MÁQUINA ELÉCTRICA ROTATIVA Y PROCEDIMIENTO DE FABRICACIÓN.

Una máquina eléctrica rotativa que comprende un estator, de tal modo que el estator comprende un circuito magnético (1) de estructura hojosa,

o en hojas, que comprende un apilamiento de hojas metálicas magnéticas dispuestas sensiblemente paralelas a un plano perpendicular al eje de rotación del rotor de la máquina, de manera que el circuito magnético comprende una pluralidad de dientes, de forma que los dientes delimitan unas entalladuras o muescas orientadas longitudinalmente, habiéndose dispuesto unos hilos conductores de la electricidad dentro de las muescas, de manera que la relación entre la suma de las secciones de los cuadrados circunscritos trazados en torno a la sección de cada hilo conductor, y la sección útil de muesca es, para cada muesca, superior a 0,7, de tal modo que los hilos de muesca están inmovilizados por una composición de impregnación (8) de muesca que contiene una resina termoendurecible y una carga (81) de granulometría tal, que el tamaño medio de las partículas de que está constituida es inferior a aproximadamente 15 m, y tal, que al menos aproximadamente el 80% en masa de las partículas tienen un tamaño inferior a 25 m, comprendiendo dicha composición de impregnación de muesca al menos el 65% en masa de dicha carga

La presente invención se refiere a las máquinas eléctricas rotativas, motrices o generadoras, y, más precisamente, a los estatores de estas.

En una construcción o estructura habitual, el estator de tales máquinas comprende un circuito magnético y bobinados de hilos conductores de la electricidad, realizados, en general, de hilo de cobre aislado, a 5 menudo de sección redonda. En cuanto al circuito magnético, este es de estructura hojosa o en hojas; está constituido por un apilamiento de hojas metálicas magnéticas. Cada hoja metálica está recortada con el propósito de incorporar unas entalladuras o muescas delimitadas por unos dientes, de tal modo que las muescas constituyen el alojamiento de los hilos conductores eléctricos. Este principio de disposición del estator se ha aplicado de forma generalizada en las máquinas sincrónicas o asincrónicas. 10

Existen aplicaciones para las que es deseable alcanzar, a la vez, potencias importantes y una gran compacidad del motor. Por dar solo un ejemplo concreto, cuando se pretende instalar motores eléctricos de tracción en las ruedas de vehículos automóviles, es deseable poder desarrollar potencias de una magnitud de al menos 10 kW por motor, e incluso, la mayor parte del tiempo, de al menos 25 kW o 30 kW por motor, para un peso lo más pequeño posible, a fin de no hacer demasiado pesadas las masas no suspendidas. Es igualmente 15 deseable que el volumen sea también muy reducido, de manera que no sobrepase, o sobrepase lo menos posible, el volumen interior de la rueda para no interferir o interponerse con los elementos del vehículo durante las sacudidas de la suspensión y durante otros tipos de movimiento de la rueda con respecto a la carrocería del vehículo.

Estos imperativos (potencia elevada, volumen ocupado y peso pequeños) hacen que sea muy 20 problemática la implantación de motores eléctricos de tracción en las ruedas de los vehículos de turismo, salvo que se mejore radicalmente la relación de peso / potencia de las máquinas eléctricas actualmente disponibles en el mercado.

Por otra parte, es necesario contener el calentamiento debido a las pérdidas de las máquina por debajo de ciertos límites, so pena de provocar degradaciones irreversibles, en particular, en el aislamiento de 25 los conductores eléctricos. Las calorías producidas en los conductores del estator deben, por tanto, ser evacuadas de un modo tan eficaz como sea posible.

En las aplicaciones más exigentes, es ya una práctica bien conocida refrigerar las máquinas eléctricas rotativas por medio de un líquido. En este caso, una circulación forzada del líquido se produce en el interior mismo de la máquina eléctrica rotativa, principalmente en el estator en el que se encuentran las bobinas 30 eléctricas, a fin de conducir las calorías al exterior por medio de un intercambiador de calor.

Con el fin de mantener mecánicamente los conductores eléctricos en sus muescas, reforzar el aislamiento eléctrico y también, al objeto de contribuir a un intercambio térmico por conducción, es ya conocida la práctica de impregnar los conductores eléctricos en la resina que rellena las diferentes muescas y que recubre los rodetes existentes a un lado y a otro del estator. 35

Por ejemplo, el documento US 3.874.073 así como el documento US 4.128.527 proponen composiciones cuyas partículas son de tamaño comprendido entre 74 m y 1.400 m, a la vez que indican que el tamaño de las partículas no deberá ser inferior a 70 m, condición en cuyo defecto la composición se vuelve demasiado viscosa. En cuanto al procedimiento de impregnación, la Patente US 3.710.437 propone hacer vibrar el conjunto que se ha de impregnar. 40

Desgraciadamente, si la impregnación de los conductores por la resina se revela indispensable en los motores de altas prestaciones, las resinas utilizadas para impregnar los conductores dentro de las muescas son materiales relativamente malos conductores del calor. Se conoce también la práctica de utilizar, para impregnar los conductores de los rodetes, resinas cargadas, mejoras conductoras del calor. Desgraciadamente, las resinas que se utilizan en los rodetes no son apropiadas para la impregnación de los 45 conductores situados dentro de los rodetes. Las cargas no pueden penetrar en los pequeños intersticios que quedan libres dentro de las muescas, y ello tanto más cuanto que, en los motores de altas prestaciones, lo que se busca es alcanzar una proporción elevada de rellenado de las muescas con cobre.

Además, la evacuación de las calorías generadas dentro de las muescas resulta problemática. En efecto, a menudo quedan defectos de impregnación, es decir, burbujas (aire, productos de desgasificación) 50 que quedan aprisionadas en el interior de la masa de conductores y de resina. La consecuencia de ello es que el intercambio térmico en el lugar en que existen estos defectos de impregnación es de un rendimiento aún bastante más bajo, ya que no puede efectuarse por conducción. Resulta de ello una elevación local de la temperatura, perjudicial para una buena conservación de los aislantes eléctricos utilizados, lo que tiene como consecuencia fenómenos de chasquidos o sacudidas térmicas de las máquinas eléctricas rotativas. 55

La invención tiene como propósito mejorar radicalmente los comportamientos térmicos de las máquinas eléctricas rotativas. Tiene como propósito llevar a cabo una impregnación mucho más homogénea y de una calidad mucho mayor de los conductores eléctricos situados dentro de las muescas. El propósito de esta es permitir la impregnación por una resina que sea lo suficientemente buena conductora térmica. Esto es de particular importancia si lo que se pretende es elevar el par nominal de una máquina eléctrica rotativa. A este fin, 5 se desea poder inyectar una corriente lo más elevada posible. Ello tiene como consecuencia inevitables pérdidas por efecto Joule, por el cual se producen calorías con origen en los conductores situados en las muescas y en los rodetes y que es necesario evacuar tan eficazmente como sea posible.

A este efecto, la invención propone una máquina eléctrica rotativa que presenta las características de las reivindicaciones independientes 1 y 2. La invención se refiere a una máquina eléctrica 10 rotativa que comprende un estator, de tal manera que el estator comprende un circuito magnético de estructura hojosa, o en hojas, el cual comprende un apilamiento de hojas metálicas magnéticas dispuestas sensiblemente paralelas a un plano perpendicular al eje de rotación del rotor de la máquina, de tal modo que el circuito magnético comprende una pluralidad de dientes, delimitando los dientes unas entalladuras o muescas orientadas longitudinalmente, de modo que unos hilos conductores de la electricidad se disponen dentro de las muescas de 15 forma tal, que la relación entre la suma de las secciones de los cuadrados circunscritos trazados alrededor de la sección de cada hilo conductor, y la sección útil de muesca es, para cada muesca, superior a 0,7. Los hilos eléctricos son inmovilizados dentro de las muescas por medio de una composición de impregnación de muesca que contiene una resina termoendurecible y una carga, de tal manera que dicha composición de impregnación de muesca comprende al menos el 65% en masa de dicha carga. 20

La relación anteriormente indicada denota una proporción de rellenado de las muecas por los hilos conductores muy elevada. Se trata de construir máquinas de gran potencia en relación con su masa.

Bajo un primer aspecto, la granulometría de la carga de la composición de impregnación de muesca es tal, que el tamaño medio de las partículas de que está constituida es inferior a aproximadamente 15 m, y es tal, que al menos aproximadamente el 80% en masa de las partículas tiene un tamaño inferior a 25 m. 25

De hecho, la caracterización de la carga que se ha indicado en lo anterior no es independiente del diámetro, o, más generalmente, del tamaño de la sección de los hilos conductores utilizados. Si la caracterización indicada está muy bien adaptada a hilos cuyo diámetro es del orden de 1,2 mm a 1,5 mm, estando ellos mismos bien adaptados a máquinas de gran potencia por unidad de masa a las que se refiere la invención, puede también considerarse que, bajo otro aspecto, la granulometría de la carga es tal, que el tamaño 30 máximo de las partículas de las que está constituida es inferior a 0,045*, siendo  el diámetro de los hilos conductores de la electricidad dispuestos en las muescas.... [Seguir leyendo]

1. Una máquina eléctrica rotativa que comprende un estator, de tal modo que el estator comprende un circuito magnético (1) de estructura hojosa, o en hojas, que comprende un apilamiento de hojas metálicas magnéticas dispuestas sensiblemente paralelas a un plano perpendicular al eje de rotación del rotor de la 5 máquina, de manera que el circuito magnético comprende una pluralidad de dientes, de forma que los dientes delimitan unas entalladuras o muescas orientadas longitudinalmente, habiéndose dispuesto unos hilos conductores de la electricidad dentro de las muescas, de manera que la relación entre la suma de las secciones de los cuadrados circunscritos trazados en torno a la sección de cada hilo conductor, y la sección útil de muesca es, para cada muesca, superior a 0,7, de tal modo que los hilos de muesca están inmovilizados por una 10 composición de impregnación (8) de muesca que contiene una resina termoendurecible y una carga (81) de granulometría tal, que el tamaño medio de las partículas de que está constituida es inferior a aproximadamente 15 m, y tal, que al menos aproximadamente el 80% en masa de las partículas tienen un tamaño inferior a 25 m, comprendiendo dicha composición de impregnación de muesca al menos el 65% en masa de dicha carga.

2. Una máquina eléctrica rotativa que comprende un estator, de tal modo que el estator comprende un 15 circuito magnético (1) de estructura hojosa, o en hojas, que comprende un apilamiento de hojas metálicas magnéticas dispuestas sensiblemente paralelas a un plano perpendicular al eje de rotación del rotor de la máquina, de manera que el circuito magnético comprende una pluralidad de dientes, de forma que los dientes delimitan unas entalladuras o muescas orientadas longitudinalmente, habiéndose dispuesto unos hilos conductores de la electricidad dentro de las muescas, de manera que la relación entre la suma de las secciones 20 de los cuadrados circunscritos trazados en torno a la sección de cada hilo conductor, y la sección útil de muesca es, para cada muesca, superior a 0,7, de tal modo que los hilos de muesca están inmovilizados por una composición de impregnación (8) de muesca que contiene una resina termoendurecible y una carga (81) de granulometría tal, que el tamaño máximo de las partículas de que está constituida es inferior a 0,045*, siendo  el diámetro de los hilos conductores eléctricos (2) dispuestos en las muescas, comprendiendo dicha composición 25 de impregnación de muesca al menos el 65% en masa de dicha carga.

3. Una máquina de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 y 2, en la cual la granulometría de la carga (81) es tal, que a lo sumo el 3% en masa de las partículas tienen un tamaño superior a 50 m.

4. Una máquina de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, en la cual dicha composición de impregnación de muesca comprende al menos el 70% en masa de dicha carga. 30

5. Una máquina de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, en la cual la carga de la composición de impregnación de muesca se ha escogido de entre el grupo constituido por harina o polvo de sílice, cuarzo, nitruro de aluminio y aluminio.

6. Una máquina de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, en la cual la granulometría de la carga de la composición de impregnación (8) de muesca es tal, que el tamaño medio de las partículas es inferior a 35 aproximadamente 10 m, y tal, que al menos aproximadamente el 80% en masa de las partículas tienen un tamaño inferior a 20 m.

7. Una máquina de acuerdo con la reivindicación 6, en la cual la granulometría de la carga de la composición de impregnación (8) de muesca es tal, que no más de aproximadamente el 3% en masa de las partículas tienen un tamaño superior a 45 m. 40

8. Una máquina de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, que comprende unos rodetes (3) en los dos extremos axiales del circuito magnético, de tal modo que los conductores situados dentro de los rodetes están impregnados por una composición de impregnación (6) de rodete que contiene una resina termoendurecible y una carga (61) de granulometría más elevada que la granulometría de la carga de la composición de impregnación de muesca. 45

9. Una máquina de acuerdo con la reivindicación 8, en la cual la granulometría de la carga de la composición de impregnación de rodete es tal, que comprende aproximadamente del 30% al 55% en masa de partículas cuyo tamaño está comprendido entre 500 m y 1.000 m, comprende aproximadamente del 25% al 45% en masa de partículas cuyo tamaño está comprendido entre 200 m y 600 m, de manera que el resto está constituido por al menos el 5% en masa de partículas de las cuales al menos el 80% en masa tiene un tamaño 50 inferior a 25 m y a lo sumo el 3% en masa tiene un tamaño superior a 50 m.

10. Una máquina de acuerdo con la reivindicación 9, en la cual la granulometría de la carga de la

composición de impregnación de rodete es tal, que comprende una parte restante constituida por al menos el 5% en masa de partículas de las cuales al menos el 80% en masa tienen un tamaño inferior a 20 m y a lo sumo el 3% en masa tienen un tamaño superior a 45 m.

11. Una máquina de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, en la cual el circuito magnético (1) de estructura en hojas está montado en el interior de una carcasa (4) hecha de material metálico. 5

12. Un procedimiento de fabricación de un estator de máquina eléctrica rotativa, de tal modo que dicho estator comprende un circuito magnético de estructura hojosa, o en hojas, que comprende un apilamiento de hojas metálicas dispuestas sensiblemente paralelas a un plano perpendicular al eje de rotación del rotor de la máquina, de manera que el circuito magnético comprende una pluralidad de dientes, de forma que los dientes delimitan unas entalladuras o muescas orientadas longitudinalmente, el cual comprende las siguientes etapas: 10

- instalar hilos eléctricos conductores en las muescas y formar unos rodetes en los dos extremos axiales del circuito magnético;

- instalar según un eje vertical el conjunto que comprende el circuito magnético que soporta los conductores situados dentro de las muescas y los rodetes;

- impregnar en vacío los conductores situados dentro de las muescas con una composición de 15 impregnación de muesca que comprende una resina termoendurecible y una carga;

- proceder a la polimerización de la composición.

13. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 12, en el cual la etapa de impregnar en vacío los conductores situados dentro de las muescas permite efectuar la impregnación de los conductores situados dentro de los rodetes con la misma composición de impregnación. 20

14. Un procedimiento de fabricación de un estator de máquina eléctrica rotativa de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 y 13, que comprende las siguientes etapas:

- después de haber instalado según un eje vertical el conjunto que comprende el circuito magnético que soporta los conductores dentro de las muescas y los rodetes, y antes de impregnar en vacío los conductores situados dentro de las muescas, impregnar el primer rodete, en posición axialmente superior, con 25 una composición de impregnación de rodete, la cual comprende una resina termoendurecible y una carga de granulometría elevada;

- devolver o restituir dicho conjunto e instalarlo de nuevo según un eje vertical, de tal manera que el primer rodete pasa a ser el rodete inferior;

- impregnar en vacío los conductores situados dentro de las muescas con una composición de 30 impregnación de muesca que comprende una resina termoendurecible y otra carga de granulometría más pequeña que la granulometría de la carga de la primera composición;

- impregnar el segundo rodete con una composición de impregnación de rodete, la cual comprende una resina termoendurecible y una carga de granulometría elevada;

- proceder a la polimerización de dichas composiciones. 35

15. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 14, en la cual, antes de la impregnación del segundo rodete, se lleva a cabo una etapa de polimerización, al menos parcial, de al menos la composición de impregnación de muesca.

16. Un procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 a 15, para un estator de máquina cuyo rotor está montado en el interior del estator, en el cual el conjunto que comprende el circuito magnético que 40 soporta los conductores dentro de las muescas y los rodetes, es aprisionado, antes de la primera etapa de impregnación, entre una carcasa exterior que forma parte del motor final y un núcleo interior amovible que ocupa sensiblemente el volumen reservado para el motor.

17. Un procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 a 16, en el cual, durante la impregnación de los conductores situados dentro de las muescas, se introduce en vacío la cantidad total de 45 composición de impregnación de muesca sucesivamente por fracciones, y, tras cada fracción, se vuelve a llevar el estator a la presión atmosférica.

18. Un procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 a 16, en el cual, durante la impregnación de los conductores situados dentro de las muescas, se introduce en vacío la cantidad total de composición de impregnación de muesca sucesivamente por fracciones y, tras cada fracción, el estator es sometido a una presión superior a la presión atmosférica.