BRPI0718547A2

BRPI0718547A2 - Máquina elétrica

Info

Publication number: BRPI0718547A2
Application number: BRPI0718547-2A
Authority: BR
Inventors: Gert Wolf; Norbert Pfitzke
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 2006-11-06
Filing date: 2007-10-10
Publication date: 2013-11-19
Also published as: CN101573853A; WO2008055752A2; WO2008055752A3; EP2089953B1; EP2089953A2; BRPI0718547B1; JP2010508806A; HUE041513T2; DE102006052111A1; CN101573853B; US8531074B2; US20100066194A1; ES2701724T3; JP5232158B2

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÁQUINA ELÉTRICA".

DESCRIÇÃO ESTADO DA TÉCNICA 5 A presente invenção refere-se a uma máquina elétrica, particu-

larmente, um gerador de pólo de garras eletricamente excitado para um veí- culo a motor, de acordo com a espécie da reivindicação 1. A esse respeito, do documento DE 103 61 859 A1 é conhecida uma máquina elétrica, que está formada como gerador de corrente trifásica para automóveis. Os termi- 10 nais de enrolamento estão unidos, nesse caso, individualmente através de elementos condutores ligados intermediariamente com, em cada caso, um terminal elétrico de uma placa de ligação, bem como com os terminais de uma disposição de retificador, o que implica em uma considerável complexi- dade de ligação, particularmente, em máquinas de fase mais alta.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

A máquina elétrica de acordo com a invenção, com as caracte- rísticas da reivindicação independente, tem a vantagem de que a complexi- dade para os terminais de fase é mantida baixa. Isso vale, particularmente, quando todos os terminais de fase a ser interligados estão dispostos em ra- 20 nhuras adjacentes do estator, de modo que podem ser interligadas direta- mente e, através de uma conexão comum, ao retificador. Nesse caso, mos- trou-se particularmente vantajoso quando os terminais de fase, em cada ca- so adjacentes, estão interligados à maneira de um pentagrama e o estator apresenta 5 ranhuras por cada pólo de rotor. Disso resulta uma disposição, 25 na qual, a uma distância de, no máximo, cinco divisões de ranhuras dos dois primeiros terminais de fase interligados, seguem-se dois outros terminais de fase interligados, de ranhuras adjacentes.

Além disso, é conveniente quando os terminais de fase se situ- am na área de 10 ranhuras adjacentes, sendo que, em cada caso, os termi- nais de fase da (2n-1)° ranhura estão interligados com a 2n° ranhura e, nes- se caso, n é um número inteiro entre 1 e 5. Uma disposição de tal modo concentrada dos terminais de fase é particularmente apropriada para a pro- dução do estator como pacote plano, que, depois da introdução do enrola- mento de estator, é enrolado para o estator circular, acabado, uma vez que, nesse caso, no ponto de junção entre as duas extremidades do estator só se encontram duas projeções do enrolamento. Além disso, por essa disposição 5 resultam vantagens de tecnologia de produção, uma vez que os terminais situam-se relativamente próximos um ao lado do outro e, com isso, o pro- cesso de solda é facilitado. Mas, por outro lado, também pode ser vantajoso, a uma distribuição uniforme dos elementos individuais de retificar sobre o perímetro da máquina, também distribuir a posição dos terminais de fase de 10 modo correspondentemente uniforme sobre todas as ranhuras, porque, en- tão, os terminais de fases situam-se próximos, adjacentes aos elementos de retificador individuais e só necessitam de conexões curtas. Nesse caso, en- tre os terminais de fase interligados, dispostos em ranhuras adjacentes, situ- am-se, em cada caso, pelo menos 4 ranhuras sem terminais de fase.

A simetria do enrolamento do estator pode ser configurada de

modo particularmente vantajoso se nos terminais de fase estiver interligado, em cada caso, um número par de condutores. O número das ranhuras no estator da máquina de acordo com a invenção situa-se, convenientemente, entre 60 e 80, sendo que para a modalidade de 5 fases do enrolamento de 20 estator, há uma modalidade do rotor da máquina com 12, 14 ou 16 dedos de pólo de garra. Essas modalidades fornecem, por um lado, uma potência su- ficiente da máquina, a baixos números de rotações, e também ainda são suficientemente estáveis mecanicamente aos números de rotações máximos que se apresentam.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS

Exemplos de modalidades da invenção estão representados nos desenhos e estão explicados mais detalhadamente na descrição abaixo. Mostram

figura 1 um corte longitudinal por um gerador de corrente alter- nada para automóveis, com um gerador de pólo de garras,

figura 2 um esquema de ligações de um gerador de corrente al- ternada de cinco fases, com retificador anexado, figura 3 um esquema de enrolamento de um enrolamento de es- tator de cinco fases, realizado como enrolamento ondulado simples, com terminais concentrados sobre as 10 primeiras ranhuras,

figura 4 um esquema de enrolamento de um enrolamento de es- tator de cinco fases, realizado como enrolamento ondulado distribuído, com terminais concentrados sobre 10 ranhuras,

figura 5 um esquema de enrolamento de um enrolamento de es- tator de cinco fases, realizado como enrolamento ondulado distribuído, com terminais distribuídos sobre 30 ranhuras,

figura 6 um esquema de enrolamento de um enrolamento de es-

tator de cinco fases, realizado como enrolamento ondulado distribuído, com terminais concentrados sobre 30 ranhuras,

figura 7 um corte pelo estator de uma máquina de acordo com a

invenção, e

figuras 8 e 8A representações esquemáticas de um terminal de

fase do enrolamento de estator de acordo com a invenção.

MODALIDADES DA INVENÇÃO

Na figura 1 está representado um corte por um gerador de cor- rente alternada 10 para automóveis. O mesmo apresenta, entre outros, uma 20 carcaça 13 em duas partes, que consiste em uma primeira consola do man- cai 13,1 e uma segunda consola do mancai 13,2. A consola do mancai 13,.1 e a consola do mancai 13,2, que alojam dentro de si um estator 16, com um pacote de chapas 17 circular, em cujas ranhuras, abertas para dentro e es- tendidas axialmente, está inserido um enrolamento de estator 18. O estator 25 16 anular circunda com sua superfície voltada radialmente para dentro um rotor 20 excitado eletromagneticamente, que está formado como rotor de pólo de garra. O rotor 20 consiste, entre outros, em duas platinas de pólo de garra 22 e 23, em cuja externa estão dispostos dedos de pólo de garra 24 e

25, que se estendem, em cada caso, em direção axial. As duas platinas de pólo de garra 22 e 23 estão dispostas no rotor 20 de tal modo que seus de- dos de pólo de garra 24, 25, que se estendem em direção axial, se alternam um ao outro como pólos N e S no perímetro do rotor 20. Com isso, são for- mados espaços intermediários de pólo de garra magneticamente necessá- rios entre os dedos de pólo de garra 24 e 25 magnetizados em sentido con- trário, que, devido aos dedos de pólo de garra 24 e 25, que se estreitam em direção às suas extremidades livres, estendem-se de modo ligeiramente o- 5 blíquo ao eixo de máquina. Para a descrição abaixo da invenção, esse tra- çado está designado simplificadamente como axial.

O rotor 20 está disposto de modo rotativo nas respectivas placas de mancai 13,1 ou 13,2 por meio de um eixo 27 e, em cada caso, sobre um mancai de rolamento 28 que se entra, em cada caso, em um lado. Ele apre- senta duas superfícies frontais axiais, nas quais está fixado, em cada caso, um ventilador 30. Esses ventiladores 30 consistem, substancialmente em uma parte em forma de placa ou em forma de disco, da qual as pás de venti- lador saem de maneira conhecida. Esses ventiladores 30 servem para pos- sibilitar, através de aberturas 40 nas placas de mancai 13,1 e 13,2, uma tro- ca de ar entre o lado externo e o espaço interno da máquina elétrica 10. Pa- ra isso, as aberturas 40 estão previstas nas extremidades axiais das placas de mancai 13,1 e 13,2, através das quais ar de refrigeração é espirado por meio dos ventiladores 30 para o espaço interno da máquina elétrica 10. Esse ar de refrigeração é acelerado pela rotação dos ventiladores 30 radialmente para fora, de modo que ele também pode passar pelas cabeças de enrola- mento 45 permeáveis ao ar de refrigeração para o lado de acionamento e 46 para o lado dos elementos eletrônicos. Por esse efeito, as cabeças de enro- lamento são refrigeradas. O ar de refrigeração, depois de atravessar as ca- beças de enrolamento, ou depois de circundar essas cabeças de enrolamen- to, segue um caminho radialmente para fora, por aberturas não representa- das.

No lado direito da figura 1, encontra-se uma cobertura de prote- ção 47, que protege diversos componentes contra influências do ambiente. Desse modo, essa cobertura de proteção 47 recobre, por exemplo, uma dis- 30 posição de anel de fricção 49, que abastece um enrolamento de excitação 51 com corrente de excitação. Em torno dessa disposição de anel de fricção 49 está disposto um corpo de refrigeração 53, que aqui funciona como corpo de refrigeração positivo. Como chamado corpo de refrigeração negativo fun- ciona a consola do mancai 13,2. Entre a consola do mancai 13,2 e o corpo de refrigeração 3 está disposta uma placa de terminal 56, que interliga dio- dos negativos 58, fixados na consola do mancai 13,2,e diodos positivos, não 5 mostrados nessa representação, de um retificador 19 no corpo de refrigera- ção 53, na forma de ligação de ponte.

Na figura 2 está representado um gerador 10 de cinco fases por meio de um gráfico de ligação. As cindo fases de enrolamento formam, em cada caso, em pares, o ângulo elétrico α nos pontos de ligação 14,1-14,5. O 10 gerador 10 fornece uma tensão U na saída de um retificador (B10) 19, com cinco ramais de ponte 19,1-19,5. A associação entre os pontos de interliga- ção 14 e os ramais de ponte 19 apresenta-se da seguinte maneira: 14,1 so- bre 19,1, 14,2 sobre 19,2, 14.3 sobre 19,3, 14,4 sobre 19,4 e 14,.5 sobre 19,5. O ângulo elétrico α entre duas fases de enrolamento em cada ponto de 15 interligação 14 perfaz 36°.

As figuras 3 a 6 mostram diversos esquemas de enrolamento de um enrolamento de estator 18, representada com 30 ranhuras, o que corres- ponde a uma modalidade do rotor 20 com 6 dedos de pólo de garra 24. Na prática, normalmente e escolhido para o gerador de um automóvel um nú- mero de ranhuras mais alto e um número mais alto de dedos de pólo de gar- ra no rotor 20, de preferência, um número de 60-80 ranhuras, o que em 5 ranhuras corresponde para cada pólo de rotor a um número de 12, 14 ou 16 dedos de pólo de garra 24. O enrolamento de estator 18 de cinco fases de acordo com a invenção é interligado, de preferência, na forma de um penta- grama, tal como está representado na figura 2 e ali já está explicado mais detalhadamente. A conexão das fases 14 individuais dá-se, então, na forma tal como está representada nas figuras 3 a 6, sendo que todos os terminais de fase 14,1-14,5 a ser interligados estão dispostos em ranhuras adjacentes. Isso não é obrigatório, mas a interligação exclusivamente de fases 14 adja- centes oferece a maior racionalização possível.

A figura 3 mostra o esquema de enrolamento de um enrolamen- to de estator 18 na modalidade como enrolamento ondulado simples, com terminais de fase 14.1-14.5 concentrados sobre as 10 primeiras ranhuras. Nesse caso, as partes de enrolamento a até e estão representadas separa- damente na figura 3 e os terminais de enrolamento individuais estão prolon- gados para cima por linhas tracejadas e ali reunidos de acordo com as indi- 5 cações na figura 2. O enrolamento de estator está realizado em cinco fases, com o que resulta uma possibilidade ótima de interligação. Nessa modalida- de do enrolamento, simultaneamente, a formação de ruído e a ondulação da tensão do gerador U são pequenas. Os terminais de fase a ser interligados estão todos situados em ranhuras adjacentes e, de modo particularmente 10 vantajoso, estão interligados à maneira de um pentagrama, tal como já foi representado e explicado por meio da figura 2. Uma interligação desse tipo dos enrolamentos de fase causa, além disso, um aproveitamento muito bom da máquina, particularmente, formam-se correntes desfasadas mais baixas do que em uma ligação em estrela ou pentágono.

De acordo com a formação em cinco fases do enrolamento de

estator 18, o número das ranhuras de estator 15 é, em cada caso, um múlti- plo de 10, o número dos pólos de garra corresponde a um quinto do número de ranhuras. Os esquemas de enrolamento, representados nas figuras 3 a 6 com 30 ranhuras, requerem, portanto, 6 dedos de pólo de garra 24 no rotor 20 20. Esse número de ranhuras, porém, só é escolhido para uma representa- ção simplificada do enrolamento, uma vez que um rotor 20 com apenas 6 dedos de pólo de garra, só a partir de um número de rotações relativamente alto atinge a potência inicial necessária. Na prática, as máquinas elétricas em modo de construção de pólos de garras, usadas como geradores em 25 automóveis, possuem, particularmente, 12 ou 16 dedos de pólo de garra 24, de modo que no âmbito de números de rotações usual de automóveis, entre cerca de 800 e 7000 rpm, a uma multiplicação para o gerador de 1:2,5 - 1:3, a números de rotações da máquina elétrica a partir de cerca de 1800 rpm, na marca em vazio já resulta uma potência inicial suficiente, sem que a má- 30 quina seja mecanicamente sobrecarregada, a números de rotação máximos do motor de combustão de acionamento.

O esquema de enrolamento representado na figura 3 mostra um enrolamento ondulado simples, com terminais de fase 14,1-14,5 concentra- dos sobre as 10 primeiras ranhuras no perímetro do estator. Uma disposição desse tipo dos terminais de fase oferece vantagens, particularmente, a uma disposição também concentrada dos retificadores 19 sobre a placa de termi- 5 nais 56, porque, desse modo, resultam ligações curtas para os terminais de retificador e uma disposição espacialmente compacta das uniões soldadas. A interligação dos condutores L das fases a a e dá-se de acordo com a figu- ra 2 de tal modo que no terminal de fase 14,1, o enrolamento a é conectado com o enrolamento b, no terminal de fase 14,2, o enrolamento c é conectado 10 com o enrolamento d, no terminal de fase 14,3, o enrolamento e é conectado com o enrolamento a, no terminal de fase 14,4, o enrolamento b é conectado com o enrolamento c e no terminal de fase 14,5, o enrolamento d é conecta- do com o enrolamento e. Conexões correspondentes dos enrolamentos a a e apresentam-se no esquema de enrolamento de acordo com a figura 4, 15 sendo que, no entanto, o enrolamento está realizado como enrolamento on- dulado distribuído.

A figura 5 mostra um esquema de enrolamento com fases a a e, realizados como enrolamento ondulado simples, sendo que , no entanto, os terminais de fase 14,1-14,5 estão distribuídos uniformemente sobre todas as 30 ranhuras. Nesse caso,

no terminal de fase 14,1, a fase a está conectada com a fase e, no terminal de fase 14,2, a fase c está conectada com a fase d, no terminal de fase 14,3, a fase a está conectada com a fase b, no terminal de fase 14,4, a fase d está conectada com a fase e, e no terminal de fase 14,5, a fase b está conectada com a fase c.

A distribuição uniforme dos terminais de fase 14,1-14,5 sobre todo o perímetro do estator 16 oferece vantagens, particularmente quando também os diodos do retificador 19 estão distribuídos de modo correspon- dentemente uniforme sobre a placa de terminais 56, com o que se produ- 30 zem, por um lado, condições de refrigeração favoráveis para os retificadores e, por outro lado, ligações curtas e diretas dos terminais de fase para os reti- ficadores. O esquema de enrolamento de acordo com a figura 6 corres- ponde ao esquema de enrolamento na figura 5, no que se refere-se à distri- buição dos terminais de fase 14,1-14,5, mas, nesse caso, o enrolamento de estator 18, de acordo com o esquema na figura 4, está formado, novamente, 5 como enrolamento ondulado distribuído. O enrolamento ondulado corres- pondente às figuras 4 a 6 tem em relação a um enrolamento de laço, que, em princípio, também pode ser usado, comprimentos de condutor mais cur- tos e, desse modo, a uma seção transversal de condutor igual, uma resis- tência elétrica menor. Particularmente na modalidade da máquina elétrica 10 como gerador de pólos de garra para automóveis, o enrolamento ondulado apresenta, ainda, vantagens de tecnologia de produção e pode ser realizada facilmente uma configuração favorável das cabeças de enrolamento, com alta permeabilidade ao ar e refrigeração correspondentemente boa do enro- lamento.

A figura 7 mostra em representação ampliada a configuração de

uma ranhura 15 no pacote de chapas 17 do estator 16. Nesse caso, a seta 32 indica o diâmetro externo do estator e a seta 33, o diâmetro interno do estator, ou o diâmetro do furo para o alojamento do rotor 20. com 34 está indiada uma abertura de ranhura, cuja largura de fenda S é maior do que o 20 dobro do diâmetro do condutor D, inclusive o isolamento do condutor. A ra- nhura 15 está fechada em direção ao interior do estator 33 por um fecho de ranhura 35. Os condutores L estão dispostos na ranhura, isolados adicio- nalmente por um isolamento de ranhura 36. Nesse caso, a maior largura de ranhura B é maior do que o dobro do diâmetro do condutor D, inclusive o 25 isolamento de condutor. O número dos condutores L em uma ranhura é mai- or do que 7, com o que são produzidas condições de produção favoráveis, com enchimento de ranhura mais alto, a uma refrigeração suficiente do enro- lamento.

Nas figuras 8 e 8A está representada detalhadamente a configu- ração dos terminais de fase 14,1-14,5 para a modalidade com, em cada ca- so, um condutor L em ranhuras adjacentes. Os terminais de condutor estão torcidos uns com os outros e isolados na região 37 fora de uma cápsula de agrupamento 38 e retidos por um grampo de união 39. Dentro do grampo 39, na região 41, os terminais de condutor 37 estão soldados e dotados de um terminal de retificador 42, tal como mostra a figura 8a. Do terminal de retifi- cador 42, em cada caso, uma conexão leva a, em cada caso, um dos termi- 5 nais de retificador 19,1 a 19,5 do retificador 19, tal como está representado na figura 2.

Claims

1. Máquina elétrica, particularmente, gerador de pólos de garras (10) eletricamente excitado para um veículo a motor, com um enrolamento de estator (18), cujos terminais de fase (14,1-14,5) estão unidos com uma disposição de retificação (19), caracterizada pelo fato de que o enrolamento de estator (18) está formado por cinco fases e, nesse caso, os terminais de fase (14,1-14,5) estão dispostos pelo menos uma vez em ranhuras (15) ad- jacentes.

2. Máquina elétrica de acordo com a reivindicação 1, caracteri- zado pelo fato de que todos os terminais de fase (14,1-14,5) a ser interliga- dos estão dispostos em ranhuras (15) adjacentes.

3. Máquina elétrica de acordo com a reivindicação 1 ou 2, carac- terizado pelo fato de que os terminais de enrolamento (a até e) do enrola- mento de estator (18) estão interligados à maneira de um pentagrama (figura2).

4. Máquina elétrica de acordo com uma das reivindicações pre- cedentes, caracterizado pelo fato de que o estator (16) apresenta cinco ra- nhuras (15) para cada pólo de rotor (24).

5. Máquina elétrica de acordo com uma das reivindicações pre- cedentes, caracterizado pelo fato de que o número das ranhuras (15) perfaz 60 a 80 e número de dedos de pólo de garra (24) perfaz 12, 14 ou 16.

6. Máquina elétrica de acordo com uma das reivindicações pre- cedentes, caracterizado pelo fato de que a uma distância de, no máximo, 5 divisões de ranhura dos dois primeiros terminais de fase (14,1) interligados, seguem-se dois outros terminais de fase (14,2-14,5) interligados de ranhuras (15) adjacentes.

7. Máquina elétrica de acordo com uma das reivindicações pre- cedentes, caracterizado pelo fato de que os terminais de fase (14,1-14,5 si- tuam-se no âmbito de 10 ranhuras (15) adjacentes, sendo que, em cada ca- so, os terminais de fase da (2n-1)° ranhura estão interligados com a 2n° ra- nhura e n é um número inteiro entre 1 e 5 (figuras 3, 4).

8. Máquina elétrica de acordo com uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que entre dois terminais de fase (14,1-14,5) inter- ligados, situados em duas ranhuras (15) adjacentes, estão situadas pelo menos 4 ranhuras (15) sem terminais de fase (figuras 5, 6).

9. Máquina elétrica de acordo com uma das reivindicações pre- cedentes, caracterizado pelo fato de que nos terminais de fase (14,1-14,5) está interligado, em cada caso, um número par de condutores (L).

10. Máquina elétrica de acordo com uma das reivindicações pre- cedentes, caracterizado pelo fato de que a largura de fenda da ranhura (5) é menor do que o dobro do diâmetro do condutor (D), inclusive do isolamento do condutor.

11. Máquina elétrica de acordo com uma das reivindicações pre- cedentes, caracterizado pelo fato de que a largura da ranhura (B) é maior do que o dobro do diâmetro do condutor (D), inclusive do isolamento do condu- tor.

12. Máquina elétrica de acordo com uma das reivindicações pre- cedentes, caracterizado pelo fato de que o número de condutores (L) em uma ranhura (15) é maior do que 7.