Máquina eléctrica de fases múltiples.

Máquina eléctrica de fases múltiples, en particular generador (1) de fases múltiples, con un estator

(3), que presenta un cuerpo de núcleo (4) que presenta una división circunferencial de las ranuras y una disposición de arrollamiento (5) con varios arrollamientos (45, 46, 47, 48, 49) que forman fases y el número de fases es cinco, en el que cada arrollamiento (45, 46, 47, 48, 49) y cada ranura (35, 36, 37, 38, 39) de un grupo de ranuras que se extiende sobre la división de los polos está asociada a una de las fases y los arrollamientos (45, 46, 47, 48, 49) presentan secciones de arrollamiento (55) que encajan en ranuras (35, 36, 37, 38, 39) correspondientes, entre la cuales está configurada, respectivamente, una unión de la cabeza de arrollamiento (56), caracterizada porque las uniones de la cabeza de arrollamiento (56) de arrollamientos diferentes (45, 46, 47, 48, 49) están dispuestas radialmente por capas entre sí.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2008/051038.

Solicitante: ROBERT BOSCH GMBH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: POSTFACH 30 02 20 70442 STUTTGART ALEMANIA.

Inventor/es: BERGER, THOMAS, SHENDI, ALEXANDER, RAU,EBERHARD, WOLF,GERT, PFITZKE,NORBERT.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > MAQUINAS DINAMOELECTRICAS (relés dinamoeléctricos... > Detalles de arrollamientos > H02K3/28 (Esquema de arrollamiento o de conexiones entre arrollamientos (arrollamientos para cambio del número de polos H02K 17/06, H02K 17/14, H02K 19/12, H02K 19/32))

PDF original: ES-2509015_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Máquina eléctrica de fases múltiples Estado de la Técnica La invención se refiere a una máquina eléctrica de fases múltiples, en particular un generador de fases múltiples, con un estator, que presenta un cuerpo de núcleo que presenta una división de ranuras circunferenciales y una disposición de arrollamiento con arrollamientos que forman varias fases. Además, la invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de una máquina eléctrica de varias fases correspondiente.

Una máquina eléctrica de varias fases del tipo mencionado al principio se conoce, por ejemplo, como generador de corriente alterna. Este generador de corriente alterna presenta un estator (montante) con un cuerpo de núcleo (hierros de estator) , en cuyas ranuras están insertados arrollamientos para tres, dos por tres o seis fases. Los arrollamientos están dispuestos en este caso desplazados entre sí. En el caso de un generador trifásico aparece a través de fuerzas electromagnéticas un ruido magnético no deseado. Para la reducción de este ruido magnético están previstas disposiciones de arrollamiento, que están constituidas, por ejemplo, por dos sistemas parciales separados eléctricamente. Cada sistema parcial está constituido por tres fases, que están desplazadas alrededor de 120º eléctricamente unas con respecto a las otras. Para cada fase del primer sistema parcial, una fase del segundo sistema parcial está dispuesta desplazada alrededor de 30º eléctricamente. Los arrollamientos de cada uno de los dos sistemas parciales están conectados por ejemplo en estrella o en triángulo. Cada punto de conexión (salida de corriente, o bien conexión del arrollamiento) de un arrollamiento está conectado con un puente rectificador. En general, se utilizan seis puentes rectificadores. Los arrollamientos utilizados son arrollamientos prefabricados, que son creados, por ejemplo, mediante conformación de unidades de arrollamiento en forma de estrella con secciones circunferenciales rectangulares. A continuación se introducen estas unidades de arrollamiento en el cuerpo del núcleo configurado como paquete de chapas de estator. En el caso de un sistema dos veces trifásico se introducen seis de estas unidades de arrollamiento en forma de estrella, de manera que para cada fase de un primer sistema trifásico está presente una fase del otro sistema trifásico, que está dispuesta desplazada alrededor de 30º eléctricamente. A través del número alto de las fases (número de fases) en el caso de maquinas de seis fases y de dos por tres fases resulta â?" con el mismo número de polos magnéticos de un rotor correspondiente â?" un número más elevado de ranuras que en máquinas eléctricas con número de fases más elevado. Un número alto de ranuras limita, sin embargo, el diámetro de los alambres de arrollamiento utilizados con respecto al diámetro del estator. Además, una máquina eléctrica con número más elevado de fases debe fabricarse con mayor precisión.

Por lo demás, el documento EP 2006/122985 A publica una máquina eléctrica de cinco fases con un estator con un cuerpo de núcleo, que presenta en sui periferia una división de ranuras. Cada arrollamiento y cada ranura de un grupo de ranuras que se extiende alrededor de la división polar están asociados a una fase.

Publicación de la invención La invención publica una máquina eléctrica de varias fases con las características de la reivindicación 1. Una disposición de este tipo tiene la ventaja de que se reducen tanto el ruido magnético como también el ruido de la circulación. Otra ventaja consiste en que se reduce la ondulación de la tensión rectificada del generador y de esta manera se mejoran la potencia y el rendimiento. Otra ventaja consiste en que la estructura sencilla de la máquina se puede utilizar para emplear un procedimiento de fabricación económico y en este caso obtener una calidad todavía mejorada de la realización. Para la formación de una disposición de arrollamiento de la máquina eléctrica de acuerdo con la invención se utilizan, por ejemplo, arrollamientos prefabricados. Éstos se pueden fabricar mecánicamente y se pueden montar mecánicamente en el cuerpo del núcleo (el hierro del estator) , por ejemplo, insertar, introducir o bien enchufar. Los arrollamientos están dispuestos en esta caso radialmente y alineados entre sí en dirección circunferencial. Una máquina eléctrica de cinco fases permite frente a una máquina eléctrica con un sistema de dos por tres fases o bien una máquina eléctrica de seis fases un diámetro mayor del alambre, puesto que a partir del número más reducido de las ranuras con el mismo diámetro del estator (diámetro del estator) resulta una superficie mayor de las ranuras con un número de polos y un circuito de arrollamiento correspondientemente iguales. Debido al diámetro mayor del alambre, la robustez y la capacidad de carga mecánica de la máquina eléctrica son más altas. Además, el número más reducido de ranuras posibilita unos límites de tolerancia de fabricación más altos. Al mismo tiempo el comportamiento de ruido de una máquina eléctrica de cinto fases es más favorable que en una máquina eléctrica de tres fases. Por posición radial debe entenderse la posición exacta en dirección radial para el arrollamiento en las cabezas de arrollamiento.

En particular, está previsto que las conexiones de cabeza de arrollamiento respectivas de un arrollamiento están dispuestos en una posición radial aproximadamente unitaria y específica para cada arrollamiento.

Con ventaja está previsto que el número de las ranuras corresponda a un múltiplo del número de las fases. De esta manera es posible un llamado arrollamiento del diámetro, que es de mayor rendimiento.

De acuerdo con un desarrollo de la invención, está previsto que el número de las posiciones radiales corresponda al

número de las fases o a un múltiplo del número de las fases. Con un número de las fases de cinco, el número de las capas radiales (número de las posiciones radiales) de las uniones de cabeza de arrollamiento es en particular igualmente de cinco, de manera que resulta una disposición del arrollamiento constituido de manera especialmente sencilla y robusta.

Además, está previsto que los arrollamientos sean arrollamientos sencillos o arrollamientos distribuidos. En el caso de un arrollamiento sencillo, las uniones de las cabezas de arrollamiento que se conectan en las secciones de arrollamiento, se extienden después de la salida axial desde la ranura en una dirección circunferencial, o bien esencialmente en una dirección circunferencial. En el caso de un arrollamiento distribuido, las uniones de la cabeza de arrollamiento que se conectan en las secciones de arrollamiento, se extienden después de la salida axial desde la ranura esencialmente igualmente distribuidas en ambas direcciones circunferenciales. Los arrollamientos de inserción configurados como arrollamientos sencillos se pueden introducir fácilmente en el cuerpo del núcleo. Puesto que cada una de las uniones de las cabezas de arrollamiento está insertada en una posición radial asociada a ella, el relleno de las ranuras con las secciones de arrollamiento correspondientes en el caso de arrollamientos sencillos es, sin embargo, sólo reducido. A través de la utilización de arrollamientos distribuidos se eleva el relleno de las ranuras. Durante el relleno con arrollamientos sencillos resultan, con el mismo factor de llenado, frente al arrollamiento distribuido unas fuerzas de montaje más elevadas, con lo que resulta una probabilidad mayor de una aparición de daños en el alambre.

En particular, está previsto que los arrollamientos están configurados como arrollamientos de bucle o como arrollamientos ondulados. Ambos son tipos de arrollamiento, que... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Máquina eléctrica de fases múltiples, en particular generador (1) de fases múltiples, con un estator (3) , que presenta un cuerpo de núcleo (4) que presenta una división circunferencial de las ranuras y una disposición de arrollamiento (5) con varios arrollamientos (45, 46, 47, 48, 49) que forman fases y el número de fases es cinco, en el que cada arrollamiento (45, 46, 47, 48, 49) y cada ranura (35, 36, 37, 38, 39) de un grupo de ranuras que se extiende sobre la división de los polos está asociada a una de las fases y los arrollamientos (45, 46, 47, 48, 49) presentan secciones de arrollamiento (55) que encajan en ranuras (35, 36, 37, 38, 39) correspondientes, entre la cuales está configurada, respectivamente, una unión de la cabeza de arrollamiento (56) , caracterizada porque las uniones de la cabeza de arrollamiento (56) de arrollamientos diferentes (45, 46, 47, 48, 49) están dispuestas radialmente por capas entre sí.

2. Máquina eléctrica de fases múltiples de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque las uniones respectivas de la cabeza de arrollamiento (56) de un arrollamiento (45, 46, 47, 48, 49) están dispuesta en una posición radial unitaria (H, I, J, K, L) .

3. Máquina eléctrica de fases múltiples de acuerdo con una de las reivindicaciones, caracterizada porque el número de las ranuras (35, 36, 37, 38) corresponde a un múltiplo del número de las fases.

4. Máquina eléctrica de fases múltiples de acuerdo con una de las reivindicaciones, caracterizada porque el número de las posiciones radiales (H, I, J, K, L) corresponde al número de las fases o a un múltiplo del número de las fases.

5. Máquina eléctrica de fases múltiples de acuerdo con una de las reivindicaciones, caracterizada porque los arrollamientos (40, 41, 42, 43, 44) son arrollamientos sencillos o arrollamientos distribuidos (45, 46, 47, 48, 49) .

6. Máquina eléctrica de fases múltiples de acuerdo con una de las reivindicaciones, caracterizada porque los arrollamientos (40, 41, 42, 43, 44) están configurados como arrollamientos de bucle o como arrollamientos ondulados (50, 51, 52, 53, 54) .

7. Máquina eléctrica de fases múltiples de acuerdo con una de las reivindicaciones, caracterizada porque cada una de las ranuras (35, 36, 37, 38, 39) presenta una anchura máxima de la ranura (O) que es mayor que el doble del diámetro (P) de un alambre de arrollamiento (60) , del que están arrollados los arrollamientos (45, 46, 47, 48, 49) .

8. Máquina eléctrica de fases múltiples de acuerdo con una de las reivindicaciones, caracterizada porque cada una de las ranuras (35, 36, 37, 38, 39) presenta en su extremo radialmente interior una muesca de ranura (67) , cuya anchura de la muesca de la ranura (N) es menos que el doble del diámetro (P) del alambre de arrollamiento (60) .

9. Máquina eléctrica de fases múltiples de acuerdo con una de las reivindicaciones, caracterizada porque la anchura máxima de la ranura (O) es menor que una altura del tugo (R) del cuerpo del núcleo (4) configurado como paquete de chapas de acero.

10. Máquina eléctrica de fases múltiples de acuerdo con una de las reivindicaciones, caracterizada porque la relación entre la anchura máxima de la ranura (O) y la altura del yugo (R) del paquete de chapas del estator está en el intervalo entre 0, 5 y 0, 9.

11. Máquina eléctrica de fases múltiples de acuerdo con una de las reivindicaciones, caracterizada porque cada una de las ranuras (35, 36, 37, 38, 39) presenta una profundidad de la ranura (Q) , en la que la relación entre la altura del yugo (R) y la profundidad de la ranura (Q) está en el intervalo entre 0, 3 y 0, 5.

12. Máquina eléctrica de fases múltiples de acuerdo con una de las reivindicaciones, caracterizada por un rotor (10) con un número de polos que, multiplicado por el número de fases, da como resultado el número de las ranuras (35, 36, 37, 38, 39) .

13. Máquina eléctrica de fases múltiples de acuerdo con una de las reivindicaciones, caracterizada porque el rotor presenta una parte (30) activa magnéticamente con un diámetro exterior (B) y con una longitud axial (C) , en la que el diámetro exterior (B) es mayor que la longitud (C) de la parte magnéticamente activa (30) .

14. Máquina eléctrica de fases múltiples de acuerdo con una de las reivindicaciones, caracterizada porque el rotor (10) está constituido en tipo de construcción de polos de garras con dos mitades de ruedas polares y presenta un núcleo que se encuentra axialmente entre las mitades de ruedas polares, en la que las garras configuradas esencialmente de forma trapezoidal presentan superficies polares, que están colocadas opuestas al taladro del estator.

15. Máquina eléctrica de fases múltiples de acuerdo con una de las reivindicaciones, caracterizada porque entre los linguetes de garras (13, 14) están dispuestos imanes permanentes (94) para la compensación del flujo de dispersión.

16. Máquina eléctrica de fases múltiples de acuerdo con una de las reivindicaciones, caracterizada porque el cuerpo de núcleo (4) presenta una longitud axial (D) del cuerpo de núcleo y los imanes permanentes (94) presentan una longitud magnética axial (M) esencialmente unitaria, en la que la longitud magnética axial (M) está entre 0, 6 veces y 1, 2 veces la longitud axial (D) del cuerpo de núcleo.

17. Máquina eléctrica de fases múltiples de acuerdo con una de las reivindicaciones, caracterizada por un rectificador en circuito de puente (21) con el que están conectados los arrollamientos (45, 46, 47, 48, 49) .

18. Máquina eléctrica de fases múltiples de acuerdo con una de las reivindicaciones, caracterizada porque el circuito de puente comprende diez elementos de diodos.

19. Máquina eléctrica de fases múltiples de acuerdo con una de las reivindicaciones, caracterizada porque los arrollamientos (45, 46, 47, 48, 49) están conectados en una disposición de pentagrama (71) .

20. Máquina eléctrica de fases múltiples de acuerdo con una de las reivindicaciones, caracterizada porque los arrollamientos (45, 46, 47, 48, 49) están conectados en una disposición de estrella fraccionaria (84) , en la que cada uno de los arrollamientos (45, 46, 47, 48, 49) está constituido por dos lugares de arrollamiento fraccionaros (85, 86) entre sí.

21. Máquina eléctrica de fases múltiples de acuerdo con una de las reivindicaciones, caracterizada porque en cada caso dos linguetes de garras (13, 14) colocados opuestos entre sí en el lado circunferencial, magnetizados en sentido opuesto, presentan una distancia axial (A) de sus puntas de linguetes de garras (15, 16) , en la que la distancia axial (A) de las puntas de linguetes de garras (15, 16) está entre 0, 7 veces y 1, 0 vez la longitud axial (D) del cuerpo de núcleo.

22. Máquina eléctrica de fases múltiples de acuerdo con una de las reivindicaciones, caracterizada porque los linguetes de garras (13, 14) presentan un chaflán en sus cantos ascendentes (98â?) y/o en sus cantos descendentes (98) con respecto a la dirección circunferencial.

23. Máquina eléctrica de fases múltiples de acuerdo con una de las reivindicaciones, caracterizada porque la relación entre la altura del yugo (R) y la periferia exterior del estator es inferior a 0, 015.

24. Máquina eléctrica de fases múltiples de acuerdo con una de las reivindicaciones, caracterizada por al menos un ventilador radial (25, 26) , que está montado en una superficie frontal axial el rotor, en la que el ventilador radial (25, 26) genera una corriente de aire predominantemente radial, que está dirigida sobre una parte de las uniones de la cabeza de arrollamiento (56) , que forman dos cabeza de arrollamiento (27, 28) , de los arrollamientos (45, 46, 47, 48, 49) .

25. Máquina eléctrica de fases múltiples de acuerdo con una de las reivindicaciones, caracterizada porque los arrollamientos están conectados entre sí, en la que la conexión está dispuesta en la proximidad de una cabeza de arrollamiento o en el rectificador.

26. Máquina eléctrica de fases múltiples de acuerdo con la reivindicación 24, caracterizada porque los arrollamientos están conectados entre sí en puntos de conexión, de manera que al menos dos arrollamientos a conectar salen desde las ranura vecinas.

27. Procedimiento para la fabricación de una máquina eléctrica de varias fases, en particular de una máquina eléctrica de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores, con un estator, que presenta un cuerpo de núcleo que presenta una división circunferencial de la ranura y una disposición de airamiento con varios arrollamientos que forman fases, en el que el número de las fases es cinco y para la creación del estator se montan una pluralidad de números de fases de forma secuencial en el cuerpo del núcleo, de manera que los arrollamientos presentan secciones de arrollamiento insertadas en ranuras asociadas, entre las que está configurada en cada caso una unión de la cabeza de arrollamiento y las uniones de la cabeza de arrollamiento de los arrollamientos individuales son estratificada radialmente por capas entre sí.

28. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 27, caracterizado porque los arrollamientos son arrollados como arrollamientos sencillos.

29. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 28, caracterizado porque se montan arrollamientos radialmente directamente vecinos desplazados con un desplazamiento de las ranuras entre sí en el cuerpo de núcleo y el desplazamiento de las ranuras 5â?m+4 ranuras, de manera que m es un número entero mayor o igual a 0.

30. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 27, caracterizado porque los arrollamientos son arrollados como abollamientos distribuidos.

31. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 30, caracterizado porque se montan arrollamientos radialmente directamente vecinos desplazados con un desplazamiento de las ranuras entre sí en el cuerpo de núcleo y el 12 5

desplazamiento de las ranuras 5â?m+1 ranuras, de manera que m es un número entero mayor o igual a 0.

32. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 27 a 31, caracterizado porque los arrollamientos son configurados como arrollamientos de bucle o como arrollamientos ondulados.

33. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 27 a 32, caracterizado porque para la creación del estator se realizan las etapas siguientes:

- inserción de capas de los arrollamientos en un paquete de chapas de estator que presenta dos extremos de paquetes de chapa de estator,

- flexión redonda del paquete de chapas de estator con abollamientos de inserción y

- conexión por unión el material de los dos extremos de los paquetes de chapas de estator, de manera que resulta un cuerpo de núcleo cilíndrico del estator.

34. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 27 a 33, caracterizado porque las uniones de la cabeza de arrollamientos forman cabezas de arrollamientos, que son estampadas antes de la inserción de los airamiento en el paquete plano de estator y adoptan a través de la estampación una forma predeterminada, en el que la altura total de todos los arrollamientos estratificados entre sí corresponde aproximadamente a la profundidad de la ranura.

35. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 27 a 34, caracterizado porque las secciones de los arrollamientos son estampada antes de la inserción de los arrollamientos en el plano de estator plano y porque a través de la estampación adoptan una forma predeterminada, de manera que se adapta a la sección transversal de la ranura.

36. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 27 a 35, caracterizado porque para la creación del estator se realizan las siguientes etapas:

- prefabricación de los arrollamientos a partir de al menos un alambre de arrollamiento continuo en una forma de unidades de arrollamiento en forma de anillo esencialmente planas, -conformación de unidades de arrollamiento en forma de anillo en unidades de arrollamiento en forma de estrella con secciones de arrollamiento, entre la que está configurada, respectivamente, una unión de la cabeza de arrollamiento y -montaje siguiente superpuesto de los arrollamientos radiales directamente adyacentes en la cabeza de arrollamiento alrededor de un número predeterminado de divisiones de la ranura desplazados entre sí en las ranuras de un cuerpo de núcleo cilíndrico.

37. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación anterior, caracterizado porque las unidades de airamiento en forma de estrella están divididas esencialmente en dos mitades y son giradas alrededor de una división polar entre sí, de manera que resultan unidades de arrollamiento para arrollamientos distribuidos.