BR112013005801B1

BR112013005801B1 - estrutura de enrolamento, máquina elétrica rotativa, e método de fabricação de máquina elétrica rotativa

Info

Publication number: BR112013005801B1
Application number: BR112013005801A
Authority: BR
Inventors: Fukushige Takashi
Original assignee: Nissan Motor
Priority date: 2010-09-21
Filing date: 2011-08-04
Publication date: 2020-01-28
Also published as: RU2013118326A; EP2621060A4; EP2621060B1; RU2533163C1; JPWO2012039201A1; CN103119833A; BR112013005801A2; MY161796A; CN103119833B; US20130169102A1; JP5505508B2; MX2013002782A; WO2012039201A1; EP2621060A1; US9287744B2

Abstract

estrutura de enrolamento, máquina elétrica rotativa, e método de fabricação de máquina elétrica rotativa trata-se uma estrutura para uma máquina elétrica rotativa que inclui: um núcleo incluindo fendas; e uma bobina incluindo um primeiro enrolamento e um segundo enrolamento combinados pela interseção do primeiro enrolamento com o segundo enrolamento. cada porção reta da bobina é inserida em qualquer uma de duas fendas dispostas a um intervalo determinado de modo que a bobina seja montada no núcleo.

Description

“ESTRUTURA DE ENROLAMENTO, MÁQUINA ELÉTRICA ROTATIVA, E MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE MÁQUINA ELÉTRICA ROTATIVA”

Campo da invenção

Essa invenção refere-se, em geral, a uma estrutura de enrolamento e a uma máquina elétrica rotativa. Em particular, essa invenção se refere à diminuição de tamanho de uma extremidade de bobina de uma máquina elétrica rotativa (motor ou gerador) tendo uma estrutura de enrolamento em forma de enrolamento distribuído.

Fundamentos da invenção

Como tecnologia relacionada, JP 4234749 B descreve uma estrutura de enrolamento em forma de um enrolamento distribuído para uma máquina elétrica rotativa. A estrutura de enrolamento inclui enrolamentos em forma de um enrolamento normal no qual um fio condutor está enrolado enquanto ambas as superfícies laterais estão superpostas. O enrolamento em cada fase tem porções em forma de cotovelo nas porções de extremidade da bobina, e as porções na forma de cotovelo estão dispostas próximas umas às outras em uma direção transversal. Além disso, o enrolamento em cada fase está enrolado ao longo de uma pluralidade de fendas do núcleo de ferro de estator da máquina elétrica rotativa.

Sumário da invenção

Entretanto, um determinado enrolamento passa por cima e por baixo de um enrolamento vizinho em uma região muito estreita que inclui o formato de cotovelo. O resultado é que o enrolamento é forçado a passar por uma deformação significativa. Quando o tamanho da forma de cotovelo é aumentado para reduzir o tamanho da deformação, a diminuição de tamanho da extremidade de bobina termina tornando-se difícil.

Em vista do problema mencionado acima, essa invenção tem o objetivo de diminuir o tamanho de uma extremidade de bobina de uma máquina elétrica rotativa incluindo uma estrutura de enrolamento na forma de enrolamento distribuído.

De acordo com um aspecto dessa invenção, uma estrutura de enrolamento para uma máquina elétrica rotativa inclui: um núcleo incluindo fendas; e uma bobina incluindo um primeiro enrolamento e um segundo enrolamento combinados ao se fazer a interseção do primeiro enrolamento com o segundo enrolamento. Cada porção reta da bobina é inserida em qualquer uma de duas fendas dispostas a um determinado intervalo, de modo que a bobina está montada no núcleo.

Uma descrição detalhada desta invenção, bem como outras características e vantagens da mesma, é dada na descrição a seguir proporcionada pelo relatório, e também está ilustrada nos desenhos anexos.

Breve descrição dos desenhos

A Figura 1 é uma vista em corte transversal tomada ao longo de uma direção axial de uma máquina elétrica rotativa,

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A Figura 2 é uma vista em perspectiva de um estator da máquina elétrica rotativa,

A Figura 3A é uma vista em perspectiva ilustrando um exemplo de uma bobina,

A Figura 3B é uma vista em perspectiva ilustrando outro exemplo da bobina,

A Figura 4 é uma vista de uma exposição parcial ilustrando uma parte do estator exposto ao longo de uma direção circular,

A Figura 5A é uma vista em perspectiva de um primeiro enrolamento ou um segundo enrolamento,

A Figura 5B é uma vista lateral do primeiro enrolamento ou do segundo enrolamento,

A Figura 5C é uma vista em corte transversal do primeiro enrolamento ou do segundo enrolamento,

A Figura 6 é uma vista em corte transversal parcial do estator,

A Figura 7 é um diagrama em circuito dos enrolamentos da máquina elétrica rotativa,

A Figura 8A é um diagrama ilustrando uma primeira etapa de um método de fabricação para o estator,

A Figura 8B é um diagrama ilustrando uma segunda etapa do método de fabricação do estator;

A Figura 8C é é um diagrama ilustrando uma terceira etapa do método de fabricação do estator;

A Figura 8D é um diagrama ilustrando o estator no qual um corpo de enrolamento está disposto;

A Figura 9A é uma vista de extremidade ilustrando um estado no qual porções retas em um lado de uma pluralidade de bobinas estão simultaneamente inseridas nas fendas;

A Figura 9B é uma vista de extremidade do estator depois de terminado, e

A Figura 10 é um diagrama ilustrando uma estrutura de enrolamento na qual o enrolamento normal é aplicado a um enrolamento em forma do enrolamento distribuído convencional e geral.

Descrição das modalidades preferidas

Uma descrição mais detalhada é dada agora de uma modalidade dessa invenção com referência aos desenhos.

A Figura 1 é uma vista esquemática em corte transversal tomada ao longo de uma direção axial de uma máquina elétrica rotativa tendo uma estrutura de enrolamento de acordo com a modalidade. A máquina elétrica rotativa funciona como um motor, um gerador, ou ambas as coisas.

A máquina elétrica rotativa 1 inclui um estator 2, um rotor 3 disposto coaxialmente com o estator 2, e um estojo 4 que acomoda o estator 2 e o rotor 3. O estator 2 e o rotor 3

3/12 têm formatos substancialmente circulares, e o estator 2 é proporcionado de modo a cercar uma periferia externa do rotor 3. Um eixo de rotação 5 é fixado a uma porção central do rotor 3, e o eixo de rotação 5 é suportado rotativamente através de uma intermediação dos mancais 6 pelo estojo 4. Com essa estrutura, o rotor 3 pode rodar com relação ao estator 2 fixado ao estojo 4.

O rotor 3 inclui uma pluralidade de ímãs permanentes 7 dispostos em intervalos iguais em uma direção circular. O rotor 3 roda em torno do eixo de rotação 5 mediante uma força de reação dos ímãs permanentes gerada por um fluxo magnético proporcionado por um corpo de enrolamento 11 do estator 2.

A Figura 2 é uma vista em perspectiva do estator 2. O estator 2 inclui um núcleo de ferro 10 do estator tendo um formato substancialmente circular, e o corpo de enrolamento 11 fixado a uma porção periférica interna do núcleo de ferro 10 do estator (núcleo do estator). O núcleo de ferro 10 do estator inclui uma porção principal de corpo 10a tendo um formato substancialmente circular, e uma pluralidade de porções dentadas (dentes) 10b projetandose da porção principal de corpo 10a. Uma fenda 12 para acomodar o corpo de enrolamento 11 é formada entre as porções dentadas vizinhas 10b. A pluralidade de porções dentadas 10b está disposta na direção periférica em intervalos angulares pré-determinados. A pluralidade de fendas 12 também está disposta na direção periférica a intervalos angulares prédeterminados.

O corpo de enrolamento 11 inclui uma pluralidade de bobinas 14 enroladas de maneira distribuída nas fendas 12. A pluralidade de bobinas 14 inclui as bobinas 14 em fases respectivas.

A Figura 3A e a Figura 3B são vistas perspectivas ilustrando cada bobina 14. A Figura 4 é uma vista com uma exposição parcial ilustrando o estator 2 tendo um formato substancialmente circular que é exposto em uma direção circular.

Como ilustrado na Figura 3A e Figura 3B, a bobina 14 inclui um primeiro enrolamento 15 e um segundo enrolamento 16. O primeiro enrolamento 15 e o segundo enrolamento 16 constituem a única bobina 14 como resultado de fios condutores respectivos 30 estarem conectados entre si a uma porção de conexão 35. O fio condutor 30 é um fio metálico, tal como um fio de cobre. As porções de extremidade da bobina 15a e 15b em um lado superior e em um lado inferior do primeiro enrolamento 15 incluem respectivamente primeiras porções em forma de cotovelo 15aA e 15bA dobrando-se na direção do eixo geométrico de rotação da máquina elétrica rotativa 1. Além disso, as porções de extremidade da bobina 15a e 15b no lado superior e no lado inferior do primeiro enrolamento 15 incluem respectivamente segundas porções em forma de cotovelo 15aB e 15bB dobrando-se na direção radial da máquina elétrica rotativa 1. Deve ser notado que as porções de extremidade de bobina são porções do enrolamento localizadas em superfícies de extremidade na direção

4/12 axial do núcleo de ferro 10 do estator (porção dentada 10b).

Além disso, porções de extremidade da bobina 16a e 16b em um lado superior e em um lado inferior do segundo enrolamento 16 incluem respectivamente primeiras porções em forma de cotovelo 16aA e 16bA dobrando-se na direção do eixo geométrico de rotação da máquina elétrica rotativa 1. As porções de extremidade da bobina 16a e 16b no lado superior e no lado inferior do segundo enrolamento 16 incluem respectivamente segundas porções em forma de cotovelo 16aB e 16bB dobrando-se na direção radial da máquina elétrica rotativa 1.

Como indicado por anéis de uma linha tracejada da Figura 3A e figura 3B, as primeiras porções em forma de cotovelo 15aA e 15bA e as segundas porções em forma de cotovelo 15aB e 15bB do primeiro enrolamento 15 são respectivamente encaixadas nas segundas porções em forma de cotovelo 16aB e 16bB e nas primeiras porções em forma de cotovelo 16aA e 16bA do segundo enrolamento 16 e cruzam as mesmas. Em outras palavras, as primeiras porções em forma de cotovelo 15aA e 15bA do primeiro enrolamento 15 dobrando-se na direção do eixo geométrico de rotação e as segundas porções em forma de cotovelo 16aB e 16bB do segundo enrolamento 16 dobrando-se na direção radial se opõem e se cruzam umas com as outras. As segundas porções em forma de cotovelo 15aB e 15bB do primeiro enrolamento 15 se dobram na direção radial e as primeiras porções em forma de cotovelo 16aA e 16bA do segundo enrolamento 16 dobrando-se na direção do eixo geométrico de rotação se opõem e se cruzam umas com as outras.

Essa configuração elimina tal situação em que um determinado enrolamento passa por cima e por baixo de um enrolamento montado em uma fenda vizinha em uma região muito estreita (referência à Figura 4 e à Figura 9B). O resultado é que o enrolamento não é submetido a uma deformação significativa, e, comparado à tecnologia relacionada, as extremidades de bobina podem ter seu tamanho reduzido. Além disso, não é necessário separar excessivamente as porções de extremidade de bobina das fendas, e, consequentemente, comparando-se com a tecnologia e um enrolamento com distribuição geral, as extremidades da bobina podem ter seu tamanho significativamente reduzido.

Como ilustrado na Figura 4, devido à presença da primeira e segunda porções de cotovelo, o primeiro enrolamento 15 de uma determinada bobina 14 (primeira bobina) é inserido na fenda enquanto passa por baixo da porção de extremidade de bobina de um primeiro enrolamento 15’ de outra bobina vizinha 14’ (segunda bobina). Ao contrário, um segundo enrolamento 16’ da bobina vizinha 14’ é inserido na fenda enquanto passa por baixo da porção de extremidade de bobina do segundo enrolamento 16 da bobina 14.

Além disso, o primeiro enrolamento 15 da determinada bobina 14, na porção dentada 10b, se estende em paralelo e sobreposto ao segundo enrolamento 16’ da bobina vizinha 14’ com uma posição trocada entre os mesmos (fazer referência também à Figura 9B). Em

5/12 outras palavras, o primeiro enrolamento 15 da bobina 14 se estende na porção dentada 10b, em contato com o segundo enrolamento 16’ da bobina vizinha 14’ em uma direção perpendicular à direção axial da máquina elétrica rotativa 1 (isto é, a direção radial). O segundo enrolamento 16 da determinada bobina 14, na porção dentada 10b, se estende em paralelo e sobreposto ao primeiro enrolamento 15’ da bobina vizinha 14’ com uma posição trocada entre os mesmos. Em outras palavras, o segundo enrolamento 16 da bobina 14 se estende na porção dentada 10b, em contato com o primeiro enrolamento 15’ da bobina vizinha 14’ na direção perpendicular à direção axial da máquina elétrica rotativa 1 (isto é, a direção radial). O resultado é que o fator espaço dos enrolamentos aumenta, e um torque de saída da máquina elétrica 1 aumenta. Deve ser observado que o fator espaço dos enrolamentos é obtido dividindo-se uma área em corte transversal total dos fios condutores 30 (incluindo revestimento) dentro da fenda por uma área em corte transversal de fenda na direção perpendicular ao eixo geométrico de rotação.

A bobina 14 se encaixa em duas fendas tendo um dado intervalo, e é montada desta forma no núcleo de ferro 10 do estator. Em outras palavras, porções retas do primeiro enrolamento 15 e do segundo enrolamento 16 (porções retas da bobina) são inseridas em qualquer uma das duas fendas tendo o intervalo determinado. Nesse caso, em uma fenda 12a, uma porção reta à esquerda 15c do primeiro enrolamento 15 está localizada em um lado radialmente externo de uma porção reta à esquerda 16c do segundo enrolamento 16 na máquina elétrica rotativa 1. Em outra fenda 12b, uma porção reta à direita 15d do primeiro enrolamento 15 está localizada em um lado radialmente externo de uma porção reta à direita 16d do segundo enrolamento 16 na máquina elétrica rotativa 1.

O intervalo das duas fendas dentro do qual a bobina 14 é inserida, isto é, um passo de enrolamento (passo de bobina), é ajustado em dois. Em outras palavras, a bobina 14 (primeiro enrolamento e segundo enrolamento) é enrolada em volta de duas porções dentadas vizinhas uma da outra em ambos os lados de uma fenda. Nesse caso, em todos os passos do enrolamento, a extremidade de bobina da máquina elétrica rotativa 1 pode ter seu tamanho reduzido ao máximo.

Deve ser observado que, na extremidade de bobina localizada na superfície de extremidade na direção axial do núcleo de ferro 10 do estator, o número de bobinas (pares de enrolamentos) é igual ao passo do enrolamento. O resultado é que quando um passo é grande, um grande número de pares de enrolamentos precisa se cruzar nas porções em forma de cotovelo, e o efeito de diminuição de tamanho é reduzido por folgas geradas quando o estator 2 é montado, e por pequenas projeções das porções em forma de cotovelo. Por outro lado, quando o passo do enrolamento é um, o enrolamento concentrado geral é proporcionado, e os enrolamentos não precisam se cruzar. Assim, quando o passo do enrolamento é dois, a diminuição de tamanho pode ser atingida em seu máximo.

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O número de interseções do primeiro enrolamento 15 e do segundo enrolamento 16 na porção de extremidade de bobina é de duas. Quando o passo da bobina é dois e pelo menos duas interseções são proporcionadas, o enrolamento montado em uma determinada fenda pode ser enrolado enquanto só está passando por cima ou por baixo de um enrolamento montado em uma fenda vizinha sem que se dobre significativamente.

A Figura 5A e a Figura 5B ilustram detalhes do primeiro enrolamento 15 e do segundo enrolamento 16. Embora o primeiro enrolamento 15 e o segundo enrolamento 16 sejam mais ou menos diferentes na forma devido ao formato circular do estator 2, o primeiro enrolamento 15 e o segundo enrolamento 16 têm substancialmente os mesmos formatos. Presumindo-se que a Figura 5A corresponde ao primeiro enrolamento 15, uma vista obtida pela inversão da Figura 5A na direção à esquerda/à direita corresponde substancialmente ao segundo enrolamento 16. A Figura 5C ilustra uma vista em corte transversal do enrolamento.

O primeiro enrolamento 15 e o segundo enrolamento 16 estão na forma do enrolamento normal, e os fios condutores 30 que constituem o primeiro enrolamento 15 e o segundo enrolamento 16 estão alinhados. O resultado é que o fator de espaço do enrolamento na fenda aumenta. O enrolamento normal aumenta o fator de espaço do enrolamento na fenda para o mesmo nível daquele do enrolamento concentrado. A primeira e segunda porções em forma de cotovelo proporcionadas nos enrolamentos no enrolamento normal proporcionam uma configuração tal que o primeiro enrolamento 15 (ou o segundo enrolamento 16) de uma determinada bobina é inserido na fenda enquanto se sobrepõe à porção de extremidade de bobina do primeiro enrolamento 15 (ou do segundo enrolamento 16) de outra bobina (fazer referência à Figura 4 e à Figura 9A). Assim, o enrolamento que passa por cima de uma fenda irrelevante na qual o enrolamento não está montado não bloqueia a fenda irrelevante, o que resulta em um aumento no fator de espaço do enrolamento.

Quando o enrolamento normal é aplicado a um enrolamento na forma do enrolamento geral convencional distribuído, como ilustrado na Figura 10, porções de extremidade de bobina dos enrolamentos enrolados na forma normal passam por cima de fendas irrelevantes, e bloqueiam as fendas. Nesse caso, o fator espaço do enrolamento dentro da fenda é significativamente diminuído, e a máquina elétrica rotativa tem seu tamanho aumentado, o que leva a um aumento na perda. Portanto, para o enrolamento distribuído convencional, um enrolamento em forma não-normal é empregado, e, mediante uma separação significativa entre a porção de extremidade da bobina e a fenda, evita-se que a fenda irrelevante seja bloqueada. O resultado é que o fator espacial do enrolamento dentro da fenda é aumentado, mas o enrolamento está na forma não-normal, e desta maneira existe um limite para o aperfeiçoamento do fator espaço, e a extremidade da bobina tem seu tamanho aumentado.

Como ilustrado na Figura 5A e na Figura 5B, o enrolamento é formado de duas ca

7/12 madas enroladas na forma de um enrolamento α. O resultado é que o fator espaço do enrolamento dentro da fenda aumenta ainda mais. Além disso, como ilustrado na Figura 5C, o formato em corte transversal do fio condutor (fio do elemento) 30 do enrolamento é substancialmente retangular. Em outras palavras, como fio condutor 30 do enrolamento é empregado um fio quadrado. O resultado é que o fator espaço do enrolamento dentro da fenda aumenta ainda mais.

O número de voltas do enrolamento é um número não-inteiro (fração), e locais dos dois guias 18 são respectivamente atribuídos às porções de extremidade em ambos os lados. O resultado é que, reduzindo-se o número de voltas da porção reta da fiação em um lado por uma volta, um espaço usado para uma mudança no estágio do enrolamento e similar pode ser assegurado. Além disso, existe um espaço excedente em uma periferia externa das porções de extremidade de bobina, e desta maneira distribuindo-se as porções de conexão para o primeiro enrolamento e para o segundo enrolamento para ambos os lados da máquina elétrica rotativa, o espaço é eficientemente usado, e, portanto, as extremidades da bobina podem ter seu tamanho reduzido.

Como ilustrado na Figura 3A, o primeiro enrolamento 15 e o segundo enrolamento 16 podem formar a bobina 14 como resultado dos respectivos fios condutores 30 estarem conectados em série um ao outro na porção de conexão 35 no lado da superfície de extremidade em um lado do estator 2. O resultado é que as extremidades da bobina podem ter seu tamanho reduzido.

Além disso, como ilustrado na Figura 3B, quando o primeiro enrolamento 15 e o segundo enrolamento 16 são produzidos por meio do enrolamento α, o primeiro enrolamento 15 e o segundo enrolamento 16 podem estar conectados um ao outro dentro da fenda na porção de conexão 35 das porções retas 15c e 16c dos enrolamentos. O arranjo da porção de conexão 35 nas porções retas dos enrolamentos não resulta em uma situação tal que a porção de conexão 35 se torna um obstáculo contra a formação das porções em forma de cotovelo, e, portanto, as bobinas podem ter seu tamanho reduzido.

Como ilustrado na Figura 6, a porção dentada 10b do núcleo de ferro do estator (núcleo do estator) 10 pode ter uma forma afilada. Devido à forma dos enrolamentos em corte transversal, a fenda 12 tem um formato substancialmente retangular dos enrolamentos, e o formato da porção dentada 10b é assim a forma afilada. O resultado é que a densidade do fluxo magnético diminui no fundo da porção dentada 10b, levando à redução na perda de núcleo.

A Figura 7 é um exemplo de um diagrama de circuito dos enrolamentos da máquina elétrica rotativa 1. Tipicamente, o número C das bobinas 14 é representado por (P/2)xm, onde P denota o número de polos magnéticos, e m denota o número de fases de um suprimento de energia de acionamento para a máquina elétrica rotativa. Além disso, o número C

8/12 das bobinas 14 é igual ao número S_L das fendas 12. Na Figura 7, o número P de polos é de oito (o número de pares de polos é de quatro), o número m das fases é de cinco, o número S_L de fendas é de 20, e o passo do enrolamento é dois. O método de conexão é a conexão em Y, e é o tipo de conexão de quatro em paralelo/um em série no qual o número de pontos neutros (N1-N4) é de quatro. As bobinas nas cinco fases estão conectadas respectivamente nas fases U, V, W, R e S do suprimento de energia de acionamento.

Aumentando-se o fator de passo pequeno K (fator de enrolamento de passo pequeno), a máquina elétrica rotativa 1 pode ter um torque alto. Quando S_L denota o número de fendas, P denota o número de polos, e L denota o passo do enrolamento, o fator de passo pequeno é representado pela Equação (1) abaixo. Portanto, o número S_L de fendas é de preferência de duas a três vezes o número P de polos magnéticos. No exemplo da Figura 7, o número S_L de fendas é 2,5 o número P dos polos magnéticos.

. (7±P} ...

K = sin —— · (1)

J

Além disso, aumentando-se o fator de distribuição (fator de enrolamento distribuído), o torque pode ser aumentado. Entre combinações principais do número de fendas e do número de polos, combinações que podem aumentar não apenas o fator de passo pequeno, mas também o fator de distribuição quando o passo do enrolamento é dois incluem uma combinação em que o número de fases é cinco e a proporção do número S_L de fendas para o número P dos polos magnéticos é de 5:2, e uma combinação na qual o número de fases é três e uma proporção do número S_L de fendas para o número P dos polos magnéticos é 3:1.

As Figuras 8A a 8D ilustram um método de fabricação para o estator 2. Como ilustrado na Figura 8A, como uma primeira etapa é formada uma pluralidade de primeiros enrolamentos 15 e uma pluralidade de segundos enrolamentos 16 na forma do enrolamento normal ilustrado na Figura 5A. Como ilustrado na Figura 8B, como uma segunda etapa, os primeiros enrolamentos 15 e uma os segundos enrolamentos 16 estão respectivamente combinados, e uma pluralidade de bobinas 14 são assim produzidas.

Na segunda etapa, o primeiro enrolamento 15 e o segundo enrolamento 16 são combinados de modo a se cruzarem duas vezes nas respectivas porções de extremidade de bobina. A primeira porção em forma de cotovelo do primeiro enrolamento 15 é adaptada à segunda porção em forma de cotovelo do segundo enrolamento 16. A segunda porção em forma de cotovelo do primeiro enrolamento 15 é adaptada à primeira porção em forma de cotovelo do segundo enrolamento 16.

Como ilustrado na Figura 8C e Figura 8D, em uma terceira etapa, cada uma da pluralidade de bobinas 14 é inserida em duas fendas, sendo assim montadas ao núcleo de ferro 10 do estator. Em uma quarta etapa, a bobina 14 é empurrada para dentro das fendas de modo que o primeiro enrolamento 15 (ou o segundo enrolamento 16) da bobina 14 se so

9/12 brepõe ao segundo enrolamento 16’ (ou ao primeiro enrolamento 15’) de uma bobina vizinha 14’ na porção dentada 10b na direção radial do estator 2.

Como ilustrado na Figura 9A e Figura 9B, na terceira etapa, a pluralidade de bobinas 14 pode ser simultaneamente inserida nas fendas 12, sendo assim montada no núcleo 5 de ferro 10 do estator. O resultado é que o estator 2 é montado adequadamente. Deve ser observado que as duas fendas nas quais a bobina 14 é inserida não são paralelas entre si, e assim após uma porção reta de cada uma das bobinas ser inserida em uma fenda, a outra porção reta de cada uma das bobinas 14 precisa ser inserida na outra fenda enquanto gira cada uma das bobinas 14. Para proporcionar um espaço exigido para esse giro, uma porção 10 recortada 22 é proporcionada no fundo da porção dentada 10b. O resultado é que a montagem do núcleo de ferro 10 do estator e do corpo 11 do enrolamento é facilitada.

Na modalidade acima mencionada, é dada uma descrição do caso em que a estrutura de enrolamento é aplicada ao estator, mas para uma máquina elétrica rotativa na qual um corpo de enrolamento é proporcionado para um núcleo de ferro de um rotor, a estrutura 15 de enrolamento descrita acima pode ser aplicada ao rotor.

De acordo com a modalidade, a estrutura de enrolamento da máquina elétrica rotativa 1 inclui o núcleo de ferro 10 (também chamado simplesmente de núcleo) tendo as fendas 12, e as bobinas 14 tendo o primeiro enrolamento 15 e o segundo enrolamento 16 que são combinados pelo cruzamento do primeiro enrolamento 15 com o segundo enrolamento 20 16. Cada uma das porções retas da bobina 14 é inserida em qualquer uma das duas fendas tendo o intervalo dado de modo que a bobina 14 é montada no núcleo de ferro 10. Portanto, as extremidades de bobina da máquina elétrica rotativa, e também o estator (ou o rotor) podem ter seu tamanho reduzido.

As porções de extremidade de bobina 15a, 15b, 16a, 16b do primeiro enrolamento 25 15 e do segundo enrolamento 16 incluem respectivamente as primeiras porções em forma de cotovelo 15aA, 15bA, 16aA e 16bA que se dobram na direção do eixo geométrico de rotação da máquina elétrica rotativa 1, e as segundas porções em forma de cotovelo 15aB, 15bB, e 16aB e 16bB se dobram na direção radial da máquina elétrica rotativa. As primeiras porções em forma de cotovelo 15aA e 15bA do primeiro enrolamento 15 são encaixadas nas 30 e cruzam as segundas porções em forma de cotovelo 16aB e 16bB do segundo enrolamento

16. As segundas porções em forma de cotovelo 15aB e 15bB do primeiro enrolamento 15 são encaixadas nas e assim cruzam as primeiras porções em forma de cotovelo 16aA e 16bA do segundo enrolamento 16. O resultado é que as extremidades de bobina da máquina elétrica rotativa podem ter seu tamanho reduzido com mais certeza.

O primeiro enrolamento de uma determinada bobina 14 (primeira bobina) na porção de extremidade de bobina se sobrepõe ao segundo enrolamento 16’ de outra bobina 14’ (segunda bobina) com uma posição trocada entre as mesmas. Além disso, o segundo enro

10/12 lamento 16 da determinada bobina 14, na porção de extremidade de bobina, sobrepõe-se ao primeiro enrolamento 15’ da outra bobina 14’ com uma posição trocada entre as mesmas. O resultado é que o fator espaço dos enrolamentos (fios condutores) dentro da fenda aumenta, e o torque de saída da máquina elétrica rotativa aumenta.

Quando o passo de enrolamento ao qual a bobina 14 é enrolada nas fendas 12 do núcleo de ferro 10 é dois, as extremidades de bobina da máquina elétrica rotativa podem ter seu tamanho diminuído ao máximo. O número de interseções entre o primeiro enrolamento 15 e o segundo enrolamento 16 nas porções de extremidade de bobina é dois. O resultado é que o primeiro enrolamento 15 e o segundo enrolamento 16 só passam por cima ou por baixo de um enrolamento montado em uma fenda vizinha, e são enrolados sem que reste um espaço sem uso.

O número de fendas do núcleo de ferro 10 é de duas a três vezes o número de polos magnéticos da máquina elétrica rotativa, e assim o fator de passo pequeno aumenta, e a máquina elétrica rotativa tem um alto torque. É preferido que o número de fases da máquina elétrica rotativa 1 seja cinco, e a proporção do número de fendas do núcleo de ferro 10 para o número dos polos magnéticos da máquina elétrica rotativa seja 5:2. Alternativamente, é preferido que o número de fases da máquina elétrica rotativa seja três, e a proporção do número de fendas do núcleo de ferro 10 para o número dos polos magnéticos da máquina elétrica rotativa seja 3:1. O resultado é que o fator de distribuição aumenta, e a máquina elétrica rotativa 1 tem um torque mais alto.

O primeiro enrolamento 15 e o segundo enrolamento 16 são enrolados na forma normal, e um fator de espaço condutor na fenda pode ser assim aumentado até o mesmo nível que aquele do enrolamento concentrado. A forma em corte transversal do fio condutor 30 que constitui o primeiro enrolamento 15 e o segundo enrolamento 16 é substancialmente retangular, e o fator espaço condutor na fenda pode assim ser aumentado ainda mais. O primeiro enrolamento 15 e o segundo enrolamento 16 são enrolados na forma do enrolamento a, e o fator espaço condutor na fenda pode ser assim aumentado ainda mais.

Quando o primeiro enrolamento 15 e o segundo enrolamento 16 são conectados entre si na fenda, a porção de conexão 35 está disposta nas porções retas dos enrolamentos, o que não se torna um obstáculo contra a formação de porções em forma de cotovelo. O número de voltas do primeiro enrolamento 15 e do segundo enrolamento 16 não é um número inteiro, e quando os dois fios guias 18 de cada um dos enrolamentos está disposto nas porções de extremidade da bobina em ambos os lados, o espaço usado para a mudança do estágio de enrolamento e similar pode ser assegurado. Quando o primeiro enrolamento 15 e o segundo enrolamento 16 estão conectados em série entre si na porção de extremidade de bobina em um lado, a extremidade de bobina da máquina elétrica rotativa pode ter seu tamanho diminuído.

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A porção recortada 22 é proporcionada no fundo da porção dentada 10b do núcleo de ferro 10, e a montagem do estator 2 é facilitada desta maneira. Quando a porção dentada 10b do núcleo de ferro é afilada, a perda de núcleo do núcleo de ferro 10 do estator diminui.

O método de fabricação da máquina elétrica rotativa 1 inclui a primeira etapa de formar os primeiros enrolamentos 15 e os segundos enrolamentos 16 cruzando-se os primeiros enrolamentos 15 e os segundos enrolamentos 16 entre si para produzir as bobinas 14, e a terceira etapa de inserir as bobinas 14 nas fendas 12 do núcleo de ferro 10 para montar as bobinas 14 no núcleo de ferro 10. O resultado é que a máquina elétrica rotativa 1 tendo as porções de extremidade de bobina com tamanho reduzido e o estator 2 (ou rotor) pode ser fabricada.

Uma pluralidade de bobinas 14 é produzida, e todas as bobinas 14 são inseridas respectivamente nas fendas correspondentes 12 do núcleo de ferro 10 simultaneamente, montando assim simultaneamente as bobinas 14 no núcleo de ferro 10. O resultado é que o estator 2 é montado adequadamente.

Será dada agora uma descrição de um resultado comparativo entre um protótipo da máquina elétrica rotativa de acordo com a tecnologia convencional tendo uma estrutura de enrolamento na forma distribuída e um protótipo da máquina elétrica rotativa 1 de acordo com a modalidade. Tanto no protótipo da máquina elétrica rotativa 1 quanto no protótipo da máquina elétrica rotativa da tecnologia convencional, os diâmetros e os comprimentos axiais dos núcleos de ferro dos estatores foram iguais, os rotores foram iguais, e todos os materiais das placas de aço eletromagnéticas, dos fios condutores (fios de ferro), dos ímãs, e similares eram os mesmos. Além disso, em ambos os protótipos, os torques instantâneos máximos, as potências instantâneas máximas, as velocidades de rotação máximas, e as densidades de corrente máximas dos enrolamentos são iguais.

A proporção do tamanho da extremidade de bobina com relação ao núcleo de ferro é pequena (25%) para o protótipo da máquina elétrica rotativa 1, e a proporção de tamanho é grande (47%) para o protótipo da máquina elétrica rotativa da tecnologia convencional. É entendido que a extremidade de bobina da máquina elétrica rotativa 1 de acordo com a modalidade tem um tamanho reduzido se comparado à extremidade de bobina da máquina elétrica rotativa da tecnologia convencional. Deve ser notado que a proporção de tamanho da extremidade de bobina é obtida por uma equação: (LE/LC)x100% com base em um comprimento LE da extremidade da bobina na direção axial da máquina elétrica rotativa, e um comprimento LC do núcleo de ferro na direção axial. Além disso, através da diminuição do tamanho da extremidade da bobina, o tamanho do protótipo de acordo com a modalidade se torna de 85% (=125/147x100%) com relação ao tamanho do protótipo da tecnologia convencional.

O fator espaço do enrolamento definido como descrito acima é grande (55%) para o

12/12 protótipo da máquina elétrica rotativa 1, e o fator espaço é pequeno (45%) para o protótipo da máquina elétrica rotativa da tecnologia convencional. Entende-se que, na máquina elétrica rotativa 1 de acordo com a modalidade, mais fios condutivos que aqueles da máquina elétrica rotativa da tecnologia convencional passam na fenda única. Além disso, à velocida5 de de rotação de 10.000 rpm, a potência (torque da potência) do protótipo da máquina elétrica rotativa 1 aumentou em 30% com relação à potência (torque da potência) do protótipo da máquina elétrica rotativa da tecnologia convencional.

Essa invenção não é limitada à modalidade acima mencionada, e várias modificações e mudanças são possíveis dentro do seu conceito técnico, e as modificações e altera10 ções estão claramente incluídas no escopo técnico dessa invenção.

Toda a descrição do Pedido de Patente JP 2010-211193, depositado em 21 de setembro de 2010 é incorporada aqui como referência.

Claims

1. Estrutura de enrolamento para uma máquina elétrica rotativa (1), compreendendo: um núcleo (10) incluindo fendas (12, 12a, 12b); e uma bobina (14, 14') incluindo um primeiro enrolamento (15) e um segundo enrolamento (16) combinados ao se fazer a interseção do primeiro enrolamento (15) com o segundo enrolamento (16), em que:

o primeiro enrolamento (15) compreende uma primeira porção reta (15c) e uma segunda porção reta (15d), e o segundo enrolamento (16) compreende uma primeira porção reta (16c) e uma segunda porção reta (16d),

CARACTERIZADA pelo fato de que:

a primeira porção reta (15c) do primeiro enrolamento (15) e a primeira porção reta (16c) do segundo enrolamento (16) são inseridas em uma primeira fenda (12a) do núcleo (10) e a segunda porção reta (15d) do primeiro enrolamento (15) e a segunda porção reta (16d) do segundo enrolamento (16) são inseridas em uma segunda fenda (12b) do núcleo (10) que é localizada em um intervalo predeterminado da primeira fenda (12a).

2. Estrutura, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que, na bobina (14), porções de extremidade de bobina (15a, 15b, 16a, 16b) do primeiro enrolamento (15) e do segundo enrolamento (16) compreendem, cada uma:

uma primeira porção em forma de cotovelo (15aA, 15bA, 16aA, 16bA) dobrando-se em uma direção do eixo geométrico de rotação da máquina elétrica rotativa (1); e uma segunda porção em forma de cotovelo (15aB, 15bB, 16aB, 16bB) dobrando-se em uma direção radial da máquina elétrica rotativa (1); e a primeira porção em forma de cotovelo (15aA, 15bA) do primeiro enrolamento (15) é encaixada a e se intercepta com a segunda porção em forma de cotovelo (16aB, 16bB) do segundo enrolamento (16), e a segunda porção em forma de cotovelo (15aB, 15bB) do primeiro enrolamento (15) é encaixada a e se intercepta com a primeira porção em forma de cotovelo (16aA, 16bA) do segundo enrolamento (16).

3. Estrutura, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA por compreender ainda outra bobina (14'), em que:

o primeiro enrolamento (15) da bobina (14) se sobrepõe, em uma porção de extremidade da bobina, a um segundo enrolamento (16') da outra bobina (14'); e o segundo enrolamento (16) da bobina (14) se sobrepõe, na porção de extremidade da bobina, a um primeiro enrolamento (15') da outra bobina (14').

4. Máquina elétrica rotativa (1), CARACTERIZADA pelo fato de compreender a estrutura de enrolamento, conforme definida na reivindicação 2.

5. Máquina elétrica rotativa (1), de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADA

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2/3 pelo fato de que um passo de enrolamento de enrolar a bobina (14) nas fendas (12, 12a,12b) do núcleo (10) é de dois.

6. Máquina elétrica rotativa (1), de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADA pelo fato de que um número de interseções do primeiro enrolamento (15) e do segundo enrolamento (16) nas porções de extremidade de bobina (15a, 15b, 16a, 16b) é de dois.

7. Máquina elétrica rotativa (1), de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADA pelo fato de que um número de fendas (12, 12a,12b) do núcleo (10) é de duas a três vezes o número de polos magnéticos da máquina elétrica rotativa (1).

8. Máquina elétrica rotativa (1), de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADA pelo fato de que um número de fases da máquina elétrica rotativa (1) é cinco e uma proporção de um número das fendas (12, 12a,12b) do núcleo (10) para um número de polos magnéticos da máquina elétrica rotativa (1) é de 5:2, ou o número das fases da máquina elétrica rotativa (1) é três e a proporção do número das fendas (12, 12a,12b) do núcleo (10) para o número dos polos magnéticos da máquina elétrica rotativa (1) é 3:1.

9. Máquina elétrica rotativa (1), de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADA pelo fato de que o primeiro enrolamento (15) e o segundo enrolamento (16) são enrolados na forma de um enrolamento normal.

10. Máquina elétrica rotativa (1), de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADA pelo fato de que o primeiro enrolamento (15) e o segundo enrolamento (16) são formados de fios condutores tendo um formato em corte transversal substancialmente retangular.

11. Máquina elétrica rotativa (1), de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADA pelo fato de que o primeiro enrolamento (15) e o segundo enrolamento (16) são enrolados em forma de um enrolamento α.

12. Máquina elétrica rotativa (1), de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADA pelo fato de que o primeiro enrolamento (15) e o segundo enrolamento (16) são conectados entre si nas fendas (12, 12a, 12b).

13. Máquina elétrica rotativa (1), de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADA pelo fato de que um número de voltas do primeiro enrolamento (15) e um número de voltas do segundo enrolamento (16) são números não-inteiros, e dois fios guias de cada um do primeiro enrolamento (15) e do segundo enrolamento (16) estão localizados nas porções da extremidade da bobina (15a, 15b, 16a, 16b) em ambos os lados.

14. Máquina elétrica rotativa (1), de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADA pelo fato de que o primeiro enrolamento (15) e o segundo enrolamento (16) estão conectados em série entre si em uma porção de extremidade de bobina em um lado.

15. Máquina elétrica rotativa (1), de acordo com a reivindicação 4,

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CARACTERIZADA por compreender ainda uma porção recortada (22) proporcionada em um fundo de uma porção dentada (10b) do núcleo (10).

16. Máquina elétrica rotativa (1), de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADA pelo fato de que uma porção dentada (10b) do núcleo (10) tem um formato afilado.

17. Método de fabricação de uma máquina elétrica rotativa que compreende:

uma primeira etapa de formar um primeiro enrolamento (15) e um segundo enrolamento (16); e uma segunda etapa de combinar o primeiro enrolamento (15) e o segundo enrolamento (16) pela interseção do primeiro enrolamento (15) e do segundo enrolamento (16) entre si para produzir uma bobina (14);

em que o primeiro enrolamento (15) compreende uma primeira porção reta (15c) e uma segunda porção reta (15d), e o segundo enrolamento (16) compreende uma primeira porção reta (16c) e uma segunda porção reta (16d);

o método CARACTERIZADO por compreender:

uma terceira etapa de inserir a primeira porção reta (15c) do primeiro enrolamento (15) e a primeira porção reta (16c) do segundo enrolamento (16) em uma primeira fenda (12a) do núcleo (10) e inserir a segunda porção reta (15d) do primeiro enrolamento (15) e a segunda porção reta (16d) do segundo enrolamento (16) em uma segunda fenda (12b) do núcleo (10) que é localizada em um intervalo predeterminado da primeira fenda (12a).

18. Método, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de que a terceira etapa compreende:

produzir uma pluralidade das bobinas (14); e inserir toda a pluralidade das bobinas (14) respectivamente e simultaneamente em fendas (12, 12a, 12b) correspondentes do núcleo (10) para montar a pluralidade de bobinas (14) simultaneamente no núcleo (10).