Máquina eléctrica, especialmente alternador.

Máquina eléctrica, en particular un generador de corriente alterna para un automóvil con un rotor (12) y con linguetes de polos de garras (44,

45) que se extienden en dirección axial y que se alternan en la periferia del rotor (12) como polo Norte y polo Sur, con un estator (36), que presenta un núcleo de estator (18) con un arrollamiento de estator (11) dispuesto en ranuras (35) del núcleo de estator (18), en el que el estator (36) está colocado opuesto al rotor (12), en el que el estator (36) y el rotor (12) está apoyado por dos placas de cojinete (33), con un arrollamiento de excitación (13) en forma de bobina anular, que está fijado en el rotor (12), en el que el arrollamiento de estator (11) presenta siete secciones de arrollamiento (P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7), que están conectadas en serie entre sí con un ángulo a eléctrico al menos aproximadamente igual, en el que en el circuito en serie de las secciones de fases (P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7) se salta en cada caso al menos una sección de fases (P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7) vecina, en el que los arrollamientos (1e a 7e) están conducidos entre las secciones de fases (P1 a P7) hacia un convertidor, caracterizada porque las secciones de fases (P1 a P7) están conectadas entre sí sobre una de las dos cabezas de arrollamiento de la máquina (10), de tal manera que desde los arrollamientos (1e a 7e) entre las secciones de fases (P1 a P7) solamente una conexión eléctrica está guiada en cada caso hacia uno de los siete puentes del rectificador (B1 a B7).

Máquina eléctrica, especialmente alternador Estado de la técnica La invención se refiere a una máquina eléctrica, especialmente a un alternador con un arrollamiento de estator polifásico del tipo de la reivindicación 1.

En los generadores de corriente alterna para automóviles se emplean con preferencia máquinas eléctricas con un rotor de los de garras excitados a través de corriente continua, para poder alimentar en una medida suficiente la red de a bordeo de corriente continua del automóvil respectivo también en la marcha en ralentí del motor de accionamiento. Además de otros numerosos requerimientos planteados al generador, hay que amortiguar también el llamado ruido magnético del generador, que se perceptible como perturbador especialmente en el intervalo inferior del número de revoluciones de la máquina. Para la supresión de los ruidos magnéticos se conoce dividir en el arrollamiento del estator trifásico de generador las secciones individuales del arrollamiento de tal manera que se insertan, en parte, en las ranuras de la sección de arrollamiento vecina. A través de estas medidas, sin embargo, se reduce la cesión de potencia del generador y se elevan las pérdidas. En virtud de la ondulación de la corriente continua cedida pueden aparecer, además, en las secciones de cables de los vehículos ruidos de vibraciones en determinadas zonas del número de revoluciones del motor de accionamiento.

Además, se conoce equipar el generador de corriente alterna con un sistema de seis fases para duplicar la frecuencia de la dirección continua y de esta manera reducir la ondulación de la corriente continua alimentada a través de una unidad de construcción de rectificador a un acumulador de la red de a bordo del automóvil. A este respecto, se conoce a partir del documento EP 0454 039 B1 (figura 6) configurar el arrollamiento de estator de un generador de corriente alterna a partir de dos sistemas de arrollamiento, respectivamente, con tres secciones de arrollamiento conectadas entre sí en un circuito de estrella. Las secciones de arrollamiento están desplazadas eléctricamente entre sí en el circuito eléctrico 120º en cada caso. Los dos sistemas de arrollamiento están desplazados eléctricamente entre sí aproximadamente 30º . Los ruidos magnéticos de la máquina que se producen en este caso son amortiguados, sin embargo, en una medida insuficiente especialmente en la zona inferior del número de revoluciones. En este caso es un inconveniente, además, la ondulación de la tensión y del par motor siempre todavía grande de tales máquinas, lo que se aplica especialmente para máquinas de alto rendimiento tanto en el modo de generador como también en el modo de motor.

Por último, se conoce a partir del documento DE 102 09 054 A1 utilizar para la amortiguación de los ruidos magnéticos y para la reducción de la ondulación de la corriente de una máquina eléctrica de un automóvil un arrollamiento de estator de siete fases y conectar sus siete secciones de fases, que se encuentran en las ranuras de un paquete de chapas de estator adyacentes entre sí en forma de estrella o conectarlas en serie para formar un heptágono. Tales soluciones tienen, en efecto, frente a los sistemas de siete fases, una ondulación más reducida de la corriente y ruidos magnéticos más pequeños; sin embargo, éstos son amortiguados siempre todavía en una medida insuficiente en una zona inferior del número de revoluciones. Además, allí el gradiente de la curva característica de la potencia de la máquina es demasiado reducido, puesto que en automóviles existe con frecuencia precisamente en la zona de marcha en ralentí del motor de combustión interna una necesidad de potencia alta en la red de a bordo.

Se conoce a partir del documento US 2005/0116570 A1 una máquina eléctrica de siete fases.

Ventajas de la invención La máquina eléctrica de acuerdo con la invención con las características de la reivindicación 1 tiene la ventaja de que con el circuito de un arrollamiento de estator de siete fases frente a las formas de realización conocidas se consigue un aprovechamiento electromagnético mejorado, con lo que se reduce la ondulación de la tensión y la ondulación de par motor, se eleva la curva característica de la potencia, y se suprimen los ruidos condicionados magnéticamente, en particular en la zona inferior del número de revoluciones de la máquina. Como otra ventaja se considera que especialmente en máquinas de corriente alterna de alto rendimiento a través de la ondulación reducida de la tensión y del par motor se reducen también las cargas mecánicas de la máquina. Puesto que las conexiones entre las secciones de las fases están conducidas a un convertidor y en este caso las secciones de las fases están conectadas entre sí sobre una de las dos cabezas de arrollamiento de la máquina, de tal manera que desde las conexiones entre las secciones de las fases solamente una conexión está conducida, respectivamente, hacia uno de los siete puentes del rectificador, resulta un gasto de circuito reducido hacia el convertidor.

A través de las medidas indicadas en las reivindicaciones dependientes se obtienen configuraciones ventajosas y desarrollos de las características indicadas en la reivindicación 1.

Para una fabricación lo más sencilla posible y un régimen de carga uniforme de la máquina es conveniente que todas las siete secciones de las fases sean de la misma magnitud, estén constituidas por al menos una bobina y

estén conectadas entre sí con un ángulo eléctrico α, que está entre 180º /7 â 25, 7º y 180º *4/7 â 102, 9º . En máquinas de cuatro polos o más es conveniente, además, que para la fabricación del arrollamiento del estator las secciones de fases individuales estén constituidas por varias bobinas conectadas con preferencia en serie. En el caso de un paquete de chapas de estator con división de los dientes de la misma magnitud en la periferia del intersticio de aire de trabajo de la máquina se obtiene una amortiguación óptima de los ruidos magnéticos, así como de la ondulación de la tensión y del par motor, cuando las secciones de fases están conectadas entre sí en un ángulo eléctrico α de 180º /7*3º â 77, 3º . En el caso de una división desigual de los dientes, el óptimo a calcular en particular del ángulo eléctrico α está entre 60º y 100º . En este caso, se obtiene una amortiguación especialmente buena cuando en el circuito en serie de las siete secciones de fases se salta, respectivamente, una sección de fases eléctricamente siguiente, de manera que las secciones de fases están conectadas con preferencia en la secuencia de fases P1-P3-P5-P7-P2-P4-P6. Dado el caso, también se pueden saltar, respectivamente, dos secciones de fases eléctricamente siguientes.

En máquinas eléctricas, cuyo arrollamiento del estator se puede fabricar por medio de un alambre de arrollamiento, es conveniente que las bobinas de cada sección de arrollamiento sean arrolladas con el alambre de arrollamiento. A este respecto, dado el caso, puede ser todavía conveniente que también las secciones de arrollamiento para la fabricación del circuito en serie sean arrolladas de una manera más favorable con un alambre de arrollamiento.

Con respecto a la utilización de la máquina eléctrica como generador de corriente alterna en una red de a bordo de 14 V en automóviles resulta una amortiguación del ruido especialmente buena, cuando el número de los conductores de las secciones de fases o bien de las bobinas en las ranuras de estator es mayor que cinco y menos que diez, con preferencia es ocho.

Por lo demás, se ha comprobado que es conveniente con respecto a la amortiguación del ruido, que las secciones de fases estén insertadas con un factor de llenado de la ranura mayor que 50 % en las ranuras del paquete de chapas del estator.

Dibujo Otros detalles de la invención se explican en detalle a continuación a modo de ejemplo con la ayuda de las figuras. En este caso:

La figura 1 muestra una sección longitudinal a través de un generador de corriente alterna para automóviles con un rotor de polos de garras.

La figura 2 muestra el diagrama de un generador de corriente alterna con arrollamiento de estator de acuerdo con la invención y unidad de construcción de rectificador.

La figura 3 muestra las curvas características del ruido con respecto al número de revoluciones de diferentes generadores de corriente alterna, y La figura 4 muestra las curvas característica de la potencia con respecto al número de revoluciones de los generadores en una comparación.

La figura 5 muestra un esquema de arrollamiento de un arrollamiento ondulador de estator de acuerdo con la invención.

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1. Máquina eléctrica, en particular un generador de corriente alterna para un automóvil con un rotor (12) y con linguetes de polos de garras (44, 45) que se extienden en dirección axial y que se alternan en la periferia del rotor

(12) como polo Norte y polo Sur, con un estator (36) , que presenta un núcleo de estator (18) con un arrollamiento de estator (11) dispuesto en ranuras (35) del núcleo de estator (18) , en el que el estator (36) está colocado opuesto al rotor (12) , en el que el estator (36) y el rotor (12) está apoyado por dos placas de cojinete (33) , con un arrollamiento de excitación (13) en forma de bobina anular, que está fijado en el rotor (12) , en el que el arrollamiento de estator

(11) presenta siete secciones de arrollamiento (P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7) , que están conectadas en serie entre sí con un ángulo α eléctrico al menos aproximadamente igual, en el que en el circuito en serie de las secciones de fases (P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7) se salta en cada caso al menos una sección de fases (P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7) vecina, en el que los arrollamientos (1e a 7e) están conducidos entre las secciones de fases (P1 a P7) hacia un convertidor, caracterizada porque las secciones de fases (P1 a P7) están conectadas entre sí sobre una de las dos cabezas de arrollamiento de la máquina (10) , de tal manera que desde los arrollamientos (1e a 7e) entre las secciones de fases (P1 a P7) solamente una conexión eléctrica está guiada en cada caso hacia uno de los siete puentes del rectificador (B1 a B7) .

2. Máquina eléctrica de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque el arrollamiento de estator (11) presenta cabezas de arrollamiento (65, 66) , que se pueden refrigerar en cada caso por medio de una corriente de aire de refrigeración aproximadamente radial, que es provocada por ventiladores (50) colocados al menos en un extremo axial de una pletina de polos de garras (42, 43) .

3. Máquina eléctrica de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque todas las siete secciones de fases (P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7) son del mismo tamaño, están constituidas por al menos una bobina, en particular por varias bobinas (S1 a S14) y están conectadas entre sí con un ángulo eléctrico α, que está entre 60º y 100º .

4. Máquina eléctrica de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizada porque las secciones de fases (P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7) están conectadas entre sí con un ángulo eléctrico α entre 70º y 90º , con preferencia con un ángulo eléctrico α de 180º /7*3 â 77, 1º .

5. Máquina eléctrica de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque todas las secciones de fases (P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7) están conectadas en serie en una secuencia de fases (P1, P3, P5, P7, P2, P4, P6) , en la que solamente se salta en cada caso una sección de fases (P) .

6. Máquina eléctrica de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque un circuito o bien un circuito en serie de las series de fases (P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7) es tal que el aparejo de arrollamiento eléctricamente activo del arrollamiento de estator (11) y, por lo tanto, de las siete secciones de fases (P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7) se cierra después de dos vueltas.

7. Máquina eléctrica, en particular generador de corriente alterna para automóviles de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el convertidor es una unidad de construcción de rectificador (15) con siete secciones de rectificador (B1 a B7) .

8. Máquina eléctrica de acuerdo con una de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizada porque las bobinas (S1 a S14) de cada sección de arrollamiento (P1 a P7) y con preferencia también todas las secciones de arrollamiento (P1 a P7) están arrolladas en cada caso con al menos un alambre de arrollamiento (17) .

9. Máquina eléctrica de acuerdo con una de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizada porque el número de los conductores (L) por cada sección de fases (P1 a P7) o bien cada bobina (S1 a S14) en las ranuras del estator (N1 a N14) es mayor que 5 y menor que 10, preferiblemente 8

10. Máquina eléctrica de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque las secciones de fases (P1 a P7) están insertadas con un factor de relleno de las ranuras (Nf) mayor del 50 % en ranuras (N1 a N14) de un paquete de chapas del estator (18) de la máquina.