ES2197625T3 - Dispositivo de medicion del angulo de giro con conmutador magnetizado. - Google Patents
Dispositivo de medicion del angulo de giro con conmutador magnetizado.Info
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Abstract
Dispositivo para la medición del ángulo de giro para una máquina eléctrica dotada con un conmutador (1), estando compuestas las delgas (2) del conmutador (1) de un material conductivo eléctricamente, presentando un cuerpo base (3), portador de las delgas (2), zonas (4, 6) magnetizadas permanentemente, al menos en algunas secciones de las mismas, y estando dotado el estator de la máquina con un sensor (8, 9) sensible a la posición de giro del conmutador (1), caracterizado porque las delgas (2) del conmutador (1) están compuestas de un material permeable a un campo magnético, especialmente de cobre, y porque las zonas magnetizadas (4, 6) del cuerpo base (3), visto en la dirección radial, están colocadas, al menos parcialmente, entre las delgas (2) y un árbol del inducido de la máquina.
Description
Dispositivo de medición del ángulo de giro con
conmutador magnetizado.
La invención se refiere a un dispositivo para la
medición del ángulo de giro, o bien una dimensión derivada del
mismo, en una máquina eléctrica dotada de un conmutador. En cuanto
a la máquina, puede tratarse de un motor o de una dinamo
(generador). Es esencial para la invención el que ha de estar
previsto un conmutador que está dotado, de la forma de por sí
conocida, de contactos conductores de electricidad, a través de los
cuales sean conducidas corrientes en sucesión temporal a una o
varias de las bobinas del rotor, las cuales generan un campo que se
está modificando más o menos constantemente. En el caso de una
dinamo, el conmutador puede servir, por el contrario, para la
recepción de la corriente generada. Pero también puede ser
utilizada la invención en el caso de contactos deslizantes en forma
de anillos.
Las delgas del conmutador están compuestas por un
material eléctricamente conductivo. Las delgas son soportadas por un
cuerpo base del conmutador, el cual está colocado sobre un árbol
del inducido de la máquina. El cuerpo base presenta, al menos en
algunas secciones, zonas magnetizadas permanentemente. El estator
de la máquina está dotado de un sensor que responde a la posición de
giro del conmutador.
A menudo se desea determinar la posición de giro
del rotor de una máquina eléctrica, o bien un valor angular del
rotor derivado de la misma, independientemente de que la máquina
sea manejada en el modo generador o en el modo motor. Para ello es
conocido, por ejemplo en el documento DE-OS 41 03
561, el unir el árbol de un motor con imanes, y asignar en el
inductor elementos Hall a esos imanes. Además, del estado de la
técnica es conocido el colocar imanes sobre el árbol del inducido
de una máquina eléctrica, cuya posición de giro es captada a través
de un sensor inductivo, estando colocado un conmutador sobre el
árbol del inducido, el cual está desplazado axialmente respecto al
imán.
En el documento EP 0 359 853 A1 se ha colocado un
armazón polar magnético sobre el árbol del inducido del motor de
conmutador, siendo captada la posición de giro de las piezas de
polo del armazón polar a través de elementos Hall. Aunque se
publica que las delgas del conmutador y el armazón de polos están
colocadas en un cuerpo base común, el armazón de polos y el
conmutador están situado en cualquier caso, no obstante,
desplazados axialmente entre sí sobre el árbol del inducido.
Dado que a menudo el espacio disponible para
motores pequeños está fuertemente limitado, se plantea el objetivo
de integrar en lo posible el dispositivo de medición de giro en
otros grupos constructivos de la máquina eléctrica. La invención
parte por tanto de un dispositivo de medición del giro del tipo que
resulta del preámbulo de la reivindicación 1. Para alcanzar el
objetivo, la invención propone que las delgas del conmutador estén
compuestas por un material penetrable por un campo magnético,
especialmente de cobre, y que las zonas magnetizadas del cuerpo
base, vistas en la dirección radial, estén colocadas al menos
parcialmente entre las delgas y un árbol del inducido de la
máquina.
La invención consiste por tanto en principio en
aprovechar el hecho de que el cuerpo base de un conmutador está en
condiciones de ser traspasado con un campo magnético sin afectar al
cometido fundamental del conmutador. Que es el establecimiento de
contacto de sus delgas con las escobillas adyacentes.
Correspondientemente, es también posible según la
invención, junto al cometido de la alimentación de corriente,
integrar también en el conmutador la formación de un campo
magnético.
Ya que en la mayoría de las máquinas eléctricas
existe de todas formas un campo magnético giratorio, es teóricamente
posible arreglarse también sin un campo magnético integrado
especialmente en el conmutador. El campo magnético integrado en el
conmutador está, no obstante, en condiciones de presentar una
intensidad de campo suficiente como para el accionamiento de un
elemento Hall según la reivindicación 2, debiendo estar colocado el
elemento Hall en el estator, en las proximidades del conmutador.
Lógicamente puede alcanzarse una medición mejorada del campo a
través de la utilización de varios elementos Hall. La invención no
está limitada a los ejemplos de ejecución en los que se mide la
posición de giro del inducido. Con el dispositivo de medición del
ángulo de giro según la invención puede determinarse también la
velocidad de giro, la aceleración del giro, u otra dimensión del
inducido que se derive de la posición de giro.
Las delgas del conmutador no deben ser unidas
eléctricamente entre sí a través del mismo conmutador. Esto se
consigue al rodear las delgas individualmente con una capa
aislante. En una ventajosa configuración adicional de la invención
se aconseja no obstante la combinación de características según la
reivindicación 3, según la cual el cuerpo base está compuesto de un
material eléctricamente aislante, el cual esté configurado no
obstante de tal forma que permita el flujo magnético a través del
propio cuerpo base. El cuerpo base está compuesto preferentemente
de plástico.
Para la disposición de uno o varios imanes en el
interior del cuerpo base en el conmutador, se dispone, en una
ventajosa configuración adicional de la invención, una serie de
medidas. Para ello, la reivindicación 4 propone introducir en una
correspondiente escotadura del conmutador al menos un imán
prefabricado.
El cuerpo base del conmutador puede estar
compuesto no obstante también por un material fundido, magnetizable
y eléctricamente no conductor, y ser magnetizado a continuación de
forma duradera, o bien experimentar una magnetización durante el
proceso de fundición. Alternativamente se propone que el cuerpo base
esté formado por un imán sinterizado, el cual experimenta una
magnetización durante o después del proceso de sinterización.
La ventaja de la invención consiste especialmente
en que el sensor, especialmente el sensor Hall, puede encontrarse
en los mismos planos que las escobillas de carbón. Con ello, la
longitud de construcción del motor puede ser acortada. Asimismo,
los sensores pueden separarse a mayor distancia de las bobinas de
bloqueo del motor, que se encuentran en la placa trasera de
cojinete. De esta forma se disminuye una influencia sobre los
sensores a través de las bobinas de bloqueo.
Varios ejemplos preferidos de ejecución de la
presente invención se describen a continuación más detalladamente
según los dibujos. Se muestran:
Fig. 1 un conmutador de una máquina eléctrica con
un dispositivo de medición del ángulo de giro según la invención,
en un corte longitudinal;
Fig. 2 el conmutador de la figura 1 según una
primera forma de ejecución en un corte transversal, y
Fig. 3 el conmutador de la figura 1 según una
segunda forma de ejecución en un corte transversal.
En la figura 1 está dibujado un conmutador de una
máquina eléctrica en su conjunto, señalizado con el signo de
referencia 1. En el caso de la máquina eléctrica, puede tratarse de
un motor o de una dinamo (generador). En el caso de un motor, el
conmutador 1 está dotado de contactos conductores de la
electricidad en forma de delgas 2, a través de las cuales pueden ser
conducidas, en sucesión temporal, corrientes hacia una o varias
bobinas del inducido, las cuales generan un campo magnético que
varía más o menos constantemente. En el caso de una dinamo, el
conmutador 1 puede servir, por el contrario, para la recepción de
la corriente generada.
Las delgas 2 del conmutador 1 están compuestas
por material eléctricamente conductivo, permeable a un campo
magnético, siendo en el presente ejemplo de ejecución de cobre. El
conmutador 1 presenta un cuerpo base 3 que soporta las delgas 2. El
cuerpo base 3 está formado por un material eléctricamente aislante,
que permite no obstante él mismo el flujo magnético a través del
cuerpo base 3. En los ejemplos de ejecución según las figuras 1 a
3, el cuerpo base está compuesto por plástico.
El cuerpo base está magnetizado por secciones. El
magnetizado por secciones delcuerpo base puede tener lugar de
distintas formas. En el ejemplo de ejecución según las figuras 1 y
2 se ha configurado una escotadura 5 en forma de anillo en el
cuerpo base 3 de plástico del conmutador 1, en la cual se ha
introducido un imán anular 4. En el ejemplo de ejecución según la
figura 3 se han configurado escotaduras 5 en forma de segmentos en
el cuerpo base de plástico, en las que se han colocado segmentos
magnéticos 6 prefabricados.
Por último, en el caso de un tercer ejemplo de
ejecución, todo el cuerpo base 3 está compuesto de un imán de un
material aislable eléctricamente y magnetizable. El imán del cuerpo
base 3 está, por ejemplo, fundido o sinterizado. Durante, o después
del proceso de fundido, o bien de sinterizado, el experimenta, por
secciones o en su totalidad, una magnetización.
En el estator de la máquina eléctrica se han
colocado sensores adecuados 8, 9, a través de los cuales se
determina la posición de giro del conmutador 1, o bien del rotor de
la máquina eléctrica, en un movimiento de giro del conmutador 1, a
partir del campo magnético giratorio de las secciones magnetizadas
4, 6 del cuerpo base 3. En los ejemplos de ejecución según las
figuras 1 a 3, los sensores 8,9 están configurados como sensores
Hall. La exploración del campo magnético tiene lugar con el sensor
8 en dirección radial y con el sensor 9 en dirección axial. Puede
imaginarse el dotar al estator con varios sensores 8, 9 con la
misma dirección de exploración, o bien con direcciones de
exploración distintas. Las secciones magnetizadas 4, 6 del cuerpo
base 3 deben ser magnetizadas correspondiendo a la dirección de
exploración de los sensores 8, 9 utilizados.
Junto a la posición de giro del rotor es también
posible, con el dispositivo para la medición del ángulo de giro
según la invención, determinar la velocidad de giro, la aceleración
de giro, o bien otra dimensión del inducido que se derive de la
posición de giro. La ventaja de la invención consiste especialmente
en que el, o bien los sensores 8, 9 pueden encontrarse en el mismo
plano que las escobillas de carbón de la máquina eléctrica. Con
ello puede acortarse la longitud de construcción de la máquina
eléctrica. Asimismo, los sensores 8, 9 pueden separarse a mayor
distancia de las bobinas de bloqueo del motor, que se encuentran en
la placa trasera de cojinete. De esta forma se disminuye una
influencia sobre los sensores a través de las bobinas de
bloqueo.
Claims (8)
1. Dispositivo para la medición del ángulo de
giro para una máquina eléctrica dotada con un conmutador (1),
estando compuestas las delgas (2) del conmutador (1) de un material
conductivo eléctricamente, presentando un cuerpo base (3), portador
de las delgas (2), zonas (4, 6) magnetizadas permanentemente, al
menos en algunas secciones de las mismas, y estando dotado el
estator de la máquina con un sensor (8, 9) sensible a la posición
de giro del conmutador (1), caracterizado porque las delgas
(2) del conmutador (1) están compuestas de un material permeable a
un campo magnético, especialmente de cobre, y porque las zonas
magnetizadas (4, 6) del cuerpo base (3), visto en la dirección
radial, están colocadas, al menos parcialmente, entre las delgas
(2) y un árbol del inducido de la máquina.
2. Dispositivo para la medición del ángulo de
giro según la reivindicación 1, caracterizado porque el
sensor (8, 9) presenta al menos un elemento Hall, el cual es
atravesado por el campo magnético del conmutador (1).
3. Dispositivo para la medición del ángulo de
giro según una de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque el cuerpo base (3) está formado por un
material aislante eléctricamente y permeable a un campo
magnético.
4. Dispositivo para la medición del ángulo de
giro según la reivindicación 3, caracterizado porque el
cuerpo base (3) está formado por plástico.
5. Dispositivo para la medición del ángulo de
giro según una de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque el cuerpo base (3) presenta al menos
una escotadura (5) en la que está colocado un imán prefabricado,
especialmente un imán (4) anular, o bien un segmento (6) de un
imán.
6. Dispositivo para la medición del ángulo de
giro según una de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque el cuerpo base (3) está formado
fundamentalmente por un imán de material aislante eléctricamente y
magnetizable.
7. Dispositivo para la medición del ángulo de
giro según la reivindicación 5, caracterizado porque el imán
del cuerpo base (3) es de material fundido.
8. Dispositivo para la medición del ángulo de
giro según la reivindicación 5, caracterizado porque el imán
del cuerpo base (3) es de material sinterizado.
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