MXPA03001989A

MXPA03001989A - Motores de corriente directa o colector de corriente alterna con devanados concentrados.

Info

Publication number: MXPA03001989A
Application number: MXPA03001989A
Authority: MX
Inventors: Philippe Viarouge
Original assignee: Electrotechnologies Selem Inc
Priority date: 2000-09-06
Filing date: 2001-08-30
Publication date: 2005-02-25
Also published as: BR0113720A; EP1316136B1; US6891304B1; CN1470095B; US20050184612A1; DE60117154T2; CA2421716A1; WO2002021665A3; ATE317602T1; US7239060B2; CA2421716C; ES2254477T3; EP1316136A2; WO2002021665A2; DE60117154D1; US20080001492A1; CN1470095A; AU2001287450A1

Abstract

Las estructuras de los motores de corriente directa (CD) o de los motores (Universal) colectores de corriente alterna (CA) utilizan un arrollamiento o devanado concentrado en el rotor con bobinas enrolladas alrededor de los dientes. La cantidad de delgas del colector es mas alta que la cantidad de dientes del rotor. Varias bobinas son enrolladas alrededor del mismo diente. Las terminales de las bobinas son conectadas con distintas delgas del colector. Los circuitos paralelos del devanado del inducido estan perfectamente balanceados. Es mantenida una distribucion de corriente balanceada a traves de los circuitos paralelos del inducido y no existe circulacion de corriente entre estos circuitos paralelos. Los problemas relacionados con la conmutacion son reducidos debido a que es bajo el valor de la inductancia de bobina. El volumen de cobre de los devanados frontales, las perdidas de Joule y la longitud axial del inducido del motor son mas bajas que en un devanado imbricado (tambien conocido como devanado multiple) o un devanado ondulado (tambien conocido como devanado en serie) con bobinas interconectadas. Dos tipos de estructuras con un devanado concentrado estan presentes: una estructura con dientes de rotor que posee dimensiones identicas y otra con dientes de rotor que posee dimensiones distintas.

Description

MOTORES DE CORRIENTE DIRECTA O DE COLECTOR . DE CORRIENTE ALTERNA CON DEVANADOS CONCENTRADOS Antecedentes de la Invención Esta invención se refiere a motores de corriente directa CD o a motores (Universal) colectores de corriente alterna CA. De manera m s particular, esta invención se refiere a motores que utilizan un devanado concentrado en el rotor con bobinas enrolladas alrededor de los dientes. En los motores convencionales de CD o motores (Universales) colectores de CA, existen tres tipos de devanados de inducido de rotor: los devanados imbricados, los devanados ondulados y los devanados de tipo patas de rana. Estos devanados son elaborados con elementos de bobina simple, los cuales siempre están interconectados . Con un devanado interconectado , la relación entre la longitud axial de los devanados frontales y la longitud axial del circuito magnético del inducido es relativamente alta, como es descrito por Klein en la Patente de los Estados Unidos No. 4, 329,610, por Ben et al en la Patente de los Estados Unidos No. 4, 197,475 y por Ikeda en la Patente de los Estados Unidos No. 4, 437,028. Todos estos devanados difieren principalmente por el método que es utilizado para efectuar la conexión de las terminales de las bobinas simples con el colector. Asimismo, EEP. 145838 un devanado imbricado es conocido como un devanado múltiple y para este tipo de devanado o arrollamiento el número de circuitos paralelos son iguales al número de polos . Algunas veces el devanado ondulado es llamado un devanado en serie y este solo tiene dos circuitos en paralelo, sin considerar el número de polos. El devanado de tipo pata de rana es la asociación de un devanado imbricado y un devanado ondulado, los cuales son colocados en el mismo inducido, en las mismas ranuras, y son conectados con las mismas delgas o barras de colector. El problema más significante con la utilización de un devanado imbricado es que los voltajes inducidos en los distintos circuitos paralelos son desequilibrados. Estas diferencias de voltajes inducidos son debidas a las reluctancias desiguales del circuito magnético o a los flujos desiguales bajo los distintos polos, los cuales son creados por la excentricidad del rotor, por la desalineación de los polos y/o por las diferencias en la magnetización de los imanes permanentes. Debido al desequilibrio en los voltajes inducidos, las corrientes de circulación aparecen en los devanados y a través de las escobillas. Estas corrientes de circulación provocan un calentamiento innecesario de las bobinas y escobillas y tienden a producir una pobre conmutación. El uso de conexiones de ecualización es la solución común a fin de superar los efectos indeseables de las corrientes de circulación. Estas conexiones mejoran la conmutación de corriente y alivian o liberan a las escobillas de las corrientes de circulación existentes proporcionando circuitos de baja resistencia, los cuales derivan los contactos de escobilla. En un arrollamiento o devanado ondulado, se minimiza el problema de las corrientes de circulación debido a los voltajes desequilibrados de los circuitos paralelos, aunque asimismo es imposible conseguir voltajes perfectamente balanceados. Con el fin de evitar la interconexión de las bobinas, es posible enrollar directamente las bobinas simples del inducido alrededor de cada diente del circuito magnético del rotor. Este tipo de devanado es llamado un devanado concentrado, como es descrito es nuestros documentos científicos, "Motor de Corriente Directa CD sin Escobillas de Imán Permanente con Polvo Metálico Suave para Aplicaciones Automotrices", IEEE Industry Aplications Society, St . Louis, Octubre de 1998, y "Síntesis de Motores PM de Alto Desempeño con Devanados Concentrados", IEEE IEMDC, Seattle, Mayo de 1999. Este devanado también es llamado un devanado no superpuesto, como es descrito por Ben et al., en la Patente de los Estados Unidos No. 4, 197,475. Este tipo de devanado reduce el volumen de cobre del devanado frontal, las pérdidas de cobre y la longitud axial total del motor. La eficiencia es mejorada si se compara con la eficiencia de las estructuras clásicas. La estructura del devanado también es más fácil de realizar que la estructura de un devanado imbricado o un devanado ondulado. Cuando la longitud axial del motor es pequeña y el diámetro exterior del motor es importante, el uso de la estructura de devanado permite una ganancia de 70% si se compara con el volumen de cobre utilizado en un devanado superpuesto. Las estructuras de rotor con un devanado concentrado tienen un número pequeño de ranuras y es más fácil de realizar el circuito magnético. El circuito magnético puede realizarse con un material convencional laminado magnético suave (una culata elaborada de una pila de laminaciones) , aunque también es posible utilizar un material compuesto magnético suave elaborado de polvo metálico. La permeabilidad del compuesto magnético suave es normalmente tres veces menor que la permeabilidad de los materiales laminados convencionales como es descrito por Jack et al., en la Patente W. O. No. 99, 50949. Este bajo valor de permeabilidad reduce el valor de las inductancias de la " bobina en el inducido y por lo tanto, es mejorado el proceso de conmutación tanto en el colector como en el inducido. Una estructura de rotor con un número pequeño de ranuras también es muy bien adaptada para la realización del circuito magnético del inducido de motores de corriente directa CD o en motores (Universales) colectores de corriente alterna CA con un material compuesto magnético suave elaborado de polvo metálico. Con un número pequeño de ranuras . que tienen una dimensión relativamente grande, son reducidas las restricciones mecánicas en el proceso de moldeo directo de la culata de rotor. También es posible introducir con facilidad los devanados frontales en la parte activa del circuito magnético del rotor. Esta introducción axial de los devanados frontales mejora la reducción del volumen de cobre y la longitud axial total del motor. No obstante, la técnica de devanado concentrado es muy frecuentemente asociada y restringida a los devanados con un paso o avance corto, es decir, a los devanados con desempeños más bajos que los desempeños de las estructuras clásicas de devanado. Los devanados concentrados con un paso corto son limitados entonces a las aplicaciones de energía sub-fraccional (menores de 100 ) , tal como se utiliza en los motores eléctricos para dispositivos periféricos de computadoras o juguetes. Este es el caso para el motor más simple y de bajo costo de corriente directa de escobillas, el cual es ampliamente utilizado para los juguetes. Este tipo de motor de 2 polos utiliza imanes permanentes en el núcleo del estator y tiene tres dientes en su núcleo del rotor y un devanado concentrado con solo una bobina enrollada alrededor de cada diente. Las terminales de bobina del inducido son conectadas con un colector que tiene tres delgas y dos escobillas, como es descrito por Fujisaki et al., en la Patente de los Estados Unidos No. 4, 868,433. Esta estructura posee un devanado con un paso corto de 120 grados eléctricos. El coeficiente de devanado o la relación entre el componente fundamental de flujo magnético comprendido por el devanado y el flujo magnético total por polo sólo es igual a 0.866. Los inconvenientes principales de esta estructura de motor serían su bajo desempeño en términos de la relación de par o toque por peso, la vibración de torque de motor y su pobre desempeño de conmutación, si la potencia fuera aumentada. Con esta estructura, los voltajes inducidos en los circuitos de bobina entre las escobillas nó siempre están balanceados. Esta condición de desequilibrio de operación produce pérdidas suplementarias, vibraciones de torque, vibraciones mecánicas y problemas de conmutación. Estos problemas son aceptables solo para aplicaciones de baja potencia .

SUMARIO DE LA INVENCIÓN Esta invención es un devanado del inducido de un motor de corriente directa (CD) o un motor colector de corriente alterna (CA) , el cual elimina el problema de la interconexión de las bobinas y el problema de corrientes de circulación. Todos los voltajes de circuito son perfectamente balanceados y la conmutación de corriente es mejorada si se compara con las estructuras clásicas. En esta invención, el número de delgas del colector es más alto que el número de dientes del rotor, y una pluralidad de bobinas simples es enrollada alrededor del mismo diente. Los conductores de cada bobina son conectados con distintas delgas del colector. El uso de la presente invención reduce el número de vueltas por bobina para un mismo valor del suministro de voltaje de CD y un mismo rango de velocidad del motor. Los circuitos paralelos del devanado del inducido pueden balancearse perfectamente. Asimismo, es mantenida una distribución de corriente balanceada a través de los circuitos paralelos del inducido y no existe corriente de circulación entre estos circuitos paralelos. El valor de inductancia de cada bobina simple es reducido y en consecuencia, los problemas de conmutación son minimizados si se comparan con el caso de un devanado concentrado solo con una bobina enrollada alrededor de cada diente. El volumen de cobre de los devanados frontales, las pérdidas de Joule y la longitud axial del inducido del motor son más bajos que en el caso de un devanado imbricado (también conocido como devanado múltiple) o de un devanado ondulado (también conocido como devanado en serie) con bobinas interconectadas . También es posible colocar conexiones de los conductores de cada bobina en las delgas del colector con el propósito de obtener una fuerza electromotriz FEM (EMF, por sus siglas en inglés) balanceada en los distintos circuitos de bobina entre las escobillas. Estas estructuras pueden utilizarse con eficiencia para motores con respecto a un rango amplio de potencia, y su costo de realización es más bajo que el costo de las estructuras clásicas. De acuerdo con esta invención, dos tipos de estructuras están presentes : una estructura con una distribución regular de dientes de rotor que posee dimensiones idénticas y otra estructura con una distribución regular de dientes de rotor que posee dimensiones distintas. Ambas estructuras son eficientes en términos de desempeño y costo de realización. Los valores de los coeficientes de devanado de estas estructuras son altos (es decir, la relación entre el componente fundamental del flujo magnético comprendido por el devanado y el flujo magnético total por polo) . El desempeño de las estructuras propuestas de acuerdo con la presente invención es parecido al desempeño de las estructuras clásicas en términos de conmutación de corriente. Excepto que es más alto el desempeño de las estructuras propuestas de acuerdo con la presente invención en términos de relación de torque con volumen de devanado que el desempeño de las estructuras clásicas . Con las estructuras propuestas, el volumen de cobre es reducido, las pérdidas de Joule (pérdidas de cobre) y el peso son minimizados. La longitud axial total del motor es reducida. La eficiencia es mejorada y es más alta que en el caso de las estructuras clásicas. Las estructuras del devanado y el circuito magnético que son propuestos de acuerdo con la presente invención, también son más fáciles de realizar. Entonces, el costo total del motor es minimizado.

Breve Descripción de los Dibujos La Figura 1 es una vista en corte transversal de un ejemplo de un motor de corriente directa con un devanado concentrado e imanes permanentes de acuerdo con la presente invención. La Figura 2 es un diagrama de una superficie desarrollada de un inducido de tambor, elaborada al desenrollar la periferia del inducido y el colector en un plano . La Figura 3 es un diagrama de construcción de una máquina equivalente a la máquina de la Figura 2 con un devanado de rotor elaborado de devanados concentrados enrollados alrededor de los dientes. La Figura 4 es un diagrama desarrollado de una máquina con 3 ranuras de rotor, 2 polos de estator, 6 delgas de colector y 2 escobillas con un devanado de rotor elaborado de devanados concentrados enrollados alrededor de los dientes . La Figura 5 es un diagrama desarrollado de una máquina con 6 ranuras de rotor, 4 polos de estator, 12 delgas de colector y 4 escobillas con un devanado de rotor elaborado de devanados concentrados enrollados alrededor de los dientes. La Figura 6 es un diagrama desarrollado de una máquina con 6 ranuras de rotor, 4 polos de estator, 12 delgas de colector y 2 escobillas con un devanado de rotor elaborado de devanados concentrados enrollados alrededor de los dientes. La Figura 7 es un diagrama de una máquina con 20 ranuras de rotor, 4 polos de estator, 20 delgas de colector, 4 escobillas con un devanado imbricado simple y un paso corto de 1 a 5. La Figura 8 es un diagrama de construcción de una máquina equivalente a la máquina de la Figura 7 con un devanado de rotor elaborado de devanados concentrados enrollados alrededor de los dientes. La Figura 9 es un diagrama de una máquina con 5 ranuras de rotor, 4 polos de estator, 20 delgas de colector y 4 escobillas con un devanado de rotor elaborado de devanados concentrados enrollados alrededor de los dientes. La Figura 10 es un diagrama de los circuitos de bobinas paralelas de las máquinas mostradas en las Figuras 7 y 9.

La Figura 11 es un diagrama desarrollado de una máquina con 5 ranuras de rotor, 4 polos de estator, 20 delgas de colector y 2 escobillas con un devanado de rotor elaborado de devanados concentrados enrollados alrededor de los dientes. La Figura 12 es un diagrama desarrollado de una máquina con 5 ranuras de rotor, 4 polos de estator, 40 delgas de colector y 4 escobillas con un devanado de rotor elaborado de devanados concentrados enrollados alrededor de los dientes. La Figura 13 es un diagrama desarrollado de una máquina con 5 ranuras de rotor, 4 polos de estator, 40 delgas de colector y 2 escobillas con un devanado de rotor elaborado de devanados concentrados enrollados alrededor de los dientes . La Figura 14 es un diagrama desarrollado de una máquina con 10 ranuras de rotor, 8 polos de estator, 40 delgas de colector y 8 escobillas con un devanado de rotor elaborado de devanados concentrados enrollados alrededor de los dientes . La Figura 15 es un diagrama desarrollado de una máquina con 12 ranuras de rotor, 4 polos de estator, 12 delgas de colector, 4 escobillas con un devanado imbricado simple y un paso diametral . La Figura 16 es un diagrama de construcción de una máquina equivalente a la máquina de la Figura 15 con un devanado de rotor elaborado de devanados concentrados enrollados alrededor de los dientes. La Figura 17 es un diagrama desarrollado de una máquina con 6 ranuras de rotor, 4 polos de estator, 12 delgas de colector y 4 escobillas con un devanado de rotor elaborado de devanados concentrados enrollados alrededor de los dientes . La Figura 18 es un diagrama desarrollado de una máquina con 6 ranuras de rotor, 4 polos de estator, 12 delgas de colector, 2 escobillas con un devanado de rotor elaborado de devanados concentrados y una distribución regular de dientes de rotor con dos distintas dimensiones. La Figura 19 es un diagrama desarrollado de una máquina con 10 ranuras de rotor, 8 polos de estator, 40 delgas de colector, 4 escobillas con un devanado de rotor elaborado de devanados concentrados y una distribución regular de dientes de rotor con dos distintas dimensiones. La Figura 20 es la vista en corte axial de un motor de imán permanente con un circuito magnético de rotor realizado con un material de acero laminado. La Figura 21 es la vista en corte axial de un motor de imán permanente con un circuito magnético de rotor realizado con un material compuesto magnético suave isotrópico.

La Figura 22 es la vista en corte axial de un motor con un circuito magnético de rotor realizado con un material compuesto magnético suave isotrópico.

Descripción de las Modalidades Preferidas En una modalidad de la presente invención, el rotor posee una distribución regular de los dientes de rotor con dimensiones idénticas y existen 2P polos Norte y Sur, en forma alterna, magnetizados en el estator. Estos polos pueden construirse con delgas de imán permanente montadas en la superficie de un núcleo elaborado de material magnético suave o con bobinas enrolladas alrededor de los dientes hechos de material magnético suave y son alimentadas por una corriente CD o CA. El alma de- rotor tiene las ranuras S. Las bobinas simples del rotor son enrolladas alrededor de los dientes S o en algunos casos alrededor de S/2 de los dientes. Existen las delgas Z en el colector, las cuales son conectadas con las terminales de las bobinas. Las escobillas 2B son deslizantes en la superficie del colector cuando el rotor se encuentra girando. Las características de estas máquinas respecto a las siguientes condiciones son: P es un entero y 0 < P < 10 S = 2P + A, A es un entero igual a -l ó l ó 2 ó 3 S > 2 Z = k*LCM(S,2P) ± n, k es un entero mayor que 0 LCM es el Múltiplo Común Mínimo de S y 2P n es igual a 0 o k B = P o menos La Tabla 1 en la presente muestra algunas estructuras con respecto a estas condiciones con k igual a 1 y n igual a 0. El número de bobinas por circuito es igual a mph (mph = Z/2P) . El número 2B de escobillas es comúnmente igual al número 2P de polos del estator. Varias bobinas concéntricas son enrolladas alrededor de cada diente de rotor y son conectadas en distintas delgas de colector. En este caso, el número M de bobinas concéntricas por diente es igual a : N = Z/S Con esta configuración de devanado, se obtiene una reducción del número de vueltas por bobina simple. La misma reducción del número de vueltas es comúnmente obtenida en una estructura de máquina clásica con el mismo número de polos de estator si se emplea un número más alto de ranuras de rotor. Debido a que el valor de inductancia de cada bobina simple es reducido, los problemas de conmutación son reducidos. Asimismo, es posible colocar las conexiones de cada bobina en las delgas de colector a fin de obtener fuerzas electromotrices (EMF's) balanceadas en los distintos circuitos de bobina entre las escobillas. Estas estructuras pueden tener un valor de coeficiente de devanado Kb (la relación entre el componente fundamental del flujo magnético comprendido por el devanado y el flujo magnético total por polo) próximo a 1 (Tabla 1) y en consecuencia, tienen una alta relación de torque/peso. Todas estas máquinas pueden ser utilizadas con eficiencia para motores y generadores con respecto a un rango amplio de potencia y para altos niveles de corriente del inducido. Tabla 1 Además, es posible reducir el número 2B de escobillas y también el número N de bobinas concéntricas, las cuales son enrolladas alrededor del mismo diente de rotor a efecto de minimizar el costo del motor. Los motores que tienen esta estructura se encuentran presentes en la Tabla 2. Las estructuras enlistadas en las columnas 2-11 de la Tabla 1 presentan esta característica. Entonces, es necesario agregar algunas conexiones de ecualización en las delgas de colector (los alambres que conectan directamente las delgas sin situarse en las ranuras, véase por ejemplo las delgas de conexión del alambrado 3-9 en la Figura 6) . Debe observarse que esta modificación disminuye el desempeño del proceso de conmutación, mientras incrementa el nivel de corriente en las escobillas restantes. De preferencia, este tipo de modificación se utiliza en las máquinas de energía sub- fraccional y fraccional. Tabla 2 También es posible reducir el número Z de delgas de colector en dos y aplicar las siguientes relaciones con el objeto de determinar el número de delgas: Z = LC (S,2P) /2 y Z/2P > 3 Con esta reducción del número de delgas, del mismo modo que en las estructuras mostradas en la Tabla 3 , se obtiene una fuerza electromotriz EMF desequilibrada en los distintos circuitos de bobina entre escobillas, con el nivel de este desequilibrio que es inversamente proporcional con el número de bobinas en cada circuito paralelo.

Tabla 3 En una segunda modalidad de la presente invención, el rotor de estas estructuras presenta una distribución regular de dientes de rotor con distintas dimensiones. En particular, el estator de estas máquinas tiene 2P polos magnetizados, en forma alterna, Norte y Sur. Estos polos pueden construirse con delgas de imán permanente montadas en la superficie de un núcleo elaborado de material magnético suave o con bobinas enrolladas alrededor de los dientes hechos de material magnético suave y son alimentadas por una corriente CD o CA. El alma de rotor tiene las ranuras S y los dientes de rotor de dos distintas dimensiones geométricas, los cuales son alternados alrededor' de la circunferencia del núcleo. Las bobinas del rotor son enrolladas alrededor de S/2 de " los dientes. Existen las delgas Z en el colector, las cuales son conectadas con las terminales de las bobinas. Las escobillas 2B se deslizan en la superficie del colector cuando el rotor se encuentra girando. Las características de estas máquinas respecto a las siguientes condiciones son: P es un entero y 1 < P < 10 S = 2P + 2A, A es un entero y 1 < A < P Z = k*LCM (S/2 , 2P) ± n, k es un entero mayor que 0 LCM es el Múltiplo Común Mínimo de S/2 y -2P n es igual a 0 o k B = P o menos La Tabla 4 en la presente proporciona estructuras de ejemplo con respecto a estas condiciones, con k igual a 1 y n igual a 0. El número de bobinas por circuito es igual a mph (mph = Z/2P) . El número 2B de escobillas es comúnmente igual al número 2P de polos del estator. Varias bobinas concéntricas son enrolladas alrededor de cada diente de rotor y son conectadas en distintas delgas de colector. En este caso, el número N de bobinas concéntricas enrolladas alrededor de cada diente es igual a: M = 2Z/S.

Tabla 4 Estas estructuras de motor ofrecen las mismas ventajas de las estructuras enlistadas con anterioridad en la Tabla 1 en términos de desempeño de conmutación de corriente y de circuitos balanceados de bobinas paralelas. Aunque también es posible conseguir un coeficiente de devanado más alto Kb (igual a la unidad, Kb = 1) , y maximizar el torque por unidad de volumen de cobre . Estas estructuras pueden utilizarse con eficiencia para motores y generadores con respecto a un rango de potencia amplio y para altos niveles de corriente del inducido. También es posible, del mismo modo que en el caso de las estructuras previas de la Tabla 1, aplicar distintas simplificaciones para la elección del número de escobillas, del número de delgas de colector y el número de bobinas concéntricas por diente con el fin de reducir el costo del motor y simplificar la construcción. Debe observarse que todas las soluciones propuestas que están de acuerdo con la presente invención pueden útilizarse con distintos anchos de escobilla. De acuerdo con la presente invención, un motor de CD o colector de CA puede manufacturarse con un circuito magnético elaborado de acero laminado o elaborado de un material compuesto magnético suave. En particular, cuando se utiliza un compuesto magnético suave isotrópico, una porción del flujo magnético puede circular también en la dirección axial. Por esta razón, es posible expandir las puntas del diente en la dirección axial, y de esta manera, se maximiza la longitud axial del área de entrehierro activa para conseguir una longitud axial total dada del motor que se fija mediante las especificaciones de la aplicación. En estas estructuras, el flujo de entrehierro es concentrado en la parte central de los dientes de rotor debajo de las bobinas y la culata. Debido a que la longitud axial de la parte central de los dientes de rotor debajo de las bobinas y la longitud axial de la culata es más pequeña que la longitud axial de las puntas de diente, a continuación, son introducidos los devanados frontales, el colector y las escobillas en dirección axial y por lo tanto, la longitud axial total del motor es reducida. Con este método, las propiedades isotrópicas de los compuestos magnéticos suaves son utilizadas con el objeto de minimizar la longitud axial de un motor sin reducir el desempeño de torque . Cuando se ' utiliza un compuesto magnético suave isotrópico, el perfil de sección transversal de la parte central de los dientes del rotor y estator debajo de las bobinas puede elaborarse de forma redonda, ovalada o circular. Estos perfiles pueden reducir el riesgo de destrucción del aislamiento mediante una flexión brusca de las bobinas de devanado y maximiza el factor de relleno de cobre . Asimismo, es posible inclinar los imanes permanentes o los dientes del estator a fin de reducir las variaciones de la reluctancia del entrehierro o la marcha dispareja en el par o torque de motor. El mismo resultado puede obtenerse al inclinar los dientes del rotor. Cuando se utiliza un compuesto magnético suave isotrópico, solo es posible inclinar las puntas del diente. La Figura 1 muestra una vista en corte transversal de un ejemplo de un motor de corriente directa con un devanado concentrado e imanes permanentes de acuerdo con la presente invención. La parte 1 es la culata del estator. La parte 2 es uno de los polos del estator, los cuales son los polos magnetizados, en forma alterna, Norte y Sur, y que se elabora de una delga de imán permanente . La parte 3 es la punta de un diente de rotor. La parte ¦ 4 es la parte central del diente de rotor debajo de las bobinas. La parte 5 es la culata del rotor. La parte 6 es el devanado concentrado enrollado alrededor de un diente de estator. La parte 7 es una de las delgas o barras del colector. La parte 8 es una de las escobillas que se encuentra en contacto con las delgas de colector y que se utiliza a fin de alimentar la corriente de suministro en el devanado del inducido. Cada una de las Figuras 2, 3 y 4 ilustra un método, con el cual se deriva la estructura de una máquina con un devanado de rotor elaborada de devanados concentrados, los cuales son enrollados alrededor de los dientes de la estructura de una máquina clásica. Cada una de estas estructuras presenta el mismo número de polos de estator y un número de delgas de colector igual al número de ranuras de rotor . De manera más particular, la Figura 2 muestra una estructura clásica con 6 ranuras de rotor, 2 polos de estator, 6 delgas de colector y 2 escobillas. El devanado del rotor es un devanado imbricado simple, superpuesto con un paso corto de 120 grados eléctricos. Las conexiones de las terminales, de cada bobina simple con las delgas de colector, son colocadas con la finalidad de conseguir circuitos de bobinas perfectamente balanceados en el devanado del inducido. En la Figura 2, las 6 bobinas simples del devanado del inducido se denominan como 1.1, 1.2, 2.1, 2.2, 3.1 y 3.2. Las bobinas 1.1 y 1.2 denotan bobinas simples que tienen la misma fase de fuerza electromotriz (EMF) , debido a que sus posiciones con relación a los polos del - estator son idénticas. Lo mismo es el caso con las bobinas 2.1, 2.2 y con las bobinas 3.1, 3.2. Los puntos en la Figura 2 son marcas de polaridad e indican la polaridad del devanado, de acuerdo con la notación estándar en la técnica. Los dientes que definen las 6 ranuras de rotor son definidos, de manera respectiva, como Tl-TS. Las delgas de colector son etiquetadas de 1 a 6, de manera respectiva, y como puede observarse, un voltaje V es aplicado a las escobillas Bl, B2. Los polos Norte y Sur del estator son etiquetados, de manera respectiva, como N y S. Una nomenclatura parecida es utilizada en el balance de las Figuras. En comparación con la Figura 2 , cuando se reagrupan las bobinas simples que tienen la misma fase de E F del mismo diente del rotor, se evita la interconexión de los devanados frontales, como se muestra en la Figura 3. De manera más particular, la Figura 3 es un diagrama de construcción de una máquina equivalente a la máquina de la Figura 2 en términos de características de par o torque y EMF, de densidad de flujo magnético y densidad de corriente, en donde el devanado de rotor en la Figura 3 es elaborado de devanados concentrados alrededor de los dientes. Las bobinas simples que tienen EMF's que están en fase como las bobinas 1.1 y 1.2 en la Figura 2 son reagrupadas en un mismo diente. A fin de incrementar el tamaño de las ranuras llenas con conductores y de preservar la misma sección de cobre total de la totalidad del inducido del rotor en la máquina original de la Figura 2 y en la máquina equivalente de la Figura 3 (es decir, la suma de la sección de cobre de cada ranura) , los dientes que se encuentran alrededor de las ranuras vacías son reagrupados con el objeto de formar la nueva distribución de dientes mostrados en la Figura 3. Si se compara con la Figura 2, las posiciones de las puntas de diente en la Figura 3 no son modificadas en el nivel del entrehierro ; sin embargo, las partes centrales de los dientes de la máquina de la Figura 2 entre las puntas de diente y la culata de rotor interior han sido desplazadas en la Figura 3 para formar un diente grande único. Con este método, la configuración de la distribución espacial de flujo magnético sin carga en el entrehierro no es modificada y la sección total del material magnético suave en los dientes de la máquina original de la Figura 2 con la máquina equivalente de la máquina 3 también es mantenida para evitar una saturación del flujo magnético. Por lo tanto, las cantidades totales de material magnético suave en la culata y de cobre en las ranuras también son modificadas. Con esto, se consigue una máquina con un devanado concentrado que se muestra en la Figura 3, la cual es equivalente a la máquina inicial de la Figura 2, como se explicó con anterioridad. La forma y la amplitud de la EMF en cada bobina no son modificadas . Como se muestra en la Figura 3 , algunas ranuras están vacías y es posible agrupar los dientes alrededor de cada ranura vacía. Las posiciones de las puntas de diente no son modificadas en el nivel del entrehierro, solo son desplazadas las partes centrales de los dientes entre las puntas de diente y la culata de rotor interior para formar un diente grande único. La configuración de la distribución espacial de flujo magnético sin carga en el entrehierro no es modificada, como se muestra en la Figura 3. Entonces puede concentrarse las bobinas simples alrededor de cada diente. La sección total del material magnético suave en los dientes y la sección de cobre total de la totalidad del inducido de rotor son mantenidos y son idénticos con las secciones correspondientes en la máquina inicial con una estructura clásica . La Figura 4 es un diagrama desarrollado de una máquina con 3 ranuras de rotor, 2 polos de estator, 6 delgas de colector y 2 escobillas con un devanado de rotor elaborado de devanados concentrados enrollados alrededor de los dientes. Dos bobinas simples, similares a las bobinas 1.1 y 1.2, son enrolladas alrededor del mismo diente y son conectadas con distintas delgas de colector. Las conexiones con las delgas de colector son idénticas que las conexiones utilizadas en la máquina mostrada en la Figura 2. Puede observarse en el diagrama a la derecha, que los circuitos de bobina no son modificados. Cada bobina simple enrollada alrededor de un mismo diente, como la bobina 1.1 y la bobina 1.2, tiene una EMF idéntica. Las EMF's totales a través de cada circuito de bobina paralela se encuentran ahora perfectamente balaceadas, aún cuando no fueran perfectamente idénticas las reluctancias del entrehierro o la magnetización de los imanes permanentes debajo de cada polo del estator. Esta máquina es equivalente a la máquina mostrada en la Figura 2 en términos de características de par o torque y EMF, densidad de flujo magnético y densidad de corriente. La máquina que se presenta en la Figura 4 posee un devanado concentrado que es equivalente a la máquina inicial de la Figura 2, en términos de características de par o torque y EMF, densidad de flujo magnético y densidad de corriente. Las conexiones de las terminales de las bobinas simples con el colector son idénticas en ambas máquinas (es decir, las máquinas en la Figura 2 y en la Figura 4) . Los circuitos de bobina en el devanado del inducido se encuentran siempre balanceados; es decir, las EMF's totales a través de cada circuito de bobina paralela se encuentran ahora perfectamente balaceadas, aún cuando no fueran perfectamente idénticas las reluctancias del entrehierro o la magnetización de los imanes permanentes debajo de cada polo del estator. La Figura 5 es un diagrama desarrollado de una máquina con 6 ranuras de rotor, 4 polos de estator, 12 delgas de colector y 4 escobillas con un devanado de rotor elaborado de devanados concentrados enrollados alrededor de los dientes . Esta máquina sería derivada de la máquina presentada en la Figura 4 si se duplica la periodicidad de su estructura . Además, pueden realizarse distintas modificaciones con el objeto de simplificar estas estructuras en el caso de una máquina de potencia sub-fraccional elaborada de acuerdo con la presente invención. En particular, es posible reducir el número de escobillas mientras se agregan conexiones de ecualización en el colector. Esto se muestra en la Figura 6, la cual es un diagrama desarrollado de una máquina con 6 ranuras de rotor, 4 polos de estator, 12 delgas de colector y 2 escobillas con un devanado de rotor elaborado de devanados concentrados enrollados alrededor de los dientes. Esta máquina es una evolución de la máquina mostrada en la Figura 5 con un número reducido de escobillas y con la adición de conexiones de ecualización en el colector. Puede observarse en la Figura 6 que las dos bobinas enrolladas alrededor de cada diente son conectadas en paralelo por medio de conexiones de ecualización. En forma opcional, puede reducirse a uno el número de bobinas simples alrededor de cada diente, con varias de las delgas de colector que no son conectadas directamente con las terminales de bobina. El mismo método es aplicado en las Figuras 8 y 9 para otro ejemplo, de acuerdo con la presente invención.

Inicialmente , la Figura 7 representa una máquina clásica que tiene 20 ranuras de rotor, 4 polos de estator, 20 delgas de colector y 4 escobillas. El devanado del rotor es superpuesto con un paso corto de 1 a 5. Los circuitos de bobina en el devanado del inducido son mostrados en la Figura 10. La Figura 8 es un diagrama de la construcción de una máquina equivalente a la máquina de la Figura 7 en términos de características de par o torque y EMF, densidad de flujo magnético y densidad de corriente, con el devanado de rotor en la Figura 8 elaborado de devanados concentrados enrollados alrededor de los dientes. Las bobinas tienen fuerzas electromotrices EMF's, que se encuentran en fase, como las bobinas 1.1, 1.2, 1.3 y 1.4, las cuales son reagrupadas en un mismo diente. A fin de incrementar el tamaño de las ranuras llenas con conductores y de preservar la misma sección de cobre total de la totalidad del inducido del rotor en la máquina original de la Figura 7 y en la máquina equivalente de la Figura 8 (es decir, la suma de la sección de cobre de cada ranura) , los dientes que se encuentran alrededor de las ranuras vacías son reagrupados con el objeto de formar la nueva distribución de dientes mostrados en la Figura 8. Las posiciones de las puntas de diente no son modificadas en el nivel del entrehierro, solo las partes centrales de los dientes de la máquina de la Figura 7 entre las puntas de diente y la culata de rotor interior han sido desplazadas para formar un diente grande único. Con este método, la configuración de la distribución espacial de flujo magnético sin carga en el entrehierro no es modificada. La sección total del . material magnético suave en los dientes de la máquina original de la Figura 7 con la máquina equivalente de la Figura 8 también es mantenida para evitar una saturación del flujo magnético. Por lo tanto, tampoco son modificadas las cantidades totales de material magnético suave en la culata y de cobre en las ranuras. Con esto, se consigue una máquina con un devanado concentrado que se muestra la Figura 8, que es equivalente a la máquina inicial de la Figura 7, como se explicó con anterioridad. La forma y la amplitud de la EMF en cada bobina no son modificadas. La Figura 9 es el diagrama de una máquina con 5 ranuras de rotor, 4 polos de estator, 20 delgas de colector y 4 escobillas con un devanado de rotor elaborado de devanados concentrados enrollados alrededor de los dientes . Cuatro bobinas simples son enrolladas alrededor de un mismo diente y son conectadas con distintas delgas de colector. Las conexiones con las delgas de colector son idénticas a las conexiones utilizadas en la máquina mostrada en la Figura 7. Cada bobina simple enrollada alrededor de un mismo diente, como las bobinas 1.1 y 1.2, 1.3 y 1.4, tiene una EMF idéntica. Las EMF' s totales a través de cada circuito de bobina paralela (Figura 10) se encuentran ahora perfectamente balaceadas, aún cuando las reluctancias del entrehierro o la magnetización de los imanes permanentes debajo de cada polo del estator no fueran perfectamente idénticas. Esta máquina es equivalente a la máquina presentada en la Figura 7 en términos de características de par o torque y EMF, densidad de flujo magnético y densidad de corriente. La Figura 10 es un diagrama de los circuitos de bobinas paralelas de las máquinas mostradas en las Figuras 7 y 9. Además, pueden realizarse distintas modificaciones con el objeto de simplificar estas estructuras en el caso de una máquina de potencia sub-fraccional elaborada de acuerdo con la presente invención. En particular, es posible reducir el número de escobillas mientras se agregan conexiones de ecualización en el colector. Asimismo, puede reducirse el número de bobinas simples como se muestra en la Figura 11. De acuerdo con la presente invención, la Figura 12 muestra el mismo tipo de motor que se representa en la Figura 9 con una - periodicidad más alta de estructura. - De manera más particular, la Figura 11 es un diagrama desarrollado de una máquina con 5 ranuras de rotor, 4 polos de estator, 20 delgas de colector y 2 escobillas con un devanado de rotor elaborado de devanados concentrados enrollados alrededor de los dientes. Esta máquina es una evolución de la máquina mostrada en la Figura 9 con un número reducido de escobillas y con la adición de conexiones de ecualización en el colector. 'En esta máquina, también es posible reducir el número de bobinas simples en cada diente a 2 como se muestra en la Figura 11. Del mismo modo, la Figura 12 es un diagrama desarrollado de una máquina con 5 ranuras de rotor, 4 polos de estator, 40 delgas de colector y 4 escobillas con un devanado de rotor elaborado de devanados concentrados enrollados alrededor de los dientes . Esta máquina es una evolución de la máquina mostrada en la Figura 9 con un número más alto de bobinas simples y un número de delgas de colector. La Figura 13 muestra la misma estructura de motor mostrada en la Figura 9 con un número más alto de delgas de colector y un número más alto de bobinas simples enrolladas alrededor de un diente, de acuerdo con la presente invención. De manera más particular, la Figura 13 es un diagrama desarrollado de una máquina con 5 ranuras de rotor, 4 polos de estator, 40 delgas de colector y 2 escobillas con un devanado de rotor elaborado de devanados concentrados enrollados alrededor de los dientes. Esta máquina es una evolución de la máquina mostrada en la Figura 12 con un número reducido de escobillas y con la adición de conexiones de ecualización en el colector. El número de delgas entre 2 escobillas de polaridad inversa (+ y -) es aumentado de acuerdo con la solución presentada con respecto a la Figura 9 (10 delgas contra 5 delgas). Por lo tanto, el voltaje entre 2 delgas sucesivas es más bajo. Este tipo de solución es de utilidad cuando es alto el voltaje de suministro y se permite limitar la amplitud del voltaje entre 2 delgas sucesivas. Es posible reducir el número de bobinas simples en cada diente a 2 en esta Figura. La Figura 14 es una evolución de la solución presentada en la Figura 9, de acuerdo con la presente invención, con una periodicidad más alta de la estructura. De manera más particular, la Figura 14 es un diagrama desarrollado de una máquina con 10 ranuras de rotor, 8 polos de estator, 40 delgas de colector y 8 escobillas con un devanado de rotor elaborado de devanados concentrados enrollados alrededor de los dientes. Esta máquina es derivada de la máquina mostrada en la Figura 9 si se duplica, la periodicidad de su estructura. La presente invención es aplicada en las Figuras 16 y 17, las cuales representan una máquina con un devanado de rotor elaborado de devanados concentrados y una distribución regular de dientes de rotor con dos distintas dimensiones. La máquina clásica para referencia presentada en la Figura 15 tiene 12 ranuras de rotor, 4 polos de estator, 12 delgas de colector y 4 escobillas. El devanado del rotor es superpuesto con un paso diametral .

La Figura 16 es un diagrama de una construcción de una máquina equivalente a la máquina de la Figura 15 en términos de características de par o torque y EMF, densidad de flujo magnético y densidad de corriente, con el devanado de rotor en la Figura 16 elaborado de devanados concentrados enrollados alrededor de los dientes. Las bobinas tienen EMF's, las cuales se encuentran en fase, como las bobinas 1.1, 1.2, 1.3 y 1.4, son reagrupadas en un mismo diente. A fin de incrementar el tamaño de las ranuras llenas con conductores y de preservar la misma sección de cobre total de la totalidad del inducido del rotor en la máquina clásica de la Figura 15 y en la máquina equivalente de la Figura 16 (es decir, la suma de la sección de cobre de cada ranura) , los dientes que se encuentran alrededor de las ranuras vacias son reagrupados con el objeto de formar la nueva distribución de dientes mostrados en la Figura 16. Las posiciones de las puntas de diente no son modificadas en el nivel del entrehierro ; solo han sido desplazadas las partes centrales de los dientes de la máquina de la Figura 15 entre las puntas de diente y la culata de rotor interior para formar un diente grande único. Con este método, no es modificada la configuración de la distribución espacial de flujo magnético sin carga en el entrehierro. La sección total del material magnético suave en los dientes de la máquina original de la Figura 15 con la máquina equivalente de la Figura 16 también es mantenida para evitar una saturación del flujo magnético. Por lo tanto, tampoco son modificadas las cantidades totales de material magnético suave en la culata y de cobre en las ranuras. Con esto, puede notarse que todas las bobinas son enrolladas solo alrededor de 3 dientes. Con lo cual se' consigue una máquina con un devanado concentrado que se muestra en la Figura 16, la cual es equivalente a la máquina inicial de la Figura 15, como se explicó con anterioridad. La forma y la amplitud de la EMF en cada bobina no son modificadas. La Figura 17 es un diagrama desarrollado de una máquina con 6 ranuras de rotor, 4 polos de estator, 12 delgas de colector y 4 escobillas con un devanado de rotor elaborado de devanados concentrados enrollados alrededor de 3 dientes. Existe una distribución regular de los dientes de rotor de dos distintas dimensiones, con los dientes TI, T2 y T3 de una dimensión y los dientes T4, T5 y T6 de una segunda dimensión. Cuatro bobinas simples son enrolladas alrededor de cada diente y son conectadas con distintas delgas de colector. Las conexiones con las delgas de colector son idénticas a las conexiones utilizadas en la máquina mostrada en la Figura 15. Los circuitos de bobinas se encuentran perfectamente balanceados. Esta máquina es equivalente a la máquina mostrada en la Figura 15 en términos de características de par o torque y EMF, densidad de flujo magnético y densidad de corriente, con un coeficiente de devanado igual a 1. El desempeño de este tipo de máquina de devanado concentrado es alto . En el caso de una máquina de potencia sub-fraccional elaborada de acuerdo con la presente invención, pueden realizarse distintas modificaciones con el objeto de simplificar la estructura. Por ejemplo, es posible reducir el número de escobillas mientras se agregan conexiones de ecualización en el colector. La Figura 18 es un diagrama desarrollado de una máquina con 6 ranuras de rotor, 4 polos de estator, 12 delgas de colector, 2 escobillas con un devanado de rotor elaborado de devanados concentrados y una distribución regular de dientes de rotor con dos distintas dimensiones . Esta máquina es una evolución de la máquina mostrada en la Figura 17 con un número reducido de escobillas y con la adición de conexiones de ecualización en el colector. En esta máquina, también es posible reducir el número de bobinas simples en cada diente a 2 como se muestra en la Figura 18. La Figura 19 presenta el resultado de otro ejemplo de una máquina con un devanado de rotor elaborado de devanados concentrados y una distribución regular de dientes de rotor con dos distintas dimensiones. La máquina inicial tiene 40 ranuras de rotor, 8 polos de estator, 40 delgas de colector y escobillas. La máquina equivalente, de acuerdo con la presente invención tiene 10 ranuras de rotor con dientes de rotor de dos distintas dimensiones geométricas (los dientes T1-T5 son de una dimensión, y los dientes T6-T10 son de una segunda dimensión) , 8 polos de estator, 40 delgas de colector y 4 escobillas. Existen 8 bobinas simples por diente . Las conexiones de las bobinas simples en el colector son las mismas que la máquina inicial. Es posible reducir el número de escobillas mientras se agregan conexiones de ecualización en el colector. La Figura 20 es la vista en corte axial de un motor de imán permanente con un circuito magnético de rotor realizado con un material de acero laminado. Comúnmente, la dimensión axial del circuito magnético del rotor (partes 3, 4, 5) es menor que la longitud axial del imán permanente. De esta manera, el flujo de imanes permanentes es concentrado en posición axial en el rotor y es posible introducir, en forma parcial, el devanado frontal debajo de la longitud axial de imanes permanen es. Esta modificación de la dimensión axial del rotor reduce la longitud axial total del motor. La Figura 21 es la vista en corte axial de un motor de imán permanente con un circuito magnético de rotor realizado con un material compuesto magnético suave isotrópico. En un material magnético isotrópico, también puede circular una porción del flujo magnético en la dirección axial. Por lo tanto, es posible aumentar la concentración de flujo sin disminuir el desempeño del motor. La parte central de los dientes de rotor debajo de las bobinas (parte 4) y la culata de rotor (parte 5) tienen la misma dimensión axial y las puntas de los dientes (parte 3) tienen una dimensión axial casi idéntica a la longitud axial de los imanes permanentes. La longitud axial total del motor es reducida si se compara con un rotor que tiene un acero laminado (Figura 20) .Entonces, es posible maximizar con esta estructura la longitud axial del área de entrehierro activa para una longitud axial total fija mediante las especificaciones de la aplicación . La Figura 22 es la vista en corte axial de un motor con un circuito magnético de rotor realizado con un material compuesto magnético suave isotrópico. La estructura mostrada en la Figura 22 es una evolución de la estructura de la Figura 21. La parte central de los dientes de rotor debajo de las bobinas (parte 4) y la culata de rotor (parte 5) tienen la misma dimensión axial y las puntas de los dientes (parte 3) tienen una dimensión axial casi idéntica a la longitud axial de los imanes permanentes . Las partes 4 y 5 son desplazadas en dirección axial. Los devanados frontales, el colector y las escobillas son introducidos parcial o totalmente en la dirección axial para una minimización adicional de la longitud axial total del motor. Las estructuras de motor propuestas de esta invención son muy bien adaptadas en la realización del circuito magnético de rotor con un material compuesto magnético suave elaborado de polvo metálico. Con un número pequeño de ranuras con dimensiones relativamente grandes, son reducidas las restricciones mecánicas en el procedo de moldeo directo de la culata de rotor. Un compuesto magnético suave isotrópico también es bien adaptado para realizar una concentración axial de flujo de entrehierro en el rotor o el circuito magnético de estator y de reducir la longitud axial total del motor sin disminuir el desempeño del motor. Las puntas de los dientes pueden expandirse en dirección axial y pueden utilizarse a fin de concentrar el flujo magnético en el entrehierro, en dirección axial, en los dientes y la culata del rotor o del estator (Figuras 21 y 22) . La longitud axial de las puntas de los dientes de rotor puede tener una dimensión axial casi idéntica a la longitud axial de la longitud' permanente o axial de las puntas de diente del estator. La dimensión axial de los dientes y la culata son las mismas y pueden ser menores que la dimensión axial de las puntas de diente (Figuras 21 y 22) . La parte central de los dientes de rotor debajo de las bobinas y la culata de rotor también puede descentrarse y desplazarse en dirección axial (Figura 22) . Asimismo, es posible introducir en posición axial los devanados frontales en el interior de las puntas de diente (Figuras 21 y 22) . El colector y las escobillas también pueden introducirse parcial o totalmente en la dirección axial debajo de las puntas de diente de rotor (Figura' 22) . Este tipo de estructura tiene utilidad porque reduce la longitud axial total del motor. Cuando se utiliza un material magnético suave isotrópico, también es útil elaborar el perfil de sección transversal de la parte central de los dientes del rotor y estator debajo de las bobinas de forma redonda, ovalada o circular, con el fin de conseguir una reducción del riesgo de destrucción del aislamiento mediante una flexión brusca de las bobinas de devanado y de maximizar el factor de relleno dé cobre . Todas las modalidades de esta invención pueden utilizarse con distintos anchos de escobilla. Las ranuras de rotor y/o las ranuras de estator pueden inclinarse con el objeto de reducir las variaciones de reluctancia magnética. En el caso de un estator con imanes permanentes, también es posible inclinar las ranuras de rotor y/o los imanes permanentes a fin de reducir el efecto la marcha dispareja en el par o torque de motor. Cuando es utilizado un compuesto magnético suave isotrópico, solo es posible inclinar las puntas de los dientes de rotor y/o las puntas de los dientes del estator. Las nuevas estructuras del motor de CD y del motor colector de CA de la presente invención pueden utilizarse en una gran diversidad de aplicaciones (aplicaciones automotrices, aparatos electrodomésticos, herramientas eléctricas de cordón, vehículos eléctricos, motores de CD y colector de CA fraccional y sub-fraccional , etc.). La eficiencia mejorada y las simplificaciones realizadas en el devanado de rotor proporcionarán un costo de realización más bajo y desempeños más altos que las estructuras clásicas. Mientras que solo algunas modalidades de la presente invención son descritas con anterioridad, es obvio que varias modificaciones o simplificaciones son posibles sin apartarse del espíritu de la presente invención. De esta manera, la invención puede aplicarse a motores con un entrehierro radial o un entrehierro transversal. Asimismo, la invención puede utilizarse en máquinas que tienen estructuras de un rotor interior o un rotor exterior. También se entiende que varios cambios y modificaciones adicionales pueden hacerse sin apartarse del espíritu y alcance de la invención.

Se hace constar que con relación a esta fecha el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones : 1. Un motor de corriente directa, caracterizado porque comprende : un estator con 2P polos; un núcleo de rotor, que incluye un núcleo de material ferromagnético que tiene las ranuras S y los dientes S separados del núcleo de estator por un entrehierro; un colector con un número de delgas más grande que el número S de ranuras de rotor; un rotor de devanado concentrado que tiene una pluralidad de bobinas simples de alambre aislado montadas en el mismo diente de rotor, con las terminales de estas bobinas conectadas con distintas delgas del colector.
2. El motor de corriente directa de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque cada polo comprende un imán permanente montado en la superficie de un núcleo de un material ferromagnético .
3. El motor de corriente directa de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque cada polo comprende una bobina enrollada alrededor de un diente elaborado de material ferromagnético .
4. Un motor (Universal) colector de CA, caracterizado porque comprende: un estator con 2P polos, cada polo comprende una bobina enrollada alrededor del diente de un núcleo de un material ferromagnético; un núcleo de rotor, que incluye un núcleo de material ferromagnético que tiene las ranuras S y los dientes S separados del núcleo de estator por un entrehierro, el núcleo del estator y del rotor comprende un circuito magnético; un colector con un número de delgas Z más grande que el número de ranuras S de rotor; un rotor de devanado concentrado que tiene una pluralidad de bobinas simples de alambre aislado montadas en el mismo diente de rotor, con las terminales de estas bobinas conectadas con distintas delgas del colector.
5. Un motor de corriente directa, caracterizado porque comprende : un estator con 2P polos; un núcleo de rotor, que incluye un núcleo de material ferromagné ico que tiene las ranuras S y los dientes S separados del núcleo de estator por un entrehierro; un núcleo de rotor que tiene una pluralidad de dientes, cada diente tiene las mismas dimensiones geométricas ; un rotor de devanado concentrado con una pluralidad de bobinas de alambre aislado enrolladas alrededor de cada diente de rotor; un colector con un número de delgas Z; en donde el número 2P de polos de estator, el número de ranuras S de rotor y el número de delgas del colector Z satisfacen las siguientes condiciones: P es un entero y 0 < P < 10 S = 2P + A, A es un entero igual a -l ó l ó 2 ó 3 ó 4 S > 2 Z = k*LCM(S,2P) ± n, k es un entero mayor que 0 LCM es el Múltiplo Común Mínimo de S y 2P n es igual a 0 o k o Z = LCM(S,2P)/2 y Z/2P > 3
6. El motor de corriente directa de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque cada polo comprende un imán permanente montado en la superficie de un núcleo de un material ferromagnético .
7. El motor de corriente directa de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque cada polo comprende una bobina enrollada alrededor de un diente elaborado de material ferromagnético .
8. Un motor (Universal) colector de CA, caracterizado porque comprende: un estator con 2P polos, cada polo comprende una bobina enrollada alrededor del diente de un núcleo de un material ferromagnetico ; un núcleo de rotor, que incluye un núcleo de material ferromagne ico que tiene las ranuras S y los dientes S separados del núcleo de estator por un entrehierro, en donde cada diente tiene las mismas dimensiones geométricas; un rotor de devanado concentrado que tiene una pluralidad de bobinas de alambre aislado enrolladas alrededor de cada diente de rotor; un colector con un número de delgas Z; en donde el número 2P de polos de estator, el número de ranuras S de rotor y el número de delgas · del colector Z Z satisfacen las siguientes condiciones: P es un entero y 0 < P < 10 S = 2P + A, A es un entero igual a -l ó l ó 2 ó 3 ó 4 S > 2 Z = k*LCM (S, 2P) ± n, k es un entero mayor que 0 LCM es el Múltiplo Común Mínimo de S y 2P n es igual a 0 o k O Z = LCM(S,2P)/2 y Z/2P > 3
9. Un motor de corriente directa, caracterizado porque comprende un estator con 2P polos; un núcleo de rotor, que incluye un núcleo de material ferromagnético que tiene las ranuras S y los dientes S separados del núcleo de estator por un entrehierro; en donde S/2 de los dientes tiene distintas dimensiones geométricas del resto de los dientes; un rotor de devanado concentrado que tiene una pluralidad de bobinas de alambre aislado enrolladas alrededor de S/2 de los dientes de rotor; un colector con un número de delgas Z; en donde el número 2P de polos de estator, el número de ranuras S de rotor y el número de delgas del colector Z satisfacen las siguientes condiciones : P es un entero y 1 < P < 10 S = 2P + A, A es un entero y 1 < ? < P Z = k*LCM (S/2 , 2P) ± n, k es un entero mayor que 0 LCM es el Múltiplo Común Mínimo de S/2 y 2P n es igual a 0 o k o Z = LCM (S/2, 2P) /2
10. El motor de corriente directa de conformidad con reivindicación 9, caracterizado porque cada polo comprende imán permanente montado en la superficie de un núcleo de material ferromagnético .
11. El motor de corriente directa de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque cada polo comprende una bobina enrollada alrededor de un diente elaborado de material ferromagnético .
12. Un motor (Universal) colector de CA, caracterizado porque comprende: un estator con 2P polos; un núcleo de rotor, que incluye un núcleo de material ferromagnético que tiene las ranuras S y los dientes S separados del núcleo de estator por un entrehierro; en donde S/2 de los dientes tiene distintas dimensiones geométricas del resto de los dientes; un rotor de devanado concentrado que tiene una pluralidad de bobinas de alambre aislado enrolladas alrededor de S/2 de los dientes de rotor; un colector con un número de delgas Z; en donde el número 2P de polos de estator, el número de ranuras S de rotor y el número de delgas del colector Z satisfacen las siguientes condiciones : P es un entero y 1 < P < 10 S = 2P + A, A es un entero y 1 < A < P Z = k*LC (S/2 , 2P) ± n, k es un entero mayor que 0 LCM es el Múltiplo Común Mínimo de S/2 y 2P n es igual a 0 o k o Z = LCM (S/2, 2P) /2
13. El motor (Universal) colector de CA de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque cada polo comprende un imán permanente montado en la superficie de un núcleo de un material ferromagnético .
14. El motor (Universal) colector de CA de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque cada polo comprende una bobina enrollada alrededor de un diente elaborado de material ferromagnético .
15. El motor de corriente directa de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque una parte del circuito magnético es realizado con un compuesto magnético suave elaborado de polvo metálico.
16. El motor de corriente directa de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque la parte central de los dientes de rotor o estator debajo de las bobinas tiene un perfil redondeado, ovalado o circular, por medio de lo cual se reduce el riesgo de destrucción del aislamiento mediante una flexión brusca de las bobinas de devanado y se maximiza el factor de relleno de cobre.
17. El motor de corriente directa de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque: la longitud axial de la parte central de los dientes debajo de las bobinas y la longitud axial de la culata son las mismas; la longitud axial de las puntas de diente es mayor que la longitud axial de los dientes.
18. El motor de corriente directa de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque los devanados frontales son introducidos parcial o totalmente debajo de las puntas de diente .
19. El motor de corriente directa de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque el colector y las escobillas son introducidos parcial o totalmente debajo de las puntas de diente de rotor a fin de reducir la longitud axial total del motor.
20. El motor de corriente directa de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque los dientes no son inclinados y algunas puntas de diente son inclinadas a fin de reducir las variaciones de la reluctancia magnética o la marcha dispareja en el par o torque de motor.
21. El motor (Universal) colector de CA de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque una parte del circuito magnético es realizado con un compuesto magnético suave elaborado de polvo metálico.
22. El motor (Universal) colector de CA de conformidad con la reivindicación -21 , caracterizado porque la parte central de los dientes de rotor o estator debajo de las bobinas tiene un perfil redondeado, ovalado o circular, por medio de lo cual se consigue una reducción del riesgo de destrucción del aislamiento mediante una -flexión brusca de las bobinas de devanado y se maximiza el factor de relleno de cobre .
23. El motor (Universal) colector de CA de conformidad con la. reivindicación 21, caracterizado porque: la longitud axial de la parte central de los dientes de rotor debajo de las bobinas y la longitud axial de la culata son las mismas ,- la longitud axial de las puntas de diente es mayor que la longitud axial de los dientes.
24. El motor (Universal) colector de CA de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque los devanados frontales son introducidos parcial o totalmente debajo de las puntas de diente.
25. El motor (Universal) colector de CA de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque el colector y las escobillas son introducidos parcial o totalmente debajo de las puntas de diente de rotor a fin de reducir la longitud axial total del motor.
26. El motor (Universal) colector de CA de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque los dientes no son inclinados y algunas puntas de diente son inclinadas a fin de reducir las variaciones de la reluctancia magnética o la marcha dispareja en -el par o torque de motor.
27. El motor de corriente directa de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque una pluralidad de conexiones de ecualización son agregadas al colector a fin de reducir número de escobillas.
28. El motor (Universal) colector de CA de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque una pluralidad de conexiones de ecualizacion son agregadas al colector a fin de reducir en número de escobillas.