BR102013005479A2 - Scalable circular servo motor - Google Patents

Abstract

Servo motor circular escolonável. É descrito um servo motor circular escalonável que apresenta um rotor (10) dotado de um eixo rotativo (11) apoiado em um mancal de deslizamento, dito rotor (10) provido de encaixes sucessivos em número par (12) para o posicionamento de um imã permanente (40) em cada encaixe (12) de acordo com o ângulo máximo de rotação exigido pela aplicação, ditos imãs (40) magnetizados no sentido da espessura e posicionados nos encaixes (12) do rotor (10) com direcionamento dos pólos norte (n) e sul (s) alternados em relação ao eixo (11); um estator (20) que inclui um ou mais conjuntos de três bobinas (21) montados na periferia do rotor (10) e uma placa eletrônica (não representada) que gera um sinal elétrico trifásico senoidal (figura 6) para as bobinas (21) do estator (20)Scalable circular servo motor. A scalable circular servo motor is described having a rotor (10) provided with a rotary shaft (11) supported on a sliding bearing, said rotor (10) provided with successive even numbered fittings (12) for positioning a magnet permanent (40) in each socket (12) according to the maximum rotation angle required by the application, said magnets (40) magnetized in the thickness direction and positioned in the rotor fittings (12) with north pole direction ( n) and south (s) alternate with respect to the axis (11); a stator (20) including one or more sets of three coils (21) mounted on the periphery of the rotor (10) and an electronic board (not shown) that generates a three-phase sine signal (Figure 6) for the coils (21) of the stator (20)

Description

SERVO MOTOR CIRCULAR ESCALONÁVEL CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção descreve um servo motor circular escalonável. Mais especificamente compreende um motor circular trifásico do tipo Brushless que pode ser configurado quanto ao torque e ao curso de rotação, e uma placa eletrônica para o controle de posicionamento pelo ângulo das fases.FIELD OF THE INVENTION The present invention discloses a scalable circular servo motor. More specifically it comprises a brushless three-phase circular motor that can be configured for torque and rotational stroke, and an electronic board for phase angle positioning control.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃOBACKGROUND OF THE INVENTION

Nas aplicações onde é requerido um movimento de rotação, com controle de posição, velocidade e torque, tal como em catracas motorizadas, torniquetes, portas deslizantes e cancelas, é utilizado um motor convencional, um transdutor de movimento (encoder; resolver etc.), um inversor de frequência e um sistema de controle externo, gerando um alto custo e grande complexidade na instalação e na regulagem. Este sistema de controle externo gera os sinais necessários para girar o motor, e por meio de uma realimentação de posição, através de um encoder ou resolver acoplado ao motor, é feito o controle de velocidade e de posição.In applications where rotational motion is required, with position, speed and torque control such as motorized turnstiles, tourniquets, sliding doors and gates, a conventional motor, motion transducer (encoder; resolver etc.) is used, a frequency inverter and an external control system, resulting in high cost and great complexity in installation and regulation. This external control system generates the necessary signals to rotate the motor, and by means of a position feedback, through an encoder or resolver coupled to the motor, the speed and position control are made.

Nestes motores, o curso de rotação é sempre de 360 graus, mesmo que a aplicação não exija um giro completo.On these engines, the rotation stroke is always 360 degrees, even if the application does not require a full rotation.

Outro parâmetro importante é o torque máximo do motor. Ele é obtido em função das características construtivas do motor selecionado. Se o produto exige um determinado torque, é necessário que seja escolhido um motor com o torque igual ou superior ao exigido pela aplicação. Os produtos que demandam tais motores devem se adaptar às condições técnicas dos ditos motores.Another important parameter is the maximum motor torque. It is obtained according to the constructive characteristics of the selected motor. If the product requires a certain torque, it is necessary to choose an engine with the torque equal to or greater than that required by the application. Products requiring such engines must adapt to the technical conditions of such engines.

Dessa forma, é objeto da presente invenção um servo motor circular escalonável que permite otimizar a quantidade de conjuntos de bobinas e imãs em função do torque e do curso de rotação necessário para a aplicação, e um controle de posicionamento pelo ângulo das fases através de uma placa eletrônica integrada, proporcionando redução de custos e simplificação do sistema, dito motor que se adapta às condições operacionais do produto em que será instalado.Thus, the object of the present invention is a scalable circular servo motor that enables the number of coil and magnet assemblies to be optimized as a function of the torque and rotational stroke required for the application, and a phase angle positioning control via a integrated electronic board, providing cost reduction and system simplification, said motor that adapts to the operating conditions of the product in which it will be installed.

SUMÁRIO A invenção descreve um servo motor circular escalonável para aplicações onde é necessário um movimento de rotação, com controle de posição, velocidade e torque com um baixo custo. A invenção descreve um servo motor circular escalonável que apresenta uma placa eletrônica integrada, permitindo controle total do motor, sem a necessidade de um sistema externo de controle, convencionalmente utilizado no estado da técnica, o qual apresenta alto custo e grande complexidade na instalação e regulagem.SUMMARY The invention describes a scalable circular servo motor for applications where rotational motion is required, with low cost position, speed and torque control. The invention discloses a scalable circular servo motor featuring an integrated electronics board, allowing full motor control without the need for an external control system, conventionally used in the state of the art, which has high cost and great complexity in installation and regulation. .

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS A figura 1 apresenta a representação do rotor com os encaixes para o posicionamento dos imãs. A figura 2A apresenta a representação de um imã, e sua polarização através da espessura. A figura 2B apresenta a representação dos encaixes na superfície do rotor, evidenciando encaixes ocupados por imãs e encaixes livres. A figura 3 apresenta detalhamento da bobina. A figura 4 apresenta a representação de um conjunto de três bobinas.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 shows the representation of the rotor with the inserts for the positioning of the magnets. Figure 2A shows the representation of a magnet and its polarization through thickness. Figure 2B shows the representation of the fittings on the rotor surface, showing fittings occupied by magnets and free fittings. Figure 3 shows details of the coil. Figure 4 shows the representation of a set of three coils.

As figuras 5A, 5B, 5C, 5D, 5E e 5F apresentam respectivamente, exemplos de um motor com um, dois, três, quatro, cinco e seis conjuntos de bobinas. A figura 6 apresenta a representação do sinal elétrico trifásico senoidal gerado pela placa eletrônica para as bobinas.Figures 5A, 5B, 5C, 5D, 5E and 5F show respectively examples of a motor with one, two, three, four, five and six coil assemblies. Figure 6 shows the representation of the three-phase sine electrical signal generated by the electronic board for the coils.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO O servo motor circular escalonável, objeto da presente invenção, compreende um rotor (10), um estator (20) e uma placa eletrônica (não representada) que gera um sinal elétrico trifásico senoidal -representado na figura 6 - para as bobinas (211) do estator (20).DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The scalable circular servo motor, object of the present invention, comprises a rotor (10), a stator (20) and an electronic board (not shown) that generates a three-phase sinusoidal electrical signal - represented in figure 6 - for stator coils (211).

Conforme apresentado na figura 1, o rotor (10) apresenta um eixo rotativo (11) apoiado em um mancai de deslizamento, dito rotor (10) que apresenta na periferia a disposição de encaixes adjacentes (12) em número par, para o alojamento de um imã permanente (40) em cada encaixe (12).As shown in Figure 1, the rotor (10) has a rotary shaft (11) supported on a sliding bearing, said rotor (10) which at the periphery has the arrangement of adjacent sockets (12) in even number for the housing of one permanent magnet (40) in each socket (12).

Os imãs (40) são alojados nos encaixes (12) de acordo com o ângulo máximo de rotação exigido pela aplicação, podendo estar todos os encaixes (12) ocupados pelos imãs (40), perfazendo uma rotação de 360 graus, ou parte dos encaixes (12) ocupados por imãs (40), em uma rotação menor que 360 graus, conforme representado na figura 2B.The magnets (40) are housed in the fittings (12) according to the maximum rotation angle required by the application, and all the fittings (12) may be occupied by the magnets (40), making a 360 degree rotation or part of the fittings. (12) occupied by magnets (40) at a rotation of less than 360 degrees as shown in Figure 2B.

Os imãs (40) são magnetizados no sentido da espessura, conforme representado na figura 2A, e posicionados nos encaixes (12) do rotor (10) com direcionamento dos pólos norte (N) e sul (S) alternados entre imãs adjacentes, conforme figura 2B.The magnets (40) are magnetized in the thickness direction as shown in Figure 2A and positioned in the rotor (10) fittings (12) with alternating north (N) and south (S) poles between adjacent magnets as shown in Figure 2A. 2B.

Conforme apresentado nas figuras 5A, 5B, 5C, 5D, 5E e 5F, o estator (20) compreende um ou mais conjuntos de três bobinas (21), definido em função do torque necessário para a aplicação, sendo tais figuras exemplificativas e, portanto, não estando limitado a estas configurações, de forma que a quantidade máxima de conjuntos de bobinas (21) e imãs (40) pode ser maior ou menor dependendo da circunferência do rotor (10).As shown in figures 5A, 5B, 5C, 5D, 5E and 5F, the stator (20) comprises one or more sets of three coils (21), defined as a function of the torque required for the application, such figures being exemplary and therefore not being limited to these configurations, so that the maximum number of coil (21) and magnet (40) assemblies may be larger or smaller depending on the circumference of the rotor (10).

Cada conjunto de bobinas (21) é formado por três bobinas (211), as quais são constituídas de um enrolamento de fio esmaltado sobre um núcleo de material ferromagnético, conforme apresentado na figura 3.Each coil assembly 21 is formed by three coils 211 which are comprised of an enameled wire winding over a core of ferromagnetic material as shown in Figure 3.

Os conjuntos de bobinas (21) são montadas entre si, formando uma relação de três núcleos de bobinas (211) para quatro imãs (40), em uma relação entre imãs (40) e bobinas (211) de 4/3. A distância entre as bobinas (211) corresponde a 1,5 imãs (40) sucessivos, conforme apresentado nas figuras 5A, 5B, 5C, 5D, 5E e 5F.The coil assemblies (21) are assembled together, forming a ratio of three coil cores (211) to four magnets (40), in a relationship between magnets (40) and 4/3 coils (211). The distance between the coils 211 corresponds to 1.5 successive magnets 40 as shown in Figures 5A, 5B, 5C, 5D, 5E and 5F.

Uma placa eletrônica integrada (não representada) gera um sinal elétrico trifásico senoidal (representado na figura 6) para as bobinas (211). A freqüência deste sinal determina a velocidade de rotação do motor e a amplitude deste sinal determina o torque. O ângulo de giro do motor acompanha o ângulo deste sinal, sendo possível o controle total de posição do rotor (10) em relação ao estator (20), conforme representado na figura 6, onde em (A) o motor mantém sua posição, em (B) o motor gira no sentido horário e em (C) o motor gira no sentido anti-horário.An integrated electronics board (not shown) generates a three-phase sine electrical signal (shown in figure 6) for the coils (211). The frequency of this signal determines the speed of motor rotation and the amplitude of this signal determines the torque. The motor turning angle follows the angle of this signal, making it possible to fully control the position of the rotor (10) relative to the stator (20), as shown in figure 6, where in (A) the motor maintains its position, in (B) the motor rotates clockwise and (C) the motor rotates counterclockwise.

Adicionalmente, a placa eletrônica pode apresentar um sistema de medição de posição (encoder) para verificação da posição absoluta de giro do motor.In addition, the electronic board may have an encoder for verifying the absolute rotational position of the motor.

Opcionalmente, o estator (20) pode apresentar bobinas redundantes (designado como “hot stand by” e que compreende conjuntos extras de bobinas montados no estator, utilizadas apenas em caso de problema no conjunto principal).Optionally, the stator (20) may have redundant coils (designated as "hot stand by" and comprising extra sets of stator mounted coils, used only in case of a main assembly problem).

Claims (3)

1. SERVO MOTOR CIRCULAR ESCALONAVEL que apresenta um rotor (10) dotado de um eixo rotativo (11) apoiado em um mancai de deslizamento, caracterizado pelo fato de compreender: a) rotor (10) dotado de encaixes sucessivos em número par (12) na periferia para o posicionamento de um imã permanente (40) em cada encaixe (12) de acordo com o ângulo máximo de rotação exigido pela aplicação, ditos imãs (40) magnetizados no sentido da espessura e posicionados nos encaixes (12) do rotor (10) com direcionamento dos pólos norte (N) e sul (S) alternados entre imãs adjacentes; b) um estator (20) que inclui um ou mais conjuntos de três bobinas (21), sendo cada conjunto de bobinas (21) formado por três bobinas (211) montados na periferia do rotor (10), de forma que as bobinas (211) são espaçados entre si 1,5 imãs (40) sucessivos; c) uma placa eletrônica (não representada) que gera um sinal elétrico trifásico senoidal para as bobinas (21) do estator (20), sendo que a freqüência deste sinal determina a velocidade de rotação do motor e a amplitude determina o torque.1. SCALABLE CIRCULAR MOTOR SERVICE which has a rotor (10) provided with a rotary shaft (11) supported on a sliding bearing, characterized in that it comprises: a) rotor (10) provided with successive even numbered fittings (12) at the periphery for positioning a permanent magnet (40) in each socket (12) according to the maximum rotation angle required by the application, said magnets (40) magnetized in the thickness direction and positioned in the rotor fittings (12) ( 10) with direction of the north (N) and south (S) poles alternating between adjacent magnets; b) a stator (20) including one or more sets of three coils (21), each coil set (21) being formed by three coils (211) mounted on the periphery of the rotor (10), so that the coils ( 211) 1.5 successive magnets (40) are spaced from each other; c) an electronic board (not shown) that generates a three-phase sine electrical signal to the stator coils (21), the frequency of which signal determines the motor rotation speed and the amplitude determines the torque. 2. SERVO MOTOR CIRCULAR ESCALONÁVEL, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de opcionalmente o estator (20) apresentar bobinas redundantes.SCALABLE CIRCULAR MOTOR SERVER according to Claim 1, characterized in that the stator (20) optionally has redundant coils. 3. SERVO MOTOR CIRCULAR ESCALONÁVEL, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de opcionalmente a placa eletrônica apresentar um sistema de medição de posição (encoder).SCALABLE CIRCULAR MOTOR SERVER according to Claim 1, characterized in that the electronic board optionally has a position measuring system (encoder).