RO120023B1 - Motor electric de curent continuu, cu comutaţie electronică - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un motor electric contrarotativ, de curent continuu, fără perii de comutaţie şi fără stator. Motorul conform invenţiei are un rotor de excitaţie cu electronică de comutaţie şi bobine, ce creează un câmp electric, învârtitor, pentru a acţiona asupra unui alt rotor condus, cu transmisia curentului de la un suport fix la rotorul de excitaţie (1), prin intermediul unui ax tubular (11). Cel puţin unul dintre inelele colectoare de curent (111), cu cel puţin o perie aferentă (33), se află la capătul axului (11), astfel că cel puţin un lagăr fix (32) se află între cele două rotoare (1 şi 2) şi sistemul inel (111)-perie (33), sistemul inel-perie (111 şi 33) putând fi etanşat cu o cutie (37), faţă de mediul ambiant, prin intermediul lagărului (32). ŕ

Description

Invenția se referă la un motor electric de curent continuu, cu comutație electronică, utilizat la acționarea diverselor aparate electrice, cum ar fi ventilatoarele.

Un astfel de motor este cunoscut din publicația internațională WO 96/09683, din 28 martie 1996.

în acest material se prezintă construcția unui motor contrarotativ de curent continuu fără perii și fără stator, fiind alcătuit din două rotoare, de regulă, unul interior și celălalt exterior, ce se rotesc liber unul față de celălalt, câmpul magnetic acționând într-un întrefier cilindric. Dar în această documentație nu se prezintă și modul de fixare a rotoarelor contrarotative.

Problema tehnică, pe care o rezolvă invenția, se referă la modul de prindere a rotoarelor contrarotative, astfel încât să se poată realiza soluții constructive, concrete, pentru acest tip de motoare.

Motorul de curent continuu, cu comutație electronică, conform invenției, conține un rotor de excitație care, prin intermediul electronicii de comutație și al bobinelor, creează un câmp electric învârtitor, pentru a acționa asupra unui alt rotor condus, fiind caracterizat prin aceea că cel puțin unul din inelele colectoare de curent cu cel puțin o perie aferentă se află la capătul axului, astfel că cel puțin un lagăr fix se află între rotoarele menționate și sistemul inel-perie și că acestea pot fi etanșate cu o cutie față de mediul ambiant prin intermediul lagărului amintit.

Avantajele invenției sunt:

- simplitate constructivă;

- electronica de comandă poate fi plasată astfel, încât să interacționeze cu cea de comutație, prin contact galvanic (perii suplimentare sau prin cuplaj magnetic sau optic).

Se dau, în continuare, 3 exemple de realizare a invenției, în legătură cu fig. 1 *7 care reprezintă:

- fig. 1 a, b, c, vedere motor de curent continuu cu trei variante de prindere a rotorului;

- fig. 2, schema detaliată, a unui motor cu rotorul condus interior, varianta a;

- fig. 3 a, b, modul de prindere a periilor, două variante;

- fig. 4, vedere printr-o aplicație specifică (ventilator) a invenției;

- fig. 5 a, b, vedere detaliată prin aplicația specifică din fig. 4;

- fig. 6, vedere suflante radiale independente;

- fig. 7, schema detaliată a unui motor cu două rotoare radiale concentrice.

Invenția se poate aplica și la motoare cu întrefier plan axial.

Unul din cele două rotoare numit, de acum, rotor de excitație 1, este activ, primind curent și creând, prin intermediul bobinajelor, un câmp magnetic învârtitor.

Celălalt rotor, numit rotor condus 2 este pasiv, el fiind un simplu pachet de tole, la motoarele cu reluctanța comutabilă. La alte tipuri de motoare el poate fi echipat cu magneți permanenți.

Orice motor cu comutație electronică poate fi transformat într-un motor, conform invenției, dacă ceea ce era până acum statorul se poate roti liber, datorită unor lagăre suplimentare 31, 32 devenind rotor de excitație.

Rotoarele contrarotative sunt fixate corespunzător pe un suport cu lagăre și primesc curentul prin contacte rotative cu două perii plus, respectiv, minus. Electronica de comutație 13 a motorului este aferentă rotorului de excitație și este rotativă solidar cu acesta.

Electronica de comandă 143 poate fi plasată fie pe cadrul 14, al rotorului de excitație 1 (fig. 5b), fie la exterior, interacționând cu cea de comutație 13 prin contact galvanic (perii suplimentare) sau prin cuplaj magnetic sau optic.

RO 120023 Β1

Aceste motoare livrează puterea utilă, prin două rotoare contrarotative, la care mo- 1 mentul motor este egal, turațiile lor putând fi însă diferite. De aceea, este necesar ca invenția să ofere specialistului și soluțiile de utilizare a acestui tip neobișnuit de motor. 3

Aceasta este premiza pentru construcția unor agregate de lucru competitive tehnic și economic. 5

Sarcina invenției este deci de a oferi specialiștilor în motoare comutate electronic, cât și celor care se ocupă de dispozitivele antrenate (în special ventilatoare), variante de 7 soluții de realizare, astfel încât aceștia să poată realiza ansamble de lucru optimale.

Acest lucru este necesar pentru a se putea ajunge la o cooperare corespunzătoare 9 a specialiștilor din mai multe domenii, pentru că fără înțelegerea ansamblului, fiecare specialist ar fi tentat a utiliza soluții comune, care nu conduc la rezultate optime. 11

Soluția de realizare a invenției este redată de revendicarea 1 și concretizată în variante de realizare, conform revendicărilor dependente. 13

Piesele ce se rotesc împreună cu rotorul 1, deci piesele antrenate de acesta într-o direcție, sunt reprezentate în desene prin hașuri (eventual parțiale) cu panta spre stânga, 15 și vor fi numerotate cu cifre începând cu 1; iar cele ce se rotesc solidare cu rotorul 2 în direcție opusă au panta hașurilor spre dreapta și cifre începând cu 2. Piesele (începând cu 17

3), nerotitoare, sunt reprezentate prin hașuri drepte sau, după caz, prin hașuri încrucișate.

Dacă hașura nu există, cifra indică deci clar starea de mișcare. 19

Legăturile de putere (la perii) vor fi notate cu plus (+) respectiv minus (-), iar organele de comandă vor fi reprezentate printr-o treaptă logica (low-high). 21

Fig.1 a, b, c reprezintă trei variante constructive de motor contrarotativ, provenind respectiv din concepția corespunzătoare unui fost motor cu rotorul interior (a), a unui fost 23 motor cu rotorul exterior (cupa) (b) și respectiv a unui fost motor cu întrefier axial (c).

Reperele tuturor desenelor au aceleași semnificații, după cum urmează, respectiv 25 după cum sunt enumerate în desene și respectă convenția stării de mișcare definită mai sus.

- reprezintă rotorul de excitație (cu bobine),27

- este un ax găurit solidar cu acesta prin care trec legaturile de putere și comandă,

- este un senzor fără contact galvanic (magnetic sau optic),29

- sunt semiconductoare de putere ce comandă câmpul învârtitor al rotorului de excitație,31

- este o flanșă la care se cuplează mecanic obiectul antrenat, ce aparține cadrului multifuncțional al rotorului,33

- este o linie figurativă indicând traseul (prin axul 11, respectiv rotorul de excitație

1) al legăturilor de putere și comandă,35

- este un senzor Hali de sesizare a poziției rotorului,

- reprezintă rotorul condus (cu sau fără magneți),37

- este lagărul aferent acestui rotor, aici acționând față de axul 11, este o piesa (flanșa) de cuplare a obiectului antrenat,39

- este un disc magnetic de sesizare a poziției rotorului,

31, 32 - reprezintă lagărele fixe,41

- este peria (+),

- este peria minus (-),43

- este o perie pentru sensul de comandă (dacă este necesară),

- este un emițător de semnal ce acționează asupra senzorului 12,45

- este reprezentarea figurativă a unui spațiu închis față de mediul ambiant și etanșat prin unul din lagărele 31,32 astfel încât periile sunt închise față de mediul ambiant. 47

RO 120023 Β1

Fig. 1a reprezintă un motor cu lagărele suport 31,32 de ambele părți ale rotoarelor, în fig. 1b, c lagărele 31, 32 sunt fixate numai de o parte.

Cele trei tipuri de motor din fig. 1 a, b, c pot fi bineînțeles prevăzute cu cele trei feluri de amplasare a lagărelor 31,32 periilor 33,34,35, sau senzorilor 12, respectiv emițătorilor 36.

Fig. 2 detaliază schematic și mai mult realizarea unui motor cu rotorul condus interior 2 (fig. 1 a), de exemplu, un motor cunoscut din cererea de brevet PCT-RO 00012/95.

Rotorul condus 2, ce se rotește liber pe axul tubular 11 este fixat pe o placă intermediară între acesta și bucșa lagăr 22, care se termină cu flanșa 24 de cuplare a obiectului antrenat.

Rotorul 2 poartă și discul magnetic 25 de sesizare a poziției relative a rotoarelor 1 și 2, rotorul de excitație 1 având montat senzorul Hali corespunzător 16.

Rotorul de excitație 1 este fixat pe axul tubular 11, prin intermediul cadrului multifuncțional 14 ce susține jugurile 141 cu bobinele 142.

De cadrul 14, se fixează dispozitivele antrenate.

Bobinele 142 sunt cuplate la plăcuta electronică 143 la care sunt aduse și terminalele tranzistoarelor de comandă 13, acestea utilizând cadrul 14 drept radiator.

Curentul este adus de la borna + a sursei de curent, prin peria 33, care face contact cu bolțul axial de conectare 111, izolat față de ax.

Bolțul 111 este găurit și despicat în formă de ștecher mamă (ex. fig 3 a) și prin el se înfige radial știftul de conectare 145, izolat față de cadrul 14 și conduce astfel curentul de la borna (+) la plăcuța electronică 143. Se pot realiza și altfel de variante, de exemplu știftul 145 fiind introdus primul, în el încastrându-se boitul 111.

Borna minus a sursei de curent este legată la peria 34, care apasă direct pe axul 11, ce este în contact direct cu cadrul 14, astfel încât aceste piese ale motorului au potențialul minus.

Cu aceste legături (+,-) realizate simplu, motorul este deja funcțional.

Supraturația accidentală a motorului, în special, a rotorului exterior de excitație se poate evita printr-un contact amplasat pe plăcuta electronica 143 și acționat de forța centrifuga la depășirea unei turații prestabilite.

Dacă se cere o modalitate de acțiune asupra electronicii motorului (plăcuța 143, respectiv semiconductoarele 13), de exemplu, pentru pornirea sau reglarea puterii, aceasta se poate realiza cu ajutorul senzorului 12.

Acesta are de exemplu trei conexiuni 121 plasate într-un corp izolator 122.

Conexiunile 121 ale senzorului 12 plasate la 120’ pe un perimetru circular sunt conectate la știfturi 146 izolate față de cadrul 14, ce sunt conectate la plăcuța electronică 143.

Corpul izolator 122 poate fi realizat prin injecție sau prelucrare din material termoplastic sau termorigid.

într-o formă simplă, el va avea caneluri, în care sunt plasate conexiunile 121. Se respectă aici regulile cunoscute din stadiul tehnicii, pentru a se realiza o legătură electrică sigură între lamelele 121 și știfturile 146.

Se poate, de exemplu, proceda astfel încât știfturile 146 să fie înfipte cu presiune elastică în lamelele 121 (radial) sau lamelele 121 să se încastreze elastic în știfturile 146 (axial).

Dacă se dorește, se pot aplica și alte tehnici de conectare, de exemplu, cu tuburi coaxiale ce duc la inelele de perii, sau la senzorul 12, evitându-se astfel ca axul tubular 11 să fie folosit drept conductor.

RO 120023 Β1

De asemenea, firele izolate pot fi trase prin rama motorului 14 și prin axul tubular 11. 1

Exemplul conform fig. 2 este însă mai simplu și se pretează la montaj mecanizat.

O variantă compactă de amplasare a periilor, adecvată pentru curenți mari, este 3 reprezentata în fig. 3b unde, simetric față de boițul 111 sunt amplasate câte două perii 33 și 33', (sau respectiv 34,34') ale căror fire sunt legate în paralel, fiecare perie fiind apăsată 5 de către un arc rolă dublu 331.

Pentru reglajul motorului, emițătorul 36 transmite, fără contact, semnalele de co- 7 mandă, senzorului 12, ce acționează asupra electronicii rotitoare.

Lagărele fixe 31 și 32 permit rotirea liberă a axului 11 și preiau numai forțele de sus- 9 tentație datorate ansamblului contrarotativ.

Ambele capete ale axului 11 sunt cuprinse în spații închise 37 și 37', profitându-se 11 de etanșarea lagărelor 31,32 pentru protecția periilor și a ansamblului senzor-emițător 1236, cutiile 37, 37' fiind și suporții motorului. 13

Caracteristica acestor motoare cu rotoare contrarotative este că ele livrează același moment de rotație la ambele rotoare 1,2, asupra suportului 37 transmițându-se numai mo- 15 mentul neglijabil de frecare a periilor 33,34 și lagărelor 31,32.

Turația de dimensionare electrică a motorului (viteza relativă, respectiv frecvența de 17 comutație) va fi suma vitezelor de rotație absolute ale celor două rotoare 1 și 2, întrucât acestea se rotesc în sens contrar. 19

Turația, respectiv puterea motorului, poate fi reglată și din exterior, fără senzorul 12, analizând tensiunea și curentul la periile 33,34 ale motorului, precum și frecvența variației 21 de curent, produsă de comutație.

Acești parametri se pot corecta, în consecință, printr-o electronică de reglaj, care 23 poate fi amplasată în afara motorului, pe partea fixă, în cutia 37, de exemplu. Turațiile celor două rotoare 1, 2 pot fi diferite și se poate acționa asupra turației unui rotor (de exemplu, 25 prin schimbarea caracteristicii turație-moment a dispozitivului antrenat), schimbându-se bineînțeles și momentul (respectiv, turația) celuilalt rotor 2,1. Acestea sunt câteva modalități de 27 a acționa pentru reglarea celor două dispozitive 19,29 antrenate de rotoarele 1 și 2, asupra frecvenței de comutație sau/și asupra balansului turațiilor. 29

Câmpul de aplicație preferențial al motoarelor contrarotative conform invenției este acționarea ventilatoarelor axiale contrarotative.31

Posibilitatea de realizare a unui astfel de ventilator cu mai multe trepte (patru) este arătata în fig. 4.33

Rotorul exterior 1 acționează două trepte b și d cu palete 19 ce se rotesc într-o direcție, iar rotorul interior 2 acționează la baza paletelor 29 ale treptei a, aceasta fiind unită cu 35 treapta c printr-un tub cilindric rotitor 27.

Peretele (suportul) 38 cu deschideri ce desparte spațiile de înaltă P și joasă J pre- 37 siune poate fi construit ca o prelungire a cutiei lagărelor 31,32, respectiv a cutiei periilor 33, 34.39

El are un guler cilindric (etanșare labirint) în zona treptei d (intrarea aerului) pentru a micșora pierderile dintre acesta și tubul 27.41

Pentru aplicațiile unde se cere o presiune scăzută și un debit mare este avantajoasă varianta de motor contrarotativ cu două ventilatoare din fig. 5a, b (vedere schematică și 43 secțiune prin motor).

Motorul conform fig. 5b (aranjamentul de lucru vezi fig. 5a) are configurația rotor 2 -45 stator 1, ca în fig. 1a și sistemul de lagăre - comandă corespunde figurii schematice 1b.

RO 120023 Β1

Aici rotorul exterior 1 al motorului acționează direct palele 19 ale unui ventilator, iar rotorul interior 2 acționează prin cureaua 241 un ventilator 29 amplasat alături, astfel că cele două ventilatoare refulează în paralel. Raportul de transmisie al curelei 241 antrenata de rotorul interior 2 prin roata (flanșa) 24 (fig. 5b), poate fi 1:1 sau diferit și la nevoie chiar variabil, obținându-se astfel posibilități suplimentare de reglaj.

Celelalte repere sunt notate la fel ca în fig. 1.

Balansul puterii absorbite de fiecare din cele două ventilatoare poate fi influențat prin schimbarea caracteristicii turație/moment a acestora după metodele clasice.

Ținând cont că cele două momente sunt egale se poate stabili punctul de funcționare al fiecărui ventilator.

Cele două ventilatoare pot fi amplasate în același plan (fig. 5a) sau în planuri diferite.

Fig. 6 arată două suflante radiale independente 19,29, acționate de către rotoarele 1 și 2, conform invenției, fiecare cu o carcasă spirală 39, 39'.

în fig. 7 este schițată o variantă cu două rotoare radiale concentrice 19,29, antrenate de rotoarele 1, 2, unul aflându-se în interiorul celuilalt.

Acest tip nu necesită carcasa spirală, aerul fiind refulat în direcție radială.

Invenția permite, prin soluții tehnologice simple, realizarea unor motoventilatoare economice, cu greutate scăzută și randament ridicat.

Claims (2)

1. Motor de curent continuu cu comutație electronică, având un rotor de excitație (1) cu electronică de comutație și bobine (143,144), ce crează un câmp electric învârtitor, pentru a acționa asupra unui alt rotor condus (2), cu transmisia curentului de la un suport fix la rotorul de excitație (1), prin intermediul unui ax tubular (11), caracterizat prin aceea că cel puțin unul din inelele colectoare de curent (111), cu cel puțin o perie aferentă (33), se află la capătul axului (11), astfel că cel puțin un lagăr fix (31, 32) se află între rotoarele (1,2) și sistemul inel (111 )-perie (33) și că acestea (111,33) pot fi etanșate cu o cutie (37) față de mediul ambiant prin intermediul lagărului (32).

2. Motor conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că rotoarele de excitație (1), respectiv rotorul condus (2), pot avea forma de rotor interior, lateral sau exterior.

3. Motor conform revendicărilor 1 și 2, caracterizat prin aceea că lagărele fixe (31,32) pot fi amplasate de o parte sau de ambele părți ale rotoarelor (1) respectiv (2).

4. Motor conform revendicărilor 1 -3, caracterizat prin aceea că trecerea curentului, de exemplu, de la borna minus, respectiv peria (34) se realizează prin axul tubular (11) al motorului, respectiv printr-un cadru (14) al acestuia.

5. Motor conform revendicărilor 1 - 4, caracterizat prin aceea că este prevăzut cu un senzor (12) pentru recepția fără contact galvanic a unor semnale de comandă.

6. Motor conform revendicărilor 1-5, caracterizat prin aceea că senzorul (12) este amplasat la un capăt al axului (11).

7. Motor conform revendicărilor 1-6, caracterizat prin aceea că trecerea curenților electrici prin axul tubular (11) spre electronica motorului (143,144) se realizează prin legături de tip ștecher între niște conductoare coaxiale (111,121) și niște conductoare radiale (145, 146), ultimele fiind înfipte radial în primele sau invers, deci prin introducerea ulterioară a elementelor axiale (111,121).

RO 120023 Β1

8. Motor conform revendicărilor 1 -7, caracterizat prin aceea că trecerea conductoa- 1 relor electrice de forță (111,145) și eventual de comandă (121) se face prin axul tubular (11) al motorului. 3

9. Motor conform revendicărilor 1 -8, caracterizat prin aceea că axul tubular (11) și cadrul motorului (14) sunt folosite drept conductoare de curent, o perie (34) fiind în contact 5 electric alunecător cu axul tubular (11).

10. Motor conform revendicărilor 1 -9, caracterizat prin aceea că transmiterea sem- 7 nalelor prin axul tubular (11) se realizează prin conductoare coaxiale.

11. Motor conform revendicărilor 1-10, caracterizat prin aceea că limitarea unor 9 turații periculoase ale motorului se realizează printr-un contact ce este acționat de forța centrifugă. 11

12. Motor conform revendicărilor 1-11, caracterizat prin aceea că turația acestuia se realizează pe baza unor dispozitive electronice fixe, având drept parametru de reglaj, 13 componenta alternativă a curentului absorbit de motor înaintea periilor (33,34).

13. Motor conform revendicărilor 1-12, caracterizat prin aceea că balansul puterii 15 dezvoltate între rotorul de excitație (1) și rotorul condus (2) se realizează prin schimbarea caracteristicii turație/moment ale dispozitivelor antrenate de către rotoarele susamintite. 17

14. Motor conform revendicărilor 1-13, caracterizat prin aceea că, pentru acționarea unui ventilator, se antrenează o suflantă axială contrarotativă cu două sau mai multe trepte, 19 astfel că unul din rotoare (1,2) acționează cel puțin un ventilator (19) la diametrul interior al palelor, iar celălalt din rotoarele (2,1) acționează un alt ventilator (29) cu sens de rotație 21 diferit, de la vârful palelor acestuia existând o extindere tubulară (27), ce acționează la vârful palelor, cel puțin un alt ventilator (29‘), cu același sens de rotire. 23

15. Motor conform revendicărilor 1 -14, caracterizat prin aceea că are un suport lateral fix (37) în forma unei ferestre de aspirație ce prezintă un guler de etanșare (38), față 25 de tubul cilindric de acționare a ventilatoarelor (27).

16. Motor conform revendicărilor 1-13, caracterizat prin aceea că unul din rotoarele 27 (1,2) acționează direct palele unui ventilator (19), în timp ce celălalt rotor (2,1) acționează printr-o transmisie cu raport fix sau variabil, (241) un alt ventilator (29) plasat în afară fluxului 29 de refulare al primului ventilator.

17. Motor conform revendicărilor 1-13, caracterizat prin aceea că rotoarele sale (1,31

2) acționează două suflante radiate independente (19,29).

18. Motor conform revendicărilor 1-13, caracterizat prin aceea că rotoarele sale 33 (1,2) acționează două suflante radiale (19,29) concentrice.

19. Motor conform revendicărilor 1-18, caracterizat prin aceea că periile (33, 34)35 sunt realizate ca perii duble, de exemplu, diametral opuse, fiind apăsate de inele colectoare (11,111) prin niște arcuri rolă (331) realizate din bandă.37