PT894360E

PT894360E - Maquina electrica de corrente continua

Info

Publication number: PT894360E
Application number: PT97920667T
Authority: PT
Inventors: Helmut Schiller
Original assignee: Helmut Schiller
Priority date: 1996-04-18
Filing date: 1997-04-12
Publication date: 2001-09-28
Also published as: ES2157071T3; CN1216642A; DK0894360T3; CN1070653C; JP2000508878A; US6246146B1; GR3035889T3; ATE201292T1; EP0894360A1; EP0894360B1; WO1997040572A1

Description

* . 360 p L·, ^^ DESCRIÇÃO "MÁQUINA ELÉCTRICA DE CORRENTE CONTÍNUA" A invenção refere-se a uma máquina eléctrica de corrente continua. · .

Conhecem-se máquinas eléctricas de corrente continua com colector (p.ex. pela patente DE 33 24 617 Al) , que podem ser utilizadas tanto como motor como também como gerador e nas quais se encontra apoiado numa carcaça, de modo a poder girar, um rotor que suporta uma multiplicidade de bobinas sem núcleo de ferro formadas por condutores eléctricos, dispostas com afastamentos angulares uniformes entre si e todas com o mesmo diâmetro. Frente às bobinas ficam localizados de ambos os lados de dentro da superfície testeira da carcaça ímans permanentes de montagem fixa e com uma polaridade alternadamente positiva e negativa, dispostos ao longo da periferia da máquina. Os condutores que formam as bobinas estão por sua vez ligados a superfícies de contacto de comutador, electricamente isoladas umas em relação às outras, que giram em conjunto com o rotor, superfícies de encontro às quais são comprimidos contactos de deslizamento previstos na carcaça e isolados em relação à parede dessa carcaça, contactos esses que estão ligados de forma electricamente condutora a terminais eléctricos exteriores. Ao serem ligadas a uma fonte eléctrica de corrente contínua as máquinas com esta estrutura trabalham como motor, enquanto que, quando o veio do rotor for accionado, funcionam como gerador, isto é, existe a possibilidade de tomar corrente eléctrica contínua nos terminais da máquina. Estas máquinas de corrente contínua já conhecidas utilizam-se por exemplo sob a forma de pequenos motores muito compactos e de reduzida potência para, além de outras finalidades, servir de motor de accionamento para aparelhos de gravação de 1 V é f u sinais video. Devido à disposição especial das bobinas do rotor e dos imans permanentes e ao perfil dos campos interactuantes dua Imans permanentes e das bobinas de rotor dai resultantes, as máquinas deste tipo são também designadas por máquinas de campo magnético axial. Devido aos bons rendimentos que permitem obter e às suas potencialidades de regulação, que em princípio são boas, as máquinas de campo magnético axial deste tipo, mas com maiores dimensões e consequentemente com uma potência mais elevada, foram propostas para, além de outras finalidades, servir também de motores de accionamento para viaturas automóveis (patente WO 95/17779). 0 objectivo da invenção é o de aperfeiçoar uma tal máquina eléctrica de corrente contínua com potências mais elevadas, que a tornam capaz de ser também utilizada como motor de accionamento para viaturas, de tal maneira que com uma estrutura construtiva simples e por isso económica se consegue obter um rendimento elevado.

De acordo com a invenção, este objectivo atinge-se pela adopção de uma máquina eléctrica de corrente contínua com um rotor apoiado numa carcaça de maneira a poder girar, provido de uma multiplicidade de electroimans dispostos com um certo afastamento em relação ao eixo de rotação da máquina, electroimans esses que apresentam cada um deles um enrolamento sobre um núcleo de bobina, formado por um ou vários condutores eléctricos, sendo as extremidades dos condutores eléctricos que formam a bobina conduzidas no sentido radial para o lado de dentro e cada uma delas ligada de maneira electricamente condutora ao seu elemento de contacto, que comporta uma superfície de contacto, formando os elementos no seu todo um comutador, sendo comprimidos de encontro a essas superfícies de contacto contactos de deslizamento apoiados na carcaça da máquina, que podem ser ligados a uma fonte de corrente contínua ou a consumidores de corrente contínua, comportando a máquina ainda superfícies de polo de 2 p Lz, ^^ ímans permanentes dispostas dos lados de dentro das paredes testeiras da carcaça, localizadas frente às superfícies testeiras dos núcleos das biodinaç e ccrr. afastamentos cmyuiares unirormes entre si, ímans esses que têm alternadamente polaridades inversas, seguindo-se uns aos outros na direcção periférica, formando cada núcleo de bobina em conjunto com o correspondente enrolamento de bobina um componente de electroíman fabricado em separado, componente esse que é fixado num cubo de suporte ligado ao veio do rotor de modo a não poder girar, tendo cada superfície de polo de um íman permanente uma extensão que, visto no sentido periférico, cobre vários núcleos de bobina situados frente ao mesmo, estendendo-se os dois contactos de deslizamento do comutador associados a um íman permanente localizado do lado de fora, visto no sentido radial, na direcção periférica, de tal maneira que cobrem cerca de metade das superfícies de contacto dos elementos de contacto associados a uma superfície de polo de um íman permanente, estando previsto um desencontro entre as superfícies de contacto dos elementos de contacto que formam o comutador e as superfícies de contacto electricamente ligadas às correspondentes superfícies de contacto do lado do comutador, superfícies essas de encontro às quais, visto ao longo da extensão periférica dos contactos de deslizamento do comutador, são no essencial comprimidos contactos de deslizamento adequados, que por sua vez se encontram electricamente ligados uns aos outros aos pares. A pré-fabricação do componente de electroíman e a sua montagem posterior num cubo de suporte asseguram que a construção seja simples, tal como se pretende, e a montagem económica, sendo possível, através de uma configuração que faça com que a cada íman permanente correspondam vários componentes de electroíman, comandar por meio de um comutador os componentes de electroíman que durante a marcha do rotor entram no campo de um íman permanente, de tal maneira que esses componentes tenham uma polaridade inversa, sendo por isso atraídos pelo electroíman no sentido 3

V Γ periférico. Logo que durante esse movimento o núcleo da bobina do respectivo componente de electroiman se encontre centrado em

de contacto opostas às superfícies de contacto do comutador uma inversão da polaridade do núcleo da bobina, pelo que o componente de electroiman passa a ter então a mesma polaridade que o íman permanente que se encontra frente ao mesmo, continuando por isso a ser impelido no sentido de rotação.

Nestas circunstâncias poderá ser vantajoso que as superfícies de contacto dos contactos de deslizamento do comutador e as superfícies de contacto dos contactos de deslizamento electrica-mente interligadas aos pares e associadas às superfícies de contacto dos contactos de deslizamento do comutador possam ser desfasadas umas em relação às outras, na direcção de rotação do rotor, de um determinado valor. Deste modo é possível variar a superfície de contacto eficaz dos contactos de deslizamento do comutador na direcção periférica e em consequência disso a curva característica da máquina de corrente contínua.

Os núcleos das bobinas têm de preferência a forma de discos no essencial rectangulares, que se estendem no sentido radial e paralelamente ao eixo do rotor, discos esses cuja zona marginal sobressai por intermédio das arestas frontais que se estendem no sentido radial, em relação à bobinagem suportada por esses discos. Estas zonas marginais sobressalientes dos núcleos das bobinas actuam então - nomeadamente quando estiverem orientadas no sentido radial - como as pás radiais de uma turbina que permite uma refrigeração do motor pela aspiração de ar ambiente a partir da parte de dentro da carcaça, no sentido radial, e pela expulsão desse ar para a parte de fora da carcaça, também no sentido radial. A configuração radial e em forma de disco dos núcleos de bobina permite além disso prever num diâmetro predefinido um grande número de componentes de electroiman, nomeadamente no caso em que a máquina em questão for configurada de acordo com o 4

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principio do campo magnético axial, tendo um diâmetro relativamente grande e uma extensão axial reduzida. Nestas condições coãocyuc-se um aproveitamento optimo do espaço, sempre que os núcleos das bobinas situadas num plano de corte que passa perpendicularmente pelo veio do rotor tiverem uma secção transversal que varia desde a aresta de delimitação radial do lado de dentro até à aresta de delimitação radial do lado de fora.

Cada condutor eléctrico de um componente de electroíman pode ser formado por um condutor eléctrico alongado que dá pelo menos meia volta em torno do núcleo da bobina, podendo tratar-se de uma tira de metal feita a partir de uma liga de cobre. Um rotor montado a partir destes componentes de electroíman tem assim uma estabilidade própria suficientemente grande, isto é, não necessita de uma armação de rotor ou só de uma armação em forma de esqueleto, de modo que os condutores eléctricos ficam bem acessíveis ao fluxo de ar, proporcionando portanto uma boa refrigeração do rotor.

Alternativamente os condutores eléctricos dos componentes de electroíman podem também ser formados por uma multiplicidade de fios metálicos electricamente condutores, justapostos lado a lado e dando pelo menos uma meia volta ao núcleo da bobina.

Os núcleos de bobina dos componentes de electroíman podem estar dispostos com um determinado afastamento radial em relação ao eixo de rotação do rotor e estar numa posição no essencial paralela ao mesmo.

Alternativamente os núcleos de bobina dos componentes de electroíman podem também estar dispostos com um determinado afastamento radial em relação ao eixo de rotação do rotor, mas com um ângulo tal em relação a esse rotor que as suas superfícies frontais opostas uma à outra e viradas para o íman permanente se encontram desalinhadas umas em relação às outras na di- 5 Γ recção periférica. Nesta configuração as superfícies frontais opostas umas às outras dos núcleos de bobina podem ter na direc-ção radial afastamentos idênticos em reidyãu dU ciXu uc j.w tuÇuC do rotor.

Por outro lado a configuração poderá também ser tal que os núcleos de bobina dos componentes de electroíman estejam dispostos com um determinado afastamento radial e com uma inclinação de um determinado ângulo em relação ao eixo de rotação do rotor que as suas superfícies frontais opostas, viradas para os ímans permanentes, tenham afastamentos distintos em relação ao eixo de rotação do rotor, visto na direcção radial.

Tanto para a estabilização dos componentes de electroíman do rotor como também para a configuração de câmaras lateralmente fechadas na direcção das paredes testeiras da carcaça e destinadas a uma refrigeração por ar à maneira de uma turbina radial de ventilação serve um aperfeiçoamento de acordo com o qual os núcleos de bobina de todos os componentes de electroíman se encontram ligados uns aos outros por discos anulares de material magnético ou não magnético, previstos nas zonas terminais do núcleo da bobina, próximas das superfícies frontais daqueles núcleos. Nesta configuração as superfícies frontais opostas umas às outras dos núcleos de bobina atravessam de maneira conveniente o correspondente disco anular, de modo que é possível manter tão reduzido quanto possível o interstício entre as superfícies frontais dos núcleos de bobina e as superfícies de polo dos ímans permanentes.

Obtém-se uma configuração conveniente e vantajosa dos ímans permanentes se em cada um deles duas superfícies de polo de polaridade distinta, viradas para o rotor e uma no seguimento da outra, visto no sentido periférico, forem formadas pelas duas superfícies de polo paralelas e orientadas na direcção da parte 6 Γ interior da carcaça de um iman permanente configurado à maneira de um iman do tipo ferradura.

Nestas condições este iman permanente configurado à maneira de um iman em forma de ferradura das superfícies frontais viradas para o rotor pode ser formado por sapatas polares de material de elevada permeabilidade magnética, que atravessam as paredes testeiras da carcaça, constituídas por material não magnético, sapatas essas que exteriormente à parede testeira de carcaça a elas associada se encontram acopladas a um polo de um iman permanente. Os ímans permanentes podem então ter a configuração de simples e vulgares ímans em forma de barra.

Nestas condições as sapatas polares serão então formadas de maneira conveniente por empilhamentos de chapas para transformador, firmemente comprimidas umas contra as outras, mas electri-camente isoladas umas em relação às outras, para minimizar as perdas provocadas por correntes de Foucault. No caso de os ímans permanentes serem configurados a partir de sapatas polares integrando um iman em forma de barra, é recomendável fixar as extremidades opostas umas às outras da barra em encaixes da correspondente sapata polar, com uma forma pelo menos parcialmente complementar da referida extremidade da barra.

Sapatas polares que podem ser deslocadas paralelamente ao eixo de rotação do rotor e fixáveis dentro de uma gama de ajuste predefinida em relação à correspondente parede testeira de carcaça permitem ajustar o afastamento entre as superfícies frontais dos núcleos de bobina dos componentes de electroíman do rotor e as superfícies de polo formadas pelas superfícies testeiras do lado de dentro da carcaça das sapatas polares dos ímans permanentes para um valor mínimo ainda admissível, permitindo assim optimizar o rendimento da máquina em si. 7 Γ

ção comFig.

Fig.

Fig. A invenção é explicada mais em pormenor mediante a descri-que se segue de vários exemplos de realização, em conjugação o desenho. As Figuras do desenho mo5Li.dm-. 1 num assim chamado corte pela metade, isto é, na metade de baixo numa vista em alçado lateral e na metade de cima numa vista em corte ao longo de um plano radial, um exemplo de realização de uma máquina de corrente continua configurada de acordo com a invenção, numa representação esquemática; 2 uma vista sobre o lado de dentro de uma parede testeira da carcaça que suporta os imans permanentes, visto na direcção das setas 2-2 da fig. 1; 3 uma vista do rotor da máquina de corrente continua construído a partir de múltiplos componentes de electroíman, observado na direcção das setas 3-3 da fig. 1; 4 uma representação esquemática do circuito de inversão de polaridade de componentes de electroíman consecutivos do rotor de uma máquina de corrente contínua de acordo com a invenção; 4a uma representação esquemática de contactos de deslizamento relacionados uns com os outros do circuito de inversão de polaridade, visto perpendicularmente às suas superfícies de contacto; 5 uma vista em alçado lateral de um primeiro exemplo de realização de um componente de electroíman de acordo com a invenção; 6 uma vista do componente de electroíman ao longo da direcção da seta 6 da fig. 5; 8

V

Fig. 7 uma vista em alçado lateral de um exemplo de realização modificado de um componente de electroíman;

Fig. 8 uma vista ao longo da direcção da seta 8 da fig. 7;

Fig. 9 um componente de electroíman modificado, no qual em vez de condutores metálicos em forma de tira se prevêem vários fios paralelos uns aos outros, a servir de enrolamento que envolve o núcleo da bobina;

Fig. 10 uma vista na direcção da seta 10 da fig. 9;

Fig. 11 uma vista em alçado lateral de um componente de electroíman modificado, construído de maneira a utilizar igualmente uma multiplicidade de fios metálicos dispostos em paralelo e justapostos;

Fig. 12 uma vista ao longo da direcção da seta 12 da fig. 11;

Fig. 13 uma vista no mesmo sentido de observação que a da fig. 2, sobre o lado de dentro de uma parede testeira de carcaça, com uma configuração e uma disposição modificadas dos ímans permanentes; e

Fig. 14 uma vista sobre os sectores parciais das paredes testeiras da carcaça e do rotor ilustrados na fig. 13 pelas setas 14-14, que delimitam um arco de círculo, de um exemplo de realização de uma máquina de corrente contínua de acordo com a invenção, modificada em relação ao exemplo de realização conforme a fig. 1.

Nas fig. 1 a 3 mostra-se um exemplo de realização designado no seu todo por 10 de uma máquina de corrente contínua de acordo com a invenção, numa representação esquemática, máquina essa que pode ser utilizada como motor e como gerador. A máquina 10 apre- 9

senta neste caso especial uma carcaça 12 com um comprimento relativamente curto na direcção axial, que é composta por duas paredes testeiras de carcaça 14a, 14b em forma de disco, com um diâmetro relativamente grande, e pela parede periférica 16 da carcaça propriamente dita, transformada praticamente num aro cilíndrico com um comprimento relativamente curto. As paredes testeiras 14a, 14b da carcaça e a parede periférica 16 dessa carcaça estão ligadas entre si de maneira a poderem ser desmontadas, por parafusos ou por outros meios de fixação não representados na figura.

As aberturas centrais de passagem 15a, 15b nas paredes testeiras 14a, 14b são fechadas por tampas de carcaça 18a, 18b, no centro das quais existem encaixes de chumaceira 20 para rolamentos radiais 22, nos quais se encontra apoiado de modo a poder girar um veio 24 que atravessa a tampa de chumaceira 18a. Este veio 24 suporta o rotor 26 (fig. 3) imobilizado sobre aquele veio.

Sobre as superfícies frontais interiores das paredes testeiras 14a, 14b da carcaça encontram-se dispostos, a distâncias radiais iguais em relação ao eixo central da carcaça, ímans permanentes 28 com afastamentos angulares uniformes entre si e deslocados o máximo possível para o lado de fora. No caso representado (fig. 2) cada uma das paredes testeiras 14a, 14b suporta um total de 12 ímans permanentes, que, vistos na direcção periférica, têm alternadamente polaridades inversas. O rotor 26 (fig. 3) é composto por uma multiplicidade de componentes de electroíman 30 préfabricados sob a forma de componentes individuais separados, sendo no caso representado na figura o número total de elementos construtivos 30 de setenta e dois. Nas fig. 5 e 6 encontra-se representado em separado um destes componentes 30. Cada componente de electroíman 30 apresenta um núcleo de bobina 32 com a configuração de um disco de 10 Γ L-ij um material com uma elevada permeabilidade magnética, disco em torno do qual se encontram enroladas um total de duas espiras de uma tira metálica que de maneira conveniente sera reita de uma liga de cobre com uma elevada condutibilidade eléctrica. Na zona em que o enrolamento cobre o núcleo da bobina a tira é isolada em relação ao núcleo da bobina e em relação aos componentes 30 vizinhos da maneira habitual - p.ex. por meio de um verniz que proporciona um isolamento eléctrico. O núcleo 32 de bobina por sua vez é constituído da maneira habitual por chapas para transformadores isoladas umas em relação às outras e empilhadas, para evitar na medida do possível correntes de Foucault. As duas extremidades 36a, 36b da tira 36 de cada componente 30 de electro-íman são conduzidas no sentido radial para o lado de dentro, na direcção do veio 24 e aí fixadas a um cubo de suporte 38, que na maneira esboçada p.ex. na fig. 1 apresenta dois corpos anulares 38a, 38b de uma matéria sintética, que será um material electri-camente isolador, e que estão afastados um do outro no sentido axial e em cada um dos quais encaixa uma extremidade 36a ou 36b dos componentes 30. Nestes corpos anulares 38a, 38b encontram-se embebidas as extremidades 36a, 36b de tira de todos os componentes de electroíman 30, para sua fixação, extremidades essas que são isoladas umas em relação às outras. Por meio de um chaveta-mento, p.ex. esboçado na fig. 1 por intermédio de um escatel 40, o rotor 26 encontra-se imobilizado sobre o veio 24. 0 rotor 26 formado pelo cubo de suporte 38 e pela multiplicidade de componentes de electroíman é autoportante sempre que o material das tiras 36 for adequadamente escolhido e dimensionado, sendo no entanto pensável em alternativa prever um reforço suplementar do rotor por meio de um enchimento parcial dos espaços ocos existentes entre as tiras de condutor 36 que se estendem no sentido radial. Os núcleos de bobina 32 em forma de disco sobressaem na direcção axial em relação ao enrolamento 34 da bobina, de modo que provocam na carcaça, quando o rotor estiver em movimento, uma corrente de ar dirigida no sentido radial do lado de dentro para o lado de fora. Através de canais de entrada de ar apropri- 11

Γ ados (não mostrados na figura), abertos nas paredes testeiras 14a e/ou 14b, e de aberturas de saida de ar na carcaça 16 pro- I /—k refrigeração forçada da máquina, assegurada pela circulação de ar ambiente. Através de discos anulares 41 colocados de ambos os lados sobre as zonas dos núcleos 32 de bobina que sobressaem axialmente em relação ao enrolamento 34 dessas bobinas, discos esses que são feitos de material magneticamente não activo, pode concentrar-se a circulação do ar ambiente sobre os espaços ocos existentes entre os componentes de electroiman 30, optimizando assim o efeito de refrigeração. Simultaneamente estes discos anulares 41 estabilizam os componentes de electroiman, pelo facto de fixarem estes componentes entre si com um determinado afastamento radial predefinido em relação ao eixo de rotação do rotor, bem como com um afastamento certo na direcção periférica.

Na máquina 10 a ligação dos componentes de electroiman 30 a uma fonte eléctrica de corrente continua exterior, p.ex. um acumulador ou - no caso de utilização como gerador - a um consumidor de corrente continua, efectua-se através dos contactos de deslizamento 42, que de acordo com a representação da fig. 1 podem ter a configuração de escovas de carvão comprimidas directa-mente pelas molas 44 de encontro às arestas testeiras não isoladas e viradas para a parede testeira das secções radiais das tiras condutoras 36. As arestas testeiras não isoladas das tiras 36 de todos os componentes de electroiman 30 formam em conjunto o comutador do rotor 26 da máquina 10. É evidente que em alternativa o comutador também pode ser formado por elementos de contacto separados, que são fixados aos condutores que constituem o enrolamento das bobinas, se tal for desejado, p.ex. no que se refere ao desgaste das superfícies de contacto. Em conjugação com as fig. 9, 10 e 11, 12 irão descrever-se ainda a seguir componentes de electroiman nos quais se encontram ligados aos condutores que formam o enrolamento das bobinas, p.ex. por soldadura, elementos de contacto separados para assim constituir o co- 12 mutador. Da anterior descrição da máquina de corrente continua 10 torna-se evidente que os imans permanentes 28 previstos nas paredes resreiras da carcaça e que estão situados frente aos núcleos de bobina 32 dos componentes de electroiman 30 têm na di-recção periférica uma extensão tal que a cada momento ficam frente a cada um dos imans permanentes mais de três componentes de electroiman. O comutador alimenta electricamente os componentes de electroiman de tal maneira que a polaridade de um núcleo de bobina que passa entre um par de imans permanentes relacionados um com o outro é contrária à polaridade dos imans permanentes conjugados, de modo que o correspondente componente 30 é puxado por entre os imans permanentes devido à acção magnética reciproca. Ao ser atingida metade da extensão periférica dos imans permanentes, efectua-se então uma inversão da polaridade dos componentes de electroiman 30, para que a polarização inversa do núcleo de bobina então actuante provoque uma repulsão e deste modo a continuação forçada do movimento giratório do rotor. Isto consegue-se por acção do circuito esquematicamente representado na fig. 4. No desenho mostram-se dois componentes de electroiman 30 desencontrados um em relação ao outro na direcção periférica, mas ainda associados, no que se refere à sua extensão periférica, ao mesmo iman permanente, componentes esses que através dos condutores 46 estão ligados à respectiva fonte de corrente continua 48, p.ex. um acumulador. Nesta configuração os contactos de deslizamento 42 têm uma extensão periférica que corresponde no máximo a metade da extensão periférica de um iman permanente 28, de modo que através do correspondente condutor eléctrico 36 se efectua portanto uma excitação do respectivo núcleo de bobina 32 da maneira pretendida e de tal modo que o correspondente componente 30 é atraído durante a primeira metade da passagem entre um par de imans permanentes 28 relacionados um com o outro. Logo que o núcleo de bobina 32 em questão passa para além de metade da extensão do par de imans permanentes 28, que no momento fica frente àquele núcleo, o sentido da corrente eléctrica proveniente da fonte de corrente contínua 48 é invertido por intermédio 13 ' LCj ^^ de um par de contactos de deslizamento 50 electricamente ligados um ao outro, de modo que a polaridade do campo magnético gerado no respectivo núcleo de bobina 52 é invertido, sendo então igual à polaridade do par de imans permanentes que nesse momento se encontra frente ao referido núcleo. O núcleo de bobina 32 e deste modo também o respectivo componente de electroiman 30 é então repelido para fora do par de imans permanentes 28 relacionados um com o outro, isto é, o rotor recebe um impulso que continua a impedi-lo no sentido de rotação do rotor.

Na fig. 4a encontra-se além disso desenhado esquematicamente que os contactos de deslizamento 42 e 50 relacionados um com o outro, e que numa vista de topo sobre as suas superfícies de contacto têm um contorno aproximadamente trapezoidal, também podem estar desencontrados um em relação ao outro no sentido de rotação do rotor. No caso representado só podem ser percorridos por uma corrente os componentes de electroiman 30 de encontro a cujas superfícies de comutador se encontra comprimida a zona 42a referenciada por um sombreado cruzado, na qual as superfícies de contacto 42 e 52 se cruzam. Através de uma modificação da disposição das superfícies de contacto dos contactos de deslizamento 42, 52, angularmente desfasados um em relação ao outro, pode portanto aumentar-se ou diminuir-se a superfície de contacto eficaz e deste modo variar a curva característica da máquina de corrente contínua, no que se refere ao seu comportamento quanto a velocidade de rotação/binário, adaptando deste modo a máquina a requisitos muito diferenciados. Nestas circunstâncias pode mesmo pensar-se na possibilidade de efectuar durante o funcionamento da máquina o deslocamento angular dos contactos de deslizamento relacionados um com o outro por via manual ou então por meio de um comando automático, para deste modo adaptar de maneira controlada ou automaticamente a velocidade de rotação ou o binário a diferentes condições de serviço. 14

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As fig. 7 e 8 mostram uma modificação do componente de electroiman 30 já descrito e representado nas fig. 5 e 6, que no seu todo é designado por 13U. O condutor eiécrrico que neste caso só envolve o núcleo de bobina 132 com uma meia espira tem novamente a forma de uma tira 136 - correspondentemente mais larga - de metal de alta condutibilidade eléctrica, cujas extremidades 136a, 136b se encontram maquinadas nas suas arestas frontais posicionadas frente a frente de tal maneira que de cada lado só se encontra acessível para o encosto de um contacto de deslizamento 42 uma das arestas frontais dessa extremidade. As zonas terminais maquinadas 136a, 136b dos componentes de elec-troíman 130 formam portanto em conjunto novamente o comutador. O importante é que as superfícies do lado de dentro e viradas uma para a outra da tira condutora 136 estão isoladas uma em relação à outra ou em relação ao núcleo 132 da bobina por uma camada apropriada. A modificação de um componente de electroiman 230 que as fig. 9 e 10 mostram distingue-se do componente 30 pelo facto de em vez do condutor 36 em forma de tira para o enrolamento 234 da bobina se prever um determinado número de condutores 236 de fio de cobre ligados em paralelo, que no caso especial em apreço dão duas voltas ao núcleo 232 da bobina. As extremidades conduzidas no sentido radial para o lado de dentro são fixadas em elementos metálicos de contacto 236a separados, por exemplo por soldadura. Estes elementos metálicos de contacto dos componentes de elec-troíman 230 formam de novo no seu todo o comutador. Além disso estes elementos podem também estar adequadamente configurados para poder imobilizar os componentes 230 em relação ao corpo do cubo do rotor. Por sua vez o núcleo 232 de bobina é no presente caso conformado por maquinação mecânica a partir de um bloco de chapas para transformador isoladas, empilhadas umas nas outras e ligadas umas às outras de tal maneira que esse bloco se alarga na direcção radial para o lado de fora, aproveitando deste modo o melhor possível, no que se refere à secção transversal do nú- 15 cleo, o espaço disponível na carcaça. As partes que sobressaem lateralmente e para o lado de fora em relação ao enrolamento 234 da bobina cnccntram-se ucaLa configuração alargadas em relação à parte que suporta o enrolamento 234 da bobina, de modo que o enrolamento da bobina se encontra imobilizado lateralmente, não podendo deslocar-se sobre o núcleo 232 da bobina.

Nas fig. 11 e 12 mostra-se finalmente uma modificação do componente de electroíman 130, designada por 330, na qual o condutor 136 em forma de tira foi novamente substituído por uma multiplicidade de fios de cobre paralelos 336. O conjunto de fios firmemente justapostos e conduzidos em torno do núcleo 232 da bobina encontram-se por sua vez novamente fixados, p.ex. soldados com solda ou por soldadura eléctrica, pelas suas extremidades a elementos de contacto 336a, 336b, elementos esses que de lados opostos sobressaem em direcções contrárias, de modo a formarem novamente do seu lado frontal as superfícies de contacto para os contactos de deslizamento do comutador. Os fios de cobre podem ser isolados da maneira habitual por um verniz isolante nas partes justapostas e conduzidas em torno do núcleo 332 da bobina, no que a camada de separação 337 a prever entre os elementos de contacto 336a, 336b é novamente conduzida entre os dois troços paralelos de fios de cobre até ao núcleo 232 da bobina. Para além de assegurar o isolamento dos elementos de contacto 336a, 336b e entre os fios de cobre esta camada isoladora pode também aumentar a rigidez do componente de electroíman 330 no seu todo. Para impedir que os fios de cobre 336 deslizem para fora do núcleo 332 da bobina, prevêem nas partes sobressalientes umas protuberância curtas 333 que se projectam para o lado de fora.

As fig. 13 e 14 mostram uma modificação vantajosa de um exemplo de realização da configuração da carcaça 12 em relação ao exemplo de realização da máquina de corrente contínua de acordo com a invenção, descrita em conjugação com as fig. 1 a 3.

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A modificação em questão refere-se nomeadamente à configuração dos imans permanentes. Enquanto que no exemplo de realização an-teriormente descrito se encontram dispostos do lado de dentro das paredes frontais 14a da carcaça, viradas para o rotor 26, alternadamente e consecutivamente imans permanentes 28 achatados em forma de placa, de polaridade inversa, no exemplo de realização modificado cada dois electroimans que se seguem um ao outro na direcção periférica são formados pelas extremidades de polo de imans permanentes 60 configurados à maneira de um iman em forma de ferradura. As extremidades de polo dos imans permanentes 60, formadas neste caso especial por sapatas polares 62a, 62b separadas, são neste caso elas próprias componentes de elevada permeabilidade magnética, feitos de chapas para transformador empilhadas, que atravessam aberturas 64 adequadas, abertas nas paredes frontais 14a, 14b da carcaça, feitas de material não magnético - p.ex. de matéria sintética. Do lado de fora, virado para a face contrária à do rotor, as duas sapatas polares 62a, 62b são então interligadas pelo iman permanente propriamente dito, que tem a configuração de um iman em forma de barra 66. Pela configuração de encaixes apropriados, isto é, alojamentos 68 que permitem encaixar à justa as extremidades do iman 66 em forma de barra nas sapatas polares 62a, 62b é possível assegurar um acoplamento magnético óptimo do iman em forma de barra 66 nas sapatas polares 62a, 62b. Através de uma fixação das sapatas polares 62a, 62b nas aberturas 64 das paredes frontais 14a, 14b, não representada mais em pormenor nas figuras do desenho, que permite uma regulação e uma imobilização em determinadas posições de regulação de livre escolha, é possível, para assegurar o melhor rendimento possível, optimizar o interstício que devido a condicionalismos construtivos é necessário prever entre as superfícies frontais dos núcleos 32 de bobina dos componentes de electroíman 30 e as superfícies frontais das sapatas polares viradas para aqueles núcleos. 17

Torna-se perfeitamente visível que no âmbito das reivindicações são realizáveis modificações e aperfeiçoamentos dos exemplos de realização descri que sc referem não so a configuração dos componentes de electroíman como também ao seu suporte e à sua fixação no corpo do cubo, bem como à configuração do comutador.

Assim a forma, nomeadamente a forma da secção transversal dos núcleos de bobina dos componentes de electroíman, pode também diferir da configuração em forma de disco atrás descrita. Sempre que se pretende juntar um número menor de componentes de electroíman para formar um rotor, podem também prever-se núcleos de bobina simples em forma de barra com - por exemplo - uma secção transversal de forma circular.

Diferindo da atrás descrita disposição em paralelo dos núcleos de bobina em relação ao eixo de rotação do rotor poderá ser também conveniente prever uma disposição em que os núcleos de bobina se encontram ligeiramente inclinados em relação à di-recção periférica e/ou à direcção radial.

Lisboa, 19 de Junho de 2001

O AGENTE OFICIAL DA PROPRIEDADE INDUSTRIAL 18

Claims

Γ REIVINDICAÇÕES 1. Máquina eléctrica de corrente contínua (10) com um rotor (26) apoiado numa carcaça (12) de maneira a poder girar, provido de uma multiplicidade de electroímans dispostos com um certo afastamento em relação ao eixo de rotação da máquina, electroímans esses que apresentam cada um deles um enrolamento (34, 234) sobre um núcleo de bobina (32; 132; 232; 332), formado por um ou vários condutores eléctricos, sendo as extremidades dos condutores eléctricos que formam a bobina conduzidas no sentido radial para o lado de dentro e cada uma delas ligadas de maneira electricamente condutora ao seu elemento de contacto, que comporta uma superfície de contacto, formando os elementos no seu todo um comutador, sendo comprimidos de encontro a essas superfícies de contacto contactos de deslizamento (42; 142) apoiados na carcaça da máquina, que podem ser ligados a uma fonte de corrente contínua (p.ex. 48) ou a consumidores de corrente contínua, comportando a máquina ainda superfícies de polo de ímans permanentes (28) dispostas dos lados de dentro das paredes testeiras (14a; 14b) da carcaça, frente às superfícies frontais (32; 132; 232; 332) dos núcleos das bobinas e com afastamentos angulares uniformes entre si, ímans esses que têm alternadamente polaridade inversa, seguindo-se uns aos outros na direcçâo periférica, formando cada núcleo de bobina (32; 132; 232; 332) em conjunto com o correspondente enrolamento de bobina um componente de electroíman fabricado em separado, componente esse que é fixado num cubo de suporte (38) ligado ao veio (24) do rotor (26) de modo a não poder girar, tendo cada superfície de polo de um íman permanente (28) uma extensão que, visto no sentido periférico, cobre vários núcleos de bobina (32; 132; 232; 332) situados frente aos ímans, estendendo-se os dois contactos de deslizamento (42) do comutador associados a um íman per- 1

manente (28) localizado do lado de fora, visto no sentido radial, na direcção periférica, de modo a cobrir cerca de metade das superfícies de contacto dos elementos d<* r.nnt^r— to associados a uma superfície de polo de um íman permanente (28), estando previsto um desencontro entre as superfícies de contacto dos elementos de contacto que formam o comutador e as superfícies de contacto electricamente ligadas às correspondentes superfícies de contacto do lado do comutador, superfícies essas de encontro às quais, visto ao longo da extensão periférica dos contactos de deslizamento (42) do comutador, são no essencial comprimidos contactos de deslizamento (50) adequados, que por sua vez se encontram electricamente ligados uns aos outros aos pares.
2. Máquina de corrente contínua de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o afastamento da superfície de contacto dos contactos de deslizamento (42) do comutador em relação às superfícies de contacto dos contactos de deslizamento (50), electricamente interligadas aos pares e relacionadas com os contactos de deslizamento (42) do comutador, poder ser regulado na direcção de rotação do rotor.
3. Máquina de corrente contínua de acordo com qualquer das reivindicações 1 ou 2, caracterizada por os núcleos de bobina (32; 132; 232; 332) terem a forma de chapas no essencial rectangulares, cujas partes marginais se projectam em conjunto com as arestas frontais que se estendem radialmente, para além do enrolamento suportado por aquelas chapas.
4. Máquina de corrente contínua de acordo com a reivindicação 3, caracterizada por as partes marginais sobressaírem radialmente em relação ao enrolamento da bobina.
5. Máquina de corrente contínua de acordo com qualquer das reivindicações 3 ou 4, caracterizada por os núcleos de bobina 2 r L-Ci ^ (232) terem, em relação a um plano de corte que passa perpendicularmente pelo eixo de rotação do rotor, uma secção transversal que varia Hesde a aresta delimitadora 4ue ao sentido radial se encontra do lado de dentro até à aresta delimitadora que no sentido radial se encontra do lado de fora.
6. Máquina de corrente continua de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 5, caracterizada por os condutores eléc-tricos dos componentes de electroíman (30; 131) serem cada um deles formados por pelo menos uma tira que se estende em comprimento e que dá pelo menos uma meia volta em torno do núcleo (32; 132) da bobina, tira essa que é feita de material electricamente condutor.
7. Máquina de corrente contínua de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 5, caracterizada por os condutores eléc-tricos dos componentes de electroíman (230; 330) serem formados por uma multiplicidade de fios metálicos electricamente condutores, justapostos lado a lado, que dão pelo menos uma meia volta em torno do núcleo (232; 332) da bobina.
8. Máquina de corrente continua de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 7, caracterizada por os núcleos (32; 132; 232; 332) dos componentes de electroíman (30) estarem dispostos no essencial paralelamente ao eixo de rotação do rotor e com um afastamento radial em relação ao mesmo.
9. Máquina de corrente contínua de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 7, caracterizada por os núcleos (32; 132; 232; 332) de bobina dos componentes de electroíman (30) estarem dispostos em relação ao eixo de rotação do rotor com um afastamento radial e sob um ângulo tal que as suas superfícies frontais localizadas frente a frente e viradas para as superfícies de polo dos ímans permanentes (28) se 3

f L-C< ^

encontram desencontradas umas em relação as outras, visto na direcção periférica.
10. Máquina de corrente continua de acordo com a reivindicação 9, caracterizada por as superfícies frontais dos núcleos (32; 132; 232; 332) de bobina, situadas frente a frente, terem um afastamento idêntico em relação ao eixo de rotação do rotor, visto na direcção radial.
11. Máquina de corrente contínua de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 7, assim como de acordo com a reivindicação 8, caracterizada por os núcleos (32; 132; 232; 332) de bobina dos componentes de electroíman (30) estarem dispostos com um afastamento radial e sob um ângulo tal em relação ao eixo de rotação do rotor que as suas superfícies frontais localizadas frente a frente e viradas para as superfícies de polo dos ímans permanentes (28) terem afastamentos diferentes em relação ao eixo de rotação do rotor, visto na direcção radial.
12. Máquina de corrente contínua de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 11, caracterizada por os núcleos (32) de bobina de todos os componentes de electroíman (30) estarem interligados de ambos os lados por um disco anular (41) de material não magnético, previsto nas partes terminais dos núcleos de bobina próximos das superfícies frontais.
13. Máquina de corrente contínua de acordo com a reivindicação 12, caracterizada por as superfícies frontais opostas dos núcleos (32) de bobina atravessarem o disco anular (41) que lhes está associado.
14. Máquina de corrente contínua de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 13, caracterizada por cada duas superfícies de polo dos ímans permanentes (28), de polaridade in- 4

V

versa, que, visto no sentido periférico, se seguem uma à outra e estão viradas para o rotor (26), serem formadas peias duas suptíificitis de poio paralelas, viradas para o lado de dentro da carcaça, de um iman permanente configurado à maneira de um iman em forma de ferradura. Máquina de corrente continua de acordo com a reivindicação 14, caracterizada por as superfícies frontais dos ímans permanentes viradas para o lado do rotor estarem conformadas em sapatas de polo (62a; 62b) de elevada permeabilidade magnética, que atravessam as paredes testeiras da carcaça (14a; 14b), constituídas por material não magnético, sapatas essas que do lado de fora das paredes testeiras da carcaça estão cada uma delas ligadas a um polo de um iman permanente . Máquina de corrente contínua de acordo com a reivindicação 15, caracterizada por as sapatas de polo (62a; 62b) serem formadas por empilhamentos de chapas para transformador, mantidas em firme justaposição, mas electricamente isoladas umas das outras. Máquina de corrente contínua de acordo com qualquer das reivindicações 15 ou 16, caracterizada por cada iman permanente ter a configuração de um iman em forma de barra (66), cujas extremidades de barra opostas uma à outra são fixadas num encaixe (68) da correspondente sapata de polo (62a; 62b), que tem uma forma pelo menos em parte complementar da daquela extremidade de barra. Máquina de corrente contínua de acordo com qualquer das reivindicações 15 a 17, caracterizada por as sapatas de polo (62a; 62b) poderem ser deslocadas paralelamente ao eixo de rotação do rotor e poderem ser imobilizadas em determinadas posições dentro de uma gama de regulação predefinida, e es- 5 tarem fixadas na correspondente parede testeira (14a; 14b) de carcaça associada a cada uma daquelas sapatas. Lisboa, 19 de Junho de 2001 O AGENTE OFICIAL DA PROPRIEDADE INDI ΝΤΡΙΛΙ.

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