ES2224361T3 - Metodo de montaje de un cojunto de rotor para maquina rotativa. - Google Patents
Metodo de montaje de un cojunto de rotor para maquina rotativa.Info
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Abstract
MECANISMO ROTOR PARA UNA MAQUINA GIRATORIA QUE INCLUYE UN CUERPO PRINCIPAL DEL ROTOR FUNDAMENTALMENTE CILINDRICO QUE TIENE UNA SUPERFICIE EXTERNA. SE PROYECTAN VARIAS NERVADURAS LONGITUDINALES DESDE LA SUPERFICIE EXTERNA DEL CUERPO PRINCIPAL DEL ROTOR. SE DEFINEN VARIAS CAVIDADES PRINCIPALES MEDIANTE NERVADURAS ADYACENTES Y SE DEFINEN CAVIDADES SECUNDARIAS EN LA SUPERFICIE EXTERNA DENTRO DE AL MENOS UNA CAVIDAD PRINCIPAL. SE COLOCA UN IMAN DENTRO DE AL MENOS UNA CAVIDAD PRINCIPAL Y SE RELLENA LA CAVIDAD SECUNDARIA CON UNA CAPA ADHESIVA ENTRE EL IMAN Y LA SUPERFICIE EXTERNA DEL CUERPO PRINCIPAL DEL ROTOR. TAMBIEN SE PUEDEN UTILIZAR ELEMENTOS DE RETENCION PARA EL IMAN EN FORMA DE CAPA DE ENCAPSULACION. LOS ELEMENTOS PARA RETENER EL IMAN SE PUEDEN UTILIZAR AISLADOS O EN COMBINACION CON UNA CAPA ADHESIVA ENTRE LOS IMANES Y EL CUERPO PRINCIPAL DEL ROTOR.
Description
Método de montaje de un conjunto de rotor para
máquina rotativa.
La presente invención se refiere en general a un
método de montaje de conjuntos de rotor para la utilización en
máquinas rotativas, y de forma más específica a un método de montaje
de conjuntos de rotor para la utilización en máquinas rotativas
adecuadas para el funcionamiento mientras se encuentran sumergidas
en un fluido de accionamiento.
Las máquinas rotativas son utilizadas de forma
común para el accionamiento de cargas rotativas, tales como los
impulsores de bomba. En ciertas aplicaciones, el fluido de proceso
bombeado por el impulsor no es compatible con elementos de la
máquina rotativa. En dichas aplicaciones, la máquina rotativa debe
estar aislada del fluido de proceso. En caso contrario, los
elementos de la máquina rotativa deben estar construidos con
materiales compatibles con dicho fluido. El presente documento da a
conocer una máquina rotativa adaptada para su utilización en una
unidad de dirección asistida electrohidráulica, pero sin embargo se
contemplan otras aplicaciones.
En diseños típicos de bombas para dirección
asistida, el accionamiento por motor presenta dos protecciones
extremas y utiliza cojinetes de bolas para reducir la fricción
generada por la rotación del eje. El motor está separado de forma
general del fluido mediante un cierre estanco en el eje. La
utilización de un motor de cojinete de bolas en presencia de fluido
hidráulico limita la expectativa de vida útil de los cojinetes de
bolas. Las fugas del fluido hidráulico más allá del cierre estanco
del eje contaminarán el lubricante del cojinete, conduciendo a la
eventual inutilización de los cojinetes de bolas. En consecuencia
resulta deseable que una máquina rotativa adaptada para la
utilización en una aplicación de bomba sea compatible con el fluido
de proceso que es bombeado. Además, resulta deseable que una
máquina rotativa adaptada para la utilización en una aplicación de
bomba sea capaz de estar sumergida en el fluido de proceso,
obviando en consecuencia la necesidad de un cierre estanco entre la
máquina rotativa y la bomba.
En máquinas rotativas que utilizan motores de
imanes permanentes, es de práctica común el acoplamiento de imanes
permanentes en un elemento de rotor para formar un conjunto de
rotor. Los imanes permanentes pueden estar acoplados mediante
elementos de retención o adhesivos. En el documento
US-A-4.954.736 se da a conocer un
método de montaje de un conjunto de rotor como se define en la parte
previa a la caracterización de la reivindicación independiente 1.
En el mencionado documento
US-A-4.954.736 los imanes están
unidos de forma adhesiva al cuerpo del rotor mediante una capa de
adhesivo que llena de forma completa las separaciones entre los
imanes y el cuerpo del rotor. El adhesivo inyectado empuja a los
imanes hacia afuera contra el diámetro interior de un molde de
inyección que determina el espesor de la capa de adhesivo. En el
proceso de acoplamiento de los imanes, el espesor y la uniformidad
de la capa de adhesivo determina en gran forma la resistencia a la
cizalladura del adhesivo. Resulta deseable llevar a cabo el control
del espesor y la uniformidad de la capa de adhesivo para asegurar
una adhesión adecuada.
Para alcanzar este objetivo se da a conocer, de
acuerdo con la presente invención, un conjunto de rotor para una
máquina rotativa, comprendiendo dicho conjunto de rotor un cuerpo
principal de rotor que tiene una superficie exterior, una serie de
nervios longitudinales que sobresalen de la superficie exterior;
una serie de rebajes primarios definidos por nervios adyacentes, y
un rebaje secundario definido en la superficie exterior como mínimo
dentro de uno de la serie de rebajes primarios, caracterizado por
el método que comprende:
la disposición de una capa de adhesivo como
mínimo dentro de un rebaje primario, y el llenado del rebaje
secundario con adhesivo;
el posicionado de un imán dentro del rebaje
primario; y
la compresión del imán contra el cuerpo principal
de rotor para extrudir una parte del adhesivo del rebaje primario y
establecer un espesor de capa de adhesivo entre el imán y el cuerpo
principal de rotor que queda determinado por la profundidad del
rebaje secundario.
Las características ventajosas del método de
montaje de un conjunto de rotor se encuentran definidas en las
reivindicaciones dependientes.
Las ventajas de la presente invención antes
mencionadas junto con otras resultarán evidentes a partir de la
lectura de la siguiente descripción detallada y haciendo referencia
a los dibujos, en los que:
La figura 1 muestra una vista en sección
isométrica de una máquina rotativa de acuerdo con una realización de
la presente invención;
Las figuras 2a y 2b muestran vistas isométricas
superior e inferior de un conjunto de protección extremo de la
máquina rotativa de la figura 1;
La figura 3 muestra una vista isométrica
simplificada de un conjunto de estator de la máquina rotativa de la
figura 1;
La figura 4a muestra un diagrama de la
disposición de bobinado de fase del conjunto de estator de la
figura 3;
La figura 4b muestra un diagrama de circuito del
bobinado de fase del conjunto de estator de la figura 4a;
La figura 5 muestra una vista isométrica de una
realización de un conjunto sensor de la máquina rotativa de la
figura 1;
La figura 6 muestra una vista inferior del
conjunto sensor de la figura 5;
La figura 7 muestra una vista isométrica del
conjunto sensor de la figura 5 dispuesto dentro del conjunto de
protección extremo de la figura 2a y que incluye cables de
alimentación que salen del conjunto de protección extremo;
La figura 8 muestra una vista en sección
isométrica de una realización de un conjunto de rotor de la máquina
rotativa de la figura 1;
La figura 9a muestra una vista extrema del
conjunto de rotor de la figura 8;
La figura 9b muestra una vista aumentada de una
parte del conjunto de rotor de la figura 9a sin imanes
permanentes;
Las figuras 10a y 10b muestran un conjunto de
rotor de acuerdo con una realización alternativa que incluye una
capa de encapsulado que coopera con muescas laterales para asegurar
los imanes al conjunto de rotor de la figura 8;
La figura 11 muestra un sistema de baño de
soldadura selectiva utilizado para acoplar las terminales
eléctricas de los dispositivos de efecto Hall y las terminales
eléctricas del panel de circuito impreso al conjunto de dicho panel
de circuito impreso; y
La figura 12 muestra un sistema de fluido
presurizado de acuerdo con una realización de la presente
invención.
A continuación se describen realizaciones
ilustrativas de la presente invención que pueden ser utilizadas en
máquinas rotativas. A efectos de claridad no se describen todas las
características de una implementación real en la presente
descripción. Por supuesto se apreciará que en el desarrollo de
cualquiera de dichas realizaciones deben tomarse numerosas
decisiones específicas de implementación para lograr los objetivos
específicos de la persona encargada del desarrollo, tales como la
conformidad con limitaciones de sistema o comerciales, que variarán
de una implementación a otra. Además, se apreciará que un esfuerzo
de desarrollo de este tipo puede ser complejo y consumir tiempo,
pero sin embargo podría ser una tarea rutinaria para aquellas
personas especializadas en la técnica aprovechando el beneficio de
la presente invención.
Volviendo a los dibujos y haciendo referencia de
forma inicial a la figura 1, se muestra una representación gráfica
de una máquina rotativa (100) de acuerdo con una realización de la
presente invención. La realización de la figura muestra una máquina
rotativa (100) adaptada para la utilización en una unidad de
dirección asistida electrohidráulica. La máquina rotativa (100)
funciona estando sumergida en un fluido hidráulico. El fluido
hidráulico lubrica y refrigera los componentes de la máquina
rotativa durante el funcionamiento. Se ha contemplado que la
máquina rotativa (100) de la presente invención ha de ser aplicada
en una variedad de situaciones incluyendo otros ambientes severos.
Puede apreciarse que otras aplicaciones pueden ser llevadas a cabo
en otras situaciones en vista de la presente descripción de la
invención.
La máquina rotativa (100) está compuesta por
cuatro componentes básicos: un conjunto de protección extremo
(110), un conjunto sensor (120), un conjunto de rotor (130), y un
conjunto de estator (140). Como se muestra en la figura 1, el
conjunto sensor (120) está situado de forma substancial dentro del
conjunto de protección extremo (110) y se encuentra fijado al
mismo. El conjunto de rotor (130) incluye un eje con ranura en
espiral (160) que se extiende a través de un saliente (150) de la
protección extrema para formar una unidad de cojinete hidrodinámico
cuando la máquina rotativa (100) es accionada estando sumergida en
un fluido (por ejemplo fluido hidráulico). El fluido actúa al mismo
tiempo como lubricante y refrigerante. El conjunto de rotor (130)
está asegurado de forma axial con relación a la protección extrema
(110) mediante una abrazadera (170) posicionada en proximidad con
un extremo del eje (160) debajo del conjunto de protección extremo
(110). El conjunto de estator (140) rodea al conjunto de rotor
(130) y puede estar asegurado a la protección extrema (110) mediante
una serie de dispositivos de fijación tales como pernos (180).
Haciendo referencia a las figuras 2a y 2b, el
conjunto de protección extremo (110) es mostrado en mayor detalle.
En la realización ejemplificada el conjunto de protección extremo
(110) está formado a partir de aluminio fundido. Otros materiales y
métodos de construcción son contemplados dependiendo del ambiente
específico del motor. El conjunto de protección extremo (110)
presenta numerosos orificios (200) de perno del estator para el
acoplamiento de dicho conjunto de protección extremo (110) al
conjunto de estator (140) mediante pernos (180) y numerosos
orificios de perno de carga (210) para el aseguramiento del conjunto
de protección extremo (110) a una carga (por ejemplo un aparato de
bomba) acoplado a la máquina rotativa (100). Se encuentran
definidos también en el conjunto de protección extremo (110)
orificios de circulación adicionales (245) para permitir que el
fluido circule hacia dentro y fuera de las cavidades formadas por
las paredes de la protección extrema (220) y el saliente de la
protección extrema (150).
Las paredes de la protección extrema (220)
incluyen rebajes que están diseñados para recibir al conjunto de
estator (140). Formado dentro de las paredes de la protección
extrema (220) se encuentra una ranura de posicionado de conjunto de
estator (230) que es utilizada durante el montaje para orientar el
conjunto de estator (140) respecto al conjunto de protección
extremo (110).
Haciendo referencia ahora a la figura 3, se
muestra una vista simplificada del conjunto de estator (140). Una
lengüeta (300) se extiende desde el conjunto de estator (140) y se
aloja dentro de la ranura de posicionado del conjunto estator (230)
para asegurar que dicho conjunto estator (140) se encuentre en una
posición conocida respecto a la protección extrema (110) cuando la
máquina rotativa (100) es montada. El conjunto de estator (140)
está construido de manera convencional tal como a partir de
suministro laminado. El conjunto de estator (140) define espacios
muertos (310) de perno para permitir que éstos sean insertados a
través de los orificios (320) y los orificios de perno de estator
correspondientes (200) en la protección extrema (110) a efectos de
sujetar el conjunto de estator (140) a la mencionada protección
extrema (110).
La figura 4a muestra un diagrama del conjunto de
estator (140) y la figura 4b muestra un diagrama de circuito de los
bobinados de fase. El conjunto de estator (140) incluye un estator
de ocho polos de doce ranuras que presenta bobinados de tres fases
(410), (420), (430) en el que cada bobinado de fase comprende cuatro
bobinas conectadas en paralelo y en el que cada bobina está
enrollada alrededor de un único diente de estator (400). Los
bobinados de tres fases (410), (420), (430) están conectados en
"Y". En la realización mostrada cada bobina está constituida
por 13 vueltas de: 1 de AWG 14,5; o 2 de AWG 7,5; o 4 de AWG
20,5.
Volviendo a la figura 2, se disponen dos
elementos de posicionado del conjunto sensor dentro de la cavidad
formada por las paredes (220) de la protección extrema (110). Estos
elementos están constituidos cada uno de ellos por un soporte (240)
y dos columnas (250), (260).
El conjunto sensor (120) es mostrado en la figura
5 e incluye un cuerpo de posicionado (540) que presenta un par de
aberturas (500), (510) de un diámetro substancialmente igual al
diámetro exterior de las dos columnas (250), (260). El conjunto
sensor (120) incluye además un conjunto de panel de circuito impreso
(PCB) (520) con terminales eléctricas PCB (525) y tres dispositivos
de efecto Hall (530). El cuerpo de posicionado (540) es una parte
de plástico moldeado que está formada de modo que define tres
cavidades (545) que reciben los tres dispositivos de efecto Hall
(530) y que posiciona de forma efectiva dichos dispositivos de
efecto Hall (530) en el cuerpo de posicionado (540). El centro de
cada cavidad está dispuesto a 30º de las cavidades adyacentes para
controlar la frecuencia de las señales generadas. El cuerpo de
posicionado (540) está formado de forma preferente a partir de nylon
rellenado con vidrio o un material equivalente aprobado por
ingeniería. Además de llevar a cabo el posicionado efectivo de los
dispositivos de efecto Hall (530), el cuerpo de posicionado
plástico (540) impide que los cables de alimentación PBC (525)
hagan contacto con el conjunto de rotor (130).
Como se muestra en la figura 6, el conjunto PCB
(520) presenta aberturas (600) dimensionadas para alojar cables de
alimentación que se extienden desde los dispositivos de efecto Hall
(530). El conjunto PCB (520) tiene además aberturas (610) para
recibir las terminales de los cables de alimentación PCB (525). El
conjunto PCB (520) es recibido por un rebaje formado de manera
adecuada en el localizador de plástico (540). Esta disposición
permite la utilización de la soldadura selectiva para el
acoplamiento de los cables de alimentación de los dispositivos de
efecto Hall (530) y los cables de alimentación PCB (525) al
conjunto PCB (520).
El conjunto sensor (120) es montado previamente a
su emplazamiento en el conjunto de protección extremo (110) de la
máquina rotativa (100). De acuerdo con un método de montaje
preferente, los cables de alimentación (525) son conectados primero
de forma mecánica al conjunto PCB (520) mediante aberturas (610)
presentes en el mismo, como se muestra en la figura 6. El conjunto
PCB (520) entonces es puesto en acoplamiento con los brazos (542)
en el lado inferior del cuerpo de posicionado (540). Los
dispositivos de efecto Hall (530) entonces son insertados en las
cavidades del cuerpo de posicionado (540), de modo que el
movimiento de dichos dispositivos efecto Hall queda restringido o
prohibido y los cables de suministro eléctrico (532) de los
dispositivos de efecto Hall se extienden a través de las aberturas
(600) en el conjunto PCB (520). Entonces los cables de suministro
(525) conectados eléctricamente con las terminales eléctricas (532)
del mencionado dispositivo de efecto Hall mediante la aplicación de
una soldadura a la superficie del conjunto PCB (520).
Dado que el conjunto sensor posteriormente será
insertado en una máquina rotativa que se encuentra diseñada para
ser sumergida en un fluido operativo, es importante que el proceso
de soldadura no resulte en la producción de escamas o
aglomeraciones de partículas de soldadura durante la utilización en
un ambiente severo. Por lo tanto, la soldadura selectiva es
utilizada de forma preferente para llevar a cabo la conexión
eléctrica de los cables de alimentación a los conductores de efecto
Hall. Como se muestra en la figura 11, el proceso de soldadura
selectiva es llevado a cabo utilizando una estructura con forma de
cortadora de galletas (1300) en contacto estanco con la superficie
del conjunto PCB (520) para controlar la aplicación de la
soldadura, impidiendo de este modo que la soldadura entre en
contacto con otras partes del conjunto sensor (120), tales como el
cuerpo de posicionado (540). La estructura cortadora de galletas
("cookie cutter") (1300) es colocada sobre un baño de soldadura
(1310), y el conjunto PCB (520) está situado sobre la parte
superior de la estructura de cortadora de galletas (1300) y sellado
contra el borde superior (1320) de la misma. El baño de soldadura
(1310) es presurizado (1320) a continuación, provocando que se
eleve una ola de soldadura desde el baño de soldadura dentro de la
estructura cortadora de galletas ("cookie cutter") (1300) y en
contacto con la superficie del mencionado conjunto PCB (520) y los
extremos sobresalientes de los cables de alimentación (525) y los
cables del dispositivo de efecto Hall (532) llevando a cabo
entonces la conexión de forma mecánica y eléctrica de los cables de
alimentación (525) a las aberturas (610) y de los cables del
dispositivo de efecto Hall (532) a las aberturas (600). El conjunto
PCB (520) incluye las conexiones necesarias entre los cables de
alimentación (525) y los cables del dispositivo de efecto Hall
(532).
Después que el conjunto sensor (120) ha sido
montado, es posicionado dentro de la protección extrema (110)
situando los orificios de soporte (500), (510) del localizador de
plástico alrededor de las columnas de posicionado (250), (260) de
la protección extrema (110). Entonces el cuerpo localizador es
asegurado en las columnas de posicionado (250), (260). De forma
preferente, las columnas (250), (260) son deformadas mediante
remachado de rotación para asegurar el conjunto sensor (120) a la
protección extrema (110). Dicha deformación de las columnas resulta
preferente, dado que la cantidad de piezas utilizadas en el conjunto
es reducida, disminuyendo en consecuencia la preocupación de que
las piezas se suelten en la máquina rotativa durante el
funcionamiento. De forma alternativa pueden ser utilizados
elementos de fijación independientes tales como arandelas o
tornillos de bloqueo para fijar el cuerpo localizador a las columnas
de posicionado. El modo en el que el conjunto sensor (120) es
posicionado dentro de la protección extrema (110) se muestra en la
figura 7.
Como se muestra en la figura 7, a lo largo de la
pared interior de la protección extrema (110) se forma un canal
(270) para permitir que los cables de alimentación PCB (525) salgan
de la máquina rotativa (100) para llevar a cabo la conexión a un
controlador. Una arandela o pinza ranurada (700) es insertada en el
canal (270) y rodea los cables de alimentación en el canal. La
arandela (700) puede estar formada por cualquier material que
satisfaga las condiciones de compatibilidad química y temperatura
para uso sumergido en un motor electrohidráulico. El material
preferente para la arandela (700) es nylon rellenado con vidrio.
Los conductores PCB (525) pueden ser insertados en la arandela
(700) a través de la ranura presente en la misma, y la arandela
(700) puede ser insertada en el canal (270) a través de la abertura
presente en el mismo. Este montaje obvia el tendido de los cables
de alimentación PCB a través de un orificio en la protección
extrema u otra parte de la máquina rotativa, simplificando en
consecuencia el montaje de la máquina rotativa. La arandela (700)
inhibe además el desgaste por rozamiento de los cables de
alimentación PCB (525) y el pinzamiento de los cables (525) entre
la protección extrema (110) y el conjunto estator (140).
Haciendo referencia a la figura 8 se muestra una
vista en sección del conjunto de rotor (130). El conjunto de rotor
(130) incluye un elemento de rotor cilíndrico (800) de forma
substancial que presenta una superficie exterior (810) y una
superficie interior (820). El elemento de rotor (800) puede estar
formado por un material metálico que tenga buenas propiedades
magnéticas, tal como metal en polvo. Uno de dichos materiales
preferentes es el grado de hierro magnético Z29, 7,2 g/cc min o un
material equivalente aprobado por ingeniería. A pesar de que el
elemento de rotor (800) mostrado en la figura 8 comprende un
elemento metálico sólido, el elemento de rotor también puede estar
constituido por una construcción laminada en la que una serie de
discos metálicos son dispuestos en una configuración apilada y
separados por discos aislantes alternados. La superficie interior
(820) incluye una parte escalonada (830) en un extremo de la misma,
cuya superficie interior acopla mediante fricción la superficie
exterior (840) del eje del rotor (160).
El eje (160) presenta un primer extremo (880) con
un borde cónico o biselado, y un segundo extremo (890) que incluye
una cola o apéndice (895) que puede estar configurado para realizar
el acoplamiento con el eje de una carga (por ejemplo una bomba)
para transmitir el par de fuerzas y velocidad requeridos a la carga.
El eje (160) está formado a partir de metal tratado en caliente, y
de forma preferente acero endurecido, que es endurecido y unido a
tierra para actuar como un cojinete de soporte. El eje (160) está
tratado en caliente para proporcionar una superficie exterior dura
y un núcleo más blando. De acuerdo con una realización el eje puede
ser endurecido por fuera hasta HRC 55 aproximadamente con una
profundidad de camisa entre 50 mm y 63 mm, con una dureza de núcleo
entre HRC 30 y HRC 38 aproximadamente. La superficie dura exterior
del eje (160) forma un cojinete hidrodinámico con la superficie
interior de aluminio del saliente de la protección extrema (150).
La interacción entre la superficie exterior dura del eje (160) y la
superficie de aluminio más blanda del saliente de la protección
extrema (150) es necesaria para impedir el desgaste por rozamiento
o la destrucción de la superficie durante la utilización de la
máquina rotativa (100), y de forma particular durante las
operaciones de encendido y apagado de la máquina. El núcleo más
blando del eje (160) es útil en situaciones en las que la máquina
rotativa (100) puede estar expuesta a ambientes de bajas
temperaturas dado que el núcleo más blando es menos frágil que la
superficie exterior dura y por lo tanto menos propenso a la
fractura. Una ranura en espiral (850) está formada en la superficie
exterior del eje (160). La ranura en espiral (850) actúa
produciendo la circulación de fluido dentro del conjunto de
cojinete, haciendo al eje (160) una parte integral del sistema de
cojinete.
Como se muestra mejor en las figuras 9A y 9B, la
superficie exterior (810) del elemento de rotor (800) incluye una
serie de nervios sobresalientes (900) que definen una serie
correspondiente de rebajes (910) para recibir una serie
correspondiente de imanes (860). De forma preferente, el elemento de
rotor (800) incluye ocho nervios (900) que definen ocho rebajes
para recibir ocho imanes (860) de polaridad alternada. Puede ser
utilizado cualquier tipo de imán permanente disponible de forma
comercial, y de forma preferente es utilizado un imán de neodimio.
Los imanes de rotor (860) actúan transmitiendo las señales
magnéticas al conjunto sensor (120), el cual a la vez transmite
señales eléctricas a un controlador que controla la velocidad de la
máquina rotativa. Los imanes (860) pueden estar asegurados de forma
adicional en los rebajes mediante la aplicación de una capa de
material adhesivo entre el imán y la superficie exterior (810) del
elemento de rotor (810).
La resistencia a la cizalladura del material
adhesivo que sujeta los elementos de imán permanente (860) al
elemento de rotor (800) depende en gran medida del grosor de la
capa de adhesivo o cola entre los imanes (860) y la superficie
exterior (810) del elemento de rotor (800). Para asegurar que este
grosor de pegamento se encuentra dentro de un rango aceptable, se
forma un rebaje secundario o "canal de cola" (920) dentro de
cada rebaje principal (910) definido por la superficie exterior
(810) del elemento de rotor (800). La profundidad del canal de cola
depende del tipo de adhesivo utilizado. De acuerdo con una
realización, el adhesivo utilizado es adhesivo epoxi de parte única
curado por calor, y la profundidad óptima de la cola está entre 0,05
mm y 0,15 mm de forma aproximada.
Los nervios (900) ayudan a posicionar de forma
adecuada los imanes permanentes (860) dentro de los rebajes (910) y
ayudan también a resistir los efectos del par de fuerzas sobre los
imanes (860) en el momento que fallan los medios de acoplamiento
(por ejemplo cola) que fijan los imanes (860) a los elementos de
rotor (800).
Durante la fabricación del conjunto de rotor
(130), los imanes (860) son asegurados en primer lugar en los
rebajes (910). Se aplica una capa de material adhesivo a la
superficie del elemento de rotor (800) en el rebaje principal
(910), rellenando el canal de cola (920). Los imanes permanentes
(860) son entonces situados en los rebajes principales (910) y
dichos imanes (860) son comprimidos contra el elemento de rotor
(800). Parte del pegamento se acumulará en el canal de cola (920) y
el resto será extruido fuera del rebaje principal (910). Entonces,
después de dicha compresión, el espesor de la capa de pegamento
entre los imanes permanentes (860) y el elemento de rotor (800)
dependerá en gran medida de la profundidad del canal de cola
(920).
Antes de que los imanes (860) sean asegurados al
elemento de rotor (800), dicho elemento de rotor y el eje (160) son
montados, de forma preferente insertando el primer extremo biselado
(880) del eje en la abertura en un extremo del elemento de rotor.
El eje (160) puede estar recubierto con un aceite ligero antes de la
colocación por presión en el elemento de rotor (800) para facilitar
el montaje. Deben tomarse precauciones para asegurar que la
superficie exterior del eje y la superficie interior de la parte
escalonada (830) del elemento de rotor (800) estén libres de
rebabas y materiales ajenos, dado que el conjunto es muy
susceptible a la contaminación después de la magnetización.
Finalmente, de acuerdo con la realización de la
presente invención mostrada en la figura 8, una capa de encapsulado
o moldeo de inserción (870) puede ser dispuesta rodeando el
elemento de rotor (800) con los imanes permanentes (860) acoplados,
para servir como medios de retención de seguridad adicionales en
caso de que falle el adhesivo. De forma alternativa, la capa de
encapsulado o el moldeo de inserción (870) puede servir como el
tope principal del imán (860), en el que no se utiliza pegamento
para adherir dicho imán (860) al elemento de rotor (800). La capa
de encapsulado (870) puede ser formada situando el elemento de
rotor montado (800) en una herramienta de inyección de plástico y
moldeando un plástico alrededor de las superficies exteriores del
mismo. De forma preferente, la capa de encapsulado o el moldeo de
inserción (870) están constituidos por nylon rellenado con
vidrio.
El tamaño del espacio libre entre el conjunto de
estator (140) y los imanes (860) del conjunto de rotor (130) es
importante para determinar la eficiencia de la máquina rotativa
(100). A carga máxima resulta un menor espacio libre en una máquina
más eficiente. A carga máxima la fuerza viscosa entre el conjunto de
rotor (130) y el conjunto de estator (140) no es un contribuyente
importante para la carga en la máquina (100). Sin embargo, en
condiciones de ninguna o de poca carga, el componente de la fuerza
viscosa es un contribuyente importante a la carga en la máquina
(100). A medida que disminuye el tamaño del espacio libre, la
fuerza viscosa aumenta. En casos en los que la máquina (100) es
utilizada de forma intermitente, tal como en una aplicación de bomba
de dirección asistida, la máquina funciona de forma frecuente con
poca o ninguna carga. En consecuencia, resulta importante
equilibrar la alta eficiencia a carga máxima con la fuerza viscosa
elevada producida por el menor espacio libre y su efecto en
condiciones de ninguna o poca carga. En la realización mostrada, el
espacio libre está entre 0,20 mm y 0,30 mm de forma aproximada
(entre 0,008 y 0,012 pulgadas).
La figura 10 muestra una realización alternativa
del elemento de rotor (800) que coopera con la capa de encapsulado
(870) para asegurar de forma mecánica dicha capa de encapsulado al
rotor. Los nervios (900) definen conductos longitudinales (1200)
que se extienden de forma substancial por la longitud completa de
los nervios (900). Además, en cada nervio se encuentran definidos
rebajes (1210) que consisten en una muesca en el nervio (900).
Cuando la capa de encapsulado (870) es formada alrededor del
elemento de rotor (800) después de que los imanes (860) han sido
acoplados, dicha capa de encapsulado (870) llena de forma
substancial dichos rebajes (1210) y conductos (1200), bloqueando de
forma mecánica de este modo la mencionada capa de encapsulado (870)
al elemento de rotor (800).
A medida que el motor es montado, el eje (160)
del conjunto de rotor (130) se sitúa dentro del saliente de la
protección extrema (150) como se muestra en la figura 1. Entonces
se utiliza una abrazadera (170) para asegurar el eje (160) contra
el movimiento axial respecto a la protección extrema (110). Entre la
abrazadera (170) y la protección extrema (110) se dispone una
arandela para formar un cojinete de empuje como se conoce en la
técnica. Puede disponerse también una arandela alrededor del eje
(160) entre el elemento de rotor (800) y el extremo libre del
saliente de la protección extrema (150). No se requiere otra
protección extrema. Además, no se utilizan conjuntos de cojinete de
bolas en la máquina rotativa (100). En cambio, el eje dotado de
ranuras en espiral (160) y el saliente de la protección extrema
(150) forman un cojinete de unidad hidrodinámico que utiliza el
fluido hidráulico en el que el motor (100) está sumergido para
lubricación y refrigeración. Las superficies de cojinete de empuje
están formadas entre la abrazadera (170) y la arandela y la
protección extrema (110) y también entre la parte superior del
saliente de la protección extrema (150) y la superficie voladiza
(835) de la parte escalonada (830) que se encuentra próxima al
saliente de la protección extrema (150) después del montaje.
Haciendo referencia a las figuras 5 y 8, el
conjunto sensor (120) orienta los dispositivos de efecto Hall (530)
en la cavidad definida entre la superficie interior (820) del
elemento de rotor (800) y la superficie exterior del eje de rotor
(160), de forma que la superficie sensible (550) de los dispositivos
de efecto Hall (530) está próxima a la superficie interior (865) de
las partes de los imanes (860) que sobresalen más allá del extremo
del elemento de rotor (800). La cooperación entre la lengüeta de
rotor (300), la ranura de posicionado del conjunto de protección
extremo (230), las columnas de posicionado (250), (260), y los
orificios (500), (510) para montaje del conjunto sensor asegura que
los dispositivos de efecto Hall (530) estén orientados en una
posición conocida respecto al conjunto de estator (140). Fijando la
posición de los dispositivos Hall (530) respecto al conjunto de
estator (140) simplifica el proceso de montaje. La señal de salida
de los dispositivos de efecto Hall (530) es utilizada por un
controlador acoplado a la máquina rotativa (100) para controlar la
sincronización de la conmutación del bobinado de fase. Debido a las
orientaciones fijas, los dispositivos Hall (530) no deben ser
ajustados para determinar sus posiciones respecto al conjunto de
estator (140) para el control adecuado de la máquina rotativa
(100). La alineación adecuada queda asegurada durante el proceso de
fabricación por los elementos de posicionado.
Como se muestra en la figura 12, la máquina
rotativa (100) puede ser utilizada junto con una bomba de dirección
asistida hidráulica (1440) que es accionada por la máquina rotativa
(100) en vez de un accionamiento por correa a partir del motor del
vehículo. La máquina rotativa (100) y la bomba (1440) están
sumergidas en fluido hidráulico dentro de una envolvente del
sistema (1400). Dicha envolvente del sistema (1400) incluye un
orificio de admisión de fluido (1420) y un orificio de salida de
fluido (1410) que se corresponde con un orificio de salida de
fluido (1450) de la bomba (1440). El orificio de salida de fluido
(1410) está en contacto estanco contra el orificio de salida de
bomba (1450) mediante un cierre estanco (1430). Durante el
funcionamiento el eje (160) de la máquina rotativa (100) es
conectado a un impulsor de la bomba de dirección asistida (1440) y
es sumergido completamente con la bomba en un fluido de dirección
asistida. El cojinete unitario formado por el conjunto de rotor
(130) y el saliente de la protección extrema (150) está basado en
el fluido de dirección asistida, en lugar de cojinetes de bolas,
para lubricar el eje. El controlador (1460) también puede ser
colocado dentro de la envolvente del sistema (1400).
Durante el funcionamiento de la máquina rotativa
(100), la rotación del eje dotado de ranuras en espiral (160)
conduce el fluido hidráulico a través de los orificios (245) en la
protección extrema (110) hacia la cavidad definida entre la
superficie exterior (840) del eje del rotor (160) y el saliente de
la protección extrema (150). La presión y el flujo del fluido
hidráulico entre la superficie exterior (840) del eje (160) y la
superficie interior del saliente de la protección extrema (150)
crea una capa lubricante entre el mencionado saliente de la
protección extrema, el eje y el elemento de rotor (800).
En diseños de bombas de dirección asistidas
típicas, el accionamiento por motor presenta dos protecciones
extremas y utiliza cojinetes de bolas para lubricar el eje. El
motor está separado de forma general del fluido por un cierre
estanco en el eje. La utilización de un motor de cojinetes de bolas
en presencia de un fluido hidráulico limita la expectativa de vida
de dichos cojinetes de bolas. La máquina rotativa (100) de la
presente invención utiliza una única protección extrema y un
cojinete unitario y no es susceptible a la degradación debida al
fluido de dirección asistida como en el caso del diseño con
cojinetes de bolas. El cojinete unitario presenta una fiabilidad
mejorada sobre los sistemas de cojinetes de bolas, dado que tiene
resistencias mejoradas a los golpes y la contaminación, y en
consecuencia tiene una expectativa de vida útil más larga. El
diseño de una única protección extrema también reduce el tamaño y la
complejidad del conjunto completo, simplifica el montaje de un
rotor magnetizado, y resulta adaptado de forma ideal para el
montaje automatizado.
Los técnicos en la materia apreciarán que ciertas
modificaciones pueden ser realizadas en el aparato y método dados a
conocer en el presente documento respecto a las realizaciones
ilustradas. Si bien la presente invención ha sido descrita haciendo
referencia a realizaciones preferentes, se entenderá que la misma
es susceptible de numerosas adaptaciones, modificaciones y
alteraciones que quedan dentro del alcance de las reivindicaciones
adjuntas.
Claims (4)
1. Método de montaje de un conjunto de rotor para
una máquina rotativa, comprendiendo dicho conjunto de rotor un
cuerpo de rotor principal (800) con una superficie exterior (810),
una serie de nervios longitudinales (900) sobresaliendo desde la
mencionada superficie exterior (810); una serie de rebajes
primarios (910) definidos por nervios (900) adyacentes, y un rebaje
secundario (920) definido en dicha superficie exterior (810) como
mínimo dentro de uno de la serie de rebajes primarios (910),
caracterizado por el método que comprende:
la disposición de una capa de adhesivo como
mínimo dentro de un rebaje primario (910) y el relleno del
mencionado rebaje secundario (920) con dicho adhesivo;
el posicionado de un imán (860) dentro del rebaje
primario (910); y
la compresión de dicho imán (860) contra el
cuerpo de rotor principal (800) para extrudir una parte del
adhesivo del rebaje primario (910) y establecer un espesor de capa
de adhesivo entre dicho imán (860) y el cuerpo de rotor principal
(800) que queda determinado por la profundidad del rebaje secundario
(920).
2. Método de montaje de un conjunto de rotor de
acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por la
inclusión de una etapa de moldeo de una capa de encapsulado (870)
alrededor del cuerpo de rotor principal (800) y el imán (860).
3. Método de montaje de un conjunto de rotor de
acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque el
cuerpo de rotor principal (800) incluye un rebaje (1210) formado en
cada uno de los nervios (900) cercano al punto medio longitudinal
de los mismos, y un conducto longitudinal (1200) a través de cada
uno de dichos nervios (900); y la etapa de moldeo de una capa de
encapsulado (870) alrededor del cuerpo de rotor principal (800) y
el imán (860) incluye substancialmente el llenado como mínimo de
uno de los rebajes (1210) y los conductos longitudinales (1200) con
el material de encapsulado.
4. Método de montaje de un conjunto de rotor de
acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por la
formación de dicho rebaje secundario (920) hasta una profundidad
entre 0,05 mm y 0,15 mm y la utilización como adhesivo, de un epoxi
curado por calor de parte única.
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