ES2241812T3 - Metodo para producir arrollamientos de estator. - Google Patents

Abstract

Un estátor para una máquina dinamoeléctrica, que consiste en una pluralidad de bobinas (10) de arrollamiento dispuestas en un eje curvo común (ya sea una máquina basada en tambor o en disco), en el que el eje común está en la dirección de la fuerza generada por los arrollamientos, y que tiene una estructura (24) ferromagnética anular que pasa por el centro de las bobinas, que se caracteriza porque la estructura (24) ferromagnética está partida en un solo punto (25) para permitir la colocación de las bobinas (10) del arrollamiento sobre la estructura (24) ferromagnética, pero está adaptada para ser subsiguientemente apretada para mantener la partición (25) sustancialmente cerrada durante el funcionamiento.

Description

Método para producir arrollamientos de estátor.

Campo de la invención

Esta invención se refiere a la producción de arrollamientos de estátor para máquinas dinamoeléctricas. Tiene aplicación en el diseño y construcción de estatores y, por consiguiente, en las máquinas diseñadas como máquinas dinamoeléctricas giratorias, y tiene aplicación particular al diseño y construcción de motores de tambor y motores de disco.

Antecedentes

Las máquinas dinamoeléctricas existentes, en particular los motores eléctricos de CC, requieren complejas máquinas de arrollamiento para crear los arrollamientos de estátor sobre el estátor. Con frecuencia, el estátor tiene una forma especial a la que se tiene que acomodar la máquina de arrollamiento o la técnica de arrollamiento. Los arrollamientos están típicamente arrollados en ranuras en un estátor de acero, o arrollados como espiras sobre la parte superior de un soporte de contrahierro. En el caso de motores de disco o de tambor, "sin ranura", las espiras del arrollamiento parecen aproximarse a una geometría "cuadrada", con las dos porciones extremas desperdiciando alambre de cobre y creando un flujo magnético no utilizable. En cada caso, todas las posiciones de las bobinas asientan sobre un disco o tambor o en su superficie.

Un estátor de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 y su correspondiente método de fabricación se conocen por el documento US-A-4103197.

Objeto

Un objeto de esta invención es proporcionar un método mejorado de producción de un arrollamiento de estátor para una máquina dinamoeléctrica, o uno que al menos proporcione al público una opción útil.

Exposición de la invención

Según un aspecto, la invención consiste en un estátor para una máquina dinamoeléctrica, que consiste en una pluralidad de bobinas de arrollamiento dispuestas sobre un eje curvo común (ya sea una máquina basada en tambor o en disco), en el que el eje común está en la dirección de la fuerza generada por los arrollamientos, y que tiene una estructura ferromagnética anular que pasa por el centro de las bobinas, que se caracteriza porque la estructura ferromagnética está partida en un solo punto para permitir la colocación de las bobinas de arrollamiento sobre la estructura ferromagnética, pero está adaptada para ser subsiguientemente apretada para mantener la partición sustancialmente cerrada durante el funcionamiento.

Con preferencia, la estructura ferromagnética está en forma de banda alargada curva, teniendo más en particular una sección transversal rectangular o sustancialmente rectangular.

Con preferencia, las bobinas de arrollamiento están realizadas con una pluralidad de canillas anulares enroscadas sobre la estructura ferromagnética.

Con preferencia, la estructura ferromagnética consiste en un único segmento que describe el círculo completo de una máquina giratoria.

Con preferencia, la partición forma un ángulo con respecto al eje curvo común, como para cubrir un polo completo.

Según otro aspecto, la invención consiste en un método de arrollamiento del estátor de una máquina dinamoeléctrica arrollada toroidalmente, que comprende proporcionar una estructura ferromagnética que está partida en un solo punto para permitir la colocación de las bobinas de arrollamiento sobre la estructura ferromagnética, enroscar sobre la estructura ferromagnética una pluralidad de bobinas de arrollamiento, y formar la estructura ferromagnética según un anillo en el que la partición está sustancialmente cerrada.

Con preferencia, las bobinas de arrollamiento del estátor están construidas produciendo en un conformador un modelo de arrollamiento requerido y transfiriendo los arrollamientos así producidos a la estructura ferromagnética que constituye el estator o forma parte de él.

Con preferencia, el modelo de arrollamiento se enrosca sobre la banda alargada.

En caso de usar el estátor en un motor de tambor, el soporte ferromagnético puede ser pre-curvado según una forma circular casi completa, dejando una separación para la inserción de los arrollamientos (según se describe más adelante), uniéndolo después para formar un anillo completo que soporte y mantenga los arrollamientos en posición.

Según otro aspecto, la invención proporciona un método de producción de un arrollamiento de estátor para una máquina dinamoeléctrica mediante la producción de un modelo de arrollamiento requerido, en un conformador, y la transferencia de los arrollamientos así producidos a un soporte ferromagnético central que constituye el estator o forma parte de él.

Con preferencia, el soporte ferromagnético está en forma de banda alargada curva, teniendo más en particular una sección transversal rectangular o sustancialmente rectangular. Con preferencia, el modelo de arrollamiento se enrosca sobre la banda alargada.

Según otro aspecto, la invención proporciona una pluralidad de canillas adecuadas para soportar un arrollamiento de estátor, teniendo cada canilla un cuerpo central, que soporta un par de pestañas extremas, teniendo el cuerpo central una abertura a su través para permitir que cada uno de las canillas sea enroscada sobre un soporte ferromagnético alargado. Con preferencia, el cuerpo central tiene una sección transversal sustancialmente rectangular. Más preferiblemente, la abertura es de sección transversal sustancialmente rectangular.

Con preferencia, cada canilla está moldeada a partir de un material plástico.

Con preferencia, cada canilla tiene un eje mayor que es sustancialmente más grande que su eje menor.

En los casos en los que las canillas sean enroscadas sobre un soporte anular en forma de anillo, para su uso en un motor de disco o de tambor, las superficies apropiadas externas e internas del cuerpo central pueden ser curvas (por ejemplo, esto puede realizarse en el proceso de moldeo), con el fin de que acomoden la curvatura del soporte ferromagnético. La separación o partición en el soporte ferromagnético se realiza con preferencia a un ángulo tal como para cubrir un polo en su totalidad. Esto mantiene los efectos de leva de la separación por debajo de un nivel compatible con un ruido bajo.

Según otro aspecto, la invención proporciona un estátor para una máquina dinamoeléctrica, teniendo el estátor un núcleo ferromagnético alargado curvo, teniendo el núcleo una sección transversal sustancialmente rectangular, una pluralidad de arrollamientos soportados en el núcleo, formando los arrollamientos espiras alrededor del núcleo, de modo que la porción de los arrollamientos a un lado del núcleo está apantallada respecto a la porción de los arrollamientos al otro lado del núcleo.

Según otro aspecto, la invención proporciona una máquina dinamoeléctrica que tiene un estátor según se ha descrito en el párrafo anterior, y una porción móvil, soportando la porción móvil polos magnéticos, en la que el núcleo ferromagnético del estátor está dispuesto de modo que al menos una cara larga del núcleo, y por consiguiente la longitud equivalente de arrollamiento conductor del núcleo, está orientada hacia un polo magnético adyacente de la porción móvil de la máquina.

Esta disposición resultará evidente a partir de la descripción que sigue, y en particular de los dibujos que ilustran varios ejemplos de esta invención.

En cada caso, los arrollamientos están soportados sobre el núcleo ferromagnético y, en el caso de, digamos, un motor de tambor con un rotor externo, solamente la porción del arrollamiento orientada hacia los polos magnéticos del rotor estará operativa, ya que la trayectoria de retorno de los arrollamientos por el otro lado del núcleo ferromagnético estará apantallado por el núcleo, y el flujo asociado con la trayectoria de retorno de los arrollamientos no se usará. Sin embargo, como resultará evidente a partir de alguno de los dibujos, será posible construir un motor de tambor con rotores tanto externo como interno con el fin de hacer uso de ambas porciones de los arrollamientos de las caras "largas" del núcleo ferromagnético.

Estos y otros aspectos de esta invención, que deben ser considerados en todos sus aspectos novedosos, resultarán evidentes a partir de la descripción que sigue, que se da a modo de ejemplo solamente, con referencia a los dibujos que se acompañan, en los que:

La figura 1 ilustra una vista en planta de una canilla sustancialmente rectangular.

La figura 2 ilustra un alzado desde un extremo de la canilla de la figura 1.

La figura 3 ilustra una vista en corte transversal por la línea A-A de la figura 2. Esta canilla está formada para su uso en un conjunto de estátor de tipo de tambor.

La figura 4 ilustra una vista en planta superior de un conjunto de estátor de tipo de tambor (sin los arrollamientos).

La figura 5 es una vista en corte transversal por la línea A-A de la figura 4.

La figura 6 es un alzado frontal del conjunto de estátor de la figura 4.

La figura 7 es una vista en corte transversal por la línea B-B de la figura 6.

La figura 8 muestra un diagrama de arrollamiento, con arrollamientos A y B superpuestos sobre las canillas de la figura 8.

La figura 9 es una vista en planta de un motor de tambor con un rotor externo.

La figura 10 muestra una vista en corte transversal por la línea A-A de la figura 9.

La figura 11 muestra una vista en planta de un motor de tambor con rotores tanto externo como interno.

La figura 12 es una vista en corte transversal por la línea A-A del motor de tambor de la figura 11.

La figura 13 es una vista en planta superior de un motor de disco con un solo rotor.

La figura 14 es una vista en corte transversal por la línea A-A de la figura 13.

La figura 15 muestra un patrón de arrollamiento para una versión sin canilla del estátor.

Ejemplo 1 - Canillas

En su forma más preferida, la invención hace uso de una pluralidad de canillas, para permitir que las diversas fases de arrollamiento sean arrolladas en un conformador que soporta las canillas, y transferir después las canillas al núcleo ferromagnético apropiado del estátor, con la forma requerida para una máquina dinamoeléctrica particular. Sin embargo, es posible producir los arrollamientos sin utilizar canillas y mover los arrollamientos desde el conformador al núcleo, o alternativamente arrollar directamente sobre el núcleo. No obstante, las canillas sí proporcionan un mecanismo útil tanto para crear los arrollamientos como para mantener los arrollamientos sobre el estátor en la máquina acabada.

Las figuras 1 a 3 muestran canillas sustancialmente rectangulares, teniendo cada canilla 10 una forma sustancialmente rectangular, teniendo un cuerpo central 11 y pestañas 13 y 14 laterales. Hay una abertura 15 central que pasa a través de las pestañas y del cuerpo central, y esta abertura central es también sustancialmente rectangular cuando se ve por el extremo, como en la figura 2. La canilla 10 mostrada en las figuras 1 a 3 es una canilla formada especialmente para su uso con un conjunto de estátor de tipo de tambor, y por consiguiente las superficies interna y externa del cuerpo central son curvas, como se muestra mediante la superficie 19 en la figura 3. Esto resultará más evidente a partir de las figuras 4-7.

Ejemplo 2 - Conjunto de estátor de tipo de tambor

Las figuras 4-7 muestran el uso de las canillas 10, enroscadas sobre un núcleo ferromagnético de anillo partido. Este núcleo 24 ferromagnético está hecho, con preferencia, de hierro magnéticamente blando, y es también, con preferencia, de sección transversal rectangular que es tan sólo ligeramente más pequeña que el área en sección transversal de la abertura 15, de modo que las canillas 10 pueden ser enroscadas sobre este núcleo. Los arrollamientos mismos no se muestran en las figuras 4-7, con el fin de mostrar el modelo de las canillas. En la práctica, los arrollamientos serían creados sobre las canillas con anterioridad a que fueran enroscados sobre el núcleo.

Sobre el núcleo se enroscan suficientes canillas, como se muestra en la figura 4, de modo que los bordes radialmente internos de las pestañas 13 y 14 de canillas 10 adyacentes se tocarán por los puntos 21.

El núcleo 24 de anillo partido tiene una separación o partición en 25, la cual se abriría normalmente por tracción para permitir que las canillas fueran enroscadas sobre el núcleo y después se apretaría, y quizás se uniría formando especialmente los extremos del núcleo de tal modo que se traben entre sí, o mediante medios de fijación adecuados para asegurar que el núcleo forma un anillo casi continuo, de modo que los arrollamientos de las canillas sobre el núcleo se aproximen entonces a los arrollamientos de un núcleo circular.

Volviéndose ahora a la figura 8, se muestra un arrollamiento de dos fases realizado con arrollamientos A y B, mediante dos sombreados diferentes. El arrollamiento A es más oscuro que el arrollamiento B.

La pluralidad de canillas 10 se sitúan en un conformador lineal, el cual puede ser una banda plana de acero, madera u otro material sólido, o incluso una sección de un bloque, y se presentan a la máquina de arrollamiento. En su forma más simple, el conformador puede girar con respecto a los carretes de alambre, de modo que el alambre puede ser arrollado sobre las canillas según una ordenación predeterminada, mediante el conformador que gira alrededor de su propio eje, y después indexado linealmente con respecto a la posición de los carretes de alambre.

Alternativamente, los carretes de alambre pueden estar hechos para rotar alrededor de un conformador estacionario, según el patrón requerido.

Una vez que los arrollamientos han sido producidos sobre las canillas sujetas en el conformador, las canillas con arrollamientos asociados pueden entonces ser enroscadas sobre el núcleo 24 ferromagnético partido abierto, y el núcleo apretado para formar un núcleo sustancialmente cerrado con los arrollamientos presentes sobre las canillas, como se muestra en la figura 8.

Ejemplo 3 - Motor de tambor con un rotor externo

El estátor de las figuras 4-8 puede ser utilizado con el motor de tambor de las figuras 9 y 10. En esta disposición, la configuración de estátor realizada con el núcleo ferromagnético de estátor (contrahierro de estátor) soporta las canillas 10 en la ordenación que se muestra en la figura 9, y estos arrollamientos de estátor están rodeados por un rotor 38 externo que soporta imanes 30 permanentes (la configuración magnética norte-sur y el número de polo no se han representado), estando los imanes sujetos a, y soportados por, un anillo 31 magnético externo de contrahierro, el cual está a su vez situado en el interior de, y soportado por, una carcasa 32 de rotor. La carcasa de rotor puede estar formada de cualquier material adecuado, pudiéndose utilizar, por ejemplo, un material plástico para crear un rotor 38 externo en su totalidad.

Ejemplo 4 - Un motor de tambor con rotores tanto externo como interno

Éste es similar al motor de las figuras 9 y 10. También utiliza el conjunto de estátor de las figuras 4-8. En este caso, el conjunto 39 de rotor en su totalidad está hecho con la porción 38 de rotor externo y con la porción 40 de rotor interno situadas a cada lado del núcleo 24 ferromagnético, el cual, a su vez, soporta las canillas 10.

El rotor interno también tiene imanes 41 orientados hacia la cara "radialmente interior" de las canillas 10, y los imanes están soportados en un anillo 42 de contrahierro apropiado, el cual está situado convenientemente en el interior de la carcasa 42 de rotor interno formada de plástico, que se puede moldear intrincadamente con la carcasa 32 de rotor externo y con la porción 36 central.

Ejemplo 5 - Motor de disco con un solo rotor

En esta configuración (mostrada en las figuras 13 y 14), el motor de disco tiene una carcasa 61 de rotor, formada con preferencia en acero, que soporta una pluralidad de polos 62 magnéticos permanentes en el lado inferior del disco 61. El estátor está hecho con una pluralidad de canillas 63 soportadas en un núcleo 64 ferromagnético también de sección transversal sustancialmente rectangular, aunque en este caso con el eje largo del rectángulo situado en el plano del estátor como se muestra en la figura 14. Este núcleo 64 ferromagnético también está en forma de anillo partido, similar al de la figura 7, aunque con diferente orientación, de modo que la partición se muestra con el número 65 en la figura 13. También en este caso, las canillas tienen los lados cortos del cuerpo central (interno y externo) curvados, con el fin de acomodar el anillo 64 ferromagnético partido.

De una manera similar, las canillas pueden ser situadas en un conformador recto, los arrollamientos producidos sobre las canillas, y las canillas y arrollamientos enroscados a continuación sobre el anillo partido, el cual se puede apretar a continuación hacia la posición cerrada como se muestra en la figura 13.

Ejemplo 6 - Estátor para motor de tambor (sin canillas)

En esta configuración (mostrada en la figura 15), el estátor para un motor de tambor (o de disco) se produce arrollando espiras o bobinas sobre un soporte ferromagnético alargado curvo (utilizando una máquina de arrollamiento de transformadores). Alternativamente, el soporte según se muestra en la figura 15 puede ser un anillo partido de modo que las espiras de arrollamiento pueden ser enroscadas sobre el anillo, y el anillo cerrado. O bien el anillo puede estar formado por segmentos curvos separados que pueden ser unidos para mantener los arrollamientos en posición. Este dibujo muestra dos fases de arrollamiento realizadas con un total de cuatro segmentos.

Ventajas

La invención se presta a una construcción fácil y simple de arrollamientos de estátor con las bobinas orientadas a 90º con respecto al modelo de bobina convencional. Esto permite también el uso de un método preferido de arrollamiento de las bobinas sobre canillas, como se ha descrito en el ejemplo.

Variaciones

Es posible producir los arrollamientos de estátor para máquinas dinamoeléctricas de diferentes configuraciones, produciendo los arrollamientos sobre un conformador, con preferencia un conformador recto, sin utilizar canillas, transfiriendo a continuación los arrollamientos así formados al núcleo ferromagnético de estátor apropiado, por ejemplo el núcleo en forma de tambor de las figuras 4-7 o el núcleo en forma de anillo de las figuras 13, 14 del motor de disco. En las realizaciones que utilizan un núcleo en forma de anillo que tiene una partición o separación en el núcleo, se ha encontrado deseable partir el núcleo formando un ángulo tal como para cubrir un polo en su totalidad con el fin de reducir al mínimo los efectos de leva de la partición o separación del núcleo y rebajar así el ruido acústico durante el funcionamiento del motor.

También es posible arrollar las bobinas directamente sobre el núcleo ferromagnético. El núcleo puede ser o bien un círculo completo o bien uno o más segmentos arqueados. Arrollar directamente sobre un núcleo circular completo puede conseguirse haciendo rotar los segmentos o moviendo la punta de arrollamiento alrededor de los segmentos. Arrollar directamente sobre un núcleo circular completo puede conseguirse usando de métodos desarrollados para el arrollamiento de transformadores toroidales.

Sin embargo, se prefiere particularmente que los arrollamientos tengan lugar sobre una serie de canillas especialmente formadas, puesto que esto ayuda a mantener los arrollamientos en posición. Sin canillas, puede ser necesario impregnar los arrollamientos con resinas apropiadas, o con otros agentes de pegado, cuando hayan sido posicionados satisfactoriamente sobre el núcleo ferromagnético del estátor.

Se pueden crear motores de diversos tamaños o formas con la utilización de la técnica de arrollamiento de esta invención.

Aunque no se ha ilustrado, esta técnica puede ser utilizada con un motor de disco de doble rotor (es decir, un rotor en cada cara del estátor de la figura 14).

En su forma más preferida, la invención se presta a un motor de tambor que tiene rotores tanto interno como externo.

Finalmente, se pueden realizar otras diversas alteraciones y modificaciones en lo que antecede, sin salir del alcance de esta invención.

Claims (8)

1. Un estátor para una máquina dinamoeléctrica, que consiste en una pluralidad de bobinas (10) de arrollamiento dispuestas en un eje curvo común (ya sea una máquina basada en tambor o en disco), en el que el eje común está en la dirección de la fuerza generada por los arrollamientos, y que tiene una estructura (24) ferromagnética anular que pasa por el centro de las bobinas, que se caracteriza porque la estructura (24) ferromagnética está partida en un solo punto (25) para permitir la colocación de las bobinas (10) del arrollamiento sobre la estructura (24) ferromagnética, pero está adaptada para ser subsiguientemente apretada para mantener la partición (25) sustancialmente cerrada durante el funcionamiento.

2. Un estátor según la reivindicación 1, que se caracteriza porque la estructura (24) ferromagnética está en forma de banda alargada curva, teniendo, más en particular, una sección transversal rectangular o sustancialmente rectangular.

3. Un estátor según la reivindicación 2, que se caracteriza porque las bobinas de arrollamiento están hechas con una pluralidad de canillas (21) anulares, enroscadas sobre la estructura ferromagnética.

4. Un estátor según la reivindicación 1, que se caracteriza porque la estructura ferromagnética consiste en un solo segmento que describe el círculo completo de una máquina giratoria.

5. Un estátor según la reivindicación 1, que se caracteriza porque la partición forma ángulo con respecto al eje curvo común, de manera que cubre un polo completo.

6. Un método de arrollamiento del estátor (20) de una máquina dinamoeléctrica arrollada toroidalmente, que comprende proporcionar una estructura (24) ferromagnética que está partida en un solo punto (25) para permitir la colocación de bobinas (10) de arrollamiento sobre la estructura (24) ferromagnética, enroscar sobre la estructura (24) ferromagnética una pluralidad de bobinas (10) de arrollamiento, y formar la estructura (24) ferromagnética según un anillo en el que la partición (25) está sustancialmente cerrada.

7. Un método de arrollamiento de un estátor según la reivindicación 6, que se caracteriza porque las bobinas (10) de arrollamiento del estátor están construidas produciendo en un conformador un modelo de arrollamiento requerido y transfiriendo los arrollamientos así producidos a la estructura ferromagnética que constituye el estátor o forma parte de él.

8. Un método de arrollamiento de un estátor según la reivindicación 7, que se caracteriza porque el modelo de arrollamiento se enrosca sobre la estructura ferromagnética.