axiales espaciadas circunferencialmente dispuestas adyacentes a la periferia radialmente externa del cuerpo del núcleo del rotor para definir cooperantemente por lo menos una porción del mismo .

6. El conjunto de motor de imán permanente sin escobillas de arranque en linea de la reivindicación 5, caracterizado porque el conjunto de rotor incluye cuatro imanes permanentes sustancialmente de igual tamaño, los imanes permanentes son dispuestos en dos pares, cada uno de los pares de imanes siendo simétricos al otro de los pares de imanes con respecto al eje.

7. El conjunto de motor de imán permanente sin escobillas de arranque en línea de la reivindicación 6, caracterizado porque el conjunto de motor tiene una eficiencia de por lo menos aproximadamente 90%.

8. El conjunto de motor de imán permanente sin escobillas de arranque en línea de la reivindicación 7, caracterizado porque el conjunto de motor tiene una eficiencia de por lo menos aproximadamente 94%.

9. El conjunto de motor de imán permanente sin escobillas de arranque en línea de la reivindicación 1, caracterizado porque el conjunto de motor define un motor trifásico .

10. El conjunto de motor de imán permanente sin escobillas de arranque en línea de la reivindicación 1, caracterizado porque el conjunto de motor es dispuesto dentro de un compresor hermético, de tal manera que el conjunto de rotor y el conjunto de estator son alojados dentro de la caja del compresor para estar sellados herméticamente del medio ambiente del exterior.

11. El conjunto de motor de imán permanente sin escobillas de arranque en línea de la reivindicación 1, caracterizado porque las bobinas de devanados consisten esencialmente por completo de aluminio.

12. El conjunto de motor de imán permanente sin escobillas de arranque en línea de la reivindicación 1, caracterizado porque los imanes permanentes consisten de neodimio .

13. En un conjunto de motor de imán permanente sin escobillas de arranque en línea que incluye un rotor giratorio alrededor de un eje y un estator espaciado radialmente a lo lejos del rotor, con el estator que presenta una pluralidad de ranuras axiales espaciadas circunferencialmente para recibir bobinas de devanado y que definen una perforación central para recibir el rotor, la mejora está caracterizada porque comprende combinar una pluralidad de imanes permanentes dispuestos dentro del rotor con las bobinas de devanado del estator que consiste de aluminio, los imanes permanentes se extiende en general axialmente a lo largo del rotor para ser dispuestos en general paralelos al eje, las bobinas de devanado de aluminio son recibidas dentro y distribuidas en general a través de múltiples ranuras de las ranuras axiales del cuerpo del núcleo del estator.

14. El conjunto de motor de imán permanente sin escobillas de arranque en línea de la reivindicación 13, caracterizado porque los imanes permanentes consisten de neodimio, las bobinas de devanado consisten esencialmente por completo de aluminio.

15. El conjunto de motor de imán permanente sin escobillas de arranque en línea de la reivindicación 14, caracterizado porque el conjunto de motor tiene una eficiencia de por lo menos aproximadamente 90%.

16. El conjunto de motor de imán permanente sin escobillas de arranque en línea de la reivindicación 15, caracterizado porque el rotor incluye cuatro imanes permanentes sustancialmente de igual tamaño, los imanes permanentes son dispuesto en dos pares, con cada uno de los pares de imanes siendo simétricos a otros de los pares de imanes con respecto al eje.

17. Un método para proporcionar eficiencia de motor incrementada a un costo incremental más bajo, el método está caracterizado porque comprende las etapas de: (a) proveer una pluralidad de imanes permanentes dentro de un rotor, los imanes permanentes se extienden en general axialmente a lo largo del rotor, (b) formar bobinas de devanado de aluminio para recepción dentro de una pluralidad de ranuras axiales espaciadas circunferencialmente de un estator y (c) disponer el rotor dentro de una perforación central del estator para formar un motor de imán permanente sin escobillas de arranque en línea devanado de aluminio, en donde el motor tiene una eficiencia de por lo menos aproximadamente 90%.

18. El método para proporcionar eficiencia al motor de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porgue la etapa (a) incluye la etapa de incluir cuatro imanes permanentes sustancialmente de igual tamaño dentro del rotor, los imanes permanentes son dispuestos en dos pares, con cada uno de los pares de imanes siendo simétricos al otro de los pares de imanes con respecto al eje.

19. El método para proporcionar eficiencia al motor de la reivindicación 17, caracterizado porgue la etapa (b) incluye la etapa de formar las bobinas de devanado esencialmente por completo de aluminio.

20. El método para proporcionar eficiencia al motor de la reivindicación 17, caracterizado porgue comprend además la etapa de (d) de incorporar el motor a un compresor hermético, de tal manera que el motor es alojado dentro de la caja del compresor para estar sellado herméticamente de un medio ambiente del exterior.