DISPOSITIVO DE ACOPLAMIENTO ENTRE UN ROTOR DE ELECTROMOTOR
DE IMANES PERMANENTES SINCRONO Y UNA PARTE MOVIL
CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere, en su aspecto más general, a un dispositivo de acoplamiento entre un rotor de electromotor de imanes permanentes síncrono y una parte móvil . En particular esta invención se refiere a un dispositivo de acoplamiento entre un rotor de electromotor de imanes permanentes síncrono y una parte móvil, del tipo que comprende un miembro impulsor, excéntrico con respecto al eje de rotación del rotor y que es integral con un primer componente de transmisión de movimiento, y al menos un elemento impulsado, que es también excéntrico con respecto al eje de rotación del rotor y que es integral con un segundo componente de transmisión de movimiento que se encuentra ubicado cinemáticamente en serie con el anterior, los miembros impulsores e impulsados se encuentran colocados sobre diferentes posiciones axiales no interferentes de un área de trayectoria de los miembros impulsores e impulsados que se encuentran colocados sobre planos paralelos diferentes y no interferentes , en una cámara hermética.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Es bien conocido que los motores eléctricos de imán permanente tienen un esquema estructural que comprende un estator, con un electroimán empaquetado por laminación, y devanados correspondientes, y un rotor de imán permanente colocado entre al menos dos polos del estator definidos por el estator. El rotor es cruzado axialmente por un eje, que es integral con el mismo, conectado giratoriamente a una estructura de cojinete. También se sabe que el arranque del motor sincrónico es más difícil mientras mayor es la inercia de la carga aplicada al mismo. De hecho, el arranque es un proceso transitorio en donde la dirección de rotación, velocidad y corriente cambian hasta que se alcance la sincronía. En este proceso transitorio, una oscilación del rotor es determinada como efecto del campo magnético alterno generado por el estator que, induciendo un par de torsión en el rotor de imán permanente, tiende a llevarlo hasta una posición en donde el campo magnético del rotor se alinea con el campo del estator. Si durante esta oscilación "de vaivén" el rotor adquiere suficiente energía cinética para lograr moverse tan sólo un poco afuera de su posición alineada, sufre una aceleración adicional que lo fuerza a realizar otra porción de rotación, una y otra vez, hasta que se alcance el estado de sincronía. Actualmente los acoplamientos mecánicos insertados entre la carga y el rotor son ampliamente usados a fin de permitir que el rotor oscile libremente por cierto ángulo de rotación en el paso de arranque . Este es el caso de los acoplamientos conocidos como acoplamientos dentados, en donde un primer diente, conocido como diente impulsor y excéntrico con respecto al eje de rotación, es integral con un extremo del eje del rotor, mientras que un segundo diente, que es impulsado y también excéntrico con respecto al eje de rotación, es integral con la carga. En esta forma, durante el transitorio del arranque el rotor es liberado de la inercia de la carga, ayudando así a lograr el estado de sincronía. Una rotación libre a través de un ángulo determinado (típicamente de 180° sexagesimales) ocurre entonces antes del impacto entre los dientes cuando se acopla la carga: y entonces ocurre una conexión directa entre la carga y el rotor que, en funcionamiento, se hacen substancialmente integrales . De esta manera, el transitorio de rotación libre permite al motor alcanzar el estado de sincronía y desarrollar un par de torsión tal que pueda superar el momento de inercia de la carga durante el arranque . Se conoce un dispositivo de acoplamiento entre el rotor de electromotor de imanes permanentes síncrono y la parte móvil, el cual se describe en la patente Europea No. 0 983 630 a nombre de este solicitante. Este dispositivo comprende al menos dos acoplamientos impulsores que cooperan mutuamente en una serie cinemática. Cada acoplamiento comprende un miembro impulsor que es excéntrico con respecto al eje de rotación y que es integral con un componente de transmisión de movimiento y un miembro impulsado, que es también excéntrico con respecto al eje de rotación, que es integral con un componente que se encuentra colocado cinemáticamente en serie con el anterior. Los miembros impulsores e impulsados son colocados sobre diferentes posiciones axiales no interferentes y un componente de transmisión intermedio, que incorpora tanto un miembro impulsado como un miembro impulsor, se interpone para realizar la conexión cinemática: este componente intermedio tiene una dimensión axial que es apropiada para interferir con las trayectorias de ambos miembros. En la ejecución práctica el componente interpuesto entre los miembros impulsor e impulsado está compuesto de un solo elemento de hule elástico. Aunque es ventajoso bajo diferentes puntos de vista, los dispositivos de acoplamiento entre un rotor de electromotor de imanes permanentes síncrono y una parte móvil están estructurados en la forma descrita esquemáticamente, anteriormente, que tiene desventajas conocidas . Por ejemplo, un principal problema que surge es que las muy elevadas aceleraciones del rotor (que son de aproximadamente 16,000 radianes/s2) causan choques entre el miembro impulsor, el elemento elástico y el miembro impulsado. La onda de choque que se propaga dentro del elemento elástico causa la falla prematura del mismo. Otra desventaja de los dispositivos de acoplamiento es que involucran un nivel de eficiencia acústica, es decir un nivel de silencio, que a menudo no es apropiado para los usos, y esto sucede tanto en el arranque del motor como durante la marcha.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN El problema que sustenta la presente invención es el de encontrar un dispositivo de acoplamiento entre un rotor de electromotor de imanes permanentes síncrono y una parte móvil, que pueda cumplir con el requerimiento mencionado anteriormente, y que a la vez supere, en una forma simple y económica, todas las desventajas mencionadas con referencia a la técnica anterior . Este problema se resuelve, de conformidad con la presente invención, mediante un dispositivo como el que se mencionó anteriormente y caracterizado porque los miembros impulsores e impulsados se encuentran conectados operativamente a través de medios de conexión cinemática cuya dimensión axial interfiere con los planos paralelos en la cámara y en que los medios de conexión cinemática comprenden al menos un elemento elástico que es comprimido en la cámara entre una pared de fondo y una tapa de cierre hermético . Características adicionales y las ventajas del dispositivo de acoplamiento entre un rotor de electromotor de imanes permanentes síncrono y una parte móvil, de conformidad con la presente invención, serán más evidentes a partir de la descripción de una modalidad de la misma, hecha posteriormente en la presente con referencia a los dibujos anexos proporcionados a manera de un ejemplo indicativo y no limitativo.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 es una vista esquemática en despiece de un dispositivo de acoplamiento entre un rotor de electromotor de imanes permanentes síncrono y una parte móvil, de conformidad con la invención. La figura 2 es una vista en corte diametral, esquemática (a lo largo de la línea II-II de la figura 3) del dispositivo de la figura 1. La figura 3 es una vista de sección transversal, esquemática (a lo largo de la línea III-III de la figura 2) del dispositivo de la figura 1. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE UNA MODALIDAD PREFERIDA Con referencia a las figuras, de conformidad con la presente invención, se muestra un dispositivo de acoplamiento, indicado en forma global con el número 11, entre un rotor de electromotor de imanes permanentes y una parte móvil, por ejemplo un impulsor de bomba centrífuga 17. El rotor, no mostrado en las figuras, comprende en general un imán permanente cilindrico, anular, sobre el cual se sobreimprime un elemento de material plástico que define una espiga interior y rebordes extremos . El rotor tiene entonces una forma cilindrica global, con un agujero axial en donde se inserta integralmente un eje. El dispositivo de acoplamiento 11 de conformidad con la invención se encuentra entre el rotor, y consecuentemente entre el eje que es integral con el mismo, y el impulsor de bomba centrifuga 17. El dispositivo de acoplamiento comprende un miembro accionador o impulsor 22 y al menos un miembro impulsado 24, alojado en una cámara hermética 18 practicada en el impulsor 17 y cerrada por una tapa de cierre hermético 19b. Más part cularmente, el miembro impulsado comprende un primer diente 24a y un segundo diente 24b que se encuentran formados conjuntamente con el impulsor 17 y que se proyecta desde una pared de fondo 19a de la cámara 18 en una posición diametralmente opuesta. La cámara 18 se extiende desde el impulsor 17 hacia el rotor y define un área de trayectoria substancialmente cilindrica 18a que se encuentra comprendida entre la pared de fondo 19a y la tapa 19b que es en general circular. Un empaque anular 20, alojado en un asiento 21a de la tapa 19b, alrededor de un agujero central 21 de la tapa 19b, asegura la hermeticidad de la cámara 18. El eje del rotor pasa a través del agujero 21. El miembro impulsor 22 es excéntrico con respecto al eje de rotación del rotor y comprende un primer diente 22a que se extiende desde una espiga enchavetada 23 sobre el extremo del eje, adentro de la cámara 18. El primer diente 22a es entonces integral con un primer componente de transmisión de movimiento formado por el rotor. El miembro impulsado 24, el cual es también excéntrico con respecto al eje de rotación, comprende los dientes 24a y 24b que se extienden monolíticamente desde la pared de fondo 19a de la cámara 18 y que son entonces integrales con un segundo componente de transmisión de movimiento colocado cinemáticamente en serie con el anterior, el cual se encuentra formado en el ejemplo por el impulsor 17. Los dientes 22a y 24a, 24b se encuentran ubicados sobre diferentes planos paralelos no interferentes . Más particularmente, los dientes 22a y 24a, 24b están conectados operativamente únicamente a través de medios de conexión cinemática 25 cuya dimensión axial interfiere con los planos paralelos en esa área de trayectoria 18a. En particular, de . conformidad con un aspecto de la presente invención, estos medios de conexión cinemática 25 comprenden al menos un elemento elástico 25a, hecho preferentemente de hule o material plástico sintético, colocado en esa área de trayectoria 18a de los dientes 22a y 24a, 24b de los miembros impulsor 22 e impulsado 24. Además, el elemento elástico 25a es comprimido en la cámara 18 entre el fondo 19a y la tapa 19b. El elemento elástico 25a se encuentra preferentemente alojado en una porción de corona cilindrica 24c entre los dientes 24a y 24b (en el caso mostrado en las figuras, la amplitud angular de esa porción es ligeramente mayor que un ángulo recto) . Este elemento elástico 25a tiene también bordes redondeados como puede observarse en la figura 1. La dimensión angular de los dientes 22a y 24a, 24b es limitada a fin de dejar un espacio apropiado para la colocación del elemento elástico 25a. En forma más precisa, el elemento elástico 25a es colocado en la cámara 18 en una porción de corona cilindrica 24c con una mayor amplitud angular que la dimensión del elemento elástico 25a. En una modalidad alternativa, no mostrada en las figuras, la amplitud angular de las dos porciones de corona cilindrica 24c y 24d que se encuentra delimitada entre los dientes 24a y 24b puede ser diferente, por ejemplo la porción 24d puede tener una mayor amplitud angular que la porción opuesta 24c que aloja el elemento elástico 25a. En el ejemplo de las figuras, un lubricante, preferentemente aceite, por ejemplo aceite de silicona con una fluidez de 0.005 m2/s (5, 000 centistokes) , es vertido convenientemente en la porción 24d. Concerniente a la compresión del elemento elástico 25a en esa área de trayectoria 18a entre el fondo
19a y esa tapa 19b, se especifica que, en el ejemplo mostrado en las figuras, la tapa 19b es insertada a presión en una cavidad circunferencial 30 colocada en un extremo de la cámara 18 a una altura, con respecto al fondo 19a, menor que la extensión axial del elemento elástico 25a, a fin de que ejerza una ligera compresión sobre el mismo. La tapa
19b es integral con el impulsor 17. Posteriormente en la presente se especifican un ensamble y el funcionamiento del dispositivo de acoplamiento entre un rotor de electromotor de imanes permanentes síncrono y una parte móvil de conformidad con la presente invención. El elemento elástico 25a es alojado primero en una de las dos porciones de corona cilindrica 24c y 24d definidas entre los dos dientes 24a y 24b. Si una de las dos porciones tiene una amplitud angular menor, el elemento
25a es alojado en esa porción. La espiga 23 es insertada libremente en la cámara 18 en donde el primer diente 22a pueda girar libremente encima de los dientes 24a y 24b.
En este punto la tapa 19b es insertada a presión en la cavidad 30, el elemento elástico 25a es entonces comprimido ligeramente como se muestra en la figura 2. A la espiga 23 se puede tener acceso a través del agujero 21 de la tapa 19b para un siguiente ensamble sobre el extremo libre del eje impulsor, por ejemplo mediante enchavetado de interferencia. Con respecto a la operación, basta decir que la rotación del eje del rotor pone el primer diente 22a en contacto con el elemento elástico 25a, después de una rotación libre que puede exceder también 180 grados sexagesimales. Después del impacto, el elemento elástico 25a puede cubrir, con una fricción debida a la compresión, una pequeña sección angular antes de hacer contacto con uno de los dientes 24a, 24b. En la práctica se contempla un sistema elástico que puede amortiguar progresivamente el choque entre los dientes 22a · y 24a, 24b, en donde los últimos dos de los mismos se encuentran inicialmente en reposo . El elemento elástico 25a, que sufre una fuerza de compresión y la fuerza de cizalla de los dientes 22a y 24a, 24b, distribuye la energía del impacto en el volumen así comprimido del mismo. Los resultados de prueba muestran que esta energía de choque es distribuida en una mejor forma con respecto a la técnica conocida y, al mismo tiempo, también la reflexión de la onda de choque es amortiguada en una forma más efectiva. La principal ventaja conseguida por el dispositivo de acoplamiento entre un rotor de electromotor de imanes permanentes síncrono y una parte móvil, de conformidad con la presente invención, es que limita inusualmente la posible falla del elemento elástico, asegurando de esta forma un estándar de muy alta confiabilidad. Otra ventaja del dispositivo de acoplamiento entre un rotor de electromotor de imanes permanentes síncrono y una parte móvil, de conformidad con la presente invención, es asegurar un silencio excelente, tanto en el arranque como durante el funcionamiento, por toda la vida del motor. Otra ventaja del dispositivo de acoplamiento entre un rotor de electromotor de imanes permanentes síncrono y una parte móvil, de conformidad con la presente invención, es que es de construcción simple y tamaño reducido . Una ventaja adicional del dispositivo de acoplamiento entre un rotor de electromotor de imanes permanentes síncrono y una parte móvil, de conformidad con la presente invención, es permitir que el eje del rotor, antes de alcanzar el elemento elástico, tenga una libertad de rotación por un ángulo que exceda los 180 grados sexagesimales usados normalmente en la técnica anterior, reduciendo asi en forma definitiva el par de torsión de arranque del motor, requerido, permitiendo consecuentemente el uso de un motor de menor potencia. Una ventaja aún adicional del dispositivo de acoplamiento entre un rotor de electromotor de imanes permanentes síncrono y una parte móvil, de conformidad con la presente invención, es permitir el uso de un aceite sencillo como un lubricante, y no requiere del uso de grasa como sucede en dispositivos de la técnica anterior. Obviamente que, a fin de cumplir con los requerimientos específicos y eventuales, una persona experimentada en la técnica podría realizar varios cambios al dispositivo de acoplamiento descrito anteriormente, entre un rotor de electromotor de imanes permanentes síncrono y una parte móvil, todo lo cual se encuentra no obstante comprendido en el alcance de protección de la presente invención, tal como se encuentra definido en las reivindicaciones siguientes.