BRPI0615474B1

BRPI0615474B1 - " aparato motor gerador eletromagnético "

Info

Publication number: BRPI0615474B1
Application number: BRPI0615474-3A
Authority: BR
Inventors: Bojiuc Dumitru
Original assignee: Clearwater Holdings, Ltd
Priority date: 2005-08-22
Filing date: 2006-02-21
Publication date: 2018-01-30
Also published as: WO2007024262A3; KR20080045222A; JP2009505630A; WO2007024262A2; CN101248573A; EA200800629A1; MX2008001721A; EP1925070A2; EA011799B1; BRPI0615474A2; US20060038460A1; US7348703B2; KR101192483B1; EP1925070A4; CA2617921A1; CN101248573B; EP1925070B1; ES2546961T3

Abstract

gerador motor elétrico com configuração de bobina intercambiavel - campo monopólo, um par de estatores produz um campo magnético dentro do espaço entre eles, um rotor toroidal ferromagnético é rotacionalmente montado dentro do campo magnético. uma pluralidade de enrolamentos são enrolados radialmente no rotor e cada enrolamento oferece uma pluralidade de bobinas. cada uma das bobinas é interconectada através de um interruptor, o interruptor é configurado para colocar cada uma das bobinas dentro de cada enrolamento, alternativamente, em uma série de conexões elétricas, uma conexão elétrica em paralelo e uma conexão eletricamente isolada, de maneira que quando o dispositivo é operado como um gerador, um voltagem de saida e corrente selecionadas sejam produzidas pela rotação do rotor e quando operada como um motor, uma velocidade e torque de saída selecionados sejam produzidos.

Description

(54) Título: APARATO MOTOR GERADOR ELETROMAGNÉTICO (51) lnt.CI.: H02K 21/12; H02K 19/00; H02K 1/22 (30) Prioridade Unionista: 22/08/2005 US 11/210,044 (73) Titular(es): CLEARWATER HOLDINGS, LTD (72) Inventor(es): DUMITRU BOJIUC

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APARATO MOTOR-GERADOR ELETROMAGNÉTICO [001] Essa revelação relaciona-se genericamente à motores elétricos e geradores elétricos e, mais particularmente, a máquinas eletromagnéticas giratórias, com interruptor eletrônico para troca de configuração de bobina giratória.

Solicitações Relacionadas [002] Essa solicitação reivindica prioridade internacional de uma Solicitação de U.S. Utility Patent, anteriormente apresentada, com o número de série 11210044 e chamada de Gerador Motor Elétrico com Configuração de Bobina Intercambiável de Campo Monopólio, submetida em 22 de agosto de 2005.

Descrição de Arte Relacionada [003] A arte a seguir define o presente estado do campo do aparato descrito e reivindicado aqui:

[004] Tu et ali, US 2004/0135452 revela um gerador elétrico giratório chato que inclui, pelo menos, uma bobina toroidal de corte de linhas magnéticas para induzir uma corrente e, pelo menos, uma estrutura pólo magnético em forma de disco, com orientação em paralelo, em relação a estrutura helicoidal da bobina, Se múltiplas estruturas bobina toroidal e estruturas bobina magnética em forma de disco forem incluídas, as estruturas bobina toroidal e estruturas bobina magnética, em forma de disco devem ser dispostas alternadamente. A estrutura bobina toroidal e a estrutura pólo magnético, em forma de disco, não são apresentadas com material permeável. Quando qualquer estrutura bobina toroidal ou, pelo menos, uma estrutura pólo magnético, em forma de disco, é girada por uma força

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2/14 externa, a estrutura bobina toroidal corta as linhas magnéticas que passam por ela para gerar uma corrente induzida, Neai, US 2002/0135263, revela uma pluralidade de segmentos de arco de estator que formam um núcleo toroidal para uma montagem estator usada para montar um motor. Em uma incorporação de preferência, uma pluralidade de campos magnéticos é criada quando a corrente elétrica é conduzida pelo fio enrolado ao redor dos pólos, no núcleo toroidal. Um corpo monolítico de material de troca de fase substancialmente encapsula os condutores e mantém os segmentos de arco do estator no núcleo toroidal. O disco rígido gira usando o motor e os métodos de construção do motor e impulsionamento do disco rígido também são revelados. Rose, US 6803691, revela um dispositivo elétrico que engloba um núcleo em forma de anel, magneticamente permeável, centrado em um eixo de rotação e com dois lados axialmente opostos. As bobinas são enroladas toroidalmente sobre o núcleo e dispostas seqüencialmente ao longo da direção circunferencial. Cada bobina inclui duas pernas laterais, que se estendem radialmente ao longo dos lados respectivos do núcleo. Existem espaços sem bobinas entre as pernas laterais adjacentes. Uma braçadeira com uma primeira e segunda flange lateral é conectada por uma ponte e, respectivamente, fazem o contato com a primeira e segunda lateral da bobina. Mohler, US 6507257, revela um atuador trinco bi-direcional que tem uma haste que se sobressai com um ou mais rotores fixados. A haste e o rotor são montados para rotação em uma caixa magneticamente condutora com uma bobina cilíndrica e é fechada por tampas condutivas. As tampas condutivas têm montados pólos estator. Em uma

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3/14 incorporação, o rotor tem, pelo menos, dois imãs permanentes, magnetizados, em posições opostas, assimetricamente montados, isto é, são adjacentes de um lado e separado por um vão não magnético do outro lado. A peça pólo estator tem uma condutividade de fluxo assimétrica e em uma incorporação é axialmente mais grosso do que a porca de peça pólo. Um ponto de apoio evita que o rotor balance para uma posição neutra (onde os imãs do rotor são axialmente alinhados com a porção de maior condutividade da peça pólo) . Assim, o rotor é magneticamente travado em uma das duas posições sendo puxado para a posição neutra, A energização da bobina com corrente de polaridade oposta faz com que o rotor gire em direção oposta à posição de travamento e, então, ele é magneticamente preso nessa posição. Mohlet,, US 5337030, revela um atuador de torque, sem bucha, imã permanente que tem um núcleo eletromagnético capaz de gerar um campo de fluxo magnético, com formato toroidal, alongado, quando energizado. Fora da bobina cilíndrica genérica existe uma caixa exterior com placas de extremidade superior e inferior, em cada ponta. Montado nessas placas e sobressaindo, uma em direção à outra, ficam as peças pólo estator separadas da peça pólo oposta por um vão de ar. Um rotor magnético permanente é colocado nesse vão e montado em um eixo que, por sua vez, é montado de maneira que gire em cada placa extremidade.

[005] 0 rotor magnético permanente tem, pelo menos, dois imãs permanentes, cada um cobrindo uma porção arcada do rotor e com polaridades opostas. A energização da bobina com corrente, em uma direção, magnetiza as peças pólo de

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4/14 maneira que cada uma das duas peças pólo atrai dos imãs do rotor e repele o outro imã do motor, resultando em um torque gerado pela haste de saída. A reversão do fluxo de corrente resulta na reversão do torque e rotação do motor. As incorporações de preferência revelam múltiplas células, isto é, uma pluralidade de combinações elou celular estator rotor estator onde existe uma pluralidade de peças pólo em cada plano pólo estator. Kloosterhouse et AL, US 5191255, revela um motor eletromagnético que inclui um rotor com uma pluralidade de imãs ao longo do perímetro do rotor. Preferencialmente, os imãs adjacentes têm pólos opostos voltados para fora. Um ou mais eletroímãs são dispostos adjacentes ao perímetro do rotor para que o rotor gire, os imãs montados no rotor ficam perto dos pólos dos eletroímãs. A corrente é fornecida aos eletroímãs por um circuito de transmissão em uma determinada fase com a rotação do rotor de maneira que, de quase todos os ângulos do rotor, a atração e repulsão magnética entre os pólos dos eletroímãs e os imãs montados no rotor forçam o rotor a girar na direção desejada. Material refletivo é colocado no rotor, em ângulos pré-determinados. 0 circuito de impulsão inclui um dispositivo fotossensível que produz um sinal de valor variável, de acordo com o que o dispositivo recebe de luz refletiva do material refletido. 0 sinal é amplificado para produzir corrente de impulsão para os eletroímãs. Westlev, 4623809, revela um motor stepper que abriga uma estrutura pólo onde um par idêntico de placas estator, cada uma com uma pluralidade de pólos, posicionadas uma de costas para a outra, com os pólos se projetando em direções opostas, as placas estator ficam posicionadas entre um par

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5/14 de cálices estator idênticos, cada cálice estator tendo uma pluralidade de pólos que se projetam para dentro, vindos de uma parede traseira, com uma parede lateral periférica terminando em uma flange que se estende para fora. Uma superfície maior de cada flange fica em contato com uma das faces de uma das placas de estator de maneira a assegurar um caminho magnético de baixa relutância. Fawzv, 4565938, revela um dispositivo eletromecânico que pode ser usado como um motor ou gerador. 0 dispositivo tem uma caixa, incluindo rolamento que dão suporte à haste rotativa. Um imã disco também é incluído e polarizado para ter polaridade alternada e montados em uma haste para definir um rotor. 0 dispositivo inclui, pelo menos, uma primeira sapata pólo em contato com o meio magnético, com uma porção que se estende radialmente para definir uma câmara pólo virtual, de uma primeira polaridade. Também inclui, pelo menos, uma segunda sapata pólo em contato com o imã e com uma porção que se estende radialmente para definir uma câmara pólo virtual para a outra polaridade. Um estator toróide é montado na caixa e apresenta enrolamentos. 0 estator é posicionado anularmente ao redor dos imãs disco de maneira que as câmaras pólo virtual da primeira e segunda sapatas pólo fiquem ao redor das porções de tais enrolamentos com campos circunferencialmente alternados de polaridade alternada. São providenciados meios para o contato elétrico com o estator, para retirar a corrente quando o dispositivo for usado como um gerador ou fornecer corrente para utilizar o dispositivo como motor.

[006] Fawzy, 4459501, revela um dispositivo electromecânico que pode ser usado como um motor ou gerador que

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6/14 tem uma caixa incluindo rolamentos para suporte da haste rotativa. Um par de imãs disco é polarizado para ter polaridades opostas dos dois lados de cada um deles. Os imãs são montados face-a-face, juntos, no eixo para definir um rotor.

[007] O dispositivo inclui, pelo menos, uma primeira sapata pólo em contato com uma face de cada imã e com uma porção que se sobressai radialmente para definir, da forma preferida, um par de câmaras pólo virtual, de mesma polaridade como a tal uma face. Também é incluído, pelo menos, uma segunda sapata pólo em contato com a outra face de cada imã e tendo uma porção que se sobressai radialmente para definir em sua forma preferida um par de câmaras pólo virtual da mesma polaridade como a outra face. Um estator toróide é montado na caixa, com seus enrolamentos. O estator é posicionado axialmente ao redor dos imãs disco de tal maneira que as câmaras pólo virtual da primeira e segunda sapatas pólo fiquem ao redor das porções de tais enrolamentos com campos alternados circunferencialmente de polaridade alternada. São oferecidos meios para o contato elétrico com o estator, para retirar a corrente quando o dispositivo for usado como um gerador ou corrente para operar o dispositivo como um motor.

[008] Em nossa busca por arte anterior, com os resumos descritos acima, envolvendo máquinas com rotação eletromagnética; tanto na forma de motor como na forma de gerador. Assim, a arte anterior mostra em Neal um núcleo toroidal com segmentos arco radial, em Fawzv, vemos uma adjacência face pólo S-S e N-N, em Tu et al, uma adjacência pólo N-S e S-N com enrolamentos de bobina radial, em Rose,

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7/14 vemos bobinas enroladas radialmente em seqüência ao redor do núcleo toroidal e com segmentos de imã permanente com adjacência N-N e S-S. Porém, a arte anterior deixa de explicar uma máquina de rotação, eletromagnética que ofereça campos eletromagnéticos imersos em campos de imã permanente, mono-pólo, de polaridades opostas como mostrado no presente aparato e a troca de bobinas individuais com enrolamentos radiais.

[009] A presente revelação distingue-se da arte anterior e oferece vantagem desconhecidas, como descrito no resumo a seguir.

[0010] Essa revelação oferece certos benefícios para a construção e uso que dão origem aos objetivos descritos abaixo.

[0011] Um par de estatores que produzem um campo magnético com um espaço entre eles, com um rotor toroidal ferromagnético que é rotacionalmente montado dentro do campo magnético. Uma pluralidade de enrolamentos são enrolados radialmente no rotor e cada enrolamento oferece uma pluralidade de bobinas. Cada uma das bobinas é interconectada através de um interruptor, o interruptor é configurado para colocar cada uma das bobinas dentro de cada enrolamento, alternativamente, em uma série de conexões elétricas, uma conexão elétrica em paralelo e uma conexão eletricamente isolada, de maneira que quando o dispositivo é operado como um gerador, uma voltagem de saída e corrente selecionadas sejam produzidas pela rotação do rotor quando operada como um motor, uma velocidade e torque de saída selecionados sejam produzidos.

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8/14 [0012] Um objetivo primário inerente ao aparato descrito acima e método de uso é o de oferecer vantagens não oferecidas pela arte anterior.

[0013] Outro objetivo é oferecer uma máguina giratória eletromagnética com controle superior de seus parâmetros de saída, usando uma técnica de troca de bobina e monitoramento de parâmetro de saída completamente nova.

[0014] Um outro objetivo é o de oferecer uma máguina gue pode também ser útil como um motor elétrico.

[0015] Um outro objetivo é o de oferecer uma máguina gue pode também ser útil como um gerador elétrico.

[0016] Outras características e vantagens do aparato e método de uso descritos ficarão aparentes com a descrição detalhada a seguir, considerada junto com os desenhos em anexo, gue ilustra, com exemplos, os princípios do aparato e método de uso agui descritos.

Breve Descrição dos Desenhos [0017] Os desenhos em anexo ilustram, pelo menos, uma das melhores incorporações do presente aparato e método de uso. Em tais desenhos:

[0018] A Figura 1 é um diagrama esguemático de um corte do presente aparato, mostrando enrolamentos eletromagnéticos opostos montados no rotor com pontos de derivação saindo das bobinas dos enrolamentos;

[0019] As Figuras 2 e 3 são diagramas esguemáticos de um enrolamento de um rotor, do presente aparato, mostrando as bobinas de enrolamento, individualmente, e o esguema de troca com a colocação das bobinas em série e interconexão paralela;

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9/14 [0020] A Figura 4 é um diagrama esquemático de uma configuração de interruptor eletrônico do presente aparato;

[0021] A Figura 5 é um diagrama em bloco da incorporação do gerador; e [0022] A Figura 6 é um diagrama em bloco da incorporação de um motor.

Descrição Detalhada [0023] As figuras descritas acima descrevem o aparato e seu método de uso em, pelo menos, uma das incorporações de melhor modo, preferidas, que é mais detalhadamente definida na descrição a seguir. Mesmo as pessoas com conhecimentos comuns na arte serão capazes de fazer alterações e modificações naquilo que aqui for descrito sem sair do espírito e escopo do aparato.

[0024] Portanto, deve ser entendido que aquilo que foi ilustrado serve apenas como exemplos e não deve ser considerado como limitação no escopo do presente aparato e seu método de uso.

[0025] Um aparato eletromagnético de rotação com um estator, incluindo uma estrutura de suporte para o estator 152, com espaçamento paralelo, conjuntos permanentes de imãs em forma de disco. Cada conjunto de imãs é formado com segmentos de imãs co-planares, plurais, espaçados 146. Os segmentos 146 são dispostos com pólos magnéticos permanentes de polaridades opostas N-N e S-S, como mostrado pelas letras S para o pólo sul e N para o pólo norte, de polaridades opostas em seqüência circunferencial alternada, como mostrado na Figura 1. Um rotor que oferece uma estrutura rotor de rotação magneticamente permeável 140, montada em e girando com, um eixo 144 que é sustentado

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10/14 pela estrutura do estator 152. A estrutura do rotor 140 oferece uma pluralidade de bobinas toroidal, de orientação radial 148, que são parte dos enrolamentos individuais 148. Um comutador de alimentação de corrente engrena o rotor de maneira que cada uma das bobinas 148 seja eletricamente acessível.

[0026] Os imãs permanentes 146 também chamados de magnetos produzem um campo magnético dentro do espaço entre as estruturas estator 152. A estrutura rotor toroidal ferromagnético 140 é rotacionalmente montada dentro do campo magnético. Uma pluralidade de enrolamentos 148’ são enrolados radialmente no rotor, os enrolamentos 148’ cada um com uma pluralidade de bobinas 148 e as bobinas, cada uma, com pelo menos uma—cobertura envoltório, isto é, giro dos fios condutivos que compõe os enrolamentos. As bobinas 148 são interconectadas através da rede de comutação que é aqui chamada de interruptor mas que é composta por uma pluralidade de interruptores eletrônicos como visto na Figura 4. O interruptor é posicionado no rotor e configurado para colocar cada uma das bobinas 148 dentro de cada enrolamento 148’ alternativamente, em uma série de conexões elétricas, como mostrado na Figura 2; a conexão elétrica em paralelo é mostrada na Figura 3 ou eletricamente isolada, isto é, quando os contatos não são feitos para nenhuma série ou conexão paralela. Já que os interruptores são preferencialmente eletrônicos, como mostrado na Figura 4, um interruptor é usado para cada série de conexões e um interruptor é usado para cada conexão em paralelo. Quando uma bobina 148 precisa ser

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11/14 isolada, nenhuma conexão, via interruptor em série ou paralela, é feita.

[0027] Quando o presente aparato é usado como um gerador elétrico, claramente todas as bobinas 148 dentro de cada enrolamento 148’ podem ser colocadas em conexão elétrica em série onde a voltagem de saida é maximizada. Também, todas as bobinas 148 dentro de cada enrolamento 148’ podem ser dispostas em conexão elétrica em paralelo, onde a corrente de saida é maximizada. Ainda, dento de cada enrolamento, pelo menos duas bobinas 148 podem ser colocadas em conexão elétrica em série e, ao mesmo tempo, pelo menos duas bobinas 148 podem ser colocadas em conexão elétrica em paralelo, onde certa corrente e voltagem de saida pode ser conseguida. Como discutido, a voltagem de saida e a corrente são, preferencialmente, alimentadas através de um comutador para um terminal de saida, como é bem conhecido na arte. O controle dos interruptores é habilitado também através do comutador.

[0028] Como mostrado na Figura 5, os sensores de voltagem de saida e corrente podem ser interconectados com o interruptor, para controle do interruptor de maneira que seja produzida voltagem de saida e corrente constantes, dependendo das condições de carga.

[0029] Quando usado como um motor, o presente aparato pode ser comutado para aceitar uma variedade de voltagens de entrada e condições de corrente para girar o rotor numa velocidade e torque selecionados. Todas as bobinas 148 em cada um dos enrolamentos podem ser colocadas em conexão elétrica em série para que a velocidade rotacional de saida seja minimizada ou em conexão elétrica em conexão elétrica

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12/14 em paralelo para que a velocidade rotacional de saída seja maximizada. Claramente, qualquer número de bobinas 148 pode ser desconectado, onde o torque de saída é selecionado. Ainda, com pelo menos duas bobinas em conexão elétrica em série e, ao mesmo tempo, pelo menos duas bobinas em conexão elétrica em paralelo, a velocidade rotacional do eixo de saída é selecionável.

[0030] A voltagem de entrada e corrente são preferencialmente alimentadas para o rotor através de um comutador vindo de um terminal de saída de maneira similar ao feito com o gerador. Como na configuração de gerador, o sensor de velocidade rotacional pode ser interconectado com o rotor e interruptor, para controle do interruptor para uma constante velocidade e torque de saída selecionados, como mostrado na Figura 6.

[0031] As concessões descritas em detalhes acima foram consideradas como novidade, se comparadas com a arte anterior registrada e são consideradas como críticas para a operação em, pelo menos, um aspecto do aparato e seu método de uso e ao cumprimento dos objetivos já descritos. As palavras usadas nessa especificação para descrever as incorporações devem ser entendidas não apenas no sentido como são comumente definidas, mas devem incluir uma definição especial nessa especificação: estrutura, material ou atos além do escopo dos significados comuns. Assim, se

um elemento	pode	ser entendido	no	contexto dessa
especificação	como	englobando mais	de	um	significado,
então, seu uso	deve	ser entendido como	sendo	genérico para

todos os possíveis significados suportados pela

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13/14 especificação e por palavra ou palavras que descrevam o elemento.

[0032] As definições das palavras ou elementos de desenhos descritos aqui não devem incluir apenas a combinação de elementos como literalmente estabelecido, mas toda a estrutura, material e atos equivalentes para a execução substancial da mesma função, substancialmente da mesma maneira para obter, substancialmente, o mesmo resultado. Nesse sentido fica contemplado que uma

substituição	equivalente	de dois ou mais	elementos	pode	ser
feita para	qualquer um	dos	elementos	descritos	e	suas
várias incorporações em	que	um único	elemento	pode	ser
substituído	por dois	ou	mais elementos	em	uma

reivindicação.

[0033] As mudanças da matéria reivindicada, como vistas por pessoa com conhecimento comum da arte, conhecidas hoje ou concebidas no futuro são totalmente contempladas como sendo equivalentes dentro do escopo de intenção e suas diversas incorporações. Portanto, substituições óbvias, hoje ou no futuro, conhecidas por alguns com conhecimentos comuns na arte, são definidas como dentro do escopo dos elementos definidos. Essa revelação deve, assim, ser entendida para incluir aquilo que é especificadamente ilustrado e descrito acima, aquilo que é conceitualmente equivalente, aquilo que pode ser obviamente substituído e também aquilo que incorpora as idéias essenciais.

[0034] O escopo dessa descrição deve ser interpretado apenas junto com as reivindicações em anexo e fica claro

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14/14 aqui que cada inventor nomeado acredita que a matéria reivindicada é aquilo que se pretende que seja patenteado.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Um aparato motor-gerador eletromagnético giratório com abertura de ar axial compreendendo:

um par de estatores espaçados axialmente, cada um compreendendo um conjunto de imã permanente (146) em forma de disco, que produz um campo magnético dentro do espaço entre os estatores;

um rotor toroidal ferro-magnético (140) rotacionalmente montado dentro do campo magnético;

uma pluralidade de enrolamentos (148') enrolados no rotor, cada um dos enrolamentos compreendendo uma pluralidade de bobinas toroidais enroladas em volta da estrutura do rotor (140) e as bobinas (148) cada uma compreendendo ao menos um envoltório, isto é, giro dos fios condutivos que compõe os enrolamentos, caracterizado pelo fato de que as bobinas (148) são interconectadas através de uma rede de comutação que é posicionada no rotor (140) , a rede de comutação configurada para a colocação de cada uma das bobinas (148) dentro de cada enrolamento (148') alternativamente em um de:

a) uma conexão elétrica em série;

b) uma conexão elétrica em paralelo; e

c) eletricamente isolado, em que, em cada um dos enrolamentos (148'), em que ao menos duas das bobinas (148) são eletricamente conectadas em série, e, ao mesmo tempo, ao menos duas das bobinas (148) são eletricamente conectadas em paralelo, em que uma voltagem selecionável de saída, uma corrente de saída e um torque de saída são produzidos pela rotação do rotor.

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2. Aparato, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente um sensor de corrente de saida interconectado com a rede de comutação, o sensor interconectado a um controle da rede de comutação de modo a produzir uma corrente de saida constante.
3. Aparato, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender um sensor de voltagem de saida interconectado com a rede de comutação, o sensor interconectado a um controle da rede de comutação de modo a produzir uma voltagem de saida constante.
4. Aparato, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um número selecionado de bobinas (148) de cada enrolamento (148') é desconectado, em que o torque de saida é selecionável.
5. Aparato, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente por conter um sensor de velocidade rotacional interconectado com a rede de comutação, o sensor de velocidade interconectado com o controle da rede de comutação para selecionar uma velocidade e um torque de saida constantes.

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