ES2623809T3 - Rotor para un motor eléctrico y procedimiento para fabricar un rotor - Google Patents

Rotor para un motor eléctrico y procedimiento para fabricar un rotor Download PDF

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ES2623809T3 ES14169382.0T ES14169382T ES2623809T3 ES 2623809 T3 ES2623809 T3 ES 2623809T3 ES 14169382 T ES14169382 T ES 14169382T ES 2623809 T3 ES2623809 T3 ES 2623809T3
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Hans Joachim Hegemann
Marcel Jablonski
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Abstract

Rotor (10) para un motor eléctrico (1), que presenta una forma cilíndrica, con un cuerpo de base (12) montado sobre un eje (11), en el que están configuradas al menos varias ranuras (14) dispuestas alrededor, en cada una de las cuales está alojado y fijado un imán permanente (13), en el que el cuerpo de base (12), con los imanes permanentes (13) allí alojados, está integrado en una masa de plástico tal que resulta una jaula de ardilla (15) con anillos (16a, 16b) que van alrededor configurados en los lados frontales, que están unidos entre sí mediante tirantes longitudinales (17) configurados en cada caso entre dos imanes permanentes (13) alojados, caracterizado porque las ranuras (14) presentan en el cuerpo de base (12), en cada caso en su base de ranura (14b), al menos una acanaladura continua (14c), en la que se encuentra un tirante (17b, 17c) continuo de plástico, que une ambos anillos frontales (16a, 16b) y mediante el cual se sujeta el correspondiente imán permanente (13) en la posición predeterminada.

Description

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ROTOR PARA UN MOTOR ELECTRICO Y PROCEDIMIENTO PARA FABRICAR UN ROTOR
DESCRIPCION
La invencion se refiere a un rotor para un motor electrico, que presenta una forma cilmdrica, con un cuerpo de base montado sobre un eje, en el que estan configuradas al menos varias ranuras o hendiduras dispuestas alrededor, en cada una de las cuales esta alojado y fijado un iman permanente.
En los rotores conocidos se adhieren los imanes usualmente a un lado exterior del rotor o en cajetines del mismo, para proporcionar una union duradera entre el rotor y los imanes permanentes. Es importante llevar los imanes a una posicion definida, para minimizar los desequilibrios que se presentan durante el funcionamiento. Los imanes deben ademas estar protegidos frente a danos mecanicos. Para ello se conoce por ejemplo la practica de inyectar plastico alrededor de los imanes.
Por el documento DE 37 19 197 A1 se conoce un rotor para un motor electrico que incluye un cuerpo de soporte con imanes permanentes adheridos al mismo. Para resistir elevadas cargas y altas velocidades de giro, se rebordea sobre los imanes permanentes una banda, que oprime los imanes contra el cuerpo de soporte, protegiendolos asf para que no se suelten debido a las fuerzas centnfugas que se presentan. Para lograr un posicionado seguro, estan llenos los espacios huecos entre la banda y los imanes con plastico.
No obstante, esta realizacion bastante estable es bastante costosa de fabricar, ya que se necesitan varias etapas de montaje distintas para fijar con seguridad los imanes. Ademas debe prestarse atencion siempre a que la mezcla de materiales compuesta por adhesivo, material magnetico y plastico, no tenga ni obtenga caractensticas negativas ante solicitaciones mecanicas y termicas.
Otra configuracion del rotor con tirantes inyectados para fijar imanes permanentes, se conoce por el documento EP 1 841 041.
La invencion tiene asf como objetivo basico proporcionar para un motor electrico un rotor de estructura sencilla, que soporte con seguridad cargas elevadas, en particular altas velocidades de giro y cargas termicas.
De acuerdo con la invencion se logra este objetivo, entre otros, mediante un rotor con las caractensticas de la reivindicacion independiente 1, un motor de acuerdo con la reivindicacion 10 y un procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 11. Ventajosas variantes y perfeccionamientos de la invencion resultan de las reivindicaciones dependientes.
Las ventajas que pueden lograrse con la invencion consisten en que mediante la configuracion de una jaula de ardilla de por sf estable, puede renunciarse a otros medios de fijacion, como adhesivos.
Ademas ya no existe en los lugares de transicion sensibles entre iman y cuerpo de base ninguna mezcla de material que no pueda controlarse, ya que la sujecion segura la aporta la integracion en arrastre de forma de la jaula en o sobre las partes individuales del rotor. El rotor se caracteriza asf porque cuando estan alojados los imanes permanentes entre las ranuras o hendiduras se configura un espacio hueco y porque el cuerpo de base con los imanes permanentes allf alojados esta integrado en una masa de plastico tal que resulta una jaula de ardilla de material de plastico con anillos que van alrededor configurados en los lados frontales, que estan unidos entre sf mediante tirantes longitudinales configurados en los espacios huecos. Ademas de la integracion en arrastre de forma, la configuracion de una jaula con tirantes unidos entre sf tiene la ventaja de que la propia jaula esta configurada para presionar sobre los imanes, bajo la accion continua de una fuerza o la carga de una presion, radialmente contra el cuerpo de base, o dicho con mas precision, contra la base de las ranuras o hendiduras y fijarlos asf con seguridad sobre el cuerpo moldeado. La configuracion de la jaula de plastico para fijar los imanes es especialmente adecuada para imanes de ferrita, ya que estos, debido a la envolvente de plastico que ofrece la jaula, se estabilizan de por sf y se evitan los desprendimientos de los quebradizos imanes de ferrita.
Para evitar con mas seguridad aun que los imanes, debido a las fuerzas centnfugas, se muevan radialmente hacia fuera o se suelten del cuerpo moldeado, esta previsto que los tirantes longitudinales presenten un perfil de forma triangular o trapezoidal con el lado longitudinal en la parte exterior.
En un perfeccionamiento ventajoso, el plastico es un plastico reforzado con fibras, por ejemplo fibras de vidrio, poliester, kevlar o carbono. Con ello se logra una configuracion de por sf estable o conjunto estable de la jaula. Al respecto es ventajoso que las fibras esten orientadas en la direccion longitudinal de los tirantes.
En una ejecucion conveniente, esta fabricada la jaula mediante el procedimiento de fundicion inyectada, lo cual hace posible una fabricacion racional en grandes series.
En otra ejecucion, la jaula esta prefabricada como cuerpo moldeado de plastico y montada o rebordeada sobre el cuerpo de base y los imanes. Con ello se suprime en el montaje el proceso de fundicion inyectada, que para algunas aplicaciones o en cantidades pequenas a fabricar no puede realizarse de forma que compense.
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La jaula puede configurarse asf, en base a su forma de utilizacion, sin medidas costosas tal que las superficies de los imanes esten configuradas expuestas a la vista en el lado exterior, por ejemplo para accionamientos que funcionan en seco o que las superficies magneticas esten cubiertas en el lado exterior por plastico, para proporcionar por ejemplo un encapsulado completo estanco al agua. Ademas se evitan danos en los imanes en el contacto con el rotor.
En una ejecucion conveniente en su conjunto, presentan las ranuras practicadas en el cuerpo de base superficies laterales oblicuas, inclinadas hacia dentro, en las que se apoyan, al menos indirectamente, las superficies laterales de los imanes, que presentan esencialmente la misma inclinacion de las superficies laterales. Si las ranuras estan configuradas con una seccion con forma de cuna o trapezoidal, en la cual puede apoyarse la correspondiente forma de cuna de los imanes, puede evitarse con seguridad que se suelten cuando se presentan fuerzas centnfugas. Mediante el destalonado que aqrn se proporciona, mejora adicionalmente el montaje y se simplifica.
Para proporcionar nervios de union con como mmimo un grosor previamente definido, esta previsto en una ejecucion ventajosa en su conjunto dotar las ranuras en el cuerpo de base, en cada base de ranura, de al menos una acanaladura continua, que se llena en toda su extension de plastico y con ello funciona como tirante para la union con ambos anillos del lado frontal. Ademas se provoca el llenado de los espacios huecos entre la base de la ranura o la base de la hendidura y la superficie del lado interior del iman. En conjunto mejora la estabilidad de la jaula y se logra un conjunto estable compuesto por cuerpo moldeado, jaula e imanes. Ademas puede ajustarse de manera sencilla el diametro exterior predeterminado del rotor posicionando los imanes, realizandose mediante el llenado de los espacios huecos que asf resultan en la base de las ranuras la compensacion de tolerancias.
Para seguir mejorando la sujecion segura de los imanes sobre el cuerpo moldeado, esta previsto un manguito o un tubo, que esta rebordeado o prensado en el lado exterior sobre los imanes embutidos en la jaula.
En un perfeccionamiento ventajoso incluye el manguito dos casquillos o segmentos de tubo que presentan respectivos salientes del borde que van alrededor frontalmente para la fijacion al cuerpo de base o al anillo. El saliente del borde con forma de collar aumenta aun mas la estabilidad y mantiene el propio manguito en la posicion predeterminada. El manguito esta fabricado entonces por ejemplo como pieza de embuticion profunda a partir de una placa de plastico o chapa o de una pieza de fundicion inyectada de plastico.
La invencion se refiere ademas a un motor smcrono sin escobillas, que puede accionarse electricamente, con un rotor, tal como antes se ha descrito.
La invencion se refiere ademas a un procedimiento para fabricar un rotor (10) tal como se acaba de describir, que incluye las siguientes etapas
- Colocacion del cuerpo de base en un equipo que se encuentra en un molde para inyectar fundicion,
- colocacion y/o posicionado de imanes permanentes en las hendiduras o ranuras que se encuentran en el cuerpo de base,
- de forma conveniente, cierre del molde para inyectar fundicion mediante una pieza de cierre o bien colocacion de otra forma del molde para inyectar fundicion en disponibilidad,
- inyeccion de una masa de plastico que puede fluir y que puede endurecerse.
La inyeccion se realiza con ayuda de una presion, que origina la difusion de la masa de plastico por los espacios huecos entre los imanes y las hendiduras o ranuras en el cuerpo hueco, configurandose una jaula de ardilla con anillos configurados alrededor en los lados frontales, que estan unidos entre sf con tirantes longitudinales configurados en los espacios huecos. Con ello puede realizarse de forma sencilla en un unico puesto de fabricacion tanto el vertido en los espacios huecos como tambien la fijacion de los imanes en el rotor. Puede evitarse pegar adicionalmente los imanes en el cuerpo de base. La fijacion de los imanes se realiza asf sin adhesivo.
En un perfeccionamiento ventajoso se rebordea, antes de inyectar la masa de plastico que puede fluir y que puede endurecerse, un manguito sobre los imanes colocados y/o posicionados sobre el cuerpo de base, evitando el manguito en gran parte que la masa de plastico fluya hacia fuera, con lo que puede simplificarse en gran medida el molde para inyectar fundicion o la herramienta para inyectar fundicion que incluye el molde y los dispositivos para posicionar el cuerpo de base y los imanes. El posicionado de los imanes lo proporciona aqrn ya el manguito.
Un ejemplo de realizacion de la invencion se representa solo esquematicamente en los dibujos y se describira a continuacion mas en detalle. Se muestra en
figura 1: un motor electrico en la posicion de funcionamiento en una maquina lavadora
figura 2: el rotor en una representacion de despiece
figura 3: el rotor del motor electrico en una vista en perspectiva
figuras 4a, 4b: la union entre el iman y el cuerpo de base en una vista de detalle
figura 5: una realizacion del rotor con un manguito rebordeado en la parte superior y
figuras 6a - c: diversas realizaciones del rotor en una vista seccionada del lado frontal.
La figura 1 muestra a modo de ejemplo el motor 1 en su utilizacion en una maquina lavadora, el cual esta fijado a la cubeta para la colada 2 y que esta previsto para accionar el tambor. Como motor 1 esta previsto aqrn un motor
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smcrono sin escobillas con rotor de imanes permanentes 10, que se alimenta electricamente mediante un convertidor de frecuencia (no mostrado). Mediante el eje del rotor 11 y la correa de transmision 3 se transmite el movimiento de giro a la polea 4 del eje del tambor 5.
Un motor 1 de esta forma constructiva es adecuado tambien para otros accionamientos, como bombas, ventiladores en aparatos electricos, en particular aparatos domesticos, como maquinas lavadoras, secadoras, lavavajillas, campanas de extraccion de humos o aspiradoras de polvo. Un motor 1 asf es adecuado en especial para el funcionamiento con velocidades de giro muy elevadas, por ejemplo en la gama de 20.000 a 50.000 rpm. Estas velocidades de giro son adecuadas para soplantes de aspiradoras de polvo o accionamientos rotativos en maquinas lavadoras. Tambien es adecuado un motor de la clase constructiva citada para velocidades de giro en la gama de
3.000 a 5.000 rpm, tal como los que se necesitan para accionar una secadora de ropa.
La figura 2 muestra a modo de ejemplo el rotor en detalle, en una vista de despiece. El cuerpo de base 12 esta aqm unido de manera resistente al giro con el eje 11, para transmitir al eje 11 el par de giro originado por los imanes 13. El cuerpo de base 12 incluye entonces convenientemente un paquete de chapas o bien esta constituido por el mismo. El cuerpo de base 12 esta dotado de hendiduras o ranuras 14 abiertas por el lado de la envolvente, en las que se alojan los imanes 13. Los imanes 13 estan entonces constituidos con forma de segmento de cfrculo, para seguir al menos esencialmente la forma cilmdrica del rotor 10 o bien hacer posible una forma cilmdrica con decalajes pequenos en lo posible. Como imanes 13 se utilizan con preferencia los llamados imanes de segmento en la ejecucion como imanes de ferrita. Otros imanes, como imanes de tierras raras, pueden utilizarse igualmente en funcion de las exigencias al motor 1. Puede verse ademas la jaula 15, que tiene una forma similar a la cilmdrica y que en su lados frontales 10a (figura 3) incluye respectivos anillos 16a, 16b que van alrededor, que estan unidos entre sf fijamente mediante tirantes 17, con preferencia realizados de una sola pieza. Tras el montaje se encuentran los tirantes 17 en espacios intermedios 19 (figura 4) entre las superficies laterales 13a de los imanes 13 y las superficies laterales 14a de la ranuras 14.
La figura 3 muestra el rotor 10 tras el montaje, aqm sin eje 11, que se puede insertar a traves de la abertura 11a en el cuerpo de base 12 en ajuste a presion y que puede fijarse. Puede observarse el anillo 16 que va alrededor frontalmente y partiendo del mismo los tirantes 17 en la direccion del segundo anillo 16b en el lado frontal opuesto. En el ejemplo aqm representado rodean o alojan los tirantes 17 los imanes 12 por el lado del borde, con lo que las superficies exteriores 13b de los imanes 13 quedan a la vista. En su totalidad da como resultado el conjunto formado por los discos magneticos 13 curvados con los tirantes 17, una superficie envolvente 10b de un cilindro con superficie frontal 10a con forma circular.
La figura 4a muestra en detalle, para una ejecucion preferente, la union de un iman 13 con una superficie lateral 14a de la ranuras 14, que esta limitada en la direccion perimetral en cada caso por dos resaltes 12a contiguos. La superficie lateral 14a esta inclinada entonces oblicuamente hacia dentro, es decir, hacia la abertura o superficie libre del lado de la cubierta para los imanes 13. En esta superficie 14a se apoya la superficie lateral 13a del iman 13, con lo que se evita que se suelten los imanes 13 cuando las fuerzas centnfugas son muy altas. El espacio intermedio 19 que queda entre el material del cuerpo de base 12 y el iman 13 esta relleno con masa de plastico para configurar los tirantes 17. Los tirantes 17 estan configurados aqm con una seccion al menos aproximadamente trapezoidal o bien trapezoidal curvada, encontrandose el lado largo del trapecio en la superficie envolvente exterior 10b (figura 3). En la base de la ranura 14b esta configurada una acanaladura14c, que igualmente se rellena con plastico, para formar un tirante 17b adicional, que une los anillos 16a, 16b. Ademas se sujetan los imanes o se mueven hacia fuera hasta la posicion predeterminada debido a la presion que se establece en la base de la ranura 14b durante la introduccion de la masa de plastico.
La figura 4b muestra en una vista frontal el cuerpo de base 12 equipado con imanes 13 en una vista esquematica. Al respecto puede observarse que para cada ranura 14 estan previstas dos acanaladuras 14c para configurar los tirantes del lado interior 17c, para mejorar en su conjunto la estabilidad de la jaula 15 y lograr una distribucion uniforme de las fuerzas.
Ademas, en otra ejecucion del rotor 10 pueden rellenarse intersticios o huecos entre la superficie lateral oblicua 14a y la superficie lateral 13a del iman 13 con masa de plastico, para compensar tolerancias respecto a las medidas prescritas para los distintos componentes y mejorar la resistencia del conjunto del rotor 10.
La figura 5 muestra una ejecucion del rotor 10 con un manguito 18 rebordeado encima, que cubre por el lado de la envolvente los imanes 13 y la jaula 15, al menos los tirantes 17. El manguito esta realizado aqm con un diametro algo menor que el del cuerpo de base 12 equipado con los imanes 13 y la jaula 15, para proporcionar bajo un ajuste a presion un asiento fijo bueno y duradero. En un perfeccionamiento preferente incluye el manguito 18 dos cuerpos de casquillo 18a, 18b o bien esta formado por estos. Los cuerpos de casquillo 18a, 18b poseen en cada caso en un lado frontal un saliente como borde 18c que va alrededor, que sirve como tope o fijacion para las piezas 13, 15 montadas sobre el cuerpo moldeado y asegura las mismas frente a un resbalamiento axial. La ejecucion con manguito 18 es especialmente adecuada para motores con elevada velocidad de giro, por ejemplo en la gama de
20.000 a 50.000 rpm como velocidad de giro nominal.
La fijacion de los imanes permanentes 13 al cuerpo de base 12 con ayuda de la jaula 15, tal como se ha descrito antes, es especialmente adecuada para rotores internos, tal como se muestra en las figuras, pero puede utilizarse de la misma manera para rotores externos.
Las figuras 6a a 6c muestran, en representacion frontal en seccion, diversas formas de los imanes 13 y del cuerpo de base 12 con los correspondientes resaltes 12 para el apoyo lateral y el posicionado de los imanes 13 sobre el cuerpo de base 12. La figura 6c muestra una ejecucion en la que los imanes se encuentran bastante oblicuos en sus superficies laterales 13a, para proporcionar espacio para un tirante 17 con una seccion grande y con forma de cuna. 5

Claims (13)

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    REIVINDICACIONES
    1. Rotor (10) para un motor electrico (1), que presenta una forma cilmdrica, con un cuerpo de base (12) montado sobre un eje (11), en el que estan configuradas al menos varias ranuras (14) dispuestas alrededor, en cada una de las cuales esta alojado y fijado un iman permanente (13),
    en el que el cuerpo de base (12), con los imanes permanentes (13) allf alojados, esta integrado en una masa de plastico tal que resulta una jaula de ardilla (15) con anillos (16a, 16b) que van alrededor configurados en los lados frontales, que estan unidos entre sf mediante tirantes longitudinales (17) configurados en cada caso entre dos imanes permanentes (13) alojados,
    caracterizado porque las ranuras (14) presentan en el cuerpo de base (12), en cada caso en su base de ranura (14b), al menos una acanaladura continua (14c), en la que se encuentra un tirante (17b, 17c) continuo de plastico, que une ambos anillos frontales (16a, 16b) y mediante el cual se sujeta el correspondiente iman permanente (13) en la posicion predeterminada.
  2. 2. Rotor (10) de acuerdo con la reivindicacion 1,
    en el que los tirantes longitudinales (17) presentan un perfil de forma triangular o trapezoidal con el lado longitudinal en la parte exterior.
  3. 3. Rotor (10) de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2,
    en el que el plastico es un plastico reforzado con fibras, por ejemplo fibras de poliester, kevlar o carbono.
  4. 4. Rotor (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3,
    en el que la jaula (15) esta fabricada mediante el procedimiento de fundicion inyectada.
  5. 5. Rotor (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4,
    en el que las superficies de los imanes (13b) estan configuradas expuestas a la vista en su lado exterior.
  6. 6. Rotor (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4,
    en el que las superficies magneticas (13b) estan cubiertas en el lado exterior por plastico.
  7. 7. Rotor (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6,
    en el que las ranuras (14) practicadas en el cuerpo de base (12) presentan superficies laterales (14a) oblicuas, inclinadas hacia dentro, en las que se apoyan directa o indirectamente las superficies laterales (13a) de los imanes (13), que presentan esencialmente la misma inclinacion de las superficies laterales (14a).
  8. 8. Rotor (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7,
    que incluye un manguito (18) o un tubo, que en el lado exterior esta rebordeado sobre los imanes (13) embutidos en la jaula (15).
  9. 9. Rotor (10) de acuerdo con la reivindicacion 8,
    en el que el manguito (18) incluye dos casquillos (18a, 18b) o segmentos de tubo, que presentan respectivos salientes del borde (18c) que van alrededor frontalmente para la fijacion al cuerpo de base (12) o anillo (16a, 16b) de la jaula (15).
  10. 10. Motor smcrono (1) sin escobillas, que puede accionarse electricamente con un rotor (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9.
  11. 11. Procedimiento para fabricar un rotor (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, que incluye las siguientes etapas
    - colocacion de un cuerpo de base (12) en un equipo que se encuentra en un molde para inyectar fundicion, en el que en el cuerpo de base (12) estan configuradas al menos varias ranuras (14) dispuestas alrededor y las ranuras (14) presentan en el cuerpo de base (12), en cada caso en su base de ranura (14b), al menos una acanaladura continua (14c),
    - colocacion y/o posicionado de imanes permanentes (13) en las ranuras (14) que se encuentran en el cuerpo de base (12),
    - cierre del molde para inyectar fundicion mediante una pieza de cierre o colocacion del molde para inyectar fundicion en disponibilidad,
    - inyeccion de una masa de plastico que puede fluir y que puede endurecerse, realizandose la inyeccion con ayuda de una presion, que origina una difusion de la masa de plastico por espacios huecos (19) entre los imanes (13) y las ranuras (14) y en las acanaladuras (14c) en o sobre el cuerpo de base (12) y se configura una jaula (15) con anillos (16a, 16b) configurados alrededor en los lados frontales, que estan unidos entre sf con tirantes longitudinales (17, 17b, 17c) configurados en los espacios huecos (19) y las acanaladuras (14c),
    en el que los imanes (13) se sujetan o se mueven hacia fuera hasta una posicion predeterminada debido a la presion que se establece en la base de la ranura (14b) durante la introduccion de la masa de plastico.
  12. 12. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 11,
    en el que antes de inyectar la masa de plastico que puede fluir y que puede endurecerse, se rebordea un manguito (18) sobre los imanes (14) colocados y/o posicionados sobre el cuerpo de base (12).
  13. 13. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 11,
    5 en el que los imanes permanentes (13) se apoyan en la superficie del cuerpo de base (12) o en la superficie
    interior del molde para inyectar fundicion antes de inyectar la masa de plastico que puede endurecerse en el molde para inyectar fundicion.
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