ES2693611T3 - Núcleo de compuesto de polvo metálico magnético para máquinas eléctricas - Google Patents

Núcleo de compuesto de polvo metálico magnético para máquinas eléctricas Download PDF

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ES2693611T3 ES07252001.8T ES07252001T ES2693611T3 ES 2693611 T3 ES2693611 T3 ES 2693611T3 ES 07252001 T ES07252001 T ES 07252001T ES 2693611 T3 ES2693611 T3 ES 2693611T3
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David Farnia
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Abstract

Un conjunto (10) para su uso como rotor o estator en una máquina eléctrica, comprendiendo el conjunto (10): una sección superior (9), que tiene: una porción central superior (12) generalmente cilíndrica, que tiene un eje central radial (13); una pluralidad de soportes (17) de devanado, que se extienden radialmente hacia fuera desde la porción central superior (12); y un segmento (14) de núcleo de sección superior en un borde exterior radial de cada soporte (17) de devanado, que tiene una superficie exterior (16) generalmente convexa a lo largo del eje central radial (13) de la sección superior (9), un borde superior (40), un borde inferior (42), un primer borde lateral (44) y un segundo borde lateral (46); y una sección inferior (29) que tiene: una porción central inferior (20) generalmente cilíndrica, que tiene un eje central radial (13); una pluralidad de soportes (27) de devanado, que se extienden radialmente hacia fuera desde la porción central inferior (20); y un segmento (22) de núcleo de sección inferior en un borde exterior radial de cada soporte (27) de devanado, que tiene una superficie exterior (30) generalmente convexa a lo largo del eje central radial (13) de la sección inferior (29), un borde superior (50), un borde inferior (52), un primer borde lateral (54) y un segundo borde lateral (56), caracterizado por que: la sección superior (9) y la sección inferior (29) encajan entre sí de tal manera que el primer borde lateral (44) de cada segmento (14) de núcleo de sección superior quede colocado adyacente al primer borde lateral (54) de un segmento (22) de núcleo de sección inferior, y el segmento (14) de núcleo de sección superior y el segmento (22) de núcleo de sección inferior se combinan para formar un segmento sesgado (25) de núcleo.

Description

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DESCRIPCION
Nucleo de compuesto de polvo metalico magnetico para maquinas electricas Antecedentes de la invencion
La presente invencion se refiere a componentes de nucleo para su uso en maquinas electricas y, mas en particular, a un conjunto de componentes para su uso en una maquina electrica, siendo lo mas habitual un motor electrico.
Las maquinas electricas, tales como los motores y los generadores, cuentan con un elemento estacionario, generalmente denominado estator, y elementos moviles o giratorios, generalmente denominados rotor. La interaccion entre el estator y el rotor viene dada por la interaccion de un campo magnetico, generado ya sea por el estator o por el rotor. Dicho campo magnetico generalmente esta generado o inducido por corrientes electricas en un devanado, situado en el estator o en el rotor. Dicho devanado generalmente comprende una pluralidad de bobinas, enrolladas alrededor de un soporte de devanado. El soporte de devanado generalmente comprende un material magnetico blando que, tradicionalmente, esta compuesto por laminaciones de materiales de acero seleccionados. Las laminaciones estan aisladas unas de otras, para reducir las corrientes parasitas.
Una preocupacion relativa al diseno de tales maquinas electricas es la necesidad o el deseo de reducir el par de torsion entre el estator y el rotor, en el nucleo de la maquina electrica. Se sabe que contar con estatores o rotores sesgados reduce el par de torsion, y crea una interfaz mas eficiente en el campo electromagnetico entre el estator y el rotor. Esto produce un motor o generador mas eficiente. Sin embargo, fabricar el rotor o estator con dientes o superficies exteriores sesgados de los segmentos de nucleo supone un problema.
Para formar el soporte de devanado se ha propuesto el reemplazo de los materiales de acero laminado de los nucleos de estator o rotor por partfculas de polvo ferromagnetico, que se compactan en una operacion de pulvimetalurgia. Las partfculas de polvo ferromagnetico quedan aisladas electricamente entre sf, de modo que el producto compactado resultante presenta una baja perdida por corrientes parasitas, de manera similar a cuando se utilizan pilas de materiales de acero laminado. En las patentes de Estados Unidos n.° 6.956.307, 6.300.702 y 6.441.530 se da a conocer tal uso en nucleos de maquina electrica de polvos metalicos compactados que comprenden partfculas de polvo ferromagnetico.
Por consiguiente, un objeto de la presente invencion es proporcionar un conjunto mejorado de componentes de maquina electrica para su uso en una maquina electrica. De acuerdo con un aspecto de la invencion, los segmentos de nucleo presentan extremos sesgados. En consecuencia, se reduce el par de traccion del motor en sf
Otro objeto de la presente invencion es proporcionar un conjunto mejorado de estator o rotor para su uso en maquinas electricas, en donde el conjunto utiliza componentes de nucleo que comprenden polvo ferroso magnetico compactado.
En el documento JP 2-254954 se muestra un conjunto de la tecnica anterior, que tiene las caractensticas del preambulo de la reivindicacion 1. En el documento US-2005/0168099 se muestra otro conjunto de nucleo.
Sumario de la invencion
De acuerdo con la presente invencion, se proporciona un conjunto de acuerdo con la reivindicacion 1 y un metodo de acuerdo con la reivindicacion 15.
La presente invencion proporciona un conjunto mejorado de estator o rotor para su uso en un motor o generador electrico.
Preferentemente, cada una de la seccion superior y la seccion inferior estan formadas por partfculas de polvo magnetico ferroso. Tales partfculas de polvo magnetico ferroso estan mutuamente aisladas. Las partfculas de polvo metalico magnetico ferroso se forman a presion en una operacion de pulvimetalurgia, para darles forma solida.
Un conjunto mejorado de componentes que comprende una seccion superior y una seccion inferior combinadas, con segmentos de nucleo sesgados formados por partfculas metalicas de polvo magnetico ferroso mutuamente aisladas, proporciona un rendimiento mejorado de la maquina electrica. Este rendimiento mejorado se debe principalmente a los segmentos de nucleo sesgados, que reducen el par de torsion de la maquina electrica, y al uso de partfculas metalicas de polvo magnetico ferroso mutuamente aisladas para formar la seccion superior y la seccion inferior, lo que tambien reduce las perdidas por corrientes parasitas.
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Breve descripcion de los dibujos En los dibujos,
La Fig. 1 es una vista en perspectiva de un conjunto de componentes de acuerdo con una realizacion de la presente invencion;
La Fig. 2 es una vista en seccion transversal de un conjunto de componentes de acuerdo con una realizacion de la presente invencion;
La Fig. 3 es una vista en perspectiva de un conjunto de componentes, mostrandose por separado los componentes individuales;
La Fig. 4 es una vista en perspectiva de un conjunto de componentes de acuerdo con una realizacion de la presente invencion.
Descripcion de las realizaciones preferidas
Con referencia a las Figs. 1-4 de los dibujos, con el numero 10 se muestra en general un componente para su uso en una maquina electrica. Tal componente 10 puede ser un estator o un rotor para su uso habitualmente en un motor, pero el componente 10 tambien podna usarse en un generador.
Puede observarse que el componente 10 esta compuesto por una seccion superior 9, y que tiene una porcion central 12. La porcion central 12 usualmente tiene forma cilmdrica, con una seccion central abierta. La porcion central 12 incluye un eje central radial 13. Una pluralidad de soportes 17 de devanado se extienden radialmente hacia fuera, desde la superficie exterior de la porcion central 12. El numero de cada uno de dichos soportes de devanado puede variar segun el tamano y el diseno del componente 10, pero el numero suele estar entre ocho y veinticuatro. Cada soporte 17 de devanado generalmente tiene forma rectangular, con un borde superior y un borde inferior que son paralelos, y un borde interior adyacente a la superficie exterior de la porcion central 12. Cada soporte 17 de devanado tambien presenta un borde exterior.
Cada borde exterior de cada soporte 17 de devanado tiene un segmento 14 de nucleo de seccion superior, fijado al mismo o sobresaliente desde el mismo. Cada segmento 14 de nucleo de seccion superior tiene un borde superior 40 y un borde inferior 42; el borde superior 40 y el borde inferior 42 son generalmente paralelos. Cada segmento 14 de nucleo de seccion superior tambien incluye un primer borde lateral 44 y un segundo borde lateral 46. El primer borde lateral 44 es generalmente paralelo al eje central radial 13. El segundo borde lateral 46 esta generalmente sesgado, en un angulo agudo con respecto al eje central radial 13; tal angulo exterior generalmente esta entre cinco y treinta grados.
La porcion central 12 de la seccion superior 9 es generalmente cilmdrica, con una seccion abierta centrada y un eje central radial 13. La porcion central 12 cuenta con una superficie inferior 26 generalmente plana.
Cada segmento 14 de nucleo de seccion superior tiene una superficie exterior 16, que es convexa alrededor del eje radial 13 de la seccion superior. La naturaleza convexa de la superficie exterior 16 del segmento 14 de nucleo de seccion superior esta disenada para formar un borde exterior, generalmente cilmdrico, de la seccion superior 9.
Puede observarse que el componente 10 tambien comprende una seccion inferior 29, que tiene una porcion central 20. La porcion central 20 usualmente tiene forma cilmdrica, con una seccion central abierta. Cuando la seccion superior 9 se combina con la seccion inferior 29, la porcion central 20 incluye un eje central radial 13. Una pluralidad de soportes 27 de devanado se extienden radialmente hacia fuera, desde la superficie exterior de la porcion central 20. El numero de dichos soportes de devanado puede variar segun el tamano y el diseno del componente 10, pero el numero suele ser de entre ocho y veinticuatro. Cada soporte 27 de devanado tiene una forma generalmente rectangular, con un borde superior y un borde inferior que son paralelos y un borde interior adyacente a la superficie exterior de la porcion central 20. Cada soporte 27 de devanado tambien tiene un borde exterior.
Cada borde exterior de cada soporte 27 de devanado tiene un segmento 22 de nucleo de seccion inferior, fijado al mismo o sobresaliente desde el mismo. Cada segmento 22 de nucleo de seccion inferior tiene un borde superior 50 y un borde inferior 52; el borde superior 50 y el borde inferior 52 son generalmente paralelos. Cada segmento 22 de nucleo de seccion inferior incluye tambien un primer borde lateral 54 y un segundo borde lateral 56. El primer borde lateral 54 es generalmente paralelo al eje central radial 13. El segundo borde lateral 56 esta generalmente sesgado en un angulo agudo con respecto al eje central radial 13; tal angulo exterior generalmente es de entre cinco y treinta grados.
La porcion central 20 de la seccion inferior 29 es generalmente cilmdrica, con una seccion central abierta y un eje central radial 13. La porcion central 20 tiene una superficie superior 24 generalmente plana.
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Cada segmento 22 de nucleo de seccion inferior tiene una superficie exterior 30, que es convexa alrededor del eje radial de la seccion de fondo 13. La naturaleza convexa de la superficie exterior 30 del segmento 22 de nucleo de seccion inferior esta disenada para formar un borde exterior de la seccion inferior 29, el cual tiene una forma generalmente cilmdrica.
Cuando se monta la seccion superior 9 sobre la seccion inferior 29, se forma un componente completo 10. Puede observarse como la superficie inferior 26 de la porcion central 12 de la seccion superior encaja contra la superficie superior 24 de la porcion central 20 de la seccion inferior.
Puede observarse como cada soporte 17 de devanado de la seccion superior 9 encaja adyacentemente a un soporte 27 de devanado de la seccion inferior 29. Se forma un soporte de devanado combinado, generalmente rectangular, para recibir el devanado 18. El devanado 18 es un devanado estandar de un cable electrico aislado, que proporciona el campo magnetico para la maquina electrica.
Puede observarse como cada segmento 14 de nucleo de seccion superior combina con un segmento 22 de nucleo de seccion inferior adyacente, para formar un segmento sesgado combinado 25 de nucleo en el componente 10 ensamblado.
Puede observarse como el borde lateral 44 de cada segmento 14 de nucleo de seccion superior se coloca adyacentemente al borde lateral 54 de cada segmento 22 de nucleo de seccion inferior. Al colocar cada segmento 14 de nucleo de seccion superior adyacentemente a un segmento 22 de nucleo de seccion inferior, se forma el segmento sesgado combinado 25 de nucleo. Puede observarse que el segmento sesgado combinado 25 de nucleo tiene un borde superior 35 y un borde inferior 37, que generalmente son paralelos. Tambien puede observarse que el segmento 25 sesgado combinado tiene un primer borde lateral 39 y un segundo borde lateral 41, que generalmente tambien son paralelos, pero en un angulo agudo de entre cinco y treinta grados con respecto al borde superior 35. Por lo tanto, cada segmento sesgado combinado 25 de nucleo suele ser un paralelogramo; adicionalmente, cada segmento sesgado combinado 25 de nucleo esta espaciado para su aislamiento electrico con respecto a los segmentos sesgados combinados de nucleo adyacentes.
Cuando se utilizan como estatores o rotores en maquinas electricas, tales como motores, tales segmentos combinados 25 de nucleo tienden a reducir el par de torsion del motor electrico.
Debe comprenderse que la seccion superior 9 y la seccion inferior 29 generalmente son estructuras unitarias, que comprenden un polvo magnetico ferroso compactado. El propio polvo magnetico ferroso compactado esta compuesto por partfculas aisladas de polvo ferroso. El polvo magnetico ferroso se compacta en molde, en una operacion de pulvimetalurgia. Puede llevarse a cabo algun tratamiento termico posterior, para producir componentes con tensiones atenuadas. Dicho tratamiento termico tambien ayuda a proporcionar un compuesto con una elevada permeabilidad magnetica y una baja perdida del nucleo. Las partfculas de polvo magnetico ferroso utilizadas se afslan electricamente entre sf, para disminuir la acumulacion de corrientes parasitas dentro del componente 10 ensamblado.
El polvo magnetico ferroso utilizado para formar la seccion superior 9 y la seccion inferior 29 generalmente es un polvo de hierro magnetico blando, de alta pureza. Las partfculas de polvo ferroso se recubren con un revestimiento organico, inorganico o una combinacion de ambos.
La seccion superior 9 y la seccion inferior 29 pueden unirse entre sf, utilizando un adhesivo de union o un epoxi. Tambien es posible sujetar entre sf la seccion superior 9 y la seccion inferior 29 de manera suficiente, dependiendo del diseno del componente, mediante los devanados 18.

Claims (15)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un conjunto (10) para su uso como rotor o estator en una maquina electrica, comprendiendo el conjunto (10):
    una seccion superior (9), que tiene:
    una porcion central superior (12) generalmente cilmdrica, que tiene un eje central radial (13);
    una pluralidad de soportes (17) de devanado, que se extienden radialmente hacia fuera desde la porcion
    central superior (12); y
    un segmento (14) de nucleo de seccion superior en un borde exterior radial de cada soporte (17) de devanado, que tiene una superficie exterior (16) generalmente convexa a lo largo del eje central radial (13) de la seccion superior (9), un borde superior (40), un borde inferior (42), un primer borde lateral (44) y un segundo borde lateral (46); y
    una seccion inferior (29) que tiene:
    una porcion central inferior (20) generalmente cilmdrica, que tiene un eje central radial (13);
    una pluralidad de soportes (27) de devanado, que se extienden radialmente hacia fuera desde la porcion
    central inferior (20); y
    un segmento (22) de nucleo de seccion inferior en un borde exterior radial de cada soporte (27) de devanado, que tiene una superficie exterior (30) generalmente convexa a lo largo del eje central radial (13) de la seccion inferior (29), un borde superior (50), un borde inferior (52), un primer borde lateral (54) y un segundo borde lateral (56),
    caracterizado por que:
    la seccion superior (9) y la seccion inferior (29) encajan entre sf de tal manera que el primer borde lateral (44) de cada segmento (14) de nucleo de seccion superior quede colocado adyacente al primer borde lateral (54) de un segmento (22) de nucleo de seccion inferior, y el segmento (14) de nucleo de seccion superior y el segmento (22) de nucleo de seccion inferior se combinan para formar un segmento sesgado (25) de nucleo.
  2. 2. El conjunto (10) de la reivindicacion 1, en donde el borde superior (40) y el borde inferior (42) de cada segmento (14) de nucleo de seccion superior son generalmente paralelos, y los dos bordes laterales (44, 46) de cada segmento (14) de nucleo de seccion superior no son paralelos.
  3. 3. El conjunto (10) de la reivindicacion 1 o 2, en donde el borde superior (40) y el borde inferior (42) de cada segmento (14) de nucleo de seccion superior son generalmente paralelos, y un borde lateral (44, 46) de cada segmento (14) de nucleo de seccion superior es perpendicular al borde superior (40).
  4. 4. El conjunto (10) de la reivindicacion 1, 2 o 3, en donde el borde superior (50) y el borde inferior (42) de cada segmento (22) de nucleo de seccion inferior son generalmente paralelos, y los dos bordes laterales (54, 56) de cada segmento (22) de nucleo de seccion inferior no son paralelos.
  5. 5. El conjunto (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el borde superior (50) y el borde inferior (52) de cada segmento (22) de nucleo de seccion inferior son generalmente paralelos, y un borde lateral (54, 56) de cada segmento (22) de nucleo de seccion inferior es perpendicular al borde superior (50).
  6. 6. El conjunto (10) de cualquier reivindicacion precedente, en donde cada segmento (14) de nucleo de seccion superior tiene unos bordes exteriores con una configuracion generalmente trapezoidal.
  7. 7. El conjunto (10) de cualquier reivindicacion precedente, en donde cada segmento (22) de nucleo de seccion inferior tiene bordes exteriores con una configuracion generalmente trapezoidal.
  8. 8. El conjunto (10) de cualquier reivindicacion precedente, en donde, cuando se combinan, el segmento (14) de nucleo de seccion superior y el segmento (22) de nucleo de seccion inferior forman un segmento combinado (25) de nucleo, que tiene un borde exterior que generalmente forma un paralelogramo.
  9. 9. El conjunto (10) de cualquier reivindicacion precedente, en donde, cuando se combinan, el segmento (14) de nucleo de seccion superior y el segmento (22) de nucleo de seccion inferior forman un segmento combinado (25) de nucleo que tiene un borde superior (35) y un borde inferior (37), que son paralelos y perpendiculares al eje central radial (13) de la seccion superior (9) del conjunto (10).
  10. 10. El conjunto de cualquier reivindicacion precedente, en donde, cuando se combinan, el segmento (14) de nucleo de seccion superior y el segmento (22) de nucleo de seccion inferior forman un segmento combinado (25) de nucleo que tiene un borde superior (35) y un borde inferior (37), que son paralelos y perpendiculares al eje central radial
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    (13) de la seccion superior (9) del conjunto (10), y que tiene un primer borde lateral (39) y un segundo borde lateral (41) que son generalmente paralelos, y cada uno de los cuales esta en un angulo agudo con respecto al eje central radial (13) de la seccion superior (9) del conjunto (10).
  11. 11. El conjunto (10) de cualquier reivindicacion precedente, en donde la seccion superior (9) comprende partmulas de polvo metalico magnetico ferroso.
  12. 12. El conjunto (10) de la reivindicacion 11, en donde la seccion superior (9) es una estructura unitaria que comprende partmulas de polvo metalico magnetico ferroso comprimido.
  13. 13. El conjunto (10) de cualquier reivindicacion precedente, en donde la seccion inferior (29) comprende partmulas de polvo metalico magnetico ferroso.
  14. 14. El conjunto (10) de la reivindicacion 13, en donde la seccion inferior (29) es una estructura unitaria que comprende partmulas de polvo metalico magnetico ferroso comprimido.
  15. 15. Un metodo para ensamblar un segmento sesgado de nucleo para una maquina electrica, que comprende:
    proporcionar una seccion superior (9) que tiene:
    una porcion central superior (12) generalmente cilmdrica, que tiene un eje central radial (13);
    una pluralidad de soportes (17) de devanado, que se extienden radialmente hacia fuera desde la porcion
    central superior (12); y
    un segmento (14) de nucleo de seccion superior en un borde exterior radial de cada soporte (17) de devanado, que tiene una superficie exterior (16) generalmente convexa a lo largo del eje central radial (13) de la seccion superior (9), un borde superior (40), un borde inferior (42), un primer borde lateral (44) y un segundo borde lateral (46); y
    proporcionar una seccion inferior (29), que tiene:
    una porcion central inferior (20) generalmente cilmdrica, que tiene un eje radial central (13);
    una pluralidad de soportes (27) de devanado, que se extienden radialmente hacia fuera desde la porcion
    central (20); y
    un segmento (22) de nucleo de seccion inferior en un borde exterior radial de cada soporte (27) de devanado, que tiene una superficie exterior (30) generalmente convexa a lo largo del eje central radial (13) de la seccion inferior (29), un borde superior (50), un borde inferior (52), un primer borde lateral (54) y un segundo borde lateral (56),
    caracterizado por que dicho metodo comprende adicionalmente la etapa de:
    encajar entre sf la seccion superior (9) y la seccion inferior (29), de manera que el primer borde lateral (44) de cada segmento (14) de nucleo de seccion superior quede colocado adyacentemente al primer borde lateral (54) de un segmento (22) de nucleo de seccion inferior, y de manera que el segmento (14) de nucleo de seccion superior y el segmento (29) de nucleo de seccion inferior se combinen para formar un segmento sesgado (25) de nucleo.
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