BR112013013547B1

BR112013013547B1 - Processo para estampagem de vários lados de bobina para um enrolamento de estator, estator e máquina elétrica.elétrica

Info

Publication number: BR112013013547B1
Application number: BR112013013547A
Authority: BR
Inventors: Schwarzkopf Christoph; Kreuzer Helmut; Herbold Klaus; Pflueger Klaus; Henne Martin; Didra Steffen
Original assignee: Bosch Gmbh Robert; Seg Automotive Germany Gmbh
Priority date: 2010-12-01
Filing date: 2011-11-30
Publication date: 2020-04-07
Also published as: BR112013013547A2; ES2525169T3; EP2647108A2; WO2012072695A3; WO2012072695A2; CN103250334B; EP2647108B1; BR112013013547A8; US9780631B2; US20130257215A1; MX2013006013A; CN103250334A; DE102010053716A1

Abstract

processo para estampagem de vários lados de bobina para um enrolamento de estator, estator e máquina elétrica a presente invenção refere-se a um processo para estampagem de vários lados de bobina (96) para um enrolamento de estator (18), caracterizado pelo fato de que os vários lados de bobina (96) são dispostos em uma fileira de ranhuras (90), sendo que se deforma com uma força (f), cuja direção de força apresenta um ângulo (a) para com a fileira de ranhuras (90), que é maior do que zero.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para PROCESSO PARA ESTAMPAGEM DE VÁRIOS LADOS DE BOBINA PARA UM ENROLAMENTO DE ESTATOR, ESTATOR E MÁQUINA ELÉTRICA.

Estado atual da técnica [001] Quando da configuração da geometria de ranhura em ferros de estator de máquinas elétricas, o fator de carga elétrica, isto é, o quociente de área de cobre para área de ranhura, é um parâmetro determinante para a descrição da capacidade ou do grau de eficácia do sistema total. Processos de produção de estator usuais, como p.ex. o processo de alimentação, possibilitam valores de 40% até no máximo 50% da carga elétrica.

[002] Para ulterior aumento desses valores, os arames na região da ranhura podem ser compactados por um processo de estampagem, ver, por exemplo, WO-2001054254 A1. Assim, pode ser atingida a região de mais de 60% de carga elétrica nas ranhuras do estator. Pressupondo-se a observância de determinadas dependências construtivas (p.ex. execução compacta dos cabeçotes de bobina,...), assim com pouco dispêndio de material pode ser produzida mais potência elétrica em volumes de construção menores.

[003] Quando da conversão técnica da operação de estampagem são de significado determinante determinadas condições colaterais. Assim, p.ex., cruzamentos de arame na região da ranhura podem levar a esmagamentos com seção transversal bastante reduzida, que em operação, devido à resistência ôhmica elevada, podem levar a superaquecimentos locais com correspondentes consequências.

[004] Altos fatores de carga elétrica são especialmente possibilitados por elevado enchimento mecânico nas ferramentas de estampagem; por isso, considerando-se as possíveis tolerâncias de arame, se almeja um enchimento da ranhura de estampagem de quase 100%.

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Mas isso pressupõe que todos os arames sejam deformados tão uniformemente quanto possível na região da ranhura.

[005] Com seleção desfavorável da direção de estampagem esse pressuposto não é satisfeito. Sendo o arame estampado em direção radial (direção em altura da ranhura), então o arame, que está em contato com o punção de estampagem, é deformado com intensidade desproporcional em comparação com o arame na base da ranhura de estampagem, porque a pressão de estampagem não se distribui uniformemente devido a atrito mecânico e outras influências.

[006] Por mero cálculo, tem-se na punção de estampagem um enchimento de ranhura estampada superior a 100%. Como consequência, cobre é deslocado em direção longitudinal do arame para dentro das cabeças de enrolamento e, assim, para a região da máquina eletromagneticamente não ativa. O arame não pode assim ser otimamente estampado.

Apresentação da invenção e descrição dos desenhos [007] A invenção será, a seguir, detalhadamente explicada a título de exemplo com base nas figuras. Mostram:

[008] Figura 1 - um corte longitudinal por uma máquina elétrica, [009] Figura 2 - uma fileira de arames redondos ou lados de bobina, que devem ser deformados em flancos paralelos, [0010] Figura 3 - uma fileira de arames outrora redondos, que foram deformados em flancos paralelos e, após isolamento, inseridos em uma ranhura, [0011] Figura 4 - uma fileira de arames redondos ou lados de bobina, que devem ser deformados em forma de trapézio, [0012] Figura 5 - duas meias fileiras de arames redondos ou lados de bobina, que devem ser deformados em flancos paralelos, [0013] Figura 6 - quatro meias fileiras ou duas meias fileiras inteiras de arames redondos ou lados de bobina com número de lados de

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3/8 bobina pares, que devem ser deformados em forma de trapézio, [0014] Figura 7 - quatro fileiras parciais ou duas fileiras inteiras partidas de arames redondos ou lados de bobina com número de lados de bobina/fileira ímpar, que devem ser deformados em forma de trapézio.

[0015] A envoltória representada nas figuras representa o contorno das fileiras a ser alcançado depois da deformação.

Formas de execução da invenção [0016] Na figura 1 está representado um corte longitudinal por uma máquina 10 elétrica, aqui na execução como gerador ou gerador de corrente alternada para veículos automotores. Essa máquina 10 elétrica apresenta, entre outros, um alojamento 13 bipartido, que consiste em uma primeira placa de suporte 13.1 e uma segunda placa de suporte 13.2. A placa de suporte 13.1 e a placa de suporte 13.2 alojam em si um assim chamado estator 16, que, de um lado, consiste em um ferro de estator 17 essencialmente em forma de anel circular, e em suas ranhuras dirigidas radialmente para dentro, se estendendo axialmente, está inserido um enrolamento de estator 18. Esse estator 16 anular envolve com sua superfície ranhurada, radialmente dirigida para dentro, um rotor 20, que é executado como rotor de polos em garra. O rotor 20 consiste entre outros em duas platinas de polos em garra 22 e 23, em cuja periferia externa ficam dispostos dedos de polos em garra 24 e 25 se estendendo em direção axial. Ambas as platinas de polos em garra 22 e 23 estão de tal maneira dispostas no rotor 20 que seus dedos de polos em garra 24 ou 25 se estendendo em direção axial se alternam na periferia do rotor 20. Resultam assim interstícios magneticamente requeridos entre os dedos de polos em garra 24 e 25 magnetizados em sentido contrário, que são chamados de interstícios de polos de garras. O rotor 20 está montado giratório por meio de um eixo 27 e de um mancal de rolamento 28 cada, que se encontra em cada

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4/8 lado de rotor nas respectivas placas de suporte 13.1 e 13.2.

[0017] O rotor 20 apresenta, no total, duas áreas frontais axiais, nas quais está respectivamente fixado um ventilador 30. Esse ventilador 30 consiste essencialmente em um segmento em forma de placa ou de disco, do qual partem pás de ventilador de maneira conhecida. Esses ventiladores 30 servem para possibilitar através de aberturas 40 nas placas de suporte 13.1 e 13.2 uma troca de ar entre o lado externo da máquina 10 elétrica e o compartimento interno da máquina 10 elétrica. Para tanto as aberturas 40 são previstas essencialmente nas extremidades axiais das placas de suporte 13.1 e 13.2, pelas quais por meio dos ventiladores 30 ar de resfriamento é aspirado para o compartimento interno da máquina 10 elétrica. Esse ar de resfriamento é acelerado radialmente para fora pela rotação dos ventiladores 30, de modo que pode atravessar a saliência de enrolamento 45 permeável a ar de resfriamento. Graças a esse efeito, a saliência de enrolamento 45 é resfriada. O ar de resfriamento, depois de atravessar a saliência de enrolamento 45 ou depois de fluir em torno dessa saliência de enrolamento 45, pode tomar um caminho radialmente para fora, por aberturas aqui não representadas nessa figura 1.

[0018] Na figura 1 no lado direito se encontra uma tampa protetora 47, que protege diversos componentes contra influências ambientais. Assim, essa tampa protetora 47 recobre, por exemplo, um assim chamado grupo componente de anel coletor 49, que serve para suprir de corrente de excitação um enrolamento de excitação 51. Em torno desse grupo componente de anel coletor 49 está disposto um corpo de resfriamento 53, que atua aqui como corpo de resfriamento positivo. Como assim chamado corpo de resfriamento negativo atua a placa de suporte 13.2. Entre a placa de suporte 13.2 e o corpo de resfriamento 53 está disposta uma placa de conexão 56, que serve para unir entre si diodos negativos 58 dispostos na placa de suporte e diodos positi

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5/8 vos, aqui não mostrados nessa representação, no corpo de resfriamento 53, e com isso apresentar um circuito em ponte em si conhecido.

Descrição da deformação [0019] Na figura 2 está representada uma fileira de ranhuras 90 de arames redondos 93 ou lados de bobina 96, devem ser deformados em flanco paralelo. Com geometria de ranhura de flanco paralelo desejada, ver figura 3, com uma ranhura 99, são uniformemente deformados todos os arames redondos 93; correspondentemente, o enchimento da ranhura 99 pode ser configurado em altura uniforme. Não são de se esperar avarias do arame. É previsto um processo para estampagem de vários lados de bobina 96 para um enrolamento de estator 18, sendo que os vários lados de bobina 96 são dispostos em uma fileira de ranhuras 90, havendo deformação com uma força F, cuja direção de força apresenta um ângulo α para com a fileira de ranhuras 90, que é maior do que zero. O ângulo α é de aproximadamente 90 ^o. A fileira de ranhuras 90 define ma direção, em que os arames redondos 93 estão empilhados. O ângulo α parte dessa direção.

[0020] Com relação à direção das forças F dirigidas uma para a outra, alternativamente também pode ser previsto que as forças F sejam de tal maneira linhadas que atuem em diagonal pela fileira de ranhuras 90. Com relação ao resultado representado na figura 3, isso significa que as forças atuam por exemplo de um lado da base da ranhura à esquerda abaixo e, de outro lado, do lado de fenda de ranhura à direita acima. Subsidiariamente pode ser previsto que as forças F atuem uma sobre a outra em um ângulo α > 45 ^o. As considerações deste parágrafo se aplicam também a geometrias de ranhura em forma de trapézio.

[0021] Com emprego de geometrias de ranhura em forma de trapézio, figura 4, também quando de uma estampagem tangencial em

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6/8 uma câmara de estampagem 102 podem ocorrer problemas semelhantes como na estampagem radial. Na região superior estreita da câmara de estampagem 102 as deformações não são ideias, na região larga da ranhura 99 (abaixo) não são igualmente ideais.

[0022] Nas figuras 5, 6 e 7 está representado como enrolamentos de estator ou fileiras 90 de arames redondos 93 ou lados de bobina 96 são estampados em duas câmaras de estampagem 102. Por enchimento mecânico de igual altura nas câmaras podem ser obtidas configurações eletromagnéticas otimizadas com fatores de carga elétrica superiores a 60%. Especialmente configurações de ranhura de estator com formas de ranhura trapezoidais se beneficiam desse princípio.

[0023] Por emprego de duas câmaras de estampagem 102 pode ser obtido um enchimento mecânico uniforme das ranhuras de estampagem. Isso possibilita, sob consideração das tolerâncias de arame possíveis, um grau de enchimento da ranhura de estampagem próximo a 100%. Configurações eletromagnéticas otimizadas com graus de carga elétrica superiores a 60% são assim possíveis (ver figura 5).

[0024] É previsto um processo em que os lados de bobina 96 ficam dispostos em várias fileiras parciais 110, sendo que várias fileiras parciais 110 formam uma fileira de ranhuras 90.

[0025] Segundo as figuras 6 e 7 é previsto um processo em que os lados de bobina 96 estão dispostos em várias fileiras parciais 110, sendo que várias fileiras parciais 110 formam uma fileira de ranhuras 90 e por ranhura 99 várias fileiras de ranhuras 90. As fileiras parciais 110 de uma fileira de ranhuras 90 apresentam um número distinto de lados de bobina 96.

[0026] As fileiras parciais 110 são estampadas em câmaras de estampagem 102 separadas entre si.

[0027] Enchimentos de ranhura de estampagem calculadas superiores a 100% em regiões parciais da ranhura são evitadas com duas

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7/8 câmaras de estampagem. Deformações inadmissíveis em distintos arames não mais ocorrem; nenhum cobre é deslocado em direção longitudinal (perpendicularmente ao plano de representação) para as cabeças de enrolamento eletromagneticamente não ativas. Isto é, a configuração otimizada calculada também é na realidade aplicada. [0028] Especialmente, com duas câmaras de estampagem separadas também podem ser convertidas configurações com ranhuras em forma de trapézio. Movimentos de compensação entre a região estreita e a larga da câmara de estampagem não são necessários. Influências dificilmente domináveis, como p.ex. o atrito dentro da câmara de estampagem, não têm influência sobre a qualidade da execução. Uma limitação com relação à forma de ranhura não há então aqui, sendo especialmente viáveis distintas formas de trapézio.

[0029] O princípio proposto pode ser aplicado a diversas configurações. Tanto podem ser realizadas disposições de arame em uma fileira como p.ex. em um sistema de 5 fases com 80 ranhuras (ver figura 5), como também disposições de fileira dupla como p.ex. em um sistema de 3 fases com 48 ranhuras (ver figura 6). Em princípio são viáveis outras disposições de várias fileiras, o número de ranhuras ou o número de polos da configuração são então à vontade. Além disso, com correspondente cálculo das áreas de câmara de estampagem podem também ser construídas configurações com número de condutores ímpar (ver figura 7).

[0030] A estampagem em duas câmaras produz um plano de separação inequívoco e, sobretudo, reprodutível entre as ranhuras superior e inferior. Distintas condições dentro da ranhura de prensagem, como p.ex. atrito, resistência de arame ou diâmetro de arame, não têm influência sobre esse plano de separação. Isso pode ser de grande vantagem em etapas de processo seguintes: p.ex. uma operação de limitação dos elementos de bobina pode ocorrer ao longo desse plano

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8/8 de separação.

[0031] Está previsto um estator com um enrolamento de estator (18), que é produzido segundo uma das etapas de processo aqui apresentadas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Processo para estampagem de vários lados de bobina (96) para um enrolamento de estator (18), caracterizado pelo fato de que os vários lados de bobina (96) são dispostos em uma fileira de ranhuras (90), sendo que se deforma com uma força (F), cuja direção de força apresenta um ângulo (α) para com a fileira de ranhuras (90), que é maior do que zero, sendo que os lados de bobina (96) em uma fileira de ranhuras (90) são recebidos em uma câmara de estampagem (102), sendo que a câmara de estampagem (102) é formada por duas partes de ferramenta, sendo que a câmara de estampagem (102) limita os lados da bobina (96) por quatro lados, e dois lados vizinhos estão em uma parte de ferramenta e os outros dois outros lados vizinhos estão na outra parte de ferramenta.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os lados de bobina (96) estão dispostos em várias fileiras parciais (110), sendo que várias fileiras parciais (110) formam uma fileira de ranhuras (90).
3. Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que os lados de bobina (96) estão dispostos em várias fileiras parciais (110), sendo que várias fileiras parciais (110) formam uma fileira de ranhuras e por ranhura (99) estão previstas várias fileiras de ranhuras (90).
4. Processo de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que as fileiras parciais (110) de uma fileira de ranhuras (90) apresentam um número distinto de lados de bobina (96).
5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que fileiras parciais (110) são estampadas em câmaras de estampagem (102) separadas entre si.
6. Estator com um enrolamento de estator (18), caracteri

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2/2 zado pelo fato de que é produzido como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 4.
7. Máquina elétrica (10), caracterizada pelo fato de que apresenta um estator (16) como definido na reivindicação 6.