BRPI0608760A2

BRPI0608760A2 - máquina elétrica com bobinas parciais simétricas

Info

Publication number: BRPI0608760A2
Application number: BRPI0608760-4A
Authority: BR
Inventors: Gerald Roos
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2006-02-21
Publication date: 2010-01-26
Also published as: CN101151784A; CN101151784B; KR20070116040A; EP1867032A1; US7602092B2; KR101060144B1; DE102005035411A1; MX2007011923A; JP2008535450A; WO2006103144A1; JP5044542B2; US20070228865A1

Abstract

MáQUINA ELéTRICA COM BOBINAS PARCIAIS SIMéTRICAS. A presente invenção refere-se a uma máquina elétrica (10), especialmente para o ajuste de partes móveis no automóvel com um rotor (20) onde é disposto um enrolamento elétrico (25) com várias bobinas (26), caracterizada pelo fato de que as bobinas são executadas respectivamente como duas bobinas parciais (27) simétricas que estão dispostas simetricamente entre si relativo ao eixo de rotação (23) do rotor (20), sendo que ambas as bobinas parciais (27) podem ser comutados simultaneamente.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÁQUINA ELÉTRICA COM BOBINAS PARCIAIS SIMÉTRICAS".

Estado da Técnica

A presente invenção refere-se a uma máquina elétrica com um enrolamento elétrico bipolar de acordo com o gênero da reivindicação 1 independente.

Com a Patente US Re 27 893 tornou-se conhecido um enrolamento do induzido em uma máquina elétrica onde aproximadamente duas bobinas estão dispostos geometricamente paralelo em um pacote de lame- Ias. Tal disposição das duas bobinas existe em virtude de uma máquina de enrolamento que através de dois flyers pode enrolar duas bobinas ao mesmo tempo. Porém, estas bobinas aproximadamente paralelas recebem a corrente elétrica de modo independente uma da outra, de modo que no fornecimento da eletricidade das bobinas durante a operação ocorrem compo- nentes de forças radiais sobre o induzido que causam ruídos de motor inconvenientes.

As Vantagens da Presente Invenção

A máquina elétrica bipolar de acordo com a presente invenção e o processo de sua produção com as características das reivindicações inde- pendentes têm a vantagem de que através da comutação simultânea das duas bobinas parciais dispostas simetricamente os componentes de forças radiais das duas bobinas parciais são compensados na sua alimentação com energia elétrica. Devido a tal disposição simétrica das duas bobinas parciais em relação ao eixo rotativo pode ser obtido um funcionamento do motor mais calmo com o fluxo da corrente simultânea através das duas bobinas parciais, o que reduz os ruídos de motor consideravelmente.

Em virtude das providências especificadas nas sub-reivindicações surgem aperfeiçoamentos e melhorias vantajosas das características definidas na reivindicação 1. De modo especialmente simples po- dem ser compensados os componentes de forças radiais prejudiciais, dis-pondo-se as duas bobinas parciais mais ou menos geometricamente paralelas uma da outra, na mesma distância do eixo rotativo com o mesmo númerode voltas dos enrolamentos.

Se as duas bobinas parciais forem enroladas em sentido antagônico no pacote de lamelas, os respectivos componentes de força radial das bobinas parciais estão direcionados exatamente em sentido oposto ao eixo do induzido quando recebem a energia elétrica. Assim, estas forças radiais podem ser compensadas de maneira otimizada.

Em uma forma de execução preferida as duas bobinas parciais estão conectadas eletricamente em série, de modo que estas podem ser enroladas continuamente com um fio, uma atrás de outra. 10 Nisso, as bobinas parciais conectadas em série possuem duas

extremidades que podem ser ligadas respectivamente diretamente a uma lamela do coletor - especialmente lamelas dispostas lado a lado.

Em uma execução alternativa, as duas bobinas parciais estão conectadas eletricidade em paralelo, assim as duas bobinas parciais podem ser enroladas, por exemplo, ao mesmo tempo uma com a outra.

Nas bobinas parciais ligadas paralelamente, respectivamente as extremidades da primeira bobina parcial e as duas extremidades da segunda camada portadora são eletricamente ligadas com as mesmas duas lamelas, de modo que ambas as bobinas parciais podem ser comutadas de modo sincronizado.

A disposição simétrica das duas bobinas parciais entre si no pacote de lamelas é de tal modo otimizada que no fluxo de corrente elétrica simultâneo através das duas bobinas parciais as forças de ação radical compensam da melhor maneira possível. De acordo com a presente invenção o coletor possui um número

par de lamelas, por exemplo, 8 ou 10 lamelas, sendo que as duas escovas encostam-se preferencialmente mais ou menos 180° deslocado nas lamelas. Nisso, respectivamente um par de bobinas parciais é ligado a um par de lamelas.

A fim de garantir na comutação um fluxo de energia elétrica mais

uniforme possível, as escovas são executadas de tal modo, que na rotação do comutador cobrem respectivamente duas lamelas vizinhas, para curto-circuitar estas, uma com a outra. Assim o fogo das escovas pode ser claramente reduzido.

É vantajoso realizar as bobinas parciais na forma de um enrola-mento duplo com dois fios de bobina mais ou menos paralelos com uma se- ção transversal reduzida. Desse modo pode ser obtido um fator de enchimento maior das ranhuras e, por conseguinte, um aumento da potência do motor elétrica, sem que aumente o tempo de fabricação.

Em virtude do processo de produção de acordo com a presente invenção para uma máquina elétrica bipolar com bobinas parciais dispostas respectivamente paralelamente uma da outra pode ser produzido de modo simples um motor de acionamento elétrico com ruído reduzido que é usado, por exemplo, para fins de ajustes no automóvel. Nisso, em comparação com os métodos de enrolamento convencionais não será necessário nenhum dispendio adicional digno de menção, de modo que desta maneira pode ser obtido um aumento de qualidade claro da máquina elétrica devido à redução do seu ruído. Os Desenhos

Nos desenhos são ilustrados diversos exemplos de execução de uma máquina elétrica de acordo com a presente invenção e explicados deta-20 lhadamente no relatório descritivo seguinte. Eles mostram:

A figura 1 mostra a seção transversal esquematizada através de uma máquina elétrica.

A figura 2 mostra uma ilustração esquematizada dos ramos da 25 corrente elétrica nas bobinas.

A figura 3 mostra uma seção transversal através do enrolamento do induzido de acordo com o estado da técnica.

A figura 4 mostra uma seção transversal esquematizada do induzido com bobinas parciais conectadas em série. 30 A figura 5 mostra uma seção transversal esquematizada através

do induzido com bobinas parciais conectadas em paralelo.

A figura 6 mostra uma seção transversal através do enrolamentodo induzido de acordo com a presente invenção.

A figura 7 a figura 11 mostram diversos esquemas de enrola-mento para um comutador com 10 lamelas.

A figura 12 mostra uma seção transversal esquematizada para ilustrar o giro do comutador.

A figura 13 e a figura 14 mostram esquemas de enrolamento para um comutador com 8 lamelas. A Descrição

A figura 1 mostra uma seção transversal esquematizada através

de uma máquina elétrica 10 que no presente exemplo de execução é executada como um motor de corrente contínua bipolar 12. Em uma caixa 14 é disposto um estator 16 com dois ímãs permanentes 18 que coopera com um rotor 20 que é apoiado de modo girável na caixa 14. O rotor 20 possui um eixo de rotor 22 e um pacote de lamelas de induzido 24 onde estão enrola- das bobinas 26 na forma de enrolamento de passos fracionários. No eixo de rotor 22 também é disposto um comutador 28 que pode ser eletricamente comutado através de escovas 30. No presente exemplo de execução, as duas escovas 30 estão dispostas de modo deslocado em 180° e são executadas de tal modo que em um giro do comutador 28, perante as escovas 30na passagem de uma lamela de comutador 32 para uma lamela de comutador 32 vizinha, estas duas curto-circuitam. As duas escovas 30 estão marcadas com um sinal de mais e um sinal de menos que simbolizam o fluxo da corrente elétrica e significam as conexões elétricas das bobinas 26 mostradas nas figuras 3 e 6. O comutador 28 possui um número par de lamelas 32 que são marcadas com as cifras 0 a 9 (isto é, 10 unidades). As lamelas 32 são eletricamente isoladas umas contra as outras.

A figura 2 mostra de modo esquematizado o fluxo da corrente elétrica de acordo com a cobertura das escovas 30 diante das lamelas 32 na figura 1. Em virtude do curto-circuito de duas lamelas de comutador, por e- xemplo, debaixo de uma escova 30 positiva é gerada uma corrente 11 através de uma bobina 26 entre as duas lamelas vizinhas 32 (9 e 0). Entre a escova positiva 30 e a escova negativa 30 resulta um ramo de corrente 12 queem uma outra bobina 26 entre as lamelas 32 (0 e 4) depois novamente uma corrente 13 entre duas lamelas vizinhas 32 (4 e 5) e novamente um ramo de corrente 14 entre a escova negativa e a escova positiva 30 (lamelas 5 e 9).

A figura 3 mostra o fluxo da corrente de acordo com a figura 2 em uma seção transversal esquematizada através do pacote de lamelas de induzido 24 com um enrolamento de passos fracionários de acordo com o estado da técnica. De acordo com as dez lamelas 32 do comutador 28, o pacote de lamelas de induzido 24 possui dez ranhuras 34 onde estão enroladas ao todo 10 bobinas. Por esta razão, cada ranhura 34 é coberta por duas linhas 29 de diversas bobinas 26. Devido às diferenças na queda da tensão das escovas entre a escova 30 positiva e negativa e devido à não simetria causada por tolerâncias de produção do posicionamento das escovas 30, os valores da corrente elétrica tanto de 11 e 13 como também de 12 e 14 nas ranhuras opostas 34 não são iguais. Por exemplo, a corrente 11 passa em uma bobina 26' disposta na forma de um enrolamento de passo fracionário, sendo que suas voltas são representadas pelos dois círculos +11 e -11. Ao mesmo tempo passa uma corrente 13 em caso de curto-circuito de acordo com a figura 2 na bobina 26", representado pelos círculos +13 e -13. Da figura 3 torna-se evidente que de acordo com o estado da técnica nas respectivas ranhuras opostas 34, onde passam as correntes 11 e 13, a corrente não é igual, o que causa o surgimento de forças 36 que agem radialmente sobre o rotor 20.

A figura 4 mostra uma seção transversal esquematizada através de um pacote de lamelas de induzido 24 onde uma bobina 26 é enrolada de acordo com a presente invenção como duas bobinas parciais 27 em ranhuras diferentes 34. As bobinas parciais 27 estão dispostas em planos 38 mais ou menos paralelos que passam na mesma distância do eixo de rotor 22 ou do eixo de rotação 23, simetricamente a este (enrolamento de passo fracionário). As duas bobinas parciais 27 estão eletricamente conectadas em série, de modo que a corrente elétrica, partindo da primeira lamela 32, primeiro passa pela primeira bobina parcial 27 e em seguida através da segunda bobina parcial 27e depois por uma segunda lamela 32. Se estas duas lamelas32 recebem eletricidade através das escovas 30, as respectivas forças radiais 36 das duas bobinas parciais 27 se compensam. Por motivos da melhor inteligibilidade, a figura 4 mostra de forma esquematizada apenas duas la-melas e um par de bobinas parciais 27. Na realização real, respectivamente vários pares de bobinas parciais 27 são ligados a respectivamente duas la-melas 32. A bobina 26 mostrada na figura 4 que consiste em duas bobinas parciais 27 poderia ser conjugada, por exemplo, ao fluxo de corrente 11 entre as lamelas 32 (9 e 0) da figura 2 e figura 1.

De acordo com a realização segundo a figura 5, as duas bobinas parciais 27 são novamente dispostas simetricamente ao eixo de rotação 23. As duas bobinas parciais 27 estão enroladas respectivamente em pares de ranhuras 34 diferentes, sendo que resulta uma disposição geometricamente paralela das bobinas parciais 27 a uma distância mais ou menos igual ao eixo de rotação 23. Nesses enrolamentos de passo fracionário as voltas não passam pelo eixo de rotação 23. Nessa realização, porém, as duas bobinas parciais 27 são conectadas em paralelo eletricamente, de modo que as respectivas extremidades 42 da primeira bobina parcial 41 e as duas extremidades 44 da segunda bobina parcial 43 estão respectivamente ligadas do mesmo modo eletricamente com as duas lamelas 32 (9 e 0). Também nestas bobinas parciais 27 conectadas em paralelo, respectivamente um par de bobinas parciais 27 é comutado simetricamente através das duas lamelas 32. De acordo com uma realização preferida da presente invenção, as duas bobinas parciais 27 estão enroladas, tanto na conexão em série como também na conexão em paralelo, em sentido de rotação uma relativa à outra.

Isto significa que ao enrolar o enrolamento do induzido 25 de acordo com a rotação do rotor 20 por aproximadamente 180°, a segunda bobina parcial 27 é enrolada em sentido oposto com relação à máquina de enrolamento.

A figura 6 mostra uma seção transversal esquematizada através do pacote de lamelas de induzido 24, onde as respectivas bobinas 26 são executadas como duas bobinas parciais 27 dispostas simetricamente uma com a outra e que assim em cada ranhura 34 estão dispostas quatro linhas 29. Isto se torna especialmente evidente quando se compara a disposiçãodas bobinas de acordo com a presente invenção segundo a figura 6 com a disposição de bobina segundo o estado da técnica na figura 3. Nisso, cada bobina da figura 3 é desmembrada em duas bobinas parciais 27', 27", dispostas simetricamente, sendo que em uma conexão em série das bobinas parciais 271 e 27" o número total dos enrolamentos 54 das duas bobinas parciais 27', 27" é idêntico com o número dos enrolamentos 54 da bobina 26 de acordo com a figura 3. Porém, agora a aplicação de corrente elétrica nas ranhuras 34 opostas onde passam as correntes 11 e 13 é idêntica. Nisso, as correntes +13, -11, +12, -14 da ranhura 34' se compensam com as correntes - 13, 11, -12, +14 da ranhura oposta 34". Deste modo, forças radiais 36 prejudiciais são amplamente eliminadas.

Em uma conexão paralela das bobinas parciais 27' e 27" o número das voltas 54 dobre em comparação com as bobinas parciais 27 conectadas em série, sendo que as seções transversais do fio dos fios de bobina 48 são respectivamente cortadas pela metade, fazendo com que resulta a mesma aplicação de corrente elétrica. Isto corresponde a um efeito duplo onde as duas bobinas parciais 27 não são enroladas nas mesmas ranhuras 34, e sim, como duas bobinas parciais 27 simétricas, dispostas com a mesma distância do eixo de rotação 23. Os esquemas de enrolamento para este enrolamento duplo são mostrados nas figuras 11 e 14.

As figuras 7 a 11 mostram diversas variações para um enrolamento com bobinas parciais 27 simétricas. A título de exemplo é explicado o esquema de acordo com a figura 7. Na margem inferior da figura são mostradas de modo esquematizado 10 lamelas 32 do comutador como caixinhas, onde são mostradas duas rotações desenroladas do comutador 28. Em cima disto são mostradas de modo esquematizado as ranhuras 34 do pacote de lamelas de induzido 24, também como duas rotações desenroladas. Na metade inferior da figura há ilustração esquematizada de um par de bobinas parciais 27 que corresponde à segunda linha da tabela superior.

Partindo da lamela 1 (direita), o fio de bobina 48 primeiro é colocado na ranhura 1 e em seguida na ranhura 5, de modo que isto descreve uma bobina parcial 27 com 7 voltas 54 (DG). Depois da sétima volta 54 completa, o fioda bobina encontra-se outra vez na ranhura 1, para então chegar para a esquerda até a segunda bobina parciais 27 para a ranhura 6. Entre a ranhura 6 e a ranhura 10 é enrolada a segunda bobina parcial 27 com oito enrolamen-tos, sendo que depois novamente é enrolada uma volta entre a ranhura 10 e a ranhura 5 na primeira bobina parcial 27, a fim de contatar o fio da bobina 48 na lamela 2 (direita). Deste modo é criada uma disposição simétrica de duas bobinas parciais 27 com o mesmo número de enrolamentos 54. De acordo com este esquema são enroladas linha por linha de acordo com a tabela acima as respectivas bobinas parciais 27, de modo que ao todo 10 pares de bobinas parciais 27 estão dispostos entre duas lamelas vizinhas.

As figuras 7 a 10 mostram diversas variações com respectivamente 10 bobinas parciais 27 entre duas lamelas 32. O fio de bobina 48 possui um diâmetro do fio de, por exemplo, 0,5 mm. Na figura 11 estão dispostas as bobinas parciais 27 como enrolamento duplo em uma primeira e uma segunda camada, sendo que aqui do diâmetro do fio é de, por exemplo, 2 x 0,3255.

A figura 12 de modo esquematizado a rotação do comutador 28 em relação ao pacote de lamelas de induzido 24. No caso é definido um ângulo de rotação que vai do dentro da ranhura 34 até o centro de uma fenda 52 entre duas lamelas 32. Nos exemplos de execução das figuras 7 a 11, este ângulo 50 da rotação do comutador é de aproximadamente 0o. Nos e-xemplos de execução das figuras 13 e 14, este ângulo 50 é de, por exemplo, 209°.

De acordo com a figura 13 e 14, o comutador 28 possui, por e- xemplo, 8 lamelas 32 e as respectivas ranhuras 34 no pacote de lamelas de induzido 24.

Na figura 13 estão dispostos, de acordo com as 8 linhas da tabela acima 8 vezes estão dispostos respectivamente entre duas lamelas 32 duas bobinas parciais 27 simétricas. No caso, o número das diversas voltas 54 (Wdg) e o diâmetro de bobina podem ser adaptados às respectivas aplicações. A figura 14 mostra analogamente à figura 11 nova\mente um enrolamento duplo, onde, em comparação com a figura 13, o número total dosenrolamentos (wdg) das duas bobinas parciais aumenta e em contrapartida, o diâmetro do fio diminui (por exemplo, de 0,425 mm para 2 x 0,3 mm).

Cabe mencionar que a respeito dos exemplos de execução do relatório descritivo mostrados em todas as figuras são possíveis inúmeras possibilidades de combinação das diversas características entre si. Assim sendo, por exemplo, o número das lamelas 32 e das ranhuras 34 e sua configuração concreta podem ser variados. Do mesmo modo, o grande número dos esquemas de enrolamento mostrados não significa nenhuma restrição a respeito do enrolamento das bobinas parciais 27 simétricas, mas sim, são possíveis diversas passagens de uma bobina parcial 27 para a outra. Os exemplos de execução de acordo com as figuras 7 a 14 descrevem tanto a execução concreta das diversas máquinas elétricas 10, como também o processo para sua produção. As figuras ilustram especialmente o processo para o enrolamento de bobinas parciais 27 simétricas de acordo com a presente invenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Máquina elétrica (10), especialmente para o ajuste de partes móveis no automóvel, com um rotor (20) onde é disposto um enrolamento elétrico (25) com várias bobinas (26), caracterizada pelo fato de que as bo- binas são executadas respectivamente como duas bobinas parciais (27) simétricas que estão dispostas simetricamente entre si relativo ao eixo de rotação (23) do rotor (20), sendo que ambas as bobinas parciais (27) podem ser comutadas simultaneamente.

2. Máquina elétrica (10) de acordo com a reivindicação 1, carac-10 terizada pelo fato de que as duas bobinas parciais (27) possuem o mesmonúmero de voltas (54) e estão dispostas aproximadamente e geometrica-mente paralelas entre si.

3. Máquina elétrica (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que as duas bobinas parciais (27) estão enroladas em um pacote de lamelas de induzido (24) em sentido de enrolamento oposto.

4. Máquina elétrica (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que as duas bobinas parciais (27) estão conectadas eletricamente em série entre si.

5. Máquina elétrica (10) de acordo com qualquer uma das reivin-dicações anteriores, caracterizada pelo fato de que as duas bobinas parciais (27) conectadas em série juntas possuem duas extremidades (40) respectivamente conectadas a uma lamela (32) de um comutador (28).

6. Máquina elétrica (10) de acordo com qualquer uma das reivin-25 dicações anteriores, caracterizada pelo fato de que as duas bobinas parciais(27) estão conectadas em paralelo eletricamente.

7. Máquina elétrica (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que as duas bobinas parciais conectadas em paralelo (27, 41, 43) possuem respectivamente duas extre- midades (42, 44) que estão ligadas a respectivamente uma lamela (32).

8. Máquina elétrica (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que as bobinas parciais (27)estão de tal modo dispostas simetricamente entre si, que, quando as mesmas recebem energia elétrica, em um campo magnético aproximadamente não são geradas forças radiais (36) no rotor (20).

9. Máquina elétrica (10) de acordo com qualquer uma das reivin-5 dicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o comutador (28) possuium número par de lamelas (32), e que no comutador (28) encostam-se duas escovas (30) opostas uma da outra.

10. Máquina elétrica (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que as escovas (30) co- brem respectivamente duas lamelas vizinhas (32) quando eles são eletrica-mente curto-circuitadas.

11. Máquina elétrica (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que as bobinas parciais (27) simétricas são executadas em duas camadas como enrolamento duplo (46) com um diâmetro de bobina reduzido.

12. Processo para enrolar uma máquina elétrica (10) com bobinas parciais (27) dispostas simetricamente em um rotor (20) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores.