BR112015017067B1 - Estator, máquina elétrica rotativa e método de manufatura de um estator - Google Patents
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Abstract
estator, processo de manufatura de estator, e máquina elétrica rotativa. a presente invenção refere-se a um fio chato (36), que forma uma bobina de estator (16), tem uma parte de inserção (22), que é inserida em uma ranhura (14), e uma parte de extremidade de bobina (30), que se projeta de uma parte de extremidade da bobina de estator (16). uma camada isolante de uma parte adjacente (3 8), que é adjacente a um fio chato (36) de uma diferente fase na parte de extremidade de bobina (30), é mais espessa do que uma camada isolante em outra região. o ajuste da espessura da camada isolante de cada parte, de acordo com o desempenho de isolamento requerido, possibilita, desse modo, que se faça a camada isolante total mais fina, e o fator de espaço nas ranhuras da bobina de estator seja aperfeiçoado, enquanto garante o desempenho de isolamento.
Description
[001] A presente invenção refere-se a um estator, um processo de manufatura de estator, e uma máquina elétrica rotativa dotada com o estator. Mais particularmente, a invenção se refere a um aperfeiçoamento da estrutura de um fio condutor, usando uma bobina de estator polifásica.
[002] Uma máquina elétrica rotativa inclui um estator, dotado com uma bobina de estator que gera um campo magnético rotativo, e um rotor proporcionado rotativamente dentro do estator. O rotor gira por ação eletromagnética operando entre o campo magnético rotativo do estator e o rotor.
[003] Um tipo de fio condutor, usado para a bobina de estator descrita acima, tem uma seção transversal circular. No entanto, para aumentar o fator de espaço nas ranhuras da bobina de estator, um fio chato, que é um fio condutor com uma seção transversal retangular, é, algumas vezes, usado no lugar de um fio condutor com uma seção transversal circular.
[004] A publicação do pedido de patente japonesa de n° 2011 72052 (JP 2011-72052 A) descreve um estator, tendo um núcleo de estator no qual são formadas ranhuras, e uma bobina de estator, formada por um fio chato revestido com uma camada isolante, que é enrolada de uma maneira distribuída nas ranhuras. Com o fio chato descrito no pedido de patente japonesa de n° 2011-72052 A, a camada isolante, em uma superfície em contato com um fio chato adjacente, na direção radial nas ranhuras, é fina, de modo que o fator de espaço nas ranhuras da bobina de estator é aumentado. Além disso, a camada isolante da superfície, que entra em contato com o núcleo de estator, é espessa, de modo que um desempenho de isolamento é garantido.
[005] A publicação do pedido de patente japonesa de n° 2011 72071 (JP 2011-72071 A) descreve um estator, tendo um núcleo de estator no qual são formadas ranhuras, e uma bobina de estator, formada por um fio chato revestido com uma camada isolante, que é enrolada em uma maneira distribuída nas ranhuras. Com o fio chato descrito no pedido de patente japonesa de n° 2011-72071 A, uma superfície é revestida com uma camada isolante, e uma parte isolante de bobina é presa em uma parte, que é adjacente a uma bobina de fase diferente na extremidade da bobina, de modo que um isolamento entre fases é garantido.
[006] O fio chato, que é adjacente na direção na mesma ranhura, é de mesma fase, de modo que a camada isolante é capaz de ser feita fina, desde que seja suficientemente espessa para proporcionar desempenho de isolamento, que impede um curto-circuito entre esses fios chatos, isto é, desde que seja suficientemente espessa para garantir isolamento entre fases. No entanto, em uma bobina de estator polifásica formada por enrolamento de fio chato, os fios chatos com diferentes fases são adjacentes entre si, em partes de extremidade de bobina que são expostas das ranhuras, de modo que a camada isolante do fio chato deva ser de uma espessura tal que considera a diferença de potencial entre as fases, isto é, devem ser suficientemente espessas para garantir isolamento entre fases. Portanto, todo o fio chato é revestido com uma camada isolante, que considera uma alta diferença de potencial entre as diferentes fases, e essa espessura de camada isolante termina impedindo o movimento do fator de espaço nas ranhuras da bobina de estator, o que é problemático. Se o aperfeiçoamento do fator de espaço nas ranhuras da bobina de estator for limitado, uma redução no tamanho do motor e aperfeiçoamentos nas características de saída do motor não podem ser esperados.
[007] Um modo concebível de tratar isso é prender uma parte isolada de bobina, correspondente ao isolamento entre fases, apenas em uma parte próxima entre os fios chatos de diferentes fases na extremidade de bobina, como no pedido de patente japonesa de n° 2011-72071 A. No entanto, um elemento isolante de bobina é um elemento separado, que é diferente do fio chato, de modo que mesmo que fosse preso, acabaria tendo um vão entre esses elementos, de modo que o desempenho de isolamento acabaria diminuindo. Por um lado, se uma tentativa for feita para aperfeiçoar a adesão entre os dois por eliminação desse vão, a capacidade de montagem em um processo de fixação de elemento isolante de bobina pode diminuir. Além disso, durante a fixação, a camada isolante, aplicada ao fio chato, pode ser danificada por um elemento de fixação de bobina, e, por conseguinte, o desempenho de isolamento pode terminar diminuindo.
[008] A invenção proporciona, desse modo, um estator capaz de aperfeiçoar um fator de espaço nas ranhuras de uma bobina de estator, enquanto garante desempenho de isolamento, um processo de manufatura desse estator, e um motor elétrico rotativo dotado com esse estator.
[009] Um primeiro aspecto da invenção se refere a um estator, que inclui um núcleo de estator, no qual são formadas ranhuras a uma distância predeterminada entre si em uma direção circunferencial; e uma bobina de estator polifásica formada por um primeiro fio chato de uma primeira fase, que é revestido com uma camada isolante; e um segundo fio chato de uma segunda fase, que difere da primeira fase, que é revestido com uma camada isolante, a bobina de estator polifásica sendo enrolada em torno do núcleo de estator pelas ranhuras. O primeiro fio chato e o segundo fio chato têm ambos uma parte de inserção, que é inserida nas ranhuras, e uma parte de extremidade de bobina que se projeta de uma parte de extremidade do núcleo de estator. Uma primeira camada isolante de uma parte adjacente do primeiro fio chato, que é adjacente ao segundo fio chato na parte de extremidade de bobina do primeiro fio chato, é mais espessa do que uma segunda camada isolante, em uma região diferente da parte de extremidade de bobina do primeiro fio chato.
[0010] Também, a bobina de estator pode ser formada pelo primeiro fio chato e segundo fio chato enrolados, em uma maneira distribuída, em torno do núcleo de estator.
[0011] Também, a bobina de estator pode ser formada por uma bobina segmentada.
[0012] Também, a primeira camada isolante pode ser aplicada quando o primeiro fio chato estiver em um estado encurtado, no qual o primeiro fio chato foi cortado a um comprimento de segmento de bobina.
[0013] Também, a primeira camada isolante pode ser aplicada quando o primeiro fio chato estiver encurvado em uma forma de bobina segmentada de um estado encurtado, no qual o primeiro fio chato foi cortado em um comprimento de segmento de bobina.
[0014] Também, a primeira camada isolante da parte adjacente pode ser formada por uma camada isolante básica, que tem uma espessura uniforme de material isolante e é formada por todo o primeiro fio chato, e uma camada isolante de reforço de isolamento, que tem um maior desempenho de isolamento do que a camada isolante básica é adicionada à camada isolante básica na parte de extremidade de bobina.
[0015] Um segundo aspecto da invenção se refere a uma máquina elétrica rotativa, que inclui um rotor, além do estator descrito acima.
[0016] Um terceiro aspecto da invenção se refere a um processo de manufatura de um estator, tendo um núcleo de estator no qual ranhuras são formadas a uma distância predeterminada entre si,em uma direção circunferencial, e uma bobina de estator polifásica formada por uma primeira bobina segmentada de uma primeira fase, que é revestida com uma camada isolante, e uma segunda bobina segmentada de uma segunda fase, que é diferente da primeira fase, que é revestida com uma camada isolante, que são enroladas em torno do núcleo de estator pelas ranhuras. Esse processo de manufatura inclui dotar cada primeira bobina segmentada e segunda bobina segmentada com uma parte de inserção, que é inserida nas ranhuras, e uma parte de extremidade de bobina, que se projeta de uma parte de extremidade do núcleo de estator; revestir a parte de extremidade de bobina da primeira bobina segmentada com uma camada isolante de uma parte adjacente da primeira bobina segmentada, que é adjacente à segunda bobina segmentada, de modo que a camada isolante da parte adjacente seja mais espessa do que uma camada isolante em uma região diferente da parte adjacente; e formar uma bobina de estator por enrolamento das primeira e segunda bobinas segmentadas revestidas com a camada isolante em torno do núcleo de estator.
[0017] Também, o condutor pode ser feito para ficar em um estado encurtado ao ser cortado a um comprimento de segmento de bobina, a camada isolante pode ser revestida no condutor no estado encurtado, e o condutor revestido com a camada isolante pode ser encurvado em uma forma de bobina segmentada, para formar a primeira bobina segmentada.
[0018] Também, o condutor pode ser feito para ficar em um estado encurtado ao ser cortado a um comprimento de segmento de bobina, o condutor no estado encurtado pode ser encurvado em uma forma de bobina segmentada, e a camada isolante pode ser aplicada ao condutor em um estado encurvado, em uma forma de bobina segmentada, para formar a primeira bobina segmentada.
[0019] O estator e o processo de manufatura de estator, de acordo com a invenção, possibilitam aperfeiçoar o fator de espaço nas ranhuras da bobina de estator, enquanto garante um desempenho de isolamento. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0020] As características, as vantagens, além das importâncias técnica e industrial das concretizações exemplificativas da invenção vão ser descritas abaixo com referência aos desenhos em anexo, nos quais os números similares denotam elementos similares, e em que:
[0021] a Figura 1 é uma vista da estrutura de um estator, de acordo com uma concretização exemplificativa da invenção;
[0022] a Figura 2 é uma vista seccional de uma ranhura na parte "A" na Figura 1, cortada em um plano paralelo ao planto R - θ;
[0023] a Figura 3 é uma vista da estrutura de uma bobina segmentada, de acordo com a concretização exemplificativa;
[0024] a Figura 4 é uma vista da estrutura da bobina segmentada, antes de encurvamento;
[0025] a Figura 5 é uma vista seccional tomada ao longo da linha V - V na Figura 4;
[0026] a Figura 6 é uma vista da estrutura da bobina segmentada, antes de encurvamento;
[0027] a Figura 7 é uma vista da estrutura da bobina segmentada, após encurvamento;
[0028] a Figura 8 é um fluxograma ilustrando um exemplo de um processo de manufatura do estator;
[0029] as Figuras 9A a 9D são vistas dos estados do condutor e o fio chato em cada uma das etapas no processo mostrado na Figura 8;
[0030] a Figura 10 é um fluxograma ilustrando um exemplo de outro processo de manufatura do estator; e
[0031] as Figuras 11A a 11D são vistas mostrando os estados do condutor e do fio chato em cada uma das etapas no processo mostrado na Figura 10.
[0032] A seguir, concretizações exemplificativas do estator, de acordo com a invenção, vão ser descritas com referência aos desenhos em anexo. A Figura 1 é uma vista da estrutura do estator, de acordo com uma primeira concretização exemplificativa. O estator 10 dessa concretização exemplificativa é usado em uma máquina elétrica rotativa, que funciona por suprimento de eletricidade de corrente alternada trifásica.
[0033] O estator 10 inclui um núcleo de estator 12, uma bobina de estator 16 que é enrolada pelas ranhuras 14 do núcleo de estator 12, e vários terminais de fases 18, que são puxados da bobina de estator 16.
[0034] Na Figura 1, uma direção Z indica uma direção axial do núcleo de estator 12, uma direção θ indica uma direção circunferencial do núcleo de estator 12, e uma direção R indica uma direção radial do núcleo de estator 12.
[0035] A bobina de estator 16 é uma bobina de estator trifásica. A bobina de estator 16 de cada uma das fases é formada por uma pluralidade de bobinas segmentadas 20, que são conectadas conjuntamente. As bobinas segmentadas 20 são fios condutores, cada um dos quais é formado em uma forma em U, de modo que tenham duas partes de inserção 22, que são inseridas nas ranhuras 14, e uma parte de ponte 24, que se estende entre essas duas partes de inserção 22. A bobina de estator 16 é, nessa concretização exemplificativa, formada com as bobinas segmentadas 20, enroladas em uma maneira distribuída em torno do núcleo de estator 12. Um enrolamento distribuído é um processo de enrolamento no qual as bobinas segmentadas 20 são enroladas em torno do núcleo de estator 12 em uma maneira tal que uma bobina segmentada 20 de uma fase é inserida em duas ranhuras 14, que intercalam uma ranhura 14, na qual uma bobina segmentada 20 de outra fase é inserida. A invenção não é limitada a esse processo de enrolamento. Isto é, um enrolamento concentrado, isto é, um processo de enrolamento, no qual um fio condutor é enrolado diretamente em torno do núcleo de estator 12 por meio de um isolador, pode ser também usado, desde que as bobinas segmentadas 20, que são inseridas em uma ranhura 14, estejam todas na mesma fase.
[0036] Na Figura 1, a parte de ponte 24 é feita para resultar em uma parte de extremidade em um lado (isto é, uma primeira parte de extremidade) em uma direção axial Z do núcleo de estator 12, e as partes de inserção 22, em ambos os lados da parte de ponte 24, são inseridas nas ranhuras 14. Uma parte de extremidade de ponta 26 de cada parte de inserção 22, que se projeta de uma parte de extremidade no outro lado (isto é, uma segunda parte de extremidade), na direção axial Z do núcleo de estator 12, é conectada por soldagem, ou similar, na parte de extremidade de ponta 26 de outra bobina segmentada 20. Na Figura 1, uma solda 28 é mostrada. A solda 28 é uma parte de extremidade de uma extremidade bem na ponta da parte de extremidade de ponta 26 da bobina segmentada 20. No estator 10 dessa concretização exemplificativa, as soldas 28 das bobinas segmentadas 20 de cada fase são todas reunidas no outro lado (isto é, o lado da segunda parte de extremidade) do núcleo de estator 12.
[0037] Desse modo, as partes de ponte 24 das bobinas segmentadas 20 são dispostas projetando-se na parte de extremidade em um lado (isto é, a primeira parte de extremidade) do núcleo de estator 12, e as partes de extremidade de ponta 26 das bobinas segmentadas 20 são dispostas projetando-se na parte de extremidade no outro lado (isto é, a segunda parte de extremidade). Uma parte, na qual a bobina segmentada 20 se projeta na parte de extremidade do núcleo de estator 12, vai ser referida como uma "extremidade de bobina". A parte de extremidade de ponta 26 e a parte de ponte 24 das bobinas segmentadas 20 são ambas posicionadas em partes que se projetam das partes de extremidade do núcleo de estator 12, de modo que essas partes vão ser referidas, a seguir, como partes de extremidade de bobina 30. As extremidades de bobina de fases vizinhas são deslocadas por um grau predeterminado na direção circunferencial, e são dispostas alternadamente na direção radial.
[0038] A Figura 2 é uma vista seccional da ranhura 14 na parte "A" na Figura 1, cortada em um plano paralelo a um plano R - θ. As bobinas segmentadas 20 são dispostas em cada uma das ranhuras 14. A invenção não é limitada às várias bobinas segmentadas 20, dispostas em uma ranhura 14, sendo dez, isto é, o número de bobinas segmentadas 20, que são dispostas em uma ranhura 14 pode ser também outro número. As bobinas segmentadas 20 na ranhura 14 são partes das partes de inserção 22. A Figura 2 também mostra uma vista ampliada de uma parte de inserção 22 da bobina segmentada 20. As bobinas segmentadas 20, alojadas em uma ranhura 14, formam uma bobina de estator de mesma fase 16.
[0039] Cada bobina segmentada 20, mostrada como uma parte de inserção 22, é formada por um denominado fio chato 36, que é um fio condutor no qual um condutor 32, tendo uma seção transversal retangular, é revestido com uma camada isolante 34. O condutor 32 é um elemento de fio metálico com alta condutividade elétrica. Cobre, alumínio, prata, ouro ou uma liga destes pode ser usado como o material. Para a camada isolante 34, um revestimento de resina pode ser, por exemplo, usado. Uma resina de poliamida, uma resina epóxi, uma resina acrílica ou uma resina de uretano, ou similares, podem ser usados como a resina. Cada bobina segmentada 20, nessa concretização exemplificativa, é formada por um condutor 32, mas a invenção não é limitada a essa estrutura. Vários dos condutores 32 podem ser dispostos paralelos na direção circunferencial.
[0040] Com cada bobina segmentada 20, nessa concretização exemplificativa, uma camada isolante de uma parte adjacente 38, que é adjacente a uma bobina segmentada 20 de uma fase diferente na parte de extremidade de bobina 30, é mais espessa do que uma camada isolante fina em outra região. Como descrito acima, a camada isolante da parte adjacente 38 é mais espessa do que a camada isolante em outra região, de modo, a seguir, essa camada isolante vai ser referida como uma "camada isolante espessa 34a" (consultar as Figuras 4 e 5). Por outro lado, a camada isolante nas outras regiões é mais fina do que a camada isolante espessa 34a, de modo que, a seguir, essa camada isolante vai ser referida como uma "camada isolante fina 34b", para distingui-la da camada isolante espessa 34a (consultar as Figuras 4 e 5). As bobinas segmentadas 20 de diferentes fases, que são adjacentes à parte de extremidade de bobina 30, incluem bobinas segmentadas 20 de diferentes fases em contato entre si e sendo próximas entre si.
[0041] A espessura da camada isolante espessa 34a, na parte adjacente 38, é uma espessura que é capaz de garantir desempenho de isolamento, em que a ruptura do isolamento não vai ocorrer, mesmo a uma voltagem de pico de uma voltagem entre fases, enquanto a máquina elétrica rotativa está operando, isto é, uma espessura que garanta isolamento entre fases. O desempenho de isolamento requerido por essa parte adjacente 38 é o maior de entre todos das regiões da bobina segmentada 20. Em outras palavras, o desempenho de isolamento requerido em outras regiões é mais baixo do que desempenho de isolamento da parte adjacente 38. Por colocação da espessura descrita acima apenas na parte adjacente 38, a espessura da camada isolante fina 34b, nas outras regiões, é capaz de ser feita mais fina. Por exemplo, a espessura da camada isolante fina 34b, nas outras regiões, é uma espessura tendo um desempenho de isolamento, que considera a diferença de potencial entre as bobinas segmentadas 20 de mesma fase, isto é, é uma espessura que garante isolamento entre fases. Por estabelecimento da espessura da camada isolante, de acordo com esse tipo de desempenho de isolamento requerido, toda a camada isolante da bobina segmentada 20 é capaz de ser feita mais fina, de modo que o fator de espaço nas ranhuras da bobina de estator 16 seja capaz de ser aperfeiçoado.
[0042] Nessa concretização exemplificativa, a espessura da camada isolante é feita mais espessa apenas nas posições da bobina segmentada 20 que são adjacentes a uma bobina de outra fase. Em particular, a camada isolante, que é mais espessa do que nas outras partes, é formada em uma parte predeterminada da bobina segmentada 20, antes que várias bobinas segmentadas curtas 20 sejam conectadas (soldadas) conjuntamente. Isto é, em um único processo de formação de camada isolante, uma camada isolante é formada com variação da espessura na parte. Portanto, esse processo de formação é extremamente eficiente. Além do mais, a bobina segmentada 20 é formada por encurvamento do fio chato reto 36. Portanto, uma melhor camada isolante é capaz de ser formada por produção da camada isolante espessa em uma parte predeterminada do fio chato reto 36, antes do encurvamento.
[0043] A seguir, a estrutura da bobina segmentada 20, nessa concretização exemplificativa, vai ser descrita com referência às Figuras 3 a 5. A Figura 3 é uma vista da estrutura da bobina segmentada 20, de acordo com a concretização exemplificativa. A Figura 4 é uma vista da estrutura da bobina segmentada 20 antes do encurvamento, e a Figura 5 é uma vista seccional tomada ao longo da linha V - V na Figura 4.
[0044] A bobina segmentada 20 é um fio condutor em forma de U, formado pelas partes de extremidade de ponta 26, que tem cada solda 28 bem na extremidade de ponta, as partes de inserção 22 e a parte de ponte 24, como descrito acima. As bobinas segmentadas de mesma fase 20 são enroladas em uma maneira distribuída, na direção circunferencial θ, para formar a bobina de estator 16. A Figura 3 é uma vista mostrando uma bobina segmentada 20a de uma certa fase (por exemplo, uma fase U), e uma bobina segmentada 20b de outra fase (por exemplo, uma fase V), em um estado enrolado em uma maneira distribuída.
[0045] Tipicamente, em uma bobina de estator trifásica, formada por um enrolamento distribuído, uma parte de extremidade de bobina, exposta de uma ranhura de uma fase, é disposta alternadamente com uma bobina segmentada de uma diferente fase, que é exposta de uma ranhura adjacente, e essas são adjacentes, como descrito no pedido de patente japonesa de n° 2011-72071 A. Na Figura 3, os locais, nos quais as bobinas segmentadas de diferentes fases são adjacentes, são indicados por áreas de linhas diagonais. A bobina segmentada 20a tem quatro partes adjacentes 38, que são adjacentes à bobina segmentada 20b na parte de extremidade de bobina 30. De modo similar, a bobina segmentada 20b tem também quatro partes adjacentes 38, que são adjacentes a uma bobina segmentada de uma fase W1, quando a bobina segmentada 20b é, por exemplo, de uma fase U2. Desse modo, a forma da parte de extremidade de bobina 30 é determinada unicamente por formação da bobina de estator 16 com as bobinas segmentadas 20, de modo que a posição da parte adjacente 38 de cada bobina segmentada 20 seja fixa. Em virtude da posição da parte adjacente 38 ser especificada de antemão, é fácil formar a camada isolante espessa 34a, que é espessa apenas na parte adjacente 38, em um processo para revestimento do condutor 32 com uma camada de resina.
[0046] A Figura 4 é uma vista mostrando uma bobina segmentada reta 20, antes que seja encurvada em uma forma em U. A posição da parte adjacente 38 é especificada, como descrito acima, antes que a bobina segmentada 20 seja montada no núcleo de estator 12, e ainda antes que a bobina segmentada 20 seja encurvada em uma forma em U. A parte adjacente 38 é proporcionada em dois locais em uma superfície da bobina segmentada 20 nessa concretização exemplificativa, e a parte adjacente 38 é proporcionada em um local em cada uma das duas superfícies laterais, que são conectadas a essa superfície.
[0047] A espessura da camada isolante espessa 34a da parte adjacente 38 é mais espessa do que a espessura da camada isolante fina 34b nas outras regiões, como mostrado na Figura 5. Nessa concretização exemplificativa, primeiro, a periferia externa do condutor 32 é revestida com a camada isolante fina 34b. Depois, o material isolante, tendo um desempenho de isolamento ainda maior do que o da camada isolante fina 34b, é aplicado ou gotejado apenas na parte adjacente 38, para formar a camada isolante de reforço de isolamento 40, formando, desse modo, a camada isolante espessa 34a. Por formação da camada isolante espessa 34a, após formação, desse modo, da camada isolante fina 34b no processo de revestimento de camada isolante, a camada isolante é capaz de ser formada eficientemente. Em particular, nessa concretização exemplificativa, a bobina segmentada 20 é o fio chato 36 tendo uma seção transversal retangular, e cada parte adjacente 38 é posicionada em uma superfície plana, de modo que a camada isolante de reforço de isolamento 40 é capaz de ser formada facilmente na camada isolante fina 34b.
[0048] Nessa concretização exemplificativa, a camada isolante é formada correspondente ao desempenho de isolamento requerido em cada região da bobina segmentada 20. Isto é, a camada isolante espessa 34a da parte adjacente 38, que é adjacente a uma bobina segmentada de fase diferente 20 na parte de extremidade de bobina 30, tem uma espessura que garante desempenho de isolamento, em que a ruptura do isolamento não vai ocorrer, mesmo a uma voltagem de pico de uma voltagem entre fases, enquanto a máquina elétrica rotativa está operando. Por outro lado, nas regiões diferentes da parte adjacente 38, o desempenho de isolamento pode ser inferior ao requerido na parte adjacente 38, de modo que essas regiões sejam revestidas com essa camada isolante fina 34b, que é mais fina do que a camada isolante espessa 34a. Desse modo, um alto grau de desempenho de isolamento é garantido apenas na parte adjacente 38, que é uma parte da bobina segmentada 20. Além disso, fazendo-se com que a camada isolante 34 nas outras regiões seja mais fina, o fator de espaço nas ranhuras da bobina de estator 16 é capaz de ser aperfeiçoado, enquanto garantindo desempenho de isolamento. Também, na parte de extremidade de bobina 30, a camada isolante em outras regiões do que a parte adjacente 38 é fina, de modo que se pode economizar espaço nas extremidades de bobina da bobina de estator 16, o que permite que a máquina elétrica rotativa seja feita menor.
[0049] A seguir, a estrutura de uma bobina segmentada 42, de acordo com uma segunda concretização exemplificativa da invenção, vai ser descrita com referência às Figuras 6 e 7. A Figura 6 é uma vista da estrutura da bobina segmentada 42, antes do encurvamento, e a Figura 7 é uma vista da estrutura da bobina segmentada 42, após o encurvamento.
[0050] A Figura 6 é uma vista do fio chato 36, em um estado encurtado, em que um condutor longo foi cortado a um comprimento de segmento de bobina. Esse fio chato 36 está em um estado antes de ser encurvado na bobina segmentada 42. Mesmo antes da bobina segmentada 42 ser encurvada em uma forma em U, também nessa concretização exemplificativa, a posição da parte adjacente 38 é especificada, como descrito acima. Portanto, a parte adjacente especificada 38 é revestida com a camada isolante espessa 34a, e as regiões diferentes da parte adjacente 38 são revestidas com a camada isolante fina 34b, que é mais fina do que a camada isolante espessa 34a. A parte adjacente 38 é proporcionada em dois locais na bobina segmentada 42, nessa concretização exemplificativa. Também, o fio chato 36, que é revestido com a camada isolante 34, sofre um processo de encurvamento, no qual é encurvado do estado encurtado em uma forma de bobina segmentada, como mostrado na Figura 7. Depois, o fio chato 36 é enrolado, em uma maneira distribuída, em torno do núcleo de estator 12, formando, desse modo, a bobina de estator 16.
[0051] Convencionalmente, quando do revestimento de um condutor longo com uma camada isolante, um processo contínuo de aplicação de resina de revestimento isolante produz o revestimento uniforme, e o cozimento é conduzido. Durante esse processo, um condutor de núcleo é alimentado a uma velocidade predeterminada, em uma direção longitudinal do condutor. No processo de aplicação, resina é aplicada por imersão do fio condutor em um tanque cheio com resina, ou por gotejamento de resina no fio condutor, e depois o fio condutor é passado por uma matriz, na qual a espessura de revestimento é ajustada e o revestimento é nivelado. Também, para formar um revestimento de uma espessura predeterminada, tipicamente, o processo de aplicação de cozimento é repetido várias vezes. Com esse processo de formação de camada isolante convencional, quando uma tentativa é feita para variar a espessura de revestimento em algumas partes, um processo e equipamento capazes de aplicação localizada devem ser então, incorporados, e o condutor alimentado continuamente deve ser interrompido cada vez que esse processo de aplicação localizada é conduzido, e a espessura do revestimento deve ser variada apenas na parte-alvo (por exemplo, a parte adjacente 38). Por conseguinte, o custo de manufatura aumenta, como também o tempo de manufatura, o que é problemático. Também, vai haver interferência entre a camada de resina espessa e uma bobina para enrolamento e um guia que suporta o condutor de núcleo, de modo que a camada de resina espessa vai terminar sendo raspada ou descamada, ou a linha central do núcleo vai ser difícil de ser estabelecida, e a parte-alvo vai ser incapaz de ser feita na espessura adequada, tudo isso sendo problemático.
[0052] Nessa concretização exemplificativa, os problemas mencionados acima são solucionados por formação da camada isolante 34, que inclui a camada isolante espessa 34a e a camada isolante fina 34b, após o condutor 32 ter sido cortado do estado longo no curto. Isto é, no estado encurtado, o condutor de núcleo não precisa ser alimentado na direção longitudinal do condutor, de modo que a camada isolante possa ser aplicada enquanto o condutor de núcleo é interrompido. Por conseguinte, a espessura da camada isolante é capaz de ser variada em algumas partes, isto é, a camada isolante espessa 34a é capaz de ser produzida com a espessura adequada. Também, no estado encurtado, a bobina e o guia do condutor de núcleo não são necessários, de modo que o dano à camada isolante espessa 34a, que é a parte espessa, pode ser evitado. Também, o estado encurtado faz com que a moldagem por transferência ou moldagem por injeção, usando uma matriz, seja possível no processo de aplicação, de modo que a camada isolante 34, tendo diferentes espessuras, seja capaz de ser formada adequada e facilmente.
[0053] Também, tendo-se o fio chato 36 no estado encurtado, propicia-se que a camada isolante seja aplicada enquanto o fio chato 36 está sendo girado em torno do eixo longitudinal do condutor 32, o que elimina a necessidade para uma matriz, e permite que a camada isolante espessa 34a seja formada. Nesse caso, a camada isolante espessa 34a é também formada nas outras três superfícies, que são aquelas mesmas regiões que a parte adjacente 38 na direção longitudinal do condutor 32.
[0054] Nessa concretização exemplificativa, um caso é descrito no qual a camada isolante 34 é formada quando o fio chato 36 está no estado encurtado, mas a invenção não é limitada a isso. A camada isolante 34 também pode ser aplicada, isto é, formada, após o fio chato 36 ter sido cortado em uma formada de bobina segmentada. Isso inibe o dano à camada isolante 34 no processo de encurvamento, além de aperfeiçoar a uniformidade do revestimento na parte encurvada, desse modo, possibilitando-se que seja inibida a diminuição do desempenho de isolamento.
[0055] Nessa concretização exemplificativa, a mesma resina é usada em ambas as camada isolante espessa 34a e camada isolante fina 34b da camada isolante 34. O uso de um mesmo material possibilita a utilização de um mesmo equipamento, bem como inibe o aumento do custo de manufatura e da carga de trabalho. Também, em virtude da camada isolante espessa 34a e da camada isolante fina 34b serem iguais e apenas a espessura do revestimento ser variada quando da formação da camada isolante 34, a adesão entre os diferentes materiais não precisa ser considerada, de modo que a camada isolante 34, tendo um bom desempenho de isolamento e uma boa adesão, é capaz de ser formada.
[0056] Nessas concretizações exemplificativas, um caso no qual eletricidade de corrente alternada trifásica é alimentada à bobina de estator 16 é descrito, mas a invenção não é limitada a essa estrutura. Isto é, a eletricidade de corrente alternada polifásica, isto é, eletricidade de corrente alternada com várias fases, pode ser também alimentada à bobina de estator 16.
[0057] Na primeira concretização exemplificativa, um caso é descrito no qual a camada isolante de reforço de isolamento 40 é de um material tendo um maior desempenho de isolamento do que aquele da camada isolante fina 34b, mas a invenção não é limitada a essa estrutura. A camada isolante de reforço de isolamento 40 pode ser também, naturalmente, formada por um novo revestimento com o mesmo tipo de resina daquele da camada isolante fina 34b, desde que seja possível garantir desempenho de isolamento, no qual a ruptura do isolamento não ocorra entre as fases.
[0058] Também, na primeira concretização exemplificativa, um caso é descrito no qual apenas a camada isolante da parte adjacente 38 é a camada isolante espessa 34a, mas a invenção não é limitada a essa estrutura. Como descrito na segunda concretização exemplificativa, a camada isolante espessa 34a pode ser também formada nas outras três superfícies, desde que esteja na mesma região que a parte adjacente 38, na direção longitudinal do condutor 32.
[0059] A seguir, o processo de manufatura do estator 10, assim estruturado, vai ser descrito com referência às Figuras 8 e 9A a 9D. A Figura 8 é um fluxograma ilustrando um exemplo do processo de manufatura do estator 10, e as Figuras 9A a 9D são vistas dos estados do condutor 32 e do fio chato 36 em cada etapa no processo mostrado na Figura 8. O fluxograma na Figura 8 ilustra em detalhes, em particular, o processo de manufatura da bobina de estator 16. O processo de manufatura do núcleo de estator 12 é similar àquele da técnica relacionada, de modo que uma descrição detalhada dele vai ser omitida.
[0060] Primeiro, na etapa S01, um condutor longo 32a é cortado para formar um condutor curto 32b. A Figura 9A mostra esse estado cortado. O comprimento do condutor curto 32b é o comprimento da bobina segmentada 42, antes do processo de encurvamento, isto é, o comprimento do segmento de bobina.
[0061] Na etapa S02, a camada isolante 34 é aplicada ao condutor curto 32b. Nesse momento, a camada isolante 34 da parte adjacente 38, da parte de extremidade de bobina 30, é aplicada, de modo a ficar mais espessa do que a camada isolante 34 em outra região. Mais especificamente, uma resina epóxi ou uma resina de poliéster, ou similares, é aplicada à periferia externa do condutor 32b. Depois, a resina é aquecida e endurecida para formar a camada isolante fina 34b. A seguir, a mesma resina que aquela usada na camada isolante fina 34b, ou a resina tendo um maior desempenho de isolamento do que a camada isolante fina 34b, é aplicada ou gotejada apenas na parte adjacente 38. Essa resina é depois aquecida e endurecida, para formar a camada isolante espessa 34a. É por meio desse processo que o fio chato curto 36, tal como aquele mostrado na Figura 9B, é formado. A posição da parte adjacente 38 é capaz de ser especificada de antemão, como é nos parágrafos [0034] e [0035], ainda antes que a bobina segmentada 20 seja montada no núcleo de estator 12. Portanto, também com o condutor curto 32b, é possível formar facilmente apenas a parte adjacente 38 com a camada isolante espessa 34a, que é espessa.
[0062] Continuando, o processo avança para a etapa S03, na qual o condutor 32b, tendo a camada isolante 34, isto é, o fio chato 36, é encurvado a uma forma de bobina segmentada. Nesse fio chato 36, a parte encurvada é proporcionada em três locais na parte de ponte 24 da bobina segmentada 42, como mostrado pelas regiões circundadas pelas linhas tracejadas na Figura 9C. O raio de encurvamento do lado periférico interno dessas partes encurvadas é, por exemplo, 2,5 mm. Um gabarito, não mostrado, usado no processo de encurvamento, inclui um gabarito lateral periférico interno, que tem um diâmetro externo correspondente ao lado periférico interno da parte encurvada, e que limita esse lado periférico interno, e gabaritos laterais periféricos externos, que limitam ambas as extremidades da parte encurvada na direção longitudinal do fio chato 36, a partir do lado periférico externo da parte encurvada. A parte encurvada é formada ao fazer com que o fio chato 36 entre em contato com o gabarito lateral periférico interno e comprimia o fio chato 36 no sentido do lado periférico interno com pelo menos um dos gabaritos laterais periféricos externos. O gabarito de encurvamento não é limitado à estrutura descrita acima. Um gabarito convencional pode ser também usado.
[0063] Finalmente, na etapa S04, o fio chato 36 é enrolado em torno do núcleo de estator 12, para formar a bobina de estator 16. Mais especificamente, a parte de ponte 24 é feita para formar-se em uma parte de extremidade em um lado, na direção axial Z do núcleo de estator 12, e as partes de inserção 22, em ambos os lados da parte de ponte 24, são inseridas nas ranhuras 14. Uma parte de extremidade de ponta 26 de cada parte de inserção 22, que se projeta de uma parte de extremidade no outro lado, na direção axial Z do núcleo de estator 12, é então encurvada no sentido da parte externa na direção circunferencial. Depois, a parte de extremidade de cada parte de extremidade de ponta 26 (isto é, as regiões circundadas pelas linhas tracejadas na Figura 9D) é conectada por soldagem, ou similares, à parte de extremidade da parte de extremidade de ponta 26 de outra bobina segmentada 20 de mesma fase, que é adjacente na direção circunferencial. Consequentemente, a bobina de estator 16, que é enrolada em torno do núcleo de estator 12, é formada, e o processo de manufatura do estator 10 termina.
[0064] Esse tipo de processo de manufatura difere de um processo convencional, tal como aquele descrito no parágrafo [0040], pelo fato de que a camada isolante 34 é formada após o condutor 32 ter sido cortado a um estado curto. Por corte desse modo do condutor 32 ao estado curto, o condutor de núcleo longo não precisa ser alimentado na direção longitudinal do condutor na etapa de revestimento de camada de resina, de modo que a resina pode ser aplicada enquanto o condutor de núcleo curto 32b é interrompido. Por conseguinte, a espessura da camada isolante é capaz de ser alterada em algumas partes, isto é, a camada isolante espessa 34a é capaz de ser produzida na espessura e/ou na posição adequada(s). Também, por feitura do condutor 32, antes do processo de revestimento de camada de resina, a bobina e o guia do condutor de núcleo não são mais necessários, de modo que o dano à camada isolante espessa 34b, devido ao contato com esses elementos, pode ser evitado.
[0065] No processo de manufatura do estator 10 descrito acima, explica-se um caso no qual a camada isolante 34 é formada antes que o condutor 32 seja encurvado na forma de bobina segmentada, mas a invenção não é limitada a esse processo de manufatura. Isto é, um processo de manufatura mostrado nas Figuras 10 e 11A a 11D, como vai ser descrito a seguir, também pode ser empregado. A Figura 10 é um fluxograma ilustrando um exemplo de outro processo de manufatura do estator 10, e as Figuras 11A a 11D são vistas mostrando os estados do condutor 32 e do fio chato 36 em cada etapa no processo mostrado na Figura 10.
[0066] Primeiro, na etapa S11 no fluxograma mostrado na Figura 10, o condutor 32 é cortado em dois para formar um condutor longo 32a e um condutor curto 32b. A Figura 11A mostra esse estado cortado.
[0067] Depois, o processo segue para a etapa S12, na qual o condutor curto 32b é encurvado em uma forma de bobina segmentada. A parte encurvada é proporcionada em três locais na parte de ponte 24, como mostrado pelas regiões circundadas pelas linhas tracejadas na Figura 11B.
[0068] Continuando, na etapa S13, a camada isolante 34 é formada por aplicação de resina ao condutor em forma de bobina segmentada 32b. Mais especificamente, a camada isolante fina 34b é formada na periferia externa do condutor 32b. Depois, a camada isolante espessa 34a é formada usando a mesma resina que aquela usada para a camada isolante fina 34b, ou uma resina tendo um maior desempenho de isolamento do que aquele da camada isolante fina 34b, apenas na parte adjacente 38. Por conseguinte, o fio chato em forma de bobina segmentada 36, isto é, a bobina segmentada 42, é formado.
[0069] Finalmente, na etapa S14, a bobina segmentada 42 é enrolada em torno do núcleo de estator 12, para formar a bobina de estator 16, como é mostrado na Figura 11D, e depois, esse processo de manufatura termina. As regiões circundadas pelas linhas tracejadas na Figura 11D são pontos de soldagem para conexão conjunta das partes de extremidade de ponta 26 de bobinas segmentadas adjacentes 42, como descrito no processo de manufatura mencionado acima.
[0070] Como é mostrada nesse fluxograma, a camada isolante 34 é capaz de ser revestida após o encurvamento do condutor 32b. Isso impede que a camada isolante 34 seja danificada no processo de encurvamento, e aperfeiçoa a uniformidade do revestimento na parte encurvada, desse modo, possibilitando inibir a diminuição do desempenho de isolamento.
[0071] Nos processos de revestimento de camada de resina dos dois processos de manufatura descritos acima, um caso no qual a camada isolante 34 é formada por aplicação de resina no condutor 32b é explicado, mas a invenção não é limitada a esse processo de revestimento. Um diferente processo de revestimento pode ser usado, desde que a camada isolante 34 de diferentes espessuras seja formada na periferia externa do condutor 32b. Por exemplo, a eletrodeposição ou uma evaporação a vácuo também pode ser usada. Também, o condutor 32b fica em um estado curto de um comprimento predeterminado, e a posição na qual a camada isolante espessa 34a é formada é especificada de antemão, de modo que a camada isolante 34 possa ser também formada adequadamente por moldagem por transferência ou moldagem por injeção usando uma matriz ou similar. O emprego desses processos de moldagem permite que a camada isolante 34, tendo diferentes espessuras, seja formada adequada e facilmente.
Claims (10)
1. Estator, caracterizado pelo fato de que compreende: um núcleo de estator (12), no qual são formadas ranhuras (14) a uma distância predeterminada entre si, em uma direção circunferencial; e uma bobina de estator polifásica (16) formada por um primeiro fio chato (36) de uma primeira fase e um segundo fio chato (36) de uma segunda fase, que difere da primeira fase, o primeiro e o segundo fios chatos (36) tendo cada um uma seção transversal retangular, o primeiro fio chato (36) e o segundo fio chato (36) sendo revestidos com uma camada isolante (34), e a bobina de estator polifásica (16) sendo enrolada em torno do núcleo do estator (12) pelas ranhuras (14), em que o primeiro fio chato (36) e o segundo fio chato (36) têm, ambos, uma parte de inserção (22), que é inserida nas ranhuras (14), o primeiro fio chato (36) e o segundo fio chato (36) têm, ambos, uma parte de extremidade de bobina (30), que se projeta de uma parte de extremidade do núcleo de estator (12); e uma primeira camada isolante (34a) de uma parte adjacente (38) do primeiro fio chato (36) é mais espessa do que uma segunda camada isolante (34b) do primeiro fio chato (36), a parte adjacente (38) é posicionada em uma primeira superfície plana do primeiro fio chato (36) adjacente ao segundo fio chato (36), na parte de extremidade de bobina (30) do primeiro fio chato (36), e a segunda camada isolante (34b) situa-se em uma região diferente da parte de extremidade de bobina (30) do primeiro fio chato (36); caracterizado pelo fato de que a primeira camada isolante (34a) é formada por aplicação ou gotejamento de material isolante apenas sobre a parte adjacente (38), de modo que a primeira camada isolante (34a) da parte adjacente (38) posicionada sobre a primeira superfície chata do primeiro fio chato (36) é mais espessa do que a segunda camada isolante que está adicionalmente sobre uma parte não adjacente (24) do primeiro fio chato (36), sendo que a parte não adjacente (24) é posicionada sobre as outras três superfícies que estão na mesma região que a parte adjacente (38) na direção longitudinal do primeiro fio chato (36).
2. Estator, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a bobina de estator (16) é formada pelos primeiro fio chato (36) e segundo fio chato (36), sendo enrolados em uma maneira distribuída, em torno do núcleo de estator (12).
3. Estator, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a bobina de estator (16) é formada por uma bobina segmentada (20).
4. Estator, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a primeira camada isolante (34a) é revestida quando o primeiro fio chato (36) estiver em um estado encurtado, no qual o primeiro fio chato (36) tenha sido cortado a um comprimento de segmento de bobina.
5. Estator, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a primeira camada isolante (34a) é revestida quando o primeiro fio chato (36) tiver sido encurvado em uma forma de bobina segmentada de um estado encurtado, no qual o primeiro fio chato (36) tenha sido cortado em um comprimento de segmento de bobina.
6. Estator, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a primeira camada isolante (34a) da parte adjacente (38) é formada por uma camada isolante básica e uma camada isolante de reforço de isolamento (40), a camada isolante básica tem uma espessura uniforme de material isolante, e é formada por todo o primeiro fio chato (36), e a camada isolante de reforço de isolamento (40) apresenta um maior desempenho de isolamento do que a camada isolante básica, e é adicionada à camada isolante básica na parte de extremidade de bobina (30) por aplicação ou gotejamento.
7. Máquina elétrica rotativa, caracterizada pelo fato de que compreende: um rotor; e o estator, como definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 6.
8. Método de manufatura de um estator , tendo um núcleo de estator (12) e uma bobina de estator polifásica (16), ranhuras (14) sendo formadas a uma distância predeterminada entre si, em uma direção circunferencial no núcleo do estator (12), a bobina de estator polifásica (16) sendo formada por uma primeira bobina segmentada (20a) de uma primeira fase, e uma segunda bobina segmentada (20b) de uma segunda fase, que difere da primeira fase, a primeira e a segunda bobinas segmentadas (20a, 20b) tendo, cada uma, uma seção transversal retangular, a primeira bobina segmentada (20a) e a segunda bobina segmentada (20b) sendo revestidas com uma camada isolante (34), e a bobina de estator polifásica (16) sendo enrolada em torno do núcleo de estator (12) pelas ranhuras (14), o método de manufatura compreendendo: proporcionar a primeira bobina segmentada (20a) e a segunda bobina segmentada (20b), cada uma das primeira bobina segmentada (20a) e segunda bobina segmentada (20b), tendo uma parte de inserção (22), que é inserida nas ranhuras (14), e uma parte de extremidade de bobina (30), que se projeta de uma parte de extremidade do núcleo de estator (12); revestir a primeira bobina segmentada (20a) com a camada isolante (34); o método de manufatura sendo caracterizado por compreender ainda: aplicar ou gotejar material isolante apenas a uma parte adjacente (38), de modo que uma camada isolante (34a) da parte adjacente (38) seja mais espessa do que uma camada isolante (34b), em uma região diferente da parte adjacente (38), e a parte adjacente (38) sendo posicionada sobre uma primeira superfície chata da primeira bobina segmentada (20a) adjacente à segunda bobina segmentada (20b), na parte de extremidade de bobina (30) da primeira bobina segmentada (20a); e de modo que a primeira camada isolante (34a) da parte adjacente (38) posicionada sobre a primeira superfície chata da primeira bobina chata (20a) é mais espessa do que a segunda camada isolante que está adicionalmente sobre uma parte não adjacente (24), sendo que a parte não adjacente (24) é posicionada sobre as outras três superfícies que estão na mesma região que a parte adjacente (38) na direção longitudinal da primeira bobina chata (20a); e formar uma bobina de estator (16) por enrolamento das primeira bobina segmentada (20a) e segunda bobina segmentada (20b), revestidas com as primeira e segunda camadas isolantes (34) em torno do núcleo de estator (12).
9. Método de manufatura, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que: um condutor (32) é feito para que fique em um estado encurtado ao ser cortado a um comprimento de segmento de bobina; a camada isolante (34) é revestida no condutor (32) no estado encurtado; e o condutor (32) revestido com a camada isolante (34) é encurvado em uma forma de bobina segmentada para formar a primeira bobina segmentada (20a).
10. Método de manufatura, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que: um condutor (32) é feito para ficar em um estado encurtado ao ser cortado a um comprimento de segmento de bobina; o condutor (32) no estado encurtado, é encurvado em uma forma de bobina segmentada; e a camada isolante (34) é revestida no condutor (32), encurvada na forma de bobina segmentada, para formar a primeira bobina segmentada (20a).
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