ES2286838T3 - Motor electrico. - Google Patents

Abstract

LA INVENCION SE REFIERE, PARA MEJORAR LA CALIDAD DE CONMUTACION DE MOTORES UNIVERSALES, A UN MOTOR ELECTRICO (2) CON UN ROTOR (3) Y UN ESTATOR (4) COMO MOTOR UNIVERSAL PARA ELECTRODOMESTICOS, HERRAMIENTAS ELECTRICAS Y OTROS APARATOS PEQUEÑOS ELECTRICOS, CON UN DEVANADO AMORTIGUADOR (19) PARA ATENUAR LOS PICOS DE TENSION. EL NUMERO DE ESPIRAS DEL DEVANADO ES PEQUEÑO Y LA SECCION TRANSVERSAL DE UN CONDUCTOR DE DEVANADO SE HA SELECCIONADO DE FORMA QUE, CON EL MENOR NUMERO DE ESPIRAS POSIBLE, LA POTENCIA DE PERDIDA NO SUPERE EL 10 % EN RELACION CON LA POTENCIA ABSORBIDA POR EL MOTOR (2).

Description

Motor eléctrico.

La invención concierne a un motor eléctrico con un rotor y un estator, utilizable como motor universal para aparatos domésticos, herramientas eléctricas u otros pequeños aparatos eléctricos, en donde el estator presenta núcleos polares que están fijados a una culata de estator.

Los motores universales para aparatos domésticos, herramientas eléctricas y fines de consumo semejantes se ofrecen exclusivamente en forma de motores descompensados sin polos reversibles ni devanados de compensación. En tales motores universales o motores en serie descompensados la conmutación o la inversión de las corrientes del inducido, es decir, un cambio de la dirección de la corriente en la bobina que está en ese momento cortocircuitada por la escobilla de carbón, se puede efectuar solamente de forma muy incompleta, ya que el campo transversal del inducido constituye un estorbo. La consecuencia natural es la aparición de fuego en las escobillas. En motores industriales de mayor tamaño se mejora la conmutación mediante polos reversibles y devanados de compensación. Sin embargo, estos costosos medios auxiliares resultan prohibitivos para pequeños motores universales de la clase aquí considerada en el sector del consumo. Los motivos de ello son especialmente costes demasiado altos, técnicas de fabricación demasiado complicadas y un aumento de peso del motor eléctrico. Así, la vida útil de motores universales pequeños está limitada por la durabilidad del carbón. Mediante la elección de un corte de chapa favorable del estator y del rotor se puede lograr una mejora de la conmutación y, por tanto, un debilitamiento del fuego de las escobillas, lo que a su vez tiene como consecuencia una reducción del desgaste del carbón. Asimismo, para mejorar la conmutación es conocido el recurso de adaptar de manera óptima el número de devanados de inducido y de campo o el número delgas del colector. Además, se conoce un agrandamiento del entrehierro entre el rotor y la zapata polar del estator o un aumento de la precisión en el curso de la mecanización para mejorar la conmutación. Asimismo, se puede obtener también mediante ensayos una escobilla de carbón adecuada. Los motores que funcionan con sencillos circuitos de superposición de fase tienen, debido al paso a manera de impulsos de la tensión de funcionamiento, unos problemas de conmutación adicionales que han podido mitigarse hasta ahora en todo caso por medio de escobillas de carbón correspondientes.

Para resolver la problemática antes citada es ya conocido por el documento DE 41 20 594 A1 el recurso de prever una costura de soldadura en toda la longitud axial de la culata del estator. Se conoce por el documento DE 82 30 318 U1 una ejecución en la que están formados en los cuernos polares del estator unos anillos de cortocircuito para amortiguar sobreoscilaciones. Una solución semejante para amortiguar el campo transversal del inducido se muestra en el documento JP 55122466 A. En el documento
FR 1 553 594 se describe una solución en la que se han adoptado medidas correspondientes para la amortiguación en los propios polos.

En vista de los inconvenientes anteriormente descritos, una problemática técnica de la invención radica en mejorar de manera sencilla la conmutación en motores universales de la clase comentada.

La invención está definida por las características de la reivindicación 1. Ejecuciones preferidas de la invención están definidas en las reivindicaciones subordinadas.

Como consecuencia de esta ejecución, se consigue de manera sencilla una mejora de la conmutación en motores universales, de modo que se incrementa la durabilidad del carbón. Las investigaciones realizadas han demostrado que las puntas de tensión que se originan en la conmutación y en la superposición de fase, son nocivas para la durabilidad del carbón. Si se amortiguan estas puntas de tensión mediante un devanado que esté situado dentro del flujo magnético del motor, se aminora considerablemente el fuego en el carbón de las escobillas, con lo que se alarga la durabilidad del carbón. El devanado de amortiguación tiene que conducir a modo de transformador una corriente que contrarreste las puntas de tensión y de intensidad en las bobinas conmutadas. Se trata a este respecto de sendas bobinas de cortocircuito que están dispuestas abrazando cada una de ellas a una culata del estator. Dado que, para una buena acción, el devanado de amortiguación ha de lograr una amortiguación mínima, mientras que, por otro lado, las pérdidas ocasionadas por ello no deberán aumentar innecesariamente, la acción está adaptada en toda la sección transversal del devanado. Resultan buenas acciones a una potencia de pérdida de 2 a 3%, referido a la potencia absorbida por el motor. El devanado de amortiguación puede realizarse en forma de una o varias bobinas de cortocircuito con una o varias espiras que capturen el flujo principal del corte de chapa. En otra forma de realización alternativa se ha previsto que como prolongación de los devanados de campo estén formadas unas espiras adicionales que estén eléctricamente cortocircuitadas. Se forma así también una bobina de cortocircuito para mejorar la conmutación. Importa aquí únicamente oponer en la evolución del flujo a las bobinas que se encuentran en fase de conmutación una amortiguación con acción de transformador. Así, es imaginable alternativamente también que las culatas del estator estén unidas una con otra por dentro y por fuera, por ejemplo por medio de una soldadura transversal al plano de su extensión. Se forman así también bobinas de cortocircuito para amortiguar las puntas de tensión.

Se explica seguidamente la invención con más detalle haciendo referencia al dibujo adjunto, si bien éste representa solamente varios ejemplos de realización. Muestran:

La figura 1, una representación en sección de un motor eléctrico,

La figura 2, un alzado frontal del estator en representación seccionada de las bobinas de campo, con supresión del rotor y con una disposición de dos devanados de amortiguación sobre las culatas del estator, y

La figura 3, el estator constituido por varias chapas de estator en representación parcial en perspectiva y con supresión de las bobinas de campo, ilustrando otra forma de realización.

Se representa y describe en primer lugar, con referencia a la figura 1, una unidad 1 de motor-soplante que se compone sustancialmente de un motor eléctrico 2 de marcha rápida según las características del preámbulo de la reivindicación 1, dotado de un rotor 3 y un estator 4, y un rodete de soplante 6 fijado sobre un árbol 5 del rotor. Una unidad de motor-soplante de esta clase es conocida, por ejemplo, por la solicitud de patente alemana de número de expediente 196 06 146, no publicada todavía.

El motor eléctrico 2 está montado, por un lado, en una carcasa de motor 7 y, por otro lado, en la zona de una parte 8 de alojamiento de cojinetes, en cojinetes de bolas 9 y 10 dispuestos en las zonas extremas del árbol 5 de su rotor y destinados a soportar este árbol. En la zona extrema alejada de la carcasa 7 del motor el rodete 6 del soplante está unido solidariamente en rotación con el árbol 5 del rotor.

Entre el rodete 6 del soplante fijado sobre el árbol 5 del rotor y la parte 8 de alojamiento de cojinetes está fijado en esta última, solidariamente en rotación, un difusor 11. Este último se extiende transversalmente al árbol 5 del rotor y presenta en el lado alejado del compartimiento 12 del motor unos elementos de guía 13 del difusor y en el lado vuelto hacia el compartimiento 12 del motor unos álabes de retorno 14.

En el extremo vuelto hacia el cojinete de bolas 10 del árbol del rotor está dispuesto un colector 15 sobre el árbol 5 del rotor. Este colector está constituido de manera conocida por delgas de cobre radialmente dispuestas que están unidas de forma conductora con el devanado 16 del rotor y que están aisladas una de otra por capas intermedias de mica.

El devanado 16 del rotor forma una cadena cerrada de bobinas conectadas en serie. Cada puente 17 del colector está soldado en una patilla con el final y el principio de dos bobinas consecutivas en el devanado. Como consecuencia, el número de puentes 17 del colector corresponde al número de bobinas en el devanado del rotor.

El colector 15 sirve para invertir la dirección de la corriente en una espira del devanado 16 del rotor mientras esta espira, en el curso de la rotación del rotor 3, está cortocircuitada en el colector 15 por medio de una escobilla de carbón 18 representada esquemáticamente en la figura 1. La duración de este cortocircuito es la duración de la conmutación. Después de ésta, tiene que estar concluida la inversión de la corriente. Proporcionalmente a la velocidad de variación de la corriente y a la autoinductividad de la espira que se está conmutando se induce en ésta una tensión eléctrica que contrarresta la variación de la corriente y retarda la conmutación. Con el final de la duración de la conmutación se fuerza una terminación de la conmutación. En motores eléctricos no compensados se obtiene así, en el canto de salida de la escobilla de carbón 18, una densidad de corriente tan alta que se puede presentar una formación de chispas -llamada fuego de escobilla- como indicio de una conmutación tardía o insuficiente. Esto es nocivo para la escobilla de carbón 18 y el conmutador, es decir, el colector.

En el caso de motores industriales de mayor tamaño se mejora la conmutación mediante polos reversibles y devanados de compensación con los que se induce en la espira que se está conmutando una tensión eléctrica que contrarresta a la tensión de autoinducción y favorece la conmutación. Sin embargo, por motivos técnicos especialmente de costes y de fabricación, esta solución no puede aplicarse a motores universales de la clase comentada para, por ejemplo, aparatos domésticos, herramientas eléctricas u otros pequeños aparatos eléctricos.

Según la invención, se mejora la conmutación de un motor universal del tipo considerado amortiguando las puntas de tensión que se originen durante la conmutación y la superposición de fase. Así, se ha previsto un devanado de amortiguación 19 que está dispuesto dentro del flujo magnético del motor 2, de modo que se aminora en seguida considerablemente el fuego en las escobillas de carbón 18 y se alarga la durabilidad del carbón.

El devanado de amortiguación 19 conduce a modo de transformador una corriente que contrarresta las puntas de tensión y de intensidad en las bobinas que se están conmutando.

El devanado designado con 19 en la figura 1 no es un devanado de amortiguación según la reivindicación 1 y, de manera correspondiente, no es objeto de la presente invención.

En las figuras 2 y 3 se representa en cada una de ellas únicamente el estator 4 para ilustrar mejor la disposición del devanado de amortiguación, habiéndose elegido en la figura 2 un alzado frontal del estator 4 o de una chapa de estator 22 y en la figura 3 una representación en perspectiva del estator 4.

El estator 4 forma una carcasa polar 23 de forma anular que está constituida por las chapas de estator 22 dispuestas una tras otra en forma coincidente. En el lado interior de la carcasa polar 23 están formados dos núcleos polares opuestos 24. Sus extremos libres orientados hacia dentro forman sendas zapatas polares 25.

Cada núcleo polar 24 del estator 4 lleva un devanado de campo 26.

En la figura 2 se muestra una ejecución para amortiguar las puntas de tensión, en la que un respectivo devanado de amortiguación 19 que forma una bobina de cortocircuito 20 está dispuesto abrazando a la culata de estator 28 que une los núcleos polares 24.

Asimismo, es imaginable, pero no está representado en el dibujo, formar un devanado de amortiguación aplicando como prolongación del devanado de campo 26 algunas espiras adicionales que a continuación se cortocircuitan eléctricamente.

El siguiente ejemplo de realización muestra una solución en la que el devanado de amortiguación 21 se ha generado ensamblado componentes conductores del motor.

Así, en la figura 3 se representa una solución en la que la carcasa polar 23 se utiliza como parte del devanado de amortiguación 19.

Existe así la posibilidad de una soldadura de forma anular de ambas culatas de estator 28 tanto por dentro como por fuera, con lo que éstas quedan unidas una con otra transversalmente al plano de su extensión. Se forman de este modo bobinas de cortocircuito a través de los cordones de soldadura 35 y las chapas de estator transversales 22.

Mediante las ejecuciones anteriormente descritas se puede lograr de manera sumamente sencilla una mejora de la conmutación incluso en pequeños motores universales, lo que tiene como consecuencia un considerable alargamiento de las durabilidades del carbón.

Claims (6)

1. Motor eléctrico (2) con un rotor (3) y un estator (4), utilizable como motor universal para aparatos domésticos, herramientas eléctricas u otros pequeños aparatos eléctricos, en donde el estator (4) presenta núcleos polares (24) que están fijados a una culata de estator (28), y en donde está previsto un devanado de amortiguación (19) que está configurado como un devanado de cortocircuito (20), caracterizado porque el devanado de amortiguación (19) está dispuesto sobre cada culata (28) del estator.

2. Motor eléctrico según la reivindicación 1, caracterizado porque se ha elegido la sección transversal de un conductor del devanado de modo que la potencia de pérdida no sobrepase el 10%, referido a la potencia absorbida por el motor (2).

3. Motor eléctrico según la reivindicación 2, caracterizado porque la potencia de pérdida es de 2 a 3%.

4. Motor eléctrico según la reivindicación 1, caracterizado porque como prolongación de los devanados de campo (26) están formadas unas espiras adicionales que están eléctricamente cortocircuitadas.

5. Motor eléctrico según la reivindicación 1, caracterizado porque la carcasa polar (23) se utiliza como parte del devanado de amortiguación (19).

6. Motor eléctrico según la reivindicación 1, caracterizado porque las culatas de estator (28) están unidas una con otra por dentro y por fuera, por ejemplo mediante una soldadura transversal al plano de su extensión.