MXPA01004435A - Sistema para controlar un dispositivo rotatorio. - Google Patents

Abstract

Un sistema para controlar un dispositivo rotatorio, el sistema consiste en un controlador y un sistema rotatorio, el cual tiene un estator y un rotor, en donde el controlador esta conectado al dispositivo rotatorio para controlar la rotacion del dispositivo rotatorio, y en donde el controlador esta adaptado para energizar periodicamente cuando menos una bobina energizadora del dispositivo para crear un campo magnetico de polaridad que induzca al rotor a girar en una sola direccion, y en donde el controlador se apaga para desenergizar la bobina energizadora cuando otras fuerzas, siendo las fuerzas diferentes a aquellas que resultan de la bobina energizadora energizada, producen una fuerza resultante que induce la rotacion del rotor en una sola direccion.

Description

SISTEMA PARA CONTROLAR ÜN DISPOSITIVO ROTATORIO Campo de la invención La presente invención se refiere a los motores que se utilizan para generar un momento de fuerza o de torsión y a los generadores que se utilizan para generar electricidad.

Antecedentes de la invención Un motor eléctrico común consiste en un estator y un rotor. El funcionamiento de un motor eléctrico se basa en el principio que una corriente eléctrica a través de un conductor produce un campo magnético, la dirección de la corriente en un elemento electromagnético como una bobina de alambre o devanado determina la ubicación de los polos de los imanes y la manera en que los polos magnéticos repelen y atraen polos opuestos. El estator, que normalmente se le conoce como estructura de campo establece un campo magnético constante en el motor. Por lo común, el campo magnético se establece entre imanes permanentes que se denominan electroimanes de campo o inductores y ubicados en intervalos igualmente separados alrededor del rotor.

El rotor o núcleo normalmente consiste en una serie de devanados igualmente separados que pueden ser energizados para producir un campo magnético y de este modo los polos norte o sur. Al mantener las bobinas energizadas, los campos magnéticos interactuantes del rotor y el estator producen rotación del rotor. Para asegurar que la rotación se realiza en una sola dirección, normalmente se conecta un conmutador a los devanados de las bobinas del rotor para cambiar la dirección de la corriente aplicada a las bobinas. Si no se invierte la dirección de la corriente, el rotor girarla en una dirección y luego invertirla su dirección antes de completar un ciclo de rotación completo. La descripción anterior es tipica de un motor DC. Los motores AC no tienen conmutadores porque la corriente alterna invierte su dirección de manera independiente. Para un motor AC común, como puede ser un motor de inducción, el rotor no tiene conexión directa a la fuente de electricidad externa. La corriente alterna fluye alrededor de las bobinas de campo en el estator y produce un campo magnético rotatorio. Este campo magnético rotatorio induce una corriente eléctrica en el rotor originando otro campo magnético.

Este campo magnético inducido a partir del rotor interactúa con el campo magnético del estator haciendo que gire el rotor. Un generador eléctrico es efectivamente el inverso de un motor eléctrico. En lugar de alimentar electricidad a las bobinas del estator o el rotor, el rotor o inducido gira por las fuerzas físicas producidas por un motor primario. En efecto, un generador cambia la energia mecánica en energia eléctrica.

Compendio de la invención La presente invención se dirige a proporcionar un dispositivo rotatorio mejorado que opera con mayor eficacia en comparación con los dispositivos rotatorios tradicionales . La presente invención también se refiere a un sistema para controlar un dispositivo rotatorio que puede generar energía eléctrica y/o mecánica. De acuerdo con la presente invención, se proporciona un sistema para controlar un dispositivo rotatorio, el sistema consiste en un controlador y un dispositivo rotatorio, el cual tiene un estator y un rotor, en donde el controlador está conectado al dispositivo rotatorio para controlar la rotación del dispositivo rotatorio, y en donde el controlador se adapta para energizar periódicamente cuando menos una bobina activadora del dispositivo para crear un campo magnético de una polaridad que induce al rotor a girar en una sola dirección y en donde el controlador se apaga para desenergizar la bobina activadora cuando otras fuerzas, siendo las fuerzas diferentes de las que resultan de la bobina activadora energizada, producen una fuerza resultante que induce la rotación del rotor en la única dirección. De preferencia, el regulador se adapta para energizar la bobina activadora durante un periodo en el cual la fuerza resultante de las otras fuerzas actúa para hacer girar el rotor en la dirección opuesta, con lo cual la fuerza aplicada por la bobina activadora supera (es mayor que) la fuerza resultante. El regulador de preferencia se adapta para interrumpir, a fin de desenergizar la bobina activadora antes de que la fuerza resultante sea cero. El regulador de preferencia se adapta para desconectar a fin de desenergizar la bobina activadora durante un periodo antes de que la fuerza resultante sea cero, y para permitir que la fuerza contra electromotriz inducida por otras fuerzas obliguen al rotor a girar en la única dirección antes de que la fuerza resultante sea cero. De preferencia, la fuerza resultante excluye las fuerzas que surgen de la fuerza contra electromotriz. La bobina activadora puede adaptarse para ser energizada por el regulador a través de un ángulo predeterminado de una revolución completa del rotor. De otro modo, la bobina activadora se adapta para ser desenergizada por el regulador durante un tiempo predeterminado para cada revolución del motor. De preferencia, la/cada bobina activadora se energiza más que una vez durante una sola revolución (ciclo) del rotor. La/cada o cuando menos una bobina activadora puede estar energizada cada vez que la fuerza resultante aplica una fuerza al rotor en la dirección opuesta. La/cada o cuando menos una bobina activadora puede ser energizada durante un impulso periódico aplicado por el regulador. Los impulsos periódicos de preferencia son todos del mismo signo. La/cada o las bobinas activadoras seleccionadas son energizadas cuando la fuerza resultante está en la dirección opuesta y luego durante un periodo menor que el periodo durante el cual la fuerza resultante cambia de cero a un máximo y regresa a cero.

De acuerdo con una modalidad, el estator tiene cuando menos una bobina activadora. El rotor puede tener cuando menos un medio generador del campo magnético que pueda generar un campo magnético que interactúe con el campo magnético generado por la/cada bobina activadora cuando está energizada, para aplicar una fuerza que haga girar el rotor en una dirección. La/cada bobina activadora de preferencia incluye un medio de interacción magnética que se adapta para repeler o atraer el medio generador del campo magnético. De acuerdo con otra modalidad, el medio de interacción magnética se adapta para atraer el medio generador del campo magnético. El medio de interacción magnética puede consistir en un cuerpo ferroso o un cuerpo de otra sustancia que pueda ser atraída hacia un cuerpo magnetizado. El medio generador del campo magnético puede ser un imán permanente. El medio de interacción magnética puede ser un núcleo de hierro o un imán permanente. De preferencia, el medio generador del campo magnético consiste en un imán permanente, o un elemento que pueda ser atraído 'a un cuerpo magnetizado. El estator de preferencia consiste en una pluralidad de bobinas activadoras colocadas uniformemente alrededor del rotor. Cada bobina activadora de preferencia es un electroimán. De preferencia, la o cada bobina activadora incluye el medio de interacción magnética a través de su bobina.

De preferencia, el rotor consiste en una pluralidad de medios generadores del campo magnético ubicados de manera uniforme. De acuerdo con una modalidad, el rotor consiste en una pluralidad de imanes permanentes ubicados de manera uniforme. Los imanes permanentes ubicados de manera uniforme pueden todos ser de la misma polaridad. Los medios generadores del campo magnético colocados de manera uniforme pueden ser imanes estimuladores de bobinas que pueden ser activadas. De preferencia, los polos de los medios generadores del campo magnético todos son los mismos. Los polos magnéticos producidos por las bobinas activadoras energizadas pueden ser los mismos como los de los medios generadores del campo magnético. De acuerdo con una modalidad alternativa, se proporciona un modelo alterno de polos para las bobinas activadoras.

De acuerdo con otra modalidad, para él rotor se proporciona un modelo alterno de imanes permanentes. De acuerdo con otra modalidad de la presente invención, el estator tiene una pluralidad de medios generadores de flujo magnético. Los medios generadores del campo magnético para el estator pueden ser imanes permanentes. De preferencia, el rotor consiste en una pluralidad de bobinas activadoras y un conmutador. El rotor puede ser un núcleo y el estator puede ser un devanado inductor. De preferencia, los medios generadores del campo magnético del rotor se energizan mediante una alimentación de energía externa siendo corriente DC ó AC. Los medios de interacción magnética del estator pueden ser energizados por bobinas que operan en una corriente AC ó DC. De acuerdo con una modalidad, el estator incluye cuando menos una bobina de inducción que se adapta para tener una corriente inducida en ésta por los medios generadores del campo magnético del rotor. La/cada bobina de inducción puede estar separada de la/cada bobina activadora. La/cada bobina de inducción también puede ser la bobina activadora.

La/cada bobina activadora puede estar adaptada para estar conectada a un circuito de salida mediante el cual la corriente inducida en la/cada bobina activadora es enviada al circuito de salida. Se prefiere que los circuitos interruptores se adapten para rectificar la corriente inducida en las bobinas de inducción. Se prefiere que la rectificación ocurra justo antes de que la o cada bobina activadora sea energizada por la alimentación de energía. De preferencia, la salida de corriente el circuito de salida se adapta para utilizarse para hacer funcionar un dispositivo eléctrico. El regulador de preferencia consiste en un circuito interruptor que se adapta para conectar la/cada bobina activadora a un circuito de salida cuando no se genera ninguna corriente para energizar la bobina activadora. De preferencia, el regulador proporciona un circuito interruptor. El regulador puede ser un interruptor rotatorio. El interruptor rotatorio puede tener cuando menos un contacto que se alinee con el/cada medio generador del campo magnético. De preferencia, el interruptor rotatorio tiene cuando menos un contacto alineado con los imanes permanentes del rotor. El interruptor rotatorio puede tener el mismo número de contactos como el número de medios generadores de campo magnético; estando los imanes en su forma preferida. El/cada contacto puede tener una anchura que varía con la altura vertical. El interruptor rotatorio de preferencia comprende cepillos ajustables que pueden moverse en el sentido vertical. Los contactos de preferencia tienen un ancho de sección reducida desde un extremo superior hasta un extremo inferior de los mismos. El interruptor rotatorio y el rotor pueden estar ubicados en el eje central coaxial. El interruptor rotatorio y el rotor pueden estar montados en un eje común. De preferencia, el interruptor del rotor se monta en una cámara separada del rotor. De acuerdo con una modalidad, cada bobina activadora se adapta para repeler un medio generador del campo magnético adyacente cuando se energiza. Cada bobina activadora puede estar adaptada para ser energizada por la fuerza contra electromotriz solo durante un tiempo predeterminado de cada ciclo.

El periodo predeterminado de preferencia ocurre después de que se interrumpe la corriente para la bobina activadora. De acuerdo con otra modalidad, la/cada bobina activadora se adapta para atraer los medios generadores del campo magnético del rotor. La presente invención contempla diversas variaciones a los componentes que constituyen los sistemas antes descritos. Por ejemplo, la corriente, voltaje, campo magnético generados, el número de polos de los imanes para el rotor/estator todos pueden variar y en consecuencia afectarán la sincronización de la interrupción de las bobinas activadoras. El dispositivo rotatorio puede tener un mayor número de polos magnéticos generados en el estator/devanado inductor en comparación con el rotor/núcleo o viceversa.

De acuerdo con una modalidad, el número de polos en ambos son el mismo. Se prefiere que la interrupción de las bobinas activadoras que es regulada por el regulador se adapte para aumentar al máximo la influencia de la fuerza contra electromotriz producida. Se prefiere que las bobinas activadoras sean provistas efectivamente con una corriente eléctrica pulsada de duración mínima, cuya duración sea suficiente para mantener la rotación del rotor y producir una salida de momento torsor o corriente deseada.

Breve descripción de los dibujos Las modalidades preferidas de la presente invención ahora serán descritas por medio de ejemplo solamente con referencia a los dibujos anexos en los cuales: La Figura 1 muestra una vista frontal, transversal de un dispositivo rotatorio y el regulador para este de acuerdo con una primera modalidad de la invención; La Figura 2 muestra una vista superior del regulador mostrado en la Figura 1; La Figura 3 muestra una vista lateral del regulador mostrado en la Figura 1; La Figura 4a muestra una vista esquemática de un sistema para regular un dispositivo rotatorio de acuerdo con la primera modalidad de la presente invención; La Figura 4b muestra una vista esquemática del dispositivo rotatorio que se muestra en la Figura 4a; La Figura 5 muestra una representación gráfica de la fuerza contra la posición angular del imán permanente Ml del sistema que se muestra en la Figura 4a; La Figura 6 muestra una serie de cuatro gráficas de corriente de entrada contra movimiento angular de cada imán permanente del sistema mostrado en la Figura 4a; La Figura 7 muestra una representación gráfica del voltaje de entrada contra la corriente de entrada para cada bobina del dispositivo rotatorio mostrado en el sistema de la Figura 4a; La Figura 8 muestra un diagrama esquemático de una variación de la atracción magnética natural contra el desplazamiento angular de un rotor teniendo un imán permanente único y un estator teniendo una sola bobina activadora, de acuerdo con una segunda modalidad de la presente invención; La Figura 9 muestra una representación gráfica del campo magnético contra el desplazamiento angular de acuerdo con la segunda modalidad de la presente invención; La Figura 10 muestra una representación gráfica de la inducción inducida contra el desplazamiento angular del imán permanente de acuerdo con la segunda modalidad de la presente invención; y La Figura 11 muestra otra representación gráfica de la fuerza electromagnética de la inducción inducida contra el desplazamiento angular del imán permanente de acuerdo con la segunda modalidad de la presente invención.

Descripción detallada de los dibujos Como se muestra en la Figura 4a, de acuerdo con la primera modalidad de la invención, se proporciona un sistema que consiste en un rotor 11 teniendo cuatro imanes permanentes Ml, M2, M3, M4 que están uniformemente separados a 90° uno con respecto al otro. El sistema incluye un estator 12 que consiste en tres bobinas activadoras de electroimán, A, B, C con una separación de 120° entre sí. Cada bobina A, B, C está conectada en circuito con un suministro de energía de 54 voltios y un interruptor RS1, RS2, RS3. Cada uno de los contactos RSl, RS2, RS3 es parte de un interruptor rotatorio 13 que tiene contactos 14, 15, 16, 17 que están separados 90° con respecto a un contacto adyacente. El interruptor rotatorio 13 está provisto con cepillos o escobillas de contacto 18, 19 y está montado en un eje 20 que es el mismo o común con el eje del rotor 11. Cada uno de los contactos 14, 15, 16, 17 tiene una configuración especial con una forma trapezoidal, con los dos lados no paralelos consistentes en un lado recto 21 y un lado trapezoidal 22 que reduce su sección hacia afuera desde el lado superior 23 hacia el lado inferior 24.

El resultado es que cada contacto aumenta en su anchura desde el lado superior hacia el lado inferior 24. La escobilla 18 puede moverse verticalmente con relación a los contactos 14, 15, 16, 17 mientras que la escobilla 19 está en contacto constante con la base. Aunque la Figura 1 solo muestra el interruptor rotatorio 13 teniendo una sola serie de cuatro contactos 14, 15, 16, 17, para el estator de tres bobinas mostrado en la Figura 4a, de hecho sería preferible tres discos de contacto en el eje 20. Cada disco de contacto tendría contactos para una de las bobinas A, B, C, respectiva, pero cada escobilla para los demás discos se desplazaría 30° y 60°, respectivamente . Una descripción del funcionamiento del sistema mostrado en las Figuras 1 a 4a se mencionará a continuación. Si se supone que los imanes Ml, M2, M3, M4 inicialmente están alineados como se muestra en la Figura 4a con el imán Ml opuesto en un extremo de la bobina A, la bobina A se energiza cuando uno de los imanes Ml a M4 se alinea opuesto a éste y durante un tiempo predeterminado después de que el imán permanente lo ha rebasado. Como se muestra en la Figura 6, la bobina A se energiza mediante el contacto RSl proporcionando una conexión eléctrica a través del interruptor rotatorio 13. Esto ocurre en uno de los contactos 14 a 17 estando alineado en contacto con la escobilla 18. En este momento se aplica corriente desde la fuente de energía VA y continúa aplicada hasta que la escobilla 18 y no está en contacto con uno de los contactos 14 a 17. Para el arreglo de tres bobinas/cuatro polos de la primera modalidad, se prefiere que las escobillas se muevan a una posición vertical donde el ancho de cada contacto es suficiente para que cada uno de los interruptores RSl, RS2 y RS3 sea cerrado durante 12° 51 minutos, 50 segundos de la rotación del rotor 11. Después de este tiempo los interruptores RSl a RS3 se abren y no se envía más corriente a ninguna de las bobinas A a C. Cuando la corriente de cada una de las bobinas se interrumpe, se induce una fuerza contra electromotriz en cada una de las bobinas A a C y esta fuerza contra electromotriz representada por el inciso Z da origen a una corriente que se mantiene en cada una de las bobinas durante un periodo de tiempo pequeño adicional después de que se abren los contactos RSl a RS3. Al interrumpir las bobinas A a C en la forma anterior, el rotor 11 puede ser inducido a girar con una cantidad menor de corriente de entrada hacia el estator de la que sería necesaria si la corriente fuera enviada constantemente a las bobinas A a C. La Tabla 1 siguiente muestra la fuerza resultante en el rotor 13 para las posiciones angulares de los imanes Ml a M4 para los desplazamientos angulares del imán desde 5° hasta 30°.

TABLA 1 Como se muestra cuando los imanes del rotor 13 se giran 5° en el momento en que la fuerza resultante en el rotor cambia de una fuerza contraria a las manecillas del reloj de 5° a 15° hasta una fuerza en el sentido de las manecillas del reloj desde 15° hasta 30°. A 0°, 15° y 30°, la fuerza resultante en el rotor es 0, de modo que si los imanes permanentes del rotor se alinearan en cualquiera de estas orientaciones, no habría fuerza resultante para empujar el rotor en el sentido de las manecillas del reloj o contra las manecillas del reloj .

Como se muestra en la Figura 5, una gráfica de la magnitud de la fuerza resultante aplicada al rotor contra el desplazamiento angular del rotor muestra una curva sinusoidal con un ciclo de 30°. Para una rotación completa de 360°, el rotor experimentaría 12 ciclos de variación en la fuerza resultante. Lo que muestra la Tabla 1 y la Figura 5 es que a menos que se aplique una fuerza adicional para hacer girar el rotor en el sentido de las manecillas del reloj o en contra, el rotor no podrá girar continuamente en ninguna dirección. Si se supone que se desea hacer girar el rotor en el sentido de las manecillas del reloj, entonces la fuerza debe superar la fuerza resultante en contra de las manecillas del reloj que ocurre desde 0 hasta 15°, 30° hasta 45°, 60° hasta 75°, etc. a través de la rotación de 360° completa del rotor. Debido a que cada una de las bobinas A a C tiene un núcleo de hierro, aún cuando las bobinas son desenergizadas, la atracción magnética natural que ocurre entre cada imán y los núcleos de hierro hace que cada imán Ml a M4 intente moverse en una dirección hacia el núcleo de hierro más cercano. Cuando un imán está opuesto a un núcleo de hierro, la atracción magnética es mayor y no hay fuerza aplicada por este imán para mover el rotor en el sentido de las manecillas del reloj o en contra de las manecillas del reloj . Del mismo modo, cuando un imán se posiciona en medio entre núcleos de hierro adyacentes, también hay una fuerza resultante de 0 que se traduce en ninguna fuerza resultante aplicada al rotor para hacerlo girar en cualquier dirección por este imán. Como se muestra en la Figura 5 y la Tabla 1, si el imán Ml se mueve en el sentido de las manecillas del reloj 5° hay una atracción natural entre el imán Ml y el núcleo de hierro de la bobina A para atraer el imán Ml en una dirección contra las manecillas del reloj . Si las fuerzas resultantes aplicadas por los demás imanes fueran suficientes para superar la atracción entre el imán permanente Ml y el núcleo de hierro de la bobina A, el rotor todavía se movería en el sentido de las manecillas del reloj . No obstante, como se muestra en la Tabla 1, la posición angular de los demás imanes M2 a M4 da origen a una fuerza resultante total en contra las manecillas del reloj . Para superar la fuerza resultante es necesario producir un polo X en la bobina A de la misma polaridad que el imán Ml y así repeler Ml lejos de la bobina A.

Como se muestra en la Figura 5, la intensidad de la acción de repulsión magnética entre la bobina A y Ml debe ser suficiente para superar la fuerza resultante que empuja el rotor contra las manecillas del reloj. Se podría aplicar una corriente a la bobina A para un desplazamiento angular de 15° del imán Ml, pero se prefiere que la bobina A sea energizada solo para un desplazamiento angular de 12°, 51 minutos, 50 segundos del imán Ml. Al aplicar corriente a la bobina A para este periodo de desplazamiento angular, se aplica una cantidad mínima de corriente a la bobina A para superar la fuerza resultante contra las manecillas del reloj que ocurre para un desplazamiento angular de 0° hasta 15° del imán Ml. Aunque la corriente para la bobina A puede ser aplicada durante un periodo más largo que este periodo, se ha descubierto que al aplicar corriente durante este periodo se induce una fuerza contra electromotriz en la bobina A que se adiciona a la fuerza repulsiva aplicada al imán Ml por la bobina A. Cada vez que uno de los imanes Ml a M4 se alinea a 0° con la bobina A, la bobina A se energiza durante 12°, 51 minutos, 50 segundos del desplazamiento angular de este imán. Así pues, como se muestra en la Figura 6, la corriente termina siendo aplicada a la bobina A a 0° hasta 12°, 51 minutos, 50 segundos, 90° hasta 102°, 51 minutos, 50 segundos, 180° hasta 192°, 51 minutos, 50 segundos y 270° hasta 282°, 51 minutos, 50 segundos. Un modelo de interrupción similar se aplica a las bobinas B y C. Por ejemplo, la bobina B se energiza cuando el imán M2 se ha movido 30° hasta cuando éste se ha movido 42°, 51 minutos, 50 segundos, y del mismo modo, la bobina C se energiza cuando el imán M3 se ha movido 60° hasta 72°, 51 minutos, 50 segundos. Se prefiere que el rotor tenga un diámetro de 230 mm y que cada bobina tenga un resistencia de 6.8 ohmios. La Figura 7 muestra una representación gráfica del voltaje de entrada contra la corriente de entrada para una resistencia de bobina de 6.8 ohmios y para un rotor de cuatro polos con 230 mm de diámetro. La secuencia de sincronización exacta para encender y apagar las bobinas variará dependiendo de los parámetros del dispositivo rotatorio y el regulador. Por consiguiente, al variar el voltaje de entrada, la resistencia de la bobina y la impedancia total del circuito de entrada para cada bovina, cambiará el tiempo durante el cual una bobina debe estar encendida. De hecho, existen múltiples factores que pueden cambiar la secuencia de sincronización de encendido de las bobinas y algunos de estos se resumen en lo siguiente.

El estator Las variables incluyen la elección del material que se utilice en la construcción del núcleo de hierro del estator, el número de núcleos de hierro del estator y su posicionamiento, así como el tamaño físico, el área y forma transversal de los núcleos de hierro del estator.

Rotor El tamaño físico y la intensidad magnética y forma del cuerpo magnético permanente polarizado como están contenidos en el rotor, el número de cuerpos magnetizados permanentes polarizados estando contenidos en el rotor, el posicionamiento y separación de los mismos, el uso de todas las polaridades iguales de los cuerpos magnéticos permanentes o el uso de polaridades alternas de los cuerpos magnéticos permanentes.

Bobina del estator El tamaño físico de las bobinas estando colocadas sobre el (los) núcleo (s) de hierro del estator, el tipo de alambre que se utilice para el devanado de la(s) bovina (s) como cobre, plata, aluminio u otros. La forma y el área transversal del alambre del devanado, como puede ser la forma redonda, cuadrada, triangular, rectangular y otras; el número de vueltas y capas enrolladas sobre la bobina y la resistencia en ohmios consecuente; el método de devanado sobre un soporte de bobina, devanado individual, devanado doble, devanado doble en la misma dirección, devanado doble en dirección opuesta, de izquierda a derecha o viceversa, devanado intercalado, si los ejemplos anteriores son devanados sobre un solo soporte de bobina.

Velocidad del rotor Esta puede ser controlada por la duración de la corriente DC (entrada) dirigida (periodo de encendido y corte) y/o el control del suministro de voltaje utilizado para alimentar la(s) bobina (s) del estator. Otras variaciones que se pueden practicar al sistema incluyen las siguientes: a. Las bobinas pueden estar conectadas en serie, paralelo, o de serie a paralelo. b. Es solo cuando se utilizan en el rotor los arreglos de norte/sur de los imanes permanentes que son necesarios números pares de imanes permanentes, pero no necesariamente números pares de pares de bobinas del estator en el estator. Además, la dirección de la corriente DC alimentada a las bobinas del estator en el arreglo norte sur anterior debe ser sincronizada, entendiéndose que el campo magnético, según sea necesario en la(s) bobina (s) del estator debe ser de polaridad correspondiente a la(s) bobina (s) del estator, el extremo del núcleo de hierro, que está frente a los imanes permanentes. c. Cuando se utilizan imanes permanentes todos con la misma polaridad, entonces es posible utilizar cualquier número de imanes permanentes en el rotor siempre que exista suficiente espacio para contenerlos en espacios regulares en el rotor. d. Las separaciones entre los imanes permanentes deben ser exactas, si están demasiado cerca entre sí, la corriente DC dirigida será menos eficaz, si están demasiado apartados no se obtendrá potencial completo. e. Es posible tener algunas combinaciones del imán permanente y los núcleos de hierro de la bobina del estator similares pero no limitadas a las siguientes : i. Es posible utilizar tres imanes en el rotor, de una a tres bobinas en el estator. ii. Es posible utilizar cinco imanes permanentes en el rotor, de una a cinco bobinas del estator. iii. Es posible utilizar nueve imanes permanentes en el rotor, de una a tres o nueve bobinas en el estator. iv. La salida varía con cada combinación. v. No obstante que el rotor contenga números pares o impares de imanes permanentes, el estator puede funcionar solo con una bobina del estator y núcleo de hierro del estator y todavía ser altamente eficaz pero con salida total reducida. f. El estator y rotor deben estar elaborados de materiales no magnéticos como madera, plástico, bronce y materiales no magnéticos similares. Aunque se realiza la interrupción en su forma preferida por un interruptor rotatorio mecánico, también es posible realizarla por medios electrónicos en estado sólido u otros dispositivos interruptores. La duración del periodo de encendido en cada bobina está en relación con la longitud física. Cuando las escobillas están en contacto con la parte conductiva del interruptor rotatorio y la parte no conductiva. Esta relación es conocida como la frecuencia o número de índices en un segundo. La salida producida por el dispositivo rotatorio puede ser mecánica y eléctrica al mismo tiempo o puede ser principalmente eléctrica o principalmente mecánica. La razón para esto se explicará con referencia a la segunda modalidad en la que se supone que el estator tiene una sola bobina activadora con un núcleo de hierro un el rotor tiene un solo imán permanente. Cuando el imán permanente de los rotores se hace girar muy lentamente a mano en la dirección de las manecillas del reloj, es posible determinar el punto donde ocurre la atracción magnética natural entre el imán permanente de los rotores y el núcleo de hierro de los estatores . Cuando el imán permanente ha llegado al punto A como se muestra en la Figura 8, comienza la atracción magnética natural y aumenta en forma exponencial hasta que el centro del imán permanente se alinea en el punto B opuesto al núcleo de hierro 30. Si se hace girar el imán permanente lejos del punto B, la NMA estará en un punto máximo en el punto B, y luego disminuirá desde el máximo en forma exponencial hasta que el borde posterior del imán permanente ha llegado al punto C y luego cesa. Cuando el rotor se mueve en el sentido de las manecillas del reloj a velocidad constante y se conecta un osciloscopio a la bobina del estator, es posible observar el movimiento del imán permanente entre el punto A y el punto B, y luego entre el punto B y C, como se muestra en la Figura 9. Entonces es evidente una curva de inducción inducida en el osciloscopio y esta inducción inducida produce una curva de onda sinusoidal 31. Además, la inducción inducida entre el punto A al punto B es una inducción inducida que va a negativo en este caso y la inducción inducida entre el punto B y el punto C es una inducción inducida que va a positivo en este caso. También se debe observar que las curvas de inducción inducida que van a negativo y que van a positivo son exactamente las mismas pero opuestas entre sí. Cuando el imán permanente comienza a inducir una inducción que va a negativo en la bobina del estator a 0° de la curva de la onda seno 31, la inducción inducida entonces está en 0. A 90° de la curva seno, la inducción inducida esta en un máximo y luego regresa a 0 cuando el imán permanente se alinea con el punto B, o a 180° de la curva seno cuando el imán permanente comienza a moverse lejos de su alineamiento con el punto B o esta en 180° de la curva seno. Cuando los imanes permanentes comienzan a alejarse de su alineamiento con el punto B y se mueven hacia el punto C, la inducción inducida que ahora va a positivo primero está en 0 a 180° de la curva seno, luego en un máximo de 270° de la curva seno y luego regresa a 0 a 360° de la curva seno. Se debe señalar que 0° y 360° de la curva seno no son necesariamente el mismo punto A para 0° y el punto C para 360° de la curva seno. Los puntos A y C se determinan por la intensidad del imán permanente de los rotores y el área transversal y/o forma del núcleo de hierro del estator. La inducción inducida que va a negativo entre 0° y 180° de la curva seno produce una fuerza electromagnética en la bobina del estator y el núcleo de hierro de polaridad opuesta. El extremo del núcleo de hierro que se encuentra frente al rotor es de polaridad opuesta a la del imán permanente en este caso, como se muestra en la Figura 10.

La inducción inducida que va a positivo entre 180° y 360° de la curva seno produce una fuerza electromagnética en la bobina del estator y el núcleo de hierro de la misma polaridad en el extremo del núcleo de hierro frente al estator, siendo de la misma polaridad como la del imán permanente en este caso. Cuando el imán permanente llega al punto A, la atracción magnética natural entre el imán permanente y el núcleo de hierro del estator está en un mínimo y comienza a moverse hacia el punto B. Cuando la inducción inducida entonces también comienza a ocurrir a 0o de la curva seno, estando en cualquier parte en el punto A y el punto B, ya se ha incrementado la atracción magnética natural.

Cuando el imán permanente está en 0o de la curva seno y se mueve hacia el punto B ó 180° de la curva seno, la inducción inducida que va a negativo en la bobina del estator esta produciendo una fuerza electromagnética (campo) en el núcleo de hierro del estator con el extremo del núcleo de hierro frente al rotor siendo de una polaridad opuesta a la del imán permanente y esta en 0 efecto a 0° de la curva seno, en comparación con el efecto máximo a 90° de la curva seno y luego regresa al efecto 0 a 180° de la curva seno. El imán permanente entonces se alinea en el punto B. Ahí, la fuerza de atracción magnética es proporcional con la distancia y esto aumenta en forma exponencial cuando se mueve desde A hasta el punto B. Ahí, el núcleo de hierro del estator se fija y es estacionario en el punto B. Por consiguiente, será el imán permanente el que se mueva hacia el punto B. Como un ejemplo, si el núcleo de hierro del estator también fue un cuerpo magnético permanente polarizado de la misma intensidad pero de polaridad opuesta a la del imán permanente, la fuerza de atracción magnética sería cuando menos cuatro veces mayor debido al factor distancia como ya se explicó. Además, esto también ocurriría debido a la doble fuerza magnética entre el arreglo magnético norte y sur. Por tanto, la atracción magnética entre el imán permanente y el extremo del núcleo de hierro frente al rotor aumenta drásticamente cuando la inducción inducida en la bobina del estator produce una fuerza electromagnética de polaridad opuesta en el extremo del núcleo de hierro del estator frente al rotor como se describe en lo anterior. El aumento sigue la curva seno comenzando desde 0° hasta 90° de la curva seno y el efecto anterior disminuye desde 90° de regreso a 180° de la curva seno. Una curva en combinación de la atracción magnética natural y la inducción inducida en la bobina del estator, produciendo una fuerza electromagnética en el extremo de la bobina de hierro del estator [sic] frente al rotor de polaridad opuesta 33 se muestra en la Figura 10 desde 0° hasta 180°. Para 180° hasta 360° se muestra la bobina de hierro del estator [sic] y el rotor de polaridades iguales 34. Cuando el imán permanente se alinea en el punto B y se alimenta una corriente directa a la bobina del estator durante solo un tiempo corto comenzando en el punto B, entonces la corriente DC se aplica solo lo suficiente para superar la atracción magnética natural entre el imán permanente y el extremo del núcleo de hierro del estator que está frente al rotor. La corriente DC dirigida alimentada a la bobina del estator produce una polaridad igual en el extremo del núcleo de hierro que esta frente al rotor y de este modo repele el imán permanente lejos del punto B hacia el punto C. De este modo, la atracción magnética natural ha cambiado a repulsión magnética natural debido a la polaridad igual del extremo del núcleo de hierro del estator frente al rotor. La duración del periodo de "encendido" tiene que ser suficiente para superar la atracción magnética natural y podría ser tan larga hasta que el extremo posterior llegue al punto C donde cesa la atracción magnética natural. No obstante, ahí la inducción inducida que va a positivo en la bobina del estator, cuando se produce por el imán permanente, produce una fuerza electromagnética en el estator o [sic] el extremo del núcleo de hierro que está frente al rotor, produciendo una polaridad semejante a la del imán permanente comenzando en 180° de la curva seno o el punto B y 0 en este caso. A 270° de la curva seno, esta está en un máximo y luego termina en 0 en 360° de la curva seno. En otras palabras, a 270° de la curva seno la fuerza está en una repulsión máxima y existe inducción inducida en la bobina del estator dependiendo de la velocidad del rotor. El efecto de la variación en la velocidad del rotor se muestra en las curas 35 de la Figura 11. Como se muestra en la Figura 11, no importa la velocidad del rotor, la inducción inducida en la bobina del estator está en un máximo a 270° de la curva seno. El periodo de encendido puede regresar al punto donde la inducción inducida es muy grande para realizar la repulsión electromagnética hasta 360° de la curva seno y más allá del punto C. Por tanto, a mayor velocidad del rotor tiene que ser más corto el periodo de encendido de la corriente DC de entrada debido a la alta inducción inducida en la bobina del estator como se explicó al principio. Cuando el periodo de "encendido" se apaga se conoce como el punto de "corte". Desde el punto de corte hasta 360° de la curva seno la repulsión se produce por la fuerza contra electromotriz de la inducción inducida en la bobina del estator como se explicó en lo anterior. Durante el periodo de encendido, la fuerza de repulsión magnética producida entre el núcleo de hierro del estator en el punto B y el imán permanente se puede observar como una fuerza de repulsión combinada. Algo de esta fuerza se produce por la repulsión magnética natural del imán permanente y algo por la corriente DC de entrada cuando es alimentada a la bobina del estator. Por tanto, si la fuerza magnética inducida producida por la corriente DC de entrada en la bobina del estator se hace igual a la del imán permanente con la misma polaridad, entonces la mitad de esta fuerza de repulsión entre el periodo de encendido y el punto de corte, en este caso, es desde la repulsión magnética natural del imán permanente como una reacción par la fuerza magnética inducida alimentada por la corriente DC de entrada hacia la bobina del estator. Cuando se alimenta la corriente DC de entrada a la bobina del estator se produce una fuerza de repulsión magnética y es la única alimentación desde fuera para el sistema en general para movimiento total entre el punto A y el punto C. La alimentación total puede resumirse como: a. La atracción magnética natural combinada y la fuerza electromagnética producida por la inducción inducida en la bobina del estator entre el punto A hasta el punto B. b. La fuerza de repulsión magnética combinada entre el imán permanente y el núcleo de hierro del estator que está frente a rotor durante el periodo de encendido y el punto de corte. c. La repulsión electromagnética (véase inducción inducida como se explicó en lo anterior) entre el punto de corte y el punto C. d. La repulsión electromagnética producida pro la fuerza contra electromotriz representada por la porción sombreada 36 de la Figura 11. De acuerdo con otra modalidad de la presente invención, el estator tiene dos bobinas posicionadas a 180° una con respecto a otra, y el rotor tiene tres imanes permanentes separados a 120°. Como se establece en la Tabla 2 siguiente, desde 0 hasta 30° la fuerza resultante empuja el rotor contra las manecillas del reloj. A 30° la fuerza resultante es 0 y desde 30° hasta 90° la fuerza resultante es en el sentido de las manecillas del reloj. Desde 90° hasta 120° la fuerza resultante es contra las manecillas del reloj . Esto realiza un ciclo completo que se repite tres veces a través de una rotación de 360° del rotor.

TABLA 1 Con la configuración de los polos y bobinas anterior, si se desea mover el rotor en el sentido de las manecillas del reloj, sería necesario alimentar la corriente a las bobinas del estator para superar la fuerza contraria a las manecillas del reloj cuando esta sea contra las manecillas del reloj, pero como ya se explicó, no es necesario alimentar la corriente la bobina para energizar la bobina todo el tiempo durante el cual la fuerza resultante es contra las manecillas del reloj . Por conveniencia y facilidad de explicación, las modalidades anteriores han sido limitadas a los imanes permanentes en el rotor y las bobinas en el estator. No obstante, el concepto básico que fundamenta la invención no cambia si los imanes permanentes son sustituidos por bobinas que se energizan para producir los polos magnéticos adecuados. Del mismo modo, para un dispositivo rotatorio AD un campo magnético rotatorio generado por el devanado del estator o por el devanado del rotor/núcleo del mismo modo sería conmutado para reducir la cantidad de corriente necesaria para mantener la rotación del motor en una dirección y aumentar al máximo la influencia de la fuerza contra electromotriz al mantener la rotación del motor en una sola dirección. Los principios anteriores también se aplican a los generadores donde las bobinas se energizan para producir un campo magnético. En tal situación, las bobinas son encendidas durante un tiempo suficiente para mantener la rotación en una sola dirección y para aumentar al máximo la influencia de la fuerza contra electromotriz que tiende a mantener la rotación del rotor/núcleo en una sola dirección. Al utilizar el concepto anterior es posible producir una salida que puede ser mecánica y eléctrica al mismo tiempo. La corriente generada en los devanados de las bobinas del estator puede utilizarse como una salida y del mismo modo el momento de torsión generado por el rotor puede utilizarse para alimentar una salida mecánica. Del mismo modo, solo una o las demás formas de salida pueden ser utilizadas.

Claims (17)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema para regular un dispositivo que puede girar, el sistema consiste en un regulador y un dispositivo rotatorio, el cual tiene un estator y rotor, en donde el regulador se conecta al dispositivo rotatorio para controlar la rotación del dispositivo rotatorio, y en donde el regulador se adapta para energizar periódicamente cuando menos una bobina activadora del dispositivo a fin de crear un. campo magnético de polaridad que induce al rotor a girar en una sola dirección y en donde el regulador se interrumpe para desenergizar la bobina activadora cuando otras fuerzas, siendo fuerzas diferentes a la resultante de la bobina activadora energizada, produce un fuerza resultante que induce rotación del rotor en una sola dirección.

2. El sistema como se reclama en la reivindicación 1, en donde el regulador se adapta para energizar la cuando menos una bobina activadora por un tiempo durante el cual la fuerza resultante de las otras fuerzas actúa para hacer girar el rotor en la dirección opuesta, con lo cual la fuerza aplicada por la cuando menos una bobina activadora es mayor que la fuerza resultante.

3. El sistema como se reclama en la reivindicación 2, en donde el regulador se adapta para interrumpir la corriente de entrada a la bobina activadora antes de que la fuerza resultante sea cero.

4. El sistema como se reclama en la reivindicación 3, en donde el regulador se adapta para interrumpir la cuando menos una bobina activadora durante un tiempo antes de que la fuerza resultante sea cero y para permitir que la fuerza contra electromotriz empuje el rotor para girar en una sola dirección antes de que la fuerza resultante sea cero.

5. El sistema como se reclama en la reivindicación 4, en donde la cuando menos una bobina activadora se adapta para ser energizada por el regulador a través de uno o más ángulos predeterminados de una revolución completa del motor.

6. El sistema como se reclama en la reivindicación 4, en donde la bobina activadora se adapta para ser energizada por el regulador a través de uno o más periodos de tiempo predeterminados para cada revolución del rotor.

7. El sistema como se reclama en la reivindicación 5 ó 6, en donde la cuando menos una bobina activadora se adapta para ser energizada más de una vez durante una sola revolución del rotor.

8. El sistema como se reclama en la reivindicación 7, en donde cuando menos una de las bobinas activadoras se energiza cada vez que la fuerza resultante aplica una fuerza al rotor en la dirección opuesta.

9. El sistema como se reclama en la reivindicación 8, en donde cuando menos una bobina activadora se energiza durante un impulso periódico aplicado por el rotor.

10. El sistema como se reclama en la reivindicación 9, en donde los impulsos periódicos todos son del mismo signo.

11. El sistema como se reclama en la reivindicación 10, en donde la cuando menos una de las bobinas se energiza cuando la fuerza resultante está en la dirección opuesta a la única dirección, y entonces durante un periodo menor que el periodo predeterminado durante el cual la fuerza resultante cambia de cero a un máximo.

12. El sistema como se reclama en la reivindicación 11, en donde el rotor tiene cuando menos un medio generador del campo magnético que puede generar un campo magnético que interactúa con el campo magnético generado por la bobina activadora cuando se energiza para aplicar una fuerza para hacer girar el rotor en una dirección.

13. El sistema como se reclama en la reivindicación 12, en donde la bobina activadora induce un medio de interacción magnética que se adapta para repeler o atraer los medios generadores del campo magnético.

14. El sistema como se reclama en la reivindicación 13, en donde los medios de interacción magnética comprenden un núcleo de hierro de la o cada bobina activadora y los medios generadores del campo magnético comprenden cuando menos un imán permanente.

15. El sistema como se reclama en cualquiera de las reivindicaciones anteriores que incluye un circuito interruptor que se adapta para interrumpir el regulador y conectar las bovinas activadoras a una salida con lo cual es posible utilizar la corriente inducida en las bovinas activadoras.

16. El sistema como se reclama en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el regulador consiste en un interruptor rotatorio.

17. El sistema como se reclama en la reivindicación 16, en donde el [lacuna] rotatorio comprende contactos que tienen anchuras en su sección transversal que varía con la altura.