ES2316527T3 - Motor de cc sin escobillas. - Google Patents
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Abstract
Un motor de corriente continua sin escobillas, que puede conectarse a una bomba de combustible, que comprende una carcasa (10), un estator (13) y un rotor (11) dentro de la carcasa (10), bobinados en el estator (13), sensores para detectar la posición del rotor con respecto al estator y circuitería electrónica para interrumpir la corriente de los bobinados como respuesta a las salidas de los sensores para hacer que el rotor (11) gire con respecto al estator (13), estando los sensores y al menos una parte de la circuitería electrónica encapsulados en un material eléctricamente aislante y resistente a combustible en un recipiente (16) dentro de la carcasa, en el que recipiente (16) tiene un manguito interno (18) a través del cual puede fluir el combustible desde la bomba de combustible, caracterizado porque el árbol (12) pasa a través del recipiente (18).
Description
Motor de corriente continua sin escobillas.
Esta invención se refiere a un motor de
corriente continua sin escobillas y más particularmente, aunque no
exclusivamente, a un motor tal para usar junto con una bomba de
combustible.
Los motores de corriente continua de imán
permanente (PMDC) convencionales se diseñan tradicionalmente con
piezas de conmutación relativamente baratas que comprenden un
conmutador y un sistema de escobilla/hoja. Para muchas aplicaciones
específicas estos motores de tipo escobilla mantendrán su
importancia especialmente en el extremo inferior del intervalo de
aplicaciones.
Por otro lado, la dependencia de sistemas de
control electrónico está aumentando desde aplicaciones variadas en
el coche a diferentes tensiones hasta herramientas eléctricas
profesionales. Mientras, parámetros tales como una larga vida,
eficacia, fiabilidad, baja interferencia electromagnética y ruido
cada vez tienen mayor importancia.
La tecnología de motor de corriente continua sin
escobillas (BLDC) hace posible conseguir estos requisitos. Los
problemas asociados con las escobillas se eliminan. Los avances en
MOSFET y tecnología de montaje superficial conducen a una menor
pérdida de tensión (con una reducción de la disminución de calor), a
un menor espacio requerido y a una tendencia de reducción de
precio.
A partir del documento US5053664A se conoce cómo
proporcionar una bomba de combustible accionada por motor. Sin
embargo, la transmisión y disipación de calor aún son problemáticas
y por lo tanto se requiere una refrigeración mejorada.
El documento DE3126100A1 sugiere el uso de un
manguito interno para el flujo de combustible, aunque el árbol del
rotor no pasa a través del manguito en ambos lados, limitando de
nuevo la mejora en la refrigeración y por lo tanto en la
longevidad.
De acuerdo con la invención se proporciona un
motor de corriente continua sin escobillas, que puede conectarse a
una bomba de combustible que comprende una carcasa, un estator y un
rotor dentro de la carcasa, bobinados en el estator o el rotor,
sensores para detectar la posición del rotor respecto al estator y
circuitería electrónica para interrumpir la corriente en los
bobinados como respuesta a las salidas de los sensores para hacer
que el rotor gire con respecto al estator, los sensores y al menos
una parte de la circuitería electrónica que está encapsulada en un
material eléctricamente aislante en un recipiente dentro de la
carcasa, en el que el recipiente tiene un manguito interno a través
del cual puede fluir el combustible desde la bomba de combustible,
caracterizado porque el árbol pasa a través del recipiente.
Las características preferidas y/u opcionales de
la invención se indican en las reivindicaciones 2 a 9,
inclusive.
La invención se describirá a continuación más
particularmente, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos
adjuntos, en los que:
la Figura 1 es una vista en perspectiva de una
realización de un motor de corriente continua sin escobillas de
acuerdo con la presente invención,
la Figura 2 es una vista en corte del motor
mostrado en la Figura 1,
la Figura 3 es una vista en perspectiva
despiezada del recipiente para contener la circuitería electrónica
del motor mostrado en las Figuras 1 y 2,
la Figura 4 es una vista en perspectiva del
recipiente de la Figura 3 montado en el estator y que contiene la
circuitería electrónica.
La Figura 5 es una vista en perspectiva desde
abajo del recipiente mostrado en la Figura 3,
la Figura 6 es un vista en perspectiva de un
aislante delantero del motor,
la Figura 7 es un vista en perspectiva del rotor
del motor,
la Figura 8 es una vista parcialmente cortada
del rotor mostrado en la Figura 7,
la Figura 9 es una vista en planta que muestra
los laminados del motor y el estator del motor,
la Figura 10 es una vista en planta de un
laminado del rotor modificado,
la Figura 11 es una vista en planta de otro
laminado del rotor modificado,
la Figura 12 es un vista fragmentada en
perspectiva de un estator alternativo y
la Figura 13 es una vista en perspectiva del
estator mostrado en la Figura 11 con trozos de flujo añadidos.
Haciendo referencia ahora a los dibujos, el
motor de corriente continua sin escobillas mostrado en los mismos
comprende una carcasa externa embutida 10, un rotor 11 que incluye
un árbol 12 que tiene una superficie plana 12a en el extremo que se
proyecta desde el extremo de la carcasa 10, un estator bobinado 13
que rodea al rotor 11, una capa final 14 que cierra el extremo
abierto de la carcasa 10, y un recipiente 16 dentro de la carcasa 10
para los sensores y la circuitería electrónica. El estator de
bobinado 13 comprende un bobinado de estator 19 enrollado alrededor
de laminados de estator 30.
El motor tiene una apariencia global similar a
la del motor de corriente continua de imán permanente convencional
que tiene piezas de conmutación que comprenden un conmutador y un
sistema de escobilla/hoja. El motor tiene aplicación particular como
motor para bomba de combustible, aunque también tiene otros
usos.
Haciendo referencia ahora a las Figuras 3 a 5,
el recipiente 16 comprende un cuenco cilíndrico 17 que tiene un
manguito integral 18 recto desde la base del cuenco. El recipiente
está formado típicamente de poliacetal (POM) y contiene sensores,
típicamente en forma de sensores de efecto Hall para detectar la
posición del rotor 11 respecto al estator 13 y la circuitería
electrónica montada en una tarjeta de circuito impreso anular 20 que
se ajusta sobre el manguito recto 18. Idealmente los sensores de
efecto Hall permanecen planos sobre la tarjeta de circuito impreso
20. Esto es ventajoso si se compara con los sensores Hall "que
permanecen rectos" convencionales porque es más fácil ensamblar y
más fiable contra el combustible y las vibraciones después de la
encapsulación completa. También, permite una reducción en la
distancia entre los sensores y la superficie superior plana del
rotor de imán permanente. La circuitería interrumpe la corriente en
los bobinados del estator de una manera conocida en respuesta a las
salidas de los sensores para provocar que el rotor gire con respecto
al estator. Los sensores y la circuitería electrónica se encapsulan
entonces en un material eléctricamente aislante, típicamente una
resina epoxi que llena o llena sustancialmente el recipiente 16. El
manguito 18 se dimensiona de manera que permita que el árbol del
rotor 12 se extienda a través del mismo y permita que el
combustible de la bomba de combustible fluya a su través.
Los sensores y la mayoría de los componentes
electrónicos, incluyendo todas las partes eléctricamente conductoras
de los mismos, están totalmente encapsuladas. Sólo aquellas piezas
tales como por ejemplo terminales eléctricos y/o grandes capacitores
no estarán totalmente encapsulados.
Como se muestra en la Figura 5, el lado inferior
de la base del cuenco 17 tiene cuatro conectores de desplazamiento
aislante 21 para dirigir la conexión a los bobinados del estator 13.
El recipiente 16 y sus contenidos pueden preensamblarse permitiendo
que se "conecte" en el motor.
La conductividad térmica del material
encapsulante puede que no sea tan importante debido al efecto de
refrigeración del combustible que pasa a través del manguito 18.
La Figura 6 muestra en detalle un aislante
delantero 22 que se sitúa en el estator y que tiene el mismo número
de ranuras 23 (cuatro en este ejemplo) para recibir los bobinados
del estator y las conexiones de desplazamiento de aislamiento 21 en
el recipiente 16.
El lugar de montar los sensores y la circuitería
electrónica en una tarjeta de circuito impreso, la superficie
inferior interna del recipiente 16 podría tener un patrón
eléctricamente conductor impreso sobre la misma. Esto puede tomar la
forma de una lámina de prensa caliente aplicada con un sello de
prensa caliente. Después, todos los componentes electrónicos pueden
ensamblarse automáticamente en la superficie interna del cuenco y
encapsularse posteriormente. Otra ventaja de esta técnica es una
reducción adicional en la distancia entre los sensores Hall y la
superficie superior plana del imán del rotor que da como resultado
un aumento de la potencia del campo magnético para detectar la
posición.
El motor tiene también un aislante trasero 24
similar pero no idéntico al aislante delantero 22.
La etapa final 14 está conectada a la carcasa 10
de manera que sujeta al borde de la carcasa 10 sobre la etapa final
por ejemplo en dos posiciones. Esta etapa final 14 soporta o define
un cojinete para el árbol del rotor 12 e incluye también
características integrales necesarias para una bomba de combustible
habitual. Se proporciona una terminación 26 en la tapa final 14 para
la conexión a un suministro externo.
Se proporciona un manguito 15 en el extremo
final del motor. El manguito 15 está formado típicamente de
polifenilensulfuro (PPS). Este material tiene una alta estabilidad
dimensional térmica, bajo alargamiento y una resistencia
extremadamente buena contra todas las clases de combustibles
agresivos. El manguito 15 soporta o define un cojinete para el árbol
de rotor 12 y también para la unión a una bomba de combustible
estándar por ajuste por presión en un orificio en la carcasa de la
bomba de combustible. Convencionalmente, el manguito 15 ha sido
parte de la carcasa de la bomba. Ahora es parte del motor. Esto es
ventajoso puesto que sirve al doble propósito de soportar o definir
un cojinete para el árbol del rotor 12 y como un elemento de
conexión/alineación para la carcasa de la bomba y permite que el
motor se ensaye completamente antes de suministrarlo a un
cliente.
El uso de un motor de corriente continua sin
escobillas opuesto a un motor de conmutador convencional hace
posible una reducción radial y axial de las dimensiones del
motor.
Haciendo referencia ahora a las Figuras 7 a 11,
el rotor comprende un árbol del rotor 12 y un núcleo laminado 27
sobremoldeado con material 33 magnetizado posteriormente al
moldeo.
El núcleo laminado 27 comprende una pluralidad
de laminados del rotor 29. Como se muestra en la Figura 9, estos
laminados se estampan desde la lámina metálica y pueden estamparse
al mismo tiempo que los laminados del estator 30 para ahorrar el
coste de un núcleo diferente. Los laminados del rotor 29 tienen tres
ranuras 31 espaciadas equi-angularmente, que se
extienden radialmente hacia dentro y una abertura central 32 para
montar los laminados en el árbol del rotor 12. Gran parte de estos
laminados 30 se sobre-moldean con un material
magnetizable 33, típicamente se unen termoplásticamente al compuesto
NdFeB y este material (isotrópico) 33 se magnetiza (como se muestra
en la Figura 7) después del moldeo. El sobre-moldeo
puede incluir también un anillo integral 34 que puede cargarse como
un disco de codificación para dar una potencia de campo magnético
mayor en la dirección axial (necesaria para los sensores Hall).
Un rotor formado de esta manera no requiere
ningún tratamiento y es fácil de montar. Tampoco se necesita
equilibrado. El material de moldeo 33 tiene también las ranuras
31.
La Figura 10 muestra un laminado de rotor
alternativo que tiene seis aberturas 35 en su interior. Estas
aberturas 35 están espaciadas equi-angularmente y
tres de las aberturas son mayores que las otras. Esto reduce el peso
del núcleo del rotor 27 aunque, preferiblemente, para evitar
pérdidas de empuje del rotor de la bomba de combustible (es decir
pérdidas debidas a turbulencias del rotor en el fluido) los
laminados finales preferiblemente no tienen dichas aberturas 35.
La Figura 11 muestra otro laminado más del rotor
que no tiene ranuras 31 pero sobre una superficie periférica con
protuberancias no uniformes y seis aberturas 35' de iguales
dimensiones.
Los laminados de estator 30 mostrados en la
Figura 9 se estampan en el mismo al igual que los laminados del
rotor y comprenden un anillo externo 36, cuatro piezas de polo 37
espaciadas equi-angularmente que se extienden
radialmente hacia dentro alrededor de las cuales se enrollan los
bobinados (no mostrados) y cuatro piezas de flujo entre las piezas
de polo 37. Una gran parte de estos laminados es difícil de enrollar
debido a los pequeños huecos entre las zapatas de polo 37 y las
piezas de flujo 38. Además, para motores de pequeño tamaño no se
recomienda un bobinado de bobina externo alrededor de las piezas de
polo con inserción posterior sobre el anillo externo.
En un aspecto de la invención, y como se muestra
en las Figuras 12 y 13, un estator alternativo 13' tiene un anillo
externo 36' como una pluralidad de piezas de polo espaciadas
angularmente 37' que se extienden radialmente hacia dentro desde el
anillo 36' y una pluralidad de piezas de flujo 38' entre las piezas
de polo 37'. Las piezas de flujo 38' están separadas del anillo 36'
y las piezas de polo 37' y pueden deslizarse hacia ranuras 39
definidas por el anillo externo 36' después del bobinado de las
piezas de polo 37'. Esto simplifica el proceso de bobinado y permite
que las piezas de flujo 38 se conformen de forma óptima.
El anillo 36' y las piezas de polo 37' se forman
integralmente y podrían formarse de laminados estampados asegurados
conjuntamente tal como mediante perforación de soldadura/encapsulado
o más preferiblemente se forman en una construcción unitaria
montando un material sinterizado magnético blando.
Las realizaciones descritas anteriormente se
proporcionan únicamente a modo de ejemplo y diversas modificaciones
resultarán evidentes para los especialistas en la técnica sin
alejarse del alcance de la invención como se define en las
reivindicaciones adjuntas. Por ejemplo, el rotor podría rodear el
estator, más particularmente cuando se usa como motores de
ventilador o accionadores de almacenamiento.
Claims (9)
1. Un motor de corriente continua sin
escobillas, que puede conectarse a una bomba de combustible, que
comprende una carcasa (10), un estator (13) y un rotor (11) dentro
de la carcasa (10), bobinados en el estator (13), sensores para
detectar la posición del rotor con respecto al estator y circuitería
electrónica para interrumpir la corriente de los bobinados como
respuesta a las salidas de los sensores para hacer que el rotor (11)
gire con respecto al estator (13), estando los sensores y al menos
una parte de la circuitería electrónica encapsulados en un material
eléctricamente aislante y resistente a combustible en un recipiente
(16) dentro de la carcasa, en el que recipiente (16) tiene un
manguito interno (18) a través del cual puede fluir el combustible
desde la bomba de combustible, caracterizado porque el árbol
(12) pasa a través del recipiente (18).
2. Un motor de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que los sensores son sensores de efecto Hall colocados planos
sobre o adyacentes al extremo del recipiente (16) más cercano al
rotor (11).
3. Un motor de acuerdo con la reivindicación 1 o
la reivindicación 2, en el que todas las partes eléctricamente
conductoras de la circuitería electrónica están encapsuladas en el
material eléctricamente aislante y resistente a combustible.
4. Un motor de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3 en el que los sensores y la circuitería
electrónica se montan en una tarjeta de circuito impreso (20) en el
recipiente (16).
5. Un motor de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, en el que los sensores y los componentes
electrónicos de la circuitería están conectados eléctricamente por
un patrón eléctricamente conductor impreso sobre una superficie
interna del recipiente.
6. Un motor de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, en el que el recipiente (16) tiene
conexiones de desplazamiento aislante externo (21) para conexión
directa a los bobinados.
7. Un motor de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6 en el que el recipiente (16) y sus contenidos
están pre-ensamblados.
8. Un motor de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1a 7, en el que estator (13) rodea al rotor (11) y
un tiene un anillo externo (36) con una pluralidad de piezas de polo
espaciadas angularmente (37) que se extienden hacia dentro desde el
anillo externo y una pluralidad de piezas de flujo (38) entre las
piezas de polo, habiéndose insertado las piezas de flujo después de
aplicar los bobinados a las piezas de polo.
9. Un motor de acuerdo con la reivindicación 8,
en el que el anillo externo (36) define una pluralidad de ranuras
(39) en su superficie interna para recibir de forma deslizable una
pieza de flujo (38') entre cada par adyacente de piezas de polo de
bobinado (37').
Applications Claiming Priority (2)
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