ES2322356T3 - Motor de rotor de campo unico. - Google Patents

Motor de rotor de campo unico. Download PDF

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ES2322356T3
ES2322356T3 ES04711812T ES04711812T ES2322356T3 ES 2322356 T3 ES2322356 T3 ES 2322356T3 ES 04711812 T ES04711812 T ES 04711812T ES 04711812 T ES04711812 T ES 04711812T ES 2322356 T3 ES2322356 T3 ES 2322356T3
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Gary L. Durham
Harold S. Durham
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Tri Seven Res Inc
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Abstract

Un motor con rotor de campo único que comprende, en combinación, una caja (106) de estator que tiene regiones extremas separadas axialmente, un árbol (105) que se extiende rotativamente a través de las citadas regiones extremas, un rotor (107) laminado magnético montado sobre el citado árbol (105), que se extiende entre las citadas regiones extremas y que tiene lados radiales dispuestos adyacentes a las citadas regiones extremas y que tiene polos salientes separados definidos en la periferia del citado rotor (107), teniendo los citados polos de rotor una anchura periférica, un medio magnético que crea campos magnéticos en las citadas regiones extremas de la caja de estator de polaridad axial que crea una polaridad única de campo en todos los polos periféricos de rotor induciendo flujo axialmente en los lados del rotor (107) a través de un entrehierro no cambiante que se encuentra constantemente en un mínimo entre el citado medio magnético en la citada caja (106) de estator y los citados lados del rotor, un estator (108) que circunscribe el citado rotor (107) y que tiene una circunferencia interior, una pluralidad de polos de estator definidos sobre la citada circunferencia interior del estator, que tienen caras que tienen una anchura circunferencial, habiendo dos veces el número de polos de estator que polos de rotor, siendo sustancialmente igual la anchura circunferencial de los citados polos de estator a la anchura periférica de los citados polos de rotor y existiendo un pequeño entrehierro radial entre los citados polos de rotor y de estator, teniendo cada uno de los citados polos de estator una bobina (110) para crear una fuerza magnética de polo en el interior de la citada bobina (110) de estator, y un medio de circuito para cambiar alternativamente las citadas bobinas (110) de estator para cambiar alternativamente la polaridad de un polo de estator dado para que atraiga y repela alternativamente los citados polos de rotor para producir la rotación del citado rotor (107).

Description

Motor con rotor de campo único.
Campo de la invención
La invención se refiere a un motor con rotor de campo único en el que se crea un mínimo de campos de flujo alternantes en el circuito total de flujo del motor que produce el par motor. El resultado es que la creación de un campo de flujo de no inversión en una porción principal de las piezas de estator y de rotor crea menos pérdidas y produce una eficiencia mayor en la operación general del motor.
Descripción de la técnica relacionada
En la construcción y teoría de un motor eléctrico típico, se crean campos de flujo alternantes, y se utilizan distintos sistemas para descompensar estos campos de flujo de manera que se pueda producir una rotación del rotor del motor. Se crean campos de flujo de inversión en dispositivos de motores eléctricos convencionales, y debido a la necesidad de superar los campos de flujo de no trabajo, la eficiencia del motor queda afectada de manera adversa. A lo largo de los años, se han producido varios sistemas estructurales y teóricos en la técnica de los motores eléctricos para superar tales ineficiencias convencionales, pero hasta la presente, las eficiencias de los motores eléctricos no son altas, especialmente en motores de potencia pequeña, que comúnmente no alcanzan más del 50% como máximo, y los motores eléctricos conocidos son ineficientes en la conversión de la electricidad en energía mecánica.
La patente norteamericana número 4.348.605 de Török desvela una máquina de reluctancia que comprende un rotor que tiene una pluralidad de polos de rotor salientes no devanados, y un estator con un número par de grupos mutuamente iguales de polos de estator salientes distribuidos homogéneamente alrededor de la circunferencia interior de la unidad de estator, estando rodeado cada polo de estator por una bobina de trabajo respectiva. Los polos de estator que pertenecen al mismo grupo tienen la misma polaridad y también tienen la misma premagnetización.
El documento US 4.348.605 desvela las características de la reivindicación 1, excepto en lo que sigue:
los medios magnéticos crean una única polaridad de campo en todos los polos de rotor periféricos por medio de inducción de flujo axialmente en los laterales de rotor,
el motor comprende un único rotor de campo.
La Patente Europea número 1 304 790 A1 desvela un generador/motor eléctrico de imán permanente que comprende un estator, un rotor, un eje de rotación y un entrehierro entre el estator y el rotor, de manera que el flujo magnético a través del citado entrehierro esté orientado esencialmente a lo largo del citado eje de rotación. El generador/motor comprende un disco, una pluralidad de núcleos magnéticos que están fijados al citado disco, comprendiendo los núcleos bobinas devanadas alrededor de las patas de los citados núcleos.
La Patente PCT número 03/003546 A1 desvela una máquina eléctrica de imán permanente que tiene un rotor y un estator anular. El rotor tiene dos discos montados sobre un árbol de rotor común, uno en cada lado de estator que incorpora devanados de campo. Cada disco de rotor tiene dos imanes permanentes opuestos diametralmente uno respecto al otro sobre su cara adyacente al estator, y dos piezas de polo de material ferromagnético no magnetizado opuestos diametralmente uno respecto al otro sobre la misma cara del disco de rotor.
Es conocido que si se mantiene pequeña el área en el interior de un motor eléctrico donde el flujo alternante utilizado en el estator del motor, se experimentará una eficiencia incrementada, puesto que hay menos masa metálica implicada en el área del flujo alternante, y los trayectos del flujo que está siendo alternado son más cortos, y por lo tanto, se producen menos pérdidas de núcleo que en un motor en el que áreas grandes del circuito de par motor de flujo total son alternadas.
Para conseguir estos objetivos, es necesario que se utilice una configuración de motor que se desvía de manera importante con respecto a las configuraciones de par comunes y de la manera en que se establece y se manipula el flujo en las piezas de estator y de rotor con el fin de crear un campo magnético giratorio que no tenga una polaridad cambiante.
Sumario de la invención
La presente invención proporciona un motor de rotor de campo único que tiene una caja de estator con regiones extremas separadas axialmente. Un árbol se extiende rotativamente a través de las regiones extremas de la caja de estator. Un rotor ferromagnético laminado se monta sobre el árbol y se extiende entre las regiones extremas de la caja de estator y tiene lados radiales dispuestos adyacentes a las regiones extremas, habiendo polos salientes separados que están definidos en la periferia del rotor, teniendo los polos de rotor una anchura periférica. Un medio magnético crea campos magnéticos en las regiones extremas de la caja de estator de polaridad axial, creando un campo de polaridad única en todos los polos de rotor por medio de la inducción axialmente de un flujo en los lados del rotor, a través de un entrehierro no cambiante que se mantiene constantemente en un mínimo entre el medio magnético en la caja de estator y los lados del rotor. Un estator circunscribe el rotor que tiene una circunferencia interior. Una pluralidad de polos de estator definidos sobre la circunferencia interior del estator tienen caras que tienen una anchura circunferencial, en el que hay dos veces el número de polos de estator que polos de rotor. La anchura circunferencial de los polos de estator es sustancialmente igual a la anchura periférica de los polos de rotor y un pequeño entrehierro existente entre los polos de rotor y de estator. Cada uno de los polos de estator tiene una bobina para crear una fuerza magnética de polo con la bobina de estator. Un medio de circuito cambia alternativamente las bobinas de estator para cambiar alternativamente la polaridad de un polo de estator dado para atraer y repeler alternativamente los polos de rotor para producir la rotación del rotor.
El rotor de campo único de la presente invención puede hacer que la separación periférica entre los polos de rotor adyacentes sea igual. La separación circunferencial interior entre los polos de estator adyacente también puede ser igual. El medio magnético que crea campos magnéticos en las regiones extremas de la caja puede comprender imanes permanentes o puede comprender bobinas eléctricas devanadas alrededor de un núcleo de ferrita y puede ser energizado por una corriente continua, siendo inducido el flujo resultante en los lados del rotor axialmente a través de un entrehierro no cambiante que se mantiene constantemente en un mínimo entre el medio magnético en la región extrema de la caja de estator y los lados del rotor.
El medio magnético de la presente invención produce campos magnéticos en las regiones extremas de la caja a través de un entrehierro entre las regiones extremas de la caja de estator y los lados del rotor. El entrehierro siempre se encuentra en un mínimo y no se expande y también proporciona un incremento de las superficies de ferrita opuestas en ambos lados del entrehierro, en comparación con la superficie de los polos de rotor y de estator para la finalización de los circuitos de flujo en la caja de estator y en el rotor del motor. El medio magnético puede establecer circuitos de flujo en la caja de estator y en el rotor que se originan en las regiones extremas de la caja de estator e inducen un campo en el rotor cruzando axialmente el entrehierro entre las regiones extremas de estator y los lados del rotor, pero el campo entonces se orienta radialmente en las laminaciones de rotor y ejerce un par motor radialmente entre los polos de rotor y los polos de estator, y el circuito de flujo es completado axialmente utilizando la caja de estator y las regiones extremas de la caja de estator.
La presente invención también proporciona un procedimiento para producir una fuerza que produce una rotación, proporcionando un motor eléctrico que tiene un eje de rotación con un rotor conductor de flujo montado en el eje que tiene una pluralidad de polos separados circunferencialmente que tienen caras exteriores. El rotor está montado en el interior de una caja de estator conductor de flujo magnético que tiene regiones extremas situadas adyacentes al eje y una periferia interior. El rotor está situado entre las regiones extremas adyacentes. Un estator está montado en la periferia interior de la caja y tiene polos devanados con bobinas interiores, teniendo cada uno de ellos una cara interior. Las caras de los polos de rotor y del polo de estator son alineables radialmente. Un medio de circuito controla la energización de las bobinas de los polos de estator, y el medio magnético está situado adyacente a las regiones extremas de la caja de estator. El procedimiento proporciona además, la etapa de crear un flujo radial de polaridad única en el interior del citado rotor, con lo cual la energización de las bobinas de los polos de estator produce fuerzas magnéticas entre los polos de rotor y de estator para hacer girar el rotor.
Breve descripción de los dibujos
Los objetivos y operación de la invención que se han mencionado con anterioridad se apreciarán con la descripción que sigue y con los dibujos que se acompañan, en los que:
la figura 1 ilustra una configuración de flujo típica en un motor con rotor de campo único de acuerdo con la presente invención,
la figura 2 es una vista en perspectiva tomada por el plano del eje de rotación de la configuración de flujo de la figura 1,
la figura 3 es similar a la figura 1 e ilustra las piezas del motor que son parte del trayecto de flujo si se utilizan imanes,
la figura 4 es similar a la figura 3, excepto en que se muestra una bobina de corriente continua (CC) en lugar de los imanes en el estator,
la figura 5 ilustra una realización de rotor del motor de campo único de la presente invención utilizando imanes permanentes,
la figura 6 es el mismo motor que se muestra en la figura 5, excepto en que los imanes permanentes han sido reemplazados por núcleos de bobina,
la figura 7 es una vista extrema de un motor con rotor de campo único típico que utiliza los conceptos de la presente invención,
las figuras 8A - 8D ilustran el procedimiento de aplicación de par en el rotor de motor de campo único de la presente invención,
la figura 9 ilustra un devanado alternativo de las bobinas de fase en las ranuras de la porción laminada del estator,
la figura 10 es similar a la figura 9, en la que se ha realizado un segundo devanado en la dirección opuesta,
la figura 11 es una vista en despiece ordenado del motor que se ilustra en la figura 6,
la figura 12 es una vista en despiece ordenado del motor de imán permanente que se ilustra en la figura 5,
la figura 13 ilustra un circuito para utilizarse con la versión de imán de la invención,
la figura 14 desvela un circuito similar al de la figura 13 que se puede utilizar con la versión de bobina de CC de la invención, y
las figuras 15A - 15B muestran circuitos que se pueden utilizar con el motor de rotor de campo único de la invención con accionamiento de tipo bifilar.
Descripción de las realizaciones preferentes
La figura 1 ilustra esquemáticamente la configuración y los trayectos del flujo de par primario en el motor con rotor de campo único de acuerdo con la invención, con independencia de que el flujo haya sido creado por imanes permanentes o por bobinas de CC y núcleos de estator. El área ilustrada y encerrada por las líneas de puntos 101 es el área en donde se origina el flujo en los imanes o en los núcleos de bobinas de CC. El área en el recuadro 102 de líneas de puntos es el área de rotor - par del motor cuando el rotor gira, e ilustra como la polaridad opuesta del flujo que entra en el área de rotor - par de los lados opuestos hace que se difunda perpendicular al eje del motor. Las laminaciones del rotor también están orientadas perpendiculares al eje, lo cual fomenta además este efecto, y las laminaciones del rotor se convierten en el trayecto de ferrita para que el flujo se desplace a la circunferencia de rotor en donde están formados los polos de rotor. Las áreas 103 representan las áreas del estator que está laminado con polos y devanado con bobinas de fase e ilustra como el flujo utiliza esta parte del estator para pasar al interior de las piezas sólidas, es decir, no laminadas, del estator, en donde las flechas 104 ilustran el retorno del flujo a través de la pieza no laminada del estator al lado opuesto de los imanes o núcleo de bobina de CC desde el cual existía originalmente, completando de esta manera los circuitos del flujo. El árbol 105 se muestra en la figura 1 con el fin de proporcionar perspectiva al observador.
La figura 2 es una vista extrema y axial de compromiso de los circuitos de flujo ilustrados en la figura 1, e ilustra la configuración de 360º de los circuitos de flujo, incluso aunque hay flechas que muestran los trayectos de flujo solamente cada 90º por motivos de claridad. El flujo 104 y el árbol 105 están indicados con el fin de proporcionar perspectiva en relación con la figura 1.
Con referencia a la figura 3, que ilustra un motor con rotor de campo único típico de acuerdo con la presente invención, y es similar en funcionamiento a la descripción de la figura 1, y distintas piezas del motor están indicadas, los imanes permanentes 109 están orientados de manera que hay un campo Norte en ambas caras interiores hacia el rotor 107, que está laminado de manera que el flujo se desplace a su circunferencia donde están formados los polos de rotor. El flujo de los imanes 109 cruza unos entrehierros mínimos no cambiantes entre sus caras interiores y los lados del rotor 109, que está montado en el árbol 105, y entra en las laminaciones de rotor, a continuación gira perpendicular al eje del motor y se desplaza a lo largo de las laminaciones del rotor a todos los 360º de la circunferencia del rotor. A continuación se concentra en los polos de rotor cuando se extienden hasta unas milésimas de pulgada de las caras de los polos de estator de las laminaciones 108 del estator. A continuación, el flujo cruza el entrehierro entre las caras de los polos de rotor en la circunferencia exterior del rotor y las caras interiores de los polos de la pieza laminada del estator, que se indica por la parte 108, que tiene bobinas de fase 110 devanadas en todas sus ranuras. El flujo pasa a través de las laminaciones de 108 a su circunferencia exterior. La circunferencia exterior de 108 está ajustada por presión dentro de la circunferencia interior de la caja 106 de estator, que es sólido y ferromagnético no laminado, o pieza equivalente de estator y de las campanas extremas. El flujo utiliza una caja sólida 106 de estator para volver a la cara Sur de los imanes 109, completando el circuito de flujo.
La figura 4 ilustra un motor que utiliza los circuitos de la figura 3 en los que los mismos números de referencia indican las partes que se han descrito previamente. Los imanes de estator están reemplazados por bobinas de CC 111 y los núcleos de estas bobinas que se han hecho parte de la caja sólida 106 de estator.
La figura 5 muestra una realización de rotor del motor de campo único de la presente invención utilizando imanes permanentes. La caja sólida 106 de estator y las campanas extremas asociadas 114 tienen imanes 109 unidos a sus caras interiores de manera que sitúen adecuadamente las caras interiores de los imanes próximas a los lados del rotor 107 con un entrehierro mínimo. La caja sólida/campana extrema izquierda 114 del estator tiene laminaciones 108 del estator, con bobinas de fase 110 ajustadas por presión dentro del mismo, de manera que sitúen las caras de los polos de estator adecuadamente alrededor del rotor, de manera que los polos de rotor puedan girar unas pocas milésimas de pulgada desde las caras interiores de los polos de estator y entren en registro con cada otro polo de estator alternativamente. El rotor 107 está montado sobre el árbol 106 y se mantiene en su posición por medio de cojinetes 112 ajustados en las cajas de cojinete de la caja sólida/campanas extremas del estator, o 106 y 114.
La figura 6 es el mismo motor que se ilustra en la figura 5, excepto en que los imanes 109 han sido reemplazados por núcleos de bobina que se extienden desde la caja sólida/campanas extremas 120 y 121 del estator, tal como en 113 indicado por 121. Las bobinas de CC 111 son entonces devanadas en estos núcleos para crear el flujo primario de par para el motor y reemplazar los imanes permanentes 109 de la realización de la figura 5.
La figura 7 es una vista extrema seccionada del motor con rotor de campo único de acuerdo con la presente invención que ilustra las piezas del motor desde una sección diferente que la que se ha descrito previamente. El rotor 203 está ilustrado con polos salientes 204, que son en número ocho, y están dimensionados y situados de manera que puedan entrar en registro con cada otra cara de polo de los polos 202 de estator del estator laminado 241. Los polos 202 de estator son en número diez y seis y están proporcionados y separados por igual alrededor de la circunferencia interior del estator 201, habiendo diez y seis ranuras entre ellos. Las laminaciones 201 del estator se muestran presionadas dentro de estator sólido/campana extrema 205. Las caras de los polos de estator son iguales a la cara interior total de la circunferencia de estator, menos las aberturas de las ranuras. Las caras de los polos de rotor son iguales a la cara de cualquier polo de estator, y están separadas de manera que entren en registro con cada otro polo de estator, todas al mismo tiempo.
Las figuras 8A - 8D ilustran el procedimiento de par en el motor con rotor de campo único de acuerdo con la presente invención. En la figura 8A, los polos de rotor se muestran en registro con los polos con números impares de estator. Las flechas en los polos impares de estator muestran que las bobinas de fase (no mostradas) han sido energizadas de manera que los polos impares de estator están desfasados magnéticamente con respecto al flujo de par motor en los polos de rotor, que es Norte en la cara de todos los polos de rotor como se indica por las flechas, y provienen de los imanes o bobinas de CC del estator, mientras que los polos con números pares de estator están energizados de manera que se encuentran en fase magnéticamente con el flujo en los polos de rotor. Esto hará que los polos de rotor sean repelidos magnéticamente, separándose de los polos con números impares de estator y atraídos hacia los polos con los con números pares de estator. Esto hará que los polos de rotor entren en registro y en fase magnéticamente con los polos con números pares como se ilustra en la figura 8B. A continuación, como se ilustra en la figura 8C por el cambio en la orientación de las flechas en los polos de estator, todas las bobinas de fase invierten sus polaridades haciendo que los polos de estator con números pares de estator se encuentren magnéticamente desfasados con el flujo de par motor en los polos de rotor, que proviene de los imanes o de las bobinas de CC, mientras que los polos con números impares de estator están energizados de manera que se encuentren en fase magnéticamente con el flujo en los polos de rotor. Esto hará que los polos de rotor sean repelidos de los polos de estator con números pares y atraídos hacia los polos de estator con números impares. Esto hace que los polos de rotor entren en registro y en fase magnéticamente con los polos con números impares como se ilustra en la figura 8D. Esto se repite una y otra vez por los circuitos de control, produciendo de esta manera un par motor continuo en el rotor.
La figura 9 ilustra la manera alternativa de devanar las bobinas de fase en las ranuras de la parte laminada del estator. El extremo 210 de cable de devanado magnético está devanado alternativamente a través de las ranuras de los polos de estator, de manera que forme un bucle alrededor de un lado solamente de cada polo de estator de forma que realice un bucle alrededor del lado opuesto de cada otro polo de estator. El número de vueltas en las ranuras está determinado por el número de veces que el cable de devanado realiza un recorrido completo a través de todas las ranuras. Cuando se ha conseguido el número deseado de vueltas, el cable de devanado finaliza con el extremo 211. Aplicando corriente de fase única a este tipo de devanado, todos los polos 212 de estator tendrán polos alternantes Norte y Sur en sus caras en la media fase positiva e invertirán su patrón en la media fase negativa.
Devanando un segundo devanado de la misma manera, solamente que en la dirección opuesta, de manera que los devanados realicen un bucle alrededor de los lados opuestos de los polos de estator desde el primer devanado como se ilustra en la figura 10, se forma una configuración de bobinas de fase bifilar que puede ser energizada y controlada por un circuito mucho más simple, que son primariamente dos circuitos de CC energizados alternativamente, o se crean opciones de multi voltaje si las bobinas se utilizan en paralelo o en serie con un circuito de tipo de puente H más tradicional.
La figura 11 es una vista expandida del motor que se ha ilustrado originalmente en la figura 6, 120 y 121 son un estator sólido/campanas extremas que tienen núcleos de bobinas formados en sus caras interiores, como se indica por 113. Las bobinas de CC 111 estarían devanadas en estos núcleos respectivamente para crear el flujo primario de par en el motor. El rotor 107 es un rotor laminado a partir de acero dulce de motor con polos salientes separados y dispuestos de manera que puedan entrar en registro con cada otro polo de estator laminado 108 cuando gira. La pieza laminada de estator 108 está ilustrada con bobinas de fase 110 devanadas en sus polos, que puede ser un devanado de tipo tradicional con una única bobina alrededor de cada polo o con un devanado de tipo "Z" ilustrado en las figuras 9 y 10.
La figura 12 es una vista expandida de la figura 5, que es el mismo motor que las figuras 6 y 11, excepto en que los imanes 109 son utilizados para crear el flujo de par primario en el motor en lugar de las bobinas de CC. Como consecuencia, la caja sólida/campanas extremas 106 de estator y 114 están fabricadas sin los núcleos de bobina de CC que se tienen en la otra versión y en su lugar tiene los imanes 109 de estator sólido/campana extrema unidos a la cara interior de estator sólido/campana extrema en lugar del núcleo y de la bobina de CC.
En la figura 13 se ilustra un circuito en puente H estándar que se puede utilizar con el motor de la invención, que tiene un control opcional del circuito, ya sea desde los circuitos de realimentación de rotor en bucle cerrado o desde un control abierto por medio de un oscilador de frecuencia variable. Las eficiencias son ligeramente mayores con el control en bucle cerrado, pero en muchas aplicaciones, el control abierto proporciona las características de control deseadas solamente con una eficiencia ligeramente menor porcentualmente. El control en bucle cerrado también ofrece control de velocidad por medio de una circuitería de control de velocidad opcional. Este circuito en la figura 13 se debe utilizar con la versión de imanes del motor con rotor de campo único que se ha descrito más arriba.
En la figura 14, se ilustra el mismo circuito que se muestra en la figura 13 con la adición de un circuito en puente en serie con las bobinas de fase para accionar las dos bobinas de CC en las campanas extremas con la versión de estator del motor con rotor de campo único que reemplaza los imanes de estator con bobinas de CC devanadas en núcleos formados en las campanas extremas del motor como se ha descrito más arriba.
Las figuras 15A y 15B muestran una tercera y cuarta clase de circuito que puede ser utilizado para accionar el rotor del motor de campo único. Estos circuitos son circuitos bifilares. De acuerdo con esto, dos cables idénticos son devanados en las bobinas de fase al mismo tiempo. Ambos conjuntos de devanados resultantes están conectados a un controlador de CC que tiene dos circuitos de CC separados que pueden ser alternados ya sea por controles en bucle cerrado o abierto. Los dos devanados separados están conectados eléctricamente 180º en oposición uno con el otro y se utilizan alternativamente para crear una de las medias fases opuestas. De esta manera, cuando el primer circuito es energizada por el controlador, se crea un patrón Norte - Sur como se ha descrito previamente alrededor de la cara interior de los polos de estator laminado. Cuando se energiza el segundo circuito, cada polo es invertido y crea un patrón alternado. Estos son alternados por el controlador para hacer que el motor gire de la manera normal. Este circuito bifilar se utiliza en aplicaciones en las que se precisan circuitos baratos para la aplicación. Estos circuitos también pueden ofrecer un control de velocidad muy barato.
La diferencia entre las figuras 15A y 15B es que la figura 15A es para la versión de imanes del motor de rotor de campo único de la invención, y la figura 15B es para utilizarse con la versión de bobinas de CC que utiliza bobinas de CC en lugar de imanes en las campanas extremas de estator. Como se apreciará, la figura 15B incluye un circuito puente y dos bobinas de CC que no se ilustran en la figura 15A.
La parte de bobina de fase del motor con rotor de campo único puede ser devanada de tres maneras diferentes. Todos los procedimientos son simples y proporcionan en gran medida las mismas características de eficiencia, pero cada una de ellas es más adecuada para diferentes demandas de producción y requisitos de circuitos. El procedimiento más tradicional es devanar una bobina en cada polo de estator laminado, de manera que cada bobina es devanada inversamente en relación con cualquier bobina de fase en ambos lados de la misma a lo largo de la circunferencia interior del estator. Esto es un simple patrón de devanado alternando en el sentido de las agujas del reloj y en el sentido contrario a las agujas del reloj. Normalmente, las bobinas están conectadas en series eléctricas de manera que todas puedan ser excitadas conjuntamente por el circuito de control como se muestra en las figuras 13 y 14. Eso significa que cada otro polo tendrá una porción magnética Norte en su cara, y cada uno de los polos que intervienen tendrá una polaridad magnética Sur en su cara. Con un circuito de control de fase única que suministra una media fase positiva y una media fase negativa, la polaridad de los dos conjuntos de polos se alterna como se desee.
El efecto es que cada otro polo de estator se encuentre en fase o bien desfasado con el flujo primario de par que está siendo creado por los imanes de estator o por las bobinas de CC. Esto hace que los polos de rotor, que son la mitad que el número de los polos de estator, y que están separados de manera que solamente pueden entrar en registro con cada otro polo de estator en cualquier posición que permita una posición registrada de los polos de estator y de rotor, sean repelidos por el conjunto de los polos de estator debido a que están desfasados con el trayecto de circuito del flujo primario de par de los imanes de estator, o de las bobinas de CC, y que sean atraídos por cada otro conjunto de polos de estator debido a que se encuentran en fase con el flujo primario de par de la misma fuente. Simplemente alternando las bobinas de fase entre positivo y negativo con un circuito que controla primariamente la temporización de esta alteración, se crea el área de giro en fase de la cara interior de los polos de estator que siempre es el 50% de la superficie de cada de polo de estator disponible, que se corresponden a cada otra cara de polo de estator, Esto hace que el rotor "busque" constantemente estas áreas en fase que están girando continuamente y repela constantemente las áreas desfasadas en rotación que también son el 50% de la superficie disponible de polos de estator y que se corresponden al otro conjunto de cada otra cara de polo de estator.
Una de las formas alternativa de devanar las bobinas de fase es utilizar lo que se puede dominar un devanado de bobina en "Z". Se utiliza un devanado de bobina en "Z" con un número par de polos y es simplemente el paso de un cable de devanado a través de las ranuras de estator en una manera en zig - zag, yendo alrededor y alrededor del estator hasta que exista el número deseado de vueltas en cada ranura. Esto, por supuesto, significa que hay realmente solamente una bobina que es devanada hacia delante y hacia atrás entre las ranuras cuando se coloca alrededor de la circunferencia del interior del estator. Cuando esta bobina invierte su dirección en relación con cada otra ranura del estator, produce el mismo patrón de flujo alternado en las caras de los polos de estator. Puesto que el devanado de bobina en "Z" solamente pasa alrededor de un lado de cada polo, acorta efectivamente la longitud total del devanado en fase en serie total y de esta manera la resistencia total. Este tipo de devanado también es muy simple en algunos tipos de aplicaciones de producción de este motor puesto que una única bobina del número requerido de vueltas puede ser devanada con un diámetro que permite que se deslice dentro de las ranuras de estator en una manera en "Z".
El segundo procedimiento alternado de devanar las bobinas de fase es utilizar dos bobinas en "Z", devanadas en las mismas ranuras pero 180º en oposición una con la otra de manera que los bucles laterales de una de las bobinas en "Z" realice un bucle alrededor de un lado de cada otro polo de estator (alternando el lado que rodea en cada polo) mientras que la segunda bobina en "Z" se devana alrededor del lado opuesto de cada otro polo respecto al de la primera bobina en "Z". Pueden estar conectados en paralelo para un voltaje, es decir, 115 voltios, y conectados en serie para un segundo voltaje, es decir, 230 voltios. Además, con este procedimiento de bobina doble en "Z" para devanar las bobinas de fase, es fácil usar un circuito de motor de tipo bifilar en el que dos conjuntos separados de bobinas están energizados como circuitos de CC siendo uno de ellos positivo y siendo el otro negativo relativamente entre sí. Esto permite que el motor con rotor de campo único de esta invención utilice circuitos de control de motor muy económicos que son baratos en comparación con los circuitos de control de tipo de puente H, mientras que al mismo tiempo ofrecen varios procedimientos de control de velocidad simples que son variables continuamente entre la rotación más lenta y la más rápida del motor.
El procedimiento de bobina en "Z" única para devanar las bobinas de fase se muestra en la figura 9 de los dibujos adjuntos, mientras que el procedimiento de bobina en "Z" doble para devanar se muestra en la figura 10 adjunta.
Todos los tres procedimientos para devanar las bobinas de fase en el estator proporcionan en gran medida la misma eficiencia y se pueden usar de acuerdo con las necesidades de producción o de circuito.
Por medio de las ilustraciones y descripción anteriores, se podrá apreciar que se crea un patrón único de flujo y de fuerza de estator para producir un motor eléctrico rotativo. Se debe entender que los conceptos novedosos de la presente invención están definidos por el alcance de las reivindicaciones que siguen, y se debe considerar que las revisiones y mejoras que puedan ser evidentes a los expertos en la técnica se encuentran en el alcance de las reivindicaciones que siguen y en el alcance de la redacción reivindicada.

Claims (10)

1. Un motor con rotor de campo único que comprende, en combinación, una caja (106) de estator que tiene regiones extremas separadas axialmente, un árbol (105) que se extiende rotativamente a través de las citadas regiones extremas, un rotor (107) laminado magnético montado sobre el citado árbol (105), que se extiende entre las citadas regiones extremas y que tiene lados radiales dispuestos adyacentes a las citadas regiones extremas y que tiene polos salientes separados definidos en la periferia del citado rotor (107), teniendo los citados polos de rotor una anchura periférica, un medio magnético que crea campos magnéticos en las citadas regiones extremas de la caja de estator de polaridad axial que crea una polaridad única de campo en todos los polos periféricos de rotor induciendo flujo axialmente en los lados del rotor (107) a través de un entrehierro no cambiante que se encuentra constantemente en un mínimo entre el citado medio magnético en la citada caja (106) de estator y los citados lados del rotor, un estator (108) que circunscribe el citado rotor (107) y que tiene una circunferencia interior, una pluralidad de polos de estator definidos sobre la citada circunferencia interior del estator, que tienen caras que tienen una anchura circunferencial, habiendo dos veces el número de polos de estator que polos de rotor, siendo sustancialmente igual la anchura circunferencial de los citados polos de estator a la anchura periférica de los citados polos de rotor y existiendo un pequeño entrehierro radial entre los citados polos de rotor y de estator, teniendo cada uno de los citados polos de estator una bobina (110) para crear una fuerza magnética de polo en el interior de la citada bobina (110) de estator, y un medio de circuito para cambiar alternativamente las citadas bobinas (110) de estator para cambiar alternativamente la polaridad de un polo de estator dado para que atraiga y repela alternativamente los citados polos de rotor para producir la rotación del citado
rotor (107).
2. En un motor con rotor de campo único como en la reivindicación 1, en el que la separación periférica entre los polos de rotor adyacentes es igual.
3. En un motor con rotor de campo único como en la reivindicación 1, en el que la separación circunferencial interior entre los polos de estator adyacentes es igual.
4. En un motor con rotor de campo único como en la reivindicación 1, en el que la separación periférica entre los polos de rotor adyacentes es igual y la separación circunferencial interior entre los polos de estator adyacentes es igual.
5. En un motor con rotor de campo único como en la reivindicación 1, en el que el citado medio magnético que crea campos magnéticos en las citadas regiones extremas de la caja comprende imanes permanentes (109).
6. En un motor con rotor de campo único como en la reivindicación 1, en el que el citado medio magnético que crea campos magnéticos en las citadas regiones extremas de la caja comprende bobinas eléctricas (111) devanadas alrededor de un núcleo de ferrita que son energizadas por una corriente continua, siendo inducido el flujo resultante en los lados del rotor axialmente a través de un entrehierro no cambiante que se encuentra constantemente en un mínimo entre el medio magnético en la región extrema de la caja del estator y los lados del rotor.
7. En un motor con rotor de campo único como en la reivindicación 1, creando el citado medio magnético campos magnéticos en las citadas regiones extremas de la caja a través de un entrehierro entre las citadas regiones extremas de la caja del estator y los lados del rotor (107), estando siempre en un mínimo el citado entrehierro y siendo no expandible y también proporciona un incremento de las superficies de ferrita opuestas en ambos lados del entrehierro en comparación con la superficie de los polos de rotor (107) y de estator (108) para la finalización de los circuitos del flujo en la caja (106) del estator del motor y el rotor (107).
8. En un motor con rotor de campo único como en la reivindicación 1, creando el citado medio magnético campos magnéticos en las citadas regiones extremas de la caja y transfiriendo el flujo magnético a través del entrehierro mínimo constantemente entre las citadas regiones extremas de la caja y los lados del rotor para producir un rotor polarizado magnéticamente (107).
9. En un motor con rotor de campo único como en la reivindicación 1, creando el citado medio magnético campos magnéticos en las citadas regiones extremas de la caja para establecer circuitos de flujo en la citada caja (106) del estator y rotor (107) que se originan en las regiones extremas de la caja de estator e inducen un campo en el rotor (107) cruzando axialmente los entrehierros entre las regiones extremas del estator y los lados del rotor, pero entonces el campo se orienta radialmente en las laminaciones del rotor y ejerce un par motor radialmente entre los polos de rotor (107) y los polos de estator (106), siendo completado axialmente el circuito del flujo utilizando la caja (106) del estator y las regiones extremas de la caja del estator.
10. Un procedimiento para producir una fuerza de producción de rotación, comprendiendo el procedimiento las siguientes etapas;
proporcionar un motor eléctrico que tiene un eje de rotación, un rotor (107) conductor de flujo montado sobre el citado eje, que tiene una pluralidad de polos separados circunstancialmente que tienen caras exteriores, estando montado el citado rotor (107) en el interior de una caja (106) de estator conductora de flujo magnético que tiene regiones extremas radiales situadas adyacentes al citado eje y una periferia interior, estando situado el citado rotor (107) entre las citadas regiones extremas adyacentes, un estator (108) montado en la citada periferia interior de la caja que tiene polos devanados de bobina interiores separados, teniendo cada uno de ellos una cara interior, siendo alineables radialmente los citados polos de rotor y los citados polos de estator, un medio de circuito para controlar la energización de las citadas bobinas de los citados polos de estator, y un medio magnético situado adyacente a las citadas regiones extremas de la caja del estator; y
crear un flujo radial de polaridad única en el interior del citado rotor (107) con lo cual la energización de las citadas bobinas de los polos de estator por el citado circuito produce fuerzas magnéticas entre el citado rotor (107) y los citados polos de estator para hacer girar el citado rotor (107).
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