ES2556992T3

ES2556992T3 - Método de fabricación de un motor eléctrico

Info

Publication number: ES2556992T3
Application number: ES07848147.0T
Authority: ES
Inventors: Jussi Huppunen; Asmo Tenhunen; Petri Alkula; Mika Olkkonen
Original assignee: Kone Corp
Current assignee: Kone Corp
Priority date: 2006-12-21
Filing date: 2007-11-15
Publication date: 2016-01-21
Anticipated expiration: 2027-11-15
Also published as: US20090251024A1; CN101569078B; FI20061147A0; EP2092630A4; WO2008074910A1; JP2010514403A; JP5329428B2; US7928624B2; EP2092630B1; CN101569078A; EP2092630A1; FI20061147A; HK1135239A1; FI119748B

Abstract

Método de fabricación de un motor síncrono de imán permanente para un aparato de transporte, comprendiendo dicho motor un estátor (24), un rotor (25) y un entrehierro (26) entre éstos, en cuyo motor, el estátor y / o el rotor comprende ranuras (4), que están formadas por un fondo de ranura (9) y una abertura de ranura (10), y dientes (5) entre las ranuras, en cuyo método, la abertura de ranura (10) orientada hacia el entrehierro está aplicada de manera que su anchura es de al menos 75% y como máximo 125% de la anchura del fondo de ranura (9), y en cuyo método, un devanado concentrado con un número fraccionado de ranuras que tiene un número máximo de ranuras de 0,5 está instalado en las ranuras, caracterizado por que dicho motor se fabrica como una máquina de flujo axial, que tiene un rotor de imán permanente (25) y por que los imanes de rotor (27) están colocados en la superficie del rotor y un escudo protector (28) de los imanes está hecho de laminado de fibra de vidrio para reducir las pérdidas por corrientes parásitas, por lo que el devanado producido en el método es un devanado concentrado con un número fraccionado de ranuras de n fases que comprende un número de m secciones de devanado de fase (3), comprendiendo cada devanado de fase un número igual de m pares de bobinas (1, 2) y por que el método comprende las etapas de: a. bobinar el primer devanado de fase (14) del motor para formar un grupo de bobinas a partir de un conductor continuo mediante el uso de una bobinadora de tal manera que una primera (1) y una segunda (2) bobina del devanado de fase se bobinan para formar un primer par de bobinas que rodean dos dientes adyacentes entre sí (11, 12), una tercera (6) y una cuarta (7) bobina se bobinan para formar un segundo par de bobinas que rodean dos dientes adyacentes entre sí, y la distancia entre los pares de bobinas primero y segundo en el devanado es igual a una longitud de conductor determinada por la longitud de devanado de base (3), formando dicha longitud de conductor un conductor de extremo delantero (8) a lo largo la circunferencia interior del motor.

Description

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DESCRIPCION

Metodo de fabricacion de un motor electrico Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a un metodo para fabricar un motor electrico como se define en la reivindicacion 1. Antecedentes de la invencion

Los motores electricos se utilizan para transformer energfa electrica en ene^a mecanica. En motores electricos de construccion normal, es posible distinguir ciertos componentes basicos, tales como un rotor instalado de forma giratoria, un eje de rotor, un estator fijo, cojinetes y escudos extremos. El rotor esta soportado por los cojinetes. En general, se deja un pequeno entrehierro entre el rotor y el estator.

La operacion de hacer girar maquinas de corriente alterna multifase, tales como motores smcronos y asmcronos multifase, se basa en un campo magnetico que gira dentro de la maquina. Un devanado de estator multifase se forma de manera que cuando se alimenta una tension sinusoidal a los devanados de fase, las tensiones alimentadas a las fases que tienen un cambio de fase de 360 / n grados entre ellas, donde n es el numero de fases en las que las corrientes que circulan en los devanados de estator, producen en el entrehierro de la maquina un campo magnetico circulante, cuya interaccion con el campo magnetico del devanado de rotor hace que el rotor gire. En motores smcronos, el campo magnetico del devanado de rotor se genera tipicamente bien mediante imanes permanentes o bien mediante una corriente directa alimentada a un devanado de excitacion de rotor. En motores asmcronos, la excitacion del devanado de rotor se efectua generalmente a traves de las tensiones y corrientes inducidas en el devanado de rotor por el flujo magnetico generado por la corriente de estator.

La distribucion de densidad de flujo magnetico en el entrehierro debe hacerse lo mas sinusoidal posible. El movimiento giratorio del rotor se produce por la accion de la onda fundamental sinusoidal de la densidad de flujo magnetico, aunque en la practica el campo magnetico que actua en el motor tambien contiene armonicos, es decir, componentes armonicos de la onda fundamental.

Los armonicos de la densidad de flujo magnetico generan componentes de fuerza adicionales entre el estator y el rotor. Ademas, la magnitud del parfluctua (rizado del par) y se producen perdidas adicionales en el motor.

En la densidad de flujo de entrehierro se crean componentes armonicos como resultado tanto de la discontinuidad de los devanados en el estator como de las circunferencias de rotor y la variacion de permeabilidad en el entrehierro. El devanado de estator se concentra generalmente en ranuras y grupos de bobinas, de modo que la fuerza magnetomotorica producida en el entrehierro por el devanado no se distribuye de forma sinusoidal. La variacion de permeabilidad en el entrehierro es causada por ejemplo por un posible ranurado de estator y rotor, polos abiertos y saturacion magnetica. Los armonicos del campo magnetico de un motor electrico se pueden dividir en armonicos causados por el rotor y los causados por el estator.

Los devanados de motores electricos son normalmente devanados distribuidos, en los que las bobinas de diferentes fases se instalan de forma intercalada de manera que el area delimitada por cada bobina tambien contiene lados de bobina de otras fases. El documento US6581270 describe un metodo para fabricar un estator en el que los lados de bobina se distribuyen en varias ranuras en el area de los polos del motor. A medida que los lados de bobina de la misma fase se colocan a una gran distancia uno de otro en el area de los polos, los devanados extremos son largos. Una proporcion significativa del material conductor usado en los devanados de motor no se explota, debido a que los devanados extremos no generan par aunque causan perdidas y requieren espacio. Ademas, debido a que en esta construccion los devanados extremos de diferentes fases se cruzan entre sf, se incrementa el riesgo de cortocircuito entre bobinas. De este modo, los devanados extremos requieren aislamiento adicional. El trabajo de bobinado para preparar tales devanados comprende tambien varias operaciones y, a menudo tienen que realizarse manualmente.

Un motor provisto de devanados distribuidos tradicionales tambien es voluminoso y pesado debido a los devanados extremos largos y al hecho de que las bobinas de un devanado estan generalmente distribuidas en muchas ranuras en el area de un par de polos. Esto es una desventaja especialmente en motores utilizados en ascensores, ya que los ascensores se instalan cada vez mas usando soluciones de maquina en las que la maquina se coloca entre un carril de grna y una pared del pozo de ascensor. Por tanto, un tamano y peso grandes del motor supone un inconveniente.

Durante los ultimos anos, se han realizado investigaciones para explorar devanados concentrados con un numero fraccionado de ranuras, ya que estos proporcionan soluciones a ciertos problemas asociados a los devanados tradicionales. En un devanado concentrado, los lados de bobina de la misma bobina se colocan en ranuras adyacentes. Por tanto, los devanados extremos son mas cortos y no ocupan tanto espacio como los devanados tradicionales.

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Un problema con devanados concentrados es que, como el numero de ranuras reservadas para el devanado por polo de motor es menor que en los motores tradicionales, la fuerza magnetomotorica producida en el entrehierro por el devanado se desvfa en gran medida de un patron sinusoidal continuo, conteniendo asf mas armonicos que en los devanados tradicionales. Estos armonicos producen tanto rizado de par como corrientes parasitas en el motor.

El documento US6894413 describe un generador en el que el rotor esta magnetizado por imanes permanentes y el estator tiene un devanado concentrado con un numero fraccionado de ranuras. En el documento, el diametro de rotor se define mediante la ecuacion:

D ^ 0,00045 X P producida

donde D representa el diametro de rotor y Pproducida la energfa producida por el generador. Asf, por ejemplo, el rotor de un generador de 5kW tiene un diametro de al menos 2,25 m. Por tanto, este es un generador multipolo considerable y que gira lentamente, el cual puede aplicarse, por ejemplo, como un generador de energfa eolica. En el documento, tambien se determinan componentes armonicos de la tension de salida del generador para ciertas combinaciones de diferente geometna. El documento describe que combinaciones pueden ser utilizadas para reducir estos armonicos, ya que, de acuerdo con el documento, crean corrientes parasitas y por consiguiente perdidas de potencia en el generador. Este documento describe tambien la idea de que el rotor puede montarse a partir de placas de acero laminado delgadas para reducir las corrientes parasitas, y asimismo la idea de que el rotor puede hacerse a partir de hierro macizo, aunque la parte de hierro se divide en segmentos para reducir al mmimo las perdidas por corrientes parasitas.

En un esfuerzo por eliminar el rizado de par causado por un devanado concentrado, se ha utilizado, por ejemplo, una pequena abertura de ranura. Esta solucion se da a conocer, al menos, en el documento US6882080. De acuerdo con este documento, una abertura de ranura pequena reduce el rizado de par, aunque la solucion tiene el inconveniente de que es diffcil hacer los devanados en un bastidor de motor acabado. El documento JP3451263 propone una solucion en la que los conductores de fase se bobinan alrededor de los polos antes del montaje del motor. Esto implica nuevas etapas de trabajo en el montaje del motor, lo que retrasa la produccion del motor y aumenta los costes de fabricacion.

El documento WO2005/043714 describe un motor smcrono de iman permanente de tipo axial que tiene un estator bobinado con ranuras, un rotor, asf como un entrehierro entre medias. Las ranuras tienen un porcentaje de apertura de ranura / fondo de ranura de aproximadamente 100% y el devanado del estator es un devanado concentrado con un numero de ranuras maximo de 0,5.

El documento US 6.534.894 describe un motor de iman permanente de tipo axial que tiene un estator bobinado con ranuras, un rotor, asf como un entrehierro entre medias. Se proporciona un laminado de fibra de vidrio como proteccion para los imanes permanentes.

Objeto de la invencion

El objeto de la presente invencion es conseguir un metodo ventajoso para fabricar un motor en el que se reduzca el rizado de par causado por un devanado concentrado con un numero fraccionado de ranuras en relacion a la onda fundamental del par y que tenga una construccion que permita una fabricacion mejorada en comparacion con la tecnica anterior.

Breve descripcion de la invencion

El metodo de la invencion se caracteriza por lo que se describe en la reivindicacion 1. Realizaciones preferidas de la invencion se caracterizan por lo que se describe en las reivindicaciones dependientes.

Las realizaciones de la invencion tambien se presentan en la parte de la descripcion y en los dibujos de esta descripcion. El contenido inventivo tambien puede consistir en varios inventos individuales, especialmente si la invencion se considera en vista de subtareas explfcitas o implfcitas o con respecto a ventajas o conjuntos de ventajas conseguidas. En este caso, algunos de los atributos contenidos en las reivindicaciones siguientes pueden ser superfluos desde el punto de vista de conceptos inventivos individuales. En el marco del concepto inventivo basico, caractensticas de diferentes realizaciones de la invencion pueden aplicarse en combinacion con otras realizaciones.

La invencion se refiere a un metodo para hacer un devanado concentrado con un numero fraccionado de ranuras. El motor de la invencion puede ser utilizado para accionar un aparato para el transporte de personas, tal como un ascensor, una maquina de elevacion, una escalera mecanica, una cinta transportadora o un rodillo de transporte en una fabrica o almacen o cualquier otro aparato de transporte disenado para el transporte de personas o de mercandas. El motor de la invencion tambien se puede aplicar como un motor de accionamiento para vehuculos, tal como automoviles o trenes.

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Un motor de accionamiento de acuerdo con la invencion para un aparato de transporte comprende al menos un estator, un rotor y un entrehierro entre los mismos. En el motor de la invencion, el estator y / o el rotor comprende ranuras formadas por un fondo de ranura y una abertura de ranura, y dientes entre las ranuras, y el estator y / o rotor tiene un devanado concentrado instalado en el mismo. El devanado concentrado es un devanado concentrado con un numero fraccionado de ranuras que tiene un numero maximo de ranuras de 0,5. El numero de ranuras indica ranuras por polo y fase. La anchura de la abertura de ranura de las ranuras de motor en el lado orientado hacia el entrehierro es de al menos 75% y como maximo 125% de la anchura del fondo de ranura. En relacion a esta invencion, la anchura del fondo de ranura se refiere a la anchura maxima de ranura que puede ser llenada por los devanados y el aislante de ranura. Cuando la anchura de la abertura de ranura, en el caso de un devanado concentrado, aumenta hasta por lo menos 75% de la anchura del fondo de ranura, se puede establecer matematicamente y experimentalmente que el rizado de par del motor en relacion a la onda fundamental de par se reduce a un nivel sustancialmente menor que en el caso de aberturas de ranura semiabiertas mas estrechas. El par motor, asf como el rizado de par se generan por la accion conjunta de todos los pares de polos del motor. Con los parametros de motor propuestos en la invencion, el rizado de par del motor se reduce mientras que la onda fundamental del par permanece casi sin cambios. La frecuencia de la onda fundamental de par se refiere a la frecuencia electrica del motor, es decir, la frecuencia de rotacion del flujo magnetico en el estator y el rotor. La frecuencia electrica se obtiene multiplicando la frecuencia de rotacion mecanica del motor por el numero de pares de polos del motor.

En un motor de acuerdo con la invencion, el devanado con un numero fraccionado de ranuras es un devanado concentrado de dos capas, que se instala en ranuras que tienen aberturas de ranura abierta para permitir una instalacion mas facil de los devanados en las ranuras.

En una realizacion preferida de la invencion, la anchura de fondo de ranura es constante con respecto a la longitud de ranura, y por tanto el devanado llena de manera eficiente la ranura.

En una realizacion preferida de la invencion, el devanado de motor comprende devanados de n fases, de los cuales al menos un devanado de fase comprende solo un conductor continuo instalado como un grupo de bobinas para facilitar el devanado mecanico del grupo de bobinas.

En un motor de acuerdo con la invencion, el rotor y / o el devanado de estator es un devanado con un numero fraccionado de ranuras que tiene un numero de ranuras de 2/5.

En una realizacion preferida de la invencion, el motor mencionado anteriormente es un motor smcrono de iman permanente.

En un motor de acuerdo con la invencion, el rotor es de iman permanente, los imanes de rotor se colocan sobre la superficie del rotor y el escudo protector de los imanes se hace preferiblemente de laminado de fibra de vidrio para reducir las perdidas por corrientes parasitas. Sin embargo, el escudo protector de los imanes tambien puede hacerse de otro material que tenga una baja permeabilidad al campo magnetico, tal como acero inoxidable o plastico.

El motor anteriormente mencionado de acuerdo con la invencion tambien puede ser un motor de ascensor. En este caso, el motor de la invencion puede ser instalado como parte de un sistema de ascensor, y puede ser utilizado para mover una cabina de ascensor por un pozo de ascensor. La polea de traccion del ascensor tambien puede instalarse en combinacion con el rotor del motor de ascensor. La polea de traccion puede fijarse, por ejemplo, al rotor mediante un elemento de fijacion espedfico o puede aplicarse como una parte fija del rotor.

En un sistema de ascensor, un motor de acuerdo con la invencion esta instalado en el pozo de ascensor entre la cabina de ascensor y un carril de grna, aunque el motor tambien colocarse en otro lugar del pozo de ascensor o tambien puede colocarse en una sala de maquinas. Ademas, el motor de la invencion puede ser utilizado tanto en sistemas de ascensor sin contrapeso como en sistemas de ascensor provistos de un contrapeso.

El motor de la invencion puede ser o bien una maquina de flujo axial o bien una maquina de flujo radial. En una maquina de flujo axial, el flujo magnetico cruza el entrehierro del motor en una direccion sustancialmente paralela al eje de rotacion del motor, mientras que en una maquina de flujo radial el flujo magnetico cruza el entrehierro sustancialmente en la direccion del radio del motor.

En una realizacion preferida de la invencion, el estator y / o rotor comprende un bastidor de devanado para facilitar la fabricacion del devanado del motor.

El concepto de la invencion tambien comprende un metodo para fabricar el motor de accionamiento de un aparato de transporte.

En un metodo de acuerdo con la invencion para la fabricacion del motor de accionamiento de un aparato de transporte, el motor comprende un estator, un rotor y un entrehierro entre estos, en cuyo motor, el estator y / o el rotor comprende ranuras formadas por un fondo de ranura y una abertura de ranura, y dientes entre las ranuras. En

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un metodo de acuerdo con la invencion, la abertura de ranura esta aplicada de manera que su anchura en el lado orientado hacia el entrehierro es de al menos 75% y como maximo 125% de la anchura del fondo de ranura. Ademas, un devanado concentrado con un numero fraccionado de ranuras esta instalado en las ranuras, teniendo el devanado un numero maximo de ranuras de 0,5.

Un metodo de acuerdo con la invencion se refiere a la fabricacion de un devanado concentrado con un numero fraccionado de ranuras de n fases. El devanado comprende un numero de m secciones de devanado de base, y cada devanado de fase comprende un numero igual de m pares de bobinas. En el metodo, una primera fase consiste en bobinar el primer devanado de fase del motor para formar un grupo de bobinas a partir de un conductor continuo, preferiblemente mediante el uso de una bobinadora, de tal manera que una primera y una segunda bobina del devanado de fase se bobinan para formar un primer par de bobinas que rodean dos dientes adyacentes entre sf, una tercera y una cuarta bobina se bobinan para formar un segundo par de bobinas que rodean dos dientes adyacentes entre sf, y la distancia entre los pares de bobinas primero y segundo en el devanado esta adaptada para ser igual a una longitud de conductor determinada por la longitud b del devanado de base, formando esta longitud de conductor un conductor de extremo delantero. La bobinadora puede ser un dispositivo de arbol giratorio al que se fija el conductor y luego se bobina para formar una bobina acabada. En el metodo de la invencion, la bobinadora puede utilizarse para bobinar al mismo tiempo todas las bobinas de un devanado de fase de motor a fin de formar un grupo de bobinas a partir de un conductor continuo. A medida que se forma el grupo de bobinas a partir de un conductor continuo y las bobinas en el mismo grupo de bobinas se conectan asf electricamente entre sf, no es necesario conectar por separado las bobinas entre sf, lo que ahorra mano de obra y tiempo.

De acuerdo con una realizacion preferida de la invencion, el primer devanado de fase del motor se bobina tambien para formar un grupo de bobinas de modo que los pares de bobinas 1, 2, ... m-1, m del primer devanado de fase se instalan de manera sucesiva en el grupo de bobinas en un orden determinado por el numero de orden del par de bobinas, de tal manera que la distancia entre cada dos pares de bobinas sucesivas en el devanado esta adaptada para ser igual a una longitud de conductor determinada por la longitud de la seccion de devanado de base, formando dicha longitud de conductor un conductor de extremo delantero.

En una realizacion preferida de la invencion, los devanados de fase de todas las n fases del motor se bobinan para formar grupos de bobinas de la misma forma que el devanado de fase de la primera fase del motor.

En un metodo de acuerdo con la invencion, las dos bobinas del primer par de bobinas del primer devanado de fase del motor se instalan como un par de bobinas en una primera seccion de devanado de base en ranuras adyacentes entre sf alrededor de unos dientes primero y segundo, de tal manera que lados de bobina adyacentes entre sf de las bobinas se colocan en la misma ranura, siendo la direccion de la corriente de fase que circula a traves de la primera bobina alrededor del primer diente y la direccion de la corriente de fase que circula a traves de la segunda bobina alrededor del segundo diente opuestas entre sf y un aislante de ranura se instala en combinacion con los lados de bobina de las bobinas primera y segunda colocadas en la misma ranura de modo que el aislante de ranura permanece entre el fondo de ranura, la pared lateral y los lados de bobina. El aislante de ranura tambien puede consistir en dos aislantes de ranura independientes que se colocan por separado en combinacion con los dos lados de bobina en la misma ranura de modo que los aislantes de ranura se mantienen entre el fondo de ranura, la pared lateral y los lados de bobina y ambos aislantes de ranura permanecen entre los lados de bobina para mejorar el aislamiento entre los lados de bobina.

En un metodo de acuerdo con la invencion, las dos bobinas del primer par de bobinas de un segundo devanado de fase del motor se instalan en ranuras adyacentes entre sf en la primera seccion de devanado de base de la misma forma que las dos bobinas del primer par de bobinas del primer devanado de fase, de tal manera que las direcciones de las corrientes de fase en el primer par de bobinas del primer devanado de fase y en el primer par de bobinas del segundo devanado de fase son opuestas entre sf, el primer par de bobinas del primer devanado de fase y el primer par de bobinas del segundo devanado de fase se instalan uno al lado de otro de manera que los lados de bobina mas cercanos entre sf se instalan en la misma ranura y un aislante de ranura se instala en combinacion con los lados de bobina colocados en la misma ranura de manera que el aislante de ranura permanece entre el fondo de ranura, la pared lateral y los lados de bobina.

En el metodo de la invencion, los primeros pares de bobinas de fases de motor 1, 2, ..., n-1, n se instalan uno al lado de otro en la primera seccion de devanado de base de acuerdo con el numero de orden de la fase de manera que los pares de bobinas de fases con numeros de orden sucesivos se instalan uno al lado de otro del mismo modo que los primeros pares de bobinas y los segundos devanados de fase del motor.

En un metodo de acuerdo con la invencion, el segundo par de bobinas de la primera fase del motor se instala en ranuras de la segunda seccion de devanado de base de la misma forma que el primer par de bobinas de la primera fase de manera que los lados de bobina mas cercanos al borde y adyacentes entre sf en las secciones de devanado de base primera y segunda se instalan en la misma ranura y una longitud de conductor determinada por la longitud de la seccion de devanado de base se deja entre los pares de bobinas primero y segundo de la primera fase para formar un devanado extremo. El segundo par de bobinas de la segunda fase del motor se instala en ranuras de la segunda seccion de devanado de base de la misma forma que el segundo par de bobinas de la primera fase.

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En un metodo preferido de acuerdo con la invencion, los pares de bobinas de fases de motor 1, 2, ..., n-1, n se instalan en ranuras de la segunda seccion de devanado de base de la misma forma que en la primera seccion de devanado de base.

En un metodo de acuerdo con la invencion, los pares de bobinas se instalan en secciones de devanado de base 1, 2, ..., m-1, m de la misma forma que en las secciones de devanado de base primera y segunda de tal manera que un par de bobinas de devanado de fase se colocan en cada seccion de devanado de base en un orden determinado por el numero de orden de la fase, secciones de devanado de base con numeros de orden sucesivos se instalan uno al lado de otro de la misma forma que las secciones de devanado de base primera y segunda y dos lados de bobina se instalan en cada ranura.

En un metodo de acuerdo con la invencion, un aislante de cierre de ranura se instala en la ranura sobre los lados de bobina de modo que el aislante de cierre de ranura entra en contacto con el aislante de ranura a lo largo de la longitud de la ranura.

De acuerdo con la invencion, tambien es posible bobinar los pares de bobinas en paralelo. Ademas, en relacion con o despues de la operacion de bobinado, los pares de bobinas tambien se pueden instalar en un bastidor de devanado espedfico, y el bastidor de devanado se puede instalar en combinacion con las ranuras de motor y los dientes.

Ventajas de la invencion

La solucion de la invencion proporciona la ventaja de que el rizado de par del motor puede reducirse sustancialmente cuando la anchura de la abertura de ranura es al menos 75% de la anchura del fondo de ranura. La onda fundamental de par todavfa permanece sustancialmente sin cambios. Esto es ventajoso cuando un aparato de transporte es accionado por un motor de accionamiento de acuerdo con la invencion, ya que el rizado de par supone una desventaja durante el funcionamiento del aparato de transporte, tal como un ascensor, y perjudica su confort de marcha, causando vibraciones y ruido. La vibracion aparece como una vibracion a la frecuencia caractenstica del mecanismo de ascensor, y como una oscilacion limitada, lo que hace que el sistema oscile incluso aunque la frecuencia de la excitacion no sea la misma que la frecuencia caractenstica del mecanismo de ascensor. La vibracion tambien provoca un desgaste del mecanismo del aparato de transporte y reduce su vida util.

Cuando la anchura de la abertura de ranura es al menos 75% de la anchura del fondo de ranura, la abertura de ranura puede considerarse como sustancialmente abierta. Esto tambien facilita el devanado del motor. Los devanados se pueden preparar como bobinas acabadas antes de ser instaladas en su sitio, ya que la abertura de ranura al estar sustancialmente abierta, los devanados se pueden instalar en su sitio en un rotor y / o estator acabado. Ademas, de acuerdo con el metodo de fabricacion descrito en la invencion, un devanado de fase de motor puede bobinarse como una bobina a partir de un solo conductor continuo, por ejemplo mecanicamente, mediante el uso de una bobinadora, lo que facilita la operacion de bobinado y reduce los costes de fabricacion del motor.

Debido al devanado concentrado con un numero fraccionado de ranuras descrito en la invencion, el numero de pares de polos en el motor se puede incrementar sustancialmente en comparacion con los devanados distribuidos tradicionales, en los que los conductores de diferentes fases se colocan en ranuras de una manera tal que cada dos ranuras adyacentes entre sf contienen lados de bobina de diferentes fases. Al mismo tiempo, la proporcion de devanados extremos en el motor se reduce, lo que reduce a su vez la cantidad de cobre necesario para los devanados en el motor. Esto tambien deriva en una cafda sustancial en el precio del motor. Ademas, el tamano del motor se reduce, lo cual es necesario en el caso de motores utilizados en ascensores, especialmente si el motor de ascensor se coloca en el pozo de ascensor.

Como no hay tantos cruces entre los devanados extremos del motor como en motores antiguos de devanados distribuidos, tambien se reduce el aislamiento requerido de los devanados extremos. Ya que los cruces entre devanados extremos se reducen, el riesgo de ruptura de los devanados tambien se reduce y se mejora la fiabilidad del motor.

El devanado de acuerdo con la invencion comprende un numero no predeterminado de fases, aunque en los ejemplos de realizacion presentados mas adelante, se describe un devanado trifasico a modo de ejemplo. Este devanado tiene la ventaja de que, cuando los devanados se bobinan en una configuracion de estrella, no tiene que conectarse un conductor neutro independiente al punto de estrella, ya que ahora es posible disponer el conductor neutro para que no lleve corriente.

Lista de figuras

La figura 1 representa una maquina de flujo axial de acuerdo con la invencion, provista de un devanado concentrado con un numero fraccionado de ranuras,

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La figura 2 representa una seccion transversal de una parte de un reborde de estator de acuerdo con la invencion, representado de una forma enderezada,

La figura 3 representa una parte de un reborde de estator de acuerdo con la invencion, segun se ve perpendicularmente desde la direccion del entrehierro,

La figura 4 representa un grafico proporcional del rizo de par del motor, representado en relacion a la anchura de la abertura de ranura,

La figura 5 representa una maquina de flujo radial de acuerdo con la invencion.

Descripcion detallada de la invencion

En los ejemplos que se describen a continuacion, la invencion se explica con la ayuda de un motor trifasico en el que el estator esta provisto de un devanado concentrado con un numero fraccionado de ranuras y el rotor de imanes permanentes. En esta realizacion de la invencion, las bobinas comprendidas en el devanado de fase se bobinan en serie, aunque tambien se pueden bobinar en paralelo.

La figura 1 representa un estator de maquina de flujo axial provisto de un devanado concentrado con un numero fraccionado de ranuras. El estator comprende ranuras 4 y dientes 5. Las bobinas se bobinan alrededor de dientes para formar un devanado concentrado en un modo en el que los lados de bobina 31 de la misma bobina se colocan en ranuras adyacentes entre su De esta manera, los devanados extremos 38 permanecen cortos ya que solo se extienden entre dos ranuras adyacentes. Las bobinas 1 y 2 forman un primer par de bobinas de la primera fase, y las bobinas 6 y 7 forman un segundo par de bobinas de la primera fase. La figura muestra la distancia 3 entre los pares de bobinas primero y segundo. Esta distancia tambien es la extension de la seccion de devanado de base. En la figura tambien se representa un conductor de extremo delantero 8, que conecta entre sf los pares de bobinas primero 1,2 y segundo 6, 7 de la primera fase. En la figura 1, las bobinas contienen un solo bucle conductor, aunque tambien pueden tener un mayor numero de bucles conductores. En el motor de acuerdo con esta figura, la anchura del fondo de ranura 9 es constante por toda la longitud de la ranura a fin de asegurar que las bobinas llenen las ranuras lo mas eficazmente posible.

La figura 2 representa una parte de un reborde de estator de acuerdo con la invencion, representado de una forma sin curvar. El motor tiene aberturas de ranura sustancialmente abiertas, siendo la anchura 10 de la abertura de ranura al menos 75% de la anchura 9 del fondo de ranura. Las bobinas primera 1 y segunda 2 de la primera fase se instalan en ranuras alrededor de dos dientes adyacentes entre sf para formar un par de bobinas 1, 2, de modo que la direccion de la corriente de fase que circula alrededor del diente 11 rodeado por la bobina 1 es opuesta a la direccion de la corriente que circula alrededor del diente 12 rodeado por la bobina 2. En cada ranura, se instalen dos lados de bobina. Un aislante de ranura 13 se instala en las ranuras de tal manera que el aislante de ranura permanece entre los lados de bobina y el fondo y las paredes laterales de la ranura.

La figura 3 representa una parte de un reborde de estator de acuerdo con la invencion visto perpendicularmente desde la direccion del entrehierro. Las bobinas de la primera fase se instalan en serie para formar un grupo de bobinas de tal manera que pares de bobinas sucesivos 1,2; 6, 7 de la misma fase se colocan a una distancia entre sf 3 determinada por la seccion de devanado de base. Dos pares de bobinas sucesivos se conectan entre sf mediante un conductor de extremo delantero 8 que tiene una longitud igual a la extension de la seccion de devanado de base 3. La primera fase se forma a partir de solo un grupo de bobinas instalando pares de bobinas en serie de la misma forma que se han instalado los pares de bobinas 1, 2; 6, 7. En cada seccion de devanado de base 3, 15, un par de bobinas se instalan en un orden determinado por el numero de orden del devanado de fase, por lo que el numero de pares de bobinas es igual al numero de secciones de devanado de base. El primer devanado de fase 14 se bobina a partir de un solo conductor continuo para facilitar el bobinado mecanico. La direccion de la corriente de fase que circula en el devanado de fase de motor en la primera bobina del primer par de bobinas de la primera fase se indica con la flecha 20, y la direccion de la corriente de fase que circula en la segunda bobina del primer par de bobinas de la primera fase se indica con la flecha 21. Del mismo modo, la direccion de la corriente de fase que circula en el devanado de fase de motor en la primera bobina del primer par de bobinas de la segunda fase se indica con la flecha 22, y la direccion de la corriente de fase que circula en la segunda bobina del primer par de bobinas de la segunda fase se indica con la flecha 23. De acuerdo con la figura, las direcciones de las corrientes de fase en los primeros pares de bobinas de las fases primera y segunda estan dispuestas para ser opuestas entre sf. Tambien se puede observar en la figura que las direcciones 20, 21 de las corrientes de fase en el segundo par de bobinas 6,7 de la primera fase son opuestas a las direcciones de las corrientes de fase en el primer par de bobinas de la primera fase. En las bobinas de acuerdo con la figura 3, estan instalados dos bucles conductores, aunque el numero de bucles conductores tambien pueden ser diferente.

Los pares de bobinas de todas las tres fases del motor ilustrados en la figura 3 estan dispuestos en el estator adyacentes entre sf de acuerdo con el numero de orden, de tal manera que las direcciones de las corrientes en pares de bobinas de diferentes fases son opuestas entre sf de la misma forma que en los pares de bobinas de las fases primera y segunda.

5

10

15

20

25

30

35

40

La figura 4 describe el rizado de par del motor con respecto a la onda fundamental del par como una funcion de la anchura 17 de la abertura de ranura. En la figura 4, Trizado representa el rizado de par motor y T1 la onda fundamental de par. De la misma manera, 1d representa la anchura de la abertura de ranura y 1 la anchura del fondo de ranura. La curva 33 representa un grafico de rizado de par en el caso de un devanado concentrado con un numero fraccionado de ranuras y la curva 34 en el caso de un devanado distribuido tradicional, en el que el devanado de fase se distribuye en varias ranuras del area de los polos. En el caso de un devanado tradicional, el rizado de par aumenta a medida que aumenta la anchura de la abertura de ranura. En el caso de un devanado concentrado con un numero fraccionado de ranuras, el rizado de par es al principio pequeno con aberturas de ranura cerradas, aumenta a medida que aumenta la abertura de ranura hasta que, cuando la anchura de abertura de ranura aumenta sobrepasando un determinado valor 18, el rizado de par comienza a disminuir de nuevo. De acuerdo con la invencion, cuando la anchura de abertura de ranura es al menos 75% de la anchura 19 del fondo de ranura, el rizado de par motor ha disminuido sustancialmente con respecto al valor en el punto 18. Tal abertura de ranura tambien esta sustancialmente abierta, y la instalacion de los devanados de motor en tal abertura de ranura es posible despues de que el estator haya sido formado con la forma final.

La figura 5 representa un motor de flujo radial en el que el estator 24 tiene un devanado concentrado con un numero fraccionado de ranuras y el rotor 25 tiene imanes permanentes 27. El numero de ranuras del motor significa el numero de ranuras de estator 4 por fase y polo. Como el motor de acuerdo con la figura 5 tiene 12 ranuras de estator, 3 fases y 10 polos, el numero de ranuras sera de 2/5.

El apendice 1 presenta resultados de simulacion referentes a un motor de acuerdo con la invencion. Las simulaciones se han llevado a cabo con porcentajes de 50% y 100% de las anchuras de la abertura de ranura de estator 10 y del fondo de ranura 9.

La figura 6 presenta resultados de simulacion referentes a un motor en el que el porcentaje de las anchuras de la abertura de ranura 10 y del fondo de ranura 9 del estator es de 50%. El grafico superior representa el rizado de par motor como una funcion del tiempo, mientras que el grafico inferior representa el espectro de par. Los armonicos 6° y 12° del par se pueden leer en el grafico del espectro de par.

La figura 7 presenta de la misma manera resultados de simulacion referentes a un motor en el que el porcentaje de las anchuras de la abertura de ranura 10 y del fondo de ranura 9 del estator es de 100%.

De acuerdo con la figura 6, cuando el porcentaje de las anchuras de la abertura de ranura 10 y del fondo de ranura 9 del estator del motor simulado es de 50%, la magnitud de punta a punta del rizado de par es 0,75% del par fundamental de onda, y, de acuerdo con la figura 7, cuando el porcentaje de las anchuras de la abertura de ranura y del fondo de ranura aumenta a 100%, el rizado de par de punta a punta disminuye a 0,36% del par de onda fundamental. En las figuras 6 y 7, el espectro de armonicos de par se ha determinado utilizando la frecuencia electrica del motor como la frecuencia fundamental del par.

La invencion se puede aplicar, por ejemplo, en motores utilizados en sistemas de ascensor para mover una cabina de ascensor. Tales motores pueden colocarse ya sea en un pozo de ascensor o en una sala de maquinas. Sin embargo, la invencion no se limita a una aplicacion individual, sino que puede aplicarse en motores electricos en general. Otra aplicacion ventajosa que vale la pena mencionar es en maquinas de accionamiento de escaleras mecanicas.

Es obvio para una persona experta en la tecnica que la invencion no se limita a las realizaciones descritas anteriormente, en las que la invencion se ha descrito a modo de ejemplo, sino que son posibles muchas variaciones y diferentes realizaciones de la invencion siempre que esten dentro del ambito de aplicacion del concepto inventivo definido en las reivindicaciones que se exponen a continuacion.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

REIVINDICACIONES

1. Metodo de fabricacion de un motor smcrono de iman permanente para un aparato de transporte, comprendiendo dicho motor un estator (24), un rotor (25) y un entrehierro (26) entre estos, en cuyo motor, el estator y / o el rotor comprende ranuras (4), que estan formadas por un fondo de ranura (9) y una abertura de ranura (10), y dientes (5) entre las ranuras, en cuyo metodo, la abertura de ranura (10) orientada hacia el entrehierro esta aplicada de manera que su anchura es de al menos 75% y como maximo 125% de la anchura del fondo de ranura (9), y en cuyo metodo, un devanado concentrado con un numero fraccionado de ranuras que tiene un numero maximo de ranuras de 0,5 esta instalado en las ranuras, caracterizado por que dicho motor se fabrica como una maquina de flujo axial, que tiene un rotor de iman permanente (25) y por que los imanes de rotor (27) estan colocados en la superficie del rotor y un escudo protector (28) de los imanes esta hecho de laminado de fibra de vidrio para reducir las perdidas por corrientes parasitas, por lo que el devanado producido en el metodo es un devanado concentrado con un numero fraccionado de ranuras de n fases que comprende un numero de m secciones de devanado de fase (3), comprendiendo cada devanado de fase un numero igual de m pares de bobinas (1, 2) y por que el metodo comprende las etapas de:

a. bobinar el primer devanado de fase (14) del motor para formar un grupo de bobinas a partir de un conductor continuo mediante el uso de una bobinadora de tal manera que una primera (1) y una segunda (2) bobina del devanado de fase se bobinan para formar un primer par de bobinas que rodean dos dientes adyacentes entre sf (11, 12), una tercera (6) y una cuarta (7) bobina se bobinan para formar un segundo par de bobinas que rodean dos dientes adyacentes entre sf, y la distancia entre los pares de bobinas primero y segundo en el devanado es igual a una longitud de conductor determinada por la longitud de devanado de base (3), formando dicha longitud de conductor un conductor de extremo delantero (8) a lo largo la circunferencia interior del motor.
2. Metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que el metodo comprende ademas las etapas de:

b. bobinar el primer devanado de fase (14) del motor como un grupo de bobinas de acuerdo con el punto a mediante la instalacion de los pares de bobinas 1, 2, ... m-1, m del primer devanado de fase sucesivamente en el grupo de bobinas en un orden determinado mediante el numero de orden del par de bobinas de tal manera que la distancia entre dos pares de bobinas sucesivos (1, 2; 6, 7) en el devanado esta adaptada para ser igual a una longitud de conductor determinada por la longitud de la seccion de devanado de base (3) formando dicha longitud de conductor un conductor de extremo delantero (8),

c. bobinar los devanados de fase de las n fases del motor para formar grupos de bobinas de la misma manera que la primera fase (14) del motor de acuerdo con los puntos ay b,

d. instalar las dos bobinas del primer par de bobinas (1, 2) del primer devanado de fase (14) del motor en la primera seccion de devanado de base (3) en ranuras adyacentes entre sf alrededor de unos dientes primero y segundo (11,12) de tal manera que lados de bobina adyacentes entre sf (31) de las bobinas estan colocados en la misma ranura, siendo la direccion (20) de la corriente de fase que circula a traves de la primera bobina alrededor del primer diente y la direccion (21) de la corriente de fase que circula a traves de la segunda bobina alrededor del segundo diente opuestas entre sf y que un aislante de ranura (13) esta instalado en combinacion con los lados de bobina de las bobinas primera y segunda colocadas en la misma ranura de modo que el aislante de ranura permanece entre el fondo de ranura, la pared lateral y los lados de bobina,

e. instalar las dos bobinas (29, 30) del primer par de bobinas del segundo devanado de fase (35) del motor en ranuras adyacentes entre sf en la primera seccion de devanado de base de la misma manera que las dos bobinas del primer par de bobinas del primer devanado de fase de acuerdo con el punto d de tal manera que las direcciones de las corrientes de fase en el primer par de bobinas (20, 21) del primer devanado de fase y en el primer par de bobinas (22, 23) del segundo devanado de fase son opuestas entre sf, el primer par de bobinas (1, 2) del primer devanado de fase y el primer par de bobinas (29, 30) del segundo devanado de fase se instalan uno al lado de otro de manera que los lados de bobina mas cercanos entre sf se instalan en la misma ranura y que un aislante de ranura (13) se instala en combinacion con los lados de bobina en la misma ranura de manera que el aislante de ranura permanece entre el fondo de ranura, la pared lateral y los lados de bobina,

f. instalar los primeros pares de bobinas de las fases de motor 1, 2, ..., n-1, n en la primera seccion de devanado de base uno al lado de otro de acuerdo con el numero de orden de la fase de tal manera que los pares de bobinas de fases con numeros de orden sucesivos se instalan uno al lado de otro del mismo modo que los primeros pares de bobinas (1,2) y los segundos devanados de fase (29, 30) del motor de acuerdo con los puntos d y e.
3. Metodo de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, caracterizado por que el metodo comprende ademas las etapas de:

g. instalar el segundo par de bobinas (6,7) de la primera fase del motor en ranuras de la segunda seccion de devanado de base (15) de la misma manera que el primer par de bobinas (1, 2) de la primera fase de acuerdo con el punto d de tal manera que los lados de bobina mas cercanos al borde y adyacentes entre sf en las secciones de

devanado de base primera y segunda (3, 15) se instalan en la misma ranura y que una longitud de conductor determinada por la longitud (3) de la seccion de devanado de base se deja entre los pares de bobinas primero y segundo de la primera fase como un conductor de extremo delantero (8),

h. instalar el segundo par de bobinas (36, 37) de la segunda fase del motor en ranuras de la segunda seccion de

5 devanado de base de la misma manera que el segundo par de bobinas (6, 7) de la primera fase de acuerdo con los

puntos d y e,

i. instalar los pares de bobinas de fases de motor 1, 2, ..., n-1, n en ranuras de la segunda seccion de devanado de base de acuerdo con el numero de orden de la fase de la misma manera que en la primera seccion de devanado de base (3) de acuerdo con los puntos d, e, f.

10 4. Metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el metodo comprende

ademas las etapas de:

j. instalar los pares de bobinas en secciones de devanado de base 1, 2, ..., m-1, m de la misma manera que en las secciones de devanado de base primera y segunda (3, 15) de acuerdo con los puntos d, e, f, g, h, i de tal manera que un par de bobinas de devanado de fase se colocan en cada seccion de devanado de base en un orden

15 determinado mediante el numero de orden de la fase, que secciones de devanado de base con numeros de orden

sucesivos se instalan uno al lado de otro de acuerdo con el punto g, y que dos lados de bobina se instalan en cada ranura,

k. instalar un aislante de cierre de ranura (32) en la ranura sobre los lados de bobina de modo que el aislante de cierre de ranura entra en contacto con el aislante de ranura (13) a lo largo de la longitud de la ranura.

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