MXPA04010772A

MXPA04010772A - Maquina electrica y metodo para su fabricacion.

Info

Publication number: MXPA04010772A
Application number: MXPA04010772A
Authority: MX
Inventors: Alan E Lesak
Original assignee: Smith Corp A O
Priority date: 2003-10-29
Filing date: 2004-10-29
Publication date: 2005-07-05
Also published as: GB2407712A; US6975049B2; US20050093381A1; US20050223541A1; GB2407712B; CA2486009A1; US7669311B2; GB0423880D0

Abstract

Se proporciona una maquina electrica que incluye un rotor y un estator; el estator incluye un nucleo y una bobina colocada sobre el nucleo; en una construccion, el nucleo generalmente tiene forma de U y comprende material magnetico; la maquina electrica tambien incluye un puente que comprende material magnetico; el puente conecta la primera y segunda patas del nucleo generalmente en forma de U; tambien se describen metodos para la elaboracion del nucleo.

Description

MAQUINA ELECTRICA Y METODO PARA SU FABRICACION ANTECEDENTES DE LA INVENCION La invención se relaciona con una máquina eléctrica y particularmente una máquina eléctrica con un núcleo estator generalmente en forma de U. Las máquinas eléctricas con un núcleo estator en forma de U son deseables por su construcción sencilla y su facilidad de fabricación. No obstante, los grandes espacios de aire entre los dos lados de un circuito magnético convencional en forma de U generan grandes variaciones en la permeabilidad de aire-separación y provocan oscilaciones y un momento de torsión traqueteante, ruido y vibración. Además, debido a la configuración específica del circuito magnético estator, típicamente es deseable minimizar el raspado del acero y hacer un mejor jjso_deJos: materiales?" Incfuso es más , deseáblé^rriiñimizar el raspado de acero en una máquina eléctrica con un imán permanente sin cepillos (BLPM) en donde el rotor contenga una cantidad pequeña o nula de acero. Existe demanda por una máquina eléctrica que minimice efecto de oscilación y el momento de torsión traqueteante, el ruido y la vibración. También existe demanda por minimizar el raspado de acero para un núcleo de estator en forma de U. También existe la demanda por una máquina eléctrica con un núcleo en forma de U y una construcción robusta únicamente con un número reducido de componentes.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION En consecuencia, la invención proporciona una máquina eléctrica que incluye un rotor y un estator. El estator incluye un núcleo y por lo menos una bobina colocada sobre el núcleo. El núcleo comprende un material magnético y tiene una primera pata, una segunda pata y una porción de base. La primera y segunda patas incluyen primera y segunda superficies, respectivamente. En una construcción, la primera superficie incluye una primera ranura y la segunda superficie incluye una segunda ranura. La máquina eléctrica también incluye un puente que comprende material magnético. El puente se inserta en la primera y segunda ranuras. La invención también proporciona un método para elaborar un núcleo para una máquina eléctrica. El método incluye los actos de proporcionar una lámina plana de material magnético (por ejemplo acero eléctrico), crear un primero y segundo laminados^generalmente en forma de U - - a~partir dé" la íámina plana, y apilar el primero y segundo laminados generalmente en forma de U. El primero y segundo laminados generalmente en forma de U resultan en un patrón formado en la lámina plana de material magnético. El patrón incluye un primer laminado generalmente en forma de U que tiene una primera pata y una segunda pata, y el segundo laminado generalmente en forma de U tiene una tercera pata y una cuarta pata. El segundo laminado generalmente en forma de U se hace girar ciento ochenta grados con respecto al primer laminado generalmente en forma de U, y la tercera pata se coloca entre la primera y segunda patas. Otras características y aspectos de la invención se volverán evidentes al considerar la descripción detallada y los dibujos anexos. 5 BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS La figura 1 es una vista en perspectiva de una construcción de una máquina eléctrica con un núcleo estator generalmente en forma de U. 10 La figura 2 es una vista despiezada de una máquina eléctrica de la figura 1. La figura 3 es una vista en perspectiva de otra construcción de una máquina eléctrica con un núcleo estator generalmente en forma de U. La figura 4 es una vista en perspectiva de otra construcción 15 adicional de una máquina eléctrica con un núcleo jestator generalmente en -- --r-forma de Uf " . _ - La figura 5 es una vista en perspectiva de una tapa de extremo de una máquina eléctrica de la figura 1 . La figura 6 es una vista en sección transversal de una 20 construcción de un rotor y una laminación del núcleo estator utilizado en la máquina eléctrica de la figura 1.

La figura 7 es una vista en planta de una construcción de un patrón para proporcionar las laminaciones en forma de U del núcleo estator utilizado en la máquina eléctrica de la figura 4. La figura 8 es una vista en planta de una segunda construcción de un patrón para proporcionar las laminaciones en forma de U del núcleo estator utilizado en la máquina eléctrica de la figura 4. La figura 9 es una vista en perspectiva de una construcción de una pluralidad de puentes y un núcleo estator utilizado en la máquina eléctrica de la figura 4. La figura 10 es una vista en perspectiva de un puente que se muestra en la figura 9. La figura 11 es una vista en perspectiva de otra construcción de un puente capaz de ser utilizado con la máquina eléctrica de la figura 1. La figura 12 es una vista en perspectiva de otra construcción adicional de un puente capaz de ser utilizado corHa máquina -eléctrica de la" -_.figura-T="-""' ' ' - .. - - · - ¦ La figura 13 es una vista en perspectiva de una construcción adicional de un puente capaz de ser utilizado con la máquina eléctrica de la figura 1. La figura 14 es una vista parcial despiezada de otra construcción de una pluralidad de puentes y un núcleo estator generalmente en forma de U.

La figura 15 es una vista en perspectiva de otra construcción de un puente capaz de ser utilizado con el núcleo estator generalmente en forma de U, de la figura 14. La figura 16 es una vista en perspectiva de otra construcción de un puente capaz de ser utilizado con el núcleo estator en forma de U de la figura 14. La figura 17 es una vista en perspectiva de otra construcción adicional de un puente capaz de ser utilizado con el núcleo estator en forma de U, de la figura 14. La figura 18 es una vista en perspectiva de otra construcción de una laminación de un núcleo estator en forma de U capaz de ser utilizado con la máquina eléctrica de la figura 3. La figura 19 es una vista en perspectiva de una tapa de extremo capaz de ser utilizada con un estator que incluye los laminados de la figura 18. La figura 20 es una gráfica que muestra la fuerza electromotriz" -trasera de lálríáqüiha eléctrica con imán permanente sin cepillos en fase única representativa, con un núcleo estator en forma de U con y sin puentes magnéticos. Las figuras 21 A, 21 B y 21 C son secciones transversales de la máquina eléctrica con imán permanente, sin cepillos con un núcleo estator generalmente en forma de U en tres momentos de tiempo diferentes durante el funcionamiento del motor, la sección transversal incluye líneas de flujo magnético en la máquina.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION Antes de que se explique con detalle cualquier modalidad de la invención, debe entenderse que la invención no se limita en su solicitud a los 5 detalles de construcción y a la distribución de componentes que se establecen en la siguiente descripción o que se ilustran en los siguientes dibujos. La invención es capaz de otras modalidades y se puede llevar a la práctica o se puede llevar a cabo de diversas maneras. Además, también debe entenderse que las frases y la terminología que se utilizan en la presente son con 10 propósitos de descripción y no deben considerarse como limitantes. El uso de los términos "que incluye", "que comprende" o "que tiene" y variaciones de los mismos en la presente quieren significar abarcar los incisos que se incluyen en lo siguiente y los equivalentes de los mismos así como los incisos adicionales. Los términos "conectado", "acoplado" y "montado", y variaciones 15 de los mismos en la presente se utilizan de manera ampliary a;menos que sé _.-—-„..-.- establezca "dé" otra manera, abarcan - las conexiones, acoplamientos y montajes tanto directos como indirectos. Además, los términos conectados y acoplados y variaciones de los mismos en la presente no se limitan a conexiones o acoplamientos físicos y mecánicos. 20 La figura 1 muestra una vista en perspectiva y la figura 2 muestra una vista despiezada de una construcción de una máquina eléctrica que incorpora algunos de los aspectos de la invención. La construcción que se muestra en las figuras 1 y 2 se relaciona con una máquina eléctrica de imán permanente, sin cepillos, de dos polos y de una sola fase (BLPM). La máquina, la cual se muestra como un motor 20, incluye un alojamiento 25, con una primera y segunda tapas de extremos 60 y 65, un rotor 30 que contiene un material de imán permanente y que se acopla con una flecha 35, y un estator el cual incluye un núcleo 50 y dos bobinas 57 y 59. Se requiere por lo menos una bobina para la construcción del motor (véase, por ejemplo, la bobina 55 en las figuras 3 y 4). El alojamiento 25 tiene dos aberturas 78 y 79 que reciben un sujetador (por ejemplo un perno, tornillo, remache) que acopla a la primera y segunda tapas de extremo 60 y 65. El tipo de máquina eléctrica puede variar. Las figuras 3 y 4 muestran otras construcciones diversas del alojamiento 25 para el motor 20. El alojamiento 25 generalmente tiene forma cuadrada y aloja, entre otras cosas, al rotor 30. Además, la forma (por ejemplo circular de polígono, etc.), y la composición (por ejemplo plástico, acero, aluminio, etc.), del alojamiento 25 puede variar. El aJojamientO-SÍSJncluyeíuna" ^ primera-tapa dé éxtrerño 60 acoplada a una-segunda tapa de extremo 65 por un sujetador. Otras construcciones del alojamiento 25 pueden incluir una porción intermedia colocada entre las tapas de extremo primera 60 y segunda 65. La figura 3 muestra una construcción del alojamiento 25 con tres aberturas 71 , 72 y 73 que reciben un sujetador (por ejemplo un perno, tornillo, remache) que acoplan la primera y segunda tapas de extremo 60 y 65. Las aberturas 71 y 72 se colocan en dos de las esquinas del alojamiento 25 y la tercera abertura 73 se coloca centralmente a lo largo de la superficie de extremo del alojamiento 25 opuesta a las aberturas primera 71 y segunda 72. La figura 4 muestra otra construcción del alojamiento 25 que tiene cuatro aberturas 74, 75, 76 y 77 colocadas en cada esquina del alojamiento 25. El tipo de sujetador (por ejemplo pernos, tuercas, adhesivos, tornillos, remaches, soldadura por puntos, etc.), que se utiliza para sujetar la primera y segunda tapas de extremo 60 y 65 puede variar. Además, el número de sujetadores puede variar. El alojamiento 25 que se muestra en las figuras 1 a 4 también puede incluir material encapsulante (por ejemplo resina epóxica, plástico moldeado por inyección, etc.), para proporcionar soporte adicional al alojamiento 25 y al núcleo 50. La figura 5 muestra una vista en perspectiva de la construcción de la segunda tapa de extremo 65 del alojamiento 25 en la figura 1. La figura 5 muestra la segunda tapa de extremo 65 que tiene lengüetas 80, 81 , 82 y 83 que se insertan en los rebajos (discutidos posteriormente con respecto a la motor 20. Una construcción del motor 20 es controlada por voltaje y se basa en la fuerza electromotriz trasera (emf) para regular la velocidad del motor. Para esta construcción, el motor 20 recibe energía eléctrica de una fuente de voltaje. La aplicación de un voltaje eléctrico a por lo menos una bobina 55 produce una corriente la cual establece un campo magnético de reacción de armadura en el aire-separación que separa el núcleo 50 del rotor 30. El campo de reacción de la armadura interactúa con la magnetización del rotor de imán permanente para producir un momento de torsión rotacional y provocar el movimiento del rotor. Los valores del voltaje aplicado y de la emf trasera influyen en los valores de la corriente de bobina, el campo de 5 armadura y el momento de torsión producidos en la flecha del motor. Un circuito de control regula el flujo de energía eléctrica suministrada a por lo menos una bobina 55. Una construcción del circuito de control incluye un detector Hall operable para proporcionar una señal representativa de la posición del rotor 30. El detector Hall proporciona la señal de posición del rotor 0 al circuito de control para determinar la polaridad del voltaje aplicado a la bobina 55. La polaridad de voltaje determina la dirección de la corriente eléctrica a través de la bobina 55 y la polaridad del campo magnético de reacción de armadura en el motor de aire-separación. No obstante, el tipo de fuente de energía y/o las formas de onda de voltaje y/o la forma de onda de corriente y/o el método de control pueden variar. — - — — - ,^t— ---- - —-"-La'fígüra' 5 muestra rebajos 201 y -202 dentro de la tapa de extremo 65. Estos rebajos proporcionan una ubicación conveniente magnética y mecánicamente para los dispositivos Hall. El tipo de tapa de extremo y los rebajos para los dispositivos Hall pueden variar (véase, por ejemplo, la figura 19, la cual muestra los rebajos 203 y 204). La figura 2 muestra una primera bobina 57 y una segunda bobina 59 envueltas alrededor de porciones separadas del núcleo 50. La primera bobina 57 y la segunda bobina 59 se conectan cada una al suministro de energía de manera que producen en la separación de aire del motor un campo magnético de armadura de la misma polaridad. El aislamiento, el material, el calibre del alambre, el número de vueltas a mano utilizadas para las bobinas puede variar. Las figuras 3 y 4 muestran el motor 20 con una única bobina 55 estatora colocada en el núcleo 50. La figura 6 muestra una vista en sección transversal del rotor 30 colocada en un laminado 90 del núcleo 50. El rotor 30 se separa del núcleo 50 por una separación de aire. El rotor 30 incluye un imán permanente que tiene un par de polos magnéticos (norte (N) y sur (S)) de polaridad opuesta. La flecha 35 se acopla al rotor y gira alrededor de un eje 85 rotacional (véanse las figuras 3 y 4) del rotor 30. Las figuras 1 , 3 y 4 muestran el núcleo 50 de estator que tiene una longitud de apilamiento (LST). La longitud de apilamiento (LST) puede variar. Una construcción del núcleo 50 incluye una pluralidad de apilados de laminaciones 90 que comprenden acero eléctrico. TambiérLse pueden^utilizar-tipos -diferentes dé construcciones del núcleo 50 estator pueden incluir un bloque único de material magnético o un núcleo de material magnético pulverizado y comprimido. La figura 6 muestra una vista en sección transversal de una construcción de un laminado 90 generalmente en forma de U. El laminado 90 incluye una primera pata 96 y una segunda pata 97. La primera y segunda patas se conectan por una porción 98 de base. Cada pata 96 y 97 incluye un extremo 100 libre, una superficie 104 interior y una superficie 105 exterior. Cada superficie 104 interior incluye un rebajo 110 que tiene una forma arqueada o curvilínea pare recibir al rotor 30. La forma del rebajo 1 10 puede variar (por ejemplo puede ser circular, ahusada, etc.). Adicionalmente, se 5 pueden utilizar otras formas de laminado (por ejemplo un laminado sustancialmente en forma de C). El núcleo 50 magnético de una máquina 20 eléctrica giratoria convencionalmente se produce de acero isotrópico con grano no orientado. No obstante, en una máquina eléctrica con un núcleo en forma de U, como se 0 describe en la presente, las líneas de flujo magnético en el laminado 90 son sustancialmente paralelas a la superficie interior 104 y la superficie exterior 105 (véanse las figuras 21 A, 21 B y 21 C). Por lo tanto, al utilizar acero orientado con grano anisotrópico, el cual comúnmente se utiliza para transformadores y al orientar las patas 96 y 97 a lo largo de la imantación 5 preferida (o el laminado "fácil"), la dirección desacero,. Ja .reluctancia7 del _ _ circuito~magnéticd'y"las pérdidas de hierro disminuyen y se incrementa la eficacia del motor y/o la energía específica. El laminado 90 (figura 6) también incluye ranuras de sujeción (también denominadas como rebajos) 112. Las ranuras 1 12 en la figura 6 0 coinciden con las lengüetas 80, 81 , 82 y 83 en la figura 5. La ubicación, cantidad y forma (por ejemplo cuadrada, triangular, arqueada, de polígono, etc.), de las ranuras 1 12 puede variar. En algunas construcciones, la forma, tamaño y ubicación de las ranuras 112 es tal que minimiza la distorsión de las líneas de flujo magnético en el núcleo 50 y por lo tanto proporciona un buen funcionamiento del motor. Se utiliza un sujetador para unir los laminados en un apilado de laminados. Por ejemplo, las figuras 3 y 4 muestran una construcción de un sujetador que incluye pernos y tuercas 113. Las aberturas 1 14 (figuras 1 y 2) se colocan a lo largo de la porción de base del núcleo 50 para recibir los pernos. El número, tipo (por ejemplo, adhesivo, tornillo, remache, soldadura, etc.), y la posición de los sujetadores en el núcleo 50 puede variar. La figura 7 muestra un primer patrón 115 para producir una pluralidad de laminados 90 utilizados en el núcleo 50 estator. El primer patrón 1 15 incluye una pluralidad de laminados 90a-f en forma de U que tienen una primera pata 96a-f y una segunda pata 97a-f con una anchura (Ls) y separadas por una distancia de separación (LG). La distancia de separación (LG) que separa a las patas primeras 96a-f y segundas 97a-f varía entre (LG = (1 a 1.25) x (Ls)). El primer laminado 90a en formajle U_ se coloca con-los " extremos-libres de las patas primeras 96a y segundas 97a en una primera dirección. Un segundo laminado 90b en forma de U se hace girar ciento ochenta grados con respecto al primer laminado 90a en forma de U. La pata 96a del primer laminado 90a en forma de U se coloca adyacente a la pata 96b del segundo laminado 90b en forma de U. La pata 97a del primer laminado 90a en forma de U se coloca entre las patas 96b y 97b. El patrón 115 también incluye un tercer laminado 90c en forma de U que gira ciento ochenta grados con respecto al segundo laminado 90b en forma de U. El tercer laminado 90c en forma de U incluye una pata 96c colocada adyacente a la pata 97b del segundo laminado 90b en forma de U. Un cuarto laminado 90d en forma de U incluye una pata 96d colocada entre las patas 96c y 97c del tercer laminado 90c en forma de U, similar a la distribución de los laminados primero 90a y segundo 90b, en forma de U, descritos antes. De manera similar, el laminado 90e en forma de U que tiene patas 96e y 97e y el laminado 90f en forma de U que tiene patas 96f y 97f se colocan similares a la distribución de los laminados 90a y 90b descritos antes. El patrón 115 puede contener una cantidad cualquiera de laminados 90 en forma de U. Una segunda construcción del patrón 115 (figura 7) puede incluir al tercero y cuarto laminados 90c y 90d, en forma de U, rotados ciento ochenta grados con respecto al primero y segundo laminados 90a y 90b en forma de U. La pata 96d el cuarto laminado 90d en forma de U se coloca entre las patas primera 96c y segunda 97c del tercer laminado en forma de U. Por lo tanto, la orientación de un par coincidente de laminados (por-ejemplo 9Óá y _.90b, -90c y 90d, y 90e o 90f) puede-variar con respecto a otros pares de laminados. La figura 8 muestra un segundo patrón 120 para producir una pluralidad de laminados 90 utilizados en el núcleo 50 estator. El segundo patrón incluye una segunda construcción de laminados 90g-l en forma de U. Los laminados 90g-l en forma de U incluyen primeras patas 96g-l y segundas patas 97g-l, respectivamente. Las patas 96g-l y 97g-l tienen una anchura (Ls).

Las patas 96g-l y 97g-l están separadas por una distancia de separación (LG) que varía de ((LG) = (2 A 2.5) x (Ls)). El patrón 120 incluye un primer laminado 90g en forma de U que tiene patas 96g y 97g. El laminado 90g se coloca adyacente a un segundo laminado 90j en forma de U que tiene patas 96j y 97j. Un tercer laminado 90h en forma de U (mostrado parcialmente) y un cuarto laminado 90i en forma de U se hacen rotar ciento ochenta grados en relación al primero y segundo laminados 90g y 90j en forma de U. La pata 97h del laminado 90h en forma de U se coloca adyacente a la pata 96i del laminado 90i en forma de U, y las patas 97h y 96i se colocan entre las patas 96g y 97g del laminado 90g en forma de U. La pata 97g del laminado 90g en forma de U y la pata 96j del laminado 90j n forma de U se colocan entre las patas 96i y 97i del laminado 90i en forma de U. El patrón también incluye un laminado 90k en forma de U que tiene patas 96k y 97k que giran ciento ochenta grados con respecto al laminado 90j. La pata 97i del laminado 90i enjforma de:U.se colóc adyacente _a:la pata 96k"dél laminado 90k en forma de U; y las patas 97i y 96k se colocan entre las patas 96j y 97j del laminado 90j en forma de U. Un sexto laminado 90m en forma de U (que se muestra parcialmente) tiene una pata 96m que se hace rotar ciento ochenta grados con respecto al laminado 90k. La pata 97j del laminado 90j en forma de U se coloca adyacente a la pata 96m del laminado 90m en forma de U, y las patas 97j y 96m se colocan entre las patas 96k y 97k del laminado 90k en forma de U. El patrón 120 puede contener una cantidad cualquiera de laminados en forma de U.

Las construcciones anteriores de los patrones 115 y 120 minimizan el raspado del material y por lo tanto reducen los costos de material para la elaboración de los laminados 90. Se pueden utilizar otros patrones para proporcionar los laminados 90 del núcleo 50. Un método para separar los laminados 90 en forma de U de las láminas planas de acero eléctrico es por medio de un procedimiento de estampado. El estampado puede incluir el troquelado de la pluralidad de laminados 90 en forma de U a partir de una lámina plana utilizando una máquina o troquel diseñado con los patrones 115 y 120 descritos antes en las figuras 7 y 8, respectivamente. Se pueden utilizar otros patrones y métodos para proporcionar los laminados 90 y/o el núcleo 50 estator. Las máquinas eléctricas, particularmente los motores sin cepillos, de dos polos, y de una sola fase generalmente presentan problemas con el momento de torsión de desbastado o de fluctuación, lo que puede provocar ruido y vibración que perjudica el desempaño del motor.^EI momento de torsión de"fluctu ción está caracterizado como úna variación cíclica en el momento de torsión suministrado a una carga provocada por la interacción del campo magnético del rotor con las armónicas en las fuerzas magnetomotrices de corriente del estator (mmf). El momento de torsión de desbastado describe el momento de torsión no uniforme como un resultado de la interacción de la magnetización del rotor y las variaciones angulares en la permeancia (o reluctancia) de separación de aire asociada con la forma del núcleo 50 de estator y del rotor 30. Para un motor 20 con un núcleo 50 de estator generalmente en forma de U como se describe en lo anterior, la permeancia de aire-separación es mayor en una posición angular en donde el rotor 30 está orientado hacia un rebajo 110 en comparación con la permeancia de aire- separación en una posición angular en donde el rotor 30 está orientado hacia el espacio libre entre las patas primera 96 y segunda 97 del núcleo 50 (véase la figura 6). Existe una demanda por una máquina eléctrica que minimice el efecto de momento de torsión de desbastado y de fluctuación y que muestra un funcionamiento más uniforme. La figura 9 muestra la construcción de la máquina eléctrica de la invención que incluye un par de puentes 130 y 131 insertados entre las patas primera 96 y segunda 97 del núcleo 50. El material utilizado para los puentes 130 y 131 se puede seleccionar y la forma y dimensiones de los puentes 130. y 131 se pueden diseñar de manera que se reduzca la variación en la permeancia de aire-separación y la variación relacionada en la permeancia magnética alrededor de la circunferencia del rotor 30 y de esta-manera se""- de desbastado, el ruido y la" vibración de la * máquina 20 eléctrica. Además, el material utilizado para los puentes 130 y 131 se puede seleccionar y la forma y las dimensiones de los puentes 130 y 131 se pueden diseñar de manera que mejoren otros aspectos del funcionamiento del motor. Por ejemplo, y en una construcción, las características del material y el diseño de los puentes influye en la posición de detención del rotor 30 y por lo tanto mejora la capacidad de arranque de la máquina 20 eléctrica.

En otra construcción ejemplar, las características de material y de diseño de los puentes influyen en el flujo de fuga del rotor, el enlace de flujo de bobina del estator y la emf de retorno de la máquina eléctrica. En una máquina 20 eléctrica monofásica con un núcleo 50 de estator en forma de U y sin ningún puente, la forma de onda de la emf trasera es sustancialmente sinusoidal (véase la curva de puntos de la figura 20). En una máquina 20 eléctrica monofásica que tiene un núcleo 50 estator en forma de U y que incluye puentes insertados entre las patas del núcleo estator, la forma de onda de la emf trasera es sustancialmente no sinusoidal (véase la curva continua de la figura 20). Una plataforma (meseta) en la ascensión de la emf trasera entre 0 y 90 grados eléctricos es benéfica al permitir que la corriente de bobinado se acumule bajo la influencia de la diferencia entre el voltaje aplicado y la emf trasera. Como una consecuencia, la salida de momento de torsión específica y/o la eficacia del motor se incrementan. En otra construcción adicional, el uso de los puentes modifica el campo magnético del motor, lo. que permite que él detector Hall se coloque en una posición que permite el avance de fase de la corriente de armadura, lo que resulta en una modificación de la forma de onda de corriente eléctrica en una reducción de la fluctuación del momento de torsión y/o un incremento en la salida del momento de torsión específica y/o un incremento en la eficiencia del motor. La figura 9 muestra ranuras 135 colocadas a lo largo de las superficies 104 interiores del núcleo 50. Las ranuras 135 reciben los puentes 130 y 131 y se colocan para acomodar la operación del rotor 30 y el tamaño de por lo menos una bobina 55 estatora (véase la figura 3). Además, la disposición de las ranuras 135 a lo largo de las superficies 104 interiores de la primera y segunda patas 96 y 97 pueden variar. La forma (por ejemplo ranuras polígonos, elipses, círculos, formas arqueadas, etc.), así como el tamaño de las ranuras 135 puede variar para recibir los puentes 130 y 131. En algunas construcciones, los puentes 130 y 131 son idénticos. Las ranuras 135 pueden estar inclinadas con respecto a las caras 104 interiores de las patas 96 y 97 para reducir la vibración de los puentes y de la máquina eléctrica. Lo siguiente incluye una descripción de las diversas construcciones de los puentes. Las figuras 9 y 10 muestran una construcción de un puente 130 constituida de un laminado de material magnético. El puente 130 incluye una porción 145 central entre un par de lengüetas 150. Las lengüetas 150 se colocan hacia arriba y hacia fuera con respecto a la porción 145 central. Las buena resistencia mecánica a las uerzas electromagnéticas. Una longitud (LEXT) de las lengüetas 150 incluye la porción del puente 130 insertado en las ranuras 135. Típicamente, la longitud (LEXT) de las lengüetas 150 es sustancialmente igual a la longitud de apilado (LST) del núcleo 50 (véase la figura 9) para minimizar la distorsión del campo magnético. El tamaño y la dimensión del puente 130 y las ranuras 135 respectivas se relaciona con el movimiento o la vibración provocada por las fuerzas electromagnéticas. Otra construcción del puente 130 puede incluir refuerzos para reducir la vibración. El puente 130 se puede colocar presionado dentro del núcleo 50. En otra construcción, el puente 130 se puede sujetar al núcleo 50 por diversos medios tales como, pero sin limitarse a adhesivos, plásticos moldeados e inyectados, etc. Como se muestra en las figuras 9 y 10, la porción 145 central incluye una superficie en forma arqueada que reduce la variación en la separación de aire entre las ranuras 1 10 de la primera y segunda patas 96 y 97. La forma y el tamaño de la porción 145 central puede variar. Otra construcción del puente 130 puede incluir un apilado de laminaciones múltiples de material magnético que tiene la forma que se muestra en la figura: 10. Los laminados se pueden acoplar por diversos medios de sujeción (por ejemplo adhesivos, presionados mecánicamente, plásticos moldeados por inyección, etc.), para producir un apilado. La figura 11 muestra un puente 155 que incluye un laminado en forma arqueada de manera uniformer de un -extremo-a otror " - - Las figuras 12 y 13 muestran construcciones de un puente 160 y 162, respectivamente, que tienen una porción 164 y 167 central más corta con respecto a las lengüetas 165 y 169, respectivamente. La porción 164 central incluye uno o más recortes 166 centrales. La longitud, anchura y forma (por ejemplo de triángulo, cuadrado, polígono, arqueada, etc.), de los recortes 166 centrales puede variar. La porción 164 central tiene una longitud (LCp) de porción central que es menor que o igual a la longitud (LEXT) de lengüeta y menor que la longitud (LST) del apilado del núcleo 50 (véase la figura 9). En tal construcción, el flujo magnético se concentra axialmente a través de la porción 164 central del puente 160 y de esta manera se incrementan los valores de la densidad de flujo magnético y provocan saturación magnética. La longitud (LCp) de la porción 165 central con respecto a la longitud (LEXT) de las lengüetas 167 y la longitud (LsT) de apilado del núcleo 50 influye en los valores de operación de la densidad de flujo magnético en los puentes y la permeancia de aire-separación equivalente y por lo tanto se puede diseñar para mejorar el funcionamiento del motor. El espacio disponible en los recortes 166 se puede utilizar convenientemente para colocar un detector Hall. La figura 13 muestra un puente 162 que incluye una porción 167 central con. recortes 168. La porción 167 central está desviada con respecto a las lengüetas 169. Las figuras 14-17 muestran otras construcciones de los puentes 170, 190 y 200. La forma y construcción de los puentes 170, 190 y 200,mejora-la apacidad-para varia lás'dirtiensiones de los puentes 170, 190 y 200 y por lo tanto para modificar la permeancia de aire-separación equivalente y mejorar el funcionamiento del motor. Los puentes 170, 190 y 200 se pueden producir, por ejemplo, como un apilado de acero de laminados eléctricos o se pueden elaborar de material magnético pulverizado y comprimido. La figura 14 muestra una vista despiezada parcial de la construcción de los puentes 170 y 171 que se inserta en las ranuras 172. La figura 15 muestra una vista en perspectiva del puente 170. El puente 170 incluye un apilado de laminados 180 de material magnético que se puede acoplar utilizando diversos medios (por ejemplo adhesivos, inmovilización, etc.). El puente 170 incluye una porción 182 central en su par de lengüetas 184. La porción 182 central incluye una superficie 186 de forma arqueada que está orientada hacia el rotor 30. La superficie 186 en forma arqueada proporciona una transición entre las ranuras 188 a lo largo de la primera y segunda patas 174 y 76 (véase la figura 14). La forma (por ejemplo lineal, curvilínea, escalonada, etc.) de la porción 182 central puede variar y está diseñada de manera que modifica la permeancia de aire-separación equivalente y mejora el funcionamiento del motor. Las lengüetas 184 también tienen forma arqueada y se insertan en las ranuras 172 respectivas de la primera y segunda patas 174 y 176 (véase la figura 3). La forma (por ejemplo arqueada, cuadrada, poligonal, etc.) de las lengüetas 184 y las ranuras 172 respectivas puede variar. La figura 16 muestra el puente 190 constituido de Jaminados 9,1^--El puente =190 -incluye üña^pofción 192^ central acoplada' entre* un par de lengüetas 193. La porción 192 central tiene una forma arqueada y las lengüetas 193 se colocan adyacentes a las patas primera 174 y segunda 176 del núcleo 178. Cada lengüeta 193 incluye una proyección 194 que tiene una forma arqueada, similar a la de las lengüetas 184 en la figura 14, para insertarse en las ranuras 172 del núcleo 178. También son posibles otras formas de las lengüetas, proyecciones y ranuras dentro del núcleo.

La figura 17 muestra el puente 200 que tiene laminados 205. El puente incluye una porción 210 central que tiene una longitud (l_cp) menor que la longitud (LEXT) de las lengüetas 215. La figura 18 muestra otra construcción de un laminado 220 de núcleo de estator. El laminado 220 incluye un par de ranuras 230 de puente en forma rectangular colocadas a lo largo de las superficies interiores 232 de las patas primeras 234 y segundas 236. El laminado 220 también incluye un par de ranuras 238 de sujeción colocadas a lo largo de las superficies 240 exteriores en los extremos 242 libres de las primeras y segundas patas 232 y 234. La figura 19 muestra una construcción de la tapa de extremo 225 del alojamiento 25 utilizado con el laminado 220. El primero y segundo puentes 245 y 247 se acoplan a la tapa de extremo 225. El primer puente 245 se inserta en las ranuras 230 del laminado 220 de núcleo (véase la figura 18). El segundo puente 247 se inserta entre los extremos libres 242 de las patas primeras 234 y segundas 236 (véase la figura 18). La tapa de extremo 225-tambiénjincluye un par"dé lengüetas 250 de sujeción que se insertan en las ranuras 238 de sujeción. El primer puente 245 y cada una de las lengüetas 250 de sujeción incluye aberturas 252 de sujeción para recibir un medio de sujeción. La tapa de extremo 225 se acopla por el medio de sujeción a una segunda tapa de extremo similar al alojamiento 25 que se describe en la parte anterior en las figuras 1-4. Esta construcción del laminado 220, la tapa de extremo 225 y los puentes 245 y 247 simplifica el procedimiento de ensamblado del motor 20.

La vista despiezada de la figura 1 ilustra un método preferido de ensamblado de una máquina eléctrica con un circuito magnético en forma de U como se describe por la invención. Se produce un núcleo 50 por laminados estampados de acero eléctrico y su sujeción para producir un apilado. Las bobinas 57 y 59 se producen por alambre de cobre bobinado con un bobinador de carrete. Por lo menos una bobina se inserta sobre una pata del núcleo 50. La tapa de extremo 65 no impulsora y los puentes 130 y 131 se unen al núcleo 50. El rotor 30 se inserta entre las patas del núcleo 50 de manera que el extremo no impulsor de la flecha 35 se acopla a la tapa de extremo 65 no impulsora. La tapa de extremo 60 impulsora se acopla al núcleo 50 y la flecha 35 se sujeta a la tapa de extremo 65 a través de las : aberturas 78 y 79. De esta manera la invención proporciona, entre otras cosas, una máquina eléctrica sin cepillos con un circuito magnético en forma de U y un método para su fabricación. Diversas características y ventajas „de \a =-

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCION REIVINDICACIONES 1.- Una máquina eléctrica que comprende: un rotor y una flecha girable alrededor de un eje de motor; un núcleo que comprende un material magnético y que tiene una primera pata, una segunda pata y una porción de base, la primera y segunda patas se incluyen una primera y segunda superficies, respectivamente, la primera superficie incluye una primera ranura y la segunda superficie incluye una segunda ranura; una bobina colocada sobre el núcleo; y un puente que comprende un material magnético y que se inserta en la primera y segunda ranuras. 2. - La máquina eléctrica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque la primera y segunda superficies incluyen además primero y segundo rebajos, respectivamente, y en donde eJ_primero y _segundo rebajos-incluyen^uná forma arqueada. 3. - La máquina eléctrica de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada además porque el primero y segundo rebajos están ahusados. 4.- La máquina eléctrica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el núcleo comprende una pluralidad de laminados que tienen material magnético. 5. - La máquina eléctrica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el material magnético del puente incluye acero isotrópico. 6. - La máquina eléctrica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el material magnético del puente incluye acero anisotrópico. 7. La máquina eléctrica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el puente se coloca entre el rotor y la porción de base del núcleo. 8.- La máquina eléctrica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque la primera superficie incluye además una. tercera ranura y la segunda superficie incluye además una cuarta ranura, y en donde el estator incluye además un segundo puente que comprende material magnético y que se inserta en la tercera y cuarta ranuras. 9.- La máquina eléctrica de conformidad con la reivindicación -8, -caracterizada además porque el primer puente se .coloca entre el rotor y la porción de base, y el segundo puente no se coloca entre el rotor y la porción de base. 10.- La máquina eléctrica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque la primera pata, la segunda pata y la porción de base forman un núcleo generalmente en forma de U. 11. - La máquina eléctrica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el puente comprende una lámina de material magnético que incluye una porción arqueada. 12. - La máquina eléctrica de conformidad con la reivindicación 5 1 , caracterizada además porque el puente comprende una primera y segunda lengüetas y una porción central. 13. - La máquina eléctrica de conformidad con la reivindicación 12, caracterizada además porque la porción central incluye una superficie arqueada. 0 14.- La máquina eléctrica de conformidad con la reivindicación 12, caracterizada además porque la porción central tiene una longitud a lo largo del eje, la primera y segunda lengüetas tienen una longitud a lo largo del eje y la longitud de la porción central es menor que la longitud de la primera y segunda lengüetas. 5 15.- La máquina eléctrica de conformidad con la reivindicación 12, „caracterizada-además' porque las lengüetas se . colocan hacia arriba y "~ " hacía fuera con respecto a la porción central. 16. - La máquina eléctrica de conformidad con la reivindicación 12, caracterizada además porque la porción central está arqueada y las 0 lengüetas están arqueadas. 17. - La máquina eléctrica de conformidad con la reivindicación 13, caracterizada además porque la porción central incluye una superficie plana opuesta a la superficie arqueada. 18. - La máquina eléctrica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el puente incluye un apilado de laminados. 19. - La máquina eléctrica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el puente incluye una porción central y primera y segunda lengüetas, la porción central incluye una superficie arqueada colocada adyacente al rotor y la primera y segunda lengüetas se colocan en la primera y segunda ranuras. 20. - La máquina eléctrica de conformidad con la reivindicación 19, caracterizada además porque la porción central tiene una primera longitud a lo largo del eje, el núcleo tiene una segunda longitud a lo largo del eje, y la primera y segunda longitudes son iguales. 21. - La máquina eléctrica de conformidad con la reivindicación 19, caracterizada además porque la porción central tiene una primera longitud a lo largo del eje, el núcleo tiene una segunda longitud a lo largo del eje, y la primera longitud es menor que la segunda longitud. - - —- 22 - ~ La:máquiñá eléctrica de conformidad con; la reivindicación 1 , caracterizada además porque la primera pata incluye un tercer rebajo, en donde la máquina eléctrica comprende además un alojamiento que tiene una primera y segunda tapas de extremo, y en donde la primera tapa de extremo incluye una lengüeta colocada en el tercer rebajo. 23.- La máquina eléctrica de conformidad con la reivindicación 22, caracterizada además porque por lo menos una de la primera y segunda tapas de extremo incluyen un rebajo adaptado para recibir un detector. 24. - La máquina eléctrica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque incluye un alojamiento acoplado en por lo menos un puente. 25. - La máquina eléctrica de conformidad con la reivindicación 5 1 , caracterizada además porque la máquina eléctrica incluye una tapa de extremo, y en donde la tapa de extremo incluye el puente. 26. - La máquina eléctrica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el núcleo incluye acero anisotrópico de grano orientado. 0 27.- Una máquina eléctrica que comprende: un rotor y una flecha girable alrededor de un eje de motor; un núcleo estator generalmente en forma de U que tiene una primera patas, una segunda pata y una porción de base, la primera y segunda pata se incluyen primera y segunda superficies, respectivamente, la primera superficie incluye un primer rebajo, una primera 5 ranura y una segunda ranura, y la segunda superficie incluye un segundo magnético y que tiene una primera porción central, una primera lengüeta y una segunda lengüeta, la porción central incluye una primera superficie 0 arqueada colocada adyacente al rotor, y la primera y segunda lengüetas se colocan en la primera y tercera ranuras, respectivamente; y un segundo puente que comprende material magnético y que tiene una segunda porción central, una tercera lengüeta y una cuarta lengüeta, la porción central incluye una segunda superficie arqueada colocada adyacente al rotor y la tercera y cuarta lengüetas se colocan en una segunda y cuarta ranuras, respectivamente. 28. - La máquina eléctrica de conformidad con la reivindicación 27, caracterizada además porque el primer puente comprende una lámina de material magnético. 29. La máquina eléctrica de conformidad con la reivindicación 28, caracterizada además porque el par de lengüetas se colocan hacia arriba y hacia fuera con respecto a la porción central. 30.- La máquina eléctrica de conformidad con la reivindicación 27, caracterizada además porque el primer puente incluye laminados. 31. - La máquina eléctrica de conformidad con la reivindicación 27, caracterizada además porque la primera pata incluye un tercer rebajo, en donde la máquina eléctrica comprende además un alojamiento que tiene primera y segunda tapas de extremo, y en donde la primera tapa de extremo _ incluye una;lengüeta colocácla^n eftércér rebajo. . - — 32. - La máquina eléctrica de conformidad con la reivindicación 27, caracterizada además porque el núcleo incluye acero anisotrópico de grano orientado. 33.- La máquina eléctrica de conformidad con la reivindicación 27, caracterizada además porque por lo menos una de la primera y segunda tapas de extremo incluye un rebajo adaptado para recibir un detector. 34.- Una máquina eléctrica que comprende: un rotor y una flecha girable alrededor de un eje de motor; un núcleo estator generalmente en forma de U que comprende un material magnético y que tiene una primera pata, una segunda pata y una porción de base, la primera pata incluye una primera superficie y una segunda superficie opuesta a la primera superficie, la primera superficie incluye un primer rebajo y una primera ranura y la segunda superficie incluye un segundo rebajo, la segunda pata incluye una tercera superficie y una cuarta superficie opuesta a la tercera superficie, la tercera superficie incluye un tercer rebajo y una segunda ranura, y la cuarta superficie incluye un cuarto rebajo, el primero y segundo rebajos se colocan adyacentes al rotor; una bobina colocada sobre el núcleo; y primera y segunda tapas de extremo que forman un alojamiento para el rotor, por lo menos una de la primera y segunda tapas de extremo incluye una primera lengüeta colocada en la primera ranura, por lo menos una de la primera y segunda tapas de extremo incluyen una segunda lengüeta colocada en una segunda ranura, por Jó menos una de:la primera y segunda tapas de extremo incluyen una tercera lengüeta colocada en el segundo rebajo, y por lo menos una de la primera y segunda tapas de extremo incluyen una cuarta lengüeta colocada en el cuarto rebajo. 35.- Un método para elaborar un núcleo para una máquina eléctrica, el método comprende las acciones de: proporcionar una lámina plana de material magnético; crear un primero y segundo laminados generalmente en forma de U a partir de la lámina plana, el primero y segundo laminados generalmente en forma de U resultan de un patrón que se forma en la lámina plana, el patrón incluye: un primer laminado generalmente en forma de U que tiene una primera pata y una segunda pata, y el segundo laminado generalmente en forma de U gira ciento ochenta grados con respecto al primer laminado generalmente en forma de U, el segundo laminado generalmente en forma de U incluye una tercera pata y una cuarta pata, la tercera pata se coloca entre la primera y segunda patas; y crear el núcleo que incluye el apilado del primero y segundo laminados generalmente en forma de U. 36.- El método de conformidad con la reivindicación 35, caracterizado además porque el patrón incluye además: un tercer laminado generalmente en forma de U colocado adyacente al segundo laminado generalmente en forma de U, el tercer laminado generalmente en forma de U gira ciento ochenta grados con respecto al segundo laminado generalmente en forma de U, el tercer laminado generalmente en forma de U incluye una_ quinta pata y una sexta pata, y un cuarto laminado generalmente en forma de U rotado ciento ochenta grados con respecto al tercer laminado generalmente en forma de U, el cuarto laminado generalmente en forma de U incluye una séptima pata y una octava pata, la séptima pata se coloca entre la quinta y sexta patas. 37.- El método de conformidad con la reivindicación 35, caracterizado además porque la primera pata define una anchura (l_s) y la segunda pata define una anchura (l_s), en donde la primera y segunda patas definen una distancia (LG) entre la primera y segunda patas, y en donde la anchura (Ls) y la distancia (LG) satisface la relación (Ls LG 1 25 (Ls)). 38. - El método de conformidad con la reivindicación 35, caracterizado además porque el patrón incluye un tercer laminado generalmente en forma de U girado ciento ochenta grados con respecto al primer laminado generalmente en forma de U, el tercer laminado generalmente en forma de U incluye una quinta pata y una sexta pata, y en donde la quinta pata se coloca adyacente a la tercera pata del segundo laminado generalmente en forma de U y entre la primera y segunda patas del primer laminado generalmente en forma de U. 39. - El método de conformidad con la reivindicación 35, caracterizado además porque la primera pata define una anchura (Ls) y la segunda pata define una anchura (Ls), en donde la primera y segunda patas definen una distancia (LG) entre la primera y segunda patas, y en donde la anchura (Ls) y la distancia (LG) satisface la relación (Ls) LG 2.5 (Ls)). . . -— - -40: "El ^método" de conformidad con la reivindicación 35, "caracterizado además porque la acción de creación incluye estampar la lámina plana con un troquel que tiene el patrón. 41.- El método de conformidad con la reivindicación 35, caracterizado además porque la lámina plana incluye acero anisotrópico de grano orientado.