ES2582533T3

ES2582533T3 - Método y aparato para hacer un estator para una máquina eléctrica y estator de máquina eléctrica con elevado factor de relleno

Info

Publication number: ES2582533T3
Application number: ES10716901.3T
Authority: ES
Inventors: Sante Guercioni
Original assignee: Tecnomatic SpA
Current assignee: Tecnomatic SpA
Priority date: 2010-03-03
Filing date: 2010-03-03
Publication date: 2016-09-13
Anticipated expiration: 2030-03-03
Also published as: WO2011108013A1; CA2791299C; KR101698636B1; JP5469752B2; BR112012022072A2; CN102823114B; EP2543129B1; EA201201231A1; EA023724B1; JP2013521752A; CA2791299A1; MX2012009592A; US8918986B2; EP2543129A1; US20120324717A1; KR20130045238A; CN102823114A

Abstract

Método (20) para hacer un estator (1) de una máquina eléctrica, comprendiendo el estator un núcleo de estator (2), comprendiendo el núcleo de estator (2) un cuerpo principal y una pluralidad de ranuras (8) que se extienden axialmente dentro del cuerpo principal y están adaptadas para recibir conductores de barra (5, 5', 5'') de un devanado de estator de barras, comprendiendo el método (20) las etapas de: - insertar (23) al menos una lámina aislante preformada (10) en el interior de al menos una respectiva ranura (8) de dicha pluralidad de ranuras (8); - conformar en caliente (26) la lámina aislante preformada (10) dentro de la respectiva ranura (8), a lo largo de toda la extensión axial de la ranura (8) o a lo largo de una porción sustancial de la misma, con el fin de conferir estabilidad y regularidad de forma a dicha lámina aislante preformada (10).

Description

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DESCRIPCION

Metodo y aparato para hacer un estator para una maquina electrica y estator de maquina electrica con elevado factor de relleno

La presente descripcion se refiere a un metodo y a un aparato para hacer un estator para una maquina electrica. La presente descripcion tambien se refiere a un estator para una maquina electrica con elevado factor de relleno.

Es conocido hacer estatores para maquinas electricas que tienen un nucleo de estator en el cual se proporcionan una pluralidad de ranuras, y tambien que comprenden una pluralidad de conductores de barra insertados en las ranuras mencionadas anteriormente y conectados entre si de forma diferente con el fin de formar uno o mas devanados de estator. Los devanados de estator antes mencionados con conductores de barra se denominan comunmente devanados de estator de barras.

Con el fin de hacer los estatores mencionados, con el fin de garantizar un aislamiento correcto entre los conductores de barra independientes alojados en una misma ranura y/o entre los conductores de barra y las paredes interiores de las ranuras del nucleo del estator, se proporciona una operacion para insertar, dentro de cada ranura, una lamina respectiva de material electricamente aislante, hecha, por ejemplo, de material compuesto. Sobre la base de las necesidades contingentes, en la forma y el tipo de ranura, en el numero de conductores de barra que deben insertarse en una misma ranura, la lamina aislante mencionada anteriormente debe preformarse adecuadamente antes de la insercion en la ranura respectiva. Por ejemplo, se conocen laminas aislantes preformadas en forma de "C", "U", "S" y "Z" (entre otras formas). Sobre la base de las necesidades contingentes, tambien es posible proporcionar para la insercion, en una misma ranura, dos o mas laminas aislantes preformadas.

Normalmente, y particularmente pero no exclusivamente, si el metodo de insercion de los conductores de barra dentro de las ranuras es un proceso al menos parcialmente automatizado, las laminas aislantes preformadas se insertan en las ranuras antes de llenar las ranuras con los conductores. En los metodos de la tecnica anterior, se puede prever, despues de haber insertado las laminas aislantes preformados en las ranuras, una operacion de ensanchamiento de las porciones de extremo de las laminas aislantes preformadas que sobresalen axialmente mas alla del nucleo del estator, al menos desde el lado de insercion de los conductores de barra. Por lo tanto, tales porciones ensanchadas de esta forma actuan como elementos de tope proporcionados para evitar que las laminas aislantes no sean arrastradas a lo largo de las ranuras durante la insercion de los conductores de barra dentro de las ranuras, ademas de actuar como guia para los conductores de barra durante su insercion en el nucleo del estator.

En la solicitud de patente publicada como US 2009/0265909, se describe un metodo para hacer un estator, que comprende una etapa de relleno de las ranuras de un nucleo de estator con respectivas laminas aislantes preformadas; una etapa de extraccion, desde un dispositivo de torsion, de todo el bobinado que comprende una pluralidad de conductores de barra; y una etapa para insertar simultaneamente los conductores del devanado dentro de las ranuras.

Se sabe que el rendimiento de una maquina electrica depende del factor de relleno de las ranuras del nucleo del estator y es deseable que este factor sea lo mas alto posible. Sin embargo, esta necesidad contrasta con las dificultades y los problemas que se pueden encontrar durante la insercion de los conductores de barra dentro de las ranuras, si estas han sido previamente equipadas con una o mas laminas aislantes respectivas. De hecho, con el fin de obtener un factor de relleno alto, los conductores de barra deben tener un tamano externo que llene el espacio residual en las ranuras tanto como sea posible despues de la insercion de las laminas aislantes. El limite de este dimensionamiento optimo se da por la resistencia a la friccion de deslizamiento que los conductores de barra encuentran durante su insercion en las ranuras. En particular, si las ranuras, y por lo tanto tambien los conductores de barra, tienen una extension longitudinal relativamente alta, por ejemplo, mayor de 10 cm, en particular pero no exclusivamente, si se desea emplear un proceso de relleno de ranuras automatizado, y en particular, pero no exclusivamente, si tal relleno es simultaneo para todas o casi todas las ranuras, es necesario mantener el tamano de la seccion transversal de los conductores de barra por debajo de ciertos limites, de manera que el espacio residual (es decir, el espacio disponible de la ranura despues de la insercion de la lamina aislante preformada en la misma) permite evitar un bloqueo no deseado de los conductores de barra durante su insercion en las ranuras. Este problema se detecta particularmente, pero no exclusivamente, si los conductores tienen una seccion transversal relativamente pequena, o al menos una seccion transversal con una geometria que tiene una dimension minima relativamente pequena. En este caso, de hecho, existe el riesgo de que el bloqueo de los conductores de barra provoque una flexion indeterminada de los mismos conductores de barra, lo cual en un metodo automatizado con la insercion simultanea de una pluralidad de conductores de barra en las ranuras conduciria al bloqueo del metodo y a la produccion de trozos de conductor de barra sin posibilidad de reciclaje.

En vista de los limites antes mencionados, no es posible en la actualidad hacer estatores con un factor de relleno de ranura superior a un 80% (entendido como la relacion entre la seccion transversal del conductor de barra sin esmalte aislante y la seccion transversal de la ranura sin lamina aislante) y, en particular superior al 85%, que tengan una longitud igual o superior a 100 mm y, en particular, superior a 150 mm y mas aun superior a 200 mm, en particular pero no exclusivamente, si la seccion transversal del conductor de barra tiene una geometria con dimension minima

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(medida con inclusion de una posible esmalte aislante) inferior o igual a 3,3 mm y, en particular, inferior a 3,0 mm, por ejemplo, igual a 2,8-2,9 mm.

Por lo tanto, existe la necesidad de proporcionar un metodo para hacer un estator para una maquina electrica que sea capaz de poner remedio a los inconvenientes descritos anteriormente con referencia a la tecnica anterior.

El objeto de la presente descripcion es proporcionar un metodo que permita satisfacer la necesidad indicada anteriormente.

Este objeto se lleva a cabo por medio de un metodo para hacer un estator como generalmente se define en la primera reivindicacion adjunta en su forma mas general, y en las reivindicaciones dependientes en varias realizaciones particulares.

Un objeto adicional de la presente invencion es el de proporcionar un aparato para hacer un estator y, en particular, un aparato para conferir estabilidad y regularidad de forma a las laminas aislantes preformadas de un estator, tal como se define en la reivindicacion 6.

Un objeto adicional de la presente invencion es el de proporcionar un estator con conductores de barra que tengan un elevado factor de relleno de ranura, tal como se define en la reivindicacion 9.

La invencion se entendera mejor a partir de la siguiente descripcion detallada de sus modos de realizacion, realizada como ejemplo y, por lo tanto, de ninguna manera limitativa en relacion con el conjunto de dibujos, en los que:

La figura 1 muestra esquematicamente una vista lateral de una realizacion de estator para maquina electrica, que comprende un nucleo de estator y un devanado de estator barras;

- la figura 2 muestra esquematicamente una vista superior de una porcion de un nucleo de estator, en la que se muestran dos ranuras que estan destinadas a llenarse con laminas aislantes preformadas y conductores de barra;

- la figura 3 muestra esquematicamente una vista superior de una porcion del nucleo del estator, en la cual hay visibles dos ranuras que estan llenas de laminas aislantes y conductores de barra;

- la figura 4 muestra un diagrama de flujo de un metodo para hacer el estator de la figura 1;

- la figura 5 muestra una vista en alzado frontal plana, con algunas partes seccionadas, de un aparato utilizable para

el accionamiento de varias etapas del metodo de la figura 4;

- la figura 6 muestra una vista en planta en seccion transversal de un detalle constructivo del aparato de la figura 5; y

- la figura 7 muestra una vista en planta en seccion lateral del aparato de la figura 5.

En las figuras, los elementos equivalentes o similares se indican con las mismas referencias numericas.

A los fines de la presente invencion, por conductor de barra "plano" o "cuadrado" se entiende un conductor de barra que tiene cuatro lados sustancialmente planos, cada uno de ellos unido en lados adyacentes, tipicamente mediante una esquina redondeada.

Por lo tanto, las palabras "plano" o "cuadrado" o palabras equivalentes utilizadas para la descripcion de la seccion transversal de un conductor de barra se utilizan en un sentido general y no deben interpretarse para excluir el hecho de que dichos conductores de barra tengan esquinas significativamente redondeadas que unen los lados sustancialmente planos. La expresion "conductor plano" se entiende en el sentido de que el conductor tiene dos lados opuestos, cuya distancia es superior a la distancia entre los dos lados opuestos restantes. A los fines de la presente descripcion, la expresion "conductor rectangular" se entiende como generalizacion de conductor plano y conductor cuadrado, siendo el conductor cuadrado un caso especial de conductor rectangular en el que los cuatro lados tienen las mismas dimensiones.

Con referencia a las figuras, un estator esta indicado en su totalidad con 1, comprendiendo dicho estator un nucleo de estator 2. Por ejemplo, el estator 1 es el estator para una maquina electrica, tal como un motor electrico, por ejemplo, para un vehiculo de accionamiento electrico o hibrido.

Esta claro que tal estator tambien se puede utilizar en una maquina electrica empleada como un generador o emplearse para llevar a cabo, alternativamente, la funcion del motor y la funcion de generador. Solo el estator de tal maquina electrica fue representado en las figuras adjuntas, ya que se considera que las partes restantes de una maquina electrica o, en general, de un vehiculo de accionamiento electrico o hibrido son ampliamente conocidas por un experto en la tecnica.

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De una manera conocida por si misma, el nucleo del estator 2 comprende un cuerpo laminado tubular principal hecho, por ejemplo, de un material magnetico, que se extiende axialmente (eje Z-Z) entre dos caras opuestas 3,4.

El cuerpo principal del nucleo del estator 2 comprende una pluralidad de ranuras 8 que se extienden axialmente en el grosor del cuerpo principal y que estan adaptadas para recibir los conductores de barra rectangulares 5, 5',5", que en conjunto forman al menos un devanado de estator de barras. De acuerdo con un modo de realizacion, los conductores de barra rectangulares 5, 5', 5" estan superficialmente cubiertos con una capa de material aislante, tal como, por ejemplo, un esmalte de resina aislante.

De acuerdo con un modo de realizacion, los conductores rectangulares de barras 5, 5', 5" comprenden un primer conjunto de conductores estandar 5, que son conductores de barra en forma de U (tambien llamados "conductores de horquilla") y un segundo conjunto de conductores especiales 5', 5", que comprenden, por ejemplo, terminales 5' o conexiones volantes 5". Los conductores en forma de U tienen una porcion plegada 6 que sobresale de una cara 3 del nucleo del estator 2, o cara de insercion 3, y dos porciones de extremo libre 7 que sobresalen de la otra cara 4 del nucleo del estator 2, o de la cara de soldadura 4.

La distancia entre las dos caras 3,4 define la altura H_s o la extension axial del nucleo del estator. De acuerdo con un modo de realizacion, esta altura H_s es igual o superior a 100 mm. De acuerdo con un modo de realizacion adicional, esta altura H_s es igual o superior a 150 mm, tal como, por ejemplo, igual a aproximadamente 160 mm. De acuerdo con una realizacion adicional, esta altura H_s es igual o superior a 200 mm.

Lo descrito hasta ahora es conocido por el experto en la tecnica del campo y, por lo tanto, no se detallara mas.

De acuerdo con un modo de realizacion, los conductores de barra 5, 5', 5" mencionados son conductores de cobre y son conductores planos, de modo que tienen un par de caras opuestas que son distantes entre si mas que la distancia entre los dos lados opuestos restantes.

De acuerdo con un modo de realizacion, los conductores de barra rectangulares tienen una seccion transversal con una geometria que tiene la dimension minima (tambien incluida la posibilidad de esmalte aislante) inferior o igual a 3,5 mm. De acuerdo con una realizacion, esta dimension minima (tambien incluida la posibilidad de esmalte aislante) es inferior o igual a 3,0 mm. Por ejemplo, dicha dimension minima (tambien incluida la posibilidad de esmalte aislante) es igual a 2,9 mm o 2,8 mm. En el caso de conductores de barra rectangulares, esto implica que al menos dos lados opuestos de dichos conductores tienen un espesor comprendido en el intervalo antes mencionado y los dos lados opuestos restantes tienen tamanos arbitrarios, que pueden estar comprendidos o no comprendidos en el intervalo mencionado anteriormente.

Con referencia a las figuras 2 y 3, cada ranura 8 del nucleo del estator 2 esta atravesada por al menos uno de los conductores de barra 5, 5', 5" antes mencionados y aloja una lamina 10, o funda 10, hecha de material aislante. Como es conocido para un experto en la tecnica, las caracteristicas de esa lamina aislante 10 se seleccionan convenientemente en relacion con la energia electrica en juego y en relacion con la temperatura de funcionamiento.

De acuerdo con un posible modo de realizacion de ejemplo y no limitativo, la lamina aislante es una lamina de multiples capas que comprende dos capas TufQUIN™ (3M™) que estan acopladas, por ejemplo, pegadas, a las dos caras opuestas de una lamina de poliester central.

De acuerdo con un posible modo de realizacion, las ranuras 8 son de tipo abierto, es decir, tienen una abertura 9 orientada hacia el interior del cuerpo tubular principal del nucleo 2.

De acuerdo con un modo de realizacion especifico y no limitativo seleccionado de entre las muchas posibilidades, cada ranura 8 esta atravesada por al menos un par de conductores de barra rectangulares 5, 5', 5" y cada ranura aloja una lamina de material aislante con una seccion transversal en forma de S. De acuerdo con un modo de realizacion, como se muestra en la figura 3, si los conductores de barra son planos, los dos conductores de barra dentro de una misma ranura estan alineados a lo largo de su respectivo lado corto.

Si cada una de las ranuras 8 esta cruzada por mas de dos conductores de barra 5, 5', 5", es posible proporcionar para la insercion mas de una lamina aislante preformada en forma de S 10 para cada ranura 8, por ejemplo, una lamina aislante preformada en forma de S 10 para cada par de conductores de barra que atraviesan la ranura 8. En una realizacion alternativa no mostrada en las figuras, es posible, por ejemplo, insertar una unica lamina aislante en una unica lamina aislante preformada en forma de U, incluso en la presencia de mas de un par de conductores de barra en la ranura 8, en la que dicha lamina aislante esta por lo tanto concebida para el aislamiento de los conductores de barra desde las paredes internas de una ranura, pero no para aislar los conductores de barra entre si, que se alojan dentro de una misma ranura. En este caso, dichos conductores claramente estaran equipados con un forro de aislamiento externo adecuado.

En modos de realizacion adicionales, no representados en las figuras, es posible proporcionar que las laminas aislantes preformadas 10 insertadas en las ranuras tengan una seccion transversal que, en lugar de tener forma de

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"S", tengan forma de anillo, forma de "C", forma de "Z", etc.

A los fines de la presente descripcion, por lamina aislante preformada se entiende una lamina aislante que se sometio antes de la insercion en la ranura a un metodo de fabricacion adaptado para conferir a la lamina una forma que es diferente de la forma plana o aproximadamente plana. Los metodos de fabricacion del tipo antedicho son conocidos para un experto en la tecnica y generalmente son tales que proporcionan operaciones de plegado de las laminas aislantes adaptadas para conferirlas, a partir de una forma plana o aproximadamente plana, una forma de "S", "C", "U" y "Z", etc. Por forma aproximadamente plana, se entiende una forma diferente de una forma exactamente plana, tal como, por ejemplo, una forma ligeramente curvada, que la lamina aislante puede adoptar, por ejemplo, debido al almacenamiento de esta ultima como parte de una cinta enrollada alrededor de un soporte.

En la figura 4 se muestra el diagrama de flujo simplificado de un modo de realizacion del metodo 20 para hacer un estator 1, tal como se describe anteriormente.

El metodo 20 comprende una etapa de predisposicion 21 de un devanado de estator de barras formado por conductores de barra 5, 5', 5" destinado a ser insertado en el interior de las ranuras 8 del nucleo del estator 2. De una manera conocida por si misma, la etapa de predisposicion 21 comprende las operaciones de preformado de los conductores de barra, insercion de estos en un dispositivo de formado y enroscado de los conductores de barra por medio del dispositivo de formado. De una forma conocida por si misma, la etapa de predisposicion 21 comprende una operacion de extraccion de todos los conductores de barra juntos del dispositivo de formado, como un ejemplo no limitativo a traves de un dispositivo de extraccion y un dispositivo de pinza de agarre, tal como se describe en la solicitud de patente US 2009/0265909.

El metodo 20 tambien comprende una etapa 22 de insercion de al menos una lamina aislante preformada 10 (por ejemplo, preformada en forma de "S", preformada en forma de "U", preformada en forma de "Z", etc.) dentro de al menos una de las ranuras 8. De acuerdo con un modo de realizacion preferido, la etapa de insercion 22 comprende una etapa de insercion de forma simultanea o secuencial, en el interior de todas las ranuras 8, de al menos una respectiva lamina aislante preformada 10.

El metodo 20 tambien comprende una etapa 25 de conformacion en caliente, dentro de la ranura 8, de dicha al menos una lamina aislante preformada 10, a lo largo de toda la extension axial de la ranura 8 o a lo largo de una porcion sustancial de la misma. A los fines de la presente descripcion, por porcion sustancial se entiende una porcion de longitud superior o igual al 75% de la profundidad de la ranura. Preferiblemente, la etapa 25 mencionada anteriormente de conformacion en caliente se lleva a cabo de forma simultanea para todas las laminas aislantes preformadas 10 insertadas dentro de las ranuras 8 del nucleo del estator 2.

A los fines de la presente descripcion, por conformacion en caliente de una lamina aislante preformada 10 dentro de la ranura 8 se entiende una operacion tal como para modificar la forma de la lamina aislante preformada 10 despues de la insercion de esta ultima en la ranura 8, para conferirle una forma deseada y estabilizada. En otras palabras, la etapa 25 de conformacion en caliente tiene como objetivo conferir una cierta estabilidad y regularidad de forma a la lamina aislante preformada 10, de tal manera que esta ultima adquiera, dentro de la ranura 8 respectiva, un perfil que optimice esencialmente el espacio residual dentro de la ranura 8 para facilitar la insercion de los conductores de barra 5, 5', 5". Dicha optimizacion tiene como objetivo mejorar la adherencia de la lamina aislante 10 a las paredes internas de la ranura 8 y/o crear pliegues precisos en la lamina aislante 10 y/o aplanar posibles irregularidades en la superficie de la lamina aislante 10. Se observa que mediante el accionamiento ventajoso de la operacion de conformacion en caliente antes mencionada dentro de la ranura, es posible tener las paredes internas de la ranura 8 que actuan como un tope durante dicha operacion.

De acuerdo con un modo de realizacion, la etapa de conformacion en caliente 25 comprende una operacion de presion de al menos una lamina aislante preformada 10 citada anteriormente dentro de la ranura 8 respectiva mediante la insercion dentro de esta ultima, de una herramienta de conformacion precalentada 53 y la posterior retirada de la misma. Durante dicha insercion y posterior retirada, existe por lo tanto un deslizamiento de la herramienta de conformacion en caliente 53 en una superficie libre de la lamina aislante 10, con un tope contra las paredes internas de la ranura 8, con el objetivo de optimizar el perfil de la forma de la lamina aislante preformada 10 dentro de la ranura 8. De acuerdo con un modo de realizacion, antes de la etapa de conformacion en caliente 25, el metodo 20 comprende una etapa 23 de precalentamiento de la herramienta de conformacion 53 a una temperatura igual o superior a 120 0C, y preferiblemente igual o superior a 150 0C.

De acuerdo con un modo de realizacion, la herramienta de conformacion 53 comprende al menos una barra 53 y la etapa de conformacion en caliente comprende una operacion de insercion de la barra 53 dentro de una ranura respectiva, haciendo que la barra 53 se mueva hacia delante con respecto al nucleo del estator 2 y una operacion posterior de liberacion de la ranura 8 de la barra 53, haciendo que la barra se mueva hacia atras con respecto al nucleo del estator 2.

De acuerdo con un modo de realizacion preferido y no limitativo, la barra 53 tiene una longitud igual o superior a la profundidad de extension axial de la ranura 8 y tiene como objetivo ser insertada en la ranura 8 en el lado de

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insercion 3, con el fin de cruzar a traves de la ranura 8 y llegar a una posicion de parada final en la que una porcion de extremo libre de la barra 53 sobresalga mas alla de la cara de soldadura 4 del nucleo del estator 2. Claramente, en este caso la conformacion en caliente se produce a lo largo de toda la extension de la ranura 8.

De acuerdo con un modo de realizacion, si la ranura 8 esta destinada a alojar varios conductores de barra 5, 5', 5" del devanado del estator y si la lamina aislante preformada 10 tiene uno o mas divisores intermedios 11 (como ocurre, por ejemplo, cuando se utiliza una lamina aislante preformada con perfil transversal en forma de "S" - Fig. 3), la herramienta de conformacion 53 comprende un numero de barras 53 igual al numero de conductores de barra 5, 5', 5" destinados a ser alojados dentro de la misma ranura 8. Por ejemplo, si cada ranura 8 esta destinada a alojar dos conductores de barra 5, 5', 5'' y se proporciona una lamina aislante preformada 10 con perfil transversal esencialmente en forma de S, la herramienta de conformacion en caliente 53, como en el modo de realizacion representado, comprendera dos barras 53 destinadas a insertarse de manera simultanea dentro de una misma ranura 8.

De acuerdo con un modo de realizacion preferido, el metodo 20 comprende una etapa 24 de ensanchamiento de una porcion de extremo 10' de la lamina aislante 10 que sobresale del nucleo del estator 2, desde el lado de un extremo axial de dicho nucleo, y preferiblemente desde el lado de la cara de insercion 3. La etapa de ensanchamiento 24 comprende una operacion de insercion de un elemento de ensanchamiento conico 54 dentro de dicha porcion de extremo saliente 10'. Mas preferiblemente, con referencia a la figura 6, la herramienta de conformacion 53 se recibe de forma deslizante dentro de un asiento de alojamiento hueco 55 que termina con el elemento de ensanchamiento conico 54, que por lo tanto es un elemento de ensanchamiento conico y hueco 54 equipado con una abertura final previsto para ser atravesado por el util de conformacion 53. De acuerdo con un modo de realizacion, el elemento de ensanchamiento 54 es un elemento convenientemente precalentado. Ademas, tambien esta claro de que la etapa de ensanchamiento 24 puede llevarse a cabo de forma simultanea para todas las laminas aislantes 10 alojadas en el nucleo del estator 2, mediante la ejecucion de tal etapa a traves de una formacion circular que comprende una pluralidad de elementos de ensanchamiento conicos 54.

La etapa de ensanchamiento 24 puede ejecutarse antes de la etapa de conformacion en caliente 25 o, de acuerdo con un modo de realizacion preferido, al mismo tiempo o al menos con el tiempo parcial superpuesto con la etapa de conformacion en caliente 25. En el ultimo modo de realizacion, con referencia a la figura 5, de hecho se observa que es posible, por ejemplo, hacer que las herramientas de conformacion 53 se deslicen dentro del asiento 55 mientras que el elemento de ensanchamiento conico 54 esta apoyado sobre la porcion saliente 10' de la lamina aislante 10.

Volviendo al diagrama de flujo de la figura 4, de acuerdo con un modo de realizacion, despues de la etapa de conformacion en caliente 25, el metodo 20 comprende una etapa de insercion de 26 de todos los conductores de barra 5, 5', 5'' dentro de las respectivas ranuras, de la forma preestablecida en la etapa de predisposicion 21. Debido al hecho de que hay una etapa de conformacion en caliente de la lamina aislante 10 en la ranura 8, se podra apreciar, como ya se ha previsto, que la etapa de insercion 26 se ve facilitada; dicha etapa tambien es posible con conductores de barra de una longitud relativamente alta y una seccion transversal relativamente baja. Al mismo tiempo, la etapa de insercion es tal como para obtener un elevado factor de relleno de las ranuras 8.

De acuerdo con un modo de realizacion, el metodo 20 comprende una etapa posterior de plegado y soldadura 27 de porciones de extremo de los conductores de barra que sobresalen mas alla de la cara de soldadura 2 del nucleo del estator 2. Esta etapa 27 es conocida por si misma para un experto en la tecnica y, por esta razon, no sera necesario detallarla mas en este documento.

Con referencia a las figuras 5-7, se describira un modo de realizacion de un aparato 50 para hacer un estator y, en particular, un aparato de conformacion 50 para la estabilizacion forma de al menos una lamina aislante preformada, por medio del cual puede llevarse a cabo la etapa de conformacion en caliente 25 de las laminas aislantes preformadas despues de la insercion del mismo en el nucleo del estator. De acuerdo con el modo de realizacion que se describira, el aparato de conformacion 50 es tal que tambien lleve a cabo las etapas de precalentamiento 23 y ensanchamiento 24 descritas anteriormente.

El aparato 50 comprende una carcasa tubular 52 adaptado para alojar las herramientas de conformacion en caliente 53. La carcasa tubular 52 esta, por ejemplo, integrada con una placa de soporte 51 proporcionada para suspender el aparato 50 en un brazo o travesano de soporte (no mostrado en las figuras), por ejemplo movible verticalmente (a lo largo de eje Z-Z) con respecto a una superficie de apoyo y de trabajo 60. La carcasa tubular 52 en particular aloja una pluralidad de pares de barras de conformacion en caliente 53 dispuestas en circulo alrededor de un eje de trabajo z1 del aparato 50. El eje de trabajo z1 en el funcionamiento del aparato 50 esta alineado con el eje Z-Z del nucleo del estator 2. En el modo de realizacion, cada par de barras de conformacion en caliente 51 comprende una primera y una segunda barra 52, cerca de la otra y radialmente alineadas.

Las barras de conformacion en caliente 53 estan integradas con una misma placa de soporte 56 que es movil axialmente a lo largo del eje de trabajo z1 por medio de un motor lineal, que puede ser electrico, neumatico o hidraulico, y que comprende un piston deslizante 57 y un rodillo 58.

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Las barras de conformacion en caliente 53 estan alojadas en un asiento de alojamiento 55 que se calienta de forma operativa mediante un elemento de calefaccion distribuido 59 previsto en el equipo 20. Por lo tanto, cuando las barras 53 estan alojadas en el asiento de alojamiento 55, estas se precalientan debido al elemento de calentamiento distribuido 59. Por ejemplo, tales barras se llevan a una temperatura igual o superior a 120 0C, y por ejemplo a una temperatura comprendida entre 120 0C y 160 0C y preferiblemente igual a 150 0C. Sin embargo, se observa que la temperatura representa un parametro de diseno que puede ser configurado por un experto en la tecnica basandose en las caracteristicas de la lamina aislante preformada 10, con el fin de obtener el efecto de conformacion en caliente deseado.

Una vez que se ha alcanzado una temperatura de funcionamiento deseada, las barras de conformacion 52, por medio del motor 57, 58, se pueden mover axialmente en un grupo para penetrar de manera deslizante en el interior de las ranuras respectivas 8 del nucleo del estator 2. Esto con el fin de llevar a cabo la etapa de conformacion en caliente 25 de las laminas aislantes preformadas 10 ya descrita anteriormente.

A partir de los resultados de las pruebas experimentales llevadas a cabo, se observa que no es necesario que las barras de conformacion 53 permanezcan durante mucho tiempo en el interior de las ranuras 8. En lugar de eso, una breve parada en las ranuras 8 es suficiente (por ejemplo, del orden de 0,5 - 2 segundos y preferiblemente igual a 1 segundo) despues de la insercion y antes de la extraccion de las barras de conformacion 53.

El aparato 20 puede estar convenientemente equipado con al mes una matriz circular que comprenda una pluralidad de elementos de ensanchamiento tubulares y conicos 50 que puedan ser atravesados por las barras de conformacion 53 con el fin de ensanchar las porciones de extremo que sobresalen 10' de las laminas aislantes 10, con el fin de llevar a cabo, con un mismo aparato 50, tanto la etapa de ensanchamiento 24 como la etapa de conformacion en caliente 25 en la ranura. Tambien es posible prever de manera ventajosa que el elemento de calentamiento distribuido 59 tambien se emplee para el calentamiento de los elementos de ensanchamiento conicos tubulares 54.

Por ultimo, con referencia a la figura 7, se observa que el aparato 20 puede estar provisto de una superficie de soporte y de trabajo 60 adaptada para sostener el nucleo del estator 20 en el tope. De una manera conocida por si misma, dicha superficie 60 puede ser una superficie de giro alrededor de un eje vertical z2 y el aparato 20 puede constituir de manera indiscriminada parte de la maquina especifica o, alternativamente, puede representar uno de una pluralidad de estaciones de trabajo separados angularmente unas de otras. En tales estaciones, el nucleo del estator 2 puede soportarse mediante la rotacion de la superficie 60 con el fin de someterse a varias etapas de trabajo separadas.

Las pruebas en el campo han demostrado que a traves de un metodo y un aparato como el descrito anteriormente, es posible alcanzar plenamente los objetivos preestablecidos, ya que es posible hacer estatores que tengan una altura (eje ZZ), o incluso una "extension axial" que sea relativamente alta y, al mismo tiempo que se caracterice por un elevado factor de relleno de ranura, ya que a traves de la conformacion en caliente de las laminas aislantes preformadas en la ranura, es posible: estabilizar la forma y optimizar el perfil de las laminas aislantes preformadas directamente en el ranuras, y facilitar la insercion de los conductores de barra 20 en las ranuras 8.

En particular, por medio de ensayos sobre el terreno, se hizo un estator:

- con un nucleo de estator que tiene una altura igual o superior a 100 mm;

- en el cual el factor de relleno de las ranuras 9, entendido como la relacion entre la seccion transversal de una ranura sin lamina aislante 10 y la seccion conductora de la electricidad total de al menos un conductor de barra alojado en su interior, es igual o superior al 80%.

En particular, se logro un estator del tipo mencionado anteriormente, cuya altura es igual o superior a 150 mm, y en particular igual o superior a 200 mm.

En particular, se logro un estator del tipo anteriormente mencionado en el que el factor de relleno es igual o superior a 85%.

En particular, se logro un estator del tipo anteriormente mencionado en el que el conductor de barra tiene una seccion transversal con una geometria que tiene una dimension minima inferior o igual a 3,5 mm y en particular es inferior o igual a 3 mm.

Por supuesto, un experto en la tecnica puede realizar numerosas modificaciones y variantes del metodo y aparato descritos anteriormente con el fin de satisfacer necesidades especificas y contingentes; todas las modificaciones y variantes estan contenidas ademas en el ambito de proteccion de la invencion como se define por las siguientes reivindicaciones.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

REIVINDICACIONES

1. Metodo (20) para hacer un estator (1) de una maquina electrica, comprendiendo el estator un nucleo de estator (2), comprendiendo el nucleo de estator (2) un cuerpo principal y una pluralidad de ranuras (8) que se extienden axialmente dentro del cuerpo principal y estan adaptadas para recibir conductores de barra (5, 5', 5") de un devanado de estator de barras, comprendiendo el metodo (20) las etapas de:

- insertar (23) al menos una lamina aislante preformada (10) en el interior de al menos una respectiva ranura (8) de dicha pluralidad de ranuras (8);

- conformar en caliente (26) la lamina aislante preformada (10) dentro de la respectiva ranura (8), a lo largo de toda la extension axial de la ranura (8) o a lo largo de una porcion sustancial de la misma, con el fin de conferir estabilidad y regularidad de forma a dicha lamina aislante preformada (10).
2. Metodo (20) segun la reivindicacion 1, en el que la etapa de conformacion en caliente (25) comprende una operacion de presion de la lamina aislante preformada (10) dentro de la ranura (8) contra las paredes de la ranura (8) por medio de la insercion de una herramienta de conformacion precalentada (53) dentro de la ranura y la posterior retirada de dicha herramienta.
3. Metodo (20) segun la reivindicacion 2, que comprende una etapa de precalentamiento de la herramienta de conformacion (53) a una temperatura igual o superior a 120°.
4. Metodo (20) segun las reivindicaciones 2 o 3, en el que la herramienta de conformacion (53) comprende al menos una barra (53) adaptada para ser insertada axialmente en una respectiva ranura (8).
5. Metodo (20) segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende ademas una etapa de ensanchamiento (24) de una porcion de extremo (10') de dicha lamina aislante (10) que sobresale del nucleo del estator, comprendiendo la etapa de ensanchamiento (24) una operacion de insercion de un elemento de ensanchamiento conico (54) dentro de dicha porcion de extremo saliente, y en el que la herramienta de conformacion (53) se recibe de forma deslizante dentro de un asiento (55) que termina con dicho elemento de ensanchamiento conico (54), comprendiendo la etapa de conformacion una operacion para hacer que dicho elemento se deslice en el interior de dicho asiento.
6. Aparato (50) para hacer un estator (1), comprendiendo el estator un nucleo de estator (2), comprendiendo el nucleo de estator un cuerpo principal y una pluralidad de ranuras (8) que se extienden axialmente en el grosor del cuerpo principal y estan adaptadas para recibir conductores de barra (5, 5', 5'') de un devanado del estator, alojando dicha ranura (8) al menos una respectiva lamina aislante preformada (10), en el que el aparato (50) comprende al menos una herramienta de conformacion en caliente (53) adaptada para ser insertada al menos parcialmente dentro de una respectiva ranura (8) con el fin de ser retirada posteriormente de la misma para permitir una posterior insercion en la misma de al menos un respectivo conductor de barra (5, 5', 5'').
7. Aparato (50) segun la reivindicacion 6, en el que la herramienta de conformacion en caliente (53) comprende al menos una barra axialmente insertable dentro de dicha ranura.
8. Aparato (50) segun la reivindicacion 6, que comprende al menos un elemento de ensanchamiento conico (54) adaptado para ensanchar una porcion de extremo (10') de la lamina aislante (10) que sobresale fuera del nucleo del estator y en el que el elemento de ensanchamiento conico (54) comprende una abertura de extremo que puede ser atravesada por la herramienta de conformacion (53).
9. Estator (1) de una maquina electrica que comprende:

- un devanado de estator de barras que comprende una pluralidad de conductores de barra (5, 5', 5'');

- un nucleo de estator (2) que tiene una pluralidad de ranuras (8), cada una de ellas alojando al menos un respectivo conductor de barra (5, 5', 5'') y al menos una respectiva lamina aislante (10), siendo dicha lamina aislante conformada en calor dentro de la respectiva ranura (8) a lo largo de toda la extension axial de la ranura (8) o a lo largo de una porcion sustancial de la misma, extendiendose el nucleo de estator (2) axialmente en altura entre una primera cara (3) y una segunda cara (4) opuestas entre si;

caracterizado porque:

- dicha altura es igual o superior a 100 mm;

- el factor de relleno de las ranuras (8), concebido como la relacion entre la seccion transversal de una ranura sin la lamina aislante (10) y la seccion conductora de la electricidad total de al menos un conductor de barra alojado en la misma, es igual o superior al 80%.
10. Estator (1) segun la reivindicacion 9, en el que dicha altura es igual o superior a 150 mm.
11. Estator (1) segun las reivindicaciones 9 o 10, en el que el factor de relleno es igual o superior al 85%.

5
12. Estator (1) segun una cualquiera de las reivindicaciones 9 - 10, en el que el conductor de barra tiene una seccion transversal con una geometria que tiene una dimension minima inferior o igual a 3,5 mm.
13. Estator (1) segun la reivindicacion 12, en el que dicha dimension minima es inferior o igual a 3 mm.

10
14. Motor y/o generador electrico que comprende un rotor, caracterizado porque comprende un estator (1) segun una cualquiera de las reivindicaciones 9 - 13.
15. Vehiculo de accionamiento electrico o hibrido, que comprende un motor y/o generador electrico segun la 15 reivindicacion 14.