BR9804842B1

BR9804842B1 - máquina elétrica de comutação de fluxo.

Info

Publication number: BR9804842B1
Application number: BRPI9804842-2A
Authority: BR
Inventors: Dokou Antoine Akemakou
Priority date: 1997-04-14
Filing date: 1998-04-08
Publication date: 2011-06-28
Also published as: JP4188425B2; EP0872946B1; FR2762158A1; JP2000512840A; CN1223028A; EP0872946A1; BR9804842A; CN1091323C; US6242834B1; WO1998047216A1; ES2314986T3; FR2762158B1; KR20000016610A; DE69840060D1

Description

"MÁQUINA ELÉTRICA DE COMUTAÇÃO DE FLUXO".

A presente invenção se refere de um modo geral às máquinasgiratórias tais como os alternadores para veículos automotores.

O gerador polifásico que um alternador clássico de veículoautomotor possui geralmente um estator no interior do qual gira um rotorequipado com uma bobina de excitação. Essa bobina é alimentada porescovas em contato com dois anéis coletores previstos em uma parte salienteda árvore do rotor.

A utilização de escovas para a alimentação da bobina deexcitação apresenta inúmeros inconvenientes, dentre os quais pode-se citar anecessidade de um comprimento axial grande do alternador, de um conjuntode escovas e coletores que aumentam o preço de custo, assim como osdefeitos de funcionamento gerados, notadamente devido ao desgaste, por umcontato falho entre as escovas e os anéis coletores.

Existem no estado da técnica algumas proposições que visamrealizar máquinas giratórias desprovidas de escova, que podem funcionarcomo alternadores de veículos automotores.

Assim, conhece-se um alternador no qual as garras das duasrodas polares do rotor, que normalmente se interpenetram, são truncadas demaneira a permitir a passagem, em um plano transversal, de um suporte parauma bobina de excitação fixa disposta no interior das rodas polares. Essaabordagem é feita entretanto em detrimento do rendimento da máquina, poisas superfícies de entreferro são nesse caso sensivelmente diminuídas. Poroutro lado, uma máquina desse tipo, para uma curva de fluxo/velocidadedada, é sensivelmente mais pesada que uma máquina clássica, o que éespecialmente desvantajoso no caso dos alternadores embarcados.

Também é conhecido um alternador no qual duas rodaspolares de garras imbricadas são montadas em balanço, a partir de umaextremidade axial da máquina, entre uma bobina de excitação fixa, interna, ebobinas de estator externas.

Essa solução conhecida apresenta também inconvenientes,notadamente pelo fato de que a dimensão axial da máquina é necessariamenteaumentada, assim como seu peso. Por outro lado, o aumento dos entreferrosao nível do rotor diminui o rendimento da máquina.

Por outro lado, nos dois casos evocados acima, a concepçãoda máquina necessita imperativamente que se leve em consideração osfenômenos eletromagnéticos não somente no plano perpendicular ao eixo derotação, quer dizer em duas dimensões, mas também na direção desse eixo,quer dizer na terceira dimensão do espaço.

Essa necessidade de uma concepção tridimensional damáquina torna a modelagem e a otimização dos diferentes parâmetrosextremamente delicadas e fastidiosas.

Finalmente é conhecida em especial pelo documento depatente europeu EP-0707374 uma máquina de comutação de fluxo,desprovida de escovas, que apresenta a vantagem de poder ser maisfacilmente modelada e otimizada de modo puramente bidimensional.

Essa máquina conhecida apresenta entretanto o inconvenientede ser limitada a um funcionamento monofásico, enquanto que as máquinastrifásicas podem ser desejáveis em numerosas aplicações, notadamente emtermos de rendimento eletromagnético e em termos de simplicidade e deeconomia dos meios de retificação e de suavização associados.

Foi surpreendentemente verificado ser possível explorar atécnica da comutação de fluxo para realizar, com uma grande flexibilidade econservando-se uma concepção e uma otimização bidimensional, máquinaspolifásicas variadas.

Assim a presente invenção propõe uma máquina elétrica decomutação de fluxo, que possui um estator e um rotor, o estator possuindoem sua face interna uma série de entalhes que abrigam uma série de bobinasde induzidos, e que possui por outro lado uma série de alojamentos parameios de excitação, e o rotor possuindo uma pluralidade de dentes decomutação de fluxo capazes de estabelecer seletivamente, por pares, circuitosmagnéticos fechados que passam através das bobinas de induzidos,caracterizada pelo fato de que o estator possui uma pluralidade de bobinas deinduzido independentes que definem igual número de fases e que estãosituadas em uma série de células individuais distribuídas angularmente emsua circunferência, e pelo fato de que os dentes do rotor são regularmenteespaçados angularmente de tal modo para que as posições angulares dediferentes pares de dentes apresentem em relação às diferentes célulasindividuais defasagens predeterminadas.

Aspectos preferidos, mas não limitativos, da máquina deacordo com a invenção são os seguintes:

- cada célula individual possui uma estrutura estatórica quedefine um par de entalhes espaçados por dois filamentos de uma bobina de

induzido, os ditos entalhes sendo delimitados lateralmente por dois dentesestatóricos, e um meio de excitação capaz de estabelecer em um ou outro dosdentes estatóricos situados no interior da dita bobina de induzido um campomagnético que varia de acordo com a posição angular mútua dos dentesrotóricos e dos dentes estatóricos.

- as células individuais são separadas umas das outras porvazios.

- as células individuais são separadas umas das outras porímãs permanentes de separação cuja orientação de campo se opõe àorientação de campo dos meios de excitação.

- o meio de excitação de cada célula possui um ímãpermanente disposto entre dois elementos estatóricos de perfil em formageral de "U" que define os ditos entalhes e os ditos dentes estatóricos.

- o meio de excitação de cada célula possui uma bobina deexcitação disposta em dois entalhes de um elemento estatórico único, dosquais um é situado sensivelmente a meio caminho entre dois entalhes parabobina de induzido formados também no dito elemento estatórico.

- a bobina de excitação é disposta em dois entalhes previstos na superfície interna e na superfície externa do elemento estatórico, paragerar ao nível da dita bobina um campo magnético essencialmente tangente.

- a bobina de excitação é disposta em dois entalhes previstosambos na superfície interna do elemento estatórico, para gerar ao nível dadita bobina um campo magnético essencialmente radial.

- as diferentes bobinas de excitação são ligadas em paraleloem uma mesma fonte de corrente.

- a máquina compreende pares de células realizadas em ummesmo elemento de estrutura que abrigam duas bobinas de induzido quecorrespondem a duas fases diferentes, um ímã para a excitação de uma das bobinas de induzido e uma bobina de excitação para a excitação da outrabobina de induzido.

- os filamentos das bobinas de induzidos são angularmenteeqüidistantes em toda a circunferência interior do estator; o intervalo angularentre as diferentes células sendo sensivelmente igual à faixa angular cobertapor um entalhe de recepção de um filamento de bobina de induzido.

- os filamentos das bobinas de induzidos que estão dentro deuma mesma célula ou de um mesmo grupo de células são separados por umintervalo angular constante, e pelo fato de que o intervalo angular entrefilamentos de bobina de induzido sucessivos que estão em duas células ou grupos de células distintos é diferente do dito intervalo angular constante.

- o dito intervalo angular constante é idêntico ao intervaloangular entre dois dentes rotóricos adjacentes.

- a geometria das estruturas rotórica e estatórica da máquinaresponde à seguinte condição:<formula>formula see original document page 6</formula>

na qual

- Nm é o número de máquinas elementares na circunferênciado estator,

- q é o número de fases de cada máquina elementar,

- Nc é o número de ímãs de excitação por fase de cadamáquina elementar,

- m é um número inteiro positivo ou negativo representativodo valor da defasagem entre duas máquinas elementares e está compreendidoentre —(q-1) e +(q-1),

- ΔΘΚ é o intervalo angular constante entre dois dentesrotóricos adjacentes, ou passo rotórico,

- ΔΘδ é o intervalo angular constante entre dois filamentosadjacentes de bobina de induzido, ou passo estatórico, e

- k é um número inteiro.

- o passo rotórico e o passo estatórico satisfazem à seguinterelação:

(7/8).ΑΘ5 <A0r < (5/4). AOs

- o passo estatórico é igual ao passo rotórico, e pelo fato deque a geometria das estruturas rotórica e estatórica da máquina responde àseguinte condição:

NM.q.(Nc+l)+NM.m = k.

- a máquina compreende uma máquina elementar única de trêscélulas individuais regularmente distribuídas e que abrigam respectivamenteas bobinas de induzido de três fases, e o rotor possui um número de dentesrotóricos escolhido entre os valores 4, 5, 7 e 8, e preferencialmente igual a 5.

- a máquina compreende duas máquinas elementares de trêscélulas individuais cada uma, regularmente distribuídas, e que abrigamrespectivamente as bobinas de induzido de três fases, e o rotor possui umnúmero de dentes rotóricos escolhido entre os valores 8, 10, 14 e 16, epreferencialmente igual a 10.

- a máquina compreende uma carcaça estatórica única quepossui pelo menos duas séries de entalhes internos capazes de abrigarrespectivamente as bobinas de induzido e os ímãs ou bobinas de excitação.

Como foi indicado mais acima, uma máquina giratória deacordo com a invenção é utilizada vantajosamente como alternador semescovas para veículo automotor.

Outros aspectos, objetivos e vantagens da presente invençãoaparecerão melhor com a leitura da descrição detalhada seguinte de formas derealização preferidas da mesma, dada a título de exemplo e feita emreferência aos desenhos anexos, nos quais:

a figura 1 é uma representação esquemática, feita de modolinear, da estrutura rotórica e estatórica de uma máquina giratória de acordocom a presente invenção, e

as figuras 2 a 9 ilustram esquematicamente em cortetransversal oito formas de realização da estrutura rotórica e estatórica de umamáquina giratória de acordo com a presente invenção,

a figura 10 ilustra esquematicamente em corte transversal umageneralização possível da estrutura rotórica e estatórica de uma máquina deacordo com a invenção, e

a figura 11 é uma vista em corte transversal de um exemplo derealização concreta de uma estrutura de rotor e de estator de acordo com ainvenção, sem as bobinas e ímãs associados.

Será observado primeiramente que a descrição que vai seseguir é feita em referência a um modo de funcionamento em gerador. Oprofissional compreenderá bem evidentemente com sua leitura como asmáquinas funcionam em motor.

Também será notado que, de uma figura para a outra,elementos ou partes idênticas ou similares são designados na medida dopossível pelos mesmos sinais de referência.

Com referência primeiramente à figura 1, foi representada, demodo linear por uma preocupação didática, uma parte de um estator e de umrotor que podem equipar uma máquina elétrica de comutação de fluxo deacordo com a invenção.

O rotor 100 possui ao longo de uma borda uma pluralidade dedentes rotóricos 101 que são de preferência regularmente espaçados de umpasso anotado ΔΘΚ

O estator 200 possui no que lhe diz respeito uma pluralidadede células 210, cada célula possuindo dois elementos estatóricos 211 depreferência idênticos, de perfil em forma de U que definem em sua facevoltada para o rotor um entalhe que recebe uma bobina de induzido 213.Cada elemento 211 define assim dois dentes 212 situados de um lado e deoutro do entalhe. Entre os dois elementos 211 é colocado um ímã permanentede excitação 214 cuja orientação N/S, como ilustrado, é dirigida de umelemento estatórico 211 para seu vizinho. Cada célula 210 é separada dacélula vizinha por um espaço vazio 300 cuja largura é de preferência igual àlargura dos ímãs 214. Nesse caso, o passo dos diferentes elementosestatóricos 211, anotado ΔΘδ, é constante.

Como o descreve em especial o documento EP-A-O 707 364,uma condição necessária para que uma máquina equipada com um rotor ecom um estator tais como descrito acima é que o passo ΔΘΚ seja vizinho dopasso ΔΘδ.

Nesse caso, os pares de dentes rotóricos 101 têm como objeto,quando eles se encontram perpendicular a dois dentes estatóricos 212 quedelimitam ao mesmo tempo um ímã de excitação 214 e um filamento 213 dabobina de induzido, aplicar a esse último um fluxo magnético de excitaçãomáximo. A rotação do rotor cria portanto nessa bobina uma correntealternada.

A idéia sobre a qual se fundamenta a presente invenção éprojetar a geometria do rotor e do estator para que a posição de pares dedentes do rotor em relação aos elementos estatóricos seja diferente de umacélula para a outra, isso sendo obtido escolhendo-se cuidadosamente o valorde ΔΘΚ para um valor ΔΘ§ dado.

Em especial, se é desejado realizar uma máquina trifásica,quer dizer que possui três bobinas de induzido independentes em três célulasde estator 210, é possível demonstrar que a relação seguinte deve sersatisfeita:

2. A0S = 2. ΑΘΚ + (τη/3).ΔΘκ(1)com m e {-2, -1,1,2}.

Será escolhido na seqüência m = 1.

Com a hipótese acima, à saber o recurso a três células 210 quepossuem dois elementos 211 cada uma, quer dizer de seis elementos 211regularmente distribuídos na circunferência de um estator circular, tem-se:

A0S = 2π/6 = π/3

A relação (1) acima dá então:ΔΘΚ = 2 π/6

Assim, escolhendo-se um rotor que possui cinco dentes 101distribuídos igualmente em sua periferia, obtém-se mesmo uma máquinagiratória de comutação de fluxo trifásica.

Por outro lado, os valores m = -2, m = 1 e m = 2 dariamrespectivamente 4, 7 e 8 dentes 101 ao rotor.

Compreende-se por outro lado que o raciocínio acima seaplica facilmente a um número de fases absolutamente qualquer.

A máquina assim obtida está esquematicamente representadana figura 2.

E observado nessa figura que, devido às diferenças de valoresnecessariamente existentes entre ΔΘΚ e ΔΘ8, os alinhamentos entre os dentesrotóricos 101 e os dentes estatóricos 212 que estão situados ao lado dosentalhes nunca são ótimos. As perdas de fluxo que resultam disso sãoentretanto amplamente aceitáveis.

Naturalmente, é possível aplicar a diligência acima a umestator que possui um número de células 210 igual a um múltiplo inteiro donúmero de fases.

Por exemplo, quando o estator 200 é equipado com seiscélulas 210, o cálculo acima leva a um rotor que possui dez dentes rotóricos101 angularmente eqüidistantes.

Essa variante de realização é ilustrada na figura 3. Nesse caso,as bobinas de induzido das três fases são dispostas de modo seqüencial: fase1, fase 2, fase 3, fase 1, fase 2, fase 3; nesse exemplo preciso, as duas bobinasde uma mesma fase se encontram portanto em duas células 210diametralmente opostas.

Será observado aqui que, de acordo com que se buscaprivilegiar a tensão de saída ou a corrente, liga-se as duas bobinas deinduzido 213 de uma mesma fase entre si ou em série ou em paralelo.

A figura 4 ilustra uma variante de realização da estrutura rotórica e estatórica da figura 2, na qual os ímãs permanentes adicionais 215foram inseridos nos espaços vazios 300 que separavam duas a duas as célulasde estator 210.

Esses ímãs 215 são posicionados com uma orientação N/Sinversa à orientação dos ímãs de excitação 214, como ilustrado.

Esses ímãs 215 permitem por um lado reforçar o fluxo deexcitação, e por outro lado melhorar a separação entre as diferentes fases, namedida em que eles formam um obstáculo à saída das linhas de fluxo ao níveldos limites angulares de cada uma das células.

A figura 5 ilustra no que lhe diz respeito a mesma variantemas aplicada à estrutura rotórica e estatórica ilustrada na figura 3.

Será observado aqui que a excitação por ímãs permanentes, talcomo ilustrada nas figuras 2 a 5, pode ser substituída por uma excitação porbobinas.

Assim a figura 6 ilustra o caso de uma estrutura trifásica detrês células de estator 210 e de cinco dentes de rotor, análoga à figura 2, naqual a excitação é realizada com o auxílio de bobinas entrelaçadas com asbobinas de induzido.

Assim foram representadas três bobinas de induzido 213,213', 213" que correspondem às três fases, e três bobinas de excitação 216,216', 216" enroladas nos sentidos indicados. As três bobinas de induzido eas três bobinas de excitação são de preferência postas em doze entalhesregularmente distribuídos na face interna de uma carcaça de estator únicadesignada pela referência 211.

Cada célula ou fase 210 é delimitada como indicado emtracejado.

Nesse tipo de execução, cada bobina de excitação 216 cria umfluxo magnético essencialmente radial que vai circular em um dos doisdentes estatóricos 212 que ela circunscreve desde que esse dente estará emcontato magnético com um dos dois dentes 101 do rotor, e o fenômenoconstatado é próximo daquele obtido com uma excitação por ímãspermanentes.

Vantajosamente, e a fim de dispor de uma tensão de excitaçãoque seja a mais elevada possível quando a máquina é ligada com a rede debordo de um veículo automotor, as três bobinas de excitação 216, 216' e216" são ligadas em paralelo aos terminais de uma entrada de excitaçãoEXC, como ilustrado.

A figura 7 ilustra uma estrutura rotórica e estatórica de seiscélulas 210 separadas por espaços vazios 300, de modo análogo à figura 3.Entretanto nesse caso, a máquina é de excitação mista. Assim três primeirascélulas 210 possuem entre dois elementos rotóricos adjacentes 211 de perfilem "U" um ímã de excitação 214, enquanto que as três outras células 210'possuem cada uma delas um elemento de carcaça rotórico único 211' quedefine dois entalhes internos para a bobina de induzido 213 e, a meiocaminho entre esses entalhes em direção circunferencial, uma bobina deexcitação 217 que se estende em um plano axial-radial e é recebida em doisoutros entalhes formados respectivamente na face interior e na face exteriorda parte de carcaça 211'.

De modo preferido, a fim de equilibrar o comportamentoelétrico por ocasião da rotação, as células 210 e 210' são dispostas de modoalternado. Assim cada fase possui uma célula 210 de excitação por ímã e umacélula 210' de excitação por bobina.

A figura 8 ilustra uma variante de realização que difere dafigura 7 em três aspectos:

- em primeiro lugar, duas células adjacentes 210, 210' sãoagrupadas em um mesmo elemento de carcaça 211";

- em segundo lugar, as células 210' de excitação por bobinapossuem não uma bobina que se estende em um plano axial-radial, mas simuma bobina 216 análoga à bobina da figura 6, quer dizer que se estende emum plano tangente; a esse respeito será observado que cada uma dessasbobinas possui um filamento que se estende no interior da bobina de fase 213em questão, e um filamento que se estende entre duas bobinas de fase domesmo grupo de duas células;

- em terceiro lugar, os elementos de carcaça 211" sãoseparados por ímãs invertidos 215 de separação e de reforço de fluxo, demodo análogo às figuras 4 e 5.

Será observado aqui que, em todas as formas de realizaçãoque precedem, o passo rotórico ΔΘΚ, quer dizer o afastamento angular entredos dentes rotóricos 101, não é igual ao passo estatórieo ΔΘ8, quer dizer oafastamento angular entre dois dentes estatóricos 212 homólogos de doiselementos estatóricos 210 adjacentes.

Agora será descrita em referência à figura 9 uma forma derealização que, ao mesmo tempo em que conserva à máquina seu caráterpolifásico, e notadamente trifásico, permite que se tenha passos rotórico eestatórieo, respectivamente A0R e ΔΘδ, que sejam iguais.

Nesse exemplo especial, prevê-se um rotor 100 que possuisete dentes espaçados por um passo rotórico ΔΘΚ igual a 2π/7.

Por outro lado são previstas três células estatóricas 210 quepossuem cada uma delas, como no caso da figura 2, dois elementosestatóricos 211 que recebem uma bobina de induzido 213 entre dois dentes212 e que são separados por um ímã permanente de excitação 214. Em cadacélula, como indicado acima, o passo estatórieo ΔΘ8 também é igual a 2π/7.

Para assegurar uma defasagem elétrica de 2π/3 entre asprimeira e segunda células 210, é portanto necessário e suficiente que oafastamento angular, anotado A0C, entre essas duas células seja igual a:

<formula>formula see original document page 13</formula>

ο que permite mesmo que se obtenha três células 210 regularmente espaçadasde 2π/3.

Por outro lado, dá-se de modo preferido a mesma aberturaangular ΔΘ0 aos dentes 212, aos entalhes para bobinas de induzido 213 e aosímãs de excitação 214. Nesse caso preciso, essa abertura angular é de(2π/7)/4, seja

<formula>formula see original document page 13</formula>

No caso acima, para otimizar o acoplamento entre os dentesrotóricos 101 e os dentes estatóricos 212, os ditos dentes rotóricos 101possuem também uma abertura angular de π/14.

Por outro lado, a abertura angular dos espaços 300 entre ascélulas vizinhas 210 é nesse caso igual a

<formula>formula see original document page 14</formula>

Agora em referência à figura 10, será explicado comogeneralizar a presente invenção para uma máquina polifásica que possui umnúmero qualquer de células por fase.

Colocar-se-á previamente:

Nm : número de máquinas elementares na circunferência doestator

q : número de fases de cada máquina elementar

Nc : número de ímãs de excitação por fase de cada máquinaelementar

m : número inteiro representativo do valor da defasagem entreduas máquinas elementares.

Cada fase é constituída, no presente exemplo, por umconjunto de Nc + 1 peças estatóricas em "U" 211 separadas umas das outraspor Nc ímãs.

A fim de determinar o deslocamento angular das fasessucessivas, considera-se que cada uma dessas fases ocupa uma faixa angularigual a (Nc + 1).ΔΘδ, incorporando-se aí ficticiamente um (Nc +1)° imãilustrado em tracejado na figura e designado pela referência 214'.

As fases sucessivas devendo por definição ser espaçadas de(m/q).A0R, uma máquina elementar de q fases vai portanto ocupar uma faixaangular igual a

q.[(Nc+l).zWr + ((m/q). ΔΘ,]

Uma máquina de Nm máquinas elementares vai portantoocupar na circunferência do estator uma faixa igual a

NM.q.[(Nc+l).A0R + (ηι/φ.ΔΘ^ = 2π(2)

Tomando-se a hipótese de um estator de elementos estatóricos211 regularmente distribuídos, tem-se por outro lado:<formula>formula see original document page 15</formula>

k sendo um número inteiro.

Será observado aqui que esse número k é necessariamentesuperior a 6, na hipótese de uma máquina polifásica de várias máquinas debase.

Por outro lado, a fim de assegurar uma comutação de fluxoconveniente pelos dentes 101 do rotor, escolhe-se ΔΘΚ e ΔΘ5 de preferênciabastante próximos um do outro, e escolhe-se de preferência uma relação dotipo:

<formula>formula see original document page 15</formula>

Será notado para terminar que aplica-se de preferência aovalor de m um sinal positivo, sabendo-se que um sinal negativo apresentariao risco de chegar a um recobrimento intempestivo entre duas fasessucessivas, ou a uma separação insuficiente devida a uma grandeproximidade entre fases.

Agora serão descritas sucintamente abaixo as máquinasótimas obtidas a partir dos desenvolvimentos acima respectivamente no casode uma máquina bifásica e de uma máquina trifásica, tomando-se comohipótese ΔΘ§ = ΔΘΚ. Nesse caso, o número k obtido é precisamente o númerode dentes 101 do rotor.

No caso de uma máquina bifásica (q = 2 e m = ± 1), obtém-sea partir das relações (2) e (3):

<formula>formula see original document page 15</formula>

A título de exemplo, obtém-se

<formula>formula see original document page 15</formula>k = 4.[(1 + 1) - Vz] = 6

- para m = -1, Nm = 2 e Nc = 2

k = 4. [(2+1)-Vz] = 10

No caso de um motor trifásico, tem-se q = 3, enquanto que me {-2, -1, 1, 2}. Tomando-se a mesma hipótese simplificadora queprecedentemente, ou seja ΔΘδ = ΔΘΚ, obtém-se:

k = 3Nm.[Nc+1) + m/3]

A título de exemplo, obtém-se

- para m = + 1, Nm = 1 e Nc = 1k - 3. [(1+1) + 1/3]= 7

- para m = + 1, Nm = 1 e Nc = 2k = 3.[(2+1) + 1/3] = 10

- para m = - 1, Nm = 2 e Nc = 3

k = 3.[(3+1) + 1/3] = 13

Por outro lado, buscou-se determinar o número ótimo dedentes de rotor quando são impostos os seguintes parâmetros da máquina:

- seu raio exterior Rext;

- seu raio de entreferro Rent;

- seu tamanho de entreferro E.

Poderia se demonstrar que o número de dentes ótimo, anotadokopt, é obtido pela seguinte fórmula:

Kopt = n/(4. V[E/ReJ. ((RJRJ-(1 + (E/2.ReJ)])

Finalmente foi representado na figura 11 um exemplo de umaforma de realização concreta da estrutura estatórica e da estrutura rotórica deuma máquina giratória de acordo com a invenção, realizada em especial deacordo com a solução ilustrada na figura 8 (máquina com excitação porbobinas e por ímãs e equipada por outro lado com ímãs de separação).

Observa-se que cada dente rotórico 101 e cada denteestatórico 212 possui um pé ligeiramente alargado, respectivamente IOla e212a.

Também se observa que o estator possui um elemento decarcaça ferromagnético único 211' no qual são formados vinte e quatroentalhes regularmente espaçados de 15°. O passo estatórico ΔΘ§ é nesse casode 30°.

Esses entalhes são distribuídos em três grupos deprofundidades diferentes, de acordo com que eles recebem bobinas de fase,bobinas de excitação ou ímãs.

Mais precisamente, os entalhes mais profundos 220 estãodestinados a receber os ímãs de excitação 214 e os ímãs de separação 215(não representados), os entalhes de profundidade intermediária 221 estãodestinados a receber as bobinas de excitação 216 (não representadas), efinalmente os entalhes menos profundos 222 recebem as bobinas de fases 213(não representadas).

Finalmente são previstos na periferia exterior do estator 211'seis depressões 223 para pontos de soldadura das chapas empilhadas queconstituem a carcaça do estator, de modo clássico em si.

O rotor 100 possui no que lhe diz respeito treze dentes 101regularmente espaçados dois a dois de um ângulo ΔΘΚ igual a 2π/13.

Naturalmente, a presente invenção não está de nenhumamaneira limitada às formas de realização descritas e representadas, mas sim oprofissional saberá trazer a ela qualquer variante ou modificação de acordocom seu espírito.

Claims

1. Máquina elétrica de comutação de fluxo, que possui um estator(200) e um rotor (100), o estator possuindo em sua face interna uma série deentalhes que abrigam uma série de bobinas de induzidos (213), e que possui poroutro lado uma série de alojamentos para meios de excitação, e o rotor possuindouma pluralidade de dentes de comutação de fluxo (101) capazes de estabelecerseletivamente, por pares, circuitos magnéticos fechados que passam através dasbobinas de induzidos, caracterizada pelo fato de que: o estator possui umapluralidade de bobinas de induzido independentes (213) que definem igual númerode fases e que estão situadas em uma série de células individuais (210) distribuídasanguiarmente em sua circunferência; e, os dentes (101) do rotor são regularmenteespaçados anguiarmente de tal modo para que as posições angulares de diferentespares de dentes apresentam em relação às diferentes células individuais defasagenspredeterminadas.

2. Máquina de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelofato de que cada célula individual (210) possui uma estrutura estatórica (211) quedefine um par de entalhes espaçados por dois filamentos de uma bobina deinduzido (213), sendo os entalhes delimitados lateralmente por dois dentesestatóricos (212), e um meio de excitação (214; 216; 217) capaz de estabelecer emum ou outro dos dentes estatóricos situados no interior da bobina de induzido umcampo magnético que varia de acordo com a posição angular mútua dos dentesrotóricos (101) e dos dentes estatóricos (212).

3. Máquina de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelofato de que as células individuais (210) são separadas umas das outras porvazios (300).

4. Máquina de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelofato de que as células individuais (210) são separadas umas das outras por ímãspermanentes de separação (215) cuja orientação de campo se opõe à orientação decampo dos meios de excitação (214; 216; 217).

5. Máquina de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4,caracterizada pelo fato de que o meio de excitação de cada célula (210) possui umímã permanente (214) disposto entre dois elementos estatóricos (211) de perfil emforma geral de "U" que define os entalhes e os dentes estatóricos (212).

6. Máquina de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4,caracterizada pelo fato de que o meio de excitação de cada célula (210) possui umabobina de excitação (216; 217) disposta em dois entalhes de um elementoestatórico único (211'; 211"), dos quais um é situado sensivelmente a meiocaminho entre dois entalhes para bobina de induzido (213) formados também noelemento estatórico.

7. Máquina de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelofato de que a bobina de excitação (217) é disposta em dois entalhes previstos nasuperfície interna e na superfície externa do elemento estatórico, para gerar aonível da bobina um campo magnético essencialmente tangente.

8. Máquina de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelofato de que a bobina de excitação (216) é disposta em dois entalhes previstosambos na superfície interna do elemento estatórico, para gerar ao nível da bobinaum campo magnético essencialmente radial.

9. Máquina de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 8,caracterizada pelo fato de que as diferentes bobinas de excitação (216; 217) sãoligadas em paralelo em uma mesma fonte de corrente (EXC).

10. Máquina de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 ou 6,caracterizada pelo fato de que compreende pares de células realizadas em ummesmo elemento de estrutura (211") que abrigam duas bobinas de induzido (213)que correspondem a duas fases diferentes, um ímã (214) para a excitação de umadas bobinas de induzido e uma bobina de excitação (216) para a excitação da outrabobina de induzido.

11. Máquina de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10,caracterizada pelo fato de que os filamentos das bobinas de induzidos (213) sãoangularmente eqüidistantes em toda a circunferência interior do estator (200) ointervalo angular (300) entre as diferentes células sendo sensivelmente igual àfaixa angular coberta por um entalhe de recepção de um filamento de bobina deinduzido (213).

12. Máquina de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10,caracterizada pelo fato de que: os filamentos das bobinas de induzidos (213) queestão dentro de uma mesma célula (210) ou de um mesmo grupo de células sãoseparados por um intervalo angular constante (A0S); e, o intervalo angular entrefilamentos de bobina de induzido sucessivos que estão em duas células (210) ougrupos de células distintos é diferente do intervalo angular constante.

13. Máquina de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelofato de o intervalo angular constante (Δ0§) é idêntico ao intervalo angular (A0R)entre dois dentes rotóricos (101) adjacentes.

14. Máquina de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13,caracterizada pelo fato de que a geometria das estruturas rotórica e estatórica damáquina responde à seguinte condição:<formula>formula see original document page 20</formula>na qual- Nm é o número de máquinas elementares na circunferência doestator,- q é o número de fases de cada máquina elementar,- Nc é o número de ímãs de excitação por fase de cada máquinaelementar,- m é um número inteiro positivo ou negativo representativo dovalor da defasagem entre duas máquinas elementares e está compreendidoentre -(q-1) e +(q-1),- ΔΘΚ é o intervalo angular constante entre dois dentes rotóricosadjacentes, ou passo rotórico,- Δθδ é o intervalo angular constante entre dois filamentosadjacentes de bobina de induzido, ou passo estatórico, e- k é um número inteiro.

15. Máquina de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelofato de que o passo rotórico e o passo estatórico satisfazem à seguinte relação:(7/8). AQs <ΛΘΚ < (5/4). AGs

16. Máquina de acordo com a reivindicação 15, caracterizada pelofato de que: o passo estatórico é igual ao passo rotórico; e, a geometria dasestruturas rotórica e estatórica da máquina responde à seguinte condição:NM.q.(Nc+l)+NM.m=k.

17. Máquina de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelofato de que: compreende uma máquina elementar única de três células individuais(210) regularmente distribuídas e que abrigam respectivamente as bobinas deinduzido (213) de três fases; e, o rotor possui um número de dentes rotóricos (101)escolhido entre os valores 4, 5, 7 e 8, e preferencialmente igual a 5.

18. Máquina de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelofato de que: compreende duas máquinas elementares de três células individuais(210) cada uma, regularmente distribuídas, e que abrigam respectivamente asbobinas de induzido de três fases; e, o rotor possui um número de dentes rotóricos(101) escolhido entre os valores 8,10,14 e 16, e preferencialmente igual a 10.

19. Máquina de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 18,caracterizada pelo fato de que compreende uma carcaça estatórica única (211') quepossui pelo menos duas séries de entalhes internos (220, 221, 222) capazes deabrigar respectivamente as bobinas de induzido (213) e os ímãs (214) ou bobinas(216) de excitação.

20. Máquina de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 19,caracterizada pelo fato de que constitui um alternador polifásico de veículoautomotor.