ES2318013T3 - Motor de impulso por flujo. - Google Patents
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Abstract
Un motor (1) que comprende: un estátor (2) un rotor (10) montado para girar en el estátor un primer y un segundo polo (11, 12) del estátor; un devana))do (7) en al menos uno de los polos de estátor; al menos un par de polos (10a,b) salientes del rotor; un núcleo (13a,b) de hierro exterior que une de manera magnética dichos polos de estátor; y un núcleo (14) de hierro interior que se extiende desde al menos uno de dichos polos de estátor alrededor del rotor de manera que el campo magnético en el rotor entre polos adyacentes del rotor se cortocircuita por dicho núcleo de hierro interior para una parte del giro del rotor; caracterizado porque se proporciona un circuito eléctrico para suministrar potencia al devanado para hacer girar el rotor mediante accionamiento; el primer polo del estátor es un polo (11) de conmutación que presenta dicho devanado y nunca cortocircuita el rotor; dicho segundo polo del estátor es un polo (12) de conexión de campo dotado de dicho núcleo de hierro interior; dicho núcleo de hierro interior cortocircuita completamente el campo magnético en el rotor entre dichos polos para una parte del giro del rotor; el rotor está magnetizado de manera que dichos polos de rotor están magnetizados de manera opuesta; dicho circuito eléctrico está dotado de medios de control para generar un campo magnético alternativo en el polo de comunicación del estátor para atraer cada polo del rotor a medida que se acerca al polo de conmutación y para repeler cada polo del rotor a medida que se aleja del polo de conmutación, dicho campo alternando tantas veces por revolución del rotor como polos haya en el rotor; por lo que el rotor se acciona mediante una combinación de un par motor electromagnético a través de la interacción entre el rotor y el polo de conmutación, y un par motor de reluctancia a través de la interacción entre el rotor y el polo de conexión de campo.
Description
Motor de impulsos por flujo.
La presente invención se refiere a motores
eléctricos del tipo sin escobillas.
Tales motores comprenden un estátor y un rotor,
girando el rotor en el estátor. A menudo, pero no necesariamente,
el rotor está magnetizado. El estátor comprende normalmente polos
salientes sobre los que se enrollan devanados que forman parte de
un circuito eléctrico. Conmutando el circuito de manera apropiada,
el rotor puede accionarse para girar a una velocidad determinada
por el circuito, normalmente de una manera síncrona.
Existen numerosos diseños de motores y el
documento EP-A-0455578 desvela una
disposición. En este documento se desvela un motor híbrido de
reluctancia variable de fase única. En este caso, dos polos de
estátor de conmutación presentan otros dos polos entre los mismos,
uno llevando un imán permanente para detener el rotor en una
posición en la que el motor se pondrá en funcionamiento cuando los
polos de conmutación se exciten, y el otro llevando un dispositivo
detector de la posición. La disposición es muy sencilla y efectiva,
siendo las disposiciones de circuito fáciles de fabricar dando como
resultado un motor de bajo coste adecuado para aplicaciones tales
como ventiladores.
Sin embargo, en este modo sencillo, el par motor
generado es muy pulsátil, provocando un funcionamiento
inestable.
El documento
US-A-5717316 desvela un motor con
polos de rotor y de estátor salientes, incluyendo los polos de
rotor imanes permanentes dispuestos de manera alternante y pudiendo
conectarse cada polo de estátor con dos rotores que proporcionan
trayectorias de flujo distorsionadas en los entrehierros entre los
mismos.
Es un objeto de la presente invención
proporcionar un motor sencillo que no solo detenga el rotor en una
posición en la que pueda ponerse en funcionamiento sino que además
proporcione un funcionamiento suave.
El documento "The
Flux-Reversal Machine: A New Brushless
Doubly-Salient Permanent Magnet Machine" IEEE
1996, ("Deodhar"), por Deodhar, R.P et al, desvela una
máquina que comprende:
- un estátor;
- un rotor montado para girar en el estátor;
- un primer y un segundo polo del estátor;
- un devanado en al menos uno de los polos de estátor;
- al menos un par de polos salientes del rotor;
- un núcleo de hierro exterior que une de manera magnética dichos polos de estátor;
- un núcleo de hierro interior que se extiende desde al menos uno de dichos polos de estátor alrededor del rotor de manera que el campo magnético en el rotor entre polos adyacentes del rotor se cortocircuita, al menos parcialmente, por dicho núcleo de hierro interior para una parte del giro del rotor.
Se proporcionan imanes permanentes en los polos
de estátor, los cuales son idénticos entre sí. La máquina sólo
puede funcionar como un motor siempre que esté dispuesta en una
configuración multifase. Cuando esto es así, funciona como un motor
de reluctancia estándar.
Según la presente invención, se proporciona un
motor del tipo descrito en Deodhar, caracterizado porque:
- un circuito eléctrico suministra potencia al devanado para hacer girar el rotor mediante accionamiento;
- el primer polo del estátor es un polo de conmutación que nunca cortocircuita el rotor;
- dicho segundo polo del estátor es un polo (12) de conexión de campo que presenta dicho núcleo de hierro interior;
- dicho núcleo de hierro interior cortocircuita completamente el campo magnético en el rotor entre dichos polos para una parte del giro del rotor;
- el rotor está magnetizado de manera que dichos polos de rotor están magnetizados de manera opuesta, estando dotado dicho circuito eléctrico de medios de control para generar un campo magnético alternativo en el polo de comunicación del estátor para atraer cada polo del rotor a medida que se acerca al polo de conmutación y para repeler cada polo del rotor a medida que se aleja del polo de conmutación, dicho campo alternando tantas veces por revolución del rotor como polos haya en el rotor;
- por lo que
- el rotor se acciona mediante una combinación de un par motor electromagnético a través de la interacción entre el rotor y el polo de conmutación, y un par motor de reluctancia a través de la interacción entre el rotor y el polo de conexión de campo.
La puesta en cortocircuito del campo magnético a
través del rotor mediante el núcleo de hierro interior proporciona
una trayectoria de baja reluctancia que tiene un impacto tanto
positivo como negativo en el par motor aplicado al rotor. El efecto
es positivo cuando se experimenta una reducción de la reluctancia,
cuando comienza la puesta en cortocircuito, y se aplica el par
motor al rotor; pero es negativo cuando cesa la puesta en
cortocircuito y se aplica un par motor negativo equivalente. Esto
suaviza la curva de par motor global ya que el efecto negativo
puede disponerse para que coincida con el "impulso" de
accionamiento principal del motor. Esto reduce el tamaño del
impulso de accionamiento, que en cambio puede verse
"convertido" en el efecto positivo del campo
cortocircuitado.
Los polos de estátor son preferentemente
salientes. El devanado de conmutación puede estar alrededor del polo
de conmutación del estátor. Puede proporcionarse un devanado de
campo alrededor del polo de conexión de campo. Además, los
devanados de campo y de conmutación pueden estar en serie. De hecho,
el devanado de campo puede crear un campo magnético mayor que el
devanado de conmutación.
Preferentemente, la extensión angular de los
polos adyacentes del rotor es sustancialmente la misma que la
extensión angular del núcleo de hierro interior, extensión angular
que tiene sustancialmente (270/n)º, donde n es el
número de pares de polos de rotor. Por "extensión angular" se
entiende el ángulo del (de los) segmento(s) de un círculo
que incluye dichos ambos polos del rotor o, en el caso del núcleo de
hierro interior, el núcleo de hierro interior.
Preferentemente, la extensión angular de uno de
dichos polos del rotor es aproximadamente la misma que la extensión
angular del polo de conmutación, y de manera preferente tiene
sustancialmente (90/n)º, donde n es el número de
pares de polos de rotor. Preferentemente, dichos polos del rotor
tienen un radio diferente a través de su extensión angular de
manera que dichos polos se cortocircuitan sobre un ángulo \alpha
sustancialmente igual a (45/n)º, donde n es el número
de pares de polos de rotor. Si solo hay uno de dichos pares de
polos, entonces dicho ángulo \alpha tiene aproximadamente
45º.
Preferentemente, existe el mismo número de polos
de conmutación que de polos de conexión de campo dispuestos de
manera alternante alrededor del estátor, y el doble de polos del
rotor que de polos de conexión de campo. De hecho, puede haber dos
campos de polos de conexión de campo, dos polos de conmutación y un
rotor con forma de cruz que tenga dos pares de polos. En este caso,
el ángulo \alpha tiene aproximadamente 22º.
Si el rotor tiene forma de cruz con dos pares de
polos, los polos están magnetizados de manera alternante. Una
disposición de este tipo es preferible a partir de un par motor
respectivo pero requiere un circuito eléctrico que tenga al menos
dos conmutadores con el fin de cambiar la dirección de magnetización
del polo de conmutación (tantas veces por revolución como polos
haya en el rotor).
A continuación se describe la invención en mayor
detalle, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos
en los que:
las figs. A a D son diagramas esquemáticos de un
motor conocido que no forma parte de la presente invención;
las figs. 1a a 1d son diagramas esquemáticos de
un motor que presenta un rotor de dos polos, estando el rotor en
una posición angular diferente en cada dibujo;
las figs. 2a a 2d representan lo mismo que las
figs. 1a a 1d, excepto en que en este caso el motor funciona según
la invención ya que el rotor está permanentemente magnetizado;
las figs. 3a a 3c son vistas similares de una
realización adicional de la presente invención, en la que se emplea
un rotor de cuatro polos que presenta una magnetización permanente
alternante de sus polos;
la fig. 4 es una vista similar a la fig. 3c,
excepto que en este caso, como en las figs. 1a a 1d, el rotor no
está magnetizado, estando presente una magnetización permanente en
el estátor;
la fig. 5 es una vista similar a la fig. 4 de
un motor más sencillo;
las figs. 6a y 6b son curvas de par motor para
los motores de las figs. 5 y 3, respectivamente;
las figs. 7a y 7b son diferentes disposiciones
de circuito para suministrar potencia a los motores de las figs. 2
y 3;
la fig. 8 es una disposición de circuito para
suministrar potencia a los motores de las figs. 1, 4 y 5;
las figs. 9a a 9c muestran la distribución de
flujo del motor de la fig. 5 cuando un polo sur está formado en los
polos de conmutación;
la fig. 10 muestra la distribución de flujo del
motor de la fig. 5 cuando un polo norte está formado en los polos
de conmutación.
La fig. A muestra una disposición básica de un
motor a de impulsos por flujo de dos polos conocido que
comprende un rotor b de dos polos, un estátor que consiste
en dos polos c y d de conmutación, y dos polos
e y f de campo. Los polos de campo pueden estar
permanentemente magnetizados con una posible disposición (como la
mostrada) o hay un devanado de campo (alrededor de los polos de
campo) con una corriente cc que fluye para generar la magnetización
mostrada. Bobinas (no mostradas) están enrolladas alrededor de los
polos de conmutación para formar un devanado denominado como el
devanado de conmutación. Los polos g del rotor no pueden
tener un arco de radio constante en las extremidades de los polos.
En cambio, se proporciona un borde h delantero curvado de
sección decreciente, de manera que el entrehierro i radial
creado entre los polos del rotor y cualquiera de los polos de
estátor varía durante la rotación. También puede haber otras
características de los polos de rotor para mejorar la asimetría de
los dos polos de rotor. Por ejemplo, en lugar del hueco i
infinitamente variable (preferido) mostrado en las figs. A a D,
puede formarse un resalte o saliente en la punta de los polos.
En ausencia de corriente en el devanado de
conmutación, el rotor está en una posición de reposo tal como
muestra la fig. A. Si se aplica una corriente cc al devanado de
conmutación, se crea un campo en los polos de conmutación con un
polo norte en el polo c y un polo sur en el polo d (véase la
fig. B). Como resultado del campo, el rotor b gira desde una
posición de reposo hasta otra posición de equilibrio mostrada en la
fig. B. Si aumenta la magnitud de la corriente en el devanado de
conmutación, entonces el rotor gira adicionalmente hasta otra
posición de equilibrio, por ejemplo como la mostrada en la fig. C.
Si se interrumpe ahora la corriente en el devanado de conmutación
(y en ausencia de cualquier inercia rotacional del rotor en el
sentido de las agujas del reloj), el rotor puede girar en el
sentido contrario a las agujas del reloj y asentarse en la posición
de equilibrio inicial mostrada en la fig. A.
Esto demuestra un posible problema de puesta en
funcionamiento con este tipo de motor. Con el fin de garantizar que
el motor pueda ponerse en funcionamiento a partir del estado de
reposo y acelerar, la magnitud del campo magnético generado en los
polos de conmutación tiene que ser mucho mayor que el campo
permanente generado por los polos de campo. Para garantizar una
rotación continua, los polos de conmutación deben llevar al rotor
hasta la posición mostrada en la fig. D. En esta posición, y tras
interrumpir la corriente en el devanado de conmutación, los polos
de campo llevarán al motor, en el sentido de las agujas del reloj,
hasta la posición mostrada en la fig. A (completando una rotación
de 180 grados).
Claramente, se necesita un gran impulso de
corriente para poner al motor en funcionamiento, o la magnitud del
campo permanente debe ser débil, al menos para evitar corrientes
excesivas. Tan pronto como el rotor esté girando a una determinada
velocidad, grandes impulsos de flujo generados en los polos de
conmutación tirarán del rotor a partir del flujo de alineación de
campo. La inercia del rotor (y una intensidad determinada de un par
motor generado por el flujo de alineación de campo), llevará al
rotor a la siguiente posición de conmutación. Por tanto, la
corriente en el devanado de conmutación no es continua y tiene un
rendimiento, por lo general, de aproximadamente el 50%.
Para facilitar la puesta en marcha y evitar
problemas de funcionamiento, puede ser ventajoso interrumpir el
campo en momentos determinados. Sin embargo, esto significa que no
pueden usarse imanes permanentes para generar el flujo de campo y
que debe haber una conmutación temporizada de manera apropiada de la
corriente de devanado de campo, además de la corriente de devanado
de conmutación. Esto añade una complejidad adicional al diseño del
motor y de los componentes electrónicos de potencia.
Volviendo a la fig. 1 de los dibujos, un motor 1
comprende un estátor 2 y un rotor 10 montado para girar dentro del
estátor 2.
El estátor 2 tiene un polo 11 de conmutación y
un polo 12 de campo. Los vástagos o bases del polo 11 de conmutación
y del polo 12 de campo están unidos mediante un núcleo 13a,b de
hierro exterior. El polo 11 de conmutación tiene un devanado 7 de
conmutación que está en serie (o en paralelo) con un devanado 8 de
campo del polo 12 de campo. Sin embargo, puede ser ventajoso
mantener las bobinas 7 de polo de conmutación separadas de las
bobinas 8 de polo de conexión de campo.
La extensión x angular del polo 11 de
conmutación es de aproximadamente 90º. El rotor 10 tiene dos polos
10a,b salientes cuya extensión angular es asimismo de 90º
aproximadamente. Cada polo está dotado de un saliente para
proporcionar un entrehierro 9a aumentado en el borde delantero del
rotor y un entrehierro 9b delgado en el borde trasero del rotor.
Este entrehierro 9a aumentado garantiza la rotación del rotor 10 en
la dirección de la flecha A. Esto significa que la conexión de
flujo entre el rotor sólo se produce sobre casi la mitad de la
extensión angular del rotor, es decir, 45º aproximadamente. Aunque
se muestra como un resalte, se prefiere la utilización de una
disposición similar a la mostrada en las figs. A a D que proporcione
una transición más suave entre la conexión de flujo y la
separación. Sin embargo, para una mayor claridad, se muestra en
este caso un resalte escalonado, no mostrándose en las figs. 3 a 5,
9 y 10 posteriores.
El polo 12 de campo está dotado de dos elementos
12a,b definiendo ambos un núcleo 14 de hierro interior. La
extensión angular del núcleo de hierro interior tiene
aproximadamente 270º. Tal y como se ha mencionado anteriormente,
los polos 10a,b del rotor (es decir, las partes que presentan el
entrehierro 9b mínimo con los polos de estátor) subtienden cada uno
un ángulo de 45º aproximadamente. Por consiguiente, como puede
observarse en las figs. 1c y 1d, el ángulo \alpha de rotación del
rotor sobre el que ambos polos 10a,b del rotor 10 son adyacentes al
núcleo 14 de hierro (es decir, están cortocircuitados por el mismo)
tiene 45º.
En funcionamiento, el rotor 10 gira en la
dirección de la flecha A de la fig. 1a. Esa figura muestra el rotor
10 en la posición de ángulo cero. En esta posición, se produce
excitación de las bobinas 7 de conmutación y un polo norte está
presente en el polo 11 de conmutación. Haciendo referencia también a
la curva de par motor de la fig. 6a, puede observarse que en la
posición cero hay un pequeño par motor positivo. Esto se debe a que
no se ha alcanzado todavía la posición de reluctancia mínima, sino
que se produce en un ángulo de aproximadamente 15º, punto en el que
se interrumpe la potencia para los devanados 7,8. El rotor gira
entonces con un par motor de gran intensidad aplicado por la
magnetización del elemento 12b del núcleo 14 de hierro. Este par
motor se aplica hasta que se alcance la posición de reluctancia
mínima del rotor 10 dentro de los confines del núcleo 14 de hierro
a 100º aproximadamente, tal como se muestra en la fig. 1c.
Sin embargo, a 90º aproximadamente, es decir,
antes de que se alcance la posición de reluctancia mínima, los
devanados 7, 8 vuelven a excitarse y se aplica un par motor positivo
cuando el polo 10b es atraído por el potente campo generado por las
bobinas 7,8 de conmutación y de campo. Por lo tanto, el par motor
continúa aplicándose al rotor hasta más allá de la posición de
180º, que se corresponde con la posición cero de la fig. 1a. El
ciclo se repite posteriormente cada 180 grados mecánicos.
Sin embargo, entre 135º y 180º aproximadamente,
el flujo en desarrollo del campo magnético (véanse las flechas
discontinuas de la fig. 1d) creado por la excitación de las bobinas
7,8 de conmutación y de conexión de campo, interactúa con el bucle
de flujo de circuito cerrado (flechas continuas) creado por la
magnetización del núcleo de hierro interior. Véanse los sentidos
opuestos de las líneas de flujo en el elemento 12c del núcleo 14 de
hierro. Por tanto, mientras que el bucle cerrado sale, reduce el par
motor generado por el flujo magnético conmutado. De ahí el descenso
de intensidad del par motor observado en el ángulo de
aproximadamente 160º en la fig. 6a. Sin embargo, se produce un
doble efecto. Por un lado, el polo 10b "aprieta"
progresivamente el entrehierro que atraviesa el flujo de bucle
cerrado, de manera que se reduce el efecto negativo del bucle
cerrado. Por otro lado, el polo 10b se conecta progresivamente con
el polo 11 de conmutación, de manera que aumenta el flujo conmutado
que sale del polo 10a y opuesto al flujo de bucle cerrado del
elemento 12c.
En cualquier caso, el efecto del polo 12 de
campo ampliado que produce un núcleo 14 de hierro interior es que
no sólo el rotor se detiene (en cualquiera de las posiciones de las
figs. 1c o 1c) en una posición en la que se pondrá en
funcionamiento cuando se aplique potencia inicialmente, sino que
también estimula la combinación de los campos generados por cada
fuente. El efecto de esto parece ser que el impulso de corriente que
hace que el rotor se desvíe de su posición de baja reluctancia (es
decir, la fig. 1d) no necesita ser tan grande como se requería en
las disposiciones de la técnica anterior mostradas en las figs. A a
D o ejemplificadas en el documento
EP-A-455578 en donde los campos
generados son ortogonales. El suministro de potencia al rotor
también se suaviza, reduciendo la necesidad de un suavizado inercial
o de otro tipo.
Debe recalcarse que el motor descrito
anteriormente, aunque muestra muchas de las facetas de la presente
invención, no está dentro del alcance de la invención.
Volviendo a las figs. 2a a 2d, se muestra una
variación del motor de la fig. 1 que funciona según la presente
invención ya que el motor 10' está magnetizado, mientras que los
elementos 12a,b de polo de campo no lo están. Por lo demás, esta
realización es idéntica a la fig. 1, aunque las causas de
accionamiento son diferentes.
Por ejemplo, aproximadamente 10º después de la
posición cero mostrada en la fig. 2a, los devanados 7 de conmutación
(y los devanados 8 de campo) se excitan para crear un polo norte en
el polo 11 de conmutación. Esto repele al rotor 10' en la dirección
de rotación (flecha A). A 45º aproximadamente, un efecto de
reluctancia en el cortocircuito magnético, en formación, a través
del núcleo 14 de hierro genera un par motor de accionamiento
adicional (superior al que se hubiera generado sin tal efecto, tal y
como muestran las líneas discontinuas de la fig. 6b). Sin embargo,
éste disminuye a 90º grados aproximadamente cuando el cortocircuito
se ha completado. Por otro lado, en este punto, el polo 10b sur del
rotor 10' es ahora atraído por el polo norte de conmutación,
atracción que aumenta entre 135º y 190º. Tal aumento también
aumentaría normalmente el par motor que percibe el rotor (línea
discontinua en la fig. 6) excepto que, en esta fase, termina el
efecto de baja reluctancia del cortocircuito magnético (flechas,
fig. 2d). A 190º aproximadamente, la corriente que atraviesa los
devanados 7,8 de campo se invierte para presentar un polo sur en el
polo 11 de conmutación. Por lo tanto, el ciclo se repite al revés
pero llevando a la misma forma de curva de par
motor.
motor.
Como puede observarse a partir de la curva de la
fig. 6b, se produce un cierto suavizado del par motor aplicado al
rotor.
Aunque la presente invención funciona, en
principio, con un rotor de dos polos, se prefieren las disposiciones
mostradas en las figs. 3 y 4 ya que por encima de 180º de rotación
mecánica se producen el doble de picos y valles en la curva de par
motor. Para la misma masa inercial de rotor, esto provocará una
rotación más suave a pesar de que el circuito eléctrico requerido
sea el mismo.
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\global\parskip0.900000\baselineskip
En la fig. 3a, un rotor 10'' de cuatro polos
tiene la forma de un cruz y está magnetizado para presentar polos
10a,b,c y d norte y sur alternantes alrededor de la cruz. Cada polo
está escalonado o curvado (no se muestra) como en las realizaciones
de las figs. 1 y 2 para presentar un entrehierro variable para el
control de la dirección de rotación.
Cuando las bobinas se excitan en la posición de
la fig. 3, cada polo 11'' de conmutación presenta un polo norte
magnético para los polos norte del rotor 10''. Esto repele los dos
polos 10a,c norte del rotor y por tanto el rotor se mueve en el
sentido de las agujas del reloj. El núcleo 14 de hierro interior
empieza ahora a proporcionar una trayectoria de baja reluctancia
entre los pares 10a,b y 10c,d de polo norte y de polo sur del rotor
10''.
El rotor gira hasta una posición de mínima
reluctancia, algunos grados, en sentido de las agujas del reloj,
más allá de la posición mostrada en la fig. 3b. Naturalmente, esto
se producirá con o sin la excitación de los devanados de estátor.
Cuando el rotor está en la posición mostrada en la fig.3b, las
bobinas de estátor se excitan (si no lo estaban ya, es decir, si
estaban inactivas durante un periodo entre las posiciones de las
figs. 3a y 3b) de manera que un polo norte está presente en la
superficie de entrehierro de los polos 11 de conmutación. Ahora los
polos de conmutación atraen a los polos sur del rotor. El
procedimiento de la generación del par motor en esta etapa se
realiza mediante una combinación de un par motor de alineación
electromagnético y un par motor de reluctancia.
Con el rotor en la posición mostrada en la fig.
3c, la corriente en los devanados de estátor se invierte tan
rápidamente como sea posible. Este impulso en el campo magnético
"golpea" a los polos sur del rotor aplicando un campo opuesto
y por tanto empuja de nuevo al rotor en una rotación en el sentido
de las agujas del reloj. Este proceso se repite para cada 90º de
rotación, pero cada vez se invierten los sentidos de la corriente.
Al igual que en las realizaciones descritas anteriormente, puede
observarse que un ciclo eléctrico se produce cada 180º de rotación
mecánica. La inversión del campo en los polos de conmutación puede
describir esta máquina como un motor de impulsos por flujo
alternativo.
Una versión más sencilla del motor (que no
funciona según la invención) se muestra en la fig. 4, en la que el
campo en los polos de conmutación y en el núcleo de hierro es
unidireccional (es decir, no se invierte), y el anillo 14'' de
hierro interior posee una magnetización como la mostrada. Esta
disposición se corresponde con la realización de las figs. 1a a 1d
de la presente invención. En este caso, el hierro interior tiene una
magnetización de cuatro polos para atraer a los cuatro polos del
rotor cuando están en reposo.
Además, para un rotor de cuatro polos, también
puede aplicarse una magnetización de dos polos tal y como se
muestra en la fig. 5. Sin embargo, con esta disposición, el campo
permanente en el hierro 14'' interior se compartirá con el núcleo
13'' de hierro.
Cuando se aplica corriente a las bobinas 8,9 los
polos de conmutación atraerán a los polos del rotor. La dirección
de la corriente es importante ya que mejorará el campo permanente en
hierro interior o tratará de oponerse al mismo, y puede afectar al
mecanismo de generación de par motor en conmutación. Sin embargo, si
se aplican suficientes ampervueltas, los polos de conmutación
atraerán a los polos de rotor más cercanos y se generará
(principalmente) un par motor de reluctancia. Como hay un
entrehierro variable entre los polos 11''' de conmutación y los
polos 10''' de rotor, los polos de conmutación llevarán al rotor
hasta una posición similar a la mostrada en la fig. 3a.
Tras interrumpir la corriente, el rotor seguirá
rotando en el sentido de las agujas del reloj debido a la
magnetización permanente del hierro interno. Como no hay una
magnetización permanente del rotor 10''', la corriente de
conmutación puede ser unidireccional. Esto también se aplica a la
disposición de la fig. 4.
Los circuitos eléctricos de accionamiento
típicos para el motor de impulsos por flujo alternativo (es decir,
las realizaciones de las figs. 2 y 3) se muestran en la fig. 7. La
fig. 7 muestra una disposición que usa dos conmutadores 16 de
transistor, lo que permite generar un campo bidireccional usando un
devanado 15a,b bifilar para las bobinas 8, 9 de conmutación y de
campo, respectivamente. Como alternativa, puede generarse un campo
bidireccional usando una disposición de puente en H mostrada en la
fig. 7b.
Para que el motor de impulsos por flujo
alternativo funcione correctamente es importante la rápida inversión
del flujo. Esto puede conseguirse mediante el circuito de la fig.
7a que emplea una disposición 17 de amortiguador para permitir de
manera controlada que la tensión de desconexión a través del
conmutador 16 aumente hasta una tensión máxima. Por tanto, esta
alta tensión invierte la corriente inductiva en el devanado y
rápidamente hace que disminuya a cero. La activación simultánea del
otro conmutador permite que el campo aumente en el otro sentido. La
energía almacenada absorbida durante la desconexión del primer
conmutador puede usarse para aumentar de manera forzada y rápida (o
"activar de golpe") la corriente en el otro devanado en lugar
de permitir simplemente que la corriente aumente de manera
progresiva con un suministro de tensión normal. Esto se debe a que
la energía almacenada puede disponerse para estar a una tensión
mucho mayor que la tensión del suministro de potencia.
Como alternativa, la energía almacenada en el
amortiguador 17 puede simplemente devolverse al suministro en lugar
de disiparse en una resistencia. En cualquier caso, se dice que el
circuito amortiguador es regenerativo, en el que la energía
recuperada no se pierde y, por lo tanto, es más eficiente que un
amortiguador RCD
(resistencia-condensador-diodo)
convencional.
Un circuito típico para el motor de impulsos por
flujo simple (unidireccional) de las figs. 1, 4 y 5 se muestra en
la fig. 8 usando solo un único devanado, 15, un único conmutador,
16, y un circuito amortiguador que puede ser regenerativo.
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En ambos tipos de motor, la activación del
circuito de accionamiento se sincroniza con la posición del rotor
con respecto al estátor mediante un codificador adecuado. Por otro
lado, se prevé que puedan usarse técnicas sin sensores para
conseguir el mismo objetivo.
Haciendo referencia finalmente a las figs. 9 y
10, el motor de impulsos por flujo unidireccional (que no funciona
según la presente invención) tiene imanes (N) de detención en el
hierro interior del estátor, tal como se muestra en la fig. 9a.
Cuando está a punto de producirse una conmutación, la dirección del
campo magnético en los polos 11 de conmutación afecta al mecanismo
de generación de par motor del rotor. Si los imanes de detención
presentan polos "norte" en el entrehierro del motor y la
dirección de la corriente en las bobinas permite que los polos de
conmutación sean polos "sur" en el entrehierro, entonces la
trayectoria de flujo magnético en el motor se muestra en la fig.
9a. Puede observarse que el campo generado por los imanes y que el
campo generado por los polos de conmutación son coincidentes y que
la fuerza de atracción neta en dos de los polos del rotor es
grande. Se obliga al rotor a que se mueva hasta la posición mostrada
en la fig. 9b. En este punto, los otros dos polos vecinos del rotor
se aproximan a los imanes de detención. En lugar de que el rotor se
detenga en la posición mostrada en la fig. 9b, el campo magnético
encuentra una nueva trayectoria (de menor reluctancia) a través de
los polos vecinos, (véase la fig. 9c). El par motor se mantiene en
la situación de la fig. 9c, mientras que los polos vecinos del
rotor se alinean con el campo combinado que pasa a través de los
imanes.
Sin embargo, si la corriente en las bobinas está
en el sentido inverso, de manera que los polos de conmutación
presentaban polos "norte" magnéticos para el entrehierro (como
los imanes), entonces los campos magnéticos generados por los
imanes y por la excitación del estátor no serán coincidentes. En
cambio, buscarán trayectorias independientes por todo el hierro del
motor, (véase la fig. 10). Esta situación no conmuta de una manera
eficaz y eficiente el motor y puede dar como resultado que se cale
la máquina. Por lo tanto, esta disposición debe evitarse.
El motor de impulsos por flujo de la presente
invención puede funcionar normalmente como un dispositivo de
velocidad variable utilizando uno o más transistores de potencia
para conmutar la corriente en el devanado de conmutación. Otras
disposiciones son posibles usando más de dos transistores,
incluyendo la posibilidad de conmutar la corriente de devanado de
campo, pero esto añade complejidad y costes al dispositivo. La
velocidad de la máquina se controla modificando la magnitud o la
duración (o ambas) de la corriente en el devanado de conmutación (y
posiblemente en el devanado de campo). El efecto es controlar la
magnitud del par motor produciendo impulsos de flujo en los polos
de conmutación. La magnitud de la corriente se modifica
interrumpiendo la corriente (normalmente a una alta frecuencia).
Esto puede generar problemas, por lo que el control del ángulo de
fase de la corriente es una opción alternativa (si no preferida).
El control del ángulo de fase funciona introduciendo un retardo
variable en la conexión de la corriente en el devanado de
conmutación. Este retardo es normalmente cero durante la puesta en
funcionamiento pero aumenta para conseguir la velocidad de
funcionamiento deseada. Esto puede conseguirse utilizando algún
tipo de sistema de control de retroalimentación de bucle
cerrado.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de referencias citadas por el
solicitante es sólo para la comodidad del usuario. No forma parte
del documento de patente europea. Aunque se ha tenido gran cuidado
al recopilar las referencias, no pueden descartarse errores u
omisiones y la OEP niega toda responsabilidad a este respecto.
- \bullet EP 0455578 A [0003]
- \bullet EP 455578 A [0029]
\bullet US 5717316 A [0005]
\bulletDEODHAR, R.P. et al.
The Flux-Reversal Machine: A New Brushless
Doubly-Salient Permanent Magnet Machine. IEEE,
1996 [0007]
Claims (12)
1. Un motor (1) que comprende:
- un estátor (2);
- un rotor (10) montado para girar en el estátor;
- un primer y un segundo polo (11, 12) del estátor;
- un devanado (7) en al menos uno de los polos de estátor;
- al menos un par de polos (10a,b) salientes del rotor;
- un núcleo (13a,b) de hierro exterior que une de manera magnética dichos polos de estátor; y
- un núcleo (14) de hierro interior que se extiende desde al menos uno de dichos polos de estátor alrededor del rotor de manera que el campo magnético en el rotor entre polos adyacentes del rotor se cortocircuita por dicho núcleo de hierro interior para una parte del giro del rotor;
caracterizado porque
- se proporciona un circuito eléctrico para suministrar potencia al devanado para hacer girar el rotor mediante accionamiento;
- el primer polo del estátor es un polo (11) de conmutación que presenta dicho devanado y nunca cortocircuita el rotor;
- dicho segundo polo del estátor es un polo (12) de conexión de campo dotado de dicho núcleo de hierro interior;
- dicho núcleo de hierro interior cortocircuita completamente el campo magnético en el rotor entre dichos polos para una parte del giro del rotor;
- el rotor está magnetizado de manera que dichos polos de rotor están magnetizados de manera opuesta;
- dicho circuito eléctrico está dotado de medios de control para generar un campo magnético alternativo en el polo de comunicación del estátor para atraer cada polo del rotor a medida que se acerca al polo de conmutación y para repeler cada polo del rotor a medida que se aleja del polo de conmutación, dicho campo alternando tantas veces por revolución del rotor como polos haya en el rotor;
- por lo que
- el rotor se acciona mediante una combinación de un par motor electromagnético a través de la interacción entre el rotor y el polo de conmutación, y un par motor de reluctancia a través de la interacción entre el rotor y el polo de conexión de campo.
2. Un motor según la reivindicación 1, en el que
la extensión angular de los polos adyacentes del rotor es
sustancialmente la misma que la extensión angular del núcleo de
hierro interior, extensión angular que tiene sustancialmente
(270/n)º, donde n es el número de pares de polos de rotor.
3. Un motor según las reivindicaciones 1 ó 2,
en el que la extensión angular de uno de dichos polos (10a,b) del
rotor es sustancialmente la misma que la extensión angular del polo
(11) de conmutación y de manera preferente tiene sustancialmente
(90/n)º, donde n es el número de pares de polos de rotor.
4. Un motor según las reivindicaciones 1, 2 ó 3,
en el que dichos polos (11) del rotor tienen un radio diferente a
través de su extensión angular de manera que dichos polos se
cortocircuitan sobre un ángulo \alpha sustancialmente igual a
(45/n)º, donde n es el número de pares de polos de rotor.
5. Un motor según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que hay el mismo número de polos
(11) de conmutación que de polos (12) de conexión de campo
dispuestos de manera alternante alrededor del estátor y el doble de
polos (10a,b) del rotor que de polos de conexión de campo.
6. Un motor según la reivindicación 5, en el que
hay dos polos (14) de conexión de campo, dos polos (11'') de
conmutación y un rotor (10'') con forma de cruz que tiene dos pares
(10a,b; 10c,d) de polos.
7. Un motor según las reivindicaciones 4 y 6, en
el que el ángulo \alpha tiene 22º.
8. Un motor según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que dichos polos del estátor son
salientes.
9. Un motor según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que dicho devanado de polo de
conmutación está alrededor del polo de conmutación del estátor.
10. Un motor según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, que comprende además un devanado de
campo alrededor del polo de conexión de campo.
11. Un motor según las reivindicaciones 9 y 10,
en el que dichos devanados de conmutación y de campo están en
serie.
12. Un motor según la reivindicación 11, en el
que el devanado de campo crea un campo magnético mayor que el
devanado de conmutación.
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| CN107394956A (zh) * | 2016-05-16 | 2017-11-24 | 德昌电机(深圳)有限公司 | 驱动装置及应用该驱动装置的车窗升降器 |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US117144A (en) * | 1871-07-18 | Improvement in compositions for preserving and coloring leather | ||
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| US5294856A (en) * | 1990-04-30 | 1994-03-15 | Emerson Electric Co. | Shifted pole single phase variable reluctance motor |
| US5122697A (en) | 1990-04-30 | 1992-06-16 | Emerson Electric Co. | Hybrid single-phase variable reluctance motor |
| DE4445356A1 (de) | 1994-12-20 | 1996-06-27 | Eberhard Dipl Ing Menge | Reluktanzmotor mit einsträngiger, mittels Lichtschranke und Leistungshalbleiter geschalteter Statorwicklung |
| US5852334A (en) * | 1995-10-19 | 1998-12-22 | Tridelta Industries, Inc. | Staggered pole switched reluctance motor |
| JPH1032967A (ja) * | 1996-07-15 | 1998-02-03 | Tsujikawa Keiko | トルク発生装置 |
| JP3738451B2 (ja) * | 1997-12-10 | 2006-01-25 | セイコーエプソン株式会社 | ステップ・モータ制御装置、その制御方法、それを用いたプリンタ及び情報記録媒体 |
| GB2376572B (en) * | 2001-06-11 | 2005-06-22 | Roger Barry Hobby | Flux impulse motor |
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