ES2216347T3 - Motor sin escobillas conmutado electronicamente. - Google Patents

Abstract

Motor sin escobillas conmutado electrónicamente, en particular, como motor de accionamiento para el accionamiento de un ventilador de un vehículo, con un rotor exterior magnético permanente, en el cual está dispuesto un estator con tres tramos de arrollamiento desplazados en 120º, en el que están arrolladas 0, 5 bobinas por polo y tramo, y cada tramo de arrollamiento se compone de diversas bobinas de arrollamiento, cuya anchura de bobina es menor que las separación entre polos y que están introducidas en las ranuras de arrollamiento del estator, en el que cada tramo de arrollamiento se compone de diversas bobinas de arrollamiento (15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37) conectadas en paralelo y en el que una placa de conexión (63) está prevista con carriles conductores (67, 69, 71, 73) para la unión de las bobinas de arrollamiento individuales (15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37), caracterizado porque la placa de conexión (63) presenta cuatro carriles conductores (67, 69, 71, 73), de los cuales a cada uno de los tres tramos de arrollamiento (9, 11, 13) está asignado un carril conductor (67, 69, 71) para unir los principios de las bobinas de arrollamiento (15 - 37) conectadas en paralelo, y porque el cuarto carril conductor (73) sirve para unir el punto neutro (75) con los extremos (77) de todas las bobinas de arrollamiento (15 - 37)de los tres tramos de arrollamiento (9, 11, 13) y porque el rotor exterior (5) presenta al menos 3 pares de polos p=3.

Description

Motor sin escobillas conmutado electrónicamente.

La invención se refiere a un motor sin escobillas, conmutado electrónicamente, del tipo indicado en el preámbulo de la reivindicación 1.

En una serie de campos de aplicación aparecen en primer plano cada vez con más fuerza electromotores controlados electrónicamente. Al mismo tiempo, se trata de electromotores, en los que la conexión periódica necesaria de bobinas ya no se realiza mediante un conmutador, sino mediante instalaciones de conexión electrónica. A las instalaciones de conexión electrónica pueden pertenecer, por ejemplo, sensores adecuados, que constatan cuando el estator y el rotor se encuentran en una posición relativa adecuada para la conexión o que requiere conexión para las bobinas que van a conectarse en ese momento. Se entiende que las instalaciones de conexión electrónica también tienen que ocuparse de que la alimentación de corriente a la bobina o bobinas respectivas tenga lugar en la dirección de corriente adecuada.

Ya se conocen, también, electromotores controlados electrónicamente, en los cuales se introducen imanes permanentes, o bien para los polos del estator o bien para los polos del rotor. En este caso, los imanes permanentes ofrecen una serie de ventajas, como carencia de consumo de corriente, pequeñas dimensiones y fabricación y montaje sencillos. Actualmente, se montan electromotores de este tipo en muchos campos técnicos, como por ejemplo, también, en vehículos como motor de accionamiento para el ventilador del radiador o servodispositivos. En particular, en motores de combustión en vehículos, montados en la dirección longitudinal de la marcha, el espacio de montaje para un ventilador de refrigeración del radiador accionado eléctricamente es muy limitado. Los motores de imanes permanentes convencionales no pueden montarse debido a su gran longitud axial de montaje.

Mediante el documento DE 35 42 542 A1 se conoce un accionamiento de memoria de disco con un motor de accionamiento sin colector, que presenta un estator provisto de un arrollamiento y un rotor exterior con un imán de motor magnético permanente, que rodea coaxialmente el estator formando una holgura. Puesto que, en este caso, las bobinas de arrollamiento están conectadas en serie en cada tramo de arrollamiento, circula, también, una corriente elevada a través de las bobinas de arrollamiento. Esto, a su vez, condiciona un efecto superficial, que conduce a un peor rendimiento. Además, este estado de la técnica presenta únicamente dos pares de polos, a través de los cuales se genera mucho ruido debido a los mayores momentos de encaje.

Además, el documento DE-AS 1 613 005 muestra un motor de corriente continua sin colector con un rotor de imán permanente de uno o muchos pares de polos y con diversos tramos de arrollamiento estacionario, que pueden unirse mediante una conexión de control uno tras otro a una fuente de corriente continua constante. De forma ventajosa, la onda de motor está configurada directamente como fuente de sonido de un magnetófono, en la que esta onda de sonido puede conmutarse a distintas revoluciones para conseguir distintas velocidades de cinta. En este motor, las bobinas de arrollamiento no se encuentran en las ranuras del estator y, por tanto, no están sometidas al efecto superficial.

La publicación para información de solicitud de patente alemana DE 36 38 228 A1 da a conocer un mazo de chapas acodadas para una máquina electrodinámica y, en particular, un procedimiento para fabricar un motor de polo acodado con un motor de conmutador, conmutado electrónicamente, para accionar una lavadora. A través de ello, se conoce una placa de circuitos impresos, que está unida a los extremos de arrollamientos concentrados. Estos arrollamientos se conmutan en, al menos, una secuencia preseleccionada electrónicamente, para excitar el electromotor. Para ello, se utiliza, en particular, una placa de conexión con cableado plano para unir las bobinas individuales.

Además, a través del documento EP-A-777312 se conoce un estator para electromotores, que se compone de un mazo de chapas de estator, arrollamientos de estator y una disposición de conexión para arrollamientos de estator dispuesta en un lado frontal del mazo de chapas de estator. Con ello, se da a conocer un motor sin escobillas, en el que la disposición de conexión presenta una pieza de aislamiento con cámaras en forma de ranura, para el alojamiento de los conductores de unión eléctricos aislados entre sí, para la conexión de los extremos del alambre del arrollamiento de los arrollamientos del estator. No se prevé, sin embargo, ninguna conexión en estrella con un punto neutro.

Además, mediante el documento EP-A-777312 se conoce un electromotor sin escobillas, en el que la placa de conexión está prevista con carriles conductores para la unión de las distintas bobinas de arrollamiento, y cada tramo de arrollamiento se compone de diversas bobinas de arrollamiento conectadas en paralelo.

En está ocasión, tampoco está previsto ningún carril conductor para unir el punto neutro de una conexión en estrella con los extremos de todas las bobinas de arrollamiento.

La invención se basa en el objetivo de mejorar un motor sin escobillas conmutado electrónicamente, de forma que en un modo de construcción plana axial, tenga una fabricación sencilla y un peso escaso, así como un rendimiento elevado. Este objetivo se alcanza mediante la parte caracterizadora de la reivindicación 1.

El motor conmutado electrónicamente según la invención tiene la ventaja, mediante los arrollamientos unidos, de evitar un solape de las conexiones frontales, que repercute, especialmente, en una longitud de montaje axial escasa.

Dado que las bobinas de un tramo de arrollamiento están conectadas en paralelo, se reduce la sección del conductor de un tramo de arrollamiento, de forma que ya no resultan necesarias diversas posiciones conectadas en paralelo dentro de una ranura de arrollamiento. Cada tramo de arrollamiento tiene, por tanto, diversos circuitos inducidos paralelos. En esta conexión en paralelo de las bobinas, resulta ventajosa la reducción de un efecto superficial en las ranuras de arrollamiento, como se conoce de los rotores asíncronos. De este modo, se mejora el rendimiento del motor.

Variantes ventajosas de la invención se desprenden de las reivindicaciones subordinadas.

Otras configuraciones ventajosas del contenido de la invención se desprenden de otras reivindicaciones subordinadas.

Se muestran:

Fig.1 una sección de un motor conmutado electrónicamente,

Fig.2 una vista en planta de un polo del estator,

Fig.3 una vista en planta de un cuerpo de bobina,

Fig.4 un polo del estator con un cuerpo de bobina y un arrollamiento,

Fig.5 una vista en planta de una pieza de cierre posterior del estator,

Fig.6 una vista en planta del estator y del rotor,

Fig.7 un esquema de arrollamiento de un motor conmutado electrónicamente con 12 ranuras de arrollamiento,

Fig.8 un esquema de arrollamiento para un estator de doce ranuras con cuatro carriles conductores,

Fig.9 una vista en planta de una placa de conexión con cuatro carriles conductores de corriente y

Fig.10-13 detalles de la fig. 9.

La figura 1 muestra una sección parcial de un motor sin escobillas conmutado electrónicamente, también denominado motor EC 1, que sirve, en particular, como motor de accionamiento para el accionamiento de un ventilador de un vehículo con un rotor exterior 5, que presenta imanes permanentes 3, en el cual está dispuesto un estator 7 con tres tramos de arrollamiento 9, 11, 13 desplazados 120º. Cada tramo de arrollamiento 9, 11, 13 tiene, según las figuras 7 y 8, por ejemplo, cuatro bobinas de arrollamiento 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37 conectadas en paralelo que están bobinadas en las 12 ranuras de arrollamiento 39, 41, 43, 45, 47, 49, 51, 53, 55, 57, 59, 61 del estator 7. Puesto que el rotor exterior 5 presenta cuatro pares de polos, la anchura de bobina de cada bobina de arrollamiento 15 - 37 es menor que la separación entre polos. Además están bobinadas 0,5 bobinas por polo y tramo. La anchura de bobina de las bobinas de arrollamiento 15 - 37 asciende, según la figura 7, en particular a 2/3 de la separación entre polos. Esto da como resultado que se evite cada solape de las conexiones frontales de las bobinas de arrollamiento 15 - 37. Mediante la escasa altura de las conexiones frontales se reduce la longitud axial del motor EC 1.

La figura 8 muestra que cada tramo de arrollamiento 9, 11, 13 se compone, por ejemplo, de cuatro bobinas de arrollamiento 15 - 37 conectadas en paralelo. En el marco de la invención, el número de bobinas de arrollamiento 15 - 37 conectadas en paralelo corresponde al número de pares de polos p. Mediante la conexión en paralelo de las bobinas de arrollamiento 15 - 37, la corriente del tramo se reparte en diversos circuitos inducidos paralelos, mediante lo cual la sección del conductor de un tramo de arrollamiento 9, 11, 13 se puede reducir en la medida que ya no resulten necesarias posiciones conectadas en paralelo en una ranura de arrollamiento 39 - 61. Esto causa que se reduzca un efecto superficial en las ranuras de arrollamiento 39 - 61, como se conoce de los rotores asíncronos.

Para la conexión en paralelo de las bobinas de arrollamiento 15 - 37 de los tramos de arrollamiento 9, 11, 13 individuales está previsto, según las figuras 9 - 13, una placa de conexión 63 de un material aislante, en cuya superficie 65 están alojados cuatro carriles conductores 67, 69, 71, 73. Para ello, a cada tramo de arrollamiento 9, 11, 13 está asignado un carril conductor 67, 69, 71 para unir los inicios de las bobinas de arrollamiento 15 - 17 conectadas en paralelo. El cuarto carril conductor 73 sirve para unir el punto neutro 75 con los extremos 77 de todas las bobinas de arrollamiento 15 - 37 de los tres tramos de arrollamiento 9, 11, 13. Según la figura 1, la placa de conexión 63 con los cuatro carriles conductores 67, 69, 71, 73 está unida junto con el estator 7 con un soporte motor 79 y posibilita una automatización de la fabricación.

El estator 7 se compone, según las figuras 5 y 6, de forma ventajosa de una pieza de cierre posterior 81 en forma de cilindro hueco con polos del estator 85, 87, 89, 91, 93, 95, 97, 99, 101, 103, 105, 107 dispuestos sobre su superficie perimetral exterior 83 en dirección longitudinal, los cuales están unidos de forma fija con la pieza de cierre posterior 81 mediante una unión por presión. Estos polos del estator 85 - 107 y la pieza de cierre posterior 81 se componen de piezas de chapa estampadas, que se mantienen unidas mediante un apilado de estampación.

Esta unión fija de los polos del estator 85 - 107 con la pieza de cierre posterior 81 se consigue del modo más sencillo, de forma que los polos del estator 85 - 107 están provistos en sus extremos alejados del dentado de los polos 109, 111, 113, 115, 117, 119, 121, 123, 125, 127, 129, 131 con zapatas de encaje 133, 135, 137, 139, 141, 143, 143, 145, 147, 149, 151, 153, 155, que pueden introducirse por presión en las ranuras de guía 157 en la superficie 83 de la pieza de cierre posterior 81. A tal efecto, las zapatas de encaje 133 -155 de los polos del estator 85 - 107 y las ranuras de guía 157 en la pieza de cierre posterior 81 presentan una forma similar a una cola de milano.

La introducción por presión de las zapatas de encaje 133 - 155 en las ranuras de guía 157 de la pieza de cierre posterior 81 se simplifica, de forma que la línea de unión 159, según la figura 4, entre las zapatas de encaje 133 - 155 y las ranuras de guía 157 presenta parcialmente una holgura. De este modo, se consigue un asiento de presión de las zapatas de encaje 133 - 155 en las ranuras de guía 157 únicamente en zonas parciales. Así se reducen las fuerzas de introducción por presión y las deformaciones.

Además la línea de unión 159 entre los polos del estator 85 - 107 y la pieza de cierre posterior 81 está dispuesta de forma asimétrica a los ejes de los polos del estator 161, mediante lo cual, la introducción de los polos del estator 85 - 107 en las ranuras de guía 157 de la pieza de cierre posterior 81 es posible siempre únicamente desde un lado. Esto resulta ventajoso en relación a eventuales rebabas de estampado existentes en los polos del estator 85 - 107 y/o de la pieza de cierre posterior 81.

La disposición asimétrica de la línea de unión 159 se alcanza del modo más sencillo, de forma que las zapatas de encaje 133 - 155 de los polos del estator 85 - 107 presentan cavidades 163 dispuestas de forma excéntrica a los ejes de los polos del estator 161. Al presionar los polos del estator 85 - 107 hacia las ranuras de guía 157 de la pieza de cierre posterior 81, las cavidades 163 pueden encajarse, en unión de formas, en las protuberancias 169 orientadas axialmente en las ranuras de guía 157.

De forma ventajosa, los polos del estator 85 - 107 no se introducen por presión en las ranuras de guía 157 de la pieza de cierre posterior 81 hasta que el núcleo del polo 171 está provisto con un cuerpo de bobina 173, y, sobre éste ya está bobinada, la correspondiente bobina de arrollamiento del estator 15 - 37. De este modo, se obtiene la ventaja de que un arrollamiento por capas es posible con un factor de relleno de ranura elevado. Además, de esta forma, puede utilizarse una ranura menor que si se bobinara a través de la ranura. Los cuerpos de bobina 173 pueden estar compuestos de piezas de plástico inyectado, las cuales están dispuestas de forma fija por encima de las zapatas de encaje 133 - 155, sobre los núcleos de los polos 171 de los polos del estator 85 - 107.

Una ventaja adicional de la introducción por presión de los polos del estator 85 - 107, con las bobinas de arrollamiento 15 - 37 bobinadas ya sobre los cuerpos de bobina 173, en las ranuras de guía 157 de la pieza de cierre posterior 81, consiste en que las ranuras de distanciamiento 175 entre los dentados de los polos 109 – 131 pueden seguir siendo muy estrechas en dirección perimetral. De este modo, se reducen notablemente los ruidos de funcionamiento del motor conmutado electrónicamente.

El motor conmutado electrónicamente según la invención se caracteriza por una forma de construcción axial plana y un funcionamiento sin ruidos y posibilita una fabricación automática.

La invención no se limita al ejemplo de realización descrito. Así, el rotor exterior 5 puede presentar otra cantidad de pares de polos y el estator 7 una cantidad modificada de forma correspondiente de bobinas de arrollamiento conectadas en paralelo por tramo de arrollamiento. Además, el motor conmutado electrónicamente puede montarse también en ventiladores o en otros aparatos técnicos.

Claims (16)

1. Motor sin escobillas conmutado electrónicamente, en particular, como motor de accionamiento para el accionamiento de un ventilador de un vehículo, con un rotor exterior magnético permanente, en el cual está dispuesto un estator con tres tramos de arrollamiento desplazados en 120º, en el que están arrolladas 0,5 bobinas por polo y tramo, y cada tramo de arrollamiento se compone de diversas bobinas de arrollamiento, cuya anchura de bobina es menor que las separación entre polos y que están introducidas en las ranuras de arrollamiento del estator, en el que cada tramo de arrollamiento se compone de diversas bobinas de arrollamiento (15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37) conectadas en paralelo y en el que una placa de conexión (63) está prevista con carriles conductores (67, 69, 71, 73) para la unión de las bobinas de arrollamiento individuales (15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37), caracterizado porque la placa de conexión (63) presenta cuatro carriles conductores (67, 69, 71, 73), de los cuales a cada uno de los tres tramos de arrollamiento (9, 11, 13) está asignado un carril conductor (67, 69, 71) para unir los principios de las bobinas de arrollamiento (15 - 37) conectadas en paralelo, y porque el cuarto carril conductor (73) sirve para unir el punto neutro (75) con los extremos (77) de todas las bobinas de arrollamiento (15 - 37) de los tres tramos de arrollamiento (9, 11, 13) y porque el rotor exterior (5) presenta al menos 3 pares de polos p=3.

2. Motor según la reivindicación 1, caracterizado porque cada tramo de arrollamiento (9, 11, 13) se compone de cuatro bobinas de arrollamiento (15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37) conectadas en paralelo.

3. Motor según las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque la anchura de bobina de cada bobina de arrollamiento (15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37) asciende a 2/3 de la separación entre polos.

4. Motor según la reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizado porque en cada ranura de arrollamiento (39, 41, 43, 45, 47, 49, 51, 53, 55, 57, 59, 61) está dispuesto un lado de bobina de dos tramos distintos de arrollamiento (9, 11, 13).

5. Motor según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el estator (7) se compone de una pieza de cierre posterior (81) de forma cilíndrica hueca con polos del estator (85, 87, 89, 91, 93, 95, 97, 99, 101, 103, 105, 107) dispuestos sobre su superficie perimetral exterior (83) en dirección longitudinal, que están unidos de forma fija mediante una unión por presión con la pieza de cierre posterior (81).

6. Motor según la reivindicación 5, caracterizado porque los polos del estator (85 - 107) y la pieza de cierre posterior (81) se componen de piezas de chapa estampadas.

7. Motor según la reivindicación 5 ó 6, caracterizado porque los polos del estator (85 -107) en sus extremos distanciados de dientes del polo (109 -131) están provistos con zapatas de encaje (133 - 155), que pueden presionarse en las ranuras de guía (157) en la superficie (83) de la pieza de cierre posterior (81).

8. Motor según la reivindicación 7, caracterizado porque las zapatas de encaje (133 - 155) de los polos del estator (85 -107) y las ranuras de guía (157) presentan una forma similar a una cola de milano.

9. Motor según la reivindicación 8, caracterizado porque la línea de unión (159) entre dos zapatas de encaje (133 -155) y las ranuras de guía (157) presentan parcialmente una holgura, de forma que, tiene lugar un asiento de presión de las zapatas de encaje (133 -155) en las ranuras de guía (157) únicamente en zonas parciales.

10. Motor según las reivindicaciones 7, 8 ó 9, caracterizado porque la línea de unión (159) entre los polos del estator (85 - 107) y la pieza de cierre posterior (81) es asimétrica al eje del polo del estator (161).

11. Motor según la reivindicación 10, caracterizado porque las zapatas de encaje (133 - 155) de los polos del estator (85 - 107) presentan cavidades (163) dispuestas de forma excéntrica a los ejes de los polos del estator (161), que, al introducir por presión los polos del estator (85 - 107) en las ranuras de guía (167) de la pieza de cierre posterior (81), pueden encajarse en las protuberancias (169) orientadas de forma axial en las ranuras de guía.

12. Motor según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque sobre los núcleos de los polos (171) de los polos del estator (85 - 107) están dispuestos cuerpos de bobina (173) para los arrollamientos del estator (15 - 37), en el que los arrollamientos del estator (15 - 37) pueden bobinarse antes de unir los polos del estator (85 -107) con la pieza de cierre posterior (81) sobre el cuerpo de bobina (173).

13. Motor según la reivindicación 12, caracterizado porque los cuerpos de bobina (173) se componen de piezas de plástico inyectado, que pueden elevarse por encima de las zapatas de encaje (133 - 155) sobre los núcleos de los polos (171) de los polos del estator (85 - 107).

14. Motor según la reivindicación 12, caracterizado porque los cuerpos de bobina (173) se disponen de forma fija mediante el inyectado de los núcleos de los polos (171) en los polos del estator (85 - 107).

15. Motor según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el rotor (5) presenta cuatro pares de polos y cada tramo de arrollamiento (9, 11, 13) presenta cuatro bobinas de arrollamiento (15 - 37) conectadas en paralelo para un estator de doce ranuras.

16. Motor según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la pestaña del motor (79) en la dirección de circulación del aire está dispuesta delante, de forma que cortes de fijación y guía del aire (ranuras) se componen de una pieza y están configuradas ahorrando espacio.