ES2601433T3 - Segmento laminar para estátor segmentado de motor eléctrico - Google Patents

Segmento laminar para estátor segmentado de motor eléctrico Download PDF

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ES2601433T3 ES13733222.7T ES13733222T ES2601433T3 ES 2601433 T3 ES2601433 T3 ES 2601433T3 ES 13733222 T ES13733222 T ES 13733222T ES 2601433 T3 ES2601433 T3 ES 2601433T3
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Abstract

Segmento laminar para estátor segmentado de motor eléctrico, que comprende al menos una horquilla (11) y al menos un diente (13), en el que: la horquilla (11) comprende un primer par de extremos laterales (12) que se extienden hacia fuera desde el centro de la horquilla (11) y un borde recto exterior; el diente (13) comprende un segmento perpendicular que se extiende perpendicularmente desde la horquilla (11) y un extremo inferior con un borde recto inferior; siendo paralelos entre sí el borde recto exterior y el borde inferior recto; un segundo par de extremos laterales (14) que se extienden hacia fuera desde el segmento perpendicular del diente (13); un primer extremo lateral del primer par de extremos laterales (12) comprende un primer borde derecho (FD); un primer extremo lateral del segundo par de extremos laterales (14) comprende un segundo borde derecho (FD); un segundo extremo lateral del primer par de extremos laterales (12) comprende un primer borde izquierdo (FE); un segundo extremo lateral del segundo par de extremos laterales (14) comprende un segundo borde izquierdo (FE); en el que el primer extremo lateral del primer par de extremos laterales (12) y el segundo extremo lateral del primer par de extremos laterales (12) están dispuestos de forma adyacente al borde recto exterior de la horquilla (11); en el que el primer extremo lateral del segundo par de extremos laterales (14) y el segundo extremo lateral del segundo par de extremos laterales (14) están dispuestos de forma adyacente al segmento perpendicular del diente (13); el primer y segundo borde derecho (FD) son sustancialmente paralelos entre sí; el primer y segundo borde izquierdo (FE) son sustancialmente paralelos entre sí; dicho segmento laminar caracterizado por que: el primer borde derecho (FD) y el primer borde izquierdo (FE) de los respectivos primeros y segundos extremos laterales del primer par de extremos laterales (12) comprenden respectivas inclinaciones angulares obtusas en relación con el borde exterior de la horquilla (11) ; el segundo borde derecho (FD) y el segundo borde izquierdo (FE) de los respectivos primeros y segundos extremos laterales del segundo par de extremos laterales (14) comprenden respectivas inclinaciones angulares agudas en relación con el borde inferior del diente (13) ; en el que las inclinaciones angulares obtusas del primer borde derecho (FD) y del primer borde izquierdo (FE) son, respectivamente, complementarias a las inclinaciones angulares agudas del segundo borde derecho (FD) y el segundo borde izquierdo (FE); en el que dicha geometría permite definir en una misma hoja de laminación (2) múltiples segmentos laminares (1), que tienen sus primeros y segundos pares de extremos laterales (12, 14) descansando uno contra el otro por lo que pueden separarse el uno del otro a través de cortes lineales (21), proporcionando una optimización para reducir el desperdicio de material en bruto.

Description

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DESCRIPCION
Segmento laminar para estator segmentado de motor electrico Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a la tecnologfa de motor electrico y equipos similares.
La presente invencion se refiere en general a un segmento laminar para estator segmentado de motor electrico y, mas particularmente, a la geometna y/o al formato de dicho segmento laminar para estator segmentado de motor electrico.
Antecedentes de la invencion
Es ya conocido por los expertos en la tecnica que los motores electricos comprenden maquinas capaces de convertir la energfa electrica en energfa mecanica.
En terminos generales, y segun las publicaciones academicas especializadas, los motores electricos comprenden nucleos inductivos fijos y nucleos inductivos moviles, y tienen su principio de funcionamiento principal en base a los principios de induccion electromagnetica, donde los campos magneticos generados por los nucleos inductivos fijos son capaces de generar movimiento en los nucleos inductivos moviles. En este sentido, tambien es conocido por los expertos en la tecnica que los nucleos inductivos fijos se dan a conocer en el estator, mientras que los nucleos inductivos moviles estan dispuestos en el rotor.
Desde el punto de vista constructivo, un estator de motor electrico se compone esencialmente de una estructura de metal y una pluralidad de bobinas (conductores electricos dispuestos de manera que rodean un arbol), donde dichas bobinas estan dispuestas en alineacion con la estructura de metal.
En este sentido, y tal como es conocido por los expertos en la tecnica, un paquete de estator de un motor electrico se puede obtener de un monobloque de metal a partir de una pluralidad de cuchillas de metal, o tambien de una pluralidad de segmentos de cuchilla de metal. Este ultimo tipo de estator se denomina estator segmentado.
Las principales ventajas de un estator segmentado sobre un estator monobloque o un estator laminar son particularmente perceptibles cuando se analizan desde el punto de vista industrial. Esto ocurre principalmente debido a los ahorros de materia prima ya que los segmentos laminares se pueden obtener a partir de una cuchilla de metal delgada esencialmente en los procesos de estampado por que los formatos de cuchilla permiten que los espacios entre los segmentos sean reducidos. Ademas, con respecto a los casos en los que un nucleo de rotor no se forma de cuchillas, segun la solicitud de patente BR PI0905651-3, se incrementa el ahorro de material. La segunda ventaja proporcionada por el uso de los segmentos laminares se refiere a la mejora en proceso de bobinado ya que el acceso a la ranura permanece totalmente libre, mejorando asf la precision para guiar un hilo alrededor de cada devanado de bobina, lo que hace posible llevar a cabo el proceso de bobinado de hilo concentrado y, en consecuencia, para anadir un mayor numero de vueltas y/o un mayor volumen de material de la bobina a una misma zona de ranura.
Los ejemplos de segmentos laminares, asf como ejemplos de estatores segmentados se describen en los documentos EP 1364442, JP 2020141942, US 7414347, US 7471025, US 7821175 y CN 201008100.
Los documentos EP 1364442 y US 7414347 describen en una forma simplificada segmentos de estator formados por multiples segmentos laminares. Cada uno de dichos segmentos laminares tiene un contorno analogo a la forma de T donde una porcion sustancialmente horizontal comprende ademas un receso lateral y un saliente lateral, ambos dispuestos en oposicion para formar elementos “macho-hembra” de autoacoplamiento y especialmente destinados a unirse a los segmentos del estator.
Con respecto a los documentos JP 2010141942 y US 7471025, se describen ejemplos de geometnas de segmentos laminares. Ademas, estos documentos tambien ensenan matrices de cuchilla, de las que se eliminan dichos segmentos laminares (usando procesos de estampacion).
Los documentos US 7821175 y CN 201008100 a su vez divulgan estatores segmentados formados por asociacion ffsica de los segmentos de estator. En ambos documentos, tambien es comun ver que la asociacion ffsica de segmentos de estator proporciona el uso de estructuras externas, tales como, por ejemplo, estructuras en forma de anillo.
Aunque en los documentos anteriormente mencionados solo se ilustran ejemplos de formas de realizacion relacionadas con el estado de la tecnica, se puede observar claramente que la mayona de los estatores segmentados existentes en la actualidad incluyen aspectos fundamentales descritos en estos ejemplos. A partir de
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esta observacion los principales inconvenientes que se refieren a estos ejemplos y que, en consecuencia, se presentan en la mayona de los estatores segmentados existentes en la actualidad son verificados facilmente.
El primer inconveniente se refiere a un punto de vista constructivo. Como se describe en los documentos JP 2010141942 y US 7471025, se observa que las matrices de cuchilla actuales en funcion de la geometna de los segmentos laminares generan gran cantidad de chatarra de metal. Esto es debido al hecho de que dicha geometna de los segmentos laminares pretende generar mayor eficiencia funcional para el estator y no una menor cantidad de desechos.
El segundo inconveniente se refiere al montaje y/o la disposicion del estator. Los documentos US 7821175 y CN 201008100 ensenan que el conjunto de estator requiere el uso de estructuras externas que anaden dimensiones a dicho estator.
Ademas, tambien se conocen a partir de los documentos JP 2009247169 y JP 2009254086, que se pueden considerar los documentos de la tecnica anterior mas relevante para la presente invencion.
Dicho documento JP 2009247169 da a conocer un segmento laminar para estator segmentado de motor electrico que comprende al menos un segmento externo y al menos un diente, dicho segmento laminar comprendiendo: dos primeros extremos laterales (caras izquierda y derecha del trapecio superior, que es un segmento de horquilla) proyectados desde cada uno de dichos lados extremos del segmento externo; y dos segundos extremos laterales (caras izquierda y derecha del trapecio inferior, que es una pieza polar) proyectadas desde cada uno de dichos extremos laterales inferiores de segmento perpendicular del diente.
En este documento, sin embargo, dichos extremos laterales primero y segundo de segmentos laminares con “perfil en forma de I” consecutivos (en una tira de lamina) son “lateralmente” adyacentes. En otras palabras, una primera cara (la derecha, por ejemplo) esta dispuesta en coincidencia “al lado de” una segunda cara (la izquierda, por ejemplo).
Dicho documento JP 2009254086, a su vez, divulga una configuracion aun mas similar a la de la presente invencion, sin embargo, sus caras cooperantes derecha e izquierda de los segmentos laminares consecutivos no son coincidentes, definiendo, por lo tanto, un espacio (separacion) entre dichas caras. Por otra parte, dichas caras izquierda y derecha del segmento laminar dadas a conocer mediante el documento JP 2009254086 no son paralelas entre sf (izquierda con izquierda y derecha con derecha), ya que dichas caras izquierda y derecha dispuestas en el segmento externo son ligeramente curvadas. Asf que, incluso teniendo en cuenta su simetna alrededor de su eje longitudinal, dicha forma no podna permitir, de ninguna manera, una estampacion de acuerdo con la presente invencion, como se detalla a continuacion.
En este sentido, se advierte que el tema de los documentos JP 2009247169 y JP 2009254086 comprende el problema ya citado de la generacion de residuos de materias primas durante la fabricacion de los segmentos laminares.
La presente invencion se ha desarrollado sobre la base de este escenario.
Objetos de la invencion
Por lo tanto, un objeto de la presente invencion es proporcionar un segmento laminar para motor electrico de estator segmentado que tiene geometna capaz de reducir la cantidad de chatarra (optimizacion de materia prima) sin perjudicar la eficiencia electrica de dicho motor. Otro objeto de la presente invencion es proporcionar un segmento laminar de estator segmentado de motor electrico que tiene la capacidad de usar hilo de aluminio en la composicion de su bobina.
Sumario de la invencion
Estos y otros objetos de la presente invencion se consiguen por medio de un segmento laminar para estator segmentado de motor electrico, que comprende al menos un segmento externo y al menos un segmento perpendicular llamado diente, ademas de contener dos extremos laterales proyectados desde cada uno de los extremos laterales del segmento externo (que despues de unir dichos segmentos en el conjunto se denomina corona), y dos extremos laterales proyectados desde cada uno de dichos extremos inferiores del diente. Dichos extremos laterales tienen caras derechas sustancialmente paralelas entre sf y caras izquierdas tambien sustancialmente paralelas entre sf. Preferiblemente, uno de dichos extremos laterales comprende ademas un saliente de acoplamiento mientras que el otro extremo lateral comprende un rebaje de acoplamiento.
De conformidad con los principios y objetivos de la presente invencion, las caras derechas tienen una inclinacion angular complementaria a la inclinacion angular de las caras izquierdas, donde dicha geometna permite definir en una misma matriz de cuchilla multiples segmentos laminares, que tienen sus extremos laterales que descansan uno contra el otro por lo que se pueden separar el uno del otro a traves de cortes lineales, proporcionando una
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optimizacion al reducir el desperdicio de material en bruto.
Cabe senalar que, de acuerdo con la presente invencion, dicho motor electrico que tiene un estator segmentado comprende bobinas electricas de aluminio.
Breve descripcion de los dibujos
La presente invencion se describira en detalle sobre la base de las figuras que se indican a continuacion, en las que:
la figura 1 ilustra un segmento laminar para el estator segmentado de motor electrico de acuerdo con la presente invencion;
la figura 2 ilustra segmentos laminares para el estator segmentado de motor electrico en la matriz de cuchilla
dispuesta en la matriz de la cuchilla de acuerdo con la presente invencion; y
la figura 3 ilustra segmentos laminares para el estator segmentado en el propio paquete de estator.
Descripcion detallada de la invencion
Como se menciono anteriormente, uno de los principales objetos de la presente invencion es proporcionar segmentos laminares (que conjuntamente forman segmentos para los estatores segmentados de motores electricos) que se pueden obtener/hacer de una cantidad optimizada de materia prima (cuchillas y/u hojas de metal).
En este sentido, y de acuerdo con la presente invencion, se describe un segmento laminar 1 que se representa en la figura 1 en una forma amplificada.
Dicho segmento laminar 1 que tiene una geometna esencialmente analoga a la letra T esta constituido esencialmente por un segmento externo 11 y un diente 13, donde dicho segmento externo 11 corresponde a la parte horizontal de la geometna en forma de T; y dicho diente 13 corresponde a la parte vertical de dicha geometna en forma de T. Se debe prestar atencion al hecho de que los segmentos laminares que tienen la geometna en forma de T son ampliamente conocidos por los expertos en la materia.
El segmento laminar descrito actualmente 1 se muestra que tiene dos partes extremas 12 proyectadas desde cada uno de los extremos laterales del segmento externo 11 y dos extremos laterales 14 proyectados desde cada uno de dichos extremos laterales inferiores del diente 13.
Como se puede ver en la figura 1, es esencialmente necesario que dicho extremo lateral 12 y dicho extremo lateral 14 de los lados opuestos de un mismo segmento laminar 1 tengan caras sustancialmente paralelas entre ellas.
Ademas, como se muestra en la figura 2, y de acuerdo con una realizacion preferida del segmento laminar 1, se obtiene una geometna optimizada con el objetivo de reducir la materia prima cuando dichos extremos laterales 12 y extremos laterales 14 tienen caras derechas FD sustancialmente paralelas entre ellas, y cuando dichos extremos laterales 12 y dichos extremos laterales 14 comprenden caras izquierdas FE sustancialmente paralelas entre ellas.
A continuacion, se observa que, de acuerdo con la realizacion preferida del segmento laminar 1, las caras derechas FD tienen una inclinacion angular complementaria a la inclinacion angular de las caras izquierdas FE, donde la inversa es evidentemente cierta.
Dicha geometna permite definir en una misma matriz de la cuchilla 2 multiples segmentos laminares 1, cuyos segmentos tienen sus extremos laterales 12 y 14 que “descansan” uno contra el otro. A continuacion, se verifica que dichos segmentos laminares 1 (de una misma matriz de cuchilla 2) pueden ser “separados” uno del otro a traves de cortes lineales 21 (lmeas virtuales). La generacion de material de desecho en bruto R de acuerdo con el segmento laminar 1 es significativamente menor que la generacion de desechos en relacion con los segmentos laminares pertenecientes al estado de la tecnica.
Preferiblemente, de acuerdo con una realizacion preferida ahora detallada, los segmentos laminares multiples 1 se definen en una misma matriz de cuchilla 2, y “separados” entre sf por medio de procesos de estampacion convencionales, que se llevan a cabo por lo general en prensas.
Ademas, como se ilustra en la figura 1, se observa que preferentemente cada segmento laminar 1 comprende adicionalmente una cara circular 15 que esta definida en el extremo inferior de su diente 13. Sin embargo, y en una forma preferida adicional, se verifica, ademas, que el segmento externo 11 del segmento laminar 1 tiene tambien un orificio pasante 111 dispuesto en el centro.
Ademas, en una forma opcional, debe citarse que uno de dichos extremos laterales 12 (de acuerdo con las figuras adjuntas, extremo lateral izquierdo 12) comprende tambien un saliente de acoplamiento 121 mientras que el otro extremo lateral 12 (de acuerdo con las figuras adjuntas, extremo lateral izquierdo derecho 12) tambien comprende un rebaje 122 de acoplamiento. Proyecciones de acoplamiento 121 y rebajes de acoplamiento 122 ayudan a unir los segmentos laminares 1, como se representa en la figura 3.
Todavfa de acuerdo con la figura 3, se puede observar que dichos segmentos laminares 1 de acuerdo con la presente invencion se pueden unir entre sf para definir de este modo la parte estructural del estator E.
Una de las ventajas presentadas por el uso de estatores segmentados se refiere a la posibilidad de bobinar 5 conductores metalicos 5 (bobina electrica) alrededor de varios dientes 13 de los multiples segmentos laminares 1 (debidamente unidos) antes del montaje final del estator E en sl
Cabe senalar que, de acuerdo con la presente invencion, segmentos laminares 1 del estator E descrito actualmente utilizan preferentemente conductores metalicos 5 de aluminio.
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Habiendo descrito la realizacion preferida de la presente invencion, se debe entender que el alcance de la misma contempla otras variaciones posibles, que solo estan limitadas por el contenido de las reivindicaciones adjuntas, incluyendo posibles medios equivalentes.

Claims (6)

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    REIVINDICACIONES
    1. Segmento laminar para estator segmentado de motor electrico, que comprende al menos una horquilla (11) y al menos un diente (13), en el que:
    la horquilla (11) comprende un primer par de extremos laterales (12) que se extienden hacia fuera desde el centro de la horquilla (11) y un borde recto exterior;
    el diente (13) comprende un segmento perpendicular que se extiende perpendicularmente desde la horquilla (11)
    y un extremo inferior con un borde recto inferior;
    siendo paralelos entre sf el borde recto exterior y el borde inferior recto;
    un segundo par de extremos laterales (14) que se extienden hacia fuera desde el segmento perpendicular del diente (13);
    un primer extremo lateral del primer par de extremos laterales (12) comprende un primer borde derecho (FD); un primer extremo lateral del segundo par de extremos laterales (14) comprende un segundo borde derecho
    (FD) ;
    un segundo extremo lateral del primer par de extremos laterales (12) comprende un primer borde izquierdo (FE); un segundo extremo lateral del segundo par de extremos laterales (14) comprende un segundo borde izquierdo
    (FE) ;
    en el que el primer extremo lateral del primer par de extremos laterales (12) y el segundo extremo lateral del primer par de extremos laterales (12) estan dispuestos de forma adyacente al borde recto exterior de la horquilla (11);
    en el que el primer extremo lateral del segundo par de extremos laterales (14) y el segundo extremo lateral del segundo par de extremos laterales (14) estan dispuestos de forma adyacente al segmento perpendicular del diente (13);
    el primer y segundo borde derecho (FD) son sustancialmente paralelos entre sf; el primer y segundo borde izquierdo (FE) son sustancialmente paralelos entre sf; dicho segmento laminar caracterizado por que:
    el primer borde derecho (FD) y el primer borde izquierdo (FE) de los respectivos primeros y segundos extremos laterales del primer par de extremos laterales (12) comprenden respectivas inclinaciones angulares obtusas en relacion con el borde exterior de la horquilla (11);
    el segundo borde derecho (FD) y el segundo borde izquierdo (FE) de los respectivos primeros y segundos extremos laterales del segundo par de extremos laterales (14) comprenden respectivas inclinaciones angulares agudas en relacion con el borde inferior del diente (13) ;
    en el que las inclinaciones angulares obtusas del primer borde derecho (FD) y del primer borde izquierdo (FE) son, respectivamente, complementarias a las inclinaciones angulares agudas del segundo borde derecho (FD) y el segundo borde izquierdo (FE);
    en el que dicha geometna permite definir en una misma hoja de laminacion (2) multiples segmentos laminares (1), que tienen sus primeros y segundos pares de extremos laterales (12, 14) descansando uno contra el otro por lo que pueden separarse el uno del otro a traves de cortes lineales (21), proporcionando una optimizacion para reducir el desperdicio de material en bruto.
  2. 2. Segmento laminar, de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que cada segmento laminar (1) comprende una cara circular (15) dispuesta entre el primer y segundo extremo lateral del segundo par de extremos laterales (14).
  3. 3. Segmento laminar, de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que dicha horquilla (11) comprende ademas un orificio pasante (111).
  4. 4. Segmento laminar, de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que uno de dichos extremos laterales primero o segundo del primer par de extremos laterales (12) comprende ademas una proyeccion de acoplamiento (121).
  5. 5. Segmento laminar, de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que uno de los primeros y segundos extremos laterales del primer par de extremos laterales (12) comprende ademas un rebaje de acoplamiento (122).
  6. 6. Segmento laminar, de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que comprende bobinas electricas (5) hechas de aluminio.
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