MAQUINA ELÉCTRICA CON BOBINAS PARCIALES SIMÉTRICAS
CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a una maquina eléctrica con un devanado eléctrico de dos polos de acuerdo con la idea general de la reivindicación independiente 1. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Por el documento US Re 27,893 se conoce un devanado rotórico de armadura en una máquina eléctrica, en la cual están colocadas dos bobinas de forma aproximadamente paralela sobre un paquete de laminillas de armadura. Un arreglo de ese tipo de ambas bobinas se da gracias a una maquina devanadora, que puede devanador simultáneamente dos bobinas por medio de dos aletas. En estas bobinas casi paralelas sin embargo fluyen corrientes independientes entre sí, de tal forma que con la corriente en las bobinas durante el funcionamiento se producen componentes de fuerza radiales en la armadura, que producen ruidos molestos en el motor. SUMARIO DE LA INVENCIÓN La máquina eléctrica de 2 polos de acuerdo con la invención asi como su procedimiento de producción con las características de las reivindicaciones independientes tienen la ventaja de que por medio de la conmutación simultánea de ambas
bobinas parciales colocadas simétricamente, se compensan los componentes de fuerza radiales de ambas bobinas parciales durante el flujo de corriente. Por medio de un arreglo simétrico de ese tipo ambas bobinas parciales en relación al e e de giro por medio del flujo de corriente simultáneo a través de las bobinas parciales puede obtenerse un funcionamiento más silencioso del motor ya que se reducen claramente los ruidos del motor. Por medio de las medidas presentadas en las reivindicaciones dependientes se obtienen modalidades y mejoras ventajosas de las características dadas en las reivindicación 1. Los componentes radiales de fuerza perturbadores pueden compensarse de manera especialmente sencilla al colocar ambas bobinas parciales geométricamente de forma aproximadamente paralela, a la misma distancia al e e de giro y cunado estas presentan el mismo número de espiras. Si ambas bobinas parciales se devanan entre sí en sentidos contrarios sobre el paquete de la armadura, los componentes radiales de fuerza de las bobinas parciales durante el flujo de corriente están dirigidas exactamente contrarias al e e de la armadura. Con esto pueden compensarse de forma óptima las fuerzas radiales.
En una forma de realización preferida ambas bobinas parciales están conectadas eléctricamente en serie, de tal forma que pueden ser arrolladas secuencialmente con un alambre . Aquí las bobinas parciales conectadas secuencialmente en serie presentan dos extremos que pueden conectarse directamente con una de las laminillas del colector. En una realización alternatxva ambas bobinas parciales están conectadas eléctricamente en paralelo con lo cual ambas bobinas pueden arrollarse por ejemplo simultáneamente. En el caso de bobinas parciales conectadas en paralelo ambos extremos de la primera bobina parcial y los dos extremos de la segunda bobina parcial están conectadas eléctricamente con las mismas dos laminillas, de tal forma que las bobinas parciales pueden conmutarse simultáneamente. El arreglo simétrico de ambas bobinas parciales entre sí se optimiza en el paquete de la armadura de tal forma que en el caso del mismo flujo de energía puede compensarse lo mejor posible las fuerzas que actúan radialmente a través de ambas bobinas parciales. De acuerdo con la invención el colector
presenta un número par de laminillas por ejemplo 8 o 10 laminillas, las dos escobillas colocadas sobre las laminillas a aproximadamente 180° de separación entre sí. Así cada vez está un par de bobinas parciales conectadas con un par de laminillas. Para garantizar un flujo de energía lo más uniforme posible durante la conmutación, las escobillas están conformadas de tal forma que durante el giro del conmutador cubren siempre dos laminillas adyacentes, para tenerlas cortocircuitarlas . Con lo cual se reduce claramente el fuego en las escobillas. Es ventajoso que las bobinas parciales se construyan en forma de un devanado doble con dos hilos de bobinas aproximadamente paralelos con una sección transversal reducida. Con esto puede obtenerse un mayor factor de carga de las ranuras y con esto un aumento en la potencia del motor eléctrico, sin que se eleve el tiempo de fabricación. Por medio del procedimiento de producción de acuerdo con la invención de una máquina eléctrica de 2 polos con bobinas parciales colocadas simétricas entre sí de una manera sencilla puede producirse un motor de impulsión eléctrico ba o en ruido, como por ejemplo el que se utiliza para aplicaciones de regulación en vehículos. Aquí en comparación con el
procedimiento de devanado común no se requiere ningún gasto adicional digno de ser nombrado, de tal forma que de esa manera puede obtenerse sin gastos adicionales un aumento claro en la calidad de la máquina eléctrica a través de la reducción del ruido que produce . BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS En los dibujos se representan diferentes ejemplos de realización de una maquina eléctrica de acuerdo con la invención y en la descripción que sigue a los dibujos se describen más detalladamente esos ejemplos de realización. La figura 1 muestra una sección transversal esquemática a través de una máquina eléctrica, La figura 2 muestra una representación esquemática de un ramal de corriente en las bobinas,
La figura 3 muestra una sección transversal a través del devanado de la armadura de acuerdo con el estado de la técnica, La figura 4 muestra una vista esquemática en sección transversal de la armadura con bobinas parciales conectadas en serie, La figura 5 muestra una vista esquemática en sección transversal de la armadura con bobinas parciales conectadas en paralelo,
La figura 6 muestra una sección transversal de acuerdo con la invención a través del devanado de la armadura, Las figuras 7 a 11 muestran diferentes esquemas de devanado para un conmutador con 10 laminillas, La figura 12 muestra una sección transversal esquemática para mostrar el giro del conmutador, y Las figuras 13 y 14 muestran esquemas de devanado para un conmutador con 8 laminillas. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN En la figura 1 se muestra esquemáticamente una sección transversal a través de una máquina eléctrica 10, que en el ejemplo de realización está conformado como un motor de comente directa de dos polos 12. En un alojamiento 14 está colocado un estator 16 con dos imanes permanentes 18 que colabora con un rotor 20, el cual esta colocado de manera giratoria en el alojamiento 14. El rotor 20 presenta un eje de rotor 22 y un paquete de laminillas de la armadura 24, sobre el cual las bobinas 26 están devanadas en forma de cuerdas. Sobre el eje de la armadura 22 además está colocado un conmutador 28, que pueden conmutarse eléctricamente a través de las escobillas. En el ejemplo de realización ambas
escobillas 30 están separadas entre sí aproximadamente 180° y están conformadas de tal forma que con un giro del conmutador 28 frente a la escobilla 30 durante el paso de una lamina conmutadora 32 a una lamina de conmutador vecina 32 estas dos producen entre sí un cortocircuito. Ambas escobillas 30 están marcadas con un signo de más y uno de menos, que simbolizan el flujo de comente y representa las conexiones eléctricas de las bobinas 26 representadas en las figuras 3 y 6. El conmutador 28 presenta un numero par de laminillas 32, las cuales están designadas con las cifras 0 a 9 (esto es 10 laminillas) . Las laminillas 32 están aisladas eléctricamente entre sí. En la figura 2 se muestra esquemáticamente el flujo de comente de acuerdo con la cubierta de las escobillas 30 frente a las laminillas 32 en la figura 1. Por medio del cortocircuito de dos laminillas del conmutador 32 por ejemplo bajo la escobilla con el signo de más 30 se genera una comente II entre las bobinas 26 entre ambas laminillas vecinas 32 (9 y 0) . Entre las escobillas con signo de mas 30 y la consigno de menos 30 se produce un ramal de comente 12, una en otra bobina 26 entre las laminillas 32 (0 y 4) después otra vez
una comente 13 entre dos laminillas 32 (4 y 5) y otra vez un ramal de comente 14 entre las escobillas menos y más 30 (laminillas 5 y 9) . La figura 3 muestra el flujo de corriente de acuerdo con la figura 2 en una sección transversal esquemática a través del paquete de la armadura 24 con un devanado colector ramificado de acuerdo con el estado de la técnica. Correspondiente a las 10 laminillas 32 del conmutador 28 el paquete de la armadura 24 presenta diez ranuras 34, en las cuales en total se devanan 10 bobinas. Por lo tanto cada ranura 34 esta ocupada con dos filamentos 29 de diferentes bobinas 26. Por medio de diferencias en la caída de voltaje entre las escobillas con los signos mas y menos 30, así como debido a la asimetría entre la posición de las escobillas, provocada por las tolerancias de producción, no son iguales las magnitudes de la comente II e 13 como también 12 14 en las ranuras frontales 34. Por ejemplo la comente II fluye en la bobina 26' colocada en reticulada, representando sus devanados por medo de circuitos +11 y -II. Simultáneamente fluye la comente 13 en el caso de cortocircuito de acuerdo con la figura 2 en la bobina 26", representado por medio de circuitos +13 y -13. En la figura 3 es claro
que de acuerdo con el estado de la técnica en las ranuras frontales 34, en las cuales fluyen las comentes II e 13 la cobertura de la comente no es uniforme, con lo cual se forman fuerzas 36 que actúan radialmente sobre el rotor 20. En la figura 4 se muestra ahora una sección transversal a través de un paquete de armadura 24, en la cual una bobina 26 esta devanada como dos bobinas parciales 27 en diferentes ranuras 34. Ambas bobinas parciales 27 están colocadas en planos cas paralelos 38, los cuales se extienden simétricamente a la misma distancia al e e de la armadura 22 o al eje de giro 23 (devanado reticulado) . Ambas bobinas parciales 27 están conectadas en serie eléctrica, de tal forma que la corriente a partir de la primera laminilla 32 primero fluye en la primera bobina parcial 27 y a continuación a través de la segunda bobina parcial 26 y luego a una segunda laminilla 32. Si ambas laminillas 32 reciben la corriente a través de la escobilla 30, se compensan las fuerzas radiales en cuestión 36 de ambas bobinas parciales simétricas 27. En la figura 4 por razones de claridad solo se representan esquemáticamente dos laminillas y un par de bobinas parciales 27. En la realización real están conectados varios paros de bobinas parciales 27 con
sendas dos laminillas 32. La bobina 26 representa en el a figura 4, que consiste de dos bobinas parciales 27, puede dirigirse por ejemplo el flujo de comente II a través de las laminillas 32 (9 y 0) de las figuras 2 y 1. De acuerdo con una realización según la figura 5 ambas bobinas parciales 27 están colocadas a su vez de forma simétrica al e e de giro 23. Ambas bobinas parciales 27 están devanadas cada vez en diferentes pares de ranuras 34, produciéndose un arreglo geométrico paralelo de las bobinas 27 con una distancia casi igual al eje de giro 23. En esos devanados reticulados las espiras 54 no se extienden a través del eje de giro 23. En esta realización ambas bobinas parciales 27 están conectadas eléctricamente en paralelo de tal forma que los extremos 42 de las primeras espiras parciales 41 y ambos extremos 44 de la segunda bobina parcial 43 de la misma manera se conecta eléctricamente con ambas laminillas 32 (9 y 0) . También en estas paralelas parciales 27 conectadas en paralelo se conmuta cada vez un par de bobinas parciales 27 a través de ambas laminillas 32. De acuerdo con una realización preferida de la invención ambas de las boinas parciales 26 están devanadas tanto en la conexión en
serie como en la conexión en paralelo están devanadas en diferente sentido entre si. Esto al devanar el devanado de la armadura 25 después de girar el rotor 20 en aproximadamente 180° se devana la segunda bobina parcial 7 en sentido contrario en relación a la maquina devanadora. La figura 6 es una sección transversal esquemática por medio del paquete de armadura 24, en el cual las bobinas 26 están formadas como dos boinas parciales 27 simétricas entre sí, en la cual cada ranura 34 tiene ahora cuatro filamentos 29. Esto es especialmente claro cuando se compara el arreglo de bobinas de acuerdo con la figura 6 con el arreglo de bobinas de acuerdo con el estado de la técnica según la figura 3. Aquí a cada bobina de la figura 3 se divide en dos bobinas parciales 27', 27" colocadas simétricamente, en una conexión en serie de las bobinas parciales 27' y 27" el número total de de espiras 54 de ambas bobinas parciales 27', 27" es idéntico al número de espiras 54 de la bobina 26 de acuerdo con la figura 3. Sin embargo el flujo de comente es idéntico en las ranuras 34 que se encuentran una frente a la otra en las cuales fluyen las comentes II e 13. Para esto se compensan las comentes +13, -II, +12, -14 de la ranura 34' con
las corrientes -13, +11, -12, +14 de la ranura contraria 34". Con esto se elimina continuamente las fuerzas radiales perturbadoras 36. En el caso de la conexión en paralelo de las bobinas parciales 27' y 27" se suplica el total de espirar 54 en comparación con las bobinas parciales 27 conectadas en serie, para lo cual se reduce correspondientemente a la mitad las secciones transversales de los alambres de las bobinas 48, con lo cual se produce el mismo flujo de corriente. Esto corresponde a un devanado doble, en el cual ambas bobinas parciales 27 sin embargo no están devanadas en la misma ranura 34, sino que son devanadas en forma de bobinas parciales 27 colocadas a la misma distancia del e e de giro 23. El esquema de devanado para ese devanado doble se muestra en las figuras 11 y 14. En las figuras 7 a 11 s muestran diferentes variantes para un devanado con bobinas parciales 27, la cual se muestra por ejemplo en el esquema de acuerdo con la figura 7. En el borde inferior de la imagen se muestran esquemá icamente las 10 laminillas 32 del conmutador en forma de pequeñas cajas, en las cuales se muestran dos giros devanados del conmutador 28. Sobre estos se encuentran representadas
esquemáticamente las ranuras 34 del paquete de armadura 24, igualmente en forma de dos giros devanados. En la mitad inferior del dibujo se representa esquemáticamente un par de bobinas parciales 27, que corresponden a la segunda línea de la tabla superior. A partir de la laminilla 1 (a la derecha) se encuentra el alambre de bobina 48 primero se coloca en la ranura 1 y a continuación en la ranura 5, de tal forma que describe una bobina parcial 27 con 7 espiras 54 (Esp.) . Después de siete espiras completas 54 el alambre de bobina 48 se encuentra otra vez en la ranura 1, para entonces extenderse hacia la izquierda hacia la segunda bobina parcial 27 hasta la ranura 6. Entre la ranura 6 y la ranura 10 la segunda bobina parcial 27 se devana con 8 espiras, y después otra vez se devana una espira entre la ranura 10 y 5 sobre la primera bobina parcial 27, para entonces poner en contacto el alambre de bobina 48 con la laminilla 2 (a la izquierda) . De esta manera se obtiene un arreglo simétrico de dos bobinas parciales 27 con el mismo número de espiras 5 . De acuerdo con este esquema se devanan linea por linea las bobinas parciales 27 de acuerdo con la tabla anterior, de tal forma que en total se encuentran 10 pares de bobinas parciales 27
entre dos laminillas adyacentes. Asi en las figuras 7 a 10 se muestran diferentes variaciones con sendos 10 pares de bobinas parciales 27 entre dos laminillas 32. El alambre de espiras 48 presenta aquí por ejemplo un diámetro de alambre de 0.5 mm. En la figura 11 se encuentran colocadas las bobinas parciales 27 como devanados dobles en una primera y en una segunda posición, y aquí el diámetro del alambre por ejemplo es de 2 x 0.355 mm. En la figura 12 se muestra esquemáticamente el giro del conmutador 28 con respecto al paquete de la armadura 24. Con esto se define un ángulo de giro 50, el cual se extiende desde la mitad de la ranura 34 hasta la mitad de una ranura 5 entre dos laminillas. En el caso de los ejemplos de realización de acuerdo con la figura 7 a 11 este ángulo 50 de giro del conmutador es de aproximadamente 0o. En los ejemplos de realización de acuerdo con la figura 13 y 14 este ángulo 50 es de aproximadamente 209°. De acuerdo con las figuras 13 y 14 el conmutador 28 presenta por ejemplo 8 laminillas 32 y correspondientemente 8 ranuras 34 en el paquete de armadura 2 . En la figura 13 de acuerdo con las 8 lineas
de la tabla anterior están colocadas 8 veces bobinas parciales simétricas entre dos laminillas 32. Aquí puede adaptarse el número de las espiras individuales 54 (esp.) y el diámetro del alambre de las bobinas al uso en cuestión. En la figura 14 análogamente a la figura 11 se representa otra vez un devanado doble, en el cual se eleva el número de espiras (sp. ) de ambas bobinas parciales en comparación con el número total de espiras de la figura 13, y para esto se reduce el diámetro del alambre (por ejemplo de 0.425 mm a 2 x 0.3 mm) . Debe observarse que en los ejemplos de realización de la descripción mostrados en todas las figuras, son posibles varias posibilidades de combinación de las características individuales. Así por ejemplo puede variarse el número de las laminillas 32 y de las ranuras 34 así como su realización concreta. Igualmente la pluralidad de esquemas de devanado representadas no representa ninguna limitación con referencia al devanado de las bobinas parciales simétricas 27, sino que también son posibles diferentes transiciones de una a otra de las bobinas parciales 27. Los ejemplos de realización de acuerdo con las figuras 7 a 14 describen tanto una realización concreta de las diferentes máquinas
eléctricas 10, como también su procedimiento de producción. En especial las figuras describen el procedimiento para devanar bobinas parciales simétricas 27 de acuerdo con nuestra invención.