ES2710855T3 - Estator para una máquina eléctrica - Google Patents
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Abstract
Estator (1) para una máquina eléctrica que comprende: - un núcleo de estator que tiene una primera y una segunda cara opuestas entre sí (3, 4) y una matriz circular de ranuras (5) del estator que se extiende entre dichas caras (3, 4) y se distribuye alrededor de un eje (Z-Z) del estator; y - un devanado (10) de barra que comprende una pluralidad de conductores básicos (11) y una pluralidad de conductores especiales (12, 13, 14, 15, 16, 17) interconectados entre sí para formar el devanado (10) de barra; en el que cada conductor básico (11) comprende dos patas (11A, 11B) de conductor básico y una porción (11C) de conexión de conductor básico entre dichas patas (11A, 11B), cada pata (11A, 11B) de conductor básico tiene una porción de extremo conectada a la porción (11C) de conexión de conductor básico y una porción (11F) de extremo libre opuesta, en el que los conductores básicos (11) se insertan en las ranuras (5) del estator con las porciones (11F) de extremo libre que sobresalen de dicha segunda cara (4), las porciones (11F) de extremo libre definiendo una pluralidad de capas (L1, L2, L3, L4) de conductor circulares concéntricas entre sí que comprenden una capa (L1) de extremo circular radialmente externa y una capa (L4) de extremo circular radialmente interna, y en el que los conductores especiales (12, 13, 14, 15, 16, 17) comprenden un puente (12; 13) de un primer tipo que tiene un primer y un segundo brazo (12A, 12B; 13A, 13B) de puente conectados respectivamente a dos de dichas porciones (11F) de extremo libre, y una porción (12C; 13C) de unión de puente entre dichos brazos (12A, 12B; 13A, 13B) de puente; en el que la porción (12C; 13C) de unión de puente se extiende radialmente hacia el exterior con respecto a dicha capa de extremo radialmente externa (L1), o radialmente hacia el interior con respecto a dicha capa (L4) de extremo radialmente interna, para pasar alrededor de al menos una de las porciones (11F) de extremo libre respectivamente de la capa (L1) de extremo radialmente externa o de la capa (L4) de extremo radialmente interna; dicho estator (1) estando caracterizado porque el puente de dicho primer tipo (12; 13) está dispuesta de modo que: - las dos porciones (11F) de extremo libre a las que están conectados el primer y segundo brazo (12A, 12B; 13A, 13B) de puente pertenecen respectivamente a dos de dichas capas (L1, L2, L3, L4) de conductor separadas una de otra; y - al menos uno entre el primer y el segundo brazo (12A, 12B; 13A, 13B) de puente se extiende en un pasaje respectivo definido en dichas capas (L1, L2, L3, L4) de conductor para conectarse a la porción (11F) de extremo libre respectiva; en el que dichas capas (L1, L2, L3, L4) de conductor incluyen un primer conjunto de porciones (11F) de extremo libre dobladas circunferencialmente por un primer paso y un segundo conjunto de porciones (11F) de extremo libre dobladas circunferencialmente por un segundo paso que difiere del primer paso, y en el que al menos una de dichas capas (L1, L2, L3, L4) de conductor comprende un grupo de porciones (11F) de extremo libre dobladas por dicho primer paso que están dispuestas consecutivamente y circunferencialmente adyacentes entre sí; el puente de dicho primer tipo (12; 13) girando alrededor de dicho grupo de porciones (11F) de extremo libre, y dichas porciones (11F) de extremo libre a las que están conectados el primer y el segundo brazo (12A, 12B; 13A, 13B) de puente siendo dobladas por dicho segundo paso.
Description
DESCRIPCION
Estator para una maquina electrica
La presente descripcion se refiere a un estator para una maquina electrica y mas en particular, se refiere a un estator como se define en el preambulo de la reivindicación 1.
Es conocido construir estatores de maquinas electricas, tales como generadores o motores electricos, por ejemplo para aplicaciones en vehfculos electricos hfbridos (HEV), en los que el devanado del estator esta compuesto por una pluralidad de conductores de barra doblados e interconectados de forma variada entre si para para formar los llamados devanados de barra.
En particular, los devanados de barra son conocidos en la tecnica, que estan hechos de conductores de barra electricos que tienen un corte transversal rectangular, en el que por rectangular se entiende tanto el corte cuadrado como el corte "plano" por el que generalmente se entiende un corte de forma rectangular en el que dos lados del corte tienen un tamano mas pequeno que los otros dos.
Los conductores de barra que forman los devanados de barra de la tecnica anterior tfpicamente comprenden una pluralidad de los llamados conductores "basicos" y una pluralidad de los llamados conductores "especiales", como terminales de fase, puentes, conexiones neutras, centros de estrella, etc. Es decir, conductores necesarios para completar el devanado.
Los conductores basicos generalmente estan preformados por flexion en "U" o "P" a partir de conductores de barra rectilfneos. La patente US 7480987 describe un metodo de ejemplo para preformar conductores de barras basicos (en este documento llamado "conductores de horquilla").
Los conductores preformados en "U" o "P", tambien conocidos en el campo como "conductores preformados basicos", exhiben tfpicamente dos patas de lado a lado que tienen una longitud diferente, cada una con una porcion de extremo unida a traves de una porcion de conexion a la otra. Las dos patas y una porcion de extremo libre opuesta.
Por ejemplo, para construir un estator, se sabe que los conductores de barra preformados en "U" o "P" estan sujetos a dos tipos de torsion diferentes.
En un primer tipo de torsion, tambien llamado "torsion de lado de insercion", los conductores preformados basicos se insertan adecuadamente en cavidades especiales alineadas radialmente hechas en un dispositivo de torsion que es adecuado para deformar tales conductores despues de la insercion. El dispositivo de torsion sirve esencialmente para "extender" las patas en forma de "U" o "P" de modo que las dos patas de un mismo conductor, despues de haber retirado este ultimo del dispositivo de torsion, puedan insertarse en las ranuras de un nucleo de estator que estan radialmente desplazadas entre si por un paso predeterminado.
La solicitud de patente publicada con el numero US 2009/0178270 describe un ejemplo de un metodo de torsion en el lado de insercion para torcer los conductores de barra preformados con un paso uniforme despues de la insercion de los mismos en las cavidades de un dispositivo de torsion.
Despues de haber sido sometidos al primer tipo de torsion, los conductores de barra se insertan en las ranuras del nucleo de estator a traves de un primer lado del mismo (el llamado "lado de insercion" o "cara de insercion") con las respectivas porciones del extremo que sobresalen de un segundo lado del nucleo (el llamado "lado de soldadura" o "lado de conexion" o "cara de soldadura") opuesto al primer lado.
Las porciones de extremo libre que sobresalen en el lado de soldadura se someten luego a un segundo tipo de torsion, tambien llamado "torsion en el lado de soldadura", por ejemplo, despues de haber sido insertadas en cavidades hechas en un accesorio de torsion adecuado. El accesorio de torsion esta disenado para doblar ("retorcer") las porciones de extremo libre de los conductores para conformar adecuadamente dichas porciones de extremo y, por consiguiente, permitir realizar las conexiones electricas apropiadas entre los conductores para completar el devanado.
La solicitud de patente publicada US 2009/0302705 describe un metodo de torsion de ejemplo en el lado de soldadura del tipo explicado anteriormente. El metodo descrito en dicha solicitud de patente permite realizar una torsion desigual de las porciones de extremo libre de los conductores de barra a la vez.
En los estatores con devanado de barra de la tecnica anterior, las porciones de extremo libre de los conductores basicos que sobresalen del lado de soldadura normalmente definen una pluralidad de capas circulares de conductores concentricas entre si que comprenden una capa de extremo radialmente externa y una capa de extremo radialmente interna con respecto al eje del estator central.
Por diversas razones, en los estatores con devanados de barra de la tecnica anterior se siente la necesidad de limitar lo mas posible las dimensiones globales axiales de las partes del devanado de barra que sobresalen del lado de insercion y del lado de soldadura del nucleo de estator. Por ejemplo, en particular en el caso de aplicaciones en vehfculos con accionamiento electrico o hfbrido, la maquina electrica a la que pertenece el estator esta destinada a ser colocada en un espacio que normalmente es relativamente limitado. En particular, el estator suele estar destinado a estar asentado en un asiento cuyas dimensiones estan predeterminadas e impuestas por restricciones externas. Normalmente, solo los terminales de fase sobresalen fuera de tal asiento, de modo que se pueden realizar las conexiones apropiadas a una carga externa o a una fuente de alimentacion externa, de acuerdo con si la maquina electrica sirve como motor o como generador. Siendo iguales las dimensiones de dicho asiento, la tendencia actual es aumentar la extension axial del nucleo de estator tanto como sea posible para aumentar el rendimiento de la maquina electrica a la que pertenece el estator. Por lo tanto, el procedimiento es minimizar las dimensiones globales axiales de las partes del devanado de barra que sobresalen axialmente mas alla del nucleo de estator (con la excepcion de los terminales de fase que pueden sobresalir fuera de dicho asiento).
Un inconveniente encontrado en los estatores de la tecnica anterior se relaciona con el hecho de que, con el objetivo de tener un devanado de barra con dimensiones globales axiales reducidas, como se explico anteriormente, las posibilidades de construir las conexiones entre las porciones de extremo libre de los conductores de barra que sobresalen en el lado de soldadura son relativamente limitados. De hecho, las soluciones de la tecnica anterior que son adecuadas para mantener las dimensiones globales axiales del estator limitadas consisten esencialmente en soldar directamente entre si dos porciones de extremo libre dispuestas radialmente adyacentes con relacion al eje del estator y al conectarse entre si, a traves de conductores especiales tales como puentes o centros de estrella, dos o mas porciones de extremo libre de la capa de extremo radialmente externa (o de la capa de extremo radialmente interna) que estan espaciadas circunferencialmente entre si en una extension dada. El hecho de que las posibilidades de conexion entre los conductores de barra sean relativamente limitadas crea, por consiguiente, restricciones que hacen que la gestion de las conexiones en el lado de soldadura sea poco flexible y que, en general, hacen que el diseno del devanado de barra sea menos flexible y, por lo tanto, mas diffcil.
El documento US 2008079328 divulga varias realizaciónes en una maquina giratoria electrica AC con un estator en el que se devanan las bobinas de estator multifase. En particular, el documento US 2008079328 divulga bobinas que incluyen porciones de conductor de la misma capa y diferentes porciones de conductor de diferente capa. El documento FR 2841701 divulga un estator que puede ser hecho mas compacto gracias a una pieza de conexion. El objeto de la presente descripcion es proporcionar un estator para una maquina electrica que deberfa permitir, al menos en parte, obviar los inconvenientes explicados anteriormente con referencia a la tecnica anterior.
De acuerdo con un aspecto de la invencion, un objeto de la presente descripcion es proporcionar un estator con devanado de barra para una maquina electrica que permita gestionar las conexiones entre los conductores de devanado de una manera mas flexible en comparacion con los estatores de la tecnica anterior mientras se mantiene la compacidad axial de las partes de devanado que sobresalen axialmente mas alla del nucleo de estator.
Estos y otros objetos se logran mediante un estator como se define en la primera reivindicación adjunta en la forma mas general de la misma y en las reivindicaciones dependientes en algunas realizaciónes particulares.
Los objetos de la presente invencion tambien son una maquina electrica como se define en la reivindicación 8 y un vehfculo de accionamiento electrico o hfbrido como se define en la reivindicación 8 adjunta.
La invencion se entendera mejor a partir de la siguiente descripcion detallada de las realizaciónes de la misma, realizada a modo de ejemplo y, por lo tanto, de ninguna manera limitativa con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
- la figura 1 muestra una vista en perspectiva de un estator para una maquina electrica de acuerdo con una realización actualmente preferida;
- la figura 2 muestra una vista en perspectiva del estator de la figura 1, en la que en particular se puede ver el lado del estator opuesto al lado visible en la figura 1;
- la figura 3 muestra una vista en planta superior del estator de la figura 1, visto desde el lado de la figura 2;
- las figuras 4A-4B muestran vistas en perspectiva (la vista 4A en particular es una vista casi delantera) de una realización de un conductor de barra basico mostrado respectivamente en dos configuraciones diferentes;
- la figura 5 muestra una vista en perspectiva de una realización de un primer tipo de conductor especial en forma de puente o puente;
- la figura 6 muestra una vista en perspectiva de una realización adicional del primer tipo de puente de la figura 5;
- la figura 7 muestra una vista en perspectiva de una realización de un segundo tipo de conductor especial en forma de puente o puente;
- la figura 8 muestra una vista en perspectiva de una realización adicional del segundo tipo de puente de la figura 7; - la figura 9 muestra una vista en perspectiva de una realización de un tipo adicional de conductor especial, mas en particular un centro de estrella o un conductor de conexion neutral; y
- la figura 10 muestra una vista en perspectiva de una realización de un tipo adicional de conductor especial, mas en particular un terminal de fase.
En las figuras adjuntas, los elementos que son equivalentes o similares se indicaran con los mismos numeros de referencia.
Para los propositos de la presente descripcion, el conductor de barra "plano" o "cuadrado" indica un conductor de barra que tiene cuatro lados sustancialmente planos, cada uno conectado a lados adyacentes, tfpicamente por un borde redondeado.
Por lo tanto, las palabras "plano" o "cuadrado" o palabras equivalentes que se usan para describir el corte transversal de un conductor de barra se usan en un sentido general y no deben interpretarse para excluir el hecho de que dichos conductores de barra tienen bordes considerablemente redondeados que conectan con los lados sustancialmente planos. La expresion "conductor plano" debe considerarse que significa que el conductor tiene dos lados opuestos cuya distancia es mayor que la distancia entre los dos lados opuestos restantes. A los efectos de la presente descripcion, la expresion "conductor rectangular" debe considerarse como una generalizacion de un conductor plano y un conductor cuadrado, siendo el conductor cuadrado un caso especial de conductor rectangular, en el que los cuatro lados tienen las mismas dimensiones.
Con referencia inicial a las figuras 1-3, el numero de referencia 1 indica globalmente un estator de acuerdo con una realización actualmente preferida. En el ejemplo, no de forma limitativa, el estator 1 es un estator que tiene tres fases conectadas en estrella, ocho polos y una potencia nominal de 60 kW. Por ejemplo, el estator 1 es el estator de una maquina electrica como, por ejemplo, un motor electrico, por ejemplo, para un vehfculo de accionamiento electrico o hfbrido. Por ejemplo, un estator de acuerdo con la presente descripcion tambien se puede usar para dispositivos auxiliares en un vehfculo de accionamiento electrico o hfbrido, por ejemplo, para una bomba de agua o una bomba de aceite.
Esta claro que el estator 1 tambien se puede usar en una maquina electrica que se usa como generador o que se usa para realizar alternativamente tanto la funcion del motor como la funcion del generador. Las figuras adjuntas solo muestran el estator de dicha maquina electrica, ya que se considera que las partes restantes de una maquina electrica o en general de un vehfculo de accionamiento electrico o hfbrido son ampliamente conocidas por los expertos en la tecnica.
Por razones de simplicidad y para hacer la descripcion breve, un rotor no se describe en detalle en el presente documento, ya que se considera que un experto en la tecnica, que conoce bien la estructura de un rotor, puede prever la aplicacion de las ensenanzas de la presente descripcion a un rotor sin dificultades.
Siempre con referencia a las figuras 1-3, el estator 1 comprende un nucleo 2 de estator. Como puede verse en las figuras, de acuerdo con una realización, el nucleo 2 de estator comprende, de una manera conocida de por sf, un cuerpo laminar tubular principal con una forma generalmente cilfndrica, por ejemplo hecho de un material magnetico, que se extiende alrededor de un eje Z-Z del estator (en la figura 3, el eje Z-Z del estator es ortogonal al plano de la figura y esta esquematicamente indicada por una cruz). Preferiblemente, el eje Z-Z del estator coincide con el eje de simetrfa central del cuerpo principal del nucleo 2 de estator. El cuerpo principal del nucleo 2 de estator se extiende axialmente (eje Z-Z) entre una primera y una segunda cara 3, 4 opuestas entre sf, que se denominan respectivamente cara 3 de insercion y cara 4 de soldadura. Cabe senalar que a los efectos de la presente descripcion, los terminos "axial", "radial" y "circunferencial" deben entenderse como referidos al eje Z-Z del estator. Mas en particular, los terminos "radial" y "circunferencial" deben entenderse como una circunferencia virtual situada en un plano ortogonal al eje Z-Z del estator y que tiene el centro respectivo en el eje Z-Z del estator.
El cuerpo principal del nucleo 2 de estator comprende una matriz circular de ranuras 5 que se extienden entre las caras 3, 4 y que estan distribuidas alrededor del eje Z-Z del estator. En el ejemplo, el cuerpo principal del nucleo 2 de estator comprende, no de forma limitativa, setenta y dos ranuras 5 que se extienden axialmente en el grosor del cuerpo principal y que estan espaciadas uniformemente de manera angular alrededor del eje Z-Z del estator.
Como puede verse en las figuras, el estator 1 comprende un devanado de barra que esta indicado globalmente con el numero de referencia 10. De acuerdo con una realización, el devanado 10 comprende una pluralidad de conductores basicos 11 y una pluralidad de conductores especiales 12, 13, 14, 15, 16, 17 que estan interconectados entre sf para formar el devanado 10 de barra. Como es sabido, estos ultimos conductores 12-17 de barra
representan los llamados elementos o conductores "especiales", provistos para completar el devanado 10. Para este fin, se debe tener en cuenta que en la presente descripcion, la expresion "conductores basicos" solo se usa para identificar conductores que no son elementos especiales o conductores del tipo descrito anteriormente, es decir, que no se proporcionan especfficamente para la finalizacion funcional del devanado.
De acuerdo con una realización, dichos conductores 11-17 de barra son conductores de cobre y son conductores rectangulares, y mas preferiblemente conductores planos, ya que exhiben un par de caras opuestas que estan alejadas entre si mas que las dos caras opuestas restantes.
De acuerdo con una realización, el devanado 10 comprende dos conjuntos 10A, 10B de devanados concentricos que estan interconectados entre si. Como puede verse en la figura 1, en el ejemplo, los conjuntos 10A, 10B de devanados tienen una forma esencialmente circular y cada uno comprende una pluralidad de conductores basicos 11. Sin embargo, debe observarse que, en general, el devanado 10 puede comprender un numero de conjuntos de devanados concentricos distinto de dos, por ejemplo, un numero de conjuntos de devanado que es mayor o menor que dos de acuerdo con las especificaciones tecnicas requeridas para el devanado 10.
De acuerdo con una realización, los conductores especiales comprenden una pluralidad de conductores en forma de puente 12, 13, 14, 15, o puentes 12, 13, 14, 15, una pluralidad de terminales 17 de fase y una conexion neutral 16, o centro 16 de estrella. Sin embargo, esta claro que el numero y el tipo de conductores especiales usados, asf como el numero de conductores basicos, pueden variar en general de acuerdo con el devanado especffico que se realizara. Las figuras 4A y 4B muestran una realización de un conductor basico 11, respectivamente, en dos configuraciones diferentes. En particular, en la figura 4A, el conductor basico 11 se muestra en la configuracion respectiva sustancialmente preformada como una "P". En esta configuracion, el conductor 11 tambien suele denominarse "conductor preformado basico". En la figura 4B, el conductor basico 11 se muestra en la configuracion esencialmente final del mismo en el estator 1 (es decir, la configuracion tomada en las figuras 1-3), despues de haber sido sometido, por ejemplo, a una torsion en el lado de insercion y a una torsion en el lado de soldadura. Como puede verse en las figuras 4A, 4B, cada uno de los conductores basicos 11 comprende dos patas 11A, 11B de conductor basico y una porcion 11C de conexion de conductor basico (en el campo tambien llamada "porcion principal") entre las patas 11A, 11B. Cada pata 11A, 11B tiene una porcion de extremo conectada a la porcion 11C de conexion y una porcion 11F de extremo libre opuesta.
A este respecto, con referencia a la figura 10, puede verse que tal figura muestra una realización de un terminal 17 de fase en su configuracion esencialmente final en el estator 1 (es decir, la configuracion tomada en las figuras 1-3 en el ejemplo). En particular, puede observarse que tambien el terminal 17 de fase comprende una primera y una segunda pata 17A, 17B de terminal y una porcion 17C de conexion de terminal entre dichas patas 17A, 17B. Mas en particular, la pata 17A de terminal, es decir, la pata de terminal mas larga de los brazos 17A, 17B, exhibe una porcion de extremo conectada a la porcion 17C de conexion de terminal y una porcion 17F de extremo de terminal libre opuesta. La configuracion esencialmente final del terminal 17 de fase que se muestra en la figura 10 se obtiene en el ejemplo a partir de una configuracion inicial de dicho terminal similar a la del conductor basico 11 que se muestra en la figura 4A, pero en el que la diferencia de longitud entre las patas 17A, 17B es considerablemente mayor en comparacion con la diferencia de longitud entre las patas 11A, 11B del conductor basico preformado 11 de la figura 4A. La configuracion de la figura 10 se puede obtener, por ejemplo, sometiendo el terminal 17 a una torsion en el lado de insercion y a una torsion en el lado de soldadura a partir de la configuracion inicial respectiva mencionada anteriormente.
Con referencia a la figura 2, se puede ver que los conductores basicos 11 se insertan en las ranuras 5 del estator con las porciones 11F de extremo libre que sobresalen de la cara 4 de soldadura. Las porciones 11F de extremo definen una pluralidad de capas L1, L2, L3, L4 de conductor circular concentricas entre si. Tales capas L1, L2, L3, L4 de conductor, en el ejemplo cuatro capas L1, L2, L3, L4, comprenden una capa L1 de extremo circular radialmente externa y una capa L4 de extremo circular radialmente interna.
De acuerdo con una realización, las capas L1-L4 de conductor anteriores comprenden, en una secuencia y partiendo de la capa L1 de extremo radialmente externa hasta la capa L4 de extremo radialmente interna, una primera L1, una segunda L2, una tercera L3 y una cuarta L4 capa de conductor circular.
De acuerdo con una realización, las capas L1-L4 de conductor incluyen un primer conjunto de porciones 11F de extremo libre dobladas por un primer paso y un segundo conjunto 11F de porciones de extremo libre dobladas por un segundo paso que difiere del primer paso. De acuerdo con una realización, cada una de las capas L1, L2, L3, L4 comprende porciones 11F de extremo libre dobladas por el primer paso y porciones 11F de extremo dobladas por el segundo paso.
En las figuras 2 y 3, para hacer una distincion entre las porciones 11F de extremo libre dobladas por el primer paso y las dobladas por el segundo paso, las porciones 11F de extremo libre dobladas por el primer paso estan marcadas con "X" en las respectivas superficies de extremo rectangulares. Ademas, debe senalarse que para los fines de la presente descripcion, las expresiones "dobladas por un primer paso" y "dobladas por un segundo paso" referidas a
las porciones 11F de extremo libre deben entenderse en el sentido de que dichas porciones de extremo se doblan para extenderse en la direccion circunferencial por un numero predeterminado de ranuras o por un angulo predeterminado alrededor del eje Z-Z del estator. En el presente ejemplo, pero sin introducir ninguna limitacion, las porciones 11F de extremo de dicho primer conjunto (es decir, las porciones dobladas por el primer paso y marcadas con "X" en las figuras 2 y 3) se extienden en un angulo de 20° alrededor del eje Z-Z del estator, en particular correspondiente a una extension a lo largo de cuatro ranuras 5 del estator consecutivas entre si. Las porciones 11F de extremo de dicho segundo conjunto (es decir, aquellas dobladas por el segundo paso y no marcadas con "X"), por otro lado, se extienden en un angulo de 22,5° alrededor del eje Z-Z del estator, en particular correspondiente a una extension a lo largo de cuatro ranuras y media del estator. En otras palabras, en el ejemplo, las porciones 11F de extremo libre del primer conjunto se doblan en un primer paso, mientras que las porciones 11F de extremo libre del segundo conjunto se doblan en un segundo paso que es mayor que el primer paso. De acuerdo con una realización preferida, las porciones 11F de extremo pueden doblarse en el primer paso y en el segundo paso a traves de un accesorio de torsion y/o un metodo de torsion como se describe en el numero de solicitud de patente PCT/IT 2011/000004 que actualmente esta bajo secreto.
De acuerdo con una realización, las porciones 11F de extremo libre de dos capas adyacentes L1-L4 se doblan circunferencialmente en direcciones opuestas. En particular, en el ejemplo, las porciones 11F de extremo de las capas L1 y L3 se doblan en una direccion dada alrededor del eje Z-Z del estator, mientras que las porciones 11F de extremo de las capas L2 y L4 se doblan alrededor del eje del estator en una direccion opuesta con respecto a dicha direccion dada. Como se sabe, las porciones 11F de extremo libre se doblan circunferencialmente de manera que las partes 11G de extremo de las porciones 11F de extremo libre pueden disponerse en posiciones predeterminadas alrededor del eje Z-Z del estator para realizar las conexiones electricas apropiadas entre los conductores del devanado 10.
De acuerdo con una realización preferida, los conductores especiales 12-17 comprenden una pluralidad de puentes de un primer tipo 12, 13 y una pluralidad de puentes de un segundo tipo 14, 15. Sin embargo, debe observarse que de acuerdo con una realización adicional menos preferida (no mostrada en las figuras), los puentes del segundo tipo 14, 15 tambien pueden no ser provistos.
Como se sabe, los puentes generalmente son elementos en forma de puente o conductores en forma de puente que se usan tfpicamente para conectar dos conductores de barra basicos del devanado de barra entre si para obtener conexiones electricas, por ejemplo, entre polos, fases, conjuntos de devanado, etc. En particular, como puede verse en las figuras adjuntas, cada puente del primer tipo 12, 13 y cada puente del segundo tipo 14, 15 conectan entre si dos porciones 11F de extremo libre, y mas preferiblemente dos de dichas partes 11g de extremo, que estan desplazados radialmente entre si y que, respectivamente, pertenecen a dos conductores basicos separados 11. La principal diferencia entre los puentes del primer y segundo tipo radica en que cada puente del primer tipo 12, 13 conecta entre si dos porciones 11F de extremo libre que pertenecen a dos de las capas L1-L4 que estan separadas entre si, mientras que cada puente del segundo tipo 14, 15 conecta entre si dos porciones 11F de extremo libre que pertenecen a una misma capa de las capas L1-L4 de conductor. Como puede verse, por ejemplo, en las figuras 2 y 3, de acuerdo con una realización, los puentes del primer tipo 12, 13 son generalmente mas pequenos que los puentes del segundo tipo 14, 15. Por esta razon, los puentes del primer tipo tambien se denominan "minipuentes".
Con referencia a las figuras 5 y 6, cada puente del primer tipo 12, 13 comprende un primer brazo 12A, 13A de puente, un segundo brazo 12B, 13B de puente y una porcion 12C, 13C de union de puente entre los respectivos brazos 12A, 12B y 13A, 13B de puente.
De acuerdo con una realización, los puentes del primer tipo pueden comprender una pluralidad de puentes que tienen formas diferentes entre si. En particular, como puede verse en las figuras, en el ejemplo, los puentes 12 difieren de los puentes 13 esencialmente en la forma de los respectivos brazos.
De acuerdo con una realización preferida, cada puente del primer tipo 12, 13 tiene el primer brazo 12A, 13A de puente conectado a una porcion 11F de extremo libre que pertenece a una entre la segunda y la tercera capa L2, L3 y tiene el segundo brazo 12B, 13B de puente conectado a una porcion 11F de extremo libre que pertenece a la otra entre la segunda y la tercera capa L2, L3. Como puede verse en las figuras 2 y 3, en el ejemplo, el primer y el segundo brazo 12A, 13A y 12B, 13B de puente de cada puente 12, 13 estan conectados respectivamente a una porcion 11F de extremo libre de la tercera capa L3 y a una porcion 11F de extremo libre de la segunda capa L2. Mas en particular, como se puede ver, por ejemplo, en las figuras 2 y 3, cada puente del primer tipo 12, 13 tiene el primer brazo 12A, 13A de puente y el segundo brazo 12B, 13B de puente que se extienden cada uno en un pasaje respectivo definido en dichas capas L1-L4 de conductor para conectar a las respectivas porciones 11F de extremo libre. Como se puede ver, por ejemplo, en la figura 3, cada uno de estos pasajes se extiende en direccion radial o sustancialmente radial entre las capas L1-L4 de conductor. Ademas, la porcion 12C, 13C de union de puente de cada puente 12, 13 se extiende radialmente hacia el exterior con respecto a la capa L1 de extremo radialmente externa para pasar sobre un grupo de porciones 11F de extremo libre. Como puede verse, por ejemplo, en la figura 3, de acuerdo con una realización, el primer brazo 12A, 13A de puente y el segundo brazo 12B, 13B de puente de cada puente 12, 13 tienen una direccion de extension principalmente radial o esencialmente radial. Mas en general, puede ser suficiente que al menos uno entre el primer brazo 12A, 13A de puente y el segundo brazo 12B, 13B de
puente de cada puente 12, 13 tenga una direccion de extension principalmente radial o esencialmente radial para pasar a traves de una o mas de las capas L1-L4. Ademas, las porciones 12C, 13C de union de cada puente 12, 13 tienen preferiblemente una direccion de extension principalmente circunferencial o esencialmente circunferencial. Como puede verse en las figuras 2 y 3, de acuerdo con una realización preferida, cada puente 12, 13 esta dispuesto para girar alrededor de un grupo de porciones 11F de extremo libre que se doblan por dicho primer paso y que estan dispuestas consecutivamente y circunferencialmente adyacentes a otro. Ademas, cada par de brazos 12A, 12B y 13A, 13B de puente de cada puente 12, 13 esta conectado a un par respectivo de porciones 11F de extremo libre que se doblan por dicho segundo paso.
De acuerdo con una realización preferida, ademas de girar alrededor de dicho grupo de porciones de extremo dobladas por el primer paso, cada puente 12 tambien gira alrededor de una porcion 17F de extremo de terminal de fase que sobresale de la cara 4 de soldadura del estator cuando el terminal 17 de fase se inserta en las ranuras 5 del estator. En ese caso, al menos uno entre los brazos 12A, 12B de puente exhibe preferiblemente una porcion 12F de extremo de brazo de puente (figura 5) que se dobla para pasar alrededor de la porcion 17F de extremo del terminal 17 de fase y para conectarse a la porcion 11F de extremo libre respectiva.
Debe observarse que en el ejemplo, cada una de las capas L1-L4 de conductor comprende al menos un grupo de porciones 11F de extremo libre que se doblan por el primer paso y que estan dispuestas consecutivamente y circunferencialmente adyacentes entre si (uno de estos grupos consiste, por ejemplo, en dos porciones 11F de extremo libre circunferencialmente adyacentes). Sin embargo, de acuerdo con una realización, es suficiente que al menos una de las capas L1-L4 comprenda un grupo de porciones 11F de extremo libre dobladas por el primer paso y que esten dispuestas consecutivamente y circunferencialmente adyacentes entre si. En este ultimo caso, dicho grupo de porciones de extremo pertenece preferiblemente a la capa L1 de extremo radialmente externa.
Ademas, debe observarse que mientras en el ejemplo cada puente 12, 13 esta dispuesto de modo que gire alrededor de un grupo de porciones 11F de extremo libre, en general es suficiente que cada puente 12, 13 pase alrededor de al menos una de las porciones 11F de extremo libre que pertenecen a la capa L1 de extremo radialmente externa.
Ademas, debe observarse que de acuerdo con realizaciónes adicionales, los brazos 12A, 12B y 13A, 13B de puente pueden conectar porciones 11F de extremo libre que pertenecen a capas de conductor que difieren de las capas L2, L3 como se describio anteriormente. Por ejemplo, los brazos de cada puente 12, 13 pueden conectar porciones 11F de extremo libre de la primera y la cuarta capa L1, L4 o de la primera y la tercera capa L1, L3. Por lo tanto, en general, no es estrictamente necesario que ambos brazos 12A, 12b y 13A, 13B de puente de cada puente 12, 13 se extiendan en un pasaje respectivo definido en las capas L1-L4. En otras palabras, en general es suficiente que al menos uno entre los brazos 12A, 12B y 13A, 13B de puente de cada puente 12, 13 se extienda en un pasaje respectivo definido en las capas L1-L4 para conectarse a la porcion 11F de extremo libre respectiva.
Con referencia ahora a las figuras 7 y 8, tales figuras muestran dos realizaciónes de puentes del segundo tipo 14, 15 anterior. En particular, de acuerdo con una realización, los puentes del segundo tipo 14, 15 comprenden cada uno dos brazos de puente, respectivamente 14A, 14B y 15A, 15B, y una porcion 14C, 15C de conexion de puente entre los respectivos brazos de puente. En el ejemplo, los puentes del segundo tipo 14, 15 tienen formas que difieren entre si. En particular, como puede verse en las figuras 7 y 8, en el ejemplo, los puentes 14 difieren de los puentes 15 esencialmente en la forma de los respectivos brazos de puente.
Volviendo a las figuras 2 y 3, puede verse que los puentes del segundo tipo 14, 15 estan dispuestos en un lado del devanado 10 de barra que es radialmente opuesto al de los puentes del primer tipo 12, 13. En otras palabras, en el presente ejemplo los puentes 12, 13 estan dispuestos radialmente externos, mientras que los puentes 14, 15 estan dispuestos radialmente internos con relacion a los puentes 12, 13. Sin embargo, de acuerdo con una realización, las posiciones de los puentes 12, 13 y de los puentes 14, 15 tambien pueden invertirse en comparacion con las que se muestran en las figuras. En otras palabras, los puentes 12, 13 pueden estar dispuestos radialmente internos y los puentes 14, 15 pueden estar dispuestos radialmente externos en relacion con los puentes 12, 13. En ese caso, esta claro que los puentes 12, 13 estaran dispuestos de modo que giren al menos una porcion 11F de extremo libre de la capa de extremo radialmente interna L4 en lugar de girar alrededor de al menos una porcion de extremo libre 11F de la capa L1 de extremo radialmente externa como se describe anteriormente.
De acuerdo con una realización, cada puente del segundo tipo 14, 15 tiene los respectivos brazos 14A, 14B y 15A, 15B que estan conectados respectivamente a dos porciones de extremo libre de la capa L4 de extremo radialmente interna. En particular, de acuerdo con una realización, los puentes 14, 15 conectan las porciones 11F de extremo libre dobladas por dicho primer paso entre si. En el ejemplo, las porciones 14C, 15C de conexion de puente se extienden radialmente hacia el interior con respecto a la capa L4 de extremo radialmente interna. En particular, como puede verse en las figuras 2 y 3, de acuerdo con una realización, los puentes 14 y 15 estan dispuestos cruzados entre si. En particular, los puentes 15 estan dispuestos de manera que tengan un brazo de puente respectivo que esta interpuesto entre la porcion 14C de conexion de puente del puente 14 y la capa L4 de extremo radialmente interna para conectarse a la porcion 11F de extremo libre respectiva. Ademas, las porciones 14C, 15C de conexion
de los puentes 14, 15 preferiblemente se solapan parcialmente entre si. De acuerdo con una realización preferida, para permitir una disposicion cruzada de los puentes 14, 15, los puentes 15 comprenden al menos un brazo de puente que tiene una forma esencialmente de "L" que se extiende en un plano del conjunto de planos que pasan por el estator eje Z-Z.
Basandose en la descripcion anterior, por lo tanto, es posible entender como un estator para una maquina electrica de acuerdo con la presente invencion permite lograr los objetivos mencionados anteriormente.
De hecho, gracias al hecho de proporcionar al menos un puente de un primer tipo que exhibe dos brazos de puente conectados a las porciones de extremo libre de dos capas de conductor circulares separadas entre si, donde tal puente pasa alrededor de al menos una porcion de extremo libre de la capa de extremo radialmente externa (o pasa alrededor de al menos una porcion de extremo libre de la capa de extremo radialmente interna) y tiene al menos un brazo que se extiende en un pasaje definido en las capas de conductor, es posible hacer conexiones entre las porciones de extremo libre pertenecientes a capas de conductor separadas sin que dicho puente sobresalga axialmente mas alla de las porciones de extremo libre de los conductores basicos. De este modo, por lo tanto, es posible hacer que el diseno y la gestion de las conexiones del devanado de barra sean mas flexibles al tiempo que se mantiene la compacidad axial de las partes del devanado de barra que sobresalen axialmente del nucleo de estator.
Entendiendose el principio de la invencion, los detalles de fabricacion y las realizaciónes pueden variar ampliamente en comparacion con lo que se describe e ilustra solo a modo de ejemplo no limitativo, sin apartarse del alcance de la invencion como se define en las reivindicaciones adjuntas.
Claims (8)
1. - Estator (1) para una maquina electrica que comprende:
- un nucleo de estator que tiene una primera y una segunda cara opuestas entre si (3, 4) y una matriz circular de ranuras (5) del estator que se extiende entre dichas caras (3, 4) y se distribuye alrededor de un eje (Z-Z) del estator; y
- un devanado (10) de barra que comprende una pluralidad de conductores basicos (11) y una pluralidad de conductores especiales (12, 13, 14, 15, 16, 17) interconectados entre si para formar el devanado (10) de barra; en el que cada conductor basico (11) comprende dos patas (11A, 11B) de conductor basico y una porcion (11C) de conexion de conductor basico entre dichas patas (11A, 11 b ), cada pata (11A, 11B) de conductor basico tiene una porcion de extremo conectada a la porcion (11C) de conexion de conductor basico y una porcion (11F) de extremo libre opuesta,
en el que los conductores basicos (11) se insertan en las ranuras (5) del estator con las porciones (11F) de extremo libre que sobresalen de dicha segunda cara (4), las porciones (11F) de extremo libre definiendo una pluralidad de capas (L1, L2, L3, L4) de conductor circulares concentricas entre si que comprenden una capa (L1) de extremo circular radialmente externa y una capa (L4) de extremo circular radialmente interna, y
en el que los conductores especiales (12, 13, 14, 15, 16, 17) comprenden un puente (12; 13) de un primer tipo que tiene un primer y un segundo brazo (12A, 12B; 13A, 13B) de puente conectados respectivamente a dos de dichas porciones (11F) de extremo libre, y una porcion (12C; 13C) de union de puente entre dichos brazos (12A, 12B; 13A, 13B) de puente;
en el que la porcion (12C; 13C) de union de puente se extiende radialmente hacia el exterior con respecto a dicha capa de extremo radialmente externa (L1), o radialmente hacia el interior con respecto a dicha capa (L4) de extremo radialmente interna, para pasar alrededor de al menos una de las porciones (11F) de extremo libre respectivamente de la capa (L1) de extremo radialmente externa o de la capa (L4) de extremo radialmente interna;
dicho estator (1) estando caracterizado porque el puente de dicho primer tipo (12; 13) esta dispuesta de modo que: - las dos porciones (11F) de extremo libre a las que estan conectados el primer y segundo brazo (12A, 12B; 13A, 13B) de puente pertenecen respectivamente a dos de dichas capas (L1, L2, L3, l4) de conductor separadas una de otra; y
- al menos uno entre el primer y el segundo brazo (12A, 12B; 13A, 13B) de puente se extiende en un pasaje respectivo definido en dichas capas (L1, L2, L3, L4) de conductor para conectarse a la porcion (11F) de extremo libre respectiva;
en el que dichas capas (L1, L2, L3, L4) de conductor incluyen un primer conjunto de porciones (11F) de extremo libre dobladas circunferencialmente por un primer paso y un segundo conjunto de porciones (11F) de extremo libre dobladas circunferencialmente por un segundo paso que difiere del primer paso, y en el que al menos una de dichas capas (L1, L2, L3, L4) de conductor comprende un grupo de porciones (11F) de extremo libre dobladas por dicho primer paso que estan dispuestas consecutivamente y circunferencialmente adyacentes entre si; el puente de dicho primer tipo (12; 13) girando alrededor de dicho grupo de porciones (11F) de extremo libre, y dichas porciones (11F) de extremo libre a las que estan conectados el primer y el segundo brazo (12A, 12B; 13A, 13B) de puente siendo dobladas por dicho segundo paso.
2. - Estator (1) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que tambien el otro entre el primer y el segundo brazo (12A, 12B; 13A, 13B) de puente se extiende en un pasaje respectivo definido en dichas capas (L1, L2, L3, L4) de conductor para conectar a la respectiva porcion (11F) de extremo libre.
3. - Estator (1) de acuerdo con la reivindicación 2, en el que dichas capas (L1, L2, L3, L4) de conductor comprenden, consecutivamente y partiendo de dicha capa (L1) de extremo radialmente externa hasta dicha capa (L4) de extremo radialmente interna, una primera (L1), una segunda (L2), una tercera (L3) y una cuarta (L4) capa de conductor circular, y en la que la porcion (11F) de extremo libre a la que esta conectado el primer brazo (12A; 13A) de puente pertenece a una entre dichas la segunda y tercera capa (L2, L3) y la porcion (11F) de extremo libre a la que esta conectado el segundo brazo (12B, 13B) de puente pertenece a la otra entre dicha segunda y tercera capa (L2, L3).
4. - Estator (1) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que los conductores especiales (12, 13, 14, 15, 16, 17) comprenden ademas un terminal (17) de fase insertado en dichas ranuras (5) del estator y que tiene una porcion (17F) de extremo de terminal de fase que sobresale de la segunda cara (4) del estator, el puente del primer tipo (12; 13) tambien girando alrededor de la porcion (17F) de extremo de terminal de fase, y al menos uno entre el primer y el segundo brazo (12A, 12B; 13A, 13B) de puente teniendo una porcion (12F) de extremo de brazo de puente
respectiva que se dobla para pasar alrededor de dicha porcion (17F) de extremo de terminal de fase y para conectar a la porcion (11F) de extremo libre respectiva.
5. - Estator (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una pluralidad de puentes de dicho primer tipo (12; 13).
6. - Estator (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los conductores especiales (12, 13, 14, 15, 16, 17) comprenden una pluralidad de puentes de un segundo tipo (14; 15) que estan dispuestos en un lado del devanado (10) de barra que es radialmente opuesto al del puente del primer tipo (12; 13),
en el que cada puente del segundo tipo (14; 15) tiene dos brazos (14A, 14B; 15A, 15B) de puente y una porcion (14C; 15C) de conexion de puente entre dichos brazos (14A, 14B; 15A, 15B) de puente, los dos brazos (14A, 14B; 15A, 15B) de puente de cada puente del segundo tipo (14; 15 ) estando conectados respectivamente a dos de dichas porciones (11F) de extremo libre que pertenecen a una misma capa de dicha pluralidad de capas (L1, L2, L3, L4), y en el que los puentes del segundo tipo (14; 15) de dicha pluralidad estan dispuestos cruzados entre si.
7. - Maquina electrica que comprende un estator (1) como se define en cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
8. - Vehfculo de accionamiento electrico o hfbrido que comprende un estator (1) como se define en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores o una maquina electrica como se define en la reivindicacion 7.
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