ES2221381T3 - Colector de carbono. - Google Patents

Abstract

Un conjunto de colector de segmentos de carbono para un motor eléctrico, cuyo conjunto de colector comprende: un conjunto ordenado anular de al menos dos secciones conductoras (14) espaciadas circunferencialmente y dispuestas alrededor de un eje de rotación (16); un conjunto ordenado anular de al menos dos segmentos (18) de carbono espaciados circunferencialmente y que definen una superficie segmentada (22) de conmutación, uniéndose cada segmento (18) de carbono con una sección correspondiente de las secciones conductoras (14) para formar un conjunto ordenado anular de sectores de colector, y un cubo aislante sobremoldeado (24) dispuesto alrededor de los sectores de colector, caracterizado porque el cubo aislante sobremoldeado (24) está dispuesto entre los segmentos (18) de carbono y enclava mecánicamente los segmentos (18) de carbono.

Description

Colector de carbono.

Campo técnico

Este invento se refiere en general a un colector de segmentos de carbono para un motor eléctrico, y a un método para su fabricación.

Antecedentes del invento

Los motores de corriente continua de imán permanente se usan a veces para aplicaciones de bombas de combustible sumergidas. Estos motores emplean típicamente colectores del tipo de cara plana, o bien colectores de cilindro o "tipo tambor". Los colectores del tipo de cara plana tienen unas superficies de conmutación planas y circulares dispuestas en un plano perpendicular al eje de rotación del inducido. Los colectores del tipo cilindro tiene unas superficies de conmutación arqueadas y cilíndricas dispuestas en la superficie lateral exterior de un cilindro que está situado coaxialmente alrededor del eje de rotación del inducido. Independientemente de las configuraciones de sus superficies de rotación, los motores eléctricos usados en las aplicaciones de bombas de combustible sumergidas deben ser pequeños y compactos, de larga duración, capaces de trabajar en un ambiente corrosivo, de fabricación y funcionamiento económicos, y estar esencialmente exentos de mante-
nimiento.

Los motores para bombas de combustible sumergidas deben trabajar a veces en un medio de combustible fluido que contiene un compuesto de oxígeno, tal como alcohol metílico y alcohol etílico. El alcohol aumenta la conductividad del combustible y, por tanto, el rendimiento de una reacción electroquímica que descascarilla a cualesquiera componentes de cobre de los motores que estén expuestos al combustible. Por esta razón, algunas veces se usan carbono y compuestos de carbono para formar segmentos de carbono con superficies de conmutación segmentadas para los motores. Esto es debido a que los colectores de carbono no se corroen ni descascarillan, como les ocurre a los colectores de cobre. Los colectores con segmentos de carbono incluyen también típicamente secciones metálicas de contacto que están en contacto eléctrico con los segmentos de carbono y proporcionan un terminal para conectar físicamente cada contacto eléctrico a un cable de bobina de inducido.

Es conocido el procedimiento de formar un colector de carbono en primer lugar moldeando y tratando térmicamente un compuesto de carbono moldeable, o bien mecanizando un material de carbono o de carbono/grafito tratado térmicamente. Dicha disposición se muestra en la Descripción Alemana 3150505.8. Luego se puede formar un cubo aislante de colector para soportar el sustrato metálico. El cubo se puede moldear directamente al sustrato metálico antes o después de que el carbono se una al sustrato metálico. Después se mecanizan unas ranuras a través del artículo de carbono y del sustrato metálico, para separar el artículo de carbono y el sustrato en una serie de segmentos eléctricamente aislados. Es posible que también sea necesario mecanizar un diámetro interior y un diámetro exterior de la superficie de conmutación del colector.

Una vez que se ha ensamblado el colector completo a un inducido, se puede situar un molde de concha de almeja sobre el conjunto de colector e inducido recientemente ensamblado en un procedimiento final de sobremoldeo. Con los colectores del tipo de cara plana, se hace que un extremo abierto de la concha de almeja se obture alrededor del colector, de una manera que deje expuesta la superficie de conmutación. Luego se inyecta material aislante al molde de concha de almeja. Una vez que se ha endurecido el material aislante, se retira el molde de concha de almeja. Esta etapa final de sobremoldeo protege a los arrollamientos de cobre del inducido y a otros elementos propensos a la corrosión contra la reacción química con fluidos del ambiente tales como los combustibles oxigenados. El sobremoldeo asegura también a los hilos para reducir la probabilidad de fallos por tensiones y para mantener un nivel corregido de equilibrio dinámico. El sobremoldeo reduce también las pérdidas por resistencia aerodinámica en la bomba.

Cuando, en la fabricación de un colector de carbono con un sustrato metálico, se mecanizan cortes en o a través del sustrato metálico, se podrían producir virutas metálicas. Estas virutas metálicas se pueden introducir en las ranuras entre segmentos de carbono, causando fallos eléctricos. El mecanizado en un sustrato metálico puede exponer también a las partes cortadas del sustrato a los efectos corrosivos de los combustibles oxigenados.

Cuando se realiza un mecanizado pasante a las partes de carbono y de sustrato metálico de un colector para formar segmentos aislados eléctricamente, se debe proveer algún tipo de estructura de soporte para reforzar al colector y ligar mecánicamente juntos a los segmentos de carbono y a las secciones conductoras. Dichas estructuras de soporte a veces requieren un espacio axial adicional sustancial para el colector, que puede aumentar la longitud total axial del conjunto inducido-colector y/o reducir el tamaño y la cantidad de hilo bobinado en el inducido.

Para algunos tipos de compuestos de carbono unidos con resina y eléctricamente conductores, es característico que se forme un revestimiento superficial aislante sobre las superficies exteriores del compuesto a medida que éste se endurece. Este revestimiento constituye un impedimento para el contacto eléctrico entre el compuesto de carbono y las secciones de conductor metálico. En consecuencia, un colector de carbono que use uno de estos compuestos debe proporcionar un camino eléctrico a través del revestimiento superficial aislante.

Una solución para resolver estos problemas se describe en la patente de EE.UU. Nº 5.386.167 expedida el 31 de enero de 1995 a Strobi (en adelante patente Strobi). La patente Strobi muestra un colector del tipo de cara plana que tiene ocho segmentos de carbono formados a partir de un compuesto de carbono unido con resina y eléctricamente conductor. Para evitar los problemas relacionados con el mecanizado a sustratos metálicos, los segmentos de carbono se forman mediante el sobremoldeo de un disco de carbono en ocho segmentos de cobre de forma de tarta, y luego cortando radialmente entre los segmentos para formar los segmentos de carbono eléctricamente aislados. Un sustrato de plástico retiene en posición a los segmentos de cobre para el sobremoldeo de carbono, y proporciona un enclavamiento mecánico entre los segmentos de carbono. Sin embargo, el sustrato de plástico aumenta el espesor axial del colector. Además, la patente Strobi no proporciona estructuras que aporten un camino eléctrico a través del revestimiento superficial del compuesto de carbono, o estructuras que puedan reducir de otro modo la resistencia eléctrica.

La patente de EE.UU. Nº 4.358.319, expedida el 9 de noviembre de 1992 a Yoshida y colaboradores, describe un conjunto de colector del tipo cilindro que incluye un conjunto ordenado cilíndrico anular de segmentos de carbono. Cada segmento de carbono tiene una superficie lateral exterior semicircunferencial para establecer contacto físico y eléctrico con una escobilla. Una acanaladura de retención se extiende alrededor de una superficie interior semicircunferencial del conjunto ordenado de segmentos de carbono. Los segmentos de carbono están aislados eléctricamente entre sí por cortes longitudinales. Un cubo constituido por material aislante está dispuesto dentro del conjunto ordenado anular de segmentos de carbono y se aplica a la acanaladura de retención en el extremo superior de cada segmento de carbono.

Para fabricar este colector, la patente de Yoshida y colaboradores describe un método que incluye las etapas de formar un cilindro anular de carbono con una acanaladura de retención, sobremoldear el cilindro de carbono con material aislante para formar un cubo, y mecanizar unas ranuras en el cilindro sobremoldeado para formar segmentos de cilindro eléctricamente aislados. Las conexiones eléctricas entre los segmentos de carbono y los hilos del devanado se realizan por soldadura, o bien pegando directamente los hilos a los propios segmentos de carbono.

Una bomba de combustible suministrada por

\hbox{Bosch}

a Mercedes Benz muestra un colector del tipo cilindro que incluye una superficie cilíndrica de conmutación formada por un conjunto ordenado cilíndrico de segmentos de carbono. Las superficies radiales interiores de los segmentos de carbono forman una superficie interior circunferencial de material compuesto del conjunto ordenado de segmentos de carbono. Los segmentos de carbono están conectados eléctricamente a respectivos hilos de devanado mediante secciones de sustrato de cobre soldadas a las respectivas superficies radiales interiores de los segmentos de carbono. Cada sección de sustrato de cobre incluye un terminal para soportar el extremo de un hilo de devanado.

El colector de Bosch se presenta como formado mediante el ajuste y la soldadura de una parte de tubo de un sustrato de cobre a la superficie circunferencial interior del cilindro de carbono. Luego se hacen unos cortes radiales para formar y aislar eléctricamente entre sí a los segmentos de carbono y a las secciones de sustrato de cobre. Un aislante sobremoldeado mantiene juntos a los segmentos de carbono y a las secciones de sustrato de cobre. Este procedimiento requiere que se fabrique un sustrato de cobre para incluir terminales de hilo y una parte de tubo con unas tolerancias estrechas, con el fin de ajustar dentro de la superficie circunferencial interior del cilindro de carbono. El procedimiento de Bosch requiere también que se realice una difícil operación de soldadura entre la superficie circunferencial interior del cilindro de carbono y el diámetro exterior del tubo de cobre.

La patente de EE.UU. Nº 5.255.426, expedida el 26 de octubre de 1993 a Farago y colaboradores, describe un colector de carbono del tipo de cara plana que se ha fabricado formando en primer lugar un cilindro de carbono anular o toroidal que esté constituido por carbono de grano fino de calidad eléctrica. A continuación, se chapea con una capa de níquel una superficie de extremo de base del cilindro. Luego se chapea una capa de cobre sobre el revestimiento de níquel. La superficie chapeada de extremo de base del cilindro se suelda luego a un sustrato de cobre troquelado y conformado, montado en un cubo pre-moldeado. Después se mecanizan unas ranuras laterales axialmente hacia abajo en una superficie superior de conmutación enfrente de la superficie de la base del cilindro de carbono. Las ranuras se cortan axialmente a través del carbono y del sustrato de cobre, para formar los sectores de colector de carbono/cobre eléctricamente aislados. Una vez mecanizadas las ranuras, el cubo pre-moldeado continúa manteniendo juntos a los sectores de colector eléctricamente aislados.

La patente de EE.UU. Nº 5422528 describe un colector cilíndrico de segmentos de carbono en el que se ha formado en un anillo una tira de cobre. El anillo tiene dos acanaladuras circulares en su superficie interior, y una serie de orificios pasantes alineados con las canaladuras. Se moldea grafito al anillo para formar un recubrimiento superficial de carbono. El grafito se extiende a través de los orificios y en el interior de las acanaladuras para anclar el recubrimiento superficial. El anillo de cobre/grafito se sobremoldea luego con un material aislante para formar una base de soporte, y después se corta el anillo en segmentos individuales de colector sujetos por la base. Unas uñas se doblan hacia dentro del anillo de cobre y se empotran en la base para comunicar una resistencia mecánica adicional a la conexión de los segmentos a la base.

La patente de EE.UU. Nº 5677588 describe un colector de segmentos de carbono del tipo de cara plana en el que unos conectadores de cobre o piezas terminales se sobremoldean con material de carbono para formar un anillo colector de carbono. El anillo se prensa en una base aislante usando salientes de los conectadores para anclar el anillo, o bien se moldea la base al anillo usando los salientes de los conectadores para anclar el anillo. Una vez ajustado a la base, el anillo se corta en segmentos individuales de colector.

Lo que se necesita son colectores de segmentos de carbono de los tipos de cara plana y de cilindro que sean más fuertes y aporten una resistencia eléctrica menor mediante un contacto eléctrico perfeccionado entre los segmentos de carbono y los sustratos metálicos. También se necesitan métodos para fabricar dichos colectores que sean rápidos, sencillos y baratos.

De acuerdo con un primer aspecto del presente invento, se proporciona un conjunto de colector de segmentos de carbono para un motor eléctrico, cuyo conjunto de colector comprende: un conjunto ordenado anular de al menos dos secciones conductoras espaciadas circunferencialmente y dispuestas alrededor de un eje de rotación; un conjunto ordenado anular de al menos dos segmentos de carbono espaciados circunferencialmente formados de un compuesto de carbono conductor y que define una superficie de conmutación segmentada, uniéndose cada segmento de carbono con una sección correspondiente de las secciones conductoras para formar un conjunto ordenado anular de sectores de colector, y un cubo aislante sobremoldeado dispuesto alrededor de los sectores de colector, caracterizado porque el cubo aislante sobremoldeado está dispuesto entre los segmentos de carbono y enclava mecánicamente a los segmentos de carbono.

De acuerdo con un segundo aspecto del presente invento, se proporciona un método de fabricación de un conjunto de colector de carbono, que comprende las etapas de: proveer un conjunto ordenado anular de secciones conductoras, proveer un aro anular de un compuesto de carbono conductor, unir el aro al conjunto ordenado de secciones conductoras para formar una pieza de partida de colector, sobremoldear material aislante a la pieza de partida de colector para formar un cubo aislante, mecanizar unas ranuras hacia dentro de una superficie de conmutación de la pieza troquelada de partida del colector para formar un conjunto ordenado anular de segmentos de carbono aislados eléctricamente, caracterizado por formar unas acanaladuras en una superficie del aro anular enfrente de la superficie de conmutación, y hacer fluir material de aislamiento del cubo al interior de las acanaladuras para rellenar al menos parcialmente las acanaladuras, y alinear las ranuras con las acanaladuras para crear unos intersticios entre los segmentos de carbono que tienen una parte rellena con material de aislamiento y una parte no rellena de ranura.

Breve descripción de los dibujos

Para comprender mejor y apreciar el invento, se hace referencia a la siguiente descripción detallada en unión de los dibujos adjuntos:

La Figura 1 es una vista desde arriba de un conjunto de colector de carbono del tipo de cara plana de acuerdo con el presente invento;

La Figura 2 es una vista en corte transversal del conjunto de colector de la Figura 1 tomada a lo largo de la línea 2-2;

La Figura 2 A es una vista en corte transversal de una construcción de conjunto de colector, alternativa a la mostrada en la Figura 2;

La Figura 3 es una vista lateral del conjunto de colector de la Figura 1;

La Figura 4 es una vista desde arriba de un conjunto ordenado de secciones conductoras de cobre estampadas a partir de una pieza de partida de cobre cuadrada para formar un colector del tipo de cara plana de acuerdo con el presente invento;

La Figura 5 es una vista lateral de la pieza troquelada de partida de cobre de la Figura 4;

La Figura 6 es una vista desde arriba de un anillo de compuesto de carbono sobremoldeado sobre la pieza troquelada de partida de cobre de la Figura 5 de acuerdo con el presente invento;

La Figura 7 es una vista lateral en corte transversal de la pieza troquelada de partida sobremoldeada de carbono de la Figura 6, tomada a lo largo de la línea 7-7 de la Figura 6;

La Figura 8 es una vista desde debajo de la pieza troquelada de partida sobremoldeada de carbono de la Figura 6;

La Figura 9 es una vista en perspectiva en corte transversal parcial, parcialmente recortada, de un molde de concha de almeja colocado alrededor de un inducido ensamblado a un conjunto de colector construido de acuerdo con el presente invento;

La Figura 10 es una vista en perspectiva de una sección conductora alternativa construida de acuerdo con el presente invento;

La Figura 11 es una vista desde arriba de una espiga de sección de conductor alternativa construida de acuerdo con el presente invento;

La Figura 12 es una vista en perspectiva de un colector del tipo cilindro construido de acuerdo con el invento;

La Figura 13 es una vista de frente en corte transversal del colector de la Figura 12, tomada a lo largo de la línea 13-13 de la Figura 12;

La Figura 14 es una vista desde arriba en corte transversal del colector de la Figura 12 tomada a lo largo de la línea 14-14 de la Figura 13;

La Figura 15 es una vista fragmentaria a escala ampliada de capas metálicas chapeadas sobre una superficie de extremo inferior de un segmento de carbono del colector del tipo cilindro de la Figura 12 o del colector del tipo de cara plana de la Figura 30;

La Figura 16 es una vista desde arriba de una parte de sustrato del colector de la Figura 12;

La Figura 17 es una vista de frente en corte transversal del sustrato de la Figura 16;

La Figura 18 es una vista de frente en corte transversal de una parte de cilindro de carbono del colector de la Figura 12, unida a la parte de sustrato del colector de la Figura 12;

La Figura 19 es una vista desde arriba del cilindro y del sustrato de la Figura 18;

La Figura 20 es una vista desde arriba de una realización alternativa del cilindro y del sustrato de la Figura 18;

La Figura 21 es una vista desde arriba de un conjunto alternativo de colector de carbono del tipo cilindro construido de acuerdo con el presente invento;

La Figura 22 es una vista de frente del conjunto alternativo de colector de carbono del tipo cilindro de la Figura 21;

La Figura 23 es una vista en corte transversal del conjunto de colector de la Figura 21, tomada a lo largo de la línea 23-23;

La Figura 24 es una vista desde arriba de un conjunto ordenado de secciones conductoras de cobre troqueladas a partir de una pieza de partida de cobre cuadrada para formar un colector del tipo cilindro de acuerdo con el presente invento;

La Figura 25 es una vista desde arriba de un anillo de compuesto de carbono sobremoldeado sobre la pieza de partida de cobre de la Figura 24 de acuerdo con el presente invento;

La Figura 26 es una vista lateral en corte transversal de la pieza troquelada de partida de carbono sobremoldeada de la Figura 25, tomada a lo largo de la línea 26-26 de la Figura 25;

La Figura 27 es una vista desde arriba de la pieza troquelada de partida de carbono sobremoldeada de la Figura 25, sobremoldeada con un cubo de material aislante eléctrico;

La Figura 28 es una vista lateral en corte transversal de la pieza troquelada de partida sobremoldeada de carbono, sobremoldeada con material aislante, de la Figura 27, tomada a lo largo de la línea 28-28 de la Figura 27;

La Figura 29 es una vista desde arriba de un conjunto alternativo de colector de carbono del tipo de cara plana, construido de acuerdo con el presente invento;

La Figura 30 es una vista en corte transversal del conjunto de colector de la Figura 29, tomada a lo largo de la línea 30-30 de la Figura 29; y

La Figura 31 es una vista a escala ampliada de una unión soldada entre una capa metalizada de carbono y un sustrato de cobre mostrados en la Figura 13 y en la Figura 30.

Descripción detallada de la realización preferida

En las Figuras 1 a 3 y en la Figura 9 se muestra generalmente con el número 12 un conjunto de colector sobremoldeado de segmentos de carbono del tipo de cara plana para un motor eléctrico. En las Figuras 21 a 23 se muestra en 12c una realización del tipo cilindro de un conjunto de colector sobremoldeado de segmentos de carbono. A no ser que se indique lo contrario, las partes de la descripción siguiente de las características del conjunto de colector el tipo de cara plana mostrado en las Figuras 1 a 8 se aplican igualmente a las características de numeración análoga de la realización del tipo cilindro mostradas en las figuras 21 a 28. Las características de la realización del tipo cilindro mostradas en las figuras 21 a 28 llevan el sufijo "c" cuando se correspondan con las características del colector del tipo de cara plana mostrado en las Figuras 1 a 8.

El conjunto 12 de colector del tipo de cara plana comprende un conjunto ordenado anular de ocho secciones conductoras espaciadas circunferencialmente, indicadas generalmente en 14 en las Figuras 1 a 11. Cada sección conductora 14 es una pieza de cobre delgada, plana, aproximadamente triangular. Las secciones conductoras 14 están dispuestas alrededor de un eje 16 de rotación de colector como se muestra en las Figuras 1 a 9. Cada sección conductora 14 tiene la misma configuración general de sector que todas las demás secciones conductoras 14. En otras palabras, y como se muestra mejor en la Figura 4, cada sección conductora 14 tiene la forma de un trozo de tarta cortado de una tarta circular en cortes radiales.

Como se ha indicado en general en las Figuras 1, 2, 8 y 9, el conjunto 12 de colector comprende también un conjunto ordenado anular de ocho segmentos 18 de carbono espaciados circunferencialmente. Cada segmento 18 de carbono tiene la misma configuración general de sector que todos los demás segmentos de carbono. Los segmentos 18 se han formado inicialmente como un solo disco anular de carbono como se muestra en 20 en la Figura 6. El disco 20 de carbono se fabrica de un compuesto de carbono conductor, moldeable, unido con resina y eléctricamente conductor antes de cortarlo en ocho segmentos iguales 18. El disco 20 de carbono, o "sobremolde", se sobremoldea sobre el conjunto ordenado de secciones conductoras 14 de tal manera que, cuando se corta el disco, cada segmento 18 de carbono se deja formado sobre una superficie superior de una sección correspondiente de las secciones conductoras 14. El conjunto ordenado anular de segmentos 18 de carbono tiene una superficie superior 22 circular y segmentada que sirve como la superficie segmentada de conmutación del colector.

Un cubo aislante sobremoldeado, indicado generalmente en 24 en las Figuras 1 a 3, está dispuesto circunferencialmente alrededor de, debajo de y entre los segmentos 18 de carbono y las secciones conductoras 14. Cuando se ha endurecido, el cubo aislante 24 enclava mecánicamente a los segmentos 18 de carbono. El cubo aislante 24 tiene una forma generalmente cilíndrica, con un orificio cilíndrico 26 de eje de inducido dispuesto coaxialmente a lo largo del eje 16 de rotación del colector. Como se muestra en la Figura 9, el orificio cilíndrico 26 de eje de inducido está conformado para recibir un eje 28 de inducido.

Cada sección conductora 14 tiene dos salientes integrales de conductor girados hacia arriba, mostrados en 30 en las Figuras 4 y 5. Los salientes 30 de conductor se extienden desde bordes diagonales enfrente de una superficie superior 32 de la sección conductora 14. Cuando el compuesto de carbono se sobremoldea sobre el conjunto ordenado de secciones conductoras 14, los salientes vueltos hacia arriba 30 se empotran en la masa sobremoldeada 20. Después que el disco 20 de carbono se ha cortado en los segmentos 18, cada uno de los salientes vueltos hacia arriba 30 de cada sección conductora 14 permanece empotrado en un segmento correspondiente de los segmentos 18 de carbono sobremoldeados. Debido a su forma y a su situación dentro de los segmentos 18 de carbono, los salientes empotrados 30 disminuyen la resistencia eléctrica mediante el aumento de contacto superficial entre cada sección conductora 14 y su correspondiente segmento 18 de carbono. Esto se describe más adelante con detalle.

Cada sección conductora 14 del conjunto ordenado de secciones conductoras 14 incluye un orificio circular de sección conductora, mostrado en 34 en las Figuras 2 y 4. Un orificio 34 de sección conductora está dispuesto aproximadamente a medio camino entre un vértice interior 36 y un margen semicircunferencial exterior 38 de cada sección conductora 14. Como se muestra en las Figuras 4 y 6 a 8, en el vértice interior 36 de cada sección conductora 14 hay una lengüeta rectangular 40 de vértice. Como se ve mejor en las Figuras 1 a 3, una espiga 42 se extiende integral y radialmente hacia fuera del margen semicircunferencial exterior 38 de cada sección conductora 14.

Como se muestra en las Figuras 4 y 5, los salientes 30 de conductor son unas partes dobladas hacia arriba que se extienden integralmente hacia arriba desde las secciones conductoras 14. Cada sección conductora 14 incluye dos de dichos salientes 30 doblados hacia arriba. Cada saliente doblado hacia arriba 30 es alargado y rectangular y está doblado hacia arriba (es decir, doblado axialmente hacia fuera) desde su respectiva sección conductora 14 a lo largo de un margen inferior alargado.

Cada sección conductora 14 está empotrada entre el cubo aislante 24 y uno de los segmentos sobremoldeados 18 de carbono. La espiga 42 de cada sección conductora 14 sobresale radialmente hacia fuera del cubo aislante 42.

Como se ve mejor en las Figuras 1 y 8, cada segmento 18 de carbono tiene la forma general de un trozo de tarta circular cortada radialmente, es decir, la misma forma general que cada sección conductora 14. Sin embargo, cada segmento 18 de carbono es más largo, más ancho y más grueso que cada sección conductora 14. Cada segmento 18 de carbono tiene una pared interior 44 de vértice y una pared periférica semicircunferencial exterior 46. Tanto la pared interior 44 de vértice como la pared circunferencial exterior 46 de cada segmento 18 de carbono tienen unos perfiles escalonados que definen un auto-retén interior 48 y un auto-retén exterior 50, respectivamente.

Los segmentos 18 de carbono se fabrican de un compuesto moldeado por inyección y endurecido de polvo de grafito y material portador, con el polvo de grafito constituyendo el 50-80% del peso total del compuesto. El material portador es preferiblemente una resina de sulfuro de polifenileno (PPS). Aunque este compuesto es adecuado para llevar a la práctica el invento, son también adecuados otros compuestos de carbono conocidos en la técnica anterior para usar en el presente invento, dependiendo de la aplicación en la que se use el inducido.

En otras realizaciones, se pueden empotrar partículas metálicas en el compuesto de polvo de carbono y material portador para reducir la resistencia eléctrica entre cada sección conductora y su correspondiente segmento de carbono mediante la mejora de la conductividad de la superficie del segmento de carbono. El contenido metálico total del compuesto en dichas realizaciones sería menor del 25%. Las partículas metálicas podrían tener una o más de un número de configuraciones diferentes, para incluir copos de polvo. Las partículas metálicas se fabricarían preferiblemente de plata o de cobre.

Unos intersticios radiales, indicados generalmente en 52 en las Figuras 1, 2, 3, 7 y 8, separan los segmentos 18 de carbono. Cada uno de los intersticios 52 tiene una parte interior 54 de acanaladura y una parte exterior 56 de ranura. Las partes interiores 54 de acanaladura se forman durante el sobremoldeo de carbono. Las partes exteriores 56 de ranura se forman por mecanizado de la superficie 22 de conmutación.

El cubo aislante 22 tiene unas superficies planas superior e inferior dispuestas junto a los bordes superior e inferior de la pared lateral circunferencial. La pared lateral circunferencial del cubo está dispuesta perpendicularmente a las superficies superior e inferior del cubo 24. Como se ve mejor en la Figura 2, el orificio 26 de eje de inducido incluye unas secciones troncocónicas superior 58 e inferior 60 que se estrechan progresivamente hacia dentro desde unos diámetros exteriores mayores superior e inferior hasta un diámetro interior menor. Una parte interior 62 del orificio 26 de eje de inducido tiene un diámetro constante, es decir, el diámetro interior menor, a lo largo de su longitud axial.

En la Figura 2 A se ha indicado generalmente con 12 a una construcción alternativa de conjunto de colector de segmentos de carbono. Los números de referencia que llevan un sufijo "a" en la Figura 2 A indican configuraciones alternativas de elementos que aparecen también en la realización de la Figura 2. Cuando una parte de esta descripción usa un número de referencia para referirse a la Figura 2, se pretende que esa parte de la descripción se aplique igualmente a los elementos designados por los números que tengan un sufijo "a" en la Figura 2 A. Como se muestra en la Figura 2 A, cada segmento 18 a de carbono encierra una de las secciones conductoras 14 a. Esta disposición maximiza al mismo tiempo la resistencia mecánica y el área de contacto eléctrico entre cada segmento 18 a de carbono y su correspondiente sección conductora 14 a.

Las partes interiores 54 de acanaladura de los intersticios 52 se rellenan con el material aislante del cubo 24. El material aislante del cubo está dispuesto también alrededor de la circunferencia del conjunto ordenado de segmentos 18 de carbono y envuelve al auto-retén exterior 50 de cada segmento 18 de carbono. El material aislante del cubo que forma el orificio 26 de eje de inducido envuelve también al auto-retén interior 48 de cada segmento 18 de carbono.

Como se ve mejor en la Figura 3, el cubo aislante 24 incluye una pista circunferencial 64 que se extiende completamente alrededor de una pared lateral circunferencial del cubo aislante 24. La pista 64 tiene una anchura axial que se extiende desde las espigas sobresalientes 42 de sección conductora hasta las ranuras exteriores no rellenas 56 de los intersticios 52. Como se muestra en la Figura 9, la pista circunferencial 64 proporciona una superficie circunferencial de obturación para conjugarse con una superficie correspondiente 65 de un molde 67 del tipo de concha de almeja. El molde 67 del tipo de concha de almeja se usa en un procedimiento de sobremoldeo de aislamiento final que se explica más adelante con detalle.

El material aislante del cubo está constituido por un material fenólico relleno de vidrio vendido por Rogers Corporation, de Manchester, Connecticut, con el nombre comercial de "Rogers 660". Otros materiales que serían adecuados para su uso en lugar del Rogers 660 incluyen termoplásticos industriales de alta calidad, es decir, termoplásticos que presentan un alto grado de estabilidad cuando se someten a cambios de temperatura.

En otras realizaciones, los conjuntos ordenados anulares de secciones conductoras 14 y segmentos 18 de carbono podrían incluir más o menos de ocho secciones, respectivamente. Asimismo, el material portador del compuesto de carbono podría comprender una resina fenólica con hasta un 80% de carga de grafito de carbono, una resina termoendurecida o una resina termoplástica distinta de la PPS, tal como un polímero de líquido-cristal (en adelante LCP). Tanto la resina PPS como las resinas tipo fenol soportan la exposición a largo plazo a combustibles y alcoholes. Otras realizaciones podrían emplear también un conjunto 12 de colector de tipo cilíndrico o "de tambor" en lugar del colector del tipo de cara plana mostrado en las figuras.

En otras realizaciones, los salientes 30 de sección conductora pueden tener una cualquiera o más de un gran número de configuraciones posibles diseñadas para aumentar el contacto entre el carbono y la superficie de cobre. Por ejemplo, en lugar de comprender partes individuales dobladas hacia arriba de las secciones conductoras según se ha mostrado en 14 en las figuras 4 y 5, los salientes podrían estar constituidos por elementos separados, engarzados en posición bajo un dedo doblado que se extiende desde las secciones conductoras 14' como se muestra en la Figura 10. Como también se muestra en la Figura 10, los elementos separados 30' pueden tomar la forma de una pluralidad de cordones metálicos estrechos y alargados. En la Figura 10, se ha mostrado un haz de hilos con aspecto de brocha engarzada a una sección conductora 14' mediante el doblez de un dedo metálico 66 separándolo de la sección conductora 14', y engarzando el dedo 66 sobre los hilos.

Como se muestra en la Figura 11, otras realizaciones pueden incluir unas espigas 42'' formadas con unas terminaciones 68 que incluyen cada una un par de ranuras para recibir hilos eléctricos aislados, es decir, terminaciones del tipo "desplazamiento de aislamiento". Cuando se fuerza a un hilo aislado a introducirse lateralmente en una de estas ranuras, los bordes metálicos que definen los lados de la ranura cortan, atraviesan y obligan a separase al aislamiento del hilo, para exponer y hacer contacto eléctrico con el hilo.

En las realizaciones que usan terminaciones 68 de espiga del tipo de desplazamiento de aislamiento, los hilos que se extiendan desde los devanados 69 del inducido podrían forzar a acoplarse a los respectivos terminales 42', ' bien durante o bien después del procedimiento de bobinado del inducido. Esto eliminaría la necesidad de soldar o de granetear por calor los hilos a las terminaciones 68 de espiga.

Como en el caso del conjunto 12 de colector del tipo de cara plana de las Figuras 1 a 10, el conjunto 12c de colector sobremoldeado de segmentos de carbono del tipo cilindro mostrado en las Figuras 21 a 23 incluye un conjunto ordenado anular de doce secciones conductoras 14c espaciadas circunferencialmente y dispuestas alrededor de un eje de rotación, y un conjunto ordenado anular de doce segmentos 18c de carbono espaciados circunferencialmente. Sin embargo, a diferencia de del conjunto 12 de colector del tipo de cara plana, el conjunto ordenado anular de segmentos 18c de carbono del conjunto 12c de colector del tipo cilindro define una superficie 22c de conmutación segmentada exterior de material compuesto, circunferencial o cilíndrica, en lugar de una superficie de conmutación plana y circular.

Cada segmento 18c de carbono está sobremoldeado en unas superficies superior e inferior 32c, 33 de una sección correspondiente de las secciones conductoras 14c formando un conjunto ordenado anular de sectores 168 de colector como se muestra en las Figuras 22 a 26. Cada sección conductora 14c está empotrada en uno de los segmentos 18c de carbono e incluye una espiga conductora 42c que se extiende radialmente hacia fuera de ese segmento de carbono. Como se ve mejor en las Figuras 22 y 23, cada espiga conductora 42c está doblada noventa grados axialmente hacia abajo en el punto donde sobresale de su respectivo segmento 18c de carbono, y luego se dobla diagonalmente hacia arriba y hacia fuera.

Como se muestra en la Figura 26, el conjunto ordenado anular de sectores 168 de colector incluye una superficie de extremo superior axial 170, una superficie de extremo axial 172 de base y una superficie circunferencial interior 76c. Un cubo aislante sobremoldeado 24c está dispuesto en las superficies de extremo superior axial, de extremo axial de base y circunferencial interior 170, y 76c del conjunto ordenado anular de sectores 168 de colector para enclavar mecánicamente a los sectores 168 de colector. Como se ve mejor en las Figuras 23 y 28, el cubo aislante 24c tiene generalmente forma de carrete e incluye una parte superior anular 174 de forma de disco, una parte inferior anular 176 de forma de disco y una parte 178 de eje que une las dos partes de forma de disco 174 y 176 y ocupa un espacio cilíndrico definido por la superficie circunferencial interior 76c de los sectores 168 de colector. Un orificio central axial 26c de eje de inducido pasa a través de la parte 178 de eje del cubo aislante 24c y está dispuesto concéntricamente dentro de la superficie circunferencial interior 76c de los sectores 168 de colector.

Como se muestra en las Figuras 23, 25, 26 y 28, una acanaladura 180 de retención, coaxial y generalmente circular, está practicada en la superficie 170 de extremo superior del conjunto ordenado anular de sectores colectores 168 enfrente de la superficie 172 de extremo de base. Un saliente de forma de anillo se extiende axial y concéntricamente hacia abajo desde la parte superior 174 de forma de disco del cubo aislante, y ocupa la acanaladura 180 de retención.

En la práctica, los conjuntos de colector de carbono 12 y 12c del tipo de cara plana y de cilindro descritos anteriormente se construyen cada uno formando primero el conjunto ordenado anular de secciones conductoras 14, 14c. Esto se hace troquelando el conjunto ordenado anular a partir de una sola pieza de partida de cobre 70, 70c como se muestra en las Figuras 4 y 5 para uso en el conjunto 12 de colector del tipo de cara plana y en las Figuras 24, 25 y 27 para uso en el conjunto 12c de colector del tipo cilindro. En cada caso, el procedimiento de troquelado deja a cada sección conductora 14, 14c unida por una tira metálica 72, 72c que se extiende radialmente hasta una periferia exterior no troquelada 74, 74c de la pieza de partida de cobre 70, 70c. Las tiras delgadas 72, 72c de cobre permiten que la periferia exterior 74, 74c actúe como un anillo de soporte que mantiene en posición a las secciones conductoras 14, 14c, después del troquelado, para las etapas subsiguientes del procedimiento de construcción del colector.

Luego se forma el sobremolde 20, 20c de carbono, como se muestra en las Figuras 6 y 8 para el conjunto 12 de colector del tipo de cara plana y en las Figuras 25, 26 y 28 para el colector 12c del tipo cilindro, mediante el moldeo del compuesto de carbono sobre una superficie superior 32, 32c del conjunto ordenado anular 14, 14c de secciones conductoras. El compuesto de carbono se sobremoldea de tal manera que cubra por completo y enclave mecánicamente a las secciones conductoras 14, 14c. En la construcción del conjunto 12c de colector del tipo cilindro, el compuesto de carbono se moldea también a una superficie inferior 33 del conjunto ordenado de secciones conductoras 14c. Esta operación empotra de un modo eficaz las secciones conductoras 14c en el sobremolde 20c de carbono.

En el procedimiento de sobremoldeo de carbono, el compuesto de carbono fluye a cada orificio 34, 34c de sección conductora y sobre cada borde periférico de cada sección conductora. Sin embargo, en la construcción del conjunto de colector del tipo de cara plana, y como se ve mejor en las Figuras 4, 6 y 8, la lengüeta 40 de vértice de cada sección conductora 14 se deja descubierta por el sobremolde 20 de carbono. Las lengüetas 40 de vértice se extienden radialmente hacia dentro en el orificio 26 de inducido.

En la construcción del conjunto 12 de colector del tipo de cara plana, el compuesto de carbono envuelve también a los salientes integrales conductores vueltos hacia arriba 30. Esto permite que los salientes 30 se extiendan a través del espesor de un revestimiento de superficie aislante que se forma de modo característico sobre las superficies exteriores de un sobremolde 20 de carbono cuando se endurece el compuesto de carbono. Mediante su extensión a través del revestimiento aislante, los salientes 30 sirven para disminuir la resistencia eléctrica del contacto, por aumentar la cantidad de contacto superficial entre el carbono y el cobre.

En el procedimiento de sobremoldeo de carbono para los conjuntos 12, 12c de colectores del tipo de cara plana y del tipo de cilindro, las partes 54, 54c de acanaladura radial de los intersticios 52, 52c se moldean en una superficie interior 76, 76c del sobremolde 20, 20c de carbono enfrente de la superficie de conmutación 22, 22c y entre las secciones conductoras 14, 14c. En el caso del conjunto 12 de colector del tipo de cara plana, la superficie interior 76 es la superficie de base plana del sobremolde 20 de carbono que está situada axialmente enfrente de la superficie plana 22 de conmutación. En el caso del conjunto 12c de colector del tipo de cilindro, la superficie interior 76c es la superficie circunferencial interior que está situada radialmente enfrente de la superficie circunferencial exterior 22c de conmutación. En cada caso, las acanaladuras 54, 54c se podrían formar, alternativamente por otros medios bien conocidos, como el mecanizado.

Como se muestra en las Figuras 1 a 3 y 27 y 28, el cubo 24, 24c se forma luego mediante una segunda operación de moldeo que cubre al sobremolde 20, 20c de carbono y al conjunto ordenado de secciones conductoras 14, 14c con el material aislante de cubo. Durante este procedimiento de sobremoldeo del cubo, el material aislante de cubo rodea a una parte del sobremolde 20, 20c de carbono y a las secciones conductoras 14, 14c. El material aislante de cubo llena también totalmente las acanaladuras radiales 54, 54c que se formaron en la superficie interior 76, 76c del sobremolde 20, 20c de carbono en el procedimiento de sobremoldeo de carbono, es decir, las partes 54, 54c de acanaladura interior de los intersticios 52, 52c. Solamente se deja descubierta la superficie 22, 22c de conmutación del sobremolde 20, 20c de carbono después que se ha completado la operación de sobremoldeo del cubo.

En el caso del conjunto 12 de colector del tipo de cara plana, el material aislante que se forma alrededor de la circunferencia del conjunto ordenado 18 de segmentos de carbono fluye también sobre el auto-retén exterior 50 de cada segmento 18 de carbono, como se muestra mejor en la Figura 2. El material aislante que se forma alrededor del orificio 26 de eje de inducido fluye sobre el auto-retén interior 48 de cada segmento 18 de carbono. Una vez que el material aislante de cubo se ha endurecido sobre los auto-retenes interior 48 y exterior 50 de cada segmento 18 de carbono, y después que se ha endurecido el material aislante debajo de los segmentos 18 de carbono y de las secciones conductoras 14, el material aislante de cubo endurecido sirve para retener mecánicamente entre sí a los segmentos 18 de carbono. Además, el material aislante de cubo endurecido retiene de forma secundaria a los segmentos 18 de carbono en sus respectivas secciones conductoras 14.

En el caso del conjunto 12c de colector del tipo cilindro, a medida que el cubo aislante 24c se está sobremoldeando, el material aislante que se forma sobre la superficie superior axial del sobremolde 20c de carbono fluye también al interior de la acanaladura circular de retención, como se ve mejor en la Figura 28. Una vez que el material aislante de cubo se ha endurecido en la acanaladura de retención y después que se ha endurecido el aislante, el material aislante de cubo endurecido sirve para retener entre sí a los segmentos 18, 118c de carbono en su conjunto ordenado anular.

En la construcción de los dos conjuntos 12, 12c de colector del tipo de cara plana y del tipo cilindro, después que el cubo 24, 24c se ha sobremoldeado sobre el sobremolde 20, 20c y el conjunto ordenado de secciones conductoras, una parte de la periferia exterior 74, 74c de la pieza de partida de cobre 70 no troquelada se recorta y separa de alrededor del cubo aislante sobremoldeado 24, 24c. Una vez que se ha cortado y separado la periferia 74, 74c, cada tira conductora 72, 72c se dobla para formar una espiga corta 42,42c de cada tira 72, 72c de conexión que se deja sobresaliendo radialmente hacia fuera de una superficie circunferencial exterior del cubo 24, 24c. De ese modo, las espigas 42, 42c están situadas y configuradas para usarlas en la conexión de cada sección conductora 14, 14c a un hilo de inducido que se extienda desde un devanado de inducido.

Como se ve mejor en las Figuras 1 a 3 y 21 y 23, el conjunto ordenado anular de segmentos 18, 18c de segmentos de carbono eléctricamente aislados se forma luego mediante el mecanizado de las ranuras radiales poco profundas 56, 56c hacia dentro de la superficie descubierta 22, 22c de conmutación del sobremolde 20, 20c de carbono hasta las acanaladuras radiales subyacentes 54, 54c. Las ranuras 56, 56c se pueden formar por técnicas de mecanizado con contacto o sin contacto, incluyendo, pero sin carácter limitativo, las que usan sierras con dientes estriados.

Como las ranuras radiales 56, 56c están en alineación de superposición directa, es decir, axial o radial, con las acanaladuras radiales 54, 54c, las ranuras radiales 56, 56c se pueden cortar completamente a través del sobremolde 20, 20c de carbono y ligeramente en el material aislante que ocupa las acanaladuras radiales 54, 54c. Esto asegura que el sobremolde 20, 20c de carbono se corte atravesándolo, y que los segmentos 18, 18c de carbono se separen por completo y se aíslen eléctricamente entre sí. Por tanto, las acanaladuras radiales 54, 54c rellenas de aislante y las ranuras radiales 56, 56c se encuentran dentro del colector y forman los intersticios 52, 52c entre los segmentos 18, 18c de carbono, según se ha descrito anteriormente.

En el caso del conjunto 12 de colector del tipo de cara plana, la parte 54 de acanaladura radial rellena de material aislante de cada intersticio 52 constituye aproximadamente la mitad de la profundidad axial de cada intersticio 52. En el caso del conjunto 12c de colector del tipo de cilindro, la parte 54c de acanaladura radial rellena de material aislante de cada intersticio 52c constituye aproximadamente las dos terceras partes de la profundidad radial de cada intersticio 52c. Por consiguiente, en cada caso, para cortar la parte restante de cada intersticio 52 se requiere solamente una ranura 56, 56c relativamente poco profunda.

Como se muestra con carácter representativo en la Figura 9 para el conjunto 12 de colector del tipo de cara plana, el conjunto terminado 12 de colector está ensamblado en un conjunto 80 de inducido. Luego se coloca el molde 67 de concha de almeja sobre el conjunto recientemente ensamblado de inducido y colector, indicado generalmente en 81 en la Figura 9. Mientras se coloca el molde 67 de concha de almeja sobre el conjunto 81 de inducido y colector, se hace que la superficie obturadora 65 del molde 67 de concha de almeja se obture alrededor de la pista circunferencial 64. Luego se inyecta material aislante en el molde 67 de concha de almeja. Una vez que se ha endurecido el material aislante, se retira el molde 67 de concha de almeja. Esta etapa de sobremoldeado final está destinada a proteger a los devanados 69 de cobre del inducido y a otros elementos propensos a la corrosión contra la reacción química con fluidos del ambiente, tales como la gasolina.

Un procedimiento de fabricación de un colector realizado de acuerdo con el presente invento no implica el mecanizado de cobre y, por tanto, no produce recortes o virutas de cobre que puedan alojarse entre los segmentos 18, 18c de carbono. Además, no se deja cobre descubierto que pueda reaccionar con fluidos del ambiente como la gasolina.

Debido a que un conjunto 12 de colector construido de acuerdo con el presente invento requiere únicamente unas ranuras 56, 56c poco profundas en sus superficies 22, 22c de conmutación para aislar eléctricamente sus segmentos 18, 18c de carbono, el conjunto terminado 12, 12c de colector tiene más resistencia mecánica y puede resistir mejor a la rotura. En el caso del conjunto 12 de colector del tipo de cara plana, como una alternativa a un conjunto de colector con más resistencia mecánica, se puede diseñar el cubo 24 del conjunto 12 de colector para que sea más corto axialmente, permitiendo que el conjunto de inducido y colector se diseñe axialmente más corto, o bien que lleve más devanados 69 de inducido. En otras palabras, los proyectistas pueden capitalizar sobre la menor longitud del cubo, bien acortando el conjunto total de inducido y colector, o bien incluyendo más devanados 69 de inducido.

Una ventaja adicional de las ranuras poco profundas 56 del conjunto 12 de colector del tipo de cara plana es que permiten hacer la pista circunferencial 64 entre las espigas 42 y las ranuras 56. Mediante la provisión de una superficie obturadora conveniente para un molde de concha de almeja, la pista circunferencial 64 elimina la necesidad de una operación más complicada, que implique tapar las ranuras 56 para impedir el rebosamiento del material de sobremoldeado al interior y a través de las ranuras 56.

En las Figuras 12 a 14 se ha indicado generalmente con el número 100 una primera realización de una construcción soldada (en lugar de sobremoldeada con carbono) de un conjunto de colector de segmentos de carbono del tipo cilindro para un motor eléctrico. En la Figura 20 se ha indicado en general con el número 100' una segunda realización del conjunto de colector soldado del estilo cilindro. Los números de referencia con la designación "prima" (') de la Figura 20 indican configuraciones alternativas de elementos que aparecen también en la primera realización. A no ser que se indique lo contrario, donde una parte de la descripción siguiente usa un número de referencia para aludir a las figuras, se pretende que esa parte de la descripción se aplique igualmente a los elementos designados con números con "prima" en la Figura 20.

La primera realización del conjunto 100 de colector de segmentos de carbono del tipo cilindro comprende un conjunto ordenado anular, generalmente circular, de doce secciones de sustrato de cobre espaciadas circunferencialmente, indicadas en general con el número 102 en las Figuras 12 a 14. Las secciones 102 de sustrato están dispuestas alrededor de un eje de rotación mostrado con el número 104 en las Figuras 13 y 14. Un conjunto ordenado anular cilíndrico de doce segmentos de carbono espaciados circunferencialmente, mostrado en 106 en las Figuras 12 y 13, está constituido por un compuesto de carbono conductor. Cada uno de los doce segmentos 106 de carbono está unido a una sección correspondiente de las doce secciones 102 de sustrato metálico para formar doce sectores 102, 106 de colector. Un conjunto ordenado circular de 12 intersticios radiales, mostrados en 108 en las Figuras 12 y 14, separa físicamente y aísla eléctricamente entre sí a los sectores compuestos 102, 106 de colector. Una superficie cilíndrica exterior de material compuesto del conjunto ordenado de segmentos anulares de carbono define una superficie de conmutación cilíndrica segmentada, mostrada en 110 en la Figura 12, para establecer contacto físico y eléctrico con una escobilla (no mostrada).

Un cubo aislante, indicado generalmente en 112 en las Figuras 12 a 14, está dispuesto dentro del conjunto ordenado anular de segmentos de carbono y enclava mecánicamente a los segmentos 106 de carbono. Como se ve mejor en las Figuras 13 y 14, los segmentos 106 de carbono están aislados eléctricamente unos de otros por los cortes radiales 108, y están interconectados mecánicamente por el cubo aislante 112.

Como se muestra en la Figura 15, unas capas 114, 116 de níquel y cobre se han chapeado sobre una superficie interior, es decir, la superficie 118 de extremo de base de cada segmento 106 de carbono, habiéndose chapeado la capa 114 de cobre sobre la capa 116 de níquel. Las secciones 102 de sustrato de cobre se han soldado a las respectivas superficies chapeadas 118 de extremo de base de los segmentos 106 de carbono, para proporcionar unas fuertes conexiones mecánicas y eléctricas entre los segmentos 106 de carbono y sus respectivas secciones 102 de sustrato.

Como se ve mejor en la Figura 14, cada sección 102 de sustrato de cobre tiene un cuerpo principal 120 plano, estrechado progresivamente y generalmente trapezoidal con un borde exterior arqueado 122. Como se muestra en las Figuras 12 a 14, un terminal 124 de forma de U se extiende radial e integralmente hacia fuera del borde exterior arqueado 122 de cada cuerpo principal 120. Una espiga, que se muestra mejor en 126 en la Figura 13, se extiende diagonalmente hacia abajo y hacia fuera del cuerpo principal 120 de cada sección 102 de sustrato de cobre. Cada espiga 126 está empotrada en el cubo 112 para aumentar la resistencia mecánica del enclavamiento mecánico entre las secciones 102 de sustrato y el cubo 112.

Según se explica con más detalle a continuación, las secciones 102 de sustrato se cortan de un solo sustrato anular 128 de cobre generalmente circular, que se ha troquelado y conformado a partir de una hoja de cobre. Cada terminal 124 de forma de U se ha conformado de manera que facilite la fijación de hilos de devanado (no mostrados) por soldadura, la aplicación de un adhesivo eléctricamente conductor y/o la envoltura física de dichos hilos de devanado alrededor de los terminales 124.

La composición de los segmentos 106 de carbono incluye uno o más materiales seleccionados del grupo constituido por electrografito isostático, grafito de carbono, y grafito extrudido de grano fino. El electrografito isostático tiene las mejores propiedades, pero también es el más caro. El grafito de carbono es el más barato de los tres.

Cada segmento 106 de carbono tiene una forma de sección transversal horizontal que generalmente es trapezoidal y que en general se adapta a la forma de cada parte 120 de cuerpo principal de las secciones 102 de sustrato de cobre. Cada uno de los segmentos 106 de carbono tiene una acanaladura de retención, mostrada en 130 en la Figura 13, formada en un extremo superior 132 de cada segmento 106 de carbono enfrente de la superficie 118 de extremo de base.

Las capas 114, 116 de níquel y cobre recubren total y uniformemente la superficie 118 de extremo de base de cada segmento 106 de carbono. Como se describe con más detalle a continuación, se usa un método selectivo de electrochapeado para chapear las capas de níquel y cobre 114, 116 sobre las superficies 118 de extremo de base de los segmentos 106 de carbono. Este método deposita iones de níquel profundamente dentro de los poros (no mostrados) en las superficies 114 de extremo de base de los segmentos 106 de carbono. Los poros de las superficies 114 de extremo de base son característicos de los compuestos de carbono usados para formar los segmentos 106 de carbono.

Una capa de soldadura, mostrada en 132 en la Figura 15, que une y - está dispuesta entre - las secciones 102 de sustrato de cobre y los segmentos 106 de carbono, contiene fundente. El fundente se mezcla en la pasta para soldar usada en el procedimiento de soldadura, para asegurar una distribución uniforme de fundente y un contacto mecánico y eléctrico perfeccionados entre los segmentos 106 de carbono y las secciones 102 de sustrato de cobre.

El cubo 112 comprende un compuesto fenólico tal como el Rogers 600, y está sobremoldeado en una forma unitaria que incluye una parte anular de eje mostrada en 134 en las Figuras 12 a 14. La parte anular de eje 134 se extiende entre una parte anular de tapa mostrada en 136 en las Figuras 12 y 13 y una parte anular de base mostrada en 138 en las Figuras 12 y 14. El eje 134, la tapa 136 y la base 138 están alineados coaxialmente y tienen una superficie circunferencial interior común que forma un tubo 140 de diámetro constante dimensionada para ajustar sobre un eje de inducido (no mostrado) en un motor eléctrico.

La parte de tapa 136 del cubo 112 se extiende radialmente hacia fuera desde la parte de eje 134 en una forma anular que cubre una mayor parte de los extremos superiores 132 de los segmentos 106 de carbono. La parte de tapa 132 del cubo 112 ocupa también las acanaladuras 130 de retención de los segmentos de carbono, enclavando juntos mecánicamente a los segmentos 106 de carbono.

Análogamente a la parte de tapa 136 del cubo 112, la base 138 de cubo se extiende radialmente hacia fuera desde la parte de eje 134 en una forma anular que casi encierra a las partes 124 de contacto de forma de U de las secciones 102 de sustrato de cobre.

En las Figuras 29 y 30 se ha indicado de forma general con el número 200 una construcción soldada de conjunto de colector de segmentos de carbono del tipo de cara plana para un motor eléctrico. El conjunto 200 de colector del tipo de cara plana comprende un conjunto ordenado anular, generalmente circular, de ocho secciones de sustrato de cobre espaciadas circunferencialmente e indicadas en general con el número 202 en las Figuras 29 y 30. Las secciones 202 de sustrato están dispuestas alrededor de un eje de rotación mostrado en 204 en las Figuras 29 y 30. Un conjunto ordenado anular cilíndrico de ocho segmentos de carbono espaciados circunferencialmente, mostrados en 206 en las Figuras 29 y 30, está formado de un compuesto adecuado de carbono conductor tal como los descritos anteriormente con referencia al conjunto 100 de colector de segmentos de carbono del tipo cilindro. Cada uno de los ocho segmentos 206 de carbono está conectado a una sección correspondiente de las ocho secciones 202 de sustrato metálico para formar ocho sectores 202, 206 de colector. Un conjunto ordenado circular de ocho intersticios radiales, mostrados en 208 en las Figuras 29 y 30, separa físicamente y aísla eléctricamente entre sí a los sectores de material compuesto 202, 206 de colector. Una superficie circular de material compuesto formada por el conjunto ordenado anular de segmentos de carbono define una superficie cilíndrica segmentada de conmutación, mostrada en 210 en las Figuras 29 y 30, para establecer contacto físico y eléctrico con una escobilla (no mostrada).

Un cubo aislante, indicado generalmente en 202 en las Figuras 29 y 30, está dispuesto debajo del conjunto ordenado anular de segmentos de carbono y enclava mecánicamente a los segmentos 206 de carbono. Los segmentos 206 de carbono están aislados eléctricamente entre sí mediante los cortes radiales 208, y están interconectados mecánicamente por el cubo aislante 212.

Como se muestra en la Figura 15, unas capas 214, 216 de níquel y cobre están chapeadas sobre una superficie interior, a saber, la superficie 218 de extremo de base de cada segmento 206 de carbono, estando chapeada la capa de cobre 214 sobre la capa de níquel 216. Las secciones 202 de sustrato de cobre están soldadas a las respectivas superficies chapeadas 218 de extremo de base de los segmentos 206 de carbono para proporcionar unas fuertes conexiones mecánica y eléctrica entre los segmentos 206 de carbono y sus respectivas secciones 202 de sustrato.

Cada sección 202 de sustrato de cobre está configurada análogamente a las secciones 102 de sustrato del conjunto 100 de colector del tipo cilindro mostrado en la Figura 14 y descrito anteriormente. Cada sección 202 de sustrato incluye una parte de cuerpo principal 220, un terminal 224 y una espiga 226.

Cada segmento 206 de carbono tiene una forma de corte transversal horizontal que es generalmente trapezoidal, y que en general se adapta a la forma de cada parte de cuerpo principal 220 de las secciones 202 de sustrato de cobre.

Las capas de níquel y cobre 214, 216 recubren total y uniformemente la superficie 218 de extremo de base de cada segmento 206 de carbono. Como se ha mencionado anteriormente con respecto al colector 100 del tipo cilindro, y como se describe a continuación con mayor detalle, se ha usado un método selectivo de electrochapeado para chapear las capas de níquel y cobre 214, 216 sobre las superficies 118 de extremo de base de los segmentos 106 de carbono.

Una capa de soldadura que contiene fundente, mostrada en 232 en la Figura 15, une - y está dispuesta entre - las secciones 102 de sustrato de cobre y los segmentos 106 de carbono. El fundente se mezcla en la pasta de soldar usada en el procedimiento de soldadura, para asegurar la distribución del fundente y mejorar el contacto mecánico y eléctrico entre los segmentos 106 de carbono y las secciones 102 de sustrato de cobre.

Como en el caso del colector 100 del tipo cilindro, el cubo 212 del conjunto 200 de colector del tipo de cara plana comprende un compuesto fenólico como el Rogers 600 y está moldeado en una forma unitaria que incluye una parte de eje anular mostrada en 234 en la Figura 230. La parte de eje anular 234 se extiende integral y axialmente hacia abajo desde una parte de base anular mostrada en 238 en la Figura 230. El eje 234 y la base 238 están alineados coaxialmente, y tienen una superficie circunferencial interior común que forma un tubo 240 de diámetro constante dimensionado para ajustar sobre un eje de inducido (no mostrado) en un motor eléctrico.

La base 238 del cubo se extiende radialmente hacia fuera desde la parte de eje 234 en una forma anular que casi encierra a las partes 124 de contacto de forma de U de las secciones 102 de sustrato de cobre.

En la práctica, un conjunto soldado 100, 200 de colector de carbono del estilo cilindro o del tipo de cara plana se pueden construir de acuerdo con el invento troquelando primero el sustrato 128, 228 de cobre anteriormente descrito a partir de una hoja de cobre como se muestra en las Figuras 16 y 17 para un conjunto 100 de colector de cilindro. Luego se mecaniza o moldea un cilindro 142, 242 de carbono a partir de un compuesto de carbono conductor como se muestra en la Figura 18 para un conjunto 100 de colector de cilindro.

En la construcción de un conjunto 100 de colector de cilindro, se moldea o mecaniza una acanaladura circular 144 de retención en un extremo exterior o superior 146 del cilindro 142 de carbono. La acanaladura es concéntrica con los diámetros interior y exterior del cilindro 142, y está practicada aproximadamente a medio camino entre ellos.

En la construcción de un conjunto 100, 200 de colector del tipo cilindro o del tipo de cara plana, se metaliza un extremo interior, a saber, un extremo 148, 248 de base del cilindro 142, 242 de carbono, mediante el electrochapeado de una capa de níquel, mostrada en 114, 214 en la Figura 15, y de una capa de cobre, mostrada en 116, 216 en la Figura 15, a la superficie 148, 248 de extremo de base del cilindro 142, 242 de carbono. Luego se suelda el sustrato metálico 128, 228 al extremo metalizado 148, 248 de base del cilindro 142, 242 de carbono.

En la construcción del colector 100 de cilindro, luego se forma el cubo 112 dentro del cilindro 142 de carbono. En la construcción del colector 200 de cara plana, el cubo 212 se puede formar a una superficie de la cara inferior del sustrato metálico 228 antes o después de soldar el sustrato 228 a la superficie metalizada 248 de extremo de base del cilindro 242 de carbono.

Para el conjunto 100 de colector de cilindro, luego se mecanizan los intersticios 108 radialmente hacia fuera a través del cilindro 142 de carbono y del sustrato metálico 128 para formar los sectores 102, 106 de colector carbono/metal eléctricamente aislados. El cubo sobremoldeado 112 mantiene físicamente juntos a los sectores 102, 106 de colector después de que se han formado los intersticios 108.

Para el conjunto de colector 100 de cara plana, los intersticios 208 se mecanizan axialmente hacia dentro a través del cilindro 242 de carbono y del sustrato metálico 228 para formar los sectores 202, 206 de colector de carbono/metal eléctricamente aislados. El cubo 212 mantiene físicamente juntos a los sectores 202, 206 de colector después que se han formado los intersticios 208.

Para los dos conjuntos 100, 200 de colector de cilindro y de cara plana, se usa un procedimiento de impresión de estarcido para aplicar soldadura, mostrado en 132, 232 en la Figura 15, a la superficie 148, 248 de extremo de base del cilindro 142, 242 de carbono. De acuerdo con este procedimiento, el cilindro 142, 242 de carbono se coloca en un accesorio de bandeja de una máquina impresora de estarcido (no mostrada). Luego se cicla la máquina impresora de estarcido para colocar un patrón de estarcir (no mostrado) sobre la superficie 148, 248 de extremo de base del cilindro 142, 242 de carbono. El patrón de estarcir estarce un orificio central definido por la forma anular de la superficie 148, 248 de extremo de base . La máquina luego esparce una capa de pasta de soldar sobre el patrón de estarcir y partes descubiertas de la superficie 148, 248 metalizada de extremo de base del cilindro de carbono con un enjugador de goma. Después, la máquina retira el patrón de estarcir y el exceso de pasta de soldar del cilindro 142, 242 de carbono. La máquina impresora de estarcido usada en este procedimiento es una De Hocurt Modelo EL-20.

Una vez que la máquina impresora de estarcido aplica la pasta de soldar, el sustrato 128, 228 se alinea concéntricamente con la superficie 148, 248 de extremo de base del cilindro 142, 242 de carbono y se coloca plano contra la superficie 148, 248 de extremo de base recubierta de soladura del cilindro 141 de carbono. Luego se coloca el conjunto 100 en un horno de reflujo (no mostrado) para asegurar que la soldadura 132, 232 ha unido adecuadamente al cilindro y a las superficies 142, 242, 128, 228 de sustrato.

Como se ha mencionado anteriormente, las capas de níquel y cobre 114, 214, 116, 216 se aplican por electrólisis. Más específicamente, se usa un procedimiento de chapeado selectivo del tipo brocha para electrochapear el níquel y el cobre sobre la superficie 118, 218 de extremo de base del cilindro de carbono. El chapeado selectivo tipo brocha incluye el uso de un dispensador electrolítico de solución iónica en la forma de una varilla sujeta con la mano con un aplicador absorbente de brocha en un extremo. Un ánodo generalmente compuesto del metal a electrochapear es retenido selectivamente dentro de una cavidad formada en la varilla. El cilindro 142, 242 de carbono se carga como un cátodo. Este procedimiento resulta en una densidad muy elevada de corriente electrolítica, que "lanza" los iones metálicos profundamente en los poros del cátodo del cilindro 142, 242 de carbono cuando el aplicador se ha saturado con la solución iónica y es arrastrado a través de la superficie 148, 248 de extremo de base del cilindro 142, 242. Esto da lugar a un excelente contacto mecánico y eléctrico. En la patente de EE.UU. Nº 5.409.593 se describe detalladamente un procedimiento adecuado de chapeado selectivo del tipo brocha. Esta patente se ha cedido a Sifco Industries, Inc.,y se ha incorporado como referencia a la presente memoria.

Un procedimiento alternativo para metalizar la superficie 148, 248 de extremo de base del cilindro 142, 242 de carbono incluye formar la zona delgada de reacción química con base de estaño en la superficie interior o superficie 148, 248 de extremo de base del cilindro 142, 242 de carbono, suministrando en primer lugar una mezcla de polvo metálico de estaño con metales particulares de transición (típicamente Cr) añadidos a típicamente alrededor de un 5% en peso en un vehículo o aglutinador orgánicos apropiados para formar una pasta de metalización que se pinta o se estampa con estarcido en la superficie 148, 248 de extremo de base. Luego se seca la pasta y se pone en combustión generalmente hasta 800-900ºC durante aproximadamente 10-15 minutos. Se incluye gas de monóxido de carbono (CO) en la atmósfera de la combustión, para facilitar una reacción de unión/humectación. La combustión de la pasta en una atmósfera de nitrógeno genera suficiente CO localmente debido a la destrucción del aglutinador por calentamiento. Este procedimiento resulta en una unión metalúrgica directa del compuesto rico en estaño a la superficie 148, 248 de extremo de base que forma la zona de reacción química basada en estaño. La superficie metalizada se puede refluir con seguridad a 232ºC (punto de fusión del estaño) sin la deshumidificación de la superficie 148, 248 de extremo de base. Mediante el reflujo de compuestos convencionales de soldadura en la capa de metalización, se puede convertir a la superficie 148, 248 de extremo de base en una capa de soldadura, mostrada en 250 en la Figura 31, que es tenazmente adherente a la superficie 148, 248 de extremo de base. La firma Oryx Technology Corporation dispone de un procedimiento adecuado de metalización con el nombre comercial de
Intragene™ que incluye las etapas anteriores.

Para formar el cubo 112 para el conjunto 100 de colector del tipo cilindro, se usa un procedimiento de moldeo por inserción para moldear un compuesto fenólico por encima, por debajo y dentro del cilindro anular 142 de carbono y del sustrato metálico 128. En el procedimiento, el compuesto fenólico fluye al interior de la acanaladura 144 de retención y la llena.

Para ambos conjuntos 100, 200 de colector del tipo de cara plana, las secciones individuales 102, 202 de sustrato de cobre se forman mediante el troquelado del sustrato anular circular 128,228 de cobre a partir de una hoja de cobre. Como se ha descrito anteriormente, cada una de las secciones 102, 202 de sustrato de cobre incluye una parte de cuerpo principal generalmente trapezoidal, mostrada en 120 en la Figura 16 para el conjunto 100 de colector de cilindro. Un terminal 124, 224 se extiende radialmente hacia fuera y una espiga 126, 226 se extiende diagonalmente hacia abajo y radialmente hacia fuera desde la parte de cuerpo principal de cada sección 102, 202 de sustrato. Los terminales 124, 224 y las espigas 126, 226 se muestran mejor en la Figura 13 para el conjunto 100 de colector del tipo cilindro, y en la Figura 30 para el conjunto 200 de colector del tipo de cara plana.

Antes de cortarlas del sustrato 128, 228, las partes 120 de cuerpo principal de sustrato de cobre se separan parcialmente entre sí mediante unas ranuras que se extienden radialmente hacia fuera en 150 de la Figura 16 para el conjunto de colector del tipo cilindro. Las ranuras 150 se extienden radialmente hacia fuera desde un diámetro interior 152 del sustrato anular 128, 228 de cobre. Las secciones 102, 202 de sustrato están unidas por lengüetas de conexión extendidas circunferencialmente, mostradas en 154 de la Figura 16, que puentean los extremos exteriores radiales de las ranuras 150 que se extienden hacia fuera.

Una vez que el sustrato anular circular 128, 228 de cobre se ha troquelado a partir de una hoja de cobre, se forman las espigas 126, 226 doblando una extremidad radialmente interior 156 de cada parte 120, 220 de cuerpo principal hacia abajo y radialmente hacia fuera de su posición original en el mismo plano con el resto de la parte 120, 220 de cuerpo principal. Además, cada terminal 124, 224 se forma por flexión a su forma de U vertical.

En la construcción del conjunto 100 de colector del tipo cilindro, los intersticios radiales mostrados en 108 en las Figuras 12 y 14 se mecanizan radialmente hacia dentro desde la superficie circunferencial exterior 110 del cilindro 142 de carbono a través de la parte de eje 134 del cubo 112. A medida que se mecanizan los intersticios radiales 108, las lengüetas 154 de conexión de sección de sustrato extendidas circunferencialmente se cortan atravesando las ranuras radiales que se extienden hacia fuera, separando y aislando eléctricamente las secciones 102 de sustrato metálico.

De acuerdo con la segunda realización del colector soldado del tipo cilindro, una parte de acanaladura interior 158 de cada intersticio radial se mecaniza o se moldea radialmente hacia fuera a una superficie circunferencial interior 160' del cilindro 142' de carbono. Como se muestra en la Figura 20, luego la superficie 148' de extremo de base del cilindro de carbono se electrochapea y recubre con pasta de soldar en la máquina impresora de estarcido. Durante la impresión de estarcido, las partes de acanaladura interior 158 son cubiertas por el patrón de estarcir que la máquina impresora de estarcido coloca sobre la superficie 148' de extremo de base metalizada del cilindro 142' de carbono antes de la aplicación de la pasta de soldar. El patrón de estarcir impide que la pasta de soldar se introduzca en las partes de acanaladura interior 158.

Una vez que el cilindro 142' de carbono se ha soldado al sustrato 128', se sobremoldea el cubo (no mostrado en la Figura 20). Durante el sobremoldeado, se deja que el compuesto fenólico fluya y llene las partes de acanaladura interior 158. Luego, las partes exteriores de ranura de los intersticios 108 se mecanizan radialmente hacia dentro desde una superficie circunferencial exterior 110' del cilindro 142' de carbono hasta las partes de acanaladura interior 158 rellenas de aislante. Las partes exteriores de ranura de los intersticios 108 se mecanizan para alinearse con
- y unirse a - las partes de acanaladura interior 158, con el fin de completar los intersticios radiales 108. Por tanto, cada intersticio radial 108 tiene una parte de acanaladura interior rellena con un compuesto fenólico aislante y una parte exterior de ranura sin rellenar.

Otras realizaciones del conjunto 100 de colector del tipo cilindro podrían incluir un número de polos distinto de doce. Análogamente, otras realizaciones del conjunto 200 de colector del tipo de cara plana podrían incluir un número de polos distinto de ocho. Además, se podrían usar metales conductores distintos del cobre y del níquel para electrochapear la superficie interior, es decir, la superficie 118 de extremo de base de los segmentos 106 de carbono. Otras realizaciones podrían emplear terminales de desplazamiento de material aislante similares al terminal 14'' mostrado en la Figura 11. En otras realizaciones, el cubo 112 podría estar constituido por un compuesto aislante adecuado que no sea un compuesto fenólico.

Es ésta una descripción del invento a título ilustrativo que usa términos descriptivos sin carácter limitativo. Obviamente, son posibles muchas modificaciones y variaciones de este invento a la luz de las enseñanzas anteriores. Dentro del alcance de las reivindicaciones, se puede llevar a la práctica el invento de formas distintas a las descritas.

Claims (43)

1. Un conjunto de colector de segmentos de carbono para un motor eléctrico, cuyo conjunto de colector comprende:

un conjunto ordenado anular de al menos dos secciones conductoras (14) espaciadas circunferencialmente y dispuestas alrededor de un eje de rotación (16);

un conjunto ordenado anular de al menos dos segmentos (18) de carbono espaciados circunferencialmente y que definen una superficie segmentada (22) de conmutación, uniéndose cada segmento (18) de carbono con una sección correspondiente de las secciones conductoras (14) para formar un conjunto ordenado anular de sectores de colector, y

un cubo aislante sobremoldeado (24) dispuesto alrededor de los sectores de colector, caracterizado porque el cubo aislante sobremoldeado (24) está dispuesto entre los segmentos (18) de carbono y enclava mecánicamente los segmentos (18) de carbono.

2. Un conjunto de colector de acuerdo con la reivindicación 1, que incluye además unos intersticios radiales (52) que separan los segmentos (18) de carbono, cada uno de cuyos intersticios (52) tiene una parte de acanaladura interior (54) rellena con el material aislante de cubo y una parte de ranura exterior (56) sin rellenar.

3. Un conjunto de colector de acuerdo con la reivindicación 2, en el que los intersticios radiales (52) que separan los sectores de colector forman un conjunto ordenado circular.

4. Un conjunto de colector de acuerdo con las reivindicaciones 2 ó 3, en el que cada sección conductora (14) incluye una parte de terminal (42) extendida hacia fuera, y en el que cada sección conductora (14) está empotrada entre el cubo aislante (24) y el segmento (18) de carbono, con la parte de terminal (42) de cada sección conductora (14) sobresaliendo hacia fuera de la superficie exterior del cubo aislante.

5. Un conjunto de colector de acuerdo con la reivindicación 4, en el que el cubo aislante (24) incluye una pista circunferencial (64) dispuesta entre las partes de terminal (42) y la parte (56) de ranura exterior sin rellenar de los intersticios (52).

6. Un conjunto de colector de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que cada sección conductora (14) incluye una espiga (40, 126) que se extiende integralmente hacia fuera en el cubo, estando la espiga empotrada en el cubo.

7. Un conjunto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que cada uno de los segmentos (18) de carbono tiene una acanaladura (48, 130) de retención practicada junto a un extremo superior de cada respectivo segmento de carbono enfrente de un extremo de base, y el cubo (24, 112) está formado en el interior de la acanaladura de retención.

8. Un conjunto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el conjunto de colector es un conjunto (12) de colector del tipo de cara plana.

9. Un conjunto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los segmentos (18) de carbono se han unido por moldeo a las secciones conductoras (14).

10. Un conjunto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que los segmentos (106) de carbono se han soldado a las secciones conductoras (102).

11. Un conjunto de colector de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado por una primera capa metálica (114) chapeada sobre una superficie (118) de extremo de base de cada segmento (106) de carbono, y cada sección conductora (102) se ha soldado a la superficie chapeada de extremo de base de un segmento respectivo (106) de carbono.

12. Un conjunto de colector de acuerdo con la reivindicación 11, en el que sobre la primera capa metálica (114) se ha chapeado una segunda capa metálica (116).

13. Un conjunto de colector de acuerdo con la reivindicación 12, en el que la primera capa metálica (114) comprende níquel, y la segunda capa metálica (116) comprende cobre.

14. Un conjunto de colector de acuerdo con las reivindicaciones 11, 12 ó 13, en el que unos poros pequeños se extienden en la superficie (118) de extremo de base de cada segmento (106) de carbono, y el material metálico de la primera capa metálica (114) se deposita dentro de los poros en la superficie (118) de extremo de base de cada segmento (106) de carbono.

15. Un conjunto de colector de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el conjunto ordenado anular de los sectores de colector tiene una superficie (146) de extremo superior axial, una superficie (148) de extremo de base axial, y una superficie circunferencial interior (160),

el conjunto ordenado anular de segmentos (106) de carbono define una superficie segmentada circunferencial exterior (110) de material compuesto del colector (100), y

el cubo aislante sobremoldeado está dispuesto en las superficies de extremo superior axial, de extremo de base y superficie circunferencial interior del conjunto ordenado anular de los sectores de colector, para enclavar mecánicamente a los sectores de colector, incluyendo el cubo aislante (112) un orificio central axial (26, 140) dispuesto concéntricamente dentro de la superficie circunferencial interior (160) de los sectores de colector.

16. Un conjunto de acuerdo con la reivindicación 15, en el que cada sección conductora (14c) está al menos parcialmente empotrada en uno respectivo de los segmentos (18c) de carbono e incluye una parte de terminal (42c) que se extiende radialmente hacia fuera del segmento (18c) de carbono.

17. Un conjunto de acuerdo con las reivindicaciones 1, 2, 15 ó 16, en el que cada sección conductora (14c) tiene al menos un saliente conductor (30) empotrado al menos en parte en un segmento correspondiente de los segmentos (18c) de carbono, para reducir la resistencia eléctrica mediante el aumento del contacto superficial entre cada sección conductora (14) y su segmento correspondiente (18) de carbono.

18. Un conjunto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 15 a 17, en el que cada uno de los segmentos de carbono tiene una acanaladura (180) de retención practicada junto a un extremo superior de cada respectivo segmento de carbono enfrente de un extremo de base; y el cubo está formado en la acanaladura de retención.

19. Un conjunto de colector de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por unas partículas metálicas empotradas en el compuesto de carbono para reducir la resistencia eléctrica entre cada sección conductora (14) y su correspondiente segmento (18) de carbono mediante la mejora de la conductividad de la superficie del segmento de carbono.

20. Un método de fabricar un conjunto de colector de carbono, que comprende las etapas de:

proveer un conjunto ordenado anular de secciones conductoras (14),

proveer un aro anular de un compuesto (20) de carbono conductor,

unir el aro al conjunto ordenado de conductor para formar una pieza de partida de colector,

sobremoldear material aislante a la pieza de partida de colector para formar un cubo aislante (24),

mecanizar unas ranuras (56) hacia dentro desde una superficie (22) de conmutación de la pieza de partida de colector, para formar un conjunto ordenado anular de segmentos (18) de carbono eléctricamente aislados,

caracterizado por formar acanaladuras (54) en una superficie del aro anular enfrente de la superficie de conmutación, y por hacer fluir material aislante del cubo (24) en las acanaladuras para llenar al menos parcialmente las acanaladuras, y

alinear las ranuras (36) con las acanaladuras (54) para crear unos intersticios (52) entre los segmentos (18) de carbono que tienen una parte rellena con material aislante y una parte de ranura sin rellenar.

21. Un método de acuerdo con la reivindicación 20, en el que las etapas de proveer el aro y unir el aro al conjunto ordenado anular incluyen sobremoldear un compuesto (20) de carbono unido con resina y eléctricamente conductor al menos a una superficie de las secciones conductoras (14).

22. Un método de acuerdo con la reivindicación 21, en el que la etapa de sobremoldear un compuesto de carbono unido con resina y eléctricamente conductor incluye la etapa de moldear el compuesto (20) de carbono sobre y debajo del conjunto ordenado anular de secciones conductoras (14).

23. Un método de acuerdo con las reivindicaciones 20 ó 21, que incluye la etapa de formar una acanaladura (130) de retención en una superficie superior axial (132) del aro (20) de carbono y en el que la etapa de sobremoldear material aislante incluye hacer fluir el material aislante sobre la superficie superior axial (132) y al interior de la acanaladura (130) de retención.

24. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 20 a 23, en el que la etapa de proveer un conjunto ordenado anular de secciones conductoras (14) incluye la etapa de troquelar el conjunto ordenado anular de secciones conductoras (14) de una sola pieza de partida (70) de cobre.

25. Un método de acuerdo con la reivindicación 24, en el que la etapa de troquelar el conjunto ordenado anular de secciones conductoras (14) incluye la etapa de dejar cada sección conductora unida por una tira metálica (72) a una periferia exterior (74) sin troquelar de la pieza de partida (70) de cobre.

26. Un método de acuerdo con la reivindicación 25, que incluye además la etapa de mecanizar las ranuras (56) lo suficientemente poco profundas para dejar una pista circunferencial (64) dispuesta en una superficie circunferencial exterior del cubo (24) entre las tiras metálicas delgadas (72) y las ranuras (56).

27. Un método de acuerdo con la reivindicación 26, que incluye además las etapas de:

colocar un molde (67) de concha de almeja sobre el conjunto (12) de colector y un inducido conectado(80);

obturar un extremo del molde (67) de concha de almeja alrededor de la pista circunferencial (64);

inyectar material aislante en el molde (67) de concha de almeja;

dejar que se endurezca el material aislante inyectado; y

retirar el molde (67) de concha de almeja.

28. Un método de acuerdo con la reivindicación 25, en el que la etapa de proveer un conjunto ordenado anular de secciones conductoras (14) incluye proveer un sustrato metálico (70) y dividir el sustrato en el conjunto ordenado anular de secciones conductoras (14).

29. Un método de acuerdo con la reivindicación 28, en el que la etapa de unir el aro (20) de carbono al conjunto ordenado anular incluye las etapas de metalizar una superficie del aro (20) de carbono mediante la unión de una primera capa (114) de material metálico a la superficie, y soldar el sustrato metálico (70) a la superficie metalizada del aro (20) de carbono.

30. Un método de acuerdo con la reivindicación 29, en el que la etapa de dividir el sustrato metálico (70) en el conjunto ordenado anular de secciones conductoras (14) tiene lugar después de que el aro (20) de carbono se ha soldado al sustrato metálico (70).

31. Un método de acuerdo con la reivindicación 29, en el que la etapa de metalizar la superficie incluye la etapa de unir una segunda capa (116) de material metálico a la primera capa (114).

32. Un método de acuerdo con la reivindicación 29, en el que la etapa de metalizar la superficie incluye la etapa de electrochapear una capa (114) de material metálico a la superficie del aro (20) de carbono.

33. Un método de acuerdo con la reivindicación 29, en el que la etapa de metalizar la superficie incluye la etapa de usar un procedimiento de electrochapeado selectivo del tipo brocha.

34. Un método de acuerdo con la reivindicación 29, en el que la etapa de metalizar la superficie incluye la etapa de proporcionar una capa de metalización basada en estaño que incluye una zona de reacción química en la superficie del aro de carbono, que consiste en:

formar una mezcla de polvo metálico de estaño con un metal de transición;

formar una pasta de metalización mediante la combinación de la mezcla de polvo metálico con un aglutinador orgánico;

aplicar la pasta de metalización sobre la superficie; y

poner en combustión la pasta a 800-900ºC en una atmósfera que incluya monóxido de carbono; y en el que la etapa de soldar incluye la etapa de convertir la capa de metalización en una capa de soldadura haciendo refluir un compuesto de soldadura en la capa de metalización.

35. Un método de acuerdo con la reivindicación 34, en el que la etapa de formar una mezcla de polvo metálico incluye la etapa de proporcionar cromo como el metal de transición.

36. Un método de acuerdo con la reivindicación 35, en el que la etapa de formar una mezcla de polvo metálico incluye proporcionar cromo suficiente para constituir aproximadamente el 5% en peso de la mezcla.

37. Un método de acuerdo con las reivindicaciones 34, 35 ó 36, en el que la etapa de aplicar la pasta de metalización incluye la etapa de estampar con estarcido la pasta sobre la superficie.

38. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 34 a 37, en el que la etapa de poner en combustión la pasta incluye la etapa de:

poner en combustión la pasta en una atmósfera de nitrógeno, y

generar monóxido de carbono mediante la destrucción del aglutinador por calentamiento.

39. Un método de acuerdo con la reivindicación 28, en el que el aro (20) de carbono es un cilindro y en el que la etapa de soldar el sustrato (70) al aro (20) de carbono incluye la etapa de usar un procedimiento de estampación con estarcido para aplicar soldadura a una superficie interior del cilindro de carbono, cuyo procedimiento de estampación con estarcido incluye las etapas de:

colocar un patrón de estarcir sobre la superficie interior del cilindro de carbono;

proveer una capa de soldadura (232) sobre el patrón de estarcir y partes descubiertas de la superficie interior del cilindro de carbono; y

retirar del cilindro de carbono el patrón de estarcir.

40. Un método de acuerdo con la reivindicación 39, en el que la etapa de proveer un cubo (112) incluye sobremoldear material aislante sobre el cilindro (106) de carbono y el sustrato metálico (102) en un procedimiento de moldeo por inserción para formar el cubo (112).

41. Un método de acuerdo con la reivindicación 28, en el que la etapa de proveer un sustrato metálico (70) incluye la etapa de troquelar un conjunto ordenado anular de secciones (14) de sustrato metálico a partir de una hoja (70) de metal, incluyendo cada sección una parte principal de cuerpo, un terminal (72) que se extiende radialmente hacia fuera desde cada parte de cuerpo, y una espiga (40) que se extiende hacia dentro desde cada parte principal de cuerpo, cuyas partes principales de cuerpo están definidas por unas ranuras que se extienden radialmente hacia dentro, y las partes principales de cuerpo están unidas por lengüetas de conexión.

42. Un método de acuerdo con la reivindicación 41, en el que la etapa de troquelar en un conjunto ordenado anular circular de secciones (14) de sustrato metálico incluye las etapas de troquelar un terminal (42) extendido hacia fuera que tiene una configuración (68) de desplazamiento de aislamiento.

43. Un método de acuerdo con la reivindicación 42, en el que la etapa de formar acanaladuras incluye la etapa de mecanizar a través de las lengüetas (72) de conexión.