Proceso y disposición para aislar eléctricamente una bobina de un dispositivo eléctrico.

Un proceso para el aislamiento eléctrico de una bobina de un dispositivo eléctrico del tipo que comprende:

uncarrete (10) que tiene un núcleo central (11) que lleva discos en los extremos (12, 13); un devanado de la bobina(20), y un apilado de chapas externo (30), caracterizado por que comprende, antes de la etapa de montaje delapilado de chapas (30) en el carrete (10), las etapas de:

- proporcionar unos medios de aislamiento eléctrico (40) que comprenden al menos una cinta de aislamientoeléctrico (40a), que es autoadhesiva en al menos una de las caras, presentando dichos medios de aislamientoeléctrico (40) dos partes de retención (41, 42), para ser adherida y retenida cada una a una de las carasinteriores (12a, 13a) y las caras exteriores (12b, 13b) de un disco extremo respectivo (12, 13) del carrete (10); yuna parte de cobertura (43) unida a dicha partes de retención (41, 42), a ser adherida al devanado de la bobina(20) y dimensionada para cubrir la extensión axial completa del devanado de la bobina (20), en cada una de lasdos zonas opuestas de esta última, confrontando con una parte adyacente del apilado de chapas (30);

-adhesión de cada una de dichas partes de retención (41, 42) de los medios de aislamiento eléctrico (40) a undisco extremo (12, 13) del carrete (10); y

- adherir, posteriormente a la formación del devanado de la bobina (20), la parte de cobertura (43) de losmedios de aislamiento eléctrico (40) a dicha extensión axial del devanado de la bobina (20).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/BR2008/000299.

Solicitante: WHIRLPOOL S.A..

Nacionalidad solicitante: Brasil.

Dirección: Av. Nações Unidas n[deg]12.995 32[deg] andar Brooklin Novo SÄO PAULO - SP 04578-000 BRASIL.

Inventor/es: LILIE, DIETMAR, ERICH, BERNHARD, HÜLSE,Emílio Rodrigues, HILLE,Cláudio,Roberto, PACHECO,ANDERSON RICARDO.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H01F27/32 SECCION H — ELECTRICIDAD.H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS.H01F IMANES; INDUCTANCIAS; TRANSFORMADORES; EMPLEO DE MATERIALES ESPECIFICOS POR SUS PROPIEDADES MAGNETICAS.H01F 27/00 Detalles de transformadores o de inductancias en general. › Aislamiento de bobinas, arrollamientos o de sus elementos.
  • H01F41/12 H01F […] › H01F 41/00 Aparatos o procedimientos especialmente adaptados a la fabricación o al acoplamiento de dispositivos cubiertos por la presente subclase. › Aislamiento de los arrollamientos.
  • H02K3/34 H […] › H02 PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA ELECTRICA.H02K MAQUINAS DINAMOELECTRICAS (relés dinamoeléctricos H01H 53/00; transformación de una potencia de entrada en DC o AC en una potencia de salida de choque H02M 9/00). › H02K 3/00 Detalles de arrollamientos. › entre conductores o entre conductores y núcleo, p. ej. aislamiento de ranuras.
  • H02K3/52 H02K 3/00 […] › Fijación de arrollamientos de polos salientes o de sus conexiones.

PDF original: ES-2400315_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Proceso y disposición para aislar eléctricamente una bobina de un dispositivo eléctrico

Campo de la invención La presente invención se refiere un proceso y a una disposición para aislar eléctricamente una bobina de un dispositivo eléctrico del tipo que comprende un carrete que tiene un núcleo central que lleva discos en los extremos, un devanado de la bobina y un apilado de chapas externo. La presente invención se refiere, más específicamente, a un proceso para aislar el devanado de la bobina de un estátor de un motor eléctrico, que es particularmente del tipo usado en compresores de refrigeración.

Antecedentes de la invención Los estatores de los motores eléctricos, por ejemplo del tipo usado en compresores de refrigeración, se forman en general mediante el devanado de una bobina que se forma en un carrete, y por un apilado de chapas que es externo a dicho devanado de la bobina. En la aplicación del motor eléctrico en los compresores de refrigeración, dicho motor eléctrico se monta en el interior de una carcasa hermética. Aunque la presente solución se usa para aislar bobinas de un dispositivo eléctrico del tipo que comprende una carrete, en general de un material eléctricamente aislante, que tenga un núcleo central que incorpore discos en los extremos y lleve un devanado de la bobina, y un apilado de chapas metálicos externos al carrete y al devanado de la bobina, la presente invención se describirá considerando un estátor de un motor eléctrico, particularmente del tipo usado en compresores de refrigeración.

Los motores eléctricos, por ejemplo del tipo lineal, que se aplican en los compresores, comprenden, además del

estátor, un medio de actuación formado por una parte base fijada a un pistón del compresor, y a una parte de impulsión, que soporta un elemento magnético en lugar del rotor de los motores rotativos (motores no lineales) .

El estátor del motor eléctrico comprende en general un carrete, hecho de material eléctricamente aislante y que presenta un núcleo central tubular, que tiene un primer extremo que incorpora un primer disco y un segundo extremo que incorpora un segundo disco, siendo dichos primer y segundo discos paralelos entre sí y ortogonales al eje del núcleo central. En la formación del estátor, el carrete recibe y aloja, alrededor del núcleo central y entre su primer y segundo discos, un devanado de un hilo conductor, normalmente un hilo conductor con un grosor predeterminado, estando dimensionado dicho devanado (o bobina) para proporcionar un cierto grado de llenado del carrete. El llenado del volumen tubular anular del carrete, definido entre los dos discos extremos y alrededor del núcleo central

con el hilo conductor en la formación del estátor, es uno de los parámetros que definen la eficiencia del motor eléctrico.

Sin embargo, para maximizar el llenado del carrete con el hilo conductor, que determina un factor de llenado alto, es necesario considerar determinadas reglas de seguridad establecidas para los motores eléctricos, particularmente cuando se usan en compresores de refrigeración, y que garantizan el aislamiento eléctrico del estátor del motor, impidiendo cortocircuitos y derivaciones de corriente que puedan alcanzar partes metálicas del compresor (tal como el apilado de chapas) y con el riesgo de producir descargas eléctricas.

Esta regla requiere que se mantenga una mínima distancia de seguridad entre los devanados de la bobina y los 45 elementos metálicos adyacentes, generalmente definidos por el apilado de chapas, entre aproximadamente 1, 6 mm para el aislamiento a través de aire (aislamiento en el espacio) y 6, 4 mm para aislamiento a través de la superficie (aislamiento superficial) , valores que pueden variar en función de la tensión nominal del motor. En el caso de bobinas que presentan hilos de bobina asegurados por la colocación del devanado, lo que requiere la aplicación de una cierta tensión al hilo, para compactar y presionar la bobina sobre el carrete, la distancia mínima a ser respetada debería ser de 2, 4 mm, suponiendo que las mediciones se toman en línea recta y que no hay una barrera entre el hilo conductor y la parte a tierra, o parte metálica. En el caso de que exista una barrera física aislante, dicha barrera debe producir un recorrido de, como mínimo, 4, 8 mm entre cualquier punto del devanado y una parte metálica adyacente, es decir, el recorrido de la corriente eléctrica a lo largo de esta barrera, para alcanzar cualquier parte metálica, debe tener un mínimo de 4, 8 mm, y 2, 4 mm en caso de que dicha distancia se considere en el espacio 55 abierto, sin una barrera entre el hilo conductor y la parte metálica.

En algunas construcciones especiales, como en el caso de estatores de compresores de refrigeración, la distancia de seguridad requerida entre el hilo conductor y la parte metálica adyacente, es de 2, 4 mm.

Para tales construcciones de estátor, la distancia requerida se obtiene colocando una cantidad más pequeña de hilo conductor en el motor, siendo calculada dicha cantidad de hilo de modo que la distancia desde la última capa de hilo conductor (la capa más exterior) al apilado de chapas sea como mínimo de 2, 4 mm.

En estas construcciones, el estátor del motor eléctrico se forma con un factor de llenado que no corresponde al total

o a la máxima capacidad de llenado del carrete, de modo que dicha distancia de aislamiento mínima se obtiene mediante un aislamiento a través del espacio. En estos casos, la superficie lateral periférica del devanado de hilo conductor está separada en relación a la alineación de los bordes periféricos de los discos extremos del carrete, esta situación de separación define un volumen de aire que actúa como un aislamiento eléctrico.

Para mantener la colocación del devanado del hilo conductor en el carrete, después de finalizado el devanado, se proporciona, alrededor de la superficie lateral periférica del devanado, una cinta aislante en general adhesiva, que rodea, en múltiples vueltas, al menos parte de la extensión axial de dicha superficie lateral periférica del devanado de hilo conductor. En este caso, la cinta aislante se coloca normalmente independientemente de los aspectos aislantes, es decir, considerando solamente la función de acabado y de retención, siendo aplicada dicha cinta aislante alrededor de los hilos conductores, de modo que los bordes laterales de las diferentes vueltas de dicha cinta alrededor del devanado sean axialmente adyacentes entre sí, en una forma suficiente para impedir que un extremo exterior del devanado de hilo conductor quede suelto y libre dentro del volumen de aire de aislamiento de dicho carrete. En la práctica, la cinta aislante exterior permite la formación de pequeñas ranuras sobre el devanado de hilo conductor, adyacente en general al primer y al segundo discos extremos. Dado que dicha última cinta aislante (más exterior) sólo asegura al hilo conductor sobre el carrete, no teniendo una función aislante, no necesita tener un ancho que cubra totalmente la extensión axial del devanado definida entre el primer y el segundo discos extremos. En este caso, una vez que el factor de aislamiento se define solamente por el volumen de aire formado alrededor del devanado de la bobina, hay una pérdida en el factor de llenado del hilo conductor, con una pérdida consecuente en la eficiencia del motor (en construcciones que requieren un elevado factor de llenado, la barrera de aislante eléctrico no debe ser el aire, siendo necesario usar una barrera física, tal como una cinta aislante) .

Para mejorar el factor de llenado, la cinta aislante debería tener un ancho superior a la distancia entre los discos extremos del carrete, de modo que sus bordes laterales definan barreras aislantes capaces de proporcionar un recorrido de corriente entre el devanado de la bobina y una parte metálica adyacente, en un mínimo de 2, 4 mm. Dado que los bordes laterales de la cinta son sólo adyacentes a los discos extremos, no definen una barrera aislante como mínimo de 2, 4 mm para el recorrido de corriente entre el hilo conductor, externo y adyacente a un disco extremo respectivo del carrete, y la parte adyacente del apilado de chapas metálicos. Sin embargo, la aplicación de una cinta aislante con un ancho más grande que la distancia entre los dos discos extremos, produciría arrugas en la zona del borde periférico y en la cara exterior de cada disco extremo del carrete, lo que es inaceptable, considerando las dimensiones disponibles en los motores de compresores de refrigeración. Junto al inconveniente anterior, un corte preciso del ancho de la cinta, dirigido a impedir ranuras próximas a los discos extremos, requiere cuidados especiales y costosos para producir el estátor. Se debería... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un proceso para el aislamiento eléctrico de una bobina de un dispositivo eléctrico del tipo que comprende: un carrete (10) que tiene un núcleo central (11) que lleva discos en los extremos (12, 13) ; un devanado de la bobina (20) , y un apilado de chapas externo (30) , caracterizado por que comprende, antes de la etapa de montaje del apilado de chapas (30) en el carrete (10) , las etapas de:

-proporcionar unos medios de aislamiento eléctrico (40) que comprenden al menos una cinta de aislamiento eléctrico (40a) , que es autoadhesiva en al menos una de las caras, presentando dichos medios de aislamiento eléctrico (40) dos partes de retención (41, 42) , para ser adherida y retenida cada una a una de las caras interiores (12a, 13a) y las caras exteriores (12b, 13b) de un disco extremo respectivo (12, 13) del carrete (10) ; y una parte de cobertura (43) unida a dicha partes de retención (41, 42) , a ser adherida al devanado de la bobina

(20) y dimensionada para cubrir la extensión axial completa del devanado de la bobina (20) , en cada una de las dos zonas opuestas de esta última, confrontando con una parte adyacente del apilado de chapas (30) ;

-adhesión de cada una de dichas partes de retención (41, 42) de los medios de aislamiento eléctrico (40) a un disco extremo (12, 13) del carrete (10) ; y -adherir, posteriormente a la formación del devanado de la bobina (20) , la parte de cobertura (43) de los medios de aislamiento eléctrico (40) a dicha extensión axial del devanado de la bobina (20) .

2. El proceso, de acuerdo con lo establecido en la reivindicación 1, caracterizado por que comprende la secuencia de etapas de:

a-proporcionar el devanado de la bobina (20) en el núcleo central (11) , hasta la obtención de un llenado deseado del carrete (10) ;

b-asentamiento de la parte de cobertura (43) de una única cinta de aislamiento eléctrico (40a) sobre el devanado de la bobina (20) ; y c-adhesión de cada parte de retención (41, 42) de una única cinta de aislamiento eléctrico (40a) contra una cara exterior (12b, 13b) de un disco extremo respectivo (12, 13) del carrete (10) .

3. El proceso, de acuerdo con lo establecido en la reivindicación 1, caracterizado por que comprende la secuencia de etapas de:

a-adherir cada parte de retención (41, 42) contra una de las caras interiores (12a, 13a) de un disco extremo respectivo (12, 13) del carrete (10) ;

b-proporcionar el devanado de la bobina (20) en el núcleo central (11) , hasta la obtención del llenado deseado del carrete (10) ; y c-asentamiento de la parte de cobertura (43) de una única cinta de aislamiento eléctrico (40a) sobre el devanado de la bobina (20) .

4. El proceso, de acuerdo con lo establecido en la reivindicación 3, caracterizado por que las partes de retención (41, 42) se unen entre sí mediante una parte de retención base (44) , a ser asentada contra el núcleo central (11) del carrete (10) y la parte de cobertura (43) se define por dos extensiones de cobertura finales (43a) de cada una de las dos partes de retención (41, 42) , incluyendo dicho proceso, después de la etapa “a”, las etapas intermedias adicionales:

a1-retención de la extensión de cobertura final (43a) de cada parte de cobertura (43) de la cinta de aislamiento eléctrico (40a) contra una cara exterior (12b, 13b) del disco extremo (12, 13) , en cuya cara interior (12a, 13a) se adhiere una parte de retención respectiva (41, 42) de la única cinta de aislamiento eléctrico (40a) ; b1-liberación de la extensión de cobertura final (43a) de cada parte de cobertura (43) de la cinta de aislamiento eléctrico (40a) desde la cara exterior (12b, 13b) de dicho disco extremo (12, 13) del carrete (10) ; b2-conducción de la extensión de cobertura final (43a) de cada parte de cobertura (43) a un desplazamiento angular alrededor de la parte de retención correspondiente (41, 42) adherida al disco extremo (12, 13) del carrete (10) .

5. El proceso, de acuerdo con lo establecido en la reivindicación 1, caracterizado por que los medios de aislamiento eléctrico (40) comprenden dos cintas de aislamiento eléctrico (40a) , presentando cada una, una de las partes de retención (41, 42) y una extensión de cobertura final (43a) de los medios de aislamiento eléctrico (40) , comprendiendo el proceso la secuencia de etapas:

a-proporcionar el devanado de la bobina (20) en el núcleo central (11) , hasta la obtención de un llenado deseado del carrete (10) ; b-asentamiento de la extensión de cobertura final (43a) de cada cinta de aislamiento eléctrico (40a) sobre el devanado de la bobina (20) , de modo que dichas extensiones de cobertura finales (43a) se solapen sobre dicha extensión axial del devanado de la bobina (20) ; y

c-adherir la parte de retención (41, 42) de cada cinta de aislamiento eléctrico (40a) contra una de las caras exteriores (12b, 13b) de un disco extremo (12, 13) adyacente y respectivo del carrete (10) .

6. El proceso, de acuerdo con lo establecido en la reivindicación 3, caracterizado por que incluye, después de la etapa “a”, las etapas intermedias adicionales:

a1-asentamiento y retención de la extensión de cobertura final (43a) de cada cinta de aislamiento eléctrico (40a) contra una cara exterior (12b, 13b) del disco extremo (12, 13) , en cuya cara interior (12a, 13a) se adhiere la parte de retención (41, 42) de la cinta de aislamiento eléctrico (40a) respectiva; b1-liberación de la extensión de cobertura final (43a) de cada cinta de aislamiento eléctrico (40a) desde la cara exterior (12b, 13b) del disco extremo respectivo (12, 13) del carrete (10) ; b2-conducción de la extensión de cobertura final (43a) a un desplazamiento angular alrededor de la parte de retención correspondiente (41, 42) adherida al disco extremo (12, 13) , hasta el asentamiento de cada una de dichas extensiones de cobertura finales (43a) sobre el devanado de la bobina (20) .

7. Una disposición para el aislamiento eléctrico de una bobina de un dispositivo eléctrico del tipo que comprende: un carrete (10) que tiene un núcleo central (11) que lleva discos extremos (12, 13) ; un devanado de la bobina (20) ; y un 15 apilado de chapas exterior (30) , caracterizado por que comprende unos medios de aislamiento eléctrico (40) que incluyen al menos una cinta de aislamiento eléctrico (40a) , autoadhesiva en al menos una cara, presentando dichos medios de aislamiento eléctrico (40) dos partes de retención (41, 42) , adherida y retenida cada una a una de las caras interiores (12a, 13a) y a las caras exteriores (12b, 13b) de un disco extremo (12, 13) respectivo; y una parte de cobertura (43) unida a dichas partes de retención (41, 42) , para ser adherida al devanado de la bobina (20) , y

dimensionada para cubrir la extensión axial completa del devanado de la bobina (20) , en cada una de las dos zonas opuestas de esta última, confrontando con una parte adyacente del apilado de chapas (30) .

8. La disposición, de acuerdo con lo establecido en la reivindicación 7, caracterizada por que el devanado de la bobina (20) en el núcleo central (11) define una superficie sustancialmente coincidente con una superficie lateral

periférica del carrete (10) , definida incluyendo un borde extremo libre de cada disco extremo (12, 13) de dicho carrete (10) .

9. La disposición, de acuerdo con lo establecido en la reivindicación 7, caracterizada por que los medios de aislamiento eléctrico (40) comprenden una única cinta de aislamiento eléctrico (40a) que presenta, en una única 30 pieza, las dos partes de retención (41, 42) y la parte de cobertura (43) .

10. La disposición, de acuerdo con lo establecido en la reivindicación 9, caracterizada por que la parte de cobertura (43) se define por una única extensión de una cinta de aislamiento eléctrico (40a) extendida entre las dos partes de retención (41, 42) . 35

11. La disposición, de acuerdo con lo establecido en la reivindicación 10, caracterizada por que las partes de retención (41, 42) se unen entre sí mediante una parte de retención base (44) , a ser asentada contra el núcleo central (11) del carrete (10) , estando definidos los medios de aislamiento eléctrico (40) por dos extensiones de cobertura finales (43a) , extendida cada una desde una de las dos partes de retención (41, 42) .

12. La disposición, de acuerdo con lo establecido en la reivindicación 7, caracterizada por que los medios de aislamiento eléctrico (40) comprenden dos cintas de aislamiento eléctrico (40a) , presentando cada una, una de las partes de retención (41, 42) y la extensión de cobertura final (43a) de los medios de aislamiento eléctrico (40) .

13. La disposición, de acuerdo con lo establecido en la reivindicación 12, caracterizada por que cada cinta de aislamiento eléctrico (40a) tiene la parte de retención (41, 42) respectiva adherida contra una cara exterior (12b, 13b) de un disco extremo (12, 13) del carrete (10) .

14. La disposición, de acuerdo con lo establecido en la reivindicación 12, caracterizada por que una de las cintas 50 de aislamiento eléctrico (40a) tiene su parte de retención (41, 42) adherida a una cara interior de uno de los discos extremos (12, 13) del carrete (10) , estando adherida la parte de retención (41, 42) de la otra cinta de aislamiento eléctrico (40a) a la cara exterior (12b, 13b) del otro disco extremo (12, 13) del carrete (10) .

15. La disposición, de acuerdo con lo establecido en una cualquiera de las reivindicaciones 7-14, caracterizada por

que comprende adicionalmente una cinta de aislamiento eléctrico adicional (50) , a ser asentada sobre el devanado de la bobina (20) , en la dirección de dicho devanado, teniendo parte de su extensión adherida sobre la parte de cobertura (43) de los medios de aislamiento eléctrico (40) en dicha extensión axial del devanado de la bobina (20) .


 

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