WO2014202808A1 - Perfeccionamientos en las máquinas de campo magnético rotatorio - Google Patents

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Definitions

  • stator or excitation topology as those postulated in this patent, which are applicable to generators and motors, both conventional, and magnetic transfer excitation, the latter, object of Utility Model U 200402396 and the invention patent P 201200334, of the applicant, and other machines and apparatus.
  • stator poles are axial, have no grooves between pole shoes, in the air gap, and that each excitation electromagnet is formed by several parallel electromagnets in parallel, which have the yoke or cylinder head and the collector or shoe, common.
  • the improved stator has the advantage over the conventional one that eliminates voltage and power losses, electromagnetic and mechanical vibrations, and starting torque, its copper content is at least 25% lower and has better air passage refrigeration, with equal or smaller size than conventional.
  • the improved electromagnet has 50% less copper than the conventional one, with the same number of amperes turned, equal or smaller size and much better cooling air flow.
  • Both the common collector and yoke can be permanent hands.
  • Figure 1 View, from the axis, of a conventional stator plate.
  • Figure 2 Lateral section through the axis and view from the geometric axis of the improved stator.
  • Figure 3 section through the axis of a conventional inductor
  • Figure 4 section, along the geometric axis, of the improved inductor. Explanation of figures 1 and 3.
  • position 1 is the expansion or shoe of a pole; 2, is the radial pole; 3, is the yoke or butt; 4, is the interpolar space for housing the coil or winding; 5 is the slot between polo shoes.
  • Fig. 3 1 is the core or armature of the electromagnet; 2 is the coil wound in the core; 3 are the polar pieces: yoke or cylinder head and shoe or collector.
  • FIG 2 it is shown in section, A-A, by the geometric axis, of the assembly of the stator armor 1, formed by as many axial cores or poles, 2 as required by the chosen design.
  • the groove between poles, 3 can be as small as needed, because the conductors that form the static winding, 4 are introduced into each pole by the end, 5, opposite to the area where the rotor rotates, 6, separated from the stator by the air gap, 7.
  • the heads of the stator poles have expansions, 8, or shoes, among which is the groove, 3, of a surface that is a very small fraction of the surface of the pole, for example , one tenth or less, or zero,
  • the heads of the static winding are much shorter than in the conventional one, because the turns, 4, are housed in the axial extensions of the poles, 2, Fig. 2, without interfering with other. Therefore, the length of the electrical conductor of the improved winding is shorter than that of the conventional one. In a specific case of a commercial automotive alternator, the decrease or savings is 35%, which is very important.
  • the poles described above, axial, 2, have, as in the case of conventional radials, a common yoke 9, where the passage of the magnetic flux occurs.
  • the yoke, 9 can be a magnet.
  • stator coils, 4 are not superimposed, but are placed in successive pieces of the axial cores, 2, Fig 2, so they can be prefabricated with suitable molds and inserted into the cores, before they are attached to the yoke by appropriate mechanical procedures, commonly used.
  • air cooling of the static coils is much better than in the conventional arrangement, since the axial cores and their windings leave wide passages to the cooling air. All of the above can be applied to axial air gap.
  • the improvement that is claimed consists in replacing the conventional electromagnet with electromagnets of smaller section, 1, Fig. 4, in parallel, located between a soft iron plate that joins the polarities, for example, North, which I call a collector or shoe, 2, and another one that joins the South polarities, which I call cylinder head or yoke, 3, of the same exterior dimensions, than the conventional one, and whose conductive wire content for the same number of amperes turned is much smaller than that of the conventional electromagnet.
  • the air cooling is better in the improved inductor, for the same external dimensions, because there is more length of wire exposed to the air in it, and better air passage, than in the conventional one.
  • the cores of the improved electromagnet magnets can be permanent magnets, surrounded by their corresponding coils.
  • manifold and the cylinder head can be permanent, with the polarities coordinated.
  • excitation electromagnet may have other applications, because the described system, referred to in the patent for the excitation of electric machines, can be used in other machines and apparatus.

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Abstract

La patente "Perfeccionamientos en las máquinas de campo magnético rotatorio"se refiere modificaciones de las estructuras del estator y del sistema inductor de las máquinas de campo magnético rotatorio convencionales. La primera es que los polos del estator son axiales, por lo que no hay ranuras entre sus zapatas en el entrehierro, los devanados están en la parte axial y son bobinas prefabricadas, eliminando pérdida de potencia, vibraciones electromagnéticas y mecánicas, emisiones electromagnéticas, y par de arranque, con mucho menor contenido de cobre. La segunda, se refiere al sistema inductor, que está formado por múltiples núcleos, con colector y culata comunes a ellos, y que reduce enormemente la cantidad de cobre necesaria, con unas dimensiones exteriores semejantes a las del electroimán convencional al que reemplazan en estas máquinas o en cualquier otra aplicación, para igual número de amperios vuelta. Se puede aplicar a todos las máquinas de campo rotatorio.

Description

PERFECCIONAMIENTOS EN LAS MAQUINAS DE CAMPO MAGNÉTICO ROTATORIO.
Sector de la técnica.
Las mejoras que se postulan en esta patente de invención se refieren a las estructuras del estator y del sistema de excitación de las máquinas de campo magnético rotatorio. La mejora de los electroimanes de excitación, se puede aplicar a muchas otras máquinas y aparatos.
Estado de la técnica.
No es conocida por el postulante ninguna topología de estator ni de la excitación como las postuladas en esta patente, que son aplicables a generadores y a motores, tanto convencionales, como de excitación por transferencia magnética, estos últimos, objeto del Modelo de utilidad U 200402396 y la patente de invención P 201200334, del postulante, y a otras máquinas y aparatos.
Explicación de la innovación.
La innovación consiste en que los polos del estator son axiales, no tienen ranuras entre zapatas de polos, en el entrehierro, y en que cada electroimán de excitación está formado por varios electroimanes ¡guales en paralelo, que tienen el yugo o culata y el colector o zapata, comunes.
El estator perfeccionado tiene la ventaja sobre el convencional de que elimina las pérdidas de tensión y de potencia, las vibraciones electromagnéticas y mecánicas, y el par de arranque, su contenido en cobre es como poco un 25% inferior y tiene mejor paso del aire de refrigeración, con igual o menor tamaño que el convencional.
El electroimán mejorado, tiene un 50% menos cobre que el convencional, con igual número de amperes vuelta, igual o menor tamaño y mucho mejor paso de aire de refrigeración.
Tanto el colector como el yugo comunes, pueden ser ¡manes permanentes.
Dibujos
Figura n° 1 : Vista, desde el eje, de una chapa del estator convencional.
Figura 2: Sección lateral por el eje y vista desde el eje geométrico, del estator mejorado.
Figura 3: sección por el eje de un inductor convencional
Figura 4: sección, por el eje geométrico, del inductor mejorado. Explicación de las figuras 1 y 3.
En la Fig. 1 : posición 1 es la expansión o zapata de un polo; 2, es el polo radial; 3, es el yugo o culata; 4, es el espacio interpolar para alojamiento de la bobina o devanado; 5 es la ranura entre zapatas de polo.
En la Fig. 3: 1 es el núcleo o armadura del electroimán; 2 es la bobina devanada en él núcleo; 3 son las piezas polares: yugo o culata y zapata o colector.
Descripción de una ejecución de estator mejorado.
En la figura n° 2, se muestra en sección, A-A, por el eje geométrico, del conjunto de la armadura del estator 1 , formada por tantos núcleos o polos axiales, 2 como requiera el diseño elegido. En esta figura se ve que la ranura entre polos, 3 puede ser tan pequeña como se necesite, porque los conductores que forman el bobinado estatórico, 4 se introducen en cada polo por el extremo, 5, opuesto a la zona donde gira el rotor, 6, separado del estator por el entrehierro, 7.
En la zona del entrehierro, 7, las cabezas de los polos del estator tienen unas expansiones, 8, o zapatas, entre las que queda la ranura, 3, de una superficie que es una fracción muy pequeña de la superficie del polo, por ejemplo, una décima parte o menor, o nula, Además las cabezas del bobinado estatórico son mucho más cortas que en el convencional, porque las espiras, 4, se alojan en las extensiones axiales de los polos, 2, Fig. 2, sin interferir unas con otras. Por esto, la longitud del conductor eléctrico del bobinado mejorado es más corta que la del convencional. En un caso concreto de un alternador comercial de automoción, la disminución o ahorro es del 35 %, lo que es muy importante.
Los polos arriba descritos, axiales, 2, tienen, como en el caso de los convencionales radiales, un yugo común 9, donde se produce el paso del flujo magnético. El yugo, 9 puede ser un imán.
Las bobinas estatóricas, 4, no están superpuestas, sino que se colocan en trozos sucesivos de los núcleos axiales, 2, Fig 2, por lo que pueden ser prefabricadas con moldes adecuados e insertadas en los núcleos, antes de que estos sean sujetos al yugo mediante procedimientos mecánicos apropiados, de uso común. Además de las ventajas citadas, la refrigeración por aire de las bobinas estatóricas es mucho mejor que en la disposición convencional, ya que los núcleos axiales y sus devanados dejan pasos amplios al aire de refrigeración. Todo lo dicho puede aplicarse a entrehierro axial.
Descripción de un electroimán de excitación, mejorado. La mejora que se reivindica consiste en sustituir el electroimán convencional por vahos electroimanes de menor sección, 1 , Fig. 4, en paralelo, situados entre una placa de hierro dulce que une las polaridades, por ejemplo, Norte, que llamo colector o zapata, 2, y otra que une las polaridades Sur, que llamo culata o yugo, 3, de ¡guales dimensiones exteriores, que el convencional, y cuyo contenido en hilo conductor para igual número de amperes vuelta es mucho menor que el del electroimán convencional.
La refrigeración por aire, es mejor en el inductor mejorado, para ¡guales dimensiones exteriores, porque hay más longitud de hilo expuesto al aire en él, y mejor paso para el aire, que en el convencional.
Los núcleos de los ¡manes del electroimán mejorado pueden ser ¡manes permanentes, rodeados por sus bobinas correspondientes.
También el colector y la culata, pueden ser ¡manes permanentes, con las polaridades coordinadas.
Hago notar que este electroimán de excitación puede tener otras aplicaciones, porque el sistema descrito, referido en la patente a la excitación de máquinas eléctricas, puede utilizarse en otras máquinas y aparatos.

Claims

REIVINDICACIONES
1 . Perfeccionamientos en las maquinas de campo magnético rotatorio, que modifican la estructura del estator, que tiene ranuras entre polos en el entrehierro, y del sistema inductor, de un solo núcleo, del alternador convencional, con objeto facilitar la construcción, mejorar el funcionamiento, y disminuir el coste de las máquinas, caracterizados porque los polos del estator son axiales y no tienen ranuras entre polos, en el entrehierro, radial o axial, y porque cada electroimán de excitación está formado por varios electroimanes ¡guales en paralelo, con yugo o culata, y colector o zapata, comunes, según la memoria y dibujos anexos, y la siguiente reivindicación.
2. Perfeccionamientos en las maquinas de campo magnético rotatorio, según reivindicación n° 1 , caracterizados porque los núcleos y zapatas y yugos de los electroimanes de excitación y la culata o yugo de los polos del estator, son ¡manes.
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