BR102013016793A2

BR102013016793A2 - Coil wire arrangement on a rotor of an electric motor

Info

Publication number: BR102013016793A2
Application number: BR102013016793-2A
Authority: BR
Inventors: Schmid Jürgen
Original assignee: Nidec Motors & Actuators Germany
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2013-06-28
Publication date: 2017-11-21
Also published as: EP2680412A3; GB2503500A; JP2014011957A; KR101532991B1; EP2680412A2; US10122226B2; US9438078B2; IN2013MU02205A; CN103516072A; US20140009029A1; JP6226227B2; US20160268853A1; KR20140004019A; BR102013016793B1; GB201211566D0; EP2680412B1

Abstract

arranjo de fios de bobina em um rotor de um motor elétrico uma armadura para um motor elétrico, a armadura compreendendo uma pluralidade de dentes e uma pluralidade de cavidades, em que cada uma das cavidades é disposta entre dois da pluralidade de dentes, e em que pelo menos uma da pluralidade de cavidades é configurada e disposta para o recebimento de enrolamentos de bobina adjacentes a uma porção de parede de pelo menos uma cavidade, em que pelo menos uma da pluralidade de cavidades compreende um receptor de fio de comutação.

Description

ARRANJO DE FIOS DE BOBINA EM UM ROTOR DE UM MOTOR ELÉTRICO A presente exposição se refere a motores elétricos. A presente exposição se refere, em particular, a armaduras para motores elétricos e ao arranjo de fios de comutação e de fios de bobina na armadura.

As armaduras de motores elétricos com escova compreendem bobinas enroladas em torno dos dentes da armadura, para a provisão da magnetização requerida dos dentes da armadura. A magnetização dos dentes é feita pela aplicação de uma corrente elétrica através da bobina. As bobinas são eletricamente contatadas através de escovas e de um comutador, de uma maneira geral conhecida. Enquanto um motor elétrico tem pelo menos duas bobinas e dois dentes, os motores elétricos modernos têm uma pluralidade de dentes, tais como, por exemplo, quatro ou mais dentes. Uma bobina é enrolada em torno de cada dente ou de uma pluralidade de dentes e individualmente endereçada através do comutador.

Embora a armadura possa ser vista como tendo uma pluralidade de dentes dispostos em torno do eixo, a armadura também pode ser considerada como tendo uma pluralidade de cavidades dispostas entre os dentes da armadura. Além dos fios de bobina, os assim denominados fios de comutação são dispostos nas cavidades entre os dentes. Os fios de comutação são usados para a conexão das bobinas com o comutador e para a equalização elétrica de barras únicas do comutador. O arranjo dos fios de bobina e dos fios de comutação com respeito a cada outro depende do método de fabricação ou da sequência. O arranjo do fio de comutação e da bobina é diferente, dependendo de se o fio de comutação está posicionado antes ou depois do arranjo da bobina. Isto tem a desvantagem de a posição dos fios de bobina e da bobina não poder ser determinada precisamente e a sequência de fabricação transmissão que ser considerada. Se a sequência de fabricação não tiver sido considerada, em algumas cavidades, os fios de comutação serão dispostos nas posições em que as bobinas são supostas estarem dispostas, de modo que é difícil enrolar as bobinas em dentes de forma ordenada, o que terá vários efeitos negativos como cruzamentos de fio não controlados, altura de volta final aumentada, desequilíbrio e degradação de eficiência do motor. É um objetivo da presente invenção suplantar estas desvantagens da técnica anterior.

Sumário da Invenção A presente invenção sugere uma armadura para um motor elétrico, um motor elétrico com essa armadura, e um método para fabricação dos mesmos. A armadura compreende uma pluralidade de dentes e uma pluralidade de cavidades ou fendas. Cada uma das cavidades é disposta na superfície circunferencial externa. As cavidades são dispostas entre dois da pluralidade de dentes, assim se formando a armadura. Pelo menos uma da pluralidade de cavidades é configurada e disposta para o recebimento de enrolamentos de bobina adjacentes a uma porção de parede de pelo menos uma cavidade / dente. A porção de parede pode ser uma parede de um da pluralidade de dentes. Pelo menos uma da pluralidade de cavidades compreende um receptor de fio de comutação. O receptor de fio é formado por um recesso para recebimento de um fio de comutação ou de uma pluralidade de fios . O receptor de fio de comutação na cavidade ou entre os dentes pode ser usado para se posicionar, guiar e/ou suportar o fio de comutação em uma posição predeterminada. Isto permite o posicionamento dos fios de comutação, bem como dos fios de bobina mais precisamente, o que reduz a massa não equilibrada da armadura e a fabricação das bobinas e da armadura é tornada mais fácil. Também é possível construir bobinas e armaduras sem o cruzamento de fios, já que os fios de comutação são dispostos separadamente no receptor de fio de comutação, o que permite a redução do tamanho, isto é, do raio da armadura. A invenção ajuda no projeto de motores menores e de peso mais leve. 0 receptor de fio de comutação pode ter a forma de um recesso ou de uma ranhura em uma porção de parede da cavidade. O recesso pode ser formado na superfície mais interna radial ou no fundo da cavidade. O recesso pode ser grande o bastante para recolher um ou uma pluralidade de fios de comutação e para manter os fios de comutação no lugar. A seção transversal do recesso ou da ranhura assim pode ser feito da mesma ordem de magnitude que o diâmetro do fio de comutação ou uma pluralidade de fios de comutação. 0 receptor de fio de comutação também pode ter um formato diferente, tal como, por exemplo, um grampo ou um suporte de fio posicionado na cavidade. 0 receptor de fio de comutação pode ter uma superfície de guia para manutenção e suporte do fio de comutação em uma direção circunferencial. Um ou dois recessos podem ser providos e dois fios de comutação podem ser dispostos em um receptor de fio de comutação em conjunto ou receptores de fio de comutação em separado podem ser providos para cada fio de comutação. A presente exposição também se refere a um método para a fabricação de um rotor ou de uma armadura para um motor elétrico. O método compreende a disposição de fios elétricos em uma armadura de um motor elétrico. 0 método compreende o posicionamento de pelo menos um fio de comutação em um receptor de fio de comutação disposto em uma cavidade da armadura. A cavidade é formada entre dois dentes da armadura. 0 método ainda compreende o enrolamento de fios de bobina em uma superfície de guia de bobina de pelo menos uma cavidade. A superfície de guia de bobina pode ser uma porção de parede da cavidade e pode ser formada por um da pluralidade de dentes. O posicionamento de pelo menos um fio de comutação no receptor de fio de comutação disposto na cavidade da armadura pode ser realizado antes de ou depois do enrolamento dos fios de bobina na superfície de guia de bobina de pelo menos uma cavidade. A posição final dos fios de bobina permanece a mesma em ambos os casos, isto é, a ordem de fabricação não tem influência sobre a posição dos fios de bobina nos dentes e nas cavidades, o que faz bobinas formadas com os fios de bobina enrolados ordenadamente nos dentes. E fios de bobina ordenadamente enrolados podem reduzir a resistência das bobinas, o que melhora a eficiência do motor. O posicionamento de pelo menos um fio de comutação e do enrolamento pode ser feito em qualquer sequência, sem mudança do resultado. O posicionamento de pelo menos um fio de comutação pode ser feito antes do enrolamento da bobina de fios de bobina em uma primeira cavidade e o posicionamento de pelo menos um fio de comutação é feito antes ou subsequentemente ao enrolamento da bobina de fios de bobina em uma primeira cavidade.

Breve Descrição dos Desenhos A invenção pode ser mais bem entendida quando da leitura da descrição detalhada a seguir que é dada com respeito às figuras, nas quais: a figura 1 mostra a seção transversal de um motor elétrico convencional com uma armadura. A figura 2 mostra uma porção de uma seção transversal da armadura convencional. A figura 3 mostra a mesma porção de uma seção transversal de uma armadura de acordo com a primeira modalidade da presente invenção. A figura 4 mostra a mesma porção de uma seção transversal de uma armadura de acordo com a segunda modalidade da presente invenção.

Descrição Detalhada Os exemplos da presente exposição são descritos, agora, em maiores detalhes. É para ser notado que nem todos os recursos destes exemplos precisam ser implementados para a realização da invenção e que uma pessoa versada na técnica modificará, adicionará ou omitirá recursos, dependendo da aplicação da armadura e do motor elétrico. A figura 1 mostra um motor elétrico 2 no qual a presente invenção pode ser implementada. O motor elétrico pode ser um motor elétrico convencional e compreende um rotor 3 com uma armadura 10 disposta em um eixo rotativo 8. Um comutador 6 com uma pluralidade de elementos de contato também é posicionado no sistema ótico 8 de uma maneira usual. A armadura 10 compreende uma pluralidade de dentes 12, que são dispostos em torno do eixo geométrico de rotação do eixo 8. Os dentes 12 podem ter um formato do tipo de cogumelo e podem ser feitos a partir de um material magnetizável, conforme conhecido na técnica. Todas as partes do motor elétrico que não são especificamente mencionados aqui podem ser como em qualquer motor elétrico mostrado na técnica. A figura 2 mostra uma porção de uma seção transversal da armadura convencional. Pelo menos uma bobina de fios de bobina 3 0 é enrolada em torno de cada dente 12 para magnetização do material magnetizável dos dentes 12. A bobina pode ser enrolada diretamente nos dentes revestidos 12, ou a bobina pode ser enrolada em um isolador, o qual é disposto na superfície dos dentes 12. Cada dente 12 tem duas porções de parede de guia paralelas substanciais 13 para enrolamento dos fios de bobina (conforme mostrado na figura 2). Estas porções de parede de guia 13 também formam uma porção de parede das cavidades dispostas em ambos' os lados dos dentes 12 na direção circunferencial. As cavidades ainda incluem uma porção de parede mais interna radial 14 disposta entre as porções de parede de guia 13 e se estendendo na direção circunferencial. Os fios de bobina 3 0 são conectados por fios de comutação 41, 42 a contatos selecionados do comutador para a magnetização do dente correspondente de uma maneira predeterminada durante uma rotação do rotor 3.

Os fios de comutação 41, 42 podem ser porções de extremidade de terminal dos fios de bobina 30 e podem ser feitos a partir do mesmo material que os fios de bobina. Os fios de comutação 41, 42 podem ter o mesmo diâmetro ou um diferente de seção transversal, se comparados com os fios de bobina 30.

Os fios de comutação 41, 42 também são dispostos em algum lugar nas cavidades 24 entre os dentes 12, conforme mostrado na figura 2. A posição dos fios de comutação 41, 42 na cavidade dependerá da ordem ou da sequência das etapas de fabricação. Se os fios de bobina 30 forem enrolados em torno do dente 12 antes do posicionamento do fio de comutação 41, o fio de comutação 41 será disposto no topo dos fios de bobina, conforme mostrado no lado esquerdo da figura 2. Se o fio de comutação 42 for posicionado na cavidade antes do enrolamento dos fios de bobina 30, o fio de comutação 42 será posicionado diferentemente. Neste caso, o fio de comutação 42 é disposto diretamente na porção de parede de guia 13 da cavidade 20 e os fios de bobina 30 são enrolados no topo do fio de comutação 42 (não mostrado) . Este arranjo do fio de comutação 42 é mostrado no lado direito da cavidade 20 na figura 2. A posição do fio de comutação 41, 42 e, consequentemente, a posição dos fios de bobina 30 dependem da sequência na fabricação, isto é, se o fio de comutação 41, 42 ê posicionado antes ou depois do enrolamento dos fios de bobina. A sequência de fabricação tem que ser considerada na fabricação, tornando a fabricação da armadura complexa. Se a sequência de fabricação não tiver sido considerada, em algumas cavidades 24, os fios de comutação 42 serão dispostos nas posições em que as bobinas são supostas como estando dispostas, então sendo difícil enrolar as bobinas nos dentes 12 ordenadamente, o que terá vários efeitos negativos como cruzamentos não controlados de fio, altura de volta final aumentada, desequilíbrio e degradação de eficiência de motor. E, mesmo a sequência de fabricação sendo considerada, também é difícil enrolar as bobinas nos dentes 12 ordenadamente, porque os fios de comutação 41, 42 podem se mover facilmente, em especial quando o rotor 3 estiver rodando. E o enrolamento de forma desordenada dos fios de bobina 30 aumentará a resistência das bobinas e reduzirá a eficiência do motor. A figura 3 mostra a mesma seção de uma armadura 100 que na figura 2 para a armadura 10. Em contraste com a armadura 10 da figura 2, a armadura 100 da figura 3 provê uma ranhura ou um recesso 240 na porção de parede radialmente mais interna 140 da cavidade ou fenda 200. A ranhura ou o recesso 240 pode ter a forma de canais nos quais os fios de comutação 410 e 420 são posicionados, guiados e mantidos no lugar. 0 recesso 24 0 é disposto na porção de parede radialmente mais interna 140 de modo que o espaço para enrolamento das bobinas 30 não seja afetado. Os fios de comutação 410 e 420 assim são bem separados dos fios de bobina 30 e podem ser posicionados na ranhura ou no recesso 240, antes ou depois do enrolamento da bobina 30 em torno dos dentes 12. Os fios de comutação 410 e 420 e o fio de bobina 30 sempre estão posicionados na mesma posição, independentemente da sequência de fabricação. Isto permite um arranjo mais preciso do fio de bobina 3 0 e dos fios de comutação 410 e 420, e o processo de fabricação pode ser tornado mais flexível. A armadura 100 pode ser projetada mais compacta e um diâmetro menor da armadura pode ser obtido, levando a motores menores e de peso mais leve. O campo magnético dos dentes 12 pode ser gerado mais precisamente e o peso volante de massa não equilibrado da armadura 10 pode ser reduzido. Mais ainda, os fios de bobina podem ser enrolados em torno dos dentes de forma ordenada, o que pode reduzir a resistência das bobinas e melhorar a eficiência do motor. 0 recesso 240 tem uma profundidade correspondente ao diâmetro dos fios de comutação 410 e 420. 0 recesso 240 pode ter uma profundidade maior do que o diâmetro dos fios de comutação 410 e 420, ou pelo menos maior do que metade do diâmetro dos fios de comutação 410 e 420. O recesso 240 com uma profundidade correspondente a ou maior do que o diâmetro dos fios de comutação 410 e 420 pode garantir que os fios de comutação 410 e 420 se mantenham no recesso 240. 0 formato de seção transversal do recesso pode compreender’ uma porção de fundo 244 e uma primeira porção de parede 241 e uma segunda porção de parede 242. A primeira porção de parede 241 e a segunda porção de parede 242 podem prover um suporte para os fios de comutação 410 e 420, respectivamente, na direção circunferencial da armadura. Isto permite um posicionamento preciso e estável ' do primeiro fio de comutação 410 contra a primeira porção de parede 241 e do segundo fio de comutação 420 contra a segunda porção de parede 242. O recesso 240 pode ter uma largura entre a primeira porção de parede 241 e a segunda porção de parede 242 que é suficiente para recolher os dois fios de comutação 410 e 420. A primeira parede 241 e a segunda parede 242 podem ser dispostas substancialmente perpendiculares à porção de fundo 244 resultando em uma seção transversal retangular do recesso 240. É vantajoso prover uma seção transversal afunilada do recesso 240, conforme mostrado na figura 3. A largura do recesso pode ser menor no lado de topo, o qual é aberto para a cavidade, se comparado com a porção de fundo. Isto permite grampear e suportar melhor 5 o fio de comutação 410, 420 no canto formado pela porção de fundo 244 e pela respectiva parede 241, 242.

Embora no exemplo mostrado na figura 3 um recesso 240 seja usado para ambos os fios de comutação 410, 420, também é possível prover um recesso em separado para cada fio de comutação ou posicionar mais de dois fios de comutação em um recesso, se isto dever ser requerido.

Também é possível posicionar o recesso em uma posição diferente nas cavidades 200 além de na superfície radialmente mais interna. A cavidade 200 e os recessos 240 descritos acima podem ser implementados em qualquer armadura existente 10 e as armaduras existentes podem ser modificadas.

Embora a presente exposição mostre o recesso 240 em uma armadura 10 específica, é óbvio para uma pessoa versada na técnica que outras armaduras podem ser usadas e que a exposição não está limitada a um número em particular de dentes 12 ou cavidades com uma geometria em particular da armadura. A figura 4 mostra uma vista aumentada parcial de uma seção transversal de uma armadura de acordo com a segunda modalidade da presente invenção. Na segunda modalidade, o recesso 250 tem uma seção transversal com um formato diferente, se comparado com a primeira modalidade.

Na segunda modalidade, o recesso 250 inclui uma porção de fundo 254, uma primeira porção de parede 251 e uma segunda porção de parede 252. A primeira porção de parede 251 e a segunda porção de parede 252 são dispostas substancialmente paralelas a cada outra, e a primeira porção de parede 251 e a segunda porção de parede 252 são ambas substancialmente perpendiculares à porção de fundo 254, resultando em uma seção transversal substancialmente retangular do recesso 250. A primeira porção de parede 251 e a segunda porção de parede 252 são dispostas substancialmente paralelas a cada outra, de modo que o intervalo de vida da matriz de fundição para a produção da armadura é mais longo. A distância entre a primeira porção de parede 251 e a segunda porção de parede 252 é maior do que duas vezes o diâmetro do fio de comutação 411, e a profundidade do recesso 250 na direção radial é maior do que duas vezes o diâmetro do fio de comutação 411. Com este formato, o recesso 250 é grande o bastante para manter pelo menos quatro fios de comutação 411. Na segunda modalidade, o recesso 250 está mantendo 3 fios de comutação 411, 421, 431. 0 tamanho do recesso 250 pode ser disposto para se aplicar a um motor específico para manter fios de comutação.

Uma pessoa versada na técnica pode modificar a armadura e adaptá-la a diferentes rotores e a diferentes motores elétricos. Por exemplo, embora as modalidades preferidas descritas acima sejam núcleos de rotor de motores do tipo de rotor interno, a invenção também pode ser adotada para um rotor ou estator de um motor do tipo de rotor externo. 0 escopo da presente invenção, portanto, é para ser determinado unicamente pelas reivindicações a seguir.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Armadura (100) para um motor elétrico, a armadura compreendendo uma pluralidade de dentes (12) e uma pluralidade de cavidades (20, 200), caracterizada pelo fato de que cada uma das cavidades é disposta entre dois da pluralidade de dentes (12), e pelo fato de que pelo menos uma da pluralidade de cavidades (200) é configurada e disposta para o recebimento de enrolamentos de bobina (30) adjacentes a uma porção de parede de pelo menos uma cavidade (200) , em que pelo menos uma da pluralidade de cavidades (200) compreende um receptor de fio de comutação (240) .

2. Armadura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que pelo menos uma da pluralidade de cavidades (200) tem uma porção de parede mais interna radial (140) e pelo fato de que o receptor de fio de comutação (240) é disposto na porção de parede mais interna radial (140).

3. Armadura, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que o receptor de fio de comutação (240) compreende um recesso (240) em uma porção de parede de pelo menos uma da pluralidade de cavidades (200) para o recebimento de um fio de comutação (410, 420) .

4. Armadura, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que o recesso (240) tem uma profundidade substancialmente correspondente ao diâmetro do fio de comutação (410, 420).

5. Armadura, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que o recesso (240) tem uma profundidade maior ao diâmetro do fio de comutação (410, 420) .

6. Armadura, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4 ou 5, caracterizada pelo fato de que o receptor de fio de comutação (240) tem uma superfície de guia para pelo menos um fio de comutação (410, 420).

7. Armadura, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caracterizada pelo fato de que pelo menos uma cavidade tem duas porções de parede de guia substancialmente opostas (13) para fios de bobina (30) .

8. Armadura, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que as porções de parede de guia substancialmente opostas (13) formam uma cavidade afunilada a qual é afunilada em direção à porção de parede mais interna radial (140).

9. Armadura, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8, caracterizada pelo fato de que as duas porções de parede substancialmente opostas (241, 242) formam um receptor afunilado, o qual é afunilado em direção à porção de parede mais interna radial (140).

10. Armadura, de acordo com as reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8, caracterizada pelo fato de que as duas porções de parede substancialmente opostas (241, 242) são dispostas substancialmente paralelas a cada outra.

11. Armadura, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10, caracterizada pelo fato de que o fio de comutação (410, 420) é uma porção de extremidade de terminal do fio de bobina (30).

12. Motor elétrico, caracterizado pelo fato de que compreende uma armadura de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 ou 11.

13. Método para a disposição de fios elétricos em uma armadura (10) de um motor elétrico, o método caracterizado pelo fato de que compreende: a. o posicionamento de pelo menos um fio de comutação (410, 420) em um receptor de fio de comutação (240) disposto em pelo menos uma cavidade (200) da armadura (100) ; e b. o enrolamento de uma bobina de fios de bobina (30) em porções de parede de guia de bobina (13) de pelo menos uma cavidade (200).

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o recesso (240) é formado na porção de parede mais interna radialmente de pelo menos uma cavidade.

15. Método, de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que o posicionamento de pelo menos um fio de comutação é feito antes do enrolamento da bobina de fios de bobina em uma primeira cavidade (200), e pelo fato de que o posicionamento de pelo menos um fio de comutação'é feito subsequentemente ao enrolamento da bobina de fios de bobina' em uma cavidade (200) diferente da primeira cavidade.