ES2236865T3 - Motor de corriente continua que comprende un detector de rotacion. - Google Patents
Motor de corriente continua que comprende un detector de rotacion.Info
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Abstract
UN DETECTOR DE GIRO 10 PARA UN MOTOR DE C.C. DE IMAN PERMANENTE EN MINIATURA 20, COMPRENDE UNA BOBINA DE INDUCCION 11 ARROLLADA ALREDEDOR DE UN ANILLO DE FLUJO 15 DEL MOTOR. EL ANILLO DE FLUJO TIENE UN ESCALON 18 QUE ACOMODA EL ARROLLAMIENTO DE LA BOBINA 11. LA BOBINA 11 GENERA SEÑALES ELECTRICAS RESPONDIENDO A CAMBIOS DEL CAMPO MAGNETICO DEL ESTATOR ORIGINADOS POR EL GIRO DEL ROTOR.
Description
Motor de corriente continua que comprende un
detector de rotación.
Esta invención se refiere a un motor eléctrico de
corriente continua, preferiblemente un motor en miniatura de imán
permanente y corriente continua (PMDC), que tiene un detector de
rotación.
Muchas aplicaciones de los motores PMDC exigen
monitorizar la velocidad del motor o contar el número de
revoluciones realizadas por el árbol del motor. Esto se consigue a
menudo utilizando un sensor Hall y un imán instalado en el árbol o
usando un codificador instalado en el árbol en cooperación con un
sensor óptico. Estos dos métodos implican partes relativamente
costosas, exigen mucho tiempo para su instalación y requieren
diseñar el motor para acomodar estas partes ya que ocupan una
cantidad importante de espacio bien sea dentro del motor, aumentando
el tamaño del motor o fuera del motor donde son vulnerables al
deterioro.
Recientemente se han desarrollado detectores de
rotación que utilizan una bobina de inducción para monitorizar los
cambios en el flujo magnético del motor cuando gira el rotor, véase
por ejemplo EP-A-0 626 748 en la que
hay un circuito inductor/condensador instalado dentro de un cárter
separado que se instala con el extremo no conductor del motor
ajustándolo a presión con la protuberancia de cojinete. En esta
disposición, la bobina detecta el flujo de fuga y para motores
eficiente, se espera que se minimice la pérdida de flujo para
incrementar el rendimiento, reduciendo la fiabilidad/sensibilidad de
este tipo de detector. Véase también
EP-A-0 529 131 que utiliza una
bobina montada dentro del motor y JP 02 021266A que utiliza una
bobina externamente espaciada de la carcasa del motor.
US-A-482968
describe una bobina detectora que está arrollada alrededor de una
sonda y que está dispuesta dentro de uno de los imanes o entre dos
imanes adyacentes de un motor CC de imán permanente. Sin embargo, la
bobina detectora de este motor de la técnica anterior no está
dispuesta alrededor de la sonda por lo que el flujo que fluye entre
los polos magnéticos del estator fluye a través de la bobina
detectora y la bobina detectora sólo funciona en el campo magnético
parásito del motor.
Para proporcionar un detector sensible, el
detector de rotación de acuerdo con la presente invención utiliza
una bobina de inducción arrollada alrededor de un medio conductor de
flujo magnético adaptado para proporcionar un trayecto de flujo de
retorno para el estator del motor. De forma ideal, este medio
conductor de flujo magnético es un anillo de flujo instalado en la
carcasa del motor, o alternativamente puede ser una parte de la
carcasa del motor.
Habitualmente se usa anillos de flujo para
proporcionar un trayecto de retorno de flujo magnético de baja
resistencia entre los polos magnéticos del estator. La utilización
de un anillo de flujo ayuda a concentrar el flujo magnético y
reducir la fuga de flujo a la vez que permite fabricar la carcasa
del motor en material más delgado sin riesgo de saturación del
trayecto magnético. Arrollando la bobina de inducción alrededor del
anillo de flujo, el anillo de flujo actúa como un núcleo para la
bobina, simplificando la formación de la bobina a la vez que
asegura que el flujo magnético pase a través de la bobina, dando una
señal fuerte al circuito de detección de rotación. Al mismo tiempo,
la realización del anillo de flujo permite cambiar el motor sin
afectar al circuito de detección. Evidentemente, el detector de
rotación puede instalarse en cualquier motor por adaptación
apropiada del anillo de flujo y no requiere construir rasgos
especiales en el motor.
El objeto de la invención es proporcionar un
motor de imán permanente y corriente continua que tenga un nuevo
detector de rotación.
Como los circuitos de detección de rotación son
bien conocidos y no forman parte de esta invención, los mismos no
serán descritos aunque habría que recordar que la señal procedente
del detector es alimentada en el circuito de detección que utilizará
esta señal para conseguir su función prevista que puede incluir el
control de la velocidad, control de posición, detección de
sobrecarga y condiciones de avería tales como funcionamiento
obstruido.
Por consiguiente, la presente invención
proporciona un motor de corriente continua que presenta una carcasa,
un estator de imán permanente alojado dentro de la carcasa y un
detector de rotación, comprendiendo el detector medios conductores
de flujo magnético y una bobina detectora arrollada alrededor de los
medios conductores de flujo magnético, caracterizado porque la
bobina detectora está dispuesta alrededor de los medios conductores
de flujo magnético de manera que el flujo que fluye entre los polos
magnéticos del estator fluya a través de la bobina detectora, para
generar una señal eléctrica en la bobina detectora por cambios en el
flujo magnético del
motor.
motor.
Preferiblemente, el medio conductor de flujo
magnético está en contacto con la carcasa del motor.
Alternativamente, el medio conductor de flujo
magnético puede ser al menos una parte de la carcasa del motor.
Preferiblemente, el medio conductor de flujo
magnético está instalado con una placa de circuito impreso y la
bobina acaba en terminales de la placa de circuito impreso y la
placa de circuito impreso tiene terminales macho previstos para
coincidir con terminales hembra del motor.
Preferiblemente, la placa de circuito impreso
tiene circuitería para interpretar las señales procedentes de la
bobina y para controlar el motor en respuesta a esas señales.
Se va a describir ahora realizaciones preferidas
de la invención, a título de ejemplo únicamente, con referencia a
los dibujos que se acompaña, en los que:
la figura 1 muestra un detector de rotación de
acuerdo con una primera realización;
la figura 2 muestra el detector de rotación de la
figura 1 instalado con un motor de lados planos;
la figura 3 es una vista similar a la figura 2
de un detector de rotación instalado con un motor redondo;
la figura 4 muestra un detector de rotación de
acuerdo con otra realización instalado en un motor;
la figura 5 muestra un detector de rotación de
acuerdo con una realización alternativa instalado en un motor;
la figura 6 muestra el detector de rotación de la
figura 5 instalado con una placa de circuito impreso; y
la figura 7 muestra un detector de rotación de
acuerdo con otra realización adicional.
En el detector de rotación 10 de la primera
realización, mostrado en las figuras 1 y 2, el medio conductor de
flujo magnético es un anillo de flujo 15 y la bobina 11 está
arrollada alrededor del anillo de flujo. El anillo de flujo 15 es
del tipo de envoltura completa, significando que el anillo rodea
sustancialmente a la carcasa del motor 22 durante el uso. En la
práctica, el diámetro interior del anillo de flujo en su estado
relajado es menor que el diámetro de la carcasa del motor por lo
que el anillo de flujo 15 se estira para adaptarse a la carcasa del
motor 22 utilizando la resistencia del anillo para sujetar el anillo
en el motor. Se puede prever retenes adicionales. La forma del
anillo se adapta sustancialmente a la forma de la carcasa del motor
para conseguir un buen contacto entre la carcasa y el anillo con el
fin de minimizar la resistencia del trayecto de flujo
magnético.
El motor 20 representado es un motor de lados
planos lo que quiere decir que la carcasa tiene dos porciones
arqueada, o parcialmente circulares conectadas por dos porciones
rectas, siendo paralelas entre sí las porciones rectas. El estator
tiene dos imanes permanentes arqueados 23 instalados en las
porciones circulares de la carcasa 22. El anillo de flujo 15 es de
una forma similar con una hendidura 19 en una posición
correspondiente a un plano que pasa a través de los polos de los
imanes del estator. La bobina 11 está arrollada alrededor de una de
las porciones rectas. Aquí es donde la concentración de flujo
magnético es máxima durante el uso. El anillo de flujo 15 está
deformado para presentar una porción escalonada 18 en la posición
donde está arrollada la bobina 11 para producir un espacio u holgura
entre el anillo de flujo 15 y la carcasa 22 del motor para la bobina
ya que el anillo de flujo es por lo demás contiguo con la carcasa
del motor. La bobina 11 puede acabar en los terminales 12 instalados
con el anillo de flujo 15 como se muestra en la figura 1 o puede
tener conductores sueltos 13, como se muestra en la figura 2, para
conectarse directamente a la circuitería de detección.
La figura 3 muestra un detector de rotación
similar 10 instalado con un motor redondo 20 (un motor con una
carcasa de sección circular). Retenes (no representados) aseguran
que el anillo de flujo 15 (igualmente con una sección sensiblemente
circular) se instale en la carcasa del motor 22 con la hendidura 19
alineada con un plano que pasa a través de los polos magnéticos del
estator y la bobina 11 está posicionada en una porción escalonada
18 entre dos polos adyacentes del estator. Tales motores tienen
generalmente dos imanes permanentes arqueados individuales o un imán
de anillo de goma formado con dos o más polos.
La figura 4 muestra un detector de rotación 10
similar en construcción al detector de rotación de las figuras 1 y
2, instalado con un motor de lados planos 20 con la variación de que
el medio conductor de flujo magnético es un anillo de flujo de media
envoltura 16, por lo que se entiende que el anillo de flujo 16 se
extiende circunferencialmente alrededor de la carcasa del motor 22
únicamente en la mitad del recorrido. En la práctica, el anillo de
flujo 16 se extiende algo más que la mitad del recorrido con el fin
de proporcionar un agarre autosoportador en la carcasa. En todos los
otros aspectos, el detector es el mismo que la realización de la
figura 1.
La figura 5 es una vista similar a las figuras 2
y 4 de un detector de rotación 10 que incorpora medios conductores
de flujo magnético bajo la forma de un anillo de flujo 17 del tipo
de cuarto de envoltura. El anillo de flujo de cuarto de envoltura 17
se extiende entre imanes a lo largo del lado plano de la carcasa del
motor y suple el trayecto de flujo proporcionado por la carcasa 22.
Nuevamente, el anillo de flujo 17 tiene una porción escalonada 18 en
una posición comprendida entre los polos o los imanes para acomodar
el arrollamiento de la bobina.
El anillo de flujo de cuarto de envoltura 17
permite interesantes disposiciones de montaje tales como la
disposición mostrada en la figura 6 en la que el anillo de flujo 17
está instalado con una placa de circuito impreso (PCB) 30. La PCB 30
tiene un conector 33 para conectar la placa 30 a una fuente de
alimentación para el motor y para controlar las señales para el
funcionamiento del motor. La PCB 30 tiene también circuitería
electrónica 32 para interpretar las señales procedentes del detector
de rotación 10 y para controlar el motor 20 en respuesta a las
señales del detector de rotación y las señales de control de
entrada. Las señales de control pueden ser simples señales de
encendido/apagado o pueden ser más complicadas incluyendo la
especificación de la condición a mantener, por ejemplo, velocidad o
posición. En la realización mostrada, el motor tiene terminales
hembra (no visibles) y la PCB 30 tiene terminales macho 31 para
coincidir con los terminales hembra del motor. Los terminales macho
31 proporcionan también asistencia de localización y asistencia
soportadora aunque en la mayoría de las aplicaciones seria necesario
soporte adicional para mantener el motor 20 con el anillo de flujo
17 y/o PCB 30 con el fin de impedir el desplazamiento accidental del
motor con respecto a la PCB debido a vibración, choques, etc.
Aunque se ha mostrado un motor de lados planos,
el anillo de flujo de cuarto de envoltura puede usarse con un motor
redondo teniendo el cuidado de asegurar el correcto alineamiento del
anillo de flujo con los polos del estator.
La realización de la figura 7 suprime el anillo
de flujo separado y utiliza la carcasa del motor 22 como medio
conductor de flujo magnético. La carcasa 22, que es del tipo de
lados planos, se fabrica en dos mitades 25, 26 y es conocida
coloquialmente por carcasa de concha de almeja. Las dos mitades 25,
26 se unen entre sí por conexiones de cola de milano 27. Las
conexiones 27 están formadas a lo largo de los lados rectos de la
carcasa y localizadas entre el par de imanes 23 que forma el
estator. Cada mitad acomoda un solo imán arqueado.
Una de las conexiones tiene un dedo recto 28 en
la primera mitad 25 que es recibido en un escote 29 de la otra mitad
26. Alrededor del dedo 28, la bobina de inducción 11 está arrollada
o colocada para monitorizar cambios en el campo magnético cuando
gira el rotor. Aunque la bobina 11 puede ser una bobina arrollada
que ayudaría a soportar los terminales de bobina 12, es
preferiblemente encapsulada en epoxi o resina para dar una bobina
robusta, estable y aislada de dimensiones mínimas.
Como alternativa, la carcasa del motor podría ser
un bote de embutición profunda, consistiendo el dedo en una porción
cortada y levantada que se acopla con la bobina y es doblada o
deformada nuevamente dentro del vaciado formado por la creación del
dedo con el extremo distal del dedo en contacto o íntimamente
adyacente al borde del vaciado del que se ha cortado para minimizar
la resistencia del trayecto de flujo a través del dedo.
Aunque se han descrito varias realizaciones
preferidas, los expertos en la materia comprenderán que se puede
introducir cambios y modificaciones en las realizaciones descritas
sin apartarse de la invención tal como ha quedado definida por las
reivindicaciones anexas.
Claims (7)
1. Motor de corriente continua que comprende una
carcasa (22), un estator de imán permanente (23) alojado dentro de
la carcasa (22) y un detector de rotación (10), comprendiendo el
detector:
- medios conductores de flujo magnético (15, 16, 17, 28) y una bobina detectora (11) arrollada alrededor de los medios conductores de flujo magnético, caracterizado porque la bobina detectora (11) está dispuesta alrededor de los medios conductores de flujo magnético (15, 16, 17, 28) de manera que el flujo que fluye entre los polos magnéticos del estator fluya a través de la bobina detectora, para generar una señal eléctrica en la bobina detectora (11) por cambios en el flujo magnético del motor.
2. Motor de corriente continua según la
reivindicación 1, en el que el medio conductor de flujo magnético
(28) es por lo menos una parte de la carcasa (25, 26) del motor.
3. Motor de corriente continua según la
reivindicación 1, en el que el medio conductor de flujo magnético
(16, 17) se acopla con la carcasa (22) del motor.
4. Motor de corriente continua según la
reivindicación 3 en combinación con una placa de circuito impreso
(30), estando instalado el medio conductor de flujo magnético (17)
con la placa de circuito impreso (30) y teniendo la placa de
circuito impreso (30) terminales macho (31) acoplados con
terminales hembra del motor (20).
5. Motor de corriente continua según la
reivindicación 4, en el que la placa de circuito impreso (30) tiene
circuitería (32) para interpretar las señales procedentes de la
bobina (11) y para controlar el motor (20) en respuesta a esas
señales.
6. Motor de corriente continua según la
reivindicación 1, en el que el medio conductor de flujo magnético
(15, 16, 17) es un anillo de flujo instalado con la carcasa del
motor.
7. Motor de corriente continua según la
reivindicación 6, en el que el anillo de flujo (15, 16, 17) tiene
una porción escalonada (18) para acomodar los devanados de la
bobina.
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