ES2247045T3 - Estator de maquina electrica rotativa que comprende el mismo numero de conductores de ranura. - Google Patents

Abstract

Estator (10) de máquina eléctrica rotativa, que comprende un cuerpo cilíndrico anular (14), provisto de ranuras axiales (e.) pasantes en las cuales están dispuestos conductores eléctricos (18) de manera que forman un bobinado (12) con tres fases eléctricas ( X, Y, Z), del tipo en el que los conductores (18) de cada fase delimitan una serie de espiras (20), o bucles, conectados eléctricamente en serie que forman un arrollamiento circunferencial (Ecx, Ecy, Ecz) y que comprenden ramas axiales 22 que atraviesan las ranuras (e.), siendo el sentido de la corriente eléctrica idéntico en todas las ramas axiales (22) de una misma ranura (e.), del tipo en el que los conductores (18) de cada fase (X, Y, Z) ocupan una ranura (e.) de cada tres, del tipo en que cada fase (X, Y, Z) comprende en cada uno de los dos extremos libres de su arrollamiento (Ecx, Ecy, Ecz), respectivamente una conexión eléctrica de entrada (Ex, Ey, Ez) y una conexión eléctrica de salida (Sx, Sy, Sz), y del tipo en el que las fases (X, Y, Z) del estator (10) están acopladas por medio de un montaje de tipo triángulo, es decir, que una primera fase (X) tiene su conexión eléctrica de entrada (Ex) que está conectada eléctricamente a la conexión eléctrica de salida (Sz) de una tercera fase (Z) y tiene su conexión eléctrica de salida (Sx) que está conectada eléctricamente a la conexión eléctrica de entrada (Ey) de una segunda fase (Y), estando la conexión eléctrica de entrada (Ez) de la tercera fase (Z) conectada eléctricamente a la conexión eléctrica de salida (Sy) de la segunda fase (Y).

Description

Estator de máquina eléctrica rotativa que comprende el mismo número de conductores en cada ranura.

La invención se refiere a un estator de máquina eléctrica rotativa.

La invención se refiere en particular a un estator de máquina eléctrica rotativa que comprende un cuerpo cilíndrico anular provisto de ranuras axiales pasantes en las cuales están dispuestos conductores eléctricos de manera que formen un bobinado con tres fases eléctricas, del tipo en el que los conductores de cada fase delimitan una serie de espiras, o bucles, conectados eléctricamente en serie que forman un arrollamiento circunferencial y que comprenden ramas axiales que atraviesan las ranuras, siendo el sentido de la corriente eléctrica idéntico en todas las ramas axiales de una misma ranura, del tipo en el que los conductores de cada fase ocupan una ranura de cada tres, del tipo en el que cada fase comprende en cada uno de los dos extremos libres de su arrollamiento, respectivamente una conexión eléctrica de entrada y una conexión eléctrica de salida y del tipo en el que las fases del estator están acopladas por medio de un montaje de tipo triángulo, es decir que una primera fase tiene su conexión de entrada que está conectada eléctricamente a la conexión de salida de una tercera fase y tiene su conexión eléctrica de salida que está conectada eléctricamente a la conexión eléctrica de entrada de una segunda fase, estando la conexión eléctrica de entrada de la tercera fase conectada eléctricamente a la conexión eléctrica de salida de la segunda fase.

En general, en este tipo de estatores, el bobinado es de tipo ondulado simple, como se ha representado en las figuras 1 a 3.

Las figuras 1 a 3 son esquemas que ilustran un ejemplo de bobinado de tipo ondulado simple en el supuesto de un cuerpo de estator de 12 ranuras e_{n}.

La figura 1 representa el arrollamiento de la fase X, y en trazo discontinuo, las conexiones de entrada y de salida de las fases Y y Z.

Las figuras 2 y 3 representan respectivamente los arrollamientos de las fases Y y Z.

Cada fase X,Y,Z está constituida aquí por un arrollamiento circunferencial a partir de un hilo eléctrico alojado en las ranuras e_{n} de la fase X,Y,Z sobre el perímetro del cuerpo del estator.

El hilo eléctrico de la fase X efectúa dos vueltas completas al cuerpo del estator empezando por la ranura e1 que comprende la conexión eléctrica de entrada Ex, después por la ranura e10, después por e7, después por e4 y después de nuevo por e1.

La tercera vuelta está incompleta, ya que el arrollamiento se termina en la ranura e4 que comprende la conexión eléctrica de salida Sx.

El hilo eléctrico de la fase Y se enrolla en las ranuras e_{n} del estator de la misma manera que en la fase X, comenzando por la ranura e3 que comprende la conexión eléctrica de entrada Ey y terminando por la ranura e6 que comprende la conexión eléctrica de salida Sy.

El hilo eléctrico de la fase Z se enrolla en las ranuras e_{n} del estator de manera similar a las precedentes, desde la ranura e5 hasta la ranura e8. Pero, a diferencia de los dos arrollamientos anteriores, el arrollamiento de la fase Z continúa desde la ranura e8 hasta la ranura e2, de manera que la conexión eléctrica de salida Sz esté asociada a la ranura e2 la cual es adyacente a la ranura e1 que comprende la conexión de entrada Ex de la fase X.

Esta distribución tiene la finalidad de facilitar un acoplamiento de las fases X, Y, Z por medio de un montaje de tipo triángulo acercando las conexiones de entrada E y las conexiones de salida S que deben ser conectadas eléctricamente entre ellas por pares.

De esta forma, cada conexión de entrada E de una fase X, Y, Z está asociada a una ranura e_{n} adyacente a la ranura e_{n} que comprende la conexión de salida S de la fase X, Y, Z correspondiente del montaje en triángulo.

Podemos constatar, sin embargo, que este tipo de montaje obliga a prolongar el arrollamiento del hilo de la fase Z comenzando una cuarta vuelta de arrollamiento, para acercar su conexión de salida Sz a la conexión de entrada Ex de la fase X.

Por consiguiente, las ranuras e5 y e2 comprenden cuatro ramas axiales de conductor.

Como todas las ranuras e_{n} no reciben el mismo número de ramas axiales de conductor, el coeficiente de ocupación no es óptimo, es decir que hay una pérdida de espacio en las ranuras e_{n} que sólo reciben 3 ramas axiales.

Esta pérdida de espacio también se traduce por un volumen que no está optimizado.

Además, la diferencia entre el arrollamiento de la fase Z y el arrollamiento de las otras fases X, Y aumenta la complejidad de la fabricación del estator ya que se debe prever dos tipos de arrollamientos diferentes, lo que aumenta el coste y la duración de fabricación del estator.

(Nota manuscrita 1). El documento US 4,541,575 describe un estator que posee un bobinado de tipo ondulado.

La invención aspira a solucionar estos inconvenientes, al proponer un estator de máquina eléctrica rotativa del tipo descrito anteriormente, caracterizado por el hecho que el arrollamiento de cada fase comprende una primera parte en la cual la corriente recorre circunferencialmente el cuerpo del estator en el sentido horario, y de una segunda parte en la cual la corriente recorre circunferencialmente el cuerpo del estator en el sentido anti-horario, de forma que cada ranura comprende el mismo número de ramas axiales de conductor.

Gracias al estator según la invención, se mejora el coeficiente de ocupación de las ranuras ya que cada ranura comprende el máximo de ramas axiales de conductor.

La mejor ocupación de las ranuras mejora las prestaciones electromagnéticas de la máquina eléctrica rotativa, sobre todo su flujo, su potencia específica y su rendimiento.

Como cada ranura comprende el mismo número de conductores, las fases están equilibradas entre ellas en términos de resistencia y de auto inductancia.

Además, podemos constatar que el estator según la invención disminuye la intensidad de los armónicos parásitos, lo que provoca la disminución de la intensidad de los ruidos magnéticos.

Al ser los arrollamientos de cada fase prácticamente idénticos, las calorías están mejor repartidas en el estator lo que permite una optimización térmica de la máquina.

Según otras características de la invención:

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las conexiones de entrada y de salida de las tres fases están dispuestas en el mismo extremo axial del cuerpo del estator;

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los dos extremos libres del arrollamiento de una fase salen de dos ranuras consecutivas de esa misma fase;

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para cada par de conexiones, que está constituida por una conexión de entrada y por una conexión de salida conectadas eléctricamente, los extremos libres asociados salen de dos ranuras adyacentes.

Otras características y ventajas de la invención aparecerán con la lectura de la descripción detallada que sigue, para la comprensión de la cual nos reportaremos a los dibujos en anexo en los cuales:

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la figura 1 es un esquema que representa en desarrollo el arrollamiento de la fase X de un estator según el estado de la técnica;

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la figura 2 es un esquema similar al precedente que representa el arrollamiento de la fase Y de un estator según el estado de la técnica;

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la figura 3 es un esquema similar al precedente que representa el arrollamiento de la fase Z de un estator según el estado de la técnica;

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la figura 4 es un esquema que representa en vista superior un estator realizado conformemente a las indicaciones de la invención; y

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las figuras 5 a 7 son esquemas similares a los esquemas de las figuras 1 a 3 y representan respectivamente los arrollamientos de las fases X, Y, Z de un estator realizado conformemente a las indicaciones de la invención.

Se ha representado en la figura 4, un estator 10 de máquina eléctrica rotativa, que comprende un bobinado 12, realizado según las indicaciones de la invención.

La máquina eléctrica rotativa es, por ejemplo, un alternador como el que describe el documento EP-B-515.259, al que habrá que dirigirse para más precisiones.

El stator 10 comprende un cuerpo cilíndrico anular 14 provisto de ranuras axiales e_{n} pasantes, por ejemplo en total 36 ranuras, en las cuales están dispuestos conductores eléctricos 18, aquí hilos eléctricos, de manera que formen un bobinado 12 con tres fases eléctricas anotadas como X, Y, Z.

Los hilos eléctricos 18, son representados parcialmente y esquemáticamente.

Para simplificar la representación y facilitar la comprensión de la invención, se ha representado en las figuras de 5 a 7 las tres fases eléctricas X, Y, Z de forma separada.

Para cada fase X, Y, Z, el estator 10 está representado esquemáticamente en desarrollo e incluye un número reducido de ranuras axiales e_{n}, aquí igual a doce, referenciadas de e1 a e12.

En la figura 5, se ha representado en trazo discontinuo las conexiones de entrada Ey, Ez y de salida de las fases Y y Z.

El hilo eléctrico 18 de cada fase X, Y, Z, delimita una serie de espiras 20, o bucles, conectados eléctricamente en serie que forman un arrollamiento circunferencial EC sobre el perímetro del cuerpo 14 de estator 10.

Cada fase X, Y, Z ocupa una muestra e_{n} sobre tres. Designaremos entonces por ranuras e_{n} consecutivas, dos ranuras e_{n} que están separadas por dos ranuras e_{n} adyacentes.

Cada espira 20 comprende dos ramas axiales 22 unidas por una rama transversal 24, atravesando las dos ramas axiales 22 dos ranuras e_{n} consecutivas de la fase X, Y, Z. Entre dos ranuras e_{n} consecutivas de una misma fase encontramos aquí dos otras ranuras e_{n} dedicadas a las otras dos fases.

El sentido de la corriente eléctrica es idéntico en todas las ramas axiales 22 de una misma ranura e_{n}, es decir que está orientada en una ranura e_{n} desde arriba hacia abajo y luego en la ranura e_{n} consecutiva desde abajo hacia arriba.

Cada una de los dos extremos libres de un arrollamiento EC constituye, respectivamente una conexión eléctrica de entrada E y una conexión eléctrica de salida S.

Ventajosamente, las conexiones de entrada E y de salida S están dispuestas en el mismo extremo axial del estator 10. Este extremo es, clásicamente en un alternador para vehículo automóvil, el más cercano al puente rectificador del alternador.

Además, la conexión de entrada E y la conexión de salida S de una misma fase X, Y, Z salen de dos ranuras e_{n} consecutivas de una misma fase X, Y, Z.

Las tres fases X, Y, Z del estator 10 están previstas para ser acopladas por medio de un montaje de tipo triángulo (no representado). Por consiguiente, la fase X tiene su conexión de entrada Ex que está conectada eléctricamente a la conexión de salida Sz de la fase Z y su conexión de salida Sx que está conectada eléctricamente a la conexión de entrada Ey de la fase Y, y la fase Y tiene su conexión de salida Sy que está conectada eléctricamente a la conexión de entrada Ez de la fase Z.

Ventajosamente, los arrollamientos EC están dispuestos en el estator 10 de forma que para cada par P1, P2, P3 de conexiones que está constituida por una conexión de entrada E y de una conexión de salida S conectadas eléctricamente conjuntamente, los extremos libres asociados salgan de dos ranuras e_{n} adyacentes.

Conformemente a las indicaciones de la invención, el arrollamiento EC de cada fase X, Y, Z comprende una primera parte en la cual la corriente recorre circunferencialmente el cuerpo 14 del estator 10 en el sentido horario, y una segunda parte en la cual la corriente recorre circunferencialmente el cuerpo 14 del estator 10 en el sentido anti-horario, de forma que cada ranura e_{n} comprende el mismo número de ramas axiales 22.

En las figuras 5 a 7, que representan el estator 10 en desarrollo, se ha convenido que el sentido horario corresponde a una orientación de derecha a izquierda, y que el sentido anti-horario corresponde a una orientación de izquierda a derecha.

Describiremos a continuación la disposición del hilo eléctrico 18 que forma el arrollamiento Ecx de la fase X, en relación con la figura 5.

El arrollamiento Ecx está constituido por un hilo eléctrico de entrada 18 en el cual un extremo libre constituye la conexión de entrada Ex de la fase X.

Desde la conexión de entrada Ex situada bajo la ranura e3, en el sentido horario, el hilo 18 pasa por la ranura e3, después por encima e las ranuras e2 y e1, después por la ranura e12, después por debajo de las ranuras e11 y e10, después por la ranura e9, después por encima de las ranura e7 y e8, después por la ranura e6, después por debajo de las ranuras e4 y e5, después de nuevo por la ranura e3, de forma que complete una primera vuelta del arrollamiento Ecx en el sentido horario.

La segunda vuelta del arrollamiento Ecx es similar y adyacente a la primera, pero se termina en la ranura e6.

A partir de la ranura e6 empieza una nueva vuelta del arrollamiento Ecx en el sentido anti-horario, es decir que el hilo 18 pasa por debajo de las ranuras e7 y e8, después por la ranura e9, después por encima de las ranuras e10 y e11, después por la ranura e12, después por debajo de las ranuras e1 y e2, después por la ranura e3, después por encima de las ranuras e4 y e5, después de nuevo por la ranura e6.

La cuarta vuelta del arrollamiento Ecx es similar y adyacente a la tercera y se termina en la ranura e6 extendiéndose hacia abajo para formar la conexión de salida Sx.

La corriente circula por el arrollamiento Ecx de la fase X entrando por su entrada Ex después siguiendo las dos primeras vueltas del arrollamiento Ecx en el sentido horario, después siguiendo la tercera y la cuarta vuelta del arrollamiento Ecx en el sentido anti-horario.

Señalamos que la corriente recorre todas las ramas axiales 22 de una misma ranura e_{n} en el mismo sentido, o desde arriba hacia abajo o desde abajo hacia arriba.

El arrollamiento Ecx de la fase X comprende el mismo número de ramas axiales 22 por ranura e_{n}, aquí cuatro.

Señalamos que este tipo de arrollamiento EC permite repartir de manera sensiblemente uniforme las ramas transversales 24 de la fase X entre los dos extremos axiales del estator 10.

El arrollamiento Ecy de la fase Y es similar al que acaba de ser descrito en relación con la fase X, pero sus conexiones de entrada Ey y de salida Sy están asociadas a ranuras e5 y e8 desfasadas angularmente respecto a las ranuras e3, e6 asociadas a las conexiones de entrada Ex y de salida Sx de la fase X.

La conexión de entrada Ey de la fase Y se extiende bajo la ranura e5, y su conexión de salida Sy se extiende bajo la ranura e8.

El arrollamiento Ecz de la fase Z es similar a los precedentes, pero se diferencia por el hecho que las dos primeras vueltas del arrollamiento ECz empiezan primero en el sentido anti-horario, después las dos últimas vueltas son efectuadas en sentido horario.

Así, el arrollamiento Ecz de la fase Z comienza por la conexión de entrada Ez, que se extiende bajo la ranura e7, y se termina por la conexión eléctrica de salida Sz, que se extiende bajo la ranura e4, de forma que la conexión de entrada Ez de la fase Z sea adyacente a la conexión de salida Sy de la fase Y, asociada a la ranura e8, y de forma que la conexión de salida Sz de la fase Z sea adyacente a la conexión de entrada Ex de la fase X, asociada a la ranura e3.

Constatamos que todas las ranuras e_{n} de todas las fases X, Y, Z comprenden cuatro ramas axiales 22 de conductores 18.

Gracias al bobinado 12 según la invención, y como podemos observar en la figura 4, es posible acoplar fácilmente los arrollamientos EC de las tres fases X, Y, Z por un montaje tipo triángulo, ya que los tres pares P1, P2, P3 de conexiones E, S que deben estar conectadas eléctricamente conjuntamente son todas adyacentes.

El estator 10 según la invención permite utilizar un conector (no representado) simple y económico especialmente para conectar los arrollamientos EC del estator 10 a un puente rectificador (no representado).

Al ser adyacentes los pares P1, P2, P3 de conexiones E, S, se pueden utilizar hilos, para conexiones de entrada E y de salida S, que son todos idénticos y que son más cortos que aquellos utilizados habitualmente.

También se mejora la resistencia mecánica del estator 10, ya que las conexiones de entrada E y de salida S de las fases X, Y, Z son rectas, como se puede observar en la figura 4, lo que evita un encolado, o la utilización de un dispositivo de mantenimiento, de las conexiones de entrada E y de salida S sobre el cuerpo 14 del estator 10.

El estator 10 según la invención todavía simplifica más las operaciones de fabricación, ya que el pelado, el trenzado y el estañado se realizan en el curso de la misma etapa de fabricación.

Al ser adyacentes los pares P1, P2, P3 de conexiones E, S, se disminuyen los tiempos de desplazamiento de la herramienta que realiza las conexiones eléctricas, ya sea por fijación, por apriete, por soldadura blanda, por soldadura o por cualquier otro medio.

Gracias a la invención, la potencia eléctrica de la máquina eléctrica se ve incrementada como consecuencia del aumento del coeficiente de ocupación.

Claims (1)

1. Estator (10) de máquina eléctrica rotativa, que comprende un cuerpo cilíndrico anular (14), provisto de ranuras axiales (e_{n}) pasantes en las cuales están dispuestos conductores eléctricos (18) de manera que forman un bobinado (12) con tres fases eléctricas ( X, Y, Z), del tipo en el que los conductores (18) de cada fase delimitan una serie de espiras (20), o bucles, conectados eléctricamente en serie que forman un arrollamiento circunferencial (Ecx, Ecy, Ecz) y que comprenden ramas axiales 22 que atraviesan las ranuras (e_{n}), siendo el sentido de la corriente eléctrica idéntico en todas las ramas axiales (22) de una misma ranura (e_{n}), del tipo en el que los conductores (18) de cada fase (X, Y, Z) ocupan una ranura (e_{n}) de cada tres, del tipo en que cada fase (X, Y, Z) comprende en cada uno de los dos extremos libres de su arrollamiento (Ecx, Ecy, Ecz), respectivamente una conexión eléctrica de entrada (Ex, Ey, Ez) y una conexión eléctrica de salida (Sx, Sy, Sz), y del tipo en el que las fases (X, Y, Z) del estator (10) están acopladas por medio de un montaje de tipo triángulo, es decir, que una primera fase (X) tiene su conexión eléctrica de entrada (Ex) que está conectada eléctricamente a la conexión eléctrica de salida (Sz) de una tercera fase (Z) y tiene su conexión eléctrica de salida (Sx) que está conectada eléctricamente a la conexión eléctrica de entrada (Ey) de una segunda fase (Y), estando la conexión eléctrica de entrada (Ez) de la tercera fase (Z) conectada eléctricamente a la conexión eléctrica de salida (Sy) de la segunda fase (Y),

caracterizado por el hecho que el arrollamiento (Ecx, Ecy, Ecz) de cada fase (X, Y, Z) comprende una primera parte en la cual la corriente recorre circunferencialmente a lo largo de al menos una vuelta del cuerpo (14) del estator (10) en el sentido horario, y una segunda parte en la cual la corriente recorre circunferencialmente a lo largo de al menos una vuelta del cuerpo (14) del estator (10) en el sentido anti-horario, de manera que cada ranura (e_{n}) comprende el mismo número de ramas axiales (22) de conductor (18), y por el hecho que las conexiones de entrada (Ecx, Ecy, Ecz) y de salida (Sx, Sy, Sz) de las tres fases (X, Y, Z) están dispuestas en el mismo extremo axial del cuerpo (14) del estator (10), y por el hecho que los dos extremos libres del arrollamiento (Ecx, Ecy, Ecz) de una fase (X, Y, Z) salen de dos ranuras (e_{n}) consecutivas de esta fase (X, Y, Z), y por el hecho que para cada par (P1, P2, P3) de conexiones (Ecx, Ecy, Ecz, Sx, Sy, Sz), que está constituida de una conexión de entrada (Ecx, Ecy, Ecz) y de una conexión de salida (Sx, Sy, Sz) conectadas eléctricamente, los extremos libres asociados salen de dos ranuras (e_{n}) adyacentes.