ES2198076T3 - Rotor de motor electrico con imanes permanentes. - Google Patents
Rotor de motor electrico con imanes permanentes.Info
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Abstract
El rotor de un motor eléctrico con imanes permanentes, incluyendo el citado rotor un núcleo (10) cuya superficie lateral es cilíndrica, en la cual se asientan imanes (20) con bordes laterales opuestos (21) y un par de casquillos anulares (40) que consta de sistemas de colocación (42), desplazamientos axiales limitadores de los imanes, y definen, en ambas direcciones de desplazamiento circular, topes para dicho desplazamiento en cada imán (20), estando colocados los bordes laterales opuestos (21) de un par de imanes consecutivos junto a los citados casquillos anulares (40), a efectos de definir una distancia circular mínima previamente establecida, caracterizándose por que cada casquillo se asienta y sujeta en una superficie del extremo (12) contiguo del núcleo (10) y cada sistema de colocación (42) limitando el desplazamiento circular de un imán (20) respectivo en una dirección el desplazamiento circular, teniendo cada imán (20) su desplazamiento circular, en ambas direcciones, limitado pordos topes (42) que limitan el desplazamiento circular, encontrándose cada uno de ello en uno de los casquillos anulares (40), estando asentados los citados topes (42) que limitan el desplazamiento circular que actúan sobre el mismo imán (20) en las porciones extremas diagonalmente opuestas de los bordes laterales (21) del citado imán (20).
Description
Rotor de motor eléctrico con imanes
permanentes.
La presente invención hace referencia al rotor de
un motor eléctrico con imanes permanentes, y el citado rotor
incluye un núcleo con una superficie lateral cilíndrica en la cual
se asientan imanes con bordes laterales opuestos, y un par de
casquillos anulares que constan de sistemas de colocación que
limitan los desplazamientos axiales de los imanes y definen, en
ambas direcciones del desplazamiento circular, los topes de dicho
desplazamiento de cada uno de los imanes, estando situados los
bordes laterales opuestos de un par de imanes consecutivos junto a
los citados casquillos anulares con objeto de definir una distancia
circular mínima previamente establecida.
En las creaciones conocidas del rotor de un motor
eléctrico sin escobillas, los imanes permanentes, normalmente en
forma de planchas curvadas, están sujetos en un núcleo cilíndrico
de hierro (US5302876), que puede ser laminado o macizo y que se
instala alrededor del eje del motor.
En estos rotores, los imanes están instalados en
carcasas definidas por aberturas longitudinales en el interior del
núcleo metálico, o están asentados en la superficie lateral
cilíndrica del núcleo con diversos sistemas de fijación, que han
sido diseñados para conferir a la estructura mecánica la
resistencia necesaria frente a las fuerzas centrífugas y el
funcionamiento del motor.
En la fabricación del rotor en que los imanes se
sujetan a la superficie lateral cilíndrica (US4683393), uno de los
problemas del montaje deriva de la necesidad de mantener el eje
longitudinal de los imanes paralelo al eje longitudinal del núcleo,
lo cual normalmente se consigue mediante la incorporación de
protuberancias radiales externas en la superficie del núcleo del
rotor o mediante equipos que llevan a cabo el montaje de la unidad
durante el proceso de fabricación.
El inconveniente de estas técnicas es la
dificultad que supone la colocación de los imanes en la superficie
del rotor durante la fabricación, cuya colocación debe ser
angularmente correcta y ofrecer una determinada distancia angular
entre los imanes. Dicha dificultad se debe al grado de libertad
longitudinal existente durante el montaje.
La colocación de los imanes en la superficie del
rotor mediante protuberancias radiales externas del núcleo implica
dificultades de montaje, debido a que los imanes se apoyan sólo en
una de las citadas protuberancias puesto que, durante el
funcionamiento del motor o también durante el proceso de montaje del
citado rotor, la distinta expansión térmica tanto del núcleo como
de los imanes puede generar altas tensiones mecánicas que se
concentran en los imanes en la zona de apoyo, en caso de que los
imanes se apoyen simultáneamente sobre dos protuberancias opuestas.
Dichas tensiones pueden dar lugar a averías provocadas por la
rotura de los imanes, dado que son de material cerámico. En
determinados casos, incluso el apoyo sobre una única protuberancia
puede ser crítico.
Tras la formación del rotor, con los imanes
correctamente colocados en torno al núcleo, el rotor tiene que
colocarse y montarse alrededor del eje del motor, cuando son
necesarios medios de colocación para alinear el rotor durante la
fase de montaje en torno al eje del motor. Estos sistemas de
colocación también sitúan el rotor para la posterior magnetización
de los imanes, que debe efectuarse en una posición predeterminada
de los citados imanes en relación con la estructura del motor.
Dicha función de colocación normalmente se lleva a cabo con
taladros, que se practican en el núcleo magnético del rotor y
reducen la cantidad de material activo del citado núcleo, siendo
perjudiciales para la eficacia de los motores o limitando el tamaño
mínimo que puedan tener los rotores, sin que los taladros
perjudiquen de forma importante el rendimiento de dicho motor.
Otro problema del arte previo es el alto coste de
fabricación de los rotores, como función de la alta inversión
necesaria, cuando normalmente se utilizan equipos de colocación
automática.
En la solución del arte previo descrita en
US4906882, los imanes han sido correctamente colocados y montados
en torno al núcleo mediante sistemas de colocación, como un par de
casquillos en el extremo, teniendo cada uno de ellos un par de
elementos de tope rígidos opuestos que actúan contra los bordes
opuestos de cada imán, estando dispuesto cada casquillo del extremo
en la superficie del rotor contigua mediante una interferencia que
facilita la correspondiente fijación al rotor. En la solución de
US4906882, los casquillos del extremo constan de un material
plástico de inyección sintético, elástico y moldeable, con su
correspondiente deformación elástica necesaria para que exista la
fijación de interferencia. En esta preparación del arte previo, es
preciso contar con un anillo de colocación intermedio a fin de
evitar que se produzca un momento de inercia del rotor.
Esta solución del arte previo tiene la desventaja
de que no permite una alta tolerancia, ni una deformación de
expansión térmica de baja tensión de las piezas magnéticas.
Así pues, un objetivo de la presente invención es
presentar un rotor de motor eléctrico con imanes permanentes, en el
que los imanes estén bien asentados en la superficie externa del
núcleo del rotor, sin necesidad de realizar cambios en el núcleo ni
servirse de equipos de precisión.
Otro objetivo de la presente invención es
presentar un rotor de motor eléctrico del tipo de imanes
permanentes en el que quede simplificado el proceso de montaje
automático del rotor.
Éste y otros objetivos se conseguirán mediante el
rotor de un motor eléctrico con imanes permanentes, incluyendo el
citado rotor un núcleo de superficie lateral cilíndrica en el cual
se asientan los imanes con bordes laterales opuestos, y un par de
casquillos anulares con sistemas de colocación, desplazamientos
axiales de limitación de los imanes que definen, en ambas
direcciones del desplazamiento circular, los topes del
desplazamiento de cada imán, estando colocados los bordes laterales
opuestos de un par de imanes consecutivos junto a los citados
casquillos anulares, a efectos de definir una distancia circular
mínima previamente establecida, caracterizándose el rotor del motor
eléctrico por que cada casquillo se asienta y fija en una superficie
del extremo contiguo del núcleo, limitando cada sistema de
colocación el desplazamiento circular de un imán respectivo en una
dirección de desplazamiento circular, teniendo cada imán su
desplazamiento circular en ambas direcciones limitado por dos topes
de limitación del desplazamiento circular, cada uno en uno de los
casquillos anulares, estando asentados los citados topes de
limitación del desplazamiento circular que actúan sobre el mismo
imán en las porciones del extremo opuesto de los bordes laterales
del mencionado imán.
Las representaciones favoritas de la invención
del rotor del motor eléctrico se describen en las
subreivindicaciones.
A continuación describiremos la invención
haciendo referencia a los dibujos adjuntos en los que:
La Figura 1 representa, de forma esquemática y en
una vista de sección longitudinal, un rotor con los casquillos
anulares de la presente invención dispuestos de acuerdo con una
representación del montaje;
La Figura 2 representa la vista en perspectiva de
un rotor con los casquillos anulares de la presente invención
incorporados;
La Figura 3 es una vista en planta desde arriba
del casquillo anular de la Figura 1;
La Figura 4 representa una vista lateral del
casquillo anular de la Figura 3;
La Figura 5 es una vista en perspectiva del
casquillo anular;
La Figura 6 representa una vista en planta de un
rotor provisto de un par de casquillos anulares que actúan sobre
los imanes del citado rotor;
La figura 7 representa, de forma esquemática y en
una vista parcialmente en planta, otra representación de los
casquillos anulares de la presente invención; y
La Figura 8 representa, de forma esquemática, un
detalle de una porción periférica de un anillo anular, de acuerdo
con otra representación de la presente invención utilizando, por
ejemplo, el casquillo que vemos en la Figura 7.
La presente invención hace referencia al rotor de
un motor eléctrico del tipo con imanes permanentes y con un núcleo
10 que se sujeta en torno a una extensión del eje S del motor, y en
cuya superficie lateral cilíndrica 11 se asientan imanes 20,
normalmente en forma de planchas magnéticas curvadas, estando los
citados imanes 20 sujetos en el núcleo 10, por ejemplo, mediante
cola o por la actuación de un casquillo cilíndrico tubular 30, de
manera que cada uno de sus respectivos bordes laterales 21 está
separado del borde lateral 21 opuesto de un imán contiguo por una
distancia mínima previamente determinada.
De conformidad con la presente invención, el
rotor del motor eléctrico consta además de un par de casquillos
anulares 40 de un material con una permeabilidad muy inferior a la
del núcleo 10, preferentemente de material no magnético, estando
cada casquillo sujeto al núcleo 10 y asentado sobre una superficie
anular del extremo contigua 12 del anterior, a efectos de cubrir o
no el extremo 21 contiguo de los imanes 20, limitando los citados
casquillos anulares 40 el desplazamiento axial de los imanes y
definiendo, en ambas direcciones del desplazamiento circular, topes
para este desplazamiento de cada imán 20, estando limitados los
bordes laterales 21 opuestos de un par de imanes 20 consecutivos
por los citados casquillos anulares 40, de manera que, durante la
colocación de los imanes 20 en el núcleo del rotor, los citados
bordes laterales 21 no sobrepasen la distancia circular mínima
previamente establecida de cada dos imanes 20 consecutivos.
Cada casquillo anular 40, desde un borde
periférico 41 del mismo, lleva topes 42 que limitan el
desplazamiento circular que están, por ejemplo, incorporados al
casquillo anular 40 y que se describirán más adelante, limitando
cada tope el desplazamiento circular de un imán 20 respectivo en
una dirección del desplazamiento circular, teniendo cada imán 20 su
desplazamiento circular limitado, en ambas direcciones, al menos
por dos topes 42 que limitan el desplazamiento circular, estando
cada uno montado en uno de los casquillos anulares 40, contiguo a
una porción del extremo de un borde lateral 21, siendo los citados
topes 42 que limitan el desplazamiento circular contiguos a las
porciones del extremo de los bordes laterales 21 diagonalmente
opuestos.
En otra representación de la presente invención,
al menos uno de los casquillos anulares 40 consta de topes 42
limitadores del desplazamiento circular que limitan ambas
direcciones del desplazamiento circular de un imán respectivo.
En una solución de la presente invención, existen
topes 42 que limitan el desplazamiento circular de acuerdo con el
mismo alineamiento circular interno al alineamiento circular de la
superficie externa de los imanes 20.
La fijación del casquillo anular 40 en el núcleo
10 se lleva a cabo adecuadamente, por ejemplo, mediante un elemento
de retención 50, que se extiende en sentido longitudinal a través
del núcleo 10 y que sujeta los casquillos anulares 40 uno a otro y
al núcleo 10.
Aunque no aparece en los dibujos, hay otras
formas de sujeción de los casquillos anulares 40 al núcleo 10 en el
concepto de la invención presentado (como remaches, tornillos,
etc.), que pueden o no extenderse por toda la longitud axial del
núcleo del rotor.
En las representaciones que aparecen en los
dibujos, cada casquillo anular 40 lleva incorporada, en una sola
pieza, una brida anular periférica 43 definida, por ejemplo, en un
plano que es paralelo en relación al plano del casquillo anular 40,
llevando la citada brida anular periférica los topes 42 que limitan
el desplazamiento circular, por ejemplo, en forma de orejetas
axiales incorporadas al casquillo anular 40 y sobresaliendo del
plano de la brida anular periférica 43 de la última y que están
separadas en ángulo una de otra, definiendo cada una de ellas un
tope circular, actuando contra una porción del extremo del borde
lateral 21 de un imán 20 respectivo, tras instalar los imanes
alrededor del núcleo del rotor. La brida anular periférica puede
definirse además paralela o coplanar en relación con el plano del
casquillo anular 40.
Los topes 42 que limitan el desplazamiento
circular deben tener una flexibilidad determinada suficiente como
para que pueda deformarse, resultando, por ejemplo, de la expansión
térmica del imán para el que actúan como sistema limitador del
desplazamiento circular. Una deformación eventual de los citados
topes 42 impide que se produzcan altas tensiones en los imanes 20 y
los consiguientes daños producidos a dichos imanes.
Los casquillos anulares están sujetos al rotor de
manera que sus topes 42 que limitan el desplazamiento circular
garanticen que los bordes laterales 21 opuestos de un par de imanes
20 consecutivos estén colocados a una distancia mínima determinada
previamente establecida entre los citados imanes, a la hora de
instalarlos en torno al núcleo del rotor.
De acuerdo con la representación que vemos en las
figuras de 1 a 6, la distancia circular mínima se consigue mediante
la actuación conjunta de ambos casquillos anulares 40. En este
caso, los casquillos anulares 40 deben colocarse uno en relación
con el otro, de manera que sus topes 42 que limitan el
desplazamiento circular estén circularmente descentrados por un
valor que sitúa a los imanes 20 con la distancia circular mínima
entre ellos. En las representaciones que vemos en las figuras 7 y
8, en cada casquillo anular 40 hay topes 42 que limitan el
desplazamiento circular con el fin de definir la distancia circular
mínima entre cada dos imanes 20 contiguos.
En la representación que vemos en la figura 8,
los topes 42 que limitan el desplazamiento circular están separados
uno de otro de forma radial y angular, con el fin de evitar el
contacto mutuo en cualquier situación de deformación de los citados
imanes 20.
Los topes 42 que limitan el desplazamiento
circular tienen medida su propia longitud, considerando las
posibles variaciones dimensionales (y márgenes de error) en la
longitud de los citados imanes. Para la creación de las figuras 7 y
8, la distancia entre cada dos topes 42 que limitan el
desplazamiento circular contiguo en relación con un imán respectivo
se define teniendo en cuenta las variaciones de extensión circular
(y márgenes de error) de los citados imanes 20.
Los topes 42 que limitan el desplazamiento
circular de la presente solución han sido diseñados para
garantizar, tras el montaje de los imanes 20 en el núcleo del
rotor, la colocación relativa deseada entre los citados imanes, sin
que actúen necesariamente en los mencionados imanes 20 durante el
montaje o incluso tras conseguir la sujeción de los citados imanes
en el núcleo del rotor.
En la creación de la figura 8, los casquillos
anulares 40 están sujetos al rotor de manera que sus respectivos
topes 42 que limitan el desplazamiento circular, actuando sobre la
misma porción 21 del borde lateral de cada imán 20, estén alineados
de forma axial uno con otro. Sin embargo, a efectos de conseguir la
colocación con la distancia mínima deseada, basta con que sólo uno
de los casquillos anulares con los topes 42 que limitan el
desplazamiento circular sea contiguo, limitando cada uno de ellos
la colocación de un imán 20 respectivo.
De acuerdo con la ilustración de la figura 1, los
casquillos anulares 40 están sujetos al núcleo 10 de manera que
cada imán 20 montado en el núcleo 10 tiene un par de topes 42 que
limitan del desplazamiento circular, actuando cada uno de ellos
contra una porción del extremo contiguo de uno de los bordes
laterales 21 diagonalmente opuesto.
En las representaciones de las ilustraciones, la
distancia entre los topes 42 que limitan el desplazamiento circular
es la misma, como una función de su actuación en relación con los
imanes 20. No obstante, la distribución de los topes 42 que limitan
el desplazamiento circular en toda la brida anular periférica 43 de
cada casquillo anular 40 puede presentar separaciones variables,
definidas como una función de la actuación de dichos topes 42 que
limitan el desplazamiento circular en cada imán 20.
La diferencia de nivel entre el plano del
casquillo anular 40 y su brida anular periférica 43 da lugar al uso
de imanes con una longitud axial que puede ser mayor o menor que la
del núcleo del rotor.
La sujeción de al menos uno de los casquillos
anulares 40 al núcleo 10 determina la colocación circular para
sujetar cada imán 20 al citado núcleo 10. El montaje del casquillo
anular 40 de forma contigua a la superficie del extremo inferior
del núcleo 10 determina aún más una sujeción axial de los citados
imanes, en relación con el núcleo 10. Esta fijación se produce por
el asentamiento de los imanes 20 en una superficie interior de la
brida anular periférica 43 del casquillo anular 40 situado en la
parte inferior del núcleo 10.
En la representación en la que los topes 42 que
limitan el desplazamiento circular tienen forma de orejetas
axiales, estas últimas pueden estar formadas con el mismo material
que el casquillo 40 correspondiente e incorporarse en una sola
pieza (por estampación, fundido, inyección, etc.) y fabricarse
mediante uno de los procesos de plegado, estampación, doblado,
etc., o pueden sujetarse al respectivo casquillo 40 mediante un
proceso adecuado como remachado, soldadura, encolado o
interferencia mecánica. El material de las orejetas axiales 42 que
se fijan al casquillo anular 40 puede obtenerse de un material
distinto al que forma el casquillo anular 40.
La actuación conjunta del par de casquillos
anulares 40 en relación con el núcleo 10 determina una alineación
circular y longitudinal de los imanes 20 asentados en el núcleo del
rotor.
De conformidad con la presente invención, los
casquillos anulares 40 llevan además un sistema de colocación 44 en
forma de taladros o porciones que se levantan en sentido ascendente
desde la superficie del casquillo anular 40, dando lugar el citado
sistema de colocación 44 a la colocación angular del rotor tras el
montaje de los imanes (o, finalmente, durante la formación o
colocación del casquillo en torno a los citados imanes), evitando
el citado sistema de colocación 44 la necesidad de taladros en el
núcleo magnético del rotor y cerrando de forma circular el rotor en
relación con el eje S, durante el montaje en cualquiera de las
posiciones de montaje de los imanes o el casquillo, principalmente
al enrollar este último.
Con esta creación se consigue de forma sencilla
el montaje con las alineaciones circular y longitudinal correctas
de los imanes 20 en relación con el núcleo 10, sin que sea
necesario utilizar sofisticados equipos, o retirar material del
núcleo 10, dado que no se hacen taladros en el último, consiguiendo
una mayor eficacia y/o compacidad del motor. Los topes 42 que
limitan el desplazamiento circular impiden además que se produzca
una concentración de tensiones mecánicas de origen térmico, que
normalmente derivan en la rotura del material magnético.
En las ilustraciones de las creaciones (figuras 6
a 8), en las que los imanes 20 están firmemente colocados en
relación con cada uno de los casquillos anulares 40, especialmente
en relación con la respectiva brida anular 43 y las orejetas
axiales 42, debe entenderse que las citadas creaciones dan lugar a
un montaje con espacios axiales y circulares entre los imanes 20 y
la brida anular 43 y las orejetas axiales 42 de cada casquillo
anular 40.
Aunque no aparece en los dibujos, el casquillo
anular 40 de la presente invención puede presentar los topes 42 que
limitan el desplazamiento circular en forma de proyecciones
radiales, cada cual con su respectiva extensión axial ortogonal
hasta el plano del casquillo anular, actuando las citadas
proyecciones radiales en el bloqueo circular de al menos un imán 20
contiguo.
Claims (12)
1. El rotor de un motor eléctrico con imanes
permanentes, incluyendo el citado rotor un núcleo (10) cuya
superficie lateral es cilíndrica, en la cual se asientan imanes
(20) con bordes laterales opuestos (21) y un par de casquillos
anulares (40) que consta de sistemas de colocación (42),
desplazamientos axiales limitadores de los imanes, y definen, en
ambas direcciones de desplazamiento circular, topes para dicho
desplazamiento en cada imán (20), estando colocados los bordes
laterales opuestos (21) de un par de imanes consecutivos junto a
los citados casquillos anulares (40), a efectos de definir una
distancia circular mínima previamente establecida,
caracterizándose por que cada casquillo se asienta y sujeta
en una superficie del extremo (12) contiguo del núcleo (10) y cada
sistema de colocación (42) limitando el desplazamiento circular de
un imán (20) respectivo en una dirección el desplazamiento circular,
teniendo cada imán (20) su desplazamiento circular, en ambas
direcciones, limitado por dos topes (42) que limitan el
desplazamiento circular, encontrándose cada uno de ello en uno de
los casquillos anulares (40), estando asentados los citados topes
(42) que limitan el desplazamiento circular que actúan sobre el
mismo imán (20) en las porciones extremas diagonalmente opuestas de
los bordes laterales (21) del citado imán (20).
2. El rotor de un motor eléctrico, como se indica
en la reivindicación 1, que se caracteriza por que los topes
(42) que limitan el desplazamiento circular, existentes en ambos
casquillos anulares (40) y que actúan sobre el mismo imán (20),
están asentados en la porción del extremo de un borde lateral (21)
contiguo de un imán (20).
3. El rotor de un motor eléctrico, como se indica
en la reivindicación 2, que se caracteriza por que los topes
(42) que limitan el desplazamiento circular de un casquillo anular
(40), que limitan el desplazamiento circular de un imán (20) en una
dirección de desplazamiento, están separados uno de otro por una
distancia que corresponde a la separación circular mínima que debe
mantenerse entre los imanes (20).
4. El rotor de un motor eléctrico, como se indica
en la reivindicación 1, que se caracteriza por que cada
casquillo anular (40) lleva incorporada una brida anular periférica
(43) en una sola pieza, que lleva los topes que limitan (42) el
desplazamiento circular.
5. El rotor de un motor eléctrico, como se indica
en la reivindicación 4, que se caracteriza por que los topes
(42) que limitan el desplazamiento circular se definen por orejetas
axiales sujetas a la brida anular (43) periférica.
6. El rotor de un motor eléctrico, como se indica
en la reivindicación 5, que se caracteriza por que cada
orejeta axial está incorporada, en una sola pieza, en su respectivo
casquillo anular (40).
7. El rotor de un motor eléctrico, como se indica
en la reivindicación 6, que se caracteriza por que las
orejetas axiales están fabricadas mediante uno de los procesos de
estampación, plegado y doblado de una extensión de la brida anular
(43) periférica de su respectivo casquillo anular (40).
8. El rotor de un motor eléctrico, como se indica
en la reivindicación 7, que se caracteriza por que las
orejetas axiales están sujetas mediante uno de los procesos de
remachado, soldadura, encolado e interferencia mecánica.
9. El rotor de un motor eléctrico, como se indica
en la reivindicación 1, que se caracteriza por que cada
casquillo anular (40) se obtiene mediante uno de los procesos de
estampación, inyección y fundición.
10. El rotor de un motor eléctrico, como se
indica en la reivindicación 1, que se caracteriza por que
los casquillos anulares (40) y los topes (42) que limitan el
desplazamiento circular están hechos de un material cuya
permeabilidad es muy inferior a la del núcleo (10).
11. El rotor de un motor eléctrico, como se
indica en la reivindicación 1, que se caracteriza por que
incluye, desde una superficie externa de cada casquillo anular
(40), sistemas de colocación (44) que poseen al menos una de las
funciones de colocación angular del rotor en relación con el eje del
motor durante el montaje de los imanes (20), la formación de un
casquillo en torno a los citados imanes (20) y bloqueando
circularmente el rotor en relación con el eje del motor (S), en
cualquiera de las situaciones de montaje de los citados imanes (20)
y los citados casquillos.
12. El rotor de un motor eléctrico, como se
indica en la reivindicación 1, que se caracteriza por que
cada casquillo anular (40) que lleva incorporadas sus respectivas
brida anular (43) y orejetas axiales (42) se obtiene mediante uno de
los procesos de estampación, inyección y fundición, obteniéndose
las citadas brida anular (43) y orejetas axiales (42), en la
operación de estampación, mediante uno de los procesos de plegado y
doblado del casquillo anular (40).
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