Un procedimiento para fabricar una bobina inductora a partir de un par de chapas conductoras (10,

12) que comprende:

cortar cada chapa referida (10, 12) con un patrón para producir una serie de bandas conductoras (18, 22) y muescas;

enrollar dichas chapas cortadas (10, 12) para dar tubos telescópicos interno y externo;

envolver dicho tubo interno;

insertar dicho tubo interno envuelto dentro de dicho tubo externo;

envolver dicho tubo externo;

acoplar dichas bandas conductoras (18, 22) de dicho tubo interno a dichas bandas conductoras (18, 22) de dicho tubo externo para formar la bobina helicoidal de inducción;

y después de las anteriores etapas, dotar a las envolturas y a las muescas de un material aislante de encapsulación

Inducido para un dispositivo electromotriz.

Campo de la invención

La presente invención versa acerca de dispositivos electromotrices y más en particular acerca de un inducido de núcleo no magnético para un motor eléctrico.

Antecedentes de la invención

Los fabricantes de electromotores y, en particular, los fabricantes de motores de CC han empleado tradicionalmente técnicas de bobinado de hilo o de bobina de circuito impreso para fabricar inducidos de núcleo no magnético, que se mueven en un flujo magnético en el entrehierro. Sin embargo, existen varios problemas asociados con estos diseños. Los motores de núcleo magnético tienen hilo enrollado a través de un núcleo de material permeable magnéticamente y se corta el núcleo magnético para minimizar el entrehierro, pero los motores de núcleo magnético tienen más masa en el inducido que los motores de núcleo no magnético.

En el receptáculo del bobinado de hilo, se enrolla el hilo aislado en una configuración de múltiples capas para formar la bobina que lleva la corriente con una relación específica de conductor con respecto al volumen de aislamiento conocida como densidad de empaquetamiento. Con un hilo circular típico de bobina, el material de aislamiento y las oquedades inherentes en esta construcción de bobina conllevan una densidad de empaquetamiento del conductor que no llega a ser óptima. Si se utilizan conductores cuadrados o rectangulares para el bobinado del inducido, se aumentan tanto la densidad de empaquetamiento de la bobina como el volumen total del conductor dentro del entrehierro magnético. Normalmente, el hilo de bobina es hilo circular que consiste en un conductor eléctrico (cobre o aluminio) rodeado por una capa de aislamiento encima de la cual hay una capa de unión para una estabilidad estructural. En la mayoría de bobinados de hilo del inducido de este tipo de la técnica anterior, la densidad de empaquetamiento del conductor es de aproximadamente el 60%. Si se utiliza hilo cuadrado en la producción tradicional de inducido en vez de hilo circular, se aumenta la densidad de empaquetamiento del conductor hasta el 70-80%. Sin embargo, los fabricantes prefieren utilizar hilo circular debido a su menor coste de material y de mano de obra y la facilidad para fabricarlo. Por lo tanto, existe una necesidad de un nuevo diseño de inducido que sea rentable para producir y que tenga como resultado una mayor densidad de empaquetamiento del conductor al igual que un mayor volumen de conductor en el entrehierro magnético. Algunos inducidos de núcleo no magnético están enrollados con hilo de forma angular, permitiendo una unión de conductor a conductor para facilitar la fabricación y la integridad estructural, que es menos eficaz debido a que el flujo de electrones debería ser a 90 grados con respecto al recorrido del flujo magnético para una máxima eficacia. Los inducidos enrollados de forma angular exhiben menos par por el seno del ángulo de la corriente con respecto al campo magnético. La estructura de los inducidos envueltos con hilo hace que sea difícil producir inducidos largos de pequeño diámetro con una resistencia adecuada para soportar fuerzas centrífugas destructivas de aplicaciones de altas RPM.

Los inducidos construidos mediante técnicas de fabricación de circuito impreso implican que se formen devanados del rotor como circuitos impresos flexibles. Los circuitos impresos son circuitos en los que se aplica el material conductor a una base aislada de soporte por medio de adhesivos y son grabados desde un lado. Sin embargo, la cantidad de conductor eléctrico en este caso se ve comprometida, dado que múltiples capas de trazas aisladas de circuito impreso tienden a tener como resultado una pared más gruesa del inducido y una menor densidad de empaquetamiento del conductor. La densidad de empaquetamiento de este tipo de inducido se ve reducida debido al volumen de material de aislamiento del circuito impresor flexible utilizado para soportar los bucles conductores durante su fabricación. La reducción del grosor de la pared del inducido con envolturas delgadas de trazas de circuito impreso tiende a debilitar las paredes del inducido y producir una mayor resistencia eléctrica debido a las trazas más estrechas y delgadas del conductor. Una mayor resistencia eléctrica tiene como resultado un aumento no deseado del calor y de la disipación de energía del motor, provocando por lo tanto pérdidas de potencia iguales a P = I'-R. De forma alternativa, trazas más anchas de circuito impreso mejoran el rendimiento del motor al reducir la resistencia eléctrica de la traza, pero permiten corrientes parásitas, que reducen la ganancia total al aumentar de nuevo la resistencia eléctrica efectiva. Se puede hallar una construcción de circuito impreso en motores con un mayor entrehierro en la que se utilizan múltiples capas para crear bobinas de múltiples vueltas, para aumentar la longitud del conductor en el campo magnético. Esto tiene como resultado una estructura más gruesa del inducido y un mayor entrehierro magnético. Estos circuitos flexibles se utilizan principalmente en aplicaciones de motores sin escobillas en los que se mantienen estacionarios los bobinados y se gira el imán. El mayor número de bobinados crea un inducido de mayor inductancia y de mayor resistencia eléctrica.

Se han realizado diversos intentos en la técnica anterior para mejorar el rendimiento de los inducidos de núcleo no magnético. Por ejemplo, la patente U.S. nº 3.944.857 de Faulhaber da a conocer un inducido de núcleo de aire o de núcleo no magnético para máquinas electrodinámicas que tienen una tira aislante alargada enrollada para formar una estructura espiral compuesta de un número de capas sucesivas de forma radial. Un bobinado del inducido comprende al menos una bobina del inducido y cada bobina comprende un número de devanados componentes interconectados eléctricamente. Cada bobina está formada de secciones conductoras interconectadas eléctricamente, impresas en ambos lados de la tira aislante. Por desgracia, esta disposición no optimiza la configuración de los bobinados, de forma que produzcan un par óptimo.

La patente U.S. nº 3.816.907 da a conocer una bobina inductora con las características del preámbulo de la reivindicación independiente 9. Para formar patrones primero y segundo de conductores, se laminó y se grabó un tubo primero y segundo de fibra de vidrio.

La patente U.S. nº 3.805.104 de Margrain está dirigida a un cilindro aislante hueco con conductores que están colocados sobre un soporte tubular metálico interno que está soportado por un disco terminal en un extremo, y está abierto en el otro extremo, estando abocardado el extremo abierto para darle rigidez. El cilindro tiene aislamiento, estando los conductores eléctricos en forma de circuito impreso o laminado. Sin embargo, este tipo de dispositivo hace que el factor de densidad de empaquetamiento se vea comprometido y no produce un par óptimo.

El documento no revela la dotación de un material aislante de encapsulación a una bobina inductora montada.

La ley de Lorentz para dispositivos electromotrices es F = I × L × B; en la que F = fuerza, I = corriente, L = longitud del conductor, B = densidad del flujo magnético. La teoría de la ley de Lorentz según se aplica a los motores eléctricos está ilustrada claramente en las Figuras 10a, b y c. La Fig. 10a ilustra el entorno que podemos ver en los inducidos tradicionales enrollados con hilo que están en uso en la actualidad. Los conductores enrollados con hilo deben tener un aislamiento de hilo que reduce la densidad de empaquetamiento del portador y de ese modo la densidad de corriente por unidad de área, y de ese modo la incapacidad de montar de manera uniforme el inducido de tal forma que se cortan un máximo de líneas de flujo. Además, los inducidos enrollados con hilo deben estar enrollados con un ángulo, creando de ese modo un ángulo entre los vectores cruzados de corriente y el flujo magnético que es menor que los noventa grados máximos deseados para producir la mayor fuerza.

La Fig. 10b ilustra los portadores de tira metálica prevista por una realización de la invención dada a conocer en el presente documento. Se puede observar que un corte transversal cuadrado de la Fig. 10b permitirá una mayor proximidad del portador de corriente con lado plano al medio del que emana/termina el flujo magnético en el entrehierro entre el flujo/conductor de corriente y dicho medio en el que existe la mayor densidad de flujo. El corte transversal redondo de un inducido convencional enrollado con hilo no permite tal proximidad estrecha del portador de corriente y del portador de campo...

1. Un procedimiento para fabricar una bobina inductora a partir de un par de chapas conductoras (10, 12) que comprende:

cortar cada chapa referida (10, 12) con un patrón para producir una serie de bandas conductoras (18, 22) y muescas;

enrollar dichas chapas cortadas (10, 12) para dar tubos telescópicos interno y externo;

envolver dicho tubo interno;

insertar dicho tubo interno envuelto dentro de dicho tubo externo;

envolver dicho tubo externo;

acoplar dichas bandas conductoras (18, 22) de dicho tubo interno a dichas bandas conductoras (18, 22) de dicho tubo externo para formar la bobina helicoidal de inducción;

y después de las anteriores etapas, dotar a las envolturas y a las muescas de un material aislante de encapsulación.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el material de encapsulación comprende poliimida.

3. El procedimiento de la reivindicación 1 o 2, en el que la envoltura comprende una hebra (46) de fibra.

4. El procedimiento de la reivindicación 3, en el que la envoltura comprende fibra de vidrio.

5. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende, además, aislar eléctricamente un volante (57) conductor térmicamente, y montar el volante (57) en la bobina.

6. El procedimiento de la reivindicación 5, en el que el aislamiento térmico del volante (57) comprende anodizar una superficie externa del volante (57), y el montaje del volante (57) en la bobina comprende colocar el volante (57) de forma que la superficie exterior anodizada se encuentre en contacto con la porción interna del bobinado (42).

7. El procedimiento de la reivindicación 4, en el que las chapas conductoras (10, 12) están cortadas mediante ataque químico.

8. El procedimiento de la reivindicación 7, en el que las chapas conductoras (10, 12) son grabadas desde ambos lados.

9. Una bobina inductora para un dispositivo electromotriz, que comprende:

un par de chapas metálicas conductoras (10, 12) que comprenden una pluralidad de bandas conductoras (18, 22), estando cada una separada de una banda conductora adyacente por un espacio;

estando formadas las chapas conductoras en cilindros interno y externo;

estando envuelta la superficie externa del cilindro interno por una hebra continua no conductora (46) de fibra una pluralidad de veces para formar una capa de aislamiento,

estando insertado el cilindro interno envuelto dentro del cilindro externo, formando los cilindros interno y externo porciones de bobinado (42, 44), en la que la hebra (46) de fibra forma un entrehierro entre las porciones de bobinado interna y externa (42, 44), estando acoplada eléctricamente cada una de las bandas conductoras (22) de una de las porciones de bobinado (42) a una de las bandas conductoras (18) de la otra porción de bobinado (44) para formar la bobina inductora, caracterizada porque

el cilindro externo está envuelto por una hebra continua no conductora de fibra una pluralidad de veces para formar una capa de aislamiento,

un material aislante de encapsulación que llena el material de fibra de las capas de aislamiento, y llena el espacio entre bandas conductoras adyacentes del cilindro externo y llena el espacio entre bandas conductoras adyacentes del cilindro interno.

10. La bobina inductora de la reivindicación 9, en la que el material de encapsulación comprende poliimida.

11. La bobina inductora de la reivindicación 9, en la que la hebra no conductora (46) de fibra comprende fibra de vidrio.

12. La bobina inductora de la reivindicación 9, en la que cada uno de los espacios que separan las bandas conductoras (18, 22) es menos de 1,5 veces el grosor de cada una de las bandas conductoras (18, 22).

13. La bobina inductora de la reivindicación 9, en la que cada una de las porciones de bobinado (42, 44) comprende cobre mecanizado y laminado.

14. La bobina inductora de la reivindicación 9, que comprende, además, un volante (57) conductor térmicamente aislado eléctricamente acoplado dentro de las porciones de bobinado (42, 44).

15. La bobina inductora de la reivindicación 9, en la que el aislamiento eléctrico comprende una superficie externa anodizada del volante (57), haciendo contacto la superficie externa anodizada con las porciones de bobinado (42, 44).

16. La bobina inductora de la reivindicación 9, en la que cada una de las bandas conductoras (18, 22) comprende una resistencia a la tracción superior a 275.790 kPa.

17. La bobina inductora de la reivindicación 9, en la que cada una de las bandas conductoras (18, 22) comprende una carga de fluencia superior a 206.843 kPa.

18. La bobina inductora de la reivindicación 9, en la que cada una de las bandas conductoras (18, 22) comprende un porcentaje de alargamiento menor del 20%.

19. La bobina inductora de la reivindicación 9, en la que cada una de las bandas conductoras (18, 22) comprende una dureza superior al número Brunell de 70.

20. La bobina inductora de la reivindicación 9, en la que la hebra continua no conductora (46) de fibra se extiende en torno a la circunferencia de la porción interna del bobinado (42) desde uno de los extremos de la porción interna del bobinado hasta el otro extremo de la porción interna del bobinado.

21. La bobina inductora de la reivindicación 20, que comprende, además, una segunda hebra continua no conductora de fibra que se extiende en torno a la circunferencia de la capa de aislamiento una pluralidad de veces desde un extremo de la porción interna del bobinado (42) hasta el otro extremo de la porción interna del bobinado (42) para formar una segunda capa de aislamiento entre las porciones de bobinado interna y externa (42, 44).

22. La bobina inductora de la reivindicación 21, en la que el material que encapsula la bobina impregna la segunda capa de aislamiento.

23. La bobina inductora de la reivindicación 9, en la que la hebra continua no conductora (46) de fibra comprende un grosor de entre 0,00762 - 0,01905 mm.