Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
THREE-PHASE AXIAL-FLOW ELECTRIC MOTOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/139090
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention falls within the industrial sector, specifically the generation of electricity and movement. The invention relates to a three-phase axial-flow electric motor (the magnetic field is parallel to the rotation axis) with a disc-shaped internal rotor, a stator divided into quadrants, a casing which protects and houses components, and its control unit. This motor utilises part of the heat normally generated in the stator and the control unit due to the Joule effect, converting it into electrical current, which the motor re-uses for the operation thereof. To achieve less loss due to the Joule effect, the rotor is made from a non-metallic material, and in addition, each magnet of the rotor is formed by very thin superimposed magnets separated by a very thin layer of insulation, thus achieving a considerable reduction in the eddy currents which cause energy losses. The rotor features orifices disposed at three levels, from the exterior toward the centre; the orifices of the first and second levels will align radially according to the pole of the magnets; the infrared light from the emitter matrix will pass through these orifices toward the receiver matrix, which generates an electrical signal that will be interpreted by the electronic control unit which electrifies and disables the respective coils to achieve the movement of the rotor. The function of the orifice at the least eccentric level is merely to count the revolutions. The stator is divided into 4 quadrants; the number of quadrants employed will be in accordance with the power required; the stator may also be axially increased, stacking adjacent stators while alternating stator and rotor. To achieve a rapid charging process, its battery is comprised of an array of super-condensers; the charging is managed by the electronic control unit, which regulates the voltage, maintaining the stability thereof in accordance with the number of quadrants employed; the voltage varies in accordance with the number of stator quadrants employed. The electronic control unit incorporates management algorithms, these being: for the regenerative brake, auto-configuration depending on the number of stator quadrants incorporated, voltage regulation, configuration for different uses (drone motor, bicycle motor, wheelchair, lawnmower, electrical generator, etc.); thus, only the configuration displayed on the LCD is selected, and the control unit adjusts automatically.

Inventors:
FLORES JIMENEZ GUSTAVO (PE)
Application Number:
PCT/PE2019/000020
Publication Date:
July 02, 2020
Filing Date:
December 27, 2019
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
UNIV CESAR VALLEJO S A C (PE)
International Classes:
H02K21/24; H02K1/18; H02K1/27
Foreign References:
CN108683313A2018-10-19
CN107453495A2017-12-08
US20140265653A12014-09-18
Attorney, Agent or Firm:
ARMAS SALINAS, Marco Antonio (PE)
Download PDF:
Claims:
Reivindicaciones

1. Máquina eléctrica usa luz infrarroja para lograr eficiencia en su funcionamiento.

Caracterizada porque La luz infrarroja emitida desde el habitáculo opto electrónico emisor Fig. 16, Fig. 17 por los Leds alojados en sus cavidades 5b, pasa a través de los orificios del rotor Fig. 1 , Fig. 2 y llega a los fototransistores alojados 5b, en el habitáculo opto electrónico receptor. Usando el espectro de radiación infrarroja tendrá bajo consumo energético (el espectro Infrarrojo es el menos energético del espectro luminoso), la luz IR sirve para sincronizar el movimiento de la máquina, prescindiendo de sensores inductivos que causan ruido eléctrico y además crean campos magnéticos opuestos que provocan fuerzas de sentido opuesto a la del movimiento que frenan el movimiento, a la vez que desperdician energía en forma de calor debido al efecto Joule.

2. Máquina eléctrica usa para su sincronización señales luminosas IR generadas por la interrupción de la luz ir producida al girar el rotor, caracterizada porque Los habitáculos opto electrónicos tiene pares de orificios alineados radialmente de (tanto emisores como receptores); poseen una distribución radial igual a la de los polos del estator como lo muestran las líneas punteadas, cada uno de estos pares de orificios coincide con cada polo del estator de manera que, cuando el rotor este girando, cada polo del estator tiene dos alternativas de polos magnéticos del rotor alineados axialmente frente a él, Norte o SUR dependiendo del nivel al que pertenezca el orificio alineado en ese instante (observar los círculos punteados de la Fig; 2) pues el rotor Fig. 1 , Fig. 2 tiene orificios distribuidos en tres niveles concéntricos 1 , 2, 3 están distribuidos en 3 niveles concéntricos (como indican los círculos punteados de referencia), los orificios de los dos niveles más excéntricos 1 , 3 servirán para identificar la polaridad del imán alineado radialmente (como indican los radios punteados de referencia 1 1), el orificio del nivel menos excéntrico 2 solamente es para medir el periodo (la unidad de control calcula esta magnitud y otras como velocidad lineal, circular, frecuencia, velocidad angular.

3. La máquina eléctrica usa tapas de carcasa multifundón, caracterizada porque La carcasa Fig. 15, Fig. 18 alberga habitáculos elecírópticos desarmables formados por la estructura macho 1 y la hembra 2; los habitáculos opto electrónico son iguales en su morfología tanto del emisor (diodos LED IR) como el de receptor (fototransistores IR), pues esto depende como el usuario lo determine al armarlo; incorpora a su cuerpo pilotes de sujeción 3 donde se amarran los cables de la máquina para dejarlos fijos; posee cuatro fijadores de placa electrónica (unidad de control) 4 que son estructuras cuyo perfil tiene forma de v, que fijan la placa electrónica 16 a la carcasa de manera muy firme; posee huecos cuadrados de ventilación 9 para las celdas Pelíier; poseer un orificio con su tapón 8 de jebe en cada tapa que se sacará cuando se quiera sacar los cables de potencia.

4. La máquina eléctrica transforma parte del calor residual producido por efecto Joule, caracterizada porque Las tapas de la carcasa Fig. 15, Fig. 18 poseen huecos de ventilación 9 para ¡as celdas Peltier que dejan expuesta una cara de la celda Peltier para que el aire del ambiente lo enfrie y tenga una temperatura inferior (aunque puede ser lo contrario), mientras que la cara interna tenga temperatura superior y así suceda de mejor manera el fenómeno Seebeck (efecto termoeléctrico) para la generar electricidad a partir del diferencial de calor entre ambas caras de la celda Peltier, que saldrá por los cables terminales (observar número 6 de la Fig. 1 1) así el parte del calor que en los demás motores se disipa en el ambiente se convertirá en corriente eléctrica útil para la operatividad de la máquina. El habitáculo contenedor del cuadrante de estator está lleno de líquido con el objetivo de proteger de la corrosión, aislar eléctricamente, refrigerar y uniformizar la temperatura en lodo el cuadrante.

5. La máquina eléctrica posee un rotor donde cada polo está formado por una pila de imanes, caracterizada porque El rotor Fig. 1 alberga en cada espacio un conjunto formado por varios imanes apilados 4 uno encima de otro, (en el este caso 5 imanes apilados) y aislados entre si con una capa micrométrica de aislante de polímero u oxido metálico, para formar cada polo del rotor disminuyendo las corrientes parásitas de torbellino inducidas que crean campos magnéticos en contra del movimiento del rotor, al anularse entre sí las corrientes parásitas de torbellino, las pérdidas energéticas por calor y perdida de la histéresis magnética serán mucho menores.

6. La máquina eléctrica tiene un estator compuesto por cuadrantes acopladles entre sí, caracterizada porque En la Fig. 12 se muestra un cuadrante de estator 2 contenido su respectivo habitáculo 1 que lo contiene, este puede funcionar aisladamente o unirse con otro para lograr más potencia, ya que su diseño tanto de estator como del habitáculo contenedor, solo se quita una de las tapas laterales (observar número 1 de la Fig. 11) ya sea macho o hembra y embonar el cuadrante de estator con el siguiente; esto permite que la potencia varía según el número de segmentos usados, si son cuatro cuadrantes de estator Fig. 13 (completando un circulo) la potencia será aproximadamente 4 veces más que la de uno solo.

7. La máquina eléctrica tiene habitáculos contenedores de segmentos de estator, caracterizada porque E! habitáculo Fig.10, Fig. 11 que contiene en su interior el cuadrante de estator Fig. 12 y un líquido que proteger de la corrosión, aislar eléctricamente, refrigerar y uniformizar la temperatura en todo el, para que las celdas Peltier albergadas en sus paredes conviertan el calor generado por efecto joule en corriente eléctrica por efecto Seebeck; de esta manera se evita que calor se pierda disipándose en el aire como en otros motores, las estructuras superior e inferior del habitáculo 3 tienen la forma de dientes 7 que encajan en las terminaciones finales del estator que tienen forma de diente, las mismas que salen por las ranuras 9 de las paredes laterales del habitáculo 4, también las caras superiores e inferiores 3 poseen canales 8 donde encajan las paredes laterales 4.

8. La máquina eléctrica tiene una unidad de control que regula el voltaje, caracterizada porque La unidad de control electrónica mostrada en la Fig. 19 y a mayor detalle en la Fig. 21 , puede regular el voltaje mediante la etapa convertidor booís integrada en su circuito y administrada por microcohtrolador que íestea el voltaje de salida para la carga de la batería, estabilizándolo mediante PWM, este proceso es recursivo; el voltaje de salida para la carga de la batería es directamente proporcional al PWM (a mayor PWM, mayor voltaje y a menor PWM, menor voltaje). La electricidad de entrada a la etapa convertidor boots proviene de las celdas Peltier y del freno regenerativo, mientras la electricidad de salida de la batería que alimenta al sistema también es controlada por PWM en una etapa convertidor boots, para estabilizar el voltaje de alimentación.

9. La máquina tiene estructuras que facilitan el armado, desarmado fácil y rápido sin necesidad de pernos y tuercas. Caracterizada porque El habitáculo contenedor de estator Fig. 10 y Fig. 1 1 es armable, está formado por piezas 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 que encajan entre sí; las estructuras denominadas habitáculos opto electrónicos Fig. 16 y Fig. 17 tienen pilotes 2 que acoplan en las depresiones 6 a modo de guía, proyecciones cubicas 3 que acoplan en las depresiones 4, alojamientos para los leds o fototransistores 5b y orificios por donde salen sus pines 1 ; en las Fig. 15 y Fig. 18 se muestran las grampas 4 que forman parte de las tapas de la carcasa sujetan la unidad de control (numero 6 de la Fig. 19), estas grampas facilitan el poner y quitar la unidad de control; los pilotes de sujeción mostrados en las Fig. 15, Fig. 18 con el número 3 forman parte de las tapas están diseñados para amarar los cables a sus cuerpos para que no se muevan durante el funcionamiento de la máquina.

10. La máquina eléctrica posee un cable flag especial muy delgado para llevar señal de una tapa a la otra opuesta. Caracterizada porque En la Fig. 19 se muestra el cable flag muy delgado 12 formado por conjunto de alambres envueltos en plástico y pantalla de aluminio con el fin de pasar entre el espacio que hay entre la carcasa y el estator, este cable flag tiene como función, llevar la señal de cualquiera de los habitáculos opto electrónicos 1 , 2 (emisor o receptor) hada la unidad de control 16 para su procesamiento. Este está cubierto de papel aluminio, pegamento y plástico, el aluminio es a modo de apantallamiento magnético eléctrico.

1 1. La máquina eléctrica tiene bobinas opuestas, para disminuir carga dinámica en los rodamientos y equilibrar las fuerzas que hacen girar ei rotor, caracterizada porque En la Fig: 9 se esquematiza las bobinas 4 (A, B, C) enrolladas en el estator que tienen al frente sus bobinas opuestas 5 (A’, B’, C’) enrolladas en sentido contrario (por ejemplo si A esta enrollada en sentido horario, A’ estará enrollada en sentido anti horario) con el fin de obtener el polo opuesto, de esta manera cuando él campo magnético del estator interactúe con los polos magnéticos del rotor se logrará el fenómeno de aplanamiento de las líneas magnéticas, equilibrio de fuerzas y disminución de la carga dinámica que soportan los rodamientos.

Description:
MÁQUINA ELÉCTRICA TRIFÁSICA DE FLUJO AXIAL.

ANTECEDENTES

Máquina eléctrica de flujo axial (Axial-flux electric machine) con número de publicación US 20120212085 A1 , tipo de publicación: Aplicación, número de solicitud US 13 / 030.1 13, fecha de publicación 23 de agosto de 2012, fecha de presentación Feb 17, 201 1 , fecha de prioridad Feb 17,

201 1.

Es un motor de flujo axial controlado por modulación (AFMM) que en principio tiene devanado trifásico compuesto por tres pares de polos que producen un campo magnético rotatorio en una dirección axial (paralelo al eje de rotación común). Observando la figura 2 el motor se compone de 2 rotores exteriores a ambos lados 212, 2 juegos de segmentos de hierro alargado (ferromagnético) 206 y un estator fijo 208 con devanados 210. Todas las partes mencionadas tienen el mismo eje de rotación. El rotor exterior 212 incluye varios imanes permanentes (imanes NdFeB) 204 incrustados en él, estos tienen sus polos orientados radialmente hacia el exterior y hacia el interior e intercalados uno del otro (polos norte, sur, norte, sur, etc.). Los rotores están adaptados para girar con respecto ai estator 208.

El estator compuesto por un núcleo de hierro y de devanados producirán un campo magnético controlado que genera el movimiento interactuando con los 2 rotores que tienen incrustados imanes permanentes que a su vez están intercalados uno a continuación del otro (norte, sur, norte, sur).

Conjuntos de motores y generadores de flujo axial (Axial flux motor and generator assemblies) con número de publicación US2011029151 1 A1 , tipo de publicación: Aplicación, número de solicitud US 13 / 133.325, número PCI PCT / GB2Q09 / 002898, fecha de publicación 1 de diciembre de 201 1 , fecha de presentación 16 de diciembre de 2009, fecha de prioridad 16 de diciembre de 2008. /

Es un motor de flujo axial que comprende una pila de discos esquemáticamente primer y segundo disco (20a, 20b) dispuestos alternadamente existiendo entre ellos un espacio que permite la rotación (20a, 20b): El primer disco (20a) está montado sobre un eje giratorio (40), mientras que el segundo disco (20b) está fijo. Los primeros y segundos discos (20a, 20b) tienen sectores de material magnético (200) dispuestos en una cara del disco (20a, 20b), entre cada sector (200) hay un conductor que se extiende radialmente (202) de una trayectoria conductora (201) para conducir corriente eléctrica. Los sectores de material magnético (200) en el primer y segundo discos (20a, 20b) están dispuestos en un paso angular constante, esto no quiere decir que el paso de dichos sectores en uno de los dos discos sea el mismo que el del otro. Cuando la corriente eléctrica pasa en los conductores (202), el flujo magnético formado es perpendicular a las caras de los discos (20a, 20b) pero paralela al eje de rotación (axial).

Máquina eléctrica de flujo axial (Axial-flux electric machine) con número de publicación US20130307366 A1 , tipo de publicación: Aplicación, número de solicitud US 13 / 980.390, número PCT PCI / 112012 / 000038, fecha de publicación 21 de noviembre de 2013, fecha de presentación 24 de enero de 2012, fecha de prioridad 25 de enero de 201 1.

La presente invención se refiere a una máquina eléctrica de flujo axial; esta máquina está compuesta por un estator provisto de al menos un devanado plano enrollado sobre sí mismo que está distribuido en varias secciones de tipo pétalo que es sustancialmente radial respecto a un eje de dicho rotor.

Esta máquina eléctrica de flujo axial comprende un estator provisto de al menos un devanado plano, dispuesto radialmente en forma de pétalo; Y un rotor que lleva una pluralidad de imanes permanentes distribuidos circunferéncialmente. El rotor está conectado de forma libre respecto al estator y lleva un entrehierro radial.

DESCRIPCIÓN

Sector de Sa técnica

La Invención se encuentra dentro del sector técnico industrial de máquinas eléctricas, más específicamente en relativo a maquinas eléctricas trifásicas de flujo axial.

La invención se refiere a una máquina eléctrica trifásica de flujo axial (campo magnético es paralelo al eje de rotación) con rotor interior en forma de disco, un estator dividido en segmentos, carcasa que protege y alberga componentes, su unidad de control.

Estado de técnica

En la actualidad mayoría de motores eléctricos de flujo axial, el estator está definido (no se puede variar su tamaño) para una potencia determinada, no habiendo la posibilidad de disminuir o aumentar su estator (cantidad de bobinas) para ajustarse a demandas de potencia futuras; el calor generador en el estator se desperdicia en el intercambio de temperatura con el aire o líquido refrigerante. El rotor generalmente es de metal e ¡manes permanentes, cada imán es una sola pieza, lo cual lo hace que se caliente debido a las corrientes parasitas Foucault (efecto Joule). La mayoría de motores usa para su sincronización (posición del rotor respecto al estator) sensores inductivos de inducción o efecto hall.

El estado de técnica más próximo se conoce por la publicación US20120212085A1. En esta publicación se da a conocer dos rotores exteriores a ambos lados y un estator interior. Cada rotor de acero silicio alberga ¡manes permanentes y está dispuesto frente al estator; el estator está formado por disco de acero silicio y tiene incrustados sectores individuales de este material a ambos lados, entredós cuales va conductor grueso (3 devanados por ser una máquina trifásica).

Por la publicación US20130307366 A1 se conoce un rotor que lleva incrustados imanes permanentes dispuestos alternadamente y un estator que lleva devanado plano formado por una pluralidad de secciones similares a pétalos que están distribuidas radialmente con respecto a un eje de rotación. Las secciones de pétalos mencionadas anteriormente crean un campo magnético similar a los campos magnéticos de electroimanes individuales que ¡nteractúan con los imanes permanentes del rotor gracias al control de su circuito PCB.

Por la publicación US201 10291511A1 se conoce una pila estatores (discos fijos) y rotores (discos móviles) dispuestos alternadamente existiendo entre ellos un espacio que permite la rotación de los rotores. Los discos rotores están montados sobre un eje giratorio, mientras que los estatores están fijos; ambos tienen sectores de material magnético dispuestos en sus caras y entre cada sector hay un conductor que se extiende radialmente, de esta manera cuando la corriente eléctrica pasa por los conductores, el flujo magnético formado es perpendicular a las caras de los discos, pero paralela al eje de rotación (axial).

Frente a esto el objetivo principal de la siguiente invención es mejorar el comportamiento de la máquina eléctrica de flujo axial.

Este objetivo se resuelve conforme a la invención por las características de la reivindicación 1.

Para lograr menos perdida por efecto Joule el rotor además de estar hecho de material no metálico (resina, plástico, madera, melanina, etc.), cada imán del rotor está formado por ¡manes más delgados, separados por una pequeña capa aislante muy delgada; de esta manera se logra disminuir mucho las corrientes parásitas de torbellino (corrientes de foucault) que causan el efecto Joule (perdida por calentamiento).

El rotor tiene orificios dispuestos en 3 niveles, lleno de afuera hacia el centro, los orificios del primer nivel están alineados radialmente siempre con imanes de una polaridad determinada y los orificios del segundo nivel estarán alineados radialmente siempre con imán de polaridad contraria.

Los orificios del rotor y de las matrices electrópticas de la carcasa tiene 3 niveles concéntricos (alineados en círculos imaginarios) un nivel indicara un polo magnético determinado, el otro indicara el polo magnético contrario y el tercer nivel solo es para indicar el periodo de giro del rotor déla unidad de control calcula cuantas veces)

La carcasa tiene 2 matrices de orificios en lados opuestos, y están diseñadas de manera que la luz IR de la matriz emisora pase a través de los orificios del rotor hacia la matriz receptora (la radiación IR es la menos energética del espectro luminoso por lo que es de bajo consumo energético), y después esta señal pasa a la unidad de control electrónico para procesarse. Cuando e! rotor comience a girar entre las matrices electrópticas de la carcasa a ambos lados de la carcasa protectora, la luz IR solamente podrá pasar por un orificio a la vez, ya sea del primer o segundo nivel que son los que intervienen en el movimiento (no se considera el orificio del tercer nivel, ya que es solo para saber el periodo y no interviene en el movimiento).

Para mejorar la eficiencia de la máquina el estator esta refrigerado por liquido encerrado en una estructura en forma de habitáculo, el cual lleva en sus paredes celdas Peltier, donde una de las caras está dirigida hacia el interior en dirección del estator absorbiendo el calor del estator y la otra cara esta hacia el exterior siendo enfriada por el aire circulante del exterior, lo cual crea las condiciones para el efecto Seebeck. Son varias celdas Peltier conectadas en serie para aumentar el voltaje, estas se conectan a la unidad de control electrónico PCB.

Para lograr flexibilidad y escalabilidad en el uso del estator, este está dividido en 4 cuadrantes dependiendo la potencia que se requiera se ira añadiendo un cuadrante gradualmente, automáticamente en la unidad de control sabrá cuantos cuadrantes habrá en cualquier momento debido a que la carcasa protectora contiene sensores ópticos para este fin (leds IR y fototransistor IR) que incorpora la carcasa de envoltura del estator.

El estator también puede incrementar axialmente, apilando estatores contiguos a la vez que se alternan en estator y rotor.

De acuerdo con la invención el arrollamiento del estator es helicoidal vertical (común), lo cual posibilita un bobinado directo. Un polo se envuelve en un sentido mientras que el polo opuesto del frente se envuelve en sentido contrario, para formar polos opuestos. Para conectar un estator con otro solo se conectan los conectores contiguos con su determinada etiqueta eA, eB, eC, que muestra la Fig. 12.

Para lograr un rápido proceso de carga, su batería está compuesta por un conjunto de supercondensadores conectados en serie y en paralelo, esta carga es gestionada por la unidad de control electrónica la cual mediante modulación de frecuencia en la apertura y cierre de una bobina se regula el voltaje, manteniéndolo estable, según la programación del microcontrolador de la unidad de control electrónica. El voltaje varía según el número de cuadrantes de estator usados.

La unidad de control electrónico, incorpora algoritmos de freno regenerativo, autoconfiguración según el número de cuadrantes de estator incorporados, regulación de voltaje a través de control de un regulador boost incorporado en el PCB, configuración para usos diferentes (motor de drone, motor de bicicleta, motor, silla de ruedas, podadera, generador eléctrico, etc.), de esta manera ya no se tendrá que comprar otra unidad de control simplemente se adapta automáticamente, solo se trata de elegir la configuración mostrada en la LCD. El modo generador es el que le permite generar corriente eléctrica, rectificándola y regulándola.

La unidad de control electrónica está encerrada en un habitáculo, refrigerada por aceite mineral, este habitáculo en sus paredes tiene celdas Peltier que hacen la misma función que las celdas Peltier del habitáculo del estator (generación de electricidad efecto Seebeck). De acuerdo con la invención la unidad de control electrónico, es un circuito programado en lenguaje máquina que administra todas las funciones del motor, estas funciones son:

Función de control motriz: Es la encargada de controlar el movimiento del rotor, para lo cual la unidad de control procesa las provenientes de la matriz elecírópíica receptora (la que alberga los fototransistores) y del potenciómetro de variación de velocidad; la unidad de control responde controlando los drivers mosfet IR2110 usando PWM (modulación por ancho de pulso), que controlan los transistores mosfet de la etapa de potencia que es un puente doble H, dispuestos en 3 ramas o líneas de pares de transistores (cada rama contiene un par de estos transistores), cada rama controlaran una fase de las 3 mediante la abertura o cierre de los transistores de potencia.

Fundón de control regeneración energética: Es la encargada de controlar la regeneración de energía, esto lo hace inhabilitando todos los transistores mosfet de la etapa de potencia (abriendo transistores de potencia) y habilitando los transistores mosfet de la etapa regenerativa (transistores cerrados) para que conducir lo generado por la máquina eléctrica que está en modo generador hacia la batería acumuladora. Los algoritmos permiten que cuando el freno regenerativo en los casos cuando se desacelera, se frena y cuando el sensor aceierómetro-giroscopio digital detectan una pendiente.

Función de mostrado de parámetros: Es la encargada de mostrar los parámetros físicos del motor como temperatura, frecuencia, velocidad lineal, velocidad angular, periodo (a partir de este se obtiene la frecuencia, velocidad lineal y angular), en una pantalla LCD y por vía bus RS232 y USB.

Función de regulación de voltaje por PWM convertidor boost: Es la que testea constantemente el voltaje en la batería (supercondensadores) de tal manera que, si esta baja o sube, inmediatamente la unidad de control procederá a subir o bajar los pulsos PWM en el convertidor boost respectivos hasta alcanzar un valor de voltaje preestablecido y mantenerlo así.

Fundón de procesamiento térmico la unidad de control gestiona la corriente eléctrica generada en las celdas Pelíier cuando se da el fenómeno Seebeck donde el proceso de Intercambio de calor que se lleva de manera normal, pero parte de este calor es convertida en corriente eléctrica. Todo esto se controla a partir de la Unidad de Control del motor.

La unidad de control electrónica cuenta puerto y protocolos de comunicación RS232, USB por el cual hace posible la comunicación con oíros dispositivos. Acoplamiento de la máquina eléctrica en otros sistemas donde se requiera su uso es muy fácil; por su forma circular se acopla a cualquier tipo de geometría circular motriz (rueda, polea, engranaje, etc.), también posee un elevado torque (par motor) debido a su gran diámetro respecto a las máquinas eléctricas de flujo radial que poseen un radio muy corto. A continuación, se describe con mayor detalle aspectos de la realización de la invención de la invención, haciendo referencia a los dibujos.

Éstos muestran:

Fig. 1 Vista superior lateral del rotor desarmado, Fig. 2 Vista lateral del rotor armado, Fig. 3 Vista superior lateral de una lámina de acero que forma el cuadrante de estator tipo anillo,

Fig. 4 Vista superior lateral de un cuadrante de estator tipo anillo,

Fig. 5 Vista superior lateral de una lámina de acero que forma el cuadrante de estator tipo corona, Fig. 6 Vista superior lateral de un cuadrante de estator tipo corona,

Fig. 7 Vista superior lateral de un cuadrante de estator,

Fig. 8 Vista superior lateral de un cuadrante de estator bobinado,

Fig. 9 Vista superior lateral de seis pares de bobinas opuestas del estator A, A’, B, B’, C, C’,

Fig. 10 Vista superior lateral del desarmado de un habitáculo contenedor de un segmento de estator bobinado,

Fig. 11 Vista superior lateral del habitáculo contenedor de un segmento de estator bobinado,

Fig. 12 Vista superior lateral dél habitáculo conteniendo en su interior un cuadrante de estator bobinado,

Fig. 13 Vista superior lateral de 4 cuadrantes estatores contenidos en sus respectivos habitáculos,

Fig. 14 Vista superior lateral de 4 cuadrantes estatores contenidos en sus respectivos habitáculos y el rotor, Fig. 15 Vista inferior lateral de las tapas de carcasa superior e inferior,

Fig. 16 Vista inferior lateral del habitáculo opto electrónico o que alberga los, leds IR(emisor) o fototransistores IR (receptor),

Fig. 17 Vista superior lateral del habitáculo opío electrónico que alberga los leds IR (emisor) o fototransistores IR (receptor),

Fig. 18 Vista superior lateral de las tapas de carcasa superior e Inferior,

Fig. 19 Vista superior lateral de la carcasa, estator, rotor, cables de conexión, unidad de control y batería, desarmadas,

Fig. 20 Vista superior lateral de las carcasas, estator, rotor, conexiones, unidad de control y batería, armados,

Fig. 21 Vista superior de la unidad de control.

Fig. 22 Detalla la lógica que está programada en el microcontrolador solo para el movimiento del rotor.

En las figuras. 1 y 2 representan el rotor, los orificios 1 , 2, 3 están distribuidos en 3 niveles concéntricos (como Indican los círculos punteados de referencia), los orificios de los dos niveles más excéntricos 1 , 3 servirán para identificar la polaridad del imán alineado radialmente (como indican los radios punteados de referencia 1 1), el orificio del nivel menos excéntrico 2 solamente es para medir el periodo (la unidad de control calcula esta magnitud y otras como velocidad lineal, circular, frecuencia, velocidad angular), los polos magnéticos 4 están formados por 5 ¡manes apilados uno encima del otro y separados por una fina capa de aislante para reducir el efecto Joule, estos polos son albergados en espacios 6 del propio cuerpo del rotor, las depresiones 5 contenedoras de los rodamientos 10, están hechas a ambos lados del rotor y separadas por una capa de material del roto (resina plástica), encima van los bujes 9, pasando todo el rotor esta el eje roscado 7 y la rosca 8 para asegurar el conjunto. La luz IR Infrarroja procedente del habitáculo opto electrónico emisor de IR (Fig. 16, Fig.17), pasan a través de los orificios del rotor (el rotor solamente deja pasar luz ir por un solo orificio a la vez) hacia los fototransistores del habitáculo opío electrónico receptor (opuesto) que genera la señal eléctrica que será procesada en la unidad de control (Fig. 21), que genera señales que abren o cierran ios transistores de potencia mosfet para la electrificación de las bobinas del estator, de manera que produzca movimiento del rotor. La lamina acero que forma el cuadrante de estator tipo anillo Fig. 3, donde hay seis orificios, cinco para la entrada de remaches necesarios para el empaquetado y 1 para la entrada del perno de fijación, que sirve para que la máquina se acople firmemente de la máquina a otra estructura de soporte en Ig cual se empleara. En la Fig. 4, se muestra las láminas mencionadas anteriormente, en forma apilada formando parte de un cuadrante de estator tipo anillo.

La lamina de acero que forma el cuadrante de estator tipo corona Fig. 5, donde hay 6 orificios, cinco para Ja entrada de remaches necesarios para el empaquetado y 1 para la entrada del perno de fijación, que sirve para que la máquina se acople firmemente a otra estructura de soporté en la cual se empleara. En la Fig. 6, se muestra las láminas mencionadas anteriormente, en forma apilada formando parte de un cuadrante de estator tipo corona.

En la Fig. 7, se muestra un cuadrante de estator formado por dos cuadrantes tipo corona 1 , 3 y uno tipo anillo 2, los agujeros ya con sus remaches en los agujeros 4 que sujetan conjunto, en un cuadrante habrá siempre 1 orificio vacío por el cual solamente pasara un perno de sujeción (observar el número 4 de la Fig. 20), en la FlgS se observa un cuadrante de estator ya bobinado y un par de bobinas 4 que formarán polos opuestos cuando se electrifiquen, ya que una bobina esta enrollada en un sentido y la otra bobina esta bobinada en sentido contrario, en el extremo se observan las terminaciones de los alambres de bobina 1 , 2, 3. En la Fig. 9 se muestra un esquema de distribución de bobinas del cuadrante de estator conectadas en estrella, la entrada de la electricidad por los terminales de alambre esmaltado 1 (eA, eB, eC) el terminal del neutro común N, las bobinas 4 (A, B, C) tienen al frente sus bobinas opuestas 5 (A’, B’, C’) enrolladas en sentido opuesto 3 para obtener el polo opuesto, de esta manera cuando el campo magnético del estator interactúe con los polos magnéticos del rotor se lograra el fenómeno de aplanamiento de las líneas magnéticas y carga dinámica mínima en los rodamientos.

En la Fig. 10 se muestra a detalle el habitáculo contenedor del segmento de un cuadrante de estator que también contendrá líquido aislante y refrigerante, con el objetivo de uniformizar la temperatura interna del estator, las tapas del habitáculo 1 tipo hembra a la izquierda y macho a la derecha, que se quitan a medida que se añaden más cuadrantes pues los habitáculo están diseñados también como macho y hembra para que encajen uno a continuación de otro, existen agujeros cuadrados 5, para albergar a las celdas Peltler 2 (previamente ernbardunada de pegamento para su fijación y sellado), las celdas Peltier albergadas están conectadas en serie para incrementar el voltaje que se evidenciara en los cables terminales 6, la electricidad producida por el efecto Seebeck (fenómeno termo eléctrico) se manifiesta cuando una cara de la cela Peltier en contacto con el interior del habitáculo que está a mayor temperatura que la cara que está en contacto con el exterior, las estructuras superior e inferior del habitáculo 3 tienen la forma de dientes 7 que encajan en las terminaciones finales del estator que tienen forma de diente, las mismas que salen por las ranuras 9 de las paredes laterales del habitáculo 4, también las caras superiores e inferiores 3 poseen canales 8 donde encajan las paredes laterales 4.

En la figura Fig; 11 se muestra el habitáculo cerrado con las celdas Peltier 2 acopladas en sus lugares 5, sus respectivos terminales 6 (e+, e-). En la Fig. 12 se muestra el habitáculo 1 conteniendo el segmento de estator 2 con sus terminales de electrificación de las bobinas eA, eB, eC, y de la electricidad generadas por las celdas Peltier e+, e-; adentro del habitáculo hay un líquido que refrigera y uniformiza la temperatura interior del estator. En la Fig. 13 se muestran cuatro cuadrantes 2 de estator contenidos en sus respectivos habitáculos, acoplados uno a continuación de otro 1 formando un circulo completo, los cables conductores se agrupan en un solo racimo forrado por una funda 3. En la figura 14 se muestran cuatro cuadrantes 2 más el rotor 1 , buje separador 4 y el rodamiento 4 (que se aprecia poco, pero que mencionamos anteriormente en la Fig. 1 con el numero 10).

Las carcasas Fig. 15, Fig. 18, inferior y superior 5, además de que cumplen la función de protección también cumplen otras funciones de acuerdo a sus estructuras compuestas por: habitáculos opto electrónico 1 , 2 para la emisión y recepción de IR, pilotes de fijación 3 que sirven para amarar a ellos los cables conductores internos para no dejarlos sueltos, fijadores 4 de la placa electrónica fijan la placa electrónica al cuerpo de la carcasa, el perfil de las estructuras fijadoras en forma de v permite dejar entrar la placa electrónica bajo cierta presión de empuje y no dejarla salir (solo puede salir con una maniobra humana), agujeros de anclaje 6 por donde pasan pernos a través del rotor con el fin de sujetar todo el conjunto a la vez que fijan la máquina eléctrica a otras estructuras donde se requiera su uso ( por ejemplo fijar al chasis de una bicicleta), agujero por donde salen los conductores eléctricos 7, el cual esta sellado por un tapón de jebe 8, que se removible, agujeros de ventilación 9 de las células Peltier , agujero central 10 por donde pasará el eje. Ambas caras tienen las mismas partes, dando la opción de ubicar las partes móviles (habitáculo electroóíico emisor o receptor, unidad de control, cables de potencia energética) en cualquiera de las dos caras dependiendo de la conveniencia de uso.

El habitáculo electrópíico Fig. 16, Fig. 17, compuesto por una estructura macho 1 (este forma parte del cuerpo de la carcasa) y hembra 2 que encajan mutuamente; la estructura hembra, tiene cavidades 5b que sirven para alojar los fototransistores o LEDs dependiendo si el habitáculo opto electrónico es receptor o emisor respectivamente (fotoíransisíores y LEDs IR tienen la misma dimensión), también tiene agujeros 5a para la entrada o salida de señal IR, también cavidades en forma de huecos cilindricos 6 para que encajen los pilotes del macho 2 , esto funciona como guía para el armado y fijación; también posee huecos cúbicos 4 laterales donde encajan las prolongaciones laterales del macho 3 para un acople mutuo; ia estructura macho posee los orificios 1 por los cuales salen los pines de los fototransistores o LEDs IR, pilotes 2 que sirven de guía para el armado y fijación, también posee prolongaciones cubicas laterales 3 para el armado y fijación.

En la Fig. 19, se distinguen casi todas las partes mencionadas anteriormente, las carcasas superior e inferior 5, agujeros de anclaje 6, orificios de salida de cables de alimentación 7, tapa de jebe para sellado del orificio de salida de los cables de alimentación 8, agujeros cuadrados de ventilación para las celdas Peltier 9, agujero central para el eje 10, el rotor 11 , el estator 13, habitáculo contenedor de cuadrante de estator 14, cable ílag delgado 12 que contiene cables que llevan señales de un habitáculo opto electrónico hacia la unidad de control 16, cables de señal 17, cable de alimentación 15, batería de supercondensadores 9 conectados en serie y en paralelo (también se puede conectar otro tipo de batería por ejemplo: ion litio, acido plomo, etc.). En la Fig. 20 se muestra la máquina armada completamente, conjunto carcasa, rotor y estator 1 , la batería de supercondensadores 2, cables de energía 3 y pernos con su respectiva tuerca 4 para la sujeción de todo el conjunto y para que la máquina se sujete a otra estructura para su uso.

La unidad de control electrónica mostrada Fig. 21 , es la encargada de administrar las funciones descritas anteriormente, este circuito previamente programado está protegido dentro de la carcasa.

La Fig. 22 detalla la lógica que está programada en el microcontrolador solo para el movimiento del rotor. Leyendo de izquierda a derecha encontramos ESTADO es el estado en los que se encuentran la memoria, bobinas, opto sensores. BOBINAS (A, B, C) son los productores de los polos magnéticos, solamente tienen dos estados norte o sur simbolizados por N o S respectivamente. OPTO SENSORES son los seis fototransistores del habitáculo opto electrónico receptor (observar Fig. 16 y Fig. 17), responsables de la sincronización del movimiento de la máquina (no se toma en cuenta al único opto ubicado en nivel circular menos excéntrico, ya que no interviene en la sincronización del movimiento sino que solo sirve como contador de vueltas) que ubicados en los dos niveles circulares imaginarios más excéntricos, un nivel es para los orificios que indican el polo norte y el otro para los del polo; por ejemplo: LAN es el foíotransistor correspondiente a la bobina A en el nivel norte, LAS es el foíotransistor correspondiente a la bobina A en el nivel sur, LBN es el fototransistor correspondiente a la bobina B en el nivel norte, LBS es el fototransistor correspondiente a la bobina B en el nivel sur, LCN es el fototransistor correspondiente a la bobina C en el nivel norte, LCS es el fototransistor correspondiente a la bobina C en el nivel sur, TRANSISTORES son transistores de potencia que abren o cierran el circuito para electrificar las bobinas del estator para producir polos magnéticos que iníeractúan con los polos magnéticos de los imanes del rotor para generar movimiento im: son números guardados en la memoria del microcontrolador (1 , 2, 3, 4, 5, 6) que indican cualquiera de los seis estados posibles en los que se encuentran las Bobinas, Optotransistores y los Transistores de potencia. Para comenzar a funcionar la maquina la unidad de control verifica la memoria Mm para buscar la posición en la que se encuentro por última vez el rotor en relación a las bobinas del estator A, B, C, luego la unidad e control manda las señales de conmutación a la base de los transistores de potencia al , a2, b1 , b2, d , c2, según como lo indique la tabla lógica de la Fig. 22, por ejemplo: la unidad de control lee en la memoria la posición anterior en la que se quedó el rotor (LEER im) la posición 5, que corresponde a la los valores binarios de los opto sensores LAN=0, LAS=0, LBN=0, LBS-1 , LCN=0, LCS=0 entonces mandara la señal a la base de los transistores de potencia a1 =1 , a2=0, b1 =Q, b2~0, d =0, c2= para que la polarización de las bobinas sea A= sur, B= cero, C=norte, luego el rotor se posicionará como lo indican los opto sensores LAN=1 , LA8=0, LBN=0, LBS=0, LCN=0, LCS=0, entonces la unidad de control actualiza el estado guardado en memoria im=6 repitiéndose sucesivamente este mecanismo.