ES2354263T3 - Motor eléctrico síncrono bifásico de imanes permanentes con arranque mecánico para lavadoras y electrodomésticos similares , en particular para bombas de lavado. - Google Patents

Abstract

Motor (1) eléctrico síncrono bifásico de imanes permanentes con arranque mecánico para lavadoras y similares, en particular para bombas (2) de lavado, del tipo que comprende en el centro un rotor (4) axial de imanes permanentes y un estator (5) con un núcleo con paquete (16) de laminación y un par de piezas (20) polares principales con extremos (21) y un par de piezas (20) polares secundarias con extremos (21), que envuelven dicho rotor (4) y con devanados (L1, L2) relativos, caracterizado porque dicho par de piezas polares principales es geométricamente asimétrico con respecto a dicho par secundario de piezas polares, estando dicho par de piezas (20) polares principales opuestas distanciadas del rotor (4) por medio de un entrehierro (A) que es mayor que el entrehierro (B) que separa dicho par de piezas polares secundarias del rotor (4).

Description

Campo de aplicación La presente invención se refiere a un motor eléctrico síncrono bifásico de imanes permanentes con 5 arranque mecánico, particularmente aunque no exclusivamente indicado para lavavajillas y electrodomésticos similares, en particular para bombas de lavado de dichas máquinas. Más en particular, la invención se refiere a un motor del tipo anterior y que comprende en el centro un rotor axial con imanes permanentes, un estator con un núcleo con paquete de laminación y con un doble par de piezas polares, principales y secundarias, envolviendo a dicho rotor. 10 Técnica anterior Se conoce la necesidad de producir bombas de lavado para electrodomésticos tales como lavadoras, lavavajillas, y aparatos similares, que tengan la mayor eficiencia hidráulica posible, entendida como la mejor razón entre la tasa hidráulica disponible en la bomba, tal como presión de fluido o potencia, y la potencia eléctrica absorbida por el motor al que está asociada cada bomba. 15 Un requisito adicional para los lavavajillas es reducir la potencia hidráulica de la bomba en la medida de lo posible y, por consiguiente, la potencia suministrada al motor, con el fin de reducir tanto la cantidad de fluido que debe ponerse en circulación como la potencia necesaria para calentar el agua durante los ciclos de lavado. Con el fin de satisfacer ambos requisitos, la técnica anterior ofrece bombas centrífugas o rotatorias 20 con una alta eficiencia hidráulica para la circulación de fluido, por ejemplo tal como se describe en la patente europea n.o EP 0983630B1 del mismo solicitante. Dichas bombas se ponen en rotación mediante un motor síncrono. Sin embargo, como se sabe, existe un problema intrínseco con los motores síncronos pequeños debido al hecho de que, para poner dichas bombas en rotación, se usan motores de tipo bidireccional en los que, durante el arranque, el rotor 25 puede hacerse girar o bien en sentido horario o bien en sentido antihorario. Dichos motores bidireccionales son ventajosos porque son muy eficientes y tienen una tasa de absorción de potencia relativamente baja. Esta alta eficiencia hidráulica de las bombas centrífugas se obtiene con propulsores de álabes flexibles que están preorientados y que permiten obtener bombas de lavado unidireccionales caracterizadas por un sentido de rotación perfectamente definido. 30 Por consiguiente, con el fin producir bombas rotatorias con una eficiencia hidráulica alta, accionadas por un motor síncrono, hay que equipar el motor con dispositivos de arranque electrónicos (tal como se describe por ejemplo en la patente EP1351375B1) o con dispositivos de arranque mecánicos (tal como se describe por ejemplo en la patente EP 0 983 630B1 anteriormente mencionada) que hagan posible establecer el sentido de rotación del motor síncrono con el fin de obtener la mayor eficiencia hidráulica 35 posible de la bomba. Los dispositivos de arranque electrónico previamente descritos se aplican a motores monofásicos y tienen altos costes tanto con respecto tanto a la producción como a la aplicación en el motor, representando dichos costes todavía un obstáculo insuperable que prevalece frente a la necesidad de optimizar la eficiencia energética, hasta el punto de que se prefiere el uso de motores unidireccionales con dispositivos de tipo 40 mecánico a pesar de que tienen una menor eficiencia y un mayor ruido en funcionamiento. El alto coste de dichos dispositivos impide fundamentalmente el uso de bombas centrífugas del tipo anterior en lavavajillas para uso doméstico y pertenecientes a la categoría de máquinas de bajo coste. Tal como conocen bien los expertos en la técnica, las bombas de lavado usadas en lavavajillas en la actualidad se accionan mediante un motor síncrono monofásico, en el que el rotor está realizado 45 ventajosamente con imanes permanentes y el estator comprende un núcleo con paquete de laminación con al menos dos piezas polares y sendos devanados de estator, dotado de un dispositivo de arranque de tipo mecánico.

Estos últimos, que son los motores síncronos más comunes y económicos, comprenden sólo dos piezas polares de estator y hacen posible producir las denominadas bombas síncronas monofásicas que, sin 50

embargo, se ven afectadas por el nivel de ruido relativamente alto debido a las vibraciones. Además, en un intento por eliminar radicalmente los problemas de vibración debidos al diseño existente del motor síncrono monofásico, la técnica anterior propone el uso de un motor síncrono bifásico dotado de cuatro piezas polares para las bombas de lavado usadas en lavavajillas más caros. Por ejemplo, un estator con cuatro piezas polares para un motor síncrono se describe en la patente estadounidense n.o 5 6.452.303 del mismo solicitante. Normalmente las cuatro piezas polares se realizan con paquetes de laminación cortados en forma de E. Dichas láminas laminadas se obtienen a partir de la misma lámina de acero con el fin de reducir la producción de residuos y se superponen en paquetes formando así partes de grupos de estator que también tienen forma de E. Cada pieza polar de estator se obtiene mediante acoplamiento de un devanado de estator 10 con un correspondiente paquete de laminación. Esta estructura de estator tiene la ventaja de que es fácil de realizar y a un coste relativamente limitado. Sin embargo, las bombas síncronas bifásicas producidas hasta ahora con esta estructura de estator también requieren un dispositivo de accionamiento electrónico para hacer posible, durante la fase transitoria de arranque, arrancar el rotor del motor síncrono gradualmente hasta obtener un sincronismo de 15 funcionamiento. Sin embargo, el coste del dispositivo de accionamiento electrónico es comparable con el coste de la estructura mecánica del motor y, por tanto, el uso de motores síncronos bifásicos resulta inconcebible para lavavajillas de gama de bajo coste pero que, sin embargo, son los que tienen mayor volumen de ventas. Ejemplos de motores eléctricos conocidos se muestran en la técnica anterior, en la que los 20 documentos GB621005 y EP0983630 dan a conocer motores eléctricos, los documentos US2002/149282 y US6452303 dan a conocer estatores para motores eléctricos y el documento US5708406 da a conocer un actuador. El problema técnico que constituye la base de la presente invención es proporcionar un motor eléctrico síncrono bifásico de imanes permanentes, en particular para bombas de lavado para lavadoras, con 25 características estructurales y funcionales tales como permitir un sencillo arranque de tipo totalmente mecánico, garantizando además una estructura sencilla y un número limitado de componentes que hagan posible una producción a un coste considerablemente menor que con las soluciones ofrecidas hoy en día por la técnica anterior. Sumario de la invención 30 La solución que constituye la base de la presente invención es proporcionar, para el motor bifásico, un desplazamiento de fase en la alimentación de potencia en los devanados de estator y una estructura de estator que reduzca el par motor en la fase de arranque, permitiendo un acoplamiento cinemático mejor y más regular entre el rotor y la carga. El problema técnico de la presente invención se soluciona mediante un motor del tipo previamente 35 indicado y definido en la reivindicación 1. Además, con el fin de reducir adicionalmente los costes de producción, el ensamblaje del núcleo de grupos de estator se proporciona por medio de un paquete de laminación con una longitud axial menor que la longitud axial de los correspondientes extremos de las piezas polares. Ventajosamente, dichos extremos de las piezas polares están asociados de manera amovible con el 40 paquete de laminación y, en cualquier caso, son estructuralmente independientes. Ha de indicarse también que los extremos de las piezas polares anteriormente mencionados se producen mediante compresión y sinterización sucesiva partiendo de polvos magnéticos microencapsulados y aislados mediante materiales eléctricamente aislantes. Las características y ventajas del motor según la invención resultarán más evidentes a partir de la 45 siguiente descripción de una realización dada a modo de ejemplo indicativo y no limitativo con referencia a los dibujos adjuntos. Breve descripción de los dibujos

- La figura 1 muestra esquemáticamente, en una sección longitudinal, una bomba de lavado que incorpora un motor síncrono eléctrico según la presente invención; 50

- la figura 2 muestra esquemáticamente y en perspectiva, en despiece ordenado, la bomba de la figura 1 con todos sus componentes ilustrados; - las figuras 3 y 3A muestran vistas esquemáticas superiores desde arriba de un estator del motor eléctrico producido según la invención y un detalle de tal estator, respectivamente; - la figura 4 muestra esquemáticamente y en perspectiva, en despiece ordenado, el estator de la 5 figura 3; - la figura 5 muestra una vista esquemática adicional en perspectiva de un detalle del estator de la figura 3; - la figura 6 muestra esquemáticamente la alimentación de potencia de los devanados de estator del motor eléctrico según la invención; 10 - las figuras 7 y 8 muestran una parte de un diagrama que representa una variación en el par de detención en un motor bifásico con estator con piezas simétricas y asimétricas, respectivamente; - las figuras 8A y 8B muestran, en respectivos diagramas, las variaciones de los valores de resistencia y permeancia unitarias de los devanados del motor en relación con el número de espiras; - la figura 9 muestra una vista esquemática en perspectiva, en despiece ordenado, de una parte de 15 una bomba con una variación del estator; - la figura 10 muestra una vista esquemática en perspectiva de un detalle de la variación del estator mostrada en la figura 9; - la figura 11 muestra una vista esquemática en perspectiva de un detalle de una segunda variación del estator; 20 - las figuras 12 y 13 muestran respectivamente una vista en perspectiva y una vista lateral de una variación según una realización de un extremo de pieza polar de estator. Descripción detallada Con referencia a dichos dibujos, 1 indica en general y esquemáticamente un motor eléctrico síncrono bifásico con modo de arranque mecánico según la presente invención para accionar una bomba 2 25 de lavado síncrona que va a montarse preferiblemente en máquinas para lavar tales como lavadoras y lavavajillas, no mostradas en los dibujos ya que son aparatos convencionales. El motor 1 tiene un rotor 4 central de imanes permanentes y un estator 5 que comprende un núcleo con paquete 16 de laminación con un doble par de piezas 20 polares, principales y segundarias, que envuelven el rotor 4 y respecto al cual están distanciadas por respectivos entrehierros 22. 30 El rotor 4 tiene un eje longitudinal x-x que coincide con un árbol 3 de rotación, soportado por cojinetes 33, 34 opuestos. El rotor 4 está sellado respecto al estator 5 mediante una carcasa 17, esencialmente en forma de tubo y que forma parte integrante de una parte 181 de una brida prevista para acoplarse con una carcasa 6 de la bomba 2. El coeficiente de esbeltez del rotor, es decir la longitud del rotor en comparación con su 35 diámetro, es preferiblemente mayor que 2. El rotor 4 es un denominado rotor de bajo momento de inercia, que hace posible obtener una transición de arranque más corta, de modo que alcance rápidamente la velocidad síncrona. Como saben los expertos en la técnica, el motor 1 está previsto para accionar el mecanismo operacional, es decir un propulsor 9, de la bomba 2. 40 La carcasa 6 de protección de la bomba 2 está formada por una camisa en forma de copa con un orificio 10 que define una abertura para una tubería 22 de inducción. Una tubería 12 de suministro está conectada radialmente a la camisa en forma de copa. Una cámara 13 está definida en la carcasa 6 para el propulsor 9; dicha cámara 13 está sellada mediante una cubierta 8 que puede verse en la figura 2 y encajada sobre la boca de la carcasa 6 en forma 45 de copa. La cubierta 8 está reforzada mediante acanalado 14.

La cubierta 8 está dotada en el centro de un orificio para el paso del extremo del árbol 3 de accionamiento, que está acoplado cinemáticamente al propulsor 9 preferiblemente por medio de un doble acoplamiento 15 descrito por ejemplo en la patente europea n.o 0983630 del mismo solicitante. Más en detalle, el acoplamiento entre el árbol 3 de accionamiento y el propulsor 9 se obtiene interponiendo dos acoplamientos de transmisión de movimiento asociados en serie cinemática. 5 Un primer acoplamiento comprende un diente de accionamiento que forma parte integrante del extremo del árbol 3 dirigido al propulsor 9 y un segundo elemento accionado, excéntrico con respecto al eje x-x y que gira alrededor del rotor dentro de una cámara situada bajo el propulsor. Dicho segundo elemento accionado del primer acoplamiento de transmisión de movimiento representa el primer elemento de accionamiento del segundo acoplamiento de transmisión de movimiento 10 que también comprende un segundo elemento accionado solidario con el propulsor. El ángulo abarcado por cada acoplamiento de transmisión de movimiento es inferior a 360° pero el ángulo total abarcado por el par de acoplamientos de transmisión de movimiento asociados en serie cinemática es superior a 360°. De este modo, la libertad para girar del rotor aumenta en gran medida durante el arranque del motor 15 antes de que tenga lugar el arrastre efectivo de carga, en este caso representada por el propulsor 9 de la bomba 2. Esta característica hace posible arrancar gradualmente el motor bifásico según la invención para alcanzar el funcionamiento síncrono del mejor modo posible. Ventajosamente, el rotor 4 particularmente esbelto de la presente invención no presenta dificultades 20 intrínsecas durante el arranque del motor. El doble acoplamiento 15 durante el arranque hace posible desacoplar la carga, es decir el propulsor 9, de la bomba 2, permitiendo al rotor 4 arrancar en el sentido correcto. Según la presente invención, el dispositivo para el acoplamiento entre el rotor y la carga descrito anteriormente actúa conjuntamente con la alimentación de potencia del motor que, tal como se ilustra bien 25 en la figura 6, hace posible obtener un desplazamiento de fase en el suministro de los devanados L1, L2 del estator 5 mediante el uso de un simple condensador C. L1 y L2 representan los devanados colocados en cuadratura en el motor bifásico, que comprenden cada uno dos bobinas opuestas conectadas en serie y que por tanto se consideran un elemento de inducción individual denominado L1 o L2. 30 Por tanto, mientras que el devanado principal, indicado con L1, se alimenta directamente por la tensión Ea de la red de alimentación de potencia, el otro devanado L2 secundario se conecta a la misma alimentación de potencia pero con el condensador C interpuesto. De este modo, se obtiene un desplazamiento de fase del vector de tensión (corriente 0) lo que hace posible arrancar el motor 1 generando un campo magnético rotatorio en el circuito magnético del estator. 35 Es ampliamente conocido que dos devanados en cuadratura, alimentados por corrientes sinusoidales desfasadas entre sí durante un tiempo igual a 90 grados, generan cada uno un campo magnético fijo cuya suma constituye un campo magnético rotatorio. Cuanto más se aproxima la forma del campo magnético fijo de cada devanado a una sinusoide en el espacio, tanto más contendrá el campo resultante de su suma sólo la componente sinusoidal en el espacio, girando a la velocidad síncrona. Esto 40 significa que un observador integrado en el rotor a la velocidad síncrona puede medir el valor de un campo magnético, que resulta ser constante en el tiempo. Con un devanado con un alto número de bobinas por fase, desfasadas entre sí espacialmente y/o con un paso diferente, es posible aproximar la forma del campo magnético fijo a una sinusoide en el espacio y, por tanto, llevar a cabo lo descrito anteriormente. Los motores así producidos se denominan motores de devanado distribuido y teóricamente pueden expresar un par motor 45 constante en el tiempo.

Sin embargo, el motor según la invención es un motor de devanado concentrado puesto que cada fase está formada por dos bobinas opuestas iguales y, por tanto, no produce un campo magnético con una forma sinusoidal en el espacio sino más bien un campo magnético con una forma aproximadamente trapezoidal. El campo magnético resultante de los devanados de las dos fases contendrá, además de la 50 componente sinusoidal en el espacio y la rotación a la velocidad síncrona, los denominados campos de

longitud de onda armónica y velocidades de rotación inferiores. Éstas últimas son responsables de las oscilaciones en el par motor, que en el motor según la invención, se utilizan ventajosamente para favorecer el arranque. A diferencia de los motores monofásicos en los que hay un campo en contrarrotación a la frecuencia de la red general con una amplitud igual al campo síncrono, en el motor según la invención el campo en contrarrotación es considerablemente inferior al síncrono y las oscilaciones en el par motor no 5 afectan al silencio. Con el fin de optimizar adicionalmente la estructura del motor según la invención y, al mismo tiempo, reducir los costes de producción y montaje, se describirá un expediente que entra dentro del alcance de la presente invención. Este expediente puede adoptarse con el fin de mejorar adicionalmente la fase de arranque y el rendimiento global del motor, a pesar de que no es estrictamente necesario combinarlo con las 10 características ya descritas anteriormente. Tal como ya se ha mencionado, el motor 1 comprende un estator 5, con un núcleo 24 con paquete 16 de laminación relativo y devanados 28 de estator. El estator 5 comprende de manera convencional una pluralidad de laminaciones 16 de metal dispuestas en un paquete para formar el núcleo 24 y los devanados 28 de estator dispuestos 15 transversalmente para formar al menos cuatro piezas polares. Más en particular, las cuatro piezas polares se realizan con paquetes 16 de laminación cortados, sustancialmente en forma de E. Tales laminaciones 16 se obtienen a partir de la misma lámina de metal para reducir la producción de residuos y se superponen en paquetes para formar partes 26 del grupo de estator también en forma de E. 20 Cada pieza polar de estator se obtiene a partir del acoplamiento de un devanado 28 de estator con una correspondiente parte 26 del paquete de laminación. Los devanados 28 de estator están realizados sobre bobinas 25 que se colocan entonces sobre la parte 27 central del paquete de laminación en forma de E y las piezas polares así obtenidas se alinean para formar una estructura anular mostrada en la figura 4 y que normalmente se hace que forme una unidad por 25 medio de resortes que unen elásticamente los extremos alineados de las partes 26 en forma de E. Las bobinas 25 para soportar los devanados 28 de estator están preferiblemente realizadas de material termoplástico con una forma de paralelepípedo hueco con bridas 29, 30 de extremo opuestas. Cada bobina 25 está prevista para colocarse con un juego limitado y cerca de la parte 27 central de la parte 26 en forma de E del paquete 16 de laminación. 30 Ventajosamente, el ensamblaje del núcleo 24 del grupo de estator se obtiene por medio de un paquete 16 de laminación con una longitud axial más corta que la longitud axial de los correspondientes extremos 21 de las piezas polares. Aún más ventajosamente, los extremos 21 de las piezas 20 polares están asociados de manera amovible con el núcleo 24 con paquete 16 de laminación o, en cualquier caso, son estructuralmente 35 independientes de los mismos. En otras palabras, los extremos 21 de las piezas polares están asociados con cada correspondiente extremo interno de la parte 27 central de la parte 26 en forma de E, del núcleo 24 con paquete 16 de laminación. Esto se hace posible por el hecho de que dichos extremos 21 de las piezas polares se realizan 40 mediante compresión, partiendo de polvos magnéticos microencapsulados y aislados mediante material eléctricamente aislante. Los extremos 21 producidos de este modo se denominarán en lo sucesivo en el presente documento con la sigla SMC (Soft Magnetic Composite, material compuesto magnético blando). En esencia, las dimensiones del núcleo 24, en el que van a producirse los devanados 28 de estator, están desacopladas de las dimensiones de las piezas 20 polares, dirigidas al imán permanente del rotor 4. 45 La longitud axial más corta anterior del núcleo 24 con paquete de laminación es entre un 25% y un 80% y preferiblemente aproximadamente un 50% inferior a los extremos de las piezas 20 polares.

Sorprendentemente, esta característica de la presente invención no empeora la eficiencia del motor síncrono, pero sobre todo no empeora el rendimiento en la puesta en marcha, es decir en el arranque, lo que es el aspecto más crítico de este tipo de motor, tal como se describirá más en detalle más adelante. 50

En esencia, a partir de las pruebas experimentales llevadas a cabo por el solicitante, se ha puesto de manifiesto que, con la misma tensión de puesta en marcha, los tiempos y modos de arranque del motor según la presente invención cumplen con las especificaciones de un motor síncrono con un estator estructurado de manera convencional, asimismo con un considerable ahorro en costes en la estructura del estator. 5 Las figuras 3 y 3A ilustran adecuadamente los medios de acoplamiento entre los extremos 21 obtenidos mediante compresión de las piezas polares de estator y los correspondientes extremos internos de las partes 27 centrales del núcleo 24 con paquete de laminación. El acoplamiento se obtiene mediante una simple junta 31, 32 de mortaja y espiga realizada respectiva y longitudinalmente en cada extremo 21 y en cada uno de los extremos coincidentes de las partes 10 27. Evidentemente, los medios de acoplamiento pueden ser de forma diferente o dobles en uno u otro de dichos extremos coincidentes. Debe indicarse que el motor 1 síncrono de la presente invención puede estar dotado de circuitos inversores electrónicos adecuados en la fase de arranque. 15 El dotar a un estator de pares de piezas 20 polares de menores dimensiones, facilita el arranque del motor usando un arranque puramente mecánico del rotor. Un entrehierro asimétrico entre al menos un par de piezas 20 polares de estator opuestas hace posible arrancar un motor con arranque prácticamente mecánico. En otras palabras, según la invención ilustrada también en la realización de la figura 3, al adoptar un 20 expediente con el par de piezas 20 polares principales opuestas del estator distanciadas del rotor 4 por un entrehierro A mayor que el entrehierro B que separa el par de piezas polares secundarias opuestas restantes, es posible obtener una reducción en la tensión de puesta en marcha, haciendo así el arranque mecánico del motor ventajoso. De este modo, la inducción magnética entre estator y rotor está suficientemente desequilibrada para inducir un arranque prácticamente mecánico del rotor. 25 En un motor eléctrico, un par de detención es proporcional a la inversa de la variación de energía del campo magnético. En el caso de un rotor con un imán anisotrópico con una denominada orientación diametral (paralela) y sólo un par de piezas polares opuestas, la energía magnética y el par de detención siguen la tendencia indicada en el gráfico de la figura 7. 30 En el caso de un motor bifásico simétrico, las contribuciones del par de detención del par de piezas polares secundarias, que tienen la misma geometría pero están mecánicamente desfasadas 90 grados en comparación con el par de piezas polares principales, siguen una tendencia muy similar pero también desfasadas 90 grados. La suma de las contribuciones del par motor de todas las piezas polares se anula y, por tanto, el imán no tiene una posición de alineación de reposo preferida. 35 Ventajosamente, el uso de piezas polares asimétricas principales y secundarias para establecer una contribución al par de detención del motor que, tal como se ilustra en la figura 8, sigue una tendencia sinusoidal con un valor neto de cero sólo en situaciones de alineación con las piezas polares principales a 0 y 180 grados y con las piezas polares secundarias a 90 y 270 grados. Además, debe indicarse cómo la posición de reposo a 90 grados, a diferencia de aquéllas a 0 y 180, 40 es una posición inestable para el rotor; de hecho, un desplazamiento infinitesimal del rotor en sentido horario o antihorario da lugar a un par motor que tiende a aumentar dicho desplazamiento llevando el rotor a 0 ó 180 grados, posiciones en las que el rotor se detiene. De este modo, el rotor tiene una posición de alineación de reposo preferida con los polos dirigidos al par de piezas polares principales. 45 En otras palabras, los pares de piezas polares, principales y secundarias, asimétricos entre sí, hacen posible obtener un par de detención, que no es constantemente cero, determinando una posición de alineación de reposo preferida. Esto beneficia en gran medida al motor durante el arranque y, en particular, reduce considerablemente la tensión de puesta en marcha.

La presente invención prevé obtener piezas polares principales con dimensiones diferentes a las de 50

las piezas polares secundarias, obteniendo así una asimetría entre estos pares. Esencialmente, el objeto de la invención es reducir la tensión de puesta en marcha y aprovechar la posición de alineación de reposo preferida de las piezas polares por medio de su asimetría geométrica. Sin embargo, esto produce un efecto colateral no deseado, es decir una posible oscilación del par motor. Este efecto no deseado puede corregirse mediante espiras asimétricas que reducen las oscilaciones del par 5 motor introducidas por la asimetría geométrica. La asimetría anteriormente descrita de los pares de piezas polares tiene un efecto sobre las respectivas corrientes I1 y I2, desde las dos ramas L1 y L2 respectivamente, que tienen diferentes amplitudes y están desfasadas durante un tiempo un ángulo diferente de 90 grados. La inevitable falta de uniformidad del par motor, que se obtiene como resultado, se compensa, en realidad, por un aumento de las 10 vibraciones, en particular a una frecuencia de 100 Hz. El inconveniente puede reducirse llevando a cabo el devanado L2 del par de piezas polares secundarias con un número diferente de espiras (por ejemplo, mayor que el número de espiras) del devanado L1 del par de piezas polares principales y con una elección adecuada del valor de capacitancia del condensador situado en serie en L2. 15 A partir de las mediciones experimentales, fue posible establecer una razón de espiras entre el par de bobinas principales y el par de bobinas secundarias adecuado para reducir considerablemente las vibraciones provocadas por la asimetría geométrica, sin perjudicar a la tensión de arranque. La ondulación del par motor residual es muy modesta en comparación con el ahorro que representa la ausencia total de circuitos electrónicos usados durante el arranque del motor. 20 Debe indicarse también que una longitud axial más corta del núcleo 24 con paquete de laminación da como resultado, por consiguiente, una menor sección transversal de las bobinas 25 que soportan los devanados 28. De ello se desprende que es posible aumentar el número de espiras usando la misma cantidad de cobre, debido al menor perímetro de cada espira. Sin entrar en conceptos teóricos complicados, cabe indicar que, con el motor según la presente 25 invención, puede obtenerse una potencia específica mayor con la misma cantidad de pérdidas. La tensión de alimentación está conectada con la tensión de puesta en marcha según una razón perfectamente definida en las especificaciones de diseño y normalmente superior a 1.1. La tensión aplicada en los bornes de entrada se distribuye en una caída ?Vr respecto a la resistencia de la bobina Ra, una caída ?Vd respecto a la inductancia de dispersión Ld, es decir asociada a todo el flujo magnético que no conecta el rotor 4, y una 30 fuerza electromotriz E0 respecto a la inductancia de reacción inducida Li en relación con el flujo magnético que conecta el imán y produce el par motor. De ahí, la relación de vectores: El número máximo de espiras debe ser adecuadamente bajo para garantizar la tensión de puesta 35 en marcha deseada. Sin embargo, puesto que las pérdidas dependen de la razón Ea/N, de ello se desprende que las pérdidas y el calentamiento a la tensión nominal serán considerablemente superiores a lo que sería adecuadamente factible si la tensión de alimentación no estuviese conectada con la tensión de puesta en marcha y el motor estuviese optimizado para una eficiencia eléctrica máxima. El resultado de la relación anterior es que las componentes ?Vr y ?Vd reducen la tensión 40 efectivamente disponible para crear un par motor, tanto durante la fase transitoria de arranque como en condiciones de sincronismo. El motor según la invención ha conseguido sustancialmente minimizar el efecto de las caídas de tensión reduciendo los respectivos parámetros Ra y Ld. El resultado es la posibilidad de aumentar el número de espiras al tiempo que se mantiene constante el valor de tensión de puesta en marcha. 45

Como se sabe, la corriente de un motor síncrono con rotor de isótopo viene dada por: E0 es la tensión inducida sólo por el flujo del imán sobre el devanado de una fase y puede expresarse por el producto: E0 = N·(2p·f)·f= N·?·f, siendo f el flujo efectivo inducido por el imán en el devanado, dependiendo exclusivamente del material y la geometría del motor. 5 d es el denominado “ángulo de carga” obtenido a partir de: Z es la impedancia del motor Z2 = Ra2+(2p·f·Ls)2, siendo f la frecuencia de alimentación y Ls la inductancia síncrona del estator. Esta última difiere de Ld ya que también comprende la inductancia de reacción Li, debido a la parte del flujo de estator que invierte el imán, produciendo el par motor de 10 accionamiento, de modo que Ls = Ld+Li. Puesto que la conexión del flujo N·f es proporcional a Li, sería apropiado poder maximizar dicho valor. Sin embargo, Li depende de la geometría del entrehierro, en otras palabras de la parte del motor dirigida al imán, que está sujeta a limitaciones diferentes de las de otras partes del motor, lo que influye principalmente en Ld. Por tanto, en lo sucesivo se hará referencia a Ld. 15 Tal como conoce el experto en la técnica, tanto la resistencia Ra como la inductancia Li del devanado pueden expresarse como el producto y 20 donde ra1 y ld1 coincidirán con la resistencia Ra y la inductancia Ld de fuga del devanado si éste tuviera sólo una espira, y se denominará “resistencia unitaria” y “permeancia de fuga unitaria”. Por lo que respecta a la resistencia, esto es válido para la misma longitud de la espira promedio y la sección transversal total del conductor. Dado que ambos parámetros dependen de N2, este concepto se extiende a la impedancia Z = N2·z1 (“impedancia unitaria”). Los parámetros ra1 y ld1 y z1 dependen exclusivamente del material 25 constituyente, de la geometría del motor y del factor de aglomeración del material conductor. Sustituyendo las expresiones de Z = N2·z1 y E0 = N·?·f en las expresiones de I y Pmecc, se obtiene:

y, finalmente, el efecto Joule Más en particular, en un motor síncrono con la misma frecuencia de alimentación, par motor producido y geometría de estator y bobina, la corriente y las pérdidas dependen de la razón Ea/N (tensión de alimentación por espira). 5 Lo anterior puede extenderse mediante inducción a la tensión de puesta en marcha, que es exactamente proporcional al número de espiras, tal como se confirmó también durante los experimentos. Actuando sólo sobre la geometría del motor y las bobinas, la resistencia unitaria y la permeancia de fuga pueden reducirse, pero esto también implica un aumento en la corriente absorbida. A medida que disminuye la resistencia unitaria, también lo hacen las pérdidas en los devanados. 10 Sin embargo, es posible, con el mismo volumen y coste de material conductor, mantenerlas constantes, reduciendo el número de espiras, tal como puede verse en la figura 8A, en la que 1 corresponde a la resistencia unitaria y las espiras del motor tradicional. Como se comentó anteriormente, reducir las espiras es equivalente a aplicar una tensión más alta, con el beneficio de la tensión de puesta en marcha. A medida que se reduce la permeancia de fuga, el número de espiras necesarias para mantener las 15 pérdidas constantes en los devanados debe aumentarse, tal como puede verse en la figura 8B, donde 1 corresponde a la permeancia síncrona y las espiras de un motor tradicional. Sin embargo, esto no es una desventaja ya que aumentar las espiras hace posible aumentar la conexión del flujo N·f entre devanados de estator e imanes, en virtud de la proporcionalidad entre N·f y Li = N2·li1, suponiendo que li1 es constante. Así, en este caso también, la tensión de puesta en marcha se reduce. 20 En el motor según la invención, las espiras son incluso mayores que las indicadas en las figuras 8A y 8B, con la intención de mantener la tensión de puesta en marcha constante al valor también establecido para el motor tradicional. También debido a la razón Ea/N, el mayor número de espiras resultante en los devanados 28 y la reducción simultánea de la sección transversal, llevan a una menor tensión por espira y, por tanto, a menos 25 pérdidas en funcionamiento. El motor según la invención presenta la gran ventaja de que es particularmente silencioso, ya que está estructurado como un motor bifásico con un funcionamiento particularmente regular. Tal motor también presenta la gran ventaja de tener un arranque exclusivamente mecánico, obtenido con la simple combinación de un desplazamiento de fase en la alimentación de potencia y un 30 acoplamiento cinemático con doble acoplamiento entre rotor y carga. Además, el motor según la invención tiene la importante ventaja de una estructura inusualmente simple a un coste de producción muy inferior a las soluciones alternativas existentes pertenecientes a la técnica anterior. Otra ventaja viene dada por el hecho de que las dimensiones y la forma de las piezas polares de 35 estator están desacopladas de las dimensiones del núcleo con paquete de laminación al que están asociadas. Finalmente, cabe destacar el número limitado de conexiones ya que hace el ensamblaje más sencillo y más fiable y mejora la eficiencia global. Una variación del estator, según la presente invención, se ilustra esquemáticamente en las figuras 9 40 y 10. El estator 105 tiene cuatro piezas 120 polares, que comprenden cada una un núcleo 124 y correspondientes devanados 128 de estator dispuestos transversalmente de manera convencional. Los núcleos 124 están hechos mediante laminación laminada y cortada solapada en paquetes.

Los devanados 128 de estator se realizan sobre bobinas 125 dispuestas en una parte 127 central

del respectivo núcleo 124. Las piezas 120 polares así obtenidas se alinean para formar una estructura anular mostrada en la figura 10. Las bobinas 125 para soportar los devanados 128 de estator están preferiblemente realizadas de material termoplástico con una forma de paralelepípedo hueco con bridas 129, 130 de extremo opuestas. Cada bobina 125 está prevista para colocarse con un juego limitado y próximas a la parte 127 5 central de cada paquete de laminación. Ventajosamente, el ensamblaje del núcleo 124 del grupo de estator se obtiene por medio de un paquete de laminación con una longitud axial más corta que la longitud axial de los correspondientes extremos 121 de las piezas 120 polares. Ventajosamente, tal como se muestra en la figura 10, los extremos 121 tienen sustancialmente 10 forma de T con una cabeza 121a asociada a una espiga 121b. La cabeza 121a, dirigida a un rotor central, tiene una longitud que se sitúa sustancialmente de manera axial al rotor central, mientras que la espiga 121b sobresale radialmente. En particular, las espigas 121b de cada extremo 121 se disponen de manera centrada, con un juego limitado, sobre cada respectiva bobina 125 y se asocian de manera centrada con el núcleo 124 con paquete de laminación, de modo que 15 pueden retirarse o, en cualquier caso, son estructuralmente independientes de los mismos. Esto se hace posible por el hecho de que los extremos 121 de las piezas 120 polares se realizan mediante compresión, partiendo de polvos magnéticos microencapsulados y aislados mediante material eléctricamente aislante. Esta realización tiene numerosas ventajas; de hecho, puesto que las piezas polares se realizan en 20 partes separadas y, en particular, permite que el estator pueda montarse mucho más rápido. Una variación adicional del estator se ilustra en la figura 13. En esta realización, sustancialmente similar a la ilustrada en la figura 10, el estator 205 tiene cuatro piezas 220 polares con devanados 228 de estator sobre bobinas 225 dispuestas en una parte 227 central de un respectivo núcleo 224. 25 Ventajosamente, el núcleo 224 del grupo de estator se ensambla por medio de un paquete de laminación con una longitud axial más corta que la longitud axial de los correspondientes extremos de las piezas 220 polares. Más ventajosamente, las bobinas 225, en esta realización, tienen la forma de un cono truncado hueco, que se ensancha hacia fuera, con bridas 229, 230 de extremo opuestas. 30 Cada bobina 225 está prevista para colocarse con un juego limitado y próximas a la parte 227 central de cada paquete de laminación. Ventajosamente, los extremos 221 tienen sustancialmente forma de T con una cabeza 221a conectada una espiga 221b, tal como se ilustra en las figuras 12 y 13. La cabeza 221a, dirigida al rotor, tiene una longitud que se sitúa sustancialmente de manera axial al 35 rotor, mientras que la espiga 221b tiene una proyección sustancialmente radial. La espiga 221b define la parte 227 central de cada núcleo 224 con paquete de laminación. La cabeza 221a tiene una ranura central a lo largo de su longitud axial con una forma sustancialmente en “cola de milano” o “mortaja y espiga”. Ventajosamente, dichos extremos 121 de las piezas polares y, en particular, las respectivas espigas 40 121b están asociados al núcleo 124 con paquete de laminación de modo que pueden retirarse o, en cualquier caso, son estructuralmente independientes de los mismos. Esto se hace posible por el hecho de que los extremos 221 de las piezas 220 polares se realizan mediante comprensión, partiendo de polvos magnéticos microencapsulados y aislados mediante un material eléctricamente aislante. 45

Ventajosamente, esta realización del estator hace posible obtener un campo magnético uniforme y homogéneo.

La principal ventaja de la presente invención es el fácil arranque mecánico del motor; de hecho, tener el rotor en una posición de reposo preferida con el par de piezas polares principales requiere menos tensión de puesta en marcha durante el arranque. Una ventaja adicional de la presente invención está relacionada con la simplicidad de producir el motor síncrono eléctrico con arranque mecánico obtenido por medio de una asimetría inusual de los pares 5 de piezas polares. Otra ventaja considerable está relacionada con la rapidez con la que pueden montarse las piezas polares en el motor síncrono bifásico según la presente invención. Una ventaja adicional del motor según la presente invención es que, gracias a un par de detención, que es constantemente de cero, es posible evitar el uso de dispositivos de arranque electrónicos. 10 La última pero no menos importante ventaja del motor según la presente invención es su ruido reducido durante el funcionamiento.

Claims (14)

1. REIVINDICACIONES

   1. Motor (1) eléctrico síncrono bifásico de imanes permanentes con arranque mecánico para lavadoras y similares, en particular para bombas (2) de lavado, del tipo que comprende en el centro un rotor (4) axial de imanes permanentes y un estator (5) con un núcleo con paquete (16) de laminación y un par de piezas (20) polares principales con extremos (21) y un par de piezas (20) polares secundarias con extremos (21), que envuelven dicho rotor (4) y con devanados (L1, L2) relativos, caracterizado porque dicho par de piezas 5 polares principales es geométricamente asimétrico con respecto a dicho par secundario de piezas polares, estando dicho par de piezas (20) polares principales opuestas distanciadas del rotor (4) por medio de un entrehierro (A) que es mayor que el entrehierro (B) que separa dicho par de piezas polares secundarias del rotor (4).

2. 2. Motor (1) eléctrico según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho par de piezas polares 10 principales tiene diferentes características dimensionales con respecto a dicho par secundario de piezas polares en cuanto a dicha asimetría.

3. 3. Motor (1) eléctrico según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho devanado (L1) de dicho par de piezas polares principales tiene un número diferente de espiras respecto a dicho devanado (L2) de dicho par de piezas polares secundarias. 15

4. 4. Motor (1) eléctrico según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende un acoplamiento entre rotor (4) y carga por medio de al menos un acoplamiento de transmisión de movimiento que comprende un elemento de accionamiento y un elemento accionado asociados en serie cinemática y porque la alimentación de potencia para los devanados de uno de los pares de piezas (20) polares se obtiene mediante la interposición de un condensador (C). 20

5. 5. Motor eléctrico según la reivindicación 4, caracterizado porque dicho al menos un acoplamiento comprende una primera junta formada por un elemento de accionamiento y un elemento accionado y una segunda junta que comprende, a su vez, un elemento de accionamiento y un elemento accionado y en el que el elemento accionado de la primera junta es el elemento de accionamiento de la segunda junta.

6. 6. Motor eléctrico según la reivindicación 5, caracterizado porque cada junta comprende un primer 25 elemento de accionamiento excéntrico con respecto al eje (x-x) del rotor y un segundo elemento accionado, excéntrico a su vez con respecto a dicho eje (x-x).

7. 7. Motor eléctrico según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho par de piezas (20) polares principales tienen una longitud axial de los extremos mayor que la longitud axial de los extremos de dicho par de piezas polares secundarias. 30

8. 8. Motor eléctrico según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dichos extremos (21) de dicho par de piezas (20) polares principales son estructuralmente independientes y están acoplados de manera amovible con el núcleo con paquete de laminación.

9. 9. Motor eléctrico según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los extremos (21) de dichas piezas (20) polares del estator (5) se obtienen mediante compresión de polvos 35 magnéticos.

10. 10. Motor eléctrico según la reivindicación 9, caracterizado porque dichos polvos magnéticos están microencapsulados y aislados por material eléctricamente aislante.

11. 11. Motor eléctrico según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el núcleo (24) con paquete de laminación se obtiene uniendo de manera anular un grupo en forma de E de partes (16) 40 de lámina laminadas solapadas, con la parte (27) central de la E que se extiende hacia el rotor (4) y porque las bobinas (25) que soportan los devanados de estator se disponen sobre dichas partes (27) centrales más próximas al paquete (16) de laminación.

12. 12. Motor eléctrico según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la conexión entre los extremos (21) de dichas piezas polares del estator (5) y cada parte (27) correspondiente 45 del núcleo (24) con paquete (16) de laminación se obtiene por medio de una junta (32) de mortaja y espiga.

13. 13. Motor eléctrico según la reivindicación 7, caracterizado porque dicha longitud axial más corta se encuentra en el intervalo de desde un 25% hasta un 50% en comparación con la longitud axial de los extremos correspondientes de las piezas polares.

14. 14. Motor eléctrico según la reivindicación 7, caracterizado porque dicha longitud axial más corta es preferiblemente igual a un 50% en comparación con la longitud axial de los extremos correspondientes de las piezas polares.

    15 Motor eléctrico según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el coeficiente de esbeltez, es decir la longitud axial del rotor en comparación con su diámetro, es mayor que 2. 5