MX2008010802A - Alternador compacto de gran potencia. - Google Patents

Abstract

Un aparato compacto convertidor de energía de gran potencia que incluye un rotor y un estator. El rotor incluye un armazón cilíndrico y un número predeterminado de imanes permanentes dispuestos sobre el armazón y se encuentra adaptado para su rotación alrededor del eje del armazón. El estator incluye un núcleo y una pluralidad de conjuntos de devanados conductivos, incluyendo cada conjunto un número predeterminado de devanados conductivos individuales y asociados con una fase eléctrica. Un conductor colector respectivo se encuentra asociado con cada conjunto de devanados conductivos, estando cada devanado conductivo individual del conjunto, conectado eléctricamente al conductor colector asociado. Los conductores colectores respectivos se encuentran dispuestos en una trayectoria de flujo de refrigerante que dirige el refrigerante hacia el contacto con los devanados del estator, eléctricamente aislados entre si y separados uno de otro y de los devanados. Se describen conductores colectores en la forma de anillos continuos y en la forma de una pluralidad de arcos.

Description

ALTERNADOR COMPACTO DE GRAN POTENCIA Referencia Cruzada a Solicitudes Relacionadas Esta solicitud reivindica prioridad para la solicitud provisional de E.U. No. 60/775,904 presentada el 22 de febrero del 2006 a nombre de Charles Y. Lafontaine et al. y reivindica prioridad y es una continuación de la Solicitud de Patente de E.U. No. 11/347,777, presentada el 2 de febrero del 2006 la cual reivindica prioridad para la solicitud provisional de E.U. No. 60/649,720, todas las cuales se incorporan en la presente mediante la referencia en su totalidad para todo propósito. DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a sistemas de control de voltaje y corriente para máquinas, para convertir la energía entre mecánica y eléctrica, tales como generadores de corriente alterna sin escobillas y en particular a un sistema de control para un alternador compacto de gran potencia de imán permanente, tal como un alternador compacto de gran potencia de imán permanente adecuado para uso automotriz. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Típicamente un alternador comprende un rotor instalado sobre un eje giratorio y dispuesto de una manera concéntrica en relación a un estator fijo. El rotor típicamente se encuentra dispuesto dentro del estator. Sin embargo, el estator puede alternativamente colocarse de manera concéntrica dentro del rotor. Una fuente de energía exterior, tal como un motor o turbina, conduce comúnmente el elemento giratorio, directamente o a través de un sistema intermedio tal como una banda de polea. Tanto el estator como el rotor tienen una serie de polos. Tanto el rotor como el estator generan un campo magnético que interactúa con devanados en los polos de la otra estructura. Debido a que el campo magnético intercepta los devanados, se genera un campo eléctrico el cual se proporciona a una carga adecuada. Típicamente, el campo eléctrico inducido (el cual comúnmente se conoce como una fuente de voltaje) se aplica a un rectificador, algunas veces regulado, y se proporciona como una fuente de energía de salida CD. Típicamente, la corriente inducida se aplica a un rectificador, algunas veces regulada y se proporciona como una fuente de energía de salida CD. En algunos casos, se aplica una señal de salida CD regulada a un inversor de CD a CA para proporcionar una salida CA. De manera convencional, los alternadores empleados en aplicaciones de vehículo motor típicamente comprenden: un alojamiento instalado sobre el exterior de un motor; un estator que tiene devanados de 3 fases alojados en el alojamiento, un rotor tipo polos dentados accionado por banda (e.g., Lundell) soportado de manera giratoria en el alojamiento dentro del estator. Sin embargo, para incrementar la salida de energía, el tamaño del alternador convencional debe aumentarse de manera significativa. De acuerdo con lo anterior, las limitaciones de espacio en los vehículos tienden a hacer a tales alternadores, difíciles de utilizar en alto rendimiento, e.g. , aplicaciones de 5 KW, tales como para energizar acondicionadores de aire, refrigeración o aparatos de comunicación. Además, los rotores tipo polos dentados, que contienen devanados, son relativamente pesados (con frecuencia comprendiendo tanto como tres cuartos del peso total del alternador) y crean inercia sustancial. Tal inercia, en efecto, presenta una carga sobre el motor cada vez que el motor se acelera. Esto tiende a disminuir la eficiencia del motor, causando consumo de combustible adicional. Además, tal inercia puede ser un problema en aplicaciones tales como vehículos eléctricos o híbridos. Los vehículos híbridos utilizan un motor de gasolina para impulsar el vehículo a velocidades superiores al lumbral predeterminado, e.g., 30 kph (típicamente correspondiendo a un rango de RPM en donde el motor de gasolina es más eficiente) . De manera similar, en el llamado "híbrido moderado" se emplea un generador arrancador para proporcionar una descarga inicial de propulsión cuando el conductor oprime el pedal del acelerador, facilitando la desconexión del motor del vehículo cuando el vehículo se detiene en el tráfico para ahorrar combustible y reducir las emisiones. Típicamente, tales sistemas de híbridos moderados contemplan el uso de un sistema eléctrico de alto voltaje (e.g., 42 voltios). En tales sistemas, el alternador debe ser capaz de recargar la batería a niveles suficientes para accionar el generador arrancador para proporcionar la descarga de propulsión inicial entre paradas sucesivas, particularmente al parar y acelerar en el tráfico. Así, es necesario un alternador de baja inercia de energía relativamente alta. En general, se necesita energía eléctrica adicional para alimentar los sistemas de control y accionamiento, de aire acondicionado y los aparatos en los vehículos. Esto es particularmente cierto en vehículos para aplicaciones de transporte recreativo e industrial, tales como aplicaciones de refrigeración, de construcción y aplicaciones militares. Por ejemplo, existe una tendencia de la industria del vehículo motor para emplear control eléctrico inteligente en lugar de mecánico o hidráulico y sistemas de accionamiento para disminuir la carga de energía sobre el motor del vehículo e incrementar la economía de combustible. Por ejemplo, pueden emplearse tales sistemas en relación con servomecanismos de dirección (los cuales típicamente se activan únicamente cuando se requiere una corrección de la dirección) , amortiguadores (utilizando retroalimentación para ajustar la rigidez de los amortiguadores a las condiciones del camino y de velocidad) y aire acondicionado (operando el compresor a la velocidad mínima requerida para mantener una temperatura constante) . El uso de tal control eléctrico y los sistemas de manejo tienden a incrementar la demanda sobre el sistema de energía eléctrica del vehículo. De manera similar, es deseable que los sistemas de refrigeración móvil se accionen de forma eléctrica. Por ejemplo, accionar el sistema de refrigeración a velocidades variables (independientemente de las rpm del motor del vehículo) puede incrementar la eficiencia. Además, con los sistemas accionados de manera eléctrica las mangueras que conectan los diversos componentes, e.g., el compresor (en el motor) , el condensador (dispuesto para exponerse al aire) y la unidad de evaporación (localizada en el compartimiento frío) pueden reemplazarse por un sistema herméticamente sellado y eléctricamente accionado, análogo a un refrigerador o aire acondicionado doméstico. Por consiguiente, es deseable que el sistema de energía eléctrica del vehículo en tal aplicación sea capaz de proporcionar los niveles de energía requeridos para una unidad eléctricamente accionada. Existe también la necesidad particular de un alternador de alta energía de "retiro y reemplazo" para vehículos existentes con reconversión. Típicamente, sólo se proporciona una cantidad de espacio limitada dentro del compartimiento del motor del vehículo para acomodar el alternador. A menos que el alternador de reemplazo se ajuste dentro del espacio disponible, la instalación, si es posible, sería significativamente complicada, requiriendo típicamente el retiro de los componentes principales tales como radiadores, parachoques, etc. Y la instalación de abrazaderas, bandas y materiales adicionales. Por consiguiente, es deseable que un alternador de reemplazo se adapte dentro del espacio original proporcionado y se interconecte con el material original. En general, los alternadores de imán permanente son muy conocidos. Tales alternadores utilizan imanes permanentes para generar el campo magnético necesario. Los generadores de imán permanente tienden a ser mucho más ligeros y pequeños que los generadores de campo devanados tradicionales. Los ejemplos de los alternadores de imán permanente se describen en las patentes de E.U., 5,625,276 expedida para Scott et al. el 29 de abril de 1997; 5,705,917 expedida para Scott et al el 6 de enero de 1998; 5, 886, 504 expedida para Scott et al el 23 de marzo de 1999; 5,929, 611 expedida para Scott et al el 27 de julio de 1999; 6, 034,511 expedida para Scott et al el 7 de marzo de 2000 y 6,441,522 expedida para Scott et al el 27 de agosto del 2002. Particularmente, los alternadores de imán permanente compactos y ligeros pueden implementarse al emplear un rotor de imán permanente "externo" y un estator "interno". El rotor comprende un armazón cilindrica hueca con imanes permanentes de alta energía dispuestos en la superficie interior del cilindro. El estator se encuentra dispuesto de manera concéntrica dentro del armazón del rotor y adecuadamente comprende de un núcleo magnético suave y devanados conductivos. En general, el núcleo es cilindrico con una superficie periférica exterior axialmente almenada con un número predeterminado de dientes y ranuras igualmente separadas. Los devanados conductivos (formados de un conductor eléctrico aislado de manera adecuada, tal como un cable de motor de cobre barnizado) , se encuentran devanados a través de una ranura respectiva, exteriormente a lo largo de la superficie lateral del núcleo alrededor de un número predeterminado de dientes, regresando después a través de otra ranura. La porción de los devanados que se extiende al exterior de las ranuras almenadas a lo largo de las superficies laterales del núcleo se refieren en la presente como vueltas finales. La rotación del rotor alrededor del estator causa el flujo magnético proveniente de los imanes del rotor para interactuar e inducir una corriente en los devanados del estator. Un ejemplo de tal alternador se describe en, por ejemplo, las patentes de E.U., antes mencionadas 5,705,917 expedida para Scott et al el 6 de enero de 1998 y 5,929,611 expedida para Scott et al el 27 de julio de 1999. La energía suministrada por el generador de imán permanente varía de manera significativa de acuerdo con la velocidad del rotor. En muchas aplicaciones, los cambios en la velocidad del rotor son comunes debido a, por ejemplo, las variaciones de velocidad del motor en un automóvil o a cambios en las características de la carga. Por consiguiente, se emplea típicamente un sistema de control electrónico. Por lo tanto, un ejemplo de un alternador de imán permanente y un sistema de control se describen en la patente de E.U., antes mencionada 5,625,276 expedida para Scott et al el 29 de abril de 1997. Los ejemplos de otros sistemas de control se describen en la patente de E.U., 6, 018,200 expedida para Anderson et al el 25 de enero del 2000. Otros ejemplos de sistemas de control se describen en las solicitudes de patente de E.U., co-pendientes comúnmente poseídas No. 10/860,393 por Quazi et al, titulada "Controller for Permanent Magnet Alternator" ("Controlador para alternador de imán permanente") y presentada el 6 de junio del 2004 y la No. 11/347,777 por Faber man et al (incluyendo los presentes inventores) , titulada "Controller for AC Generator" ("Controlador para generador CA") y presentada el 2 de febrero del 2006. Las solicitudes antes mencionadas comúnmente poseídas se incorporan en la presente mediante la referencia como si se describieran al pie de la letra en la misma . La necesidad de acomodar un amplio rango de velocidades del rotor es particularmente importante en aplicaciones de vehículo motor. Por ejemplo, los grandes motores de camiones diesel, típicamente operan desde 600 RPM en reposo, hasta 2600 RPM a velocidades de carretera, con incrementos ocasionales a 3000 RPM, cuando el motor se utiliza para retardar la velocidad del camión. Por lo tanto el sistema del alternador se somete a una variación de 5:1 en RPM. Los vehículos diesel de trabajo ligero operan sobre un rango un tanto más amplio, e.g., desde 600 a 4,000 RPM. Los alternadores utilizados en motores de vehículos de gasolina, típicamente deben acomodarse a un rango aun más amplio de RPM, e.g., desde 600 a 6500 RPM. Además el alternador debe acomodar las variaciones en carga, i.e., desde sin carga hasta carga completa. Así, el voltaje de salida de un alternador de imán permanente que se utiliza en motores de vehículos de gasolina puede someterse a una variación de 12:1. En consecuencia, si se requiere un alternador de imán permanente convencional para proporcionar el voltaje de operación (e.g., 12 voltios) durante el estado de reposo con una carga dada, proporcionará múltiples voltajes de operación, e.g., diez (10) veces ese voltaje, a RPM totales del motor con esa carga, e.g., 120 voltios. Cuando el voltaje en estado de reposo es de 120 V, e.g., para un aire acondicionado de accionamiento eléctrico o aparatos de comunicación, el voltaje a RPM totales del motor seria de, e.g., 1200 voltios. Tales niveles de voltaje son difíciles y realmente peligrosos de manejar. Además, tales variaciones extremas en el voltaje y la corriente pueden requerir componentes más costosos; componentes clasificados para altos voltajes y corrientes producidas a mayores RPM del motor (e.g., velocidades de carretera) que son significativamente más costosos que los componentes clasificados para voltajes más moderados. El estator de un alternador convencional de un vehículo motor de alta corriente se construye con conductores de una gran área en seccional trasversal, conectada de manera efectiva en serie. De manera más particular, los grupos de bobinas, uno asociado con cada fase (la fase A, B y C) se emplean de manera convencional. Los grupos de bobinas de fase respectiva (A, B y C) se conectan juntos (terminan) como una "Y" o "Delta" en un extremo. Los extremos opuestos de los grupos de bobinas se disponen por fases, de manera que cada fase se aisla y después se termina tanto para recolectar como para salir del alternador a un control de voltaje. En el extremo de terminación existente, los extremos de la bobina de fases similares se sueldan en grupos al cable aislado de alimentación del motor. Estos cables de alimentación del motor pueden entonces a su vez soldarse en grupos a un cable de alimentación del motor de un calibre aún mayor terminando en tres conductores separados para cada fase A, B y C. Los cables de alimentación se aseguran entonces al estator al sujetar los conductores a las vueltas finales del estator. Sujetar los conductores a las vueltas finales, reduce la cantidad de cobre expuesto para enfriar el fluido que pasa a través del alternador, actuando en efecto como una capa aislante y obstaculizando el enfriamiento de las vueltas finales y de los cables de alimentación. Pueden existir varios problemas adicionales con este método de devanado. Por ejemplo, debido al bajo número de vueltas (en algunos casos sólo una vuelta) por bobina de fase de polo, es difícil o imposible hacer un cambio pequeño en el diseño del voltaje de salida al cambiar el número de vueltas de la bobina de fase de polo; la gran área en sección trasversal de los conductores hace difícil para el estator el devanado; y un corto circuito entre las bobinas típicamente quemará todo el estator y puede detener el alternador, dando como resultado un posible daño en el sistema de accionamiento o sobrecargando el motor del vehículo. En general, se sabe que los alternadores de imán permanente que incorporan un número predeterminado de grupos independientes de devanados, se devanan a través de ranuras alrededor de números predeterminados de dientes en donde la energía proporcionada por cada grupo no se afecta relativamente por el status de los otros grupos conocidos. Por ejemplo, tal alternador se describe, junto con un controlador para el mismo en la patente de E.U. 5,900,722 expedida para Scott et al. el 4 de mayo de 1999. En el alternador descrito en la patente 5,900,722, el número de grupos de devanados fue igual a una fracción entera del número de polos y el circuito del controlador completó selectivamente trayectorias de corriente para los grupos individuales de devanados para lograr la salida deseada. Sin embargo, permanece la necesidad de un alternador compacto de alta energía en donde pueda lograrse, el voltaje de salida deseado al cambiar el número de vueltas de la bobina del polo de fase, que es relativamente fácil de devanar y minimiza la consecuencia de cortos circuitos, mientras al mismo tiempo facilita el enfriamiento. SUMARIO DE LA INVENCIÓN De acuerdo con varios aspectos de la presente invención, el devanado del estator se devana con un número predeterminado de bobinas de fase de polo, preferentemente igual al número de polos magnéticos. Cada bobina de fase de polo se devana con las suficientes vueltas para generar el voltaje de salida requerido del alternador y una fracción de la corriente de salida igual a 1 dividido entre el número de polos magnéticos. Estas bobinas de fase de polo individuales se conectan entonces en paralelo.

De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, un anillo respectivo de fase conductora que corresponde a cada fase de salida, se instala dentro del alternador con cada bobina correspondiendo a la fase asociada eléctricamente conectada a los anillos de fase conductora para facilitar el enfriamiento, el agrupamiento y la transmisión de las fases de salida para el control. De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, los anillos de fase conductora se sostienen en su lugar por medio de una estructura de soporte no conductora. De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, los anillos de fase conductora se disponen para proporcionar un enfriamiento eficiente al exponerse a los fluidos de enfriamiento, por ejemplo, aire, que pasa sobre los anillos de fase conductora y las vueltas finales. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS De aquí en adelante, la presente invención se describirá en conjunto con las figuras de dibujo anexas, en donde las designaciones similares denotan elementos similares (a menos que se especifique de otra manera) . La Figura 1 es un esquema sinóptico de un sistema para convertir energía entre mecánica y eléctrica. La Figura 2A es una vista lateral del exterior de un alternador de acuerdo con varios aspectos de la presente invención.

La Figura 2B es una vista seccional a lo largo de A-A del alternador de la Figura 2A. La Figura 2C es una vista seccional simplificada a lo largo de B-B del alternador de la Figura 2A que muestra la colocación respectiva de los anillos de fase conductora dentro del alternador. La Figura 2D es una vista seccional simplificada de una terminal en el alternador de la Figura 2A. La Figura 2E es un diagrama que muestra una modalidad alternativa de un anillo de fase conductora. La Figura 2F es una vista en perspectiva simplificada del núcleo del estator y los anillos de fase conductora del alternador de la Figura 2A, que ilustra las conexiones entre los anillos de fase conductora y los grupos respectivos de devanados (las vueltas finales del devanado se omiten) . La Figura 2G es un esquema sinóptico de un diagrama de conexiones de un alternador que utiliza anillos de fase, de acuerdo con la presente invención adaptados para producir una salida de voltaje de CD. (Las Figuras 2A-2G se refieren colectivamente como Figura 2 ) . La Figura 3A es una vista lateral del exterior de un alternador de la modalidad alternativa de acuerdo con varios aspectos de la presente invención.

La Figura 3B es una vista seccional a lo largo de C-C del alternador de la Figura 3A. La Figura 3C es una vista en perspectiva simplificada del núcleo del estator y de los anillos de fase conductora segmentados del alternador de la Figura 3A, ilustrando las conexiones entre los anillos de fase conductora segmentados y los grupos respectivos de devanados (las vueltas finales del devanado se omiten). La Figura 3D es un esquema sinóptico del diagrama de conexiones de un alternador que utiliza anillos de fase conductora segmentados, de acuerdo con la presente invención adaptados para producir una salida de voltaje de CD. (Las Figuras 3A - 3D se refieren colectivamente como Figura 3) . La Figura 4A es una vista superior del exterior de un alternador de la modalidad alternativa de acuerdo con varios aspectos de la presente invención. La Figura 4B es una vista seccional a lo largo de D-D del alternador de la Figura 4A. La Figura 4C es una vista en perspectiva simplificada del núcleo del estator y de los anillos de fase conductora multi-segmentados del alternador de la Figura 3A, ilustrando las conexiones entre los anillos de fase conductora multi-segmentados y los grupos respectivos de devanados (las vueltas finales del devanado se omiten) . La Figura 4D es una esquema sinóptico del diagrama de conexiones de un alternador que utiliza anillos de fase conductora multi-segmentados de acuerdo con la presente invención adaptados para producir una salida de voltaje de CD. (Las Figuras 4A-4D se refieren colectivamente como Figura 4) . La Figura 5 es un diagrama de conexiones esquemático que ilustra tres devanados individuales; de un grupo de polos de tres fases del estator utilizados en cada una de las modalidades de esta invención. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA MODALIDAD PREFERIDA Ahora con referencia a la Figura 1, un aparato de conversión de energía, tal como un alternador 102, de acuerdo con varios aspectos de la presente invención, coopera adecuadamente con un sistema de control de rectificación 100 y una fuente de energía mecánica 104 (e.g., accionamiento), e.g., un motor o turbina, una carga 106, tal como un motor y si se desea, en el dispositivo de almacenamiento de energía 108, tal como una batería, capacitor o circuito compensador. El sistema de control de rectificación puede ser cualquier sistema adecuado para rectificar la señal de CA del alternador 102, i.e. convirtiéndola a una señal de CD y regulando el voltaje de esa señal a un nivel predeterminado, e.g., 28 V. En la modalidad preferida, el sistema 100 comprende un controlador 110 y una puente de conmutación 112 tal y como se describe en la Solicitud de Patente de E.U. comúnmente poseída No. 11/347,777 por Faber man et al (incluyendo los presentes inventores), titulada "Controller for AC Generator" ("Controlador para un generador de CA") y presentada el 2 de febrero de 2006. Si se desea, un inversor (algunas veces categorizado como parte integrante de la carga 106) también puede proporcionarse para generar una señal de CA.- en una frecuencia y amplitud predeterminadas constantes (e. g. , 60Hz, 120V) . En general, el alternador 102 genera energía de CA en respuesta a la entrada mecánica proveniente de la fuente de energía 104. Preferentemente, el alternador 102 proporciona señales de salida de de CA de multi-fase (e.g. , tres fases, seis fases, etc.), e.g., fase A (118),' fase B (120) y fase C (122). Esas señales de salida típicamente son no reguladas y pueden variar significativamente de acuerdo con las RPM de accionamiento (fuente 104). Las señales de la fase de CA del alternador 102 se aplican al sistema 100, preferentemente a través de los fusibles de entrada 128. El sistema 100 rectifica la señal de CA del alternador 102, i.e. la convierte en una señal de DC y regula el voltaje de esa señal a un nivel predeterminado, e.g., 28 V. En la modalidad preferida, el puente de conmutación 112 selectivamente, en respuesta a las señales de control del controlador 110, proporciona trayectorias de conducción entre las diversas fases de la señal de CA del alternador 102 y una carga 106. Los puentes de conmutación 112 ejemplares se muestran en la Solicitud de Patente de E.U. co-pendiente , comúnmente poseída No. 11/347,777 por Faber man et al., (incluyendo los presentes inventores), presentada el 2 de febrero de 2006. El controlador 110 genera selectivamente señales de control hacia el puente de conmutación 112 para producir una señal de salida regulada a un voltaje predeterminado. El controlador 110 muestrea adecuadamente la salida regulada ya sea de manera local en la entrada 114 o de manera remota en la entrada 140 y ajusta las señales al puente 112 para mantener la salida adecuada. Adicionalmente, la corriente de salida se detecta en la entrada 116 para modificar adicionalmente las señales de control en el puente 112. Después se aplica la Salida Regulada de Voltaje de la señal de CD regulada (SRV), de manera adecuada a través de un fusible de salida 136, hacia la carga 106 y el dispositivo de almacenamiento de energía 108. La carga 106 puede ser cualquier dispositivo que utilice energía, tal como e.g., luces, motores, calentadores, equipo eléctrico, convertidores de energía, e.g., inversores o convertidores de CD a CD. El dispositivo de almacenamiento de energía 108 filtra o estabiliza la salida del sistema de control 110 (aunque en varias modalidades, el controlador 110 por sí mismo puede incorporar o de otra manera proporcionar la filtración adecuada) . Si se desea, pueden proporcionarse otras salidas, 150 y 160 por el sistema 100, Además, puede proporcionarse un circuito auxiliar adecuado 142 para la protección del sistema. El alternador 102 es preferentemente un alternador generalmente del tipo descrito en la Solicitud de Patente de E.U. co-pendiente comúnmente poseída No. 10/889,980 por Charles Y. Lafontaine y Harold C. Scott, titulada "Compact High Power Alternator" ("Alternador compacto de Gran Potencia" y presentada el 12 de julio de 2004, pero incluye para cada polo, un grupo respectivo de devanados (incluyendo por lo menos un devanado correspondiente a cada fase) con todos los devanados correspondientes a una fase dada conectada en paralelo. La solicitud de Lafontaine et al., antes mencionada, se incorporada en la presente mediante la referencia como si se describiera textualmente en la presente . De acuerdo con un aspecto de la presente invención, una conexión paralela entre las bobinas que corresponden a la misma fase se efectúa a través de un anillo de fase conductora correspondiente 138 e incluye eslabones fusibles 124, dispuestos entre los anillos de fase conductora 138 y las terminales de salida 262 del alternador. La salida de cada bobina individual se recolecta por su respectivo anillo de fase conductora 138, el cual a su vez, se une a su u respectiva terminal de salida 126. A medida que se incrementa el número total de polos en el alternador 102, lo hacen también el número de bobinas individuales. El método convencional de unir las bobinas implica soldar el cable del motor al cable conductor del motor convencionalmente aislado. A medida que se incrementa la salida nominal del alternador, también se requiere un aumento correspondiente en la capacidad portadora de carga del cable conductor del motor. El incremento en la demanda de carga en el cable conductor del motor, típicamente se cumple al incrementar el calibre del cable, ya sea al incrementar el calibre de un solo cable o al utilizar múltiples cables en paralelo. El efecto neto es incrementadamente grande en áreas en sección trasversal del cable conductor del motor. Cuando se considera el número total de bobinas y sus respectivas vueltas finales junto con el cable conductor y su aislamiento asociado, la resultante instalación del estator con el conductor y el cable conductor del motor unidos entre si aislan las vueltas finales, lo que es perjudicial para el enfriamiento. La resultante instalación también restringe el único flujo enfriador disponible (e.g., el flujo de aire) sobre las vueltas finales además de reducir el enfriamiento. Así, existe la necesidad de un alternador compacto de gran potencia en donde pueda lograrse un voltaje de salida deseado al cambiar el número de vueltas de la bobina de polo en fase, que es relativamente fácil de devanar y minimiza las consecuencias de los cortos circuitos, mientras al mismo tiempo facilita el enfriamiento. De acuerdo con varios aspectos de la presente invención esto se logra al emplear un número predeterminado de bobinas de fase de polo, preferentemente iguales al número de polos magnéticos, con la bobina de fase de polo devanada con las suficientes vueltas (de un cable de diámetro relativamente pequeño) para generar el voltaje de salida requerido del alternador y una fricción de la corriente de salida igual a 1 dividido entre el número de polos magnéticos y conectando las bobinas de fase de polo individuales en paralelo, preferentemente empleando anillos de fase conductora 138 (colectores) . El uso de anillos de fase conductora 138 no sólo simplifica enormemente la instalación del alternador 102, sino también facilita el enfriamiento de los devanados. De manera más particular, el alternador 102 preferentemente comprende: un eje 202, que preferentemente incluye una porción de proyección ahusada 204 y una porción ahusada 206; un rotor 208; un estator 210; una placa terminal frontal 212; un soporte frontal 214; una tuerca de inmovilización 216; una placa terminal posterior 218; un eje posterior que retiene el anillo 220; un soporte posterior 222; una tuerca de inmovilización posterior 224; una armazón exterior 226 y las respectivas varillas de conexión (no mostradas) . El rotor 208 se instala sobre el eje 202 para su rotación con el eje. El estator 210 se recibe fuertemente dentro del rotor 208, separado del rotor 208 mediante un pequeño espacio de aire 228. La placa terminal frontal 212, el soporte frontal 214, el soporte posterior 222, la placa terminal posterior 218, el armazón exterior 226 y las varillas de conexión cooperan como una instalación de soporte para mantener el alineamiento del eje 202, el rotor 208 y el estator 210. El eje 202 se mantiene mediante los soportes 214 y 222, los cuales se instalan sobre la placa terminal frontal 212 y la placa terminal posterior 218, respectivamente, y de manera giratoria mantienen y alinean el eje 202 concéntrica y perpendicularmente con las placas terminales. El rotor 208 se instala para su rotación sobre el eje 202, colocado de manera positiva por cooperación con la porción de eje ahusada 204. La placa terminal posterior 218 instala y ubica el estator 210 de manera que se encuentra dispuesto dentro del rotor 208 apropiadamente alineado con el eje 202 y el rotor 212. El armazón exterior 226 tiene superficies terminales perpendiculares a sus ejes (preferentemente cilindrico) y se dispone entre la placa terminal frontal 212 y la placa terminal posterior 218. Las varillas de conexión comprimen las placas terminales 218 y 212 contra el armazón exterior 226, manteniendo a los componentes cuadrados y alineados. En una aplicación típica de alternador automotriz, una polea 230 se instala sobre el extremo del eje 202. La energía de un motor (e.g., 104, no mostrada en la Figura 2) se transmite a través de una transmisión por correa (no mostrada) hacia la polea 230 y por consiguiente al eje 202. El eje 202 a su vez hace que el rotor 208 gire alrededor del estator 210. El rotor 208 genera un campo magnético, que interactúa con los devanados en el estator 210. A medida que el campo magnético intercepta los devanados, se genera una corriente eléctrica, la cual se proporciona a una carga adecuada . Preferentemente el rotor 208 comprende un capacete 232, un armazón cilindrica 234 y un número predeterminado (e.g., 16 pares) de imanes permanentes con polos alternados 236 dispuestos en la pared lateral interior del armazón 234. El capacete del rotor 232 se encuentra sustancialmente abierto de manera adecuada, incluyendo una porción periférica 238, brazos transversales respectivos (no mostrados) y un cubo central 240 para proporcionar la conexión al eje 202. Los pasajes respectivos para el refrigerante 242 (e.g., aire) se proporcionan a través del capacete 234, unidos por la porción periférica 238 adyacente a los brazos transversales (no mostrados) y al cubo central 240.

El estator 210 comprende de manera adecuada un núcleo 244 y devanados conductivos 280 (mostrados de manera esquemática) . El núcleo 244 comprende adecuadamente un apilamiento de hojas delgadas laminadas de material de gran permeabilidad y poca histéresis y coercividad, e.g., acero no orientado, de pequeña pérdida magnética (libre de plomo), que se corten o perforen a la forma deseada, se alineen y se unan. El núcleo 244 es generalmente cilindrico, con una superficie periférica exterior axialmente almenada, i.e., incluye un número predeterminado de dientes y ranuras. El núcleo 244 se encuentra preferentemente abierto de manera sustancial, con una abertura central e incluye adecuadamente brazos transversales con orificios pasantes axiales para facilitar la instalación a la placa terminal posterior 218. La placa terminal frontal 212 de manera adecuada es generalmente cilindrica incluyendo: un cubo centralmente dispuesto 246, que incluye una abertura coaxial que ubica el soporte frontal 214; una porción periférica que incluye orificios roscados respectivos (no mostrados) dispuestos a distancias radiales predeterminadas de la abertura central, distribuidos a iguales distancias angulares para recibir las varillas de conexión (no mostrados) y los brazos transversales respectivos (e.g., 4) (no mostrados) que conectan la porción periférica 248 al cubo 246 y definen los pasajes 250 respectivos del refrigerante (e.g., aire).

La placa terminal posterior 218 transporta y ubica el soporte posterior 222 e instala y ubica al núcleo del estator 244. La placa terminal posterior 218 incluye de manera adecuada un cubo central escalonado 252 que tiene una porción delantera de diámetro reducido 254 y una abertura central 256 pasante en el mismo y preferentemente es generalmente cilindrica teniendo el mismo diámetro exterior que la placa terminal frontal 212, conectada al cubo 252 por medio de los brazos transversales respectivos (no mostrados) . La placa' terminal posterior 218 también de manera adecuada incluye los pasajes de refrigerante respectivos 258 (e.g., aire) unidos por los brazos transversales adyacentes (no mostrados), la porción exterior 260 y el cubo 252. La salida de los devanados del estator 280 se recolecta por los anillos de fase 138 y se proporciona en las terminales de salida respectivas 262. De manera más particular, las terminales de salida 262 (una para cada fase) se proporcionan de manera adecuada en la placa terminal posterior 218. Las terminales 262 se conectan adecuadamente de manera eléctrica a través de eslabones fusibles 124 a los anillos de fase conductora asociados 138 (colectores) . Las terminales de salida 262 y los eslabones fusibles 124 se colocan de manera radial alrededor de los anillos de fase conductora 138. Los anillos de fase respectivos 138, se reúnen, e.g., se conectan eléctricamente a través e.g., de 'tí conductores 276, a cada una de las bobinas individuales con la fase asociada. Los cables de conducción individuales respectivos (e.g., 294 en la Figura 2G) se unen a las terminales 262 para transmitir la salida de fase hacia el 5 control 100. Los anillos de fase conductora 138 se hacen de un material conductor adecuado, e.g., cobre revestido. Los anillos de fase 138 adecuadamente no se aislan o se aislan de manera mínima (e.g., con barniz) para facilitar el 10 enfriamiento y son lo suficientemente firmes o rígidos para facilitar el aislamiento de cada uno una vez instalados y sometidos a fuerzas ambiental/aceleración. Los anillos de fase conductora pueden formarse de material en barra o troquelarse a partir de una hoja de material apropiado. En 15 la modalidad de la Figura 2, los anillos de fase conductora 138 son cada uno material en barra continuo e.g., una sola pieza con sus extremos conectados e.g., soldeo o soldadura fuerte, para formar un anillo conductor continuo. El uso de anillos sólidos de fase continua 138 es 20 particularmente ventajoso en que las trayectorias de corriente dual hacia el eslabón fusible 124, permite el uso de material de menor calibre (y por lo tanto más ligero y menos costoso) para los anillos de fase 138. Cuando se utiliza un sólido, un anillo de fase continua 138, la 25 corriente se divide efectivamente en un punto de 180 grados opuesto al punto en el cual se une el eslabón fusible 124. Toda la corriente producida por los conductores 276 en una mitad de la salida del anillo de fase hacia el eslabón fusible 124 permanece de manera efectiva en esa mitad, la corriente producida en la mitad contraria sigue esa trayectoria hacia el eslabón fusible 124. El resultado es un anillo de fase de aproximadamente la mitad del calibre de un conductor con solo una única trayectoria hacia el eslabón fusible 124. Los anillos respectivos 138 se disponen en el trayectoria de flujo del refrigerante, aislados eléctricamente y separados uno del otro y de la placa terminal posterior 218. Los anillos de fase conductora 138 se encuentran adecuadamente sujetos de manera mecánica a la placa terminal 218 utilizando una estructura de instalación no conductora para el anillo de fase conductora 264, preferentemente hecha de un material con alta resistencia al impacto y químicamente estable, e.g., polyamida-imida , de manera que cada anillo de fase conductora, uno para cada salida de fase, se encuentra físicamente separado y aislado eléctricamente de cada uno y de la placa terminal posterior 218. Los anillos de fase conductora 138 se colocan en el pasaje del refrigerante 258 (e.g., aire) para maximizar la exposición al flujo de refrigerante (e.g., aire) producido por el alternador 102. La exposición al flujo de aire se maximiza adicionalmente al variar de manera progresiva el diámetro de los anillos de fase adyacente. Por ejemplo, el anillo de fase 138 asociado con la fase A (Terminal 118) se coloca lo más cercano al interior de la placa terminal 218, pero de un diámetro relativamente grande (de manera adecuada aproximándose al diámetro exterior del pasaje de refrigerante 258 (e.g., aire) en la placa terminal 218) . El anillo de fase 138 asociado con la fase B (Terminal 120) se coloca adecuadamente de manera coaxial pero con desplazamiento posterior y con un diámetro más pequeño (el diámetro exterior del anillo de fase B adecuadamente menor que el diámetro interno del anillo de fase A por una cantidad predeterminada) . El anillo de fase 138 asociado con la fase C (Terminal 122) asi mismo se coloca adecuadamente de manera coaxial pero con desplazamiento posterior a partir del anillo de fase B 138 y con un diámetro más pequeño (el diámetro exterior del anillo de fase C adecuadamente menor que el diámetro interior del anillo de fase B por una cantidad predeterminada) . Este alineamiento, hace posible por la estructura de instalación 264 del anillo de fase, presentar cada anillo al flujo de aire refrigerante tan cercano como es posible a la temperatura de entrada ambiente. Preferentemente los anillos más distantes de la entrada ambiente tienen los diámetros más grandes. Con referencia a la Figura 2D, la instalación terminal de salida 126 comprende de manera adecuada una clavija conductora roscada 266, preferentemente de un material altamente conductivo y resistente a la corrosión (e.g., cobre revestido) junto con un soporte eléctricamente no conductor 268, preferentemente de un material resistente al alto impacto y químicamente estable (e.g., polyamida-imida) , para aislar de manera eléctrica la terminal de salida de la placa terminal posterior del alternador 218. La clavija conductora roscada 266 en la modalidad preferida tiene un reborde incorporado 270 para actuar como un asiento desde el interior de la placa terminal posterior del alternador 218 a la cual la tuerca 272 puede apretarse, capturando la instalación en la placa terminal posterior 218. El eslabón fusible 124 se hace de un material adecuado, e.g., un cable de diámetro y longitud calculados (preferentemente de cobre revestido) que se fundirá cuando se someta a cargas calculadas para ser destructivas en el alternador 102, el control 100 o los sistemas eléctricos que se alimentan por dicho equipo. En la modalidad preferida el eslabón fusible 124 se suelda o latona tanto a la clavija conductora roscada 266 como al anillo de fase conductora 138. Un método alternativo para asegurar el eslabón fusible es unir una lengüeta adecuada al extremo del eslabón fusible 124 la cual se sujeta de manera mecánica a la clavija 266 por medio de una tuerca roscada.

Con referencia particular a las Figuras 2B y 2C, los anillos de fase conductora 138 se sujetan a la estructura 264. Los anillos de fase conductora 138 se disponen en la trayectoria del refrigerante, se exponen al flujo del refrigerante 274 (e.g., flujo de aire), a los anillos de fase conductora del refrigerante 138 asi como a los conductores 276 (conectando los devanados de la bobina a los anillos de fase 138) . La estructura de instalación de los anillo 264 se coloca para producir un espacio entre los anillos de fase 138 y las vueltas finales del estator (no mostradas) . Este espacio expone las vueltas finales del estator posterior al fluido refrigerante que no estaría disponible en un estator devanado de manera convencional. El refrigerante {e.g., el aire refrigerante) continúa a través del alternador e incide en las vueltas finales del devanado ' 280 del estator 210 enfriando las vueltas finales. El flujo de aire divide entonces y procede a través del núcleo del estator 244 y dentro de la cavidad 278 en cuyo punto enfría las vueltas finales más alejadas del estator 210. El otro flujo de aire dividido pasa entre el armazón del rotor 234 y el armazón exterior 226 enfriando el armazón del rotor 234 y los imanes 236. El flujo de aire dividido se reúne en el pasaje de aire 250 y deja el alternador en el ventilador centrífugo 282. Los conductores 276, comprenden un componente de fase A 118, de fase B 120 y de fase C 122 de un grupo de polos de tres fases, como se describirá posteriormente, estando el estator de salida 210 soldado o latonado a sus respectivos anillos de fase conductora asociados 138. Los conductores 276 en la modalidad preferida se exponen al flujo de aire 274. En ciertos casos puede ser deseable revestir los conductores 276 con un material eléctricamente aislante de pared delgada e.g., Nomex para protegerlo contra la puesta a tierra. Con referencia a la Figura 2E, se lleva a cabo un método alternativo de producción del anillo de fase conductora 138 al formándolo de material rectangular de tal manera que las superficies adecuadas se presentan para perforar y roscar los orificios 284. El extremo del eslabón fusible 124 puede, en esta modalidad, unirse con una lengüeta adecuada 286 para sujetarse por medio de e.g., un sujetador roscado 288 al anillo de fase conductora 138. De igual manera, el conductor 276 puede también equiparse con una lengüeta similar y sujetarse al anillo de fase conductora 138 utilizando el sujetador 290. El anillo de fase conductora 138 se asegura a su vez de una manera similar a la placa terminal posterior 218 utilizando una estructura apropiada similar a la 264. De manera alternativa, las ranuras 292 pueden cortarse en cada anillo de fase a intervalos regulares en los cuales los conductores individuales que salen del estator pueden soldarse. Este método de instalación tiene una ventaja mayor sobre los métodos previamente descritos de sujetar conductores 276 a los anillos de fase 138 en que la automatización de la instalación puede implementarse al modificar el equipo de soldeo ultrasónico existente utilizado para conductores terminados en la fabricación del motor eléctrico . Ahora con referencia a la Figura 2F, se muestra el estator 210, para claridad, sin bobinas y con conductores individuales 276, en detalle grandemente reducido. En esta modalidad particular los anillos de fase respectivos 138 asociados con cada una de las tres fases A, B y C son continuos ya sea por soldadura, latonado o maquinados de una sola pieza de un material conductor, resistente a la corrosión no aislado, e.g., cobre revestido. Las terminales 126, representadas gráficamente, corresponden a la fase A 118, la fase B 120 y la fase C 122. Las salidas de cada grupo de polos se juntan dentro del alternador a través de los anillos de fase 138 y salen del alternador a través de tres conductores que representan las tres fases hacia el control 100. Ahora con referencia a la Figura 2G, los conductores individuales 276 de los respectivos devanados de la fase A, fase B y fase C 118, 120 y 122 se terminan en los anillos de fase de recolección respectivos 138 los cuales a su vez envían al control 100 a través de los conductores 294. La salida del control 100 da como resultado una salida de voltaje regulado o SRV de un voltaje de aplicación específica, e.g., 28 VDC. Los conductores 294 acoplados entre las terminales de salida 264 y el control 100 son adecuadamente del calibre suficiente para transportar de manera adecuada la corriente. Cuando el calibre de un alambre o cable aumenta, se vuelve incrementadamente difícil enrutar los cables debido a los radios de curva más grandes encontrados en el cable de mayor calibre. Como resultado, es difícil utilizar alambre o cable de calibre muy grande en muchas aplicaciones. Como se describirá, en aplicaciones en donde los conductores muy grandes pueden no ser apropiados, es posible entonces segmentar los anillos de fase en múltiples secciones en las cuales a cada sección de anillo de fase se le asigna un conductor apropiadamente dimensionado para transmitir la corriente reducida producida por esa sección específica. Por ejemplo, los requerimientos de corriente pueden reducirse al emplear anillos de fase divididos en una pluralidad de grupos. Ahora, con referencia a la Figura 3A-3D, un alternador 302 que emplea dos conjuntos de anillos de fase 306 con terminales correspondientes 126 y eslabones fusibles 124, coopera con los controles asociados 308 y 310. Los anillos de fase 310 se separan eléctricamente en el punto 312 y 314. Cada grupo lleva los componentes respectivos de la fase A, fase B y fase C, cada uno conduciendo a sus respectivos controles 308 y 310. La placa terminal posterior 304 es similar en todos los aspectos a la placa terminal 218 excepto una característica que se maquina para aceptar un segundo conjunto de terminales 126. Ahora, con referencia a la Figura 3D, las porciones de anillo de fase 306 reciben cada una sus conductores respectivos 276 del estator 210. Las porciones de anillo de fase 306 se conectan eléctricamente a través de las terminales 126, los conductores 316 a los controles 308 y 310. Cuando la terminal 126 se conecta en la parte media de la porción de anillo de fase 306, la corriente se divide de manera efectiva en el punto en el cual se une el eslabón fusible 124. Toda la corriente producida por los conductores 276 en una mitad de la porción de anillo de fase sale al eslabón fusible 124 permaneciendo de manera efectiva en esa mitad, y la corriente producida en la otra mitad sigue esa trayectoria hacia el eslabón fusible 124. El resultado es una porción del anillo de fase aproximadamente de la mitad del calibre de un conductor con solo una trayectoria única hacia el eslabón fusible. El calibre de los conductores 316 puede dimensionarse de acuerdo a los requerimientos específicos de la aplicación. Los compartimientos de motor modernos tienen muy poco espacio para ofrecer cuando se considera, por ejemplo, el tamaño del conductor requerido para conducir apropiadamente 600 amps de energía a 28 VDC. Al reducir a la mitad la corriente transmitida por los conductores 316 en aplicaciones de salida muy alta, el enrutamiento de los cables se vuelve mucho más manejable. Existe un beneficio correspondiente también en los controles. A medida que aumenta el amperaje, el tamaño y costo de los componentes también se incrementa, pero no en una forma lineal. Por lo tanto al reducir a la mitad la corriente transmitida por los conductores y también los componentes de control, se obtiene un ahorro en espacio y costo. Los requerimientos de corriente pueden reducirse adicionalmente al dividir los anillos de fase en una pluralidad de porciones. Por ejemplo, con referencia a las Figuras 4A-4D, los anillos de fase pueden separarse en cuatro secciones 406, separadas eléctricamente en los puntos 416, 418, 420 y 422. Un conjunto asociado de terminales 118, 120, 122 se proporciona para cada segmento de anillo de fase, conectado a los controles respectivos 408, 410, 412 y 414. Como con las porciones de anillo de fase 306, la terminal 126 se conecta en la parte media de la porción de anillo de fase 406, la corriente se divide de manera efectiva en el punto en el cual se une el eslabón fusible 124. Toda la corriente producida por los conductores 276 en una de las mitades de la porción del anillo de fase sale hacia el eslabón fusible 124 permaneciendo de manera efectiva en esa mitad y la corriente producida en la mitad opuesta sigue esa trayectoria hacia el eslabón fusible 124. El resultado es una porción de anillo de fase aproximadamente de la mitad del calibre de un conductor con solo una trayectoria única hacia el eslabón fusible. Las salidas de los controles 408, 410, 412 y 414 se conectan en paralelo para proporcionar las salidas SRV+ y SRV-. Como se anotó previamente, el núcleo del estator 210 es generalmente cilindrico con una superficie periférica exterior axialmente almenada que tiene un número predeterminado de dientes y ranuras igual separadas. Los devanados conductivos (formados de un conductor eléctrico adecuadamente aislado, tal como un alambre de motor de cobre barnizado) se devanan a través de una ranura respectiva, exteriormente a lo largo de la superficie lateral del núcleo alrededor de un número predeterminado de dientes, regresando entonces a través de otra ranura. Ahora, haciendo referencia a la Figura 5, el núcleo del estator 210 incluye un número predeterminado de ranuras, e.g., 36 (mostradas esquemáticamente en la Figura 5, indicados por los numerales 1-36) . Los devanados conductivos incluyen un número predeterminado de bobinas de fase individual (fase A, fase B y fase C) que corresponden a cada polo magnético en el rotor. Las bobinas individuales de fase de polo de un alternador de tres fases comprenden una bobina de fase de polo A 518, una bobina de fase de polo B 520 y una bobina de fase de polo C 522 que de' manera colectiva forman un grupo de bobinas de fase de polo 526. Existe un grupo de bobinas de fase de polo para cada polo de un alternador (e.g., 12 grupos de bobinas de fase de polo en un alternador de 12 polos) que cooperan en una conexión en "y" 524. Los conductores de bobina de fase de polo 526 de un alternador de 12 polos se unen a su respectivo anillo de fase conductora 506, 508 y 510. Por ejemplo, una bobina de fase de polo individual 522 (fase C del grupo de polo 1) se devana alrededor de las ranuras #,36 y #3 del estator 210. El número de vueltas del conductor 526 que comprende la bobina 522 es igual al número de vueltas requerido para generar el voltaje de salida nominal de una fase del alternador. La porción de corriente de salida de la bobina de fase individual es igual a 1 dividido entre el número de polos magnéticos del alternador. Asi, la bobina de fase de polo individual se forma de un número relativamente grande de vueltas de un cable relativamente pequeño. Esta construcción da como resultado varias ventajas, tanto durante la construcción del alternador como durante la operación del alternador. Debido a que cada bobina de fase de polo individual se forma de un número relativamente grande de vueltas, se pueden llevar a cabo pequeños cambios en el diseño de voltaje al cambiar el número de vueltas. Por ejemplo, un alternador particular de 12 polos devanado en una manera convencional con todas las bobinas de fase de polo conectadas en serie, puede requerir 1.0417 vueltas de conductor igual al calibre de cable 6.285 para producir 14VDC (después de una rectificación apropiada) , 300 amperes a 1940 rpm. Ni el número de vueltas ni el calibre de cable equivalente son números prácticos para la producción. Al construir el alternador del ejemplo con las bobinas de fase de polo conectadas en paralelo, cada bobina de fase de polo individual seria de 12.5 vueltas de cable de calibre 17. (Como una nota, las medias vueltas pueden construirse al terminar un extremo de la bobina de fase de polo individual, es decir, al inicio, en un lado del apilamiento de laminación del estator y el otro extremo, es decir, al final, en el otro lado del apilamiento de laminación del estator. Esta construcción se ilustra en la Figura 18A) . Además en este ejemplo, el incrementar el diseño original a 1.0833 vueltas (de nuevo un número no práctico) reduciría las rpm a 1894. Esto podría llevarse a cabo en la construcción alternativa al incrementar cada bobina de fase de polo paralela a 13 vueltas. El área en sección transversal relativamente pequeña de los conductores proporciona un devanado más fácil de las bobinas.

Un corto circuito entre las vueltas de una bobina de fase de polo individual da como resultado la mayor parte de la energía generada en el alternador, fluyendo en las bobinas en corto circuito. Debido a que las bobinas se construyen de un número relativamente grande de vueltas de conductores de área en sección transversal relativamente pequeña, las vueltas en corto circuito se fundirán rápidamente y despejarán el corto circuito. La disminución en la energía de salida resultante de una bobina en fase de polo que se abre es aproximadamente de 1/ (número de los polos magnéticos + número de fases) . Por ejemplo, la reducción de la salida de energía, de un alternador de tres fases de 12 polos con una bobina de fase de polo en corto circuito y después auto despejada es de aproximadamente 3%. Por ejemplo, un corto circuito entre las vueltas de una bobina de fase de polo individual típicamente se despejará en menos de dos segundos. El daño al sistema de accionamiento del alternador se elimina, el motor continúa en operación sin carga adicional y el alternador continúa produciendo energía a la carga conectada. Los anillos de fase conductora 138 se identifican individualmente como anillo A 506, anillo B 508 y anillo C 510. Se ilustran esquemáticamente para claridad tres conductores de bobina de fase de polo individuales, fase A 512, fase B 514 y fase C 516. Cada una de las tres bobinas de fase de polo que constituyen un grupo de bobinas de fase de polo se conectan, en esta ilustración, en una conexión en "y" 524. Como se notó anteriormente, el uso de una conexión "Delta" puede también implementarse utilizando anillos colectores de fase. Los conductores de bobina de fase individuales se juntan en una manera eficiente que no impide el enfriamiento. Con los conductores de bobina de fase dejando la vuelta final de la bobina de fase a 90 grados en la superficie del estator 210, las vueltas finales se exponen al mayor flujo de aire posible que a su vez ofrece el mejor enfriamiento posible de dichas vueltas finales. Aunque la presente invención se ha descrito en conjunto con varias modalidades ejemplares, la invención no se limita a las formas especificas mostradas y se contempla que pueden crearse otras modalidades de la presente invención sin apartarse del espíritu de la invención. Pueden hacerse variaciones en los componentes, materiales, valores, estructura y otros aspectos del diseño e instalación de acuerdo con la presente invención como se expresa en las siguientes reivindicaciones.

Claims (30)

1. REIVINDICACIONES 1. Aparato de conversión de energía, compacto de gran potencia que comprende: un rotor que comprende un armazón cilindrica y un número predeterminado de imanes permanentes dispuestos en el armazón, estando el rotor adaptado para girar alrededor del eje del armazón, un estator que comprende un núcleo y una pluralidad de conjuntos de devanados conductivos, incluyendo cada grupo un número predeterminado de devanados conductivos individuales y asociados con una fase eléctrica; un conductor de recolección respectivo asociado con cada conjunto de devanados respectivos, estando cada devanado conductivo individual del conjunto, eléctricamente conectado en paralelo al conductor de recolección asociado; y Una trayectoria de flujo de refrigerante que dirige el refrigerante hacia el contacto con los devanados del estator; estando los respectivos conductores de recolección dispuestos en la trayectoria de flujo de refrigerante eléctricamente aislados entre si y separados uno del otro y de los devanados.
2. 2. El aparato de la reivindicación 1 en donde los conductores de recolección comprenden cada uno, un anillo conductivo continúo.
3. 3. El aparato de la reivindicación 2, que incluye además una respectiva instalación terminal de salida asociada con cada anillo conductivo eléctricamente conectado al anillo en un solo punto de tal manera que la corriente proporcionada desde los devanados individuales conectados en diferentes 5 posiciones en el anillo en relación ai punto de conexión de la instalación terminal toma una de dos trayectorias delineadas por el punto de conexión de la instalación terminal de salida y un punto en el anillo a aproximadamente 180 grados desde el punto de conexión. ¦10
4. 4. El aparato de la reivindicación 3, en donde la instalación terminal incluye una clavija de conducción y un eslabón fusible eléctricamente conectado entre la clavija y el anillo conductivo asociado.
5. 5. El aparato de la reivindicación 2, en donde 15 los anillos conductivos respectivos son de diferentes diámetros para facilitar el enfriamiento.
6. 6. El aparato de la reivindicación 5, en donde los anillos conductivos respectivos se disponen de manera concéntrica, desplazados axialmente entre si. 20
7. 7. El aparato de la reivindicación 2, que incluye además una estructura de instalación no conductora que coopera con los anillos conductivos para mantener los anillos en una disposición predeterminada.
8. 8. El aparato de la reivindicación 2, en donde 25 los anillos se encuentran formados de material en barra con extremos conectados.
9. 9. El aparato de la reivindicación 2, en donde los anillos se forman por estampado a partir de una hoja de material conductivo.
10. 10. El aparato de la reivindicación 2, en donde los anillos se forman de material rectangular.
11. 11. El aparato de la reivindicación 1, que incluye además una estructura de instalación no conductora que coopera con los conductores de recolección para mantener los conductores en una disposición predeterminada.
12. 12. El aparato de la reivindicación 1, en donde los conductores de recolección no se encuentran aislados para facilitar el enfriamiento.
13. 13. El aparato de la reivindicación 7, en donde la estructura de montaje mantiene los conjuntos de anillos de manera concéntrica y axial para exponerlos anillos al fluido refrigerante a temperaturas de entrada ambiente.
14. 14. El aparato de la reivindicación 2, en donde los anillos se encuentran relativamente rígidos de tal manera que mantienen su forma durante las aceleraciones encontradas durante la operación normal.
15. 15. El aparato de la reivindicación 1, en donde los conductores de recolección comprenden cada uno, para cada fase eléctrica, de un respectivo grupo de un número predeterminado de arcos conductivos eléctricamente aislados, igualmente dimensionados .
16. 16. El aparato de la reivindicación 15, que incluye además una instalación terminal de salida asociada con cada arco conductivo, eléctricamente conectado al arco en un solo punto.
17. 17. El aparato de la reivindicación 16, en donde las instalaciones terminales incluyen una clavija conductora y un eslabón fusible eléctricamente conectado entre la clavija y el arco conductivo asociado.
18. 18. El aparato de la reivindicación 15, en donde los respectivos conjuntos de arcos conductivos son de diferentes radios para facilitar el enfriamiento. *
19. 19. El aparato de la reivindicación 15, en donde los respectivos conjuntos de arcos conductivos se encuentran dispuestos de manera concéntrica, desplazados axialmente entre si.
20. 20. El aparato de la reivindicación 15, que incluye además una estructura de instalación no conductora que coopera con los conjuntos de arcos para mantener los arcos en una disposición predeterminada.
21. 21. El aparato de la reivindicación 20, en donde la estructura de montaje mantiene los conjuntos de arcos de manera concéntrica y axial para exponer los arcos al fluido refrigerante a temperaturas de entrada ambiente.
22. 22. El aparato de la reivindicación 16, en donde el único punto de conexión en el arco se encuentra aproximadamente en el punto medio del arco.
23. 23. El aparato de la reivindicación 15, en donde los arcos se forman de material en barra.
24. 24. El aparato de la reivindicación 15, en donde los arcos conductivos se forman de material rectangular e incluyen cortes respectivos adaptados para recibir los devanados individuales.
25. 25. El aparato de la reivindicación 15, en donde los arcos conductores de recolección se encuentran relativamente rígidos de tal manera que mantienen su forma durante las aceleraciones encontradas durante la operación normal .
26. 26. El aparato de la reivindicación 15., en donde las bobinas de fase individual que corresponden a cada polo magnético en el rotor se encuentran uniformemente distribuidas entre los conjuntos de arcos conductores.
27. 27. El aparato de la reivindicación 15, en donde los conductores de recolección comprenden de cada uno, para cada fase eléctrica, un conjunto de dos arcos conductivos eléctricamente aislados, igualmente dimensionados .
28. 28. El aparato de la reivindicación 15, en donde los conductores de recolección comprenden cada uno, para cada fase eléctrica, un conjunto de cuatro arcos conductivos eléctricamente aislados, igualmente dimensionados.
29. 29. El aparato de la reivindicación 1, en donde la trayectoria de flujo de refrigerante incluye un pasaje a través del núcleo del estator y un pasaje a través del rotor.
30. 30. El aparato de la reivindicación 1, en donde los devanados conductivos individuales son de un diámetro relativamente pequeño de tal manera que las condiciones de un corto circuito en un devanado individual causarán que el devanado individual se funda y despeje el corto circuito.