ES2939280T3

ES2939280T3 - Disposición de bobinado

Info

Publication number: ES2939280T3
Application number: ES15812889T
Authority: ES
Inventors: Jamie Bell; Samuel Broadbridge
Original assignee: Protean Electric Ltd
Current assignee: Protean Electric Ltd
Priority date: 2014-12-12
Filing date: 2015-12-04
Publication date: 2023-04-20
Anticipated expiration: 2035-12-04
Also published as: GB2533154B; EP3231064A2; WO2016092437A2; US20170353063A1; PL3231064T3; CN105703511B; CN105703511A; US11139703B2; KR102511283B1; KR20170094261A; WO2016092437A3; GB2533154A; EP3231064B1; JP2017538389A

Abstract

Una disposición para montar un devanado de bobina en un diente de estator, la disposición que comprende un elemento de montaje que tiene un primer brazo de montaje para recibir un primer diente de estator y un segundo brazo de montaje para recibir un segundo diente de estator, donde el primer brazo de montaje es móvil con respecto a el segundo brazo de montaje entre una primera posición y una segunda posición; medios para montar un conductor eléctrico en el primer diente del estator y el segundo diente del estator cuando el primer brazo de montaje está en la primera posición con respecto al segundo brazo de montaje para formar un devanado de bobina en el primer diente del estator y el segundo diente del estator; (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Disposición de bobinado

La presente invención se refiere a una disposición de bobinado, en particular, a una disposición para enrollar una bobina en un diente del estator.

Los estatores son bien conocidos como la parte estacionaria de un motor eléctrico o generador eléctrico alrededor de la cual gira un rotor. Los estatores generalmente comprenden un componente magnético y otros componentes estructurales. Los motores eléctricos funcionan según el principio de que un cable que lleva corriente experimentará una fuerza en presencia de un campo magnético. Por lo general, un rotor, que lleva un conjunto de imanes permanentes, se dispone para rotar alrededor de un conjunto de bobinas montadas en un estator que se disponen para transportar una corriente eléctrica, lo que hace que el rotor gire alrededor del estator y genere movimiento. Se apreciará que también es posible que el rotor lleve un conjunto de bobinas y el estator lleve un conjunto de imanes permanentes.

En la Figura 1 se muestra un ejemplo de un estator, que se dispone para montarse dentro de un rotor. La Figura 1 muestra el hierro posterior de un estator formado por una pieza única de material, por ejemplo de PM (polvo de metal) o, más comúnmente, formado por varias láminas idénticas. Las protuberancias 100 del soporte circular 150 (también conocido como hierro posterior o anillo posterior) se conocen como "dientes" y se usan para recibir una pluralidad de bobinados. Para aumentar el rendimiento de un motor, es conveniente optimizar la sección transversal total de los bobinados, lo que tendría el efecto de reducir la resistencia, reduciendo de esta manera la generación de calor. Además, con los bobinados más cerca, esto tendría el efecto de mejorar la conductividad térmica, lo que tendría el efecto de aumentar la eficiencia del motor con un rendimiento continuo mejorado.

Sin embargo, con una disposición como la que se muestra en la Figura 1, donde todo el estator está formado por una pieza única sólida, se apreciará que hay una cantidad limitada de espacio para enrollar físicamente las bobinas de cable alrededor de los dientes. Por lo tanto, es común en tales disposiciones que haya espacios entre las bobinas de los dientes adyacentes, lo que es ineficaz ya que, de cualquier otra manera, este espacio podría llenarse con bobinas de cable para aumentar la sección transversal total de los bobinados.

Además, las formas tradicionales de proporcionar aislamiento de bobina entre un estator y los bobinados pueden dar como resultado una conductividad térmica deficiente, lo que puede limitar el rendimiento de un motor eléctrico.

Además, los estatores grandes de una pieza única normalmente requieren una máquina de enrollado compleja y un proceso de enrollado complejo para realizar los bobinados requeridos.

Una solución a este problema se ha el desarrollo de dientes del estator montables, que se montan en el hierro posterior del estator después de que se hayan formado bobinados alrededor de los respectivos dientes del estator, por ejemplo, como se describe en los documentos GB 2477520 y GB 2507072.

Sin embargo, para un motor eléctrico multifásico, el motor eléctrico multifásico normalmente incluye conjuntos de bobinas múltiples, donde cada conjunto de bobinas se dispone para generar un campo magnético asociado con una de las tres fases de una tensión alterna, donde aumenta el número de polos magnéticos formados dentro de un motor eléctrico, cada conjunto de bobinas normalmente tendrá varios subconjuntos de bobinas para producir un campo magnético giratorio.

A modo de ilustración, la Figura 2 muestra un motor eléctrico trifásico típico 10 que tiene tres conjuntos de bobinas 14, 16, 18. Cada conjunto de bobinas consta de tres subconjuntos de bobinas que se conectan en serie, donde para un conjunto de bobinas dado, el campo magnético generado por los respectivos subconjuntos de bobinas tendrá una fase común.

Los tres conjuntos de bobinas de un motor eléctrico trifásico se configuran típicamente en una configuración delta o de estrella.

Sin embargo, en una configuración, los subconjuntos de bobinas que forman cada conjunto de bobinas pueden ubicarse adyacentes entre sí, por ejemplo, para un motor eléctrico que tiene una pluralidad de submotores. En esta configuración, preferentemente los bobinados que forman los subconjuntos de bobinas se enrollan alternativamente de manera que cada bobina produce un campo magnético que es antiparalelo con su bobina o bobinas adyacentes para una dirección dada del flujo de corriente. A medida que los imanes del rotor del motor recorren los extremos de las bobinas, se puede utilizar la conmutación adecuada de las corrientes en las bobinas para crear las fuerzas deseadas para proporcionar un impulso al rotor.

Sin embargo, en esta configuración, para simplificar el proceso de fabricación, es conveniente que cada diente del estator se enrolle uno independientemente del otro, lo que puede ser problemático ya que se necesita usar un solo cable conductor para formar los respectivos subconjuntos de bobina.

El documento US2003/030345 describe una disposición de montaje y bobinado que tiene una porción de sujeción del núcleo para enrollar bobinas en piezas de núcleo, donde las piezas de núcleo se transfieren a una plantilla de montaje para montar en un núcleo de estator.

El documento EP 1729398 describe un método para rotar bobinas de estator y máquinas eléctricas.

De acuerdo con un aspecto de la presente invención, se proporciona una disposición y un método de acuerdo con las reivindicaciones adjuntas.

La presente invención proporciona la ventaja de permitir que una pluralidad de dientes del estator se coloquen en una primera posición para permitir que se maximice el área de sección transversal de los bobinados montados en la pluralidad de dientes del estator, mientras permite que la pluralidad de dientes del estator se coloque en una segunda posición después de que los bobinados hayan sido montados en la pluralidad de dientes del estator para facilitar el montaje de la pluralidad de dientes del estator en un hierro posterior del estator.

Como los dientes del estator están separados del hierro posterior del estator, estos se pueden enrollar previamente con bobinados antes de montar los dientes del estator en el hierro posterior del estator, con la ventaja de que enrollar las bobinas en los dientes es más fácil que si los dientes son parte integral del soporte del estator. Por ejemplo, el relleno de la ranura (es decir, la cantidad de cable de cobre que llena las ranuras entre los dientes del estator) para los diseños de motores eléctricos convencionales será del orden del 37 %. Sin embargo, al permitir que el bobinado de las bobinas se aplique a un diente del estator sin las restricciones de espacio impuestas cuando el estator se forma como una pieza única con dientes integrales, el relleno de la ranura se puede aumentar hasta aproximadamente un

54 % o más. Sin embargo, antes de que los dientes del estator se monten en el hierro posterior del estator, los dientes del estator se colocan en una configuración correspondiente a cuando se montan en el hierro posterior del estator, lo que simplifica el proceso de montaje de los dientes del estator en el hierro posterior del estator.

La presente invención se describirá ahora, a manera de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La Figura 1 ilustra un estator de la técnica anterior;

La Figura 2 ilustra un motor eléctrico trifásico de la técnica anterior que tiene una pluralidad de subconjuntos de bobinas;

La Figura 3 ilustra un diente del estator de acuerdo con una modalidad de la presente invención;

La Figura 4 ilustra un hierro posterior del estator de acuerdo con una modalidad de la presente invención;

La Figura 5 ilustra un diente del estator montado en un hierro posterior de estator de acuerdo con una modalidad de la presente invención;

La Figura 6 ilustra un diente del estator de acuerdo con una modalidad de la presente invención;

La Figura 7 muestra esquemáticamente una disposición de ejemplo de bobinas que forman un subconjunto de bobinas de acuerdo con una modalidad de la presente invención;

La Figura 8 muestra esquemáticamente las bobinas del estator en relación con los imanes del rotor;

La Figura 9 ilustra una disposición de montaje de acuerdo con una modalidad de la presente invención;

La Figura 10 ilustra un segmento de montaje de diente de acuerdo con una modalidad de la presente invención;

La Figura 11 ilustra una disposición de montaje de acuerdo con una modalidad de la presente invención; La Figura 12 ilustra una disposición de montaje de acuerdo con una modalidad de la presente invención; La Figura 13 ilustra una disposición de montaje de acuerdo con una modalidad de la presente invención; La Figura 14 ilustra una disposición de montaje de acuerdo con una modalidad de la presente invención. La modalidad de la invención descrita es una disposición para colocar un bobinado en un diente del estator. Una vez que se ha colocado un bobinado sobre un diente del estator, el diente del estator se dispone para montarse en un hierro posterior del estator para formar un estator. El estator forma parte de un motor o generador eléctrico, donde preferentemente el motor eléctrico se usa en una rueda de un vehículo. Sin embargo, el motor eléctrico se puede utilizar para cualquier propósito. El motor es del tipo donde el estator está rodeado radialmente por un rotor que lleva un conjunto de imanes para sujetarlo a una rueda. La definición de motor eléctrico pretende incluir el generador eléctrico. Además, la disposición del rotor se aplica para montar centralmente el rotor dentro de bobinas circundantes radialmente.

Con fines de ilustración, la Figura 3 ilustra una modalidad de un diente 300 del estator adecuado para montar en una protuberancia formada en un hierro posterior del estator después de que los bobinados se hayan enrollado en el diente del estator.

La Figura 4 proporciona una ilustración de una modalidad de un hierro posterior200 del estator que tiene una pluralidad de protuberancias 210 distribuidas alrededor de la circunferencia exterior del hierro posterior 200 del estator que actúan como elementos de acoplamiento dispuestos para recibir un diente 300 del estator. La pluralidad de protuberancias 210 se extienden radialmente hacia afuera alejándose de la superficie exterior del hierro posterior 200 del estator. Sin embargo, en una configuración de motor eléctrico diferente, la pluralidad de protuberancias 210 puede extenderse hacia dentro desde la superficie interior del hierro posterior del estator.

Preferentemente, el hierro posterior 200 del estator, incluidas las protuberancias 210, se forman como un componente estructural integral de una pieza única. Por ejemplo, el hierro posterior 200 del estator se puede moldear a partir de metal en polvo o, más comúnmente, construirse a partir de una serie de laminaciones idénticas, donde las laminaciones se fabricarán típicamente a partir de láminas de acero, tal como acero eléctrico, sin embargo, puede usarse cualquier material con resistencia y propiedades electromagnéticas apropiadas. Las laminaciones también pueden tener un revestimiento aislante en la superficie y a lo largo de la forma de interfaz curva entre las pilas de dientes y el anillo posterior del estator (es decir, el soporte circunferencial 200) para evitar que fluyan corrientes parásitas entre las laminaciones.

Las laminaciones se pueden producir por cualquier medio adecuado, por ejemplo, estampando o cortando la forma deseada de una hoja del material requerido o grabado con láser. A modo de ejemplo, las laminaciones pueden tener un grosor de entre 0,3 y 0,4 mm y preferentemente de aproximadamente 0,35 mm.

El diente 300 del estator ilustrado en la Figura 3 incluye dos secciones de pared 310 que están acopladas a través de una porción superior del diente del estator 320. Para ayudar a la retención de los bobinados montados en el diente 300 del estator, la porción superior 320 del diente del estator se extiende lateralmente sobre las secciones de la pared 310 del diente para formar una punta del estator que se extiende lateralmente.

Se forma un rebaje entre las dos secciones de la pared del diente 310 del diente 300 del estator. El rebaje está dimensionado para permitir que una protuberancia de hierro posterior del estator 210 se aloje dentro del rebaje cuando el diente 300 del estator se coloca sobre la protuberancia 210, como se ilustra en la Figura 5. Preferentemente, para mejorar la conductividad térmica entre el diente 300 del estator y la protuberancia 210, las dimensiones del rebaje y las protuberancias 210 se eligen de modo que se minimicen los espacios entre las paredes del rebaje del diente del estator y los lados de la porción exterior de la protuberancia.

Preferentemente, las porciones inferiores de las dos secciones de pared de los dientes se disponen para extenderse lateralmente y tienen las dimensiones correspondientes a las ranuras 240 que se extienden a lo largo del hierro posterior 200 del estator en la base de una protuberancia 210 de modo que las porciones inferiores extendidas lateralmente de las dos secciones de pared 310 de los dientes encajan dentro de las ranuras 240 en el hierro posterior 200 del estator cuando la protuberancia del hierro posterior del estator 210 está alojada dentro del rebaje del diente del estator.

El rebaje formado en el diente del estator y las protuberancias formadas en el hierro posterior del estator incluyen elementos de acoplamiento para inhibir la extracción de un diente del estator de una protuberancia del hierro posterior del estator una vez que se ha montado un diente del estator en una protuberancia del hierro posterior del estator.

En una modalidad, los elementos de acoplamiento corresponden a los canales 220, 330 formados dentro del rebaje del diente del estator y en las respectivas protuberancias del hierro posterior del estator que permiten colocar material dentro de los canales 220, 330 para permitir que un diente 300 del estator se enclave en una protuberancia del hierro posterior del estator 210. El uso del término canal pretende cubrir una ranura o cualquier forma de cavidad que permita la inserción de un material. Sin embargo, se puede utilizar cualquier medio adecuado para enclavar un diente del estator y una protuberancia del hierro posterior del estator una vez que se ha montado un diente del estator en una protuberancia del hierro posterior del estator.

Sin embargo, para los propósitos de la presente modalidad, para permitir que el material se coloque dentro de los canales para permitir que un diente del estator se enclave en un hierro posterior del estator, ambos canales 330 formados en el rebaje del diente del estator se disponen para alinearse con un correspondiente canal 220 en una protuberancia del hierro posterior del estator 210 una vez que el diente 300 del estator se ha colocado sobre la protuberancia del hierro posterior del estator 210.

Para minimizar el riesgo de que se produzca un punto de tensión en la protuberancia 210, los canales 220 a cada lado de la protuberancia 210 están desplazados uno con respecto al otro, lo que garantiza que el ancho de la protuberancia 210 en cualquier punto no se reduzca en nada mayor que la profundidad de un solo canal 220.

Al igual que con los canales formados en las protuberancias 210 del hierro posterior del estator, preferentemente ambos canales 330 del rebaje del diente del estator se extienden por toda la longitud de una sección de pared respectiva 310, sin embargo, la longitud de los canales 330 del rebaje del diente del estator se puede acortar, por lo que solo se extiende una porción de la longitud de una sección de pared de rebaje de los dientes 210.

Además, la orientación de los canales 330 no se limita a extenderse sustancialmente paralelos a la base del diente 300 y se pueden usar otras orientaciones que se correspondan con la orientación de los canales 220 formados en la protuberancia 210.

La Figura 6 ilustra otro elemento preferido, para ayudar al aislamiento eléctrico entre los bobinados y el diente 300 del estator, el diente 300 del estator se encapsula con un material aislante 400 mediante sobremoldeo (es decir, el diente del estator se sobremoldea). Preferentemente, el material aislante 400 será un material plástico que tenga una buena conductividad térmica, deflexión a alta temperatura y buena rigidez dieléctrica, por ejemplo, un polímero de cristal líquido. Preferentemente, el material sobremoldeado se selecciona para que tenga buenas propiedades de conductividad térmica, lo que ayuda a la conductividad térmica entre los bobinados y el diente 300 del estator. Preferentemente, el proceso de sobremoldeado incluirá elementos que ayuden a la retención de los bobinados en el diente del estator, por ejemplo, una cresta formada en la parte inferior del sobremoldeado.

Como se ilustra en la Figura 6, para facilitar la inserción de material entre los canales 220, 330 formados en las superficies adyacentes de las secciones de pared del rebaje 310 y la protuberancia 210, se forma un espacio 410 en la capa de plástico moldeado por inyección 400 en los dos lados extremos del diente 300, donde el espacio 410 en la capa de plástico moldeado por inyección 400 se extiende desde la parte inferior del diente 300 hasta la parte superior del rebaje. La capa de plástico moldeado por inyección 400 se extiende hacia arriba desde la parte inferior del diente 300 hasta la parte superior de la punta del estator que se extiende lateralmente.

La formación de un espacio en la capa de plástico moldeado por inyección 400 en los lados extremos del diente 300 tiene la ventaja adicional de minimizar la presión hacia adentro en las dos secciones de pared 310 del diente cuando la capa de plástico moldeado por inyección 400 se aplica al diente 300. Esto evita la necesidad de colocar soportes estructurales entre las dos secciones de pared 310 para evitar que las secciones de pared del diente del estator 310 se doblen durante el proceso de moldeo por inyección. Como se ilustra en la Figura 6, preferentemente el espacio 410 en la capa de plástico moldeado por inyección 400 en los lados extremos del diente 300 se extiende hasta la parte superior del rebaje del diente.

Como se ilustra en la Figura 6, la capa de plástico moldeado por inyección 400 formada alrededor de los lados del diente 300 del estator incluye crestas longitudinales para facilitar el enrollado de los bobinados alrededor del diente 300 y para aumentar el área de superficie de contacto entre la capa de plástico moldeado por inyección 400 y los bobinados para mejorar la conducción térmica entre los bobinados y la capa de plástico moldeado por inyección 400.

Para ayudar al aislamiento eléctrico entre los bobinados y el diente 300 del estator en las secciones de extremo del diente 300 del estator, se coloca un elemento eléctricamente aislante 420 en los espacios 410 formados en la capa de plástico moldeado por inyección 400 antes de que los bobinados se apliquen al diente 300 del estator. Los elementos eléctricamente aislantes 420 se disponen para aislar eléctricamente las secciones de extremo del diente 300 de los bobinados enrollados alrededor del diente 300.

Aunque la modalidad preferida utiliza dos elementos aislantes 420 colocados en dos espacios 410 formados en lados opuestos de la capa de plástico moldeado por inyección 400, la capa de plástico moldeado por inyección 400 se puede aplicar con un solo espacio 410 formado en la capa de plástico moldeado por inyección 400 en un lado de extremo del diente 300 con un solo elemento aislante 420 que se utiliza para proporcionar aislamiento en la sección de extremo del diente 300.

Preferentemente, los dos elementos aislantes 420 tienen elementos insertables que se disponen para coincidir con los elementos correspondientes formados en la capa de plástico moldeado por inyección 400 para facilitar la colocación correcta de los dos elementos aislantes 420 en los respectivos espacios 410 formados en la capa de plástico moldeado por inyección 400. Para los fines de la presente modalidad, se forma un reborde extendido 430 en la parte superior de la capa de plástico moldeado por inyección 400 en un extremo del diente 300 del estator, con un rebaje correspondiente 440 formado en el elemento de aislamiento asociado 420. En el otro extremo del diente 300 del estator, se forma un elemento insertable 450 en el borde de la capa de plástico moldeado por inyección 400 dos tercios hacia arriba desde la parte inferior del diente 300 del estator con un rebaje correspondiente 460 formado en el elemento de aislamiento asociado 420. Sin embargo, se puede utilizar cualquier forma de elemento insertable.

Preferentemente, al menos uno de los elementos aislantes 420 tiene un canal 480 formado en una superficie interior de los elementos aislantes 420 para permitir que el material, por ejemplo, material de encapsulado o adhesivo, se canalice entre los canales 220, 330 formados en las superficies adyacentes de las secciones de pared del rebaje 310 y la protuberancia 210 cuando los elementos aislantes 420 se colocan en los espacios formados en la capa de plástico moldeado por inyección 400 y el diente asociado 300 se ha montado en el hierro posterior 200 del estator.

Al tener un canal 480 formado en una superficie interior de un elemento de aislamiento 420, es posible que el material se aplique a través del canal y entre los canales 220, 330 formados en las superficies adyacentes de las secciones de pared del rebaje 310 y las superficies de la protuberancia 210 del rebaje del diente del estator y el hierro posterior del estator después de que el diente 300 del estator haya sido montado en el hierro posterior del estator, donde, como se indicó anteriormente, el material de encapsulado se usa para retener el diente 300 del estator en el hierro posterior 200 del estator.

Como se indicó anteriormente, para ayudar a la conductividad térmica entre el diente 300 del estator y el hierro posterior 200 del estator, el material adhesivo/de encapsulado se selecciona preferentemente que tenga una buena conductividad térmica. El material adhesivo/de encapsulado también puede ayudar a aislar eléctricamente el diente 300 del estator de la protuberancia 210, lo que ayuda a minimizar las corrientes de Foucault entre el diente 300 del estator y el hierro posterior 200 del estator.

Preferentemente, al menos uno de los elementos aislantes 420 incluye al menos un elemento de guía 470 para ayudar en el enrutamiento de una porción de los bobinados, como se describe a continuación. Se proporciona un primer elemento de guía 470 en la parte superior del elemento de aislamiento 420 para enrutar los bobinados hacia/desde un diente 300 del estator con dos elementos de guía 470 proporcionados en la parte inferior del elemento de aislamiento 420 para enrutar los bobinados entre los dientes del estator 300.

Preferentemente, la capa de plástico moldeado por inyección 400 y el primer y/o segundo elementos aislantes 420 se fabrican de diferentes materiales.

Como se indicó anteriormente, preferentemente el material sobremoldeado se selecciona para que tenga buenas propiedades de conductividad térmica, lo que ayuda a la conductividad térmica entre los bobinados y el diente 300 del estator. Sin embargo, un material sobremoldeado seleccionado por sus propiedades óptimas de conducción térmica puede no proporcionar los requisitos óptimos de resistencia mecánica requeridos para guiar/enrutar partes de los bobinados. En consecuencia, al tener elementos aislantes 420 ubicados en los lados extremos de los dientes del estator 300 que no forman parte de la capa de plástico moldeado por inyección 400, es posible seleccionar diferentes materiales para los elementos aislantes 420 y la capa de plástico moldeado por inyección 400 con base en diferentes prioridades. Por ejemplo, el material para los elementos aislantes 420 puede seleccionarse para una resistencia óptima, siendo seleccionado el material para la capa de plástico moldeado por inyección 400 para una conductividad térmica óptima. Como tal, la capa de plástico moldeado por inyección 400 puede tener una conductividad térmica más alta que los elementos aislantes 420, teniendo los elementos aislantes 420 una mayor resistencia mecánica que la capa de plástico moldeado por inyección 400. Un ejemplo de una capa de plástico moldeado por inyección adecuada sería CoolPoly® Polímero cristalino líquido conductor térmico. Un ejemplo de material adecuado para los elementos aislantes sería el Nylon PA66.

Preferentemente, al menos un lado del diente 300 incluye un elemento de retención sobre el cual se forma la capa de plástico moldeado por inyección para evitar que la capa de plástico moldeado por inyección 400 se despegue del lado del diente 300.

Una vez que el diente 300 del estator se ha sobremoldeado y los elementos aislantes 420 han sido colocados en los espacios 410 formados en los lados extremos del sobremoldeado, se aplican bobinados al diente 300 del estator.

Ahora se describirá una disposición preferida para montar un bobinado en una pluralidad de dientes del estator, donde la disposición de montaje se describe a continuación.

Para los fines de la presente modalidad, un conductor eléctrico, por ejemplo un cable tal como un cable de cobre, se enrolla en serie sobre tres dientes del estator. Los tres dientes del estator bobinados forman un subconjunto de bobinas de motor eléctrico. Preferentemente, el cable de cobre está aislado para evitar que los bobinados se cortocircuiten. Aunque la modalidad preferida describe un subconjunto de bobinas con bobinas enrolladas en tres dientes del estator para formar un subconjunto de bobinas que tiene tres bobinas en serie, un subconjunto de bobinas puede comprender bobinados aplicados a cualquier número de dientes del estator. Por ejemplo, un subconjunto de bobinas puede comprender bobinas enrolladas en dos dientes del estator para formar un subconjunto de bobinas que tiene dos bobinas en serie.

Como se muestra esquemáticamente en la Figura 7, las tres bobinas que forman el subconjunto de bobinas están etiquetadas como 74A, 74B, 74C. Las tres bobinas A, B, C se enrollan alternativamente de manera que cada bobina produce un campo magnético que es antiparalelo con su bobina o bobinas adyacentes para una dirección dada del flujo de corriente.

La razón por la que las bobinas 74A, 74B, 74C dentro de cada subconjunto de bobinas están enrolladas en una dirección opuesta una con respecto a la otra es para proporcionar campos magnéticos antiparalelos, que se explica con referencia a la Figura 8. La Figura 8 muestra una disposición de imanes en el rotor que rodea las bobinas 74A, 74B, 74C del estator. Para simplificar, la disposición se muestra como una disposición lineal de imanes y bobinas, pero se entenderá que en la modalidad de la invención descrita, las bobinas estarán dispuestas alrededor de la periferia del estator con los imanes dispuestos alrededor del interior de la circunferencia del rotor

Los imanes se disponen con polaridad magnética alternativa hacia los subconjuntos de bobinas 74A, 74B, 74C, lo que da como resultado que cada subconjunto de tres bobinas 74A, 74B, 74C presente campos magnéticos alternos a las caras de los polos alternos de los imanes. Así, cuando la bobina de la izquierda de un subconjunto tiene una fuerza de repulsión contra un polo norte de uno de los imanes, la bobina central adyacente tendrá una fuerza de repulsión contra un polo sur de los imanes y así sucesivamente.

Como se muestra esquemáticamente en la Figura 8, la proporción de imanes a bobinas es de ocho imanes a nueve bobinas. La ventaja de esta disposición es que los imanes y las bobinas nunca se alinearán perfectamente. Si ocurriera una alineación tan perfecta, entonces el motor podría descansar en una posición en la que no se podría aplicar fuerza entre las bobinas y los imanes para dar una dirección clara en qué sentido debería girar el motor. Al disponer un número diferente de bobinas e imanes alrededor del motor, siempre habría una fuerza resultante en una dirección particular, independientemente de la posición en que se detengan el rotor y el motor.

Sin embargo, en una modalidad alternativa, los bobinados no pueden estar enrollados alternativamente sobre dientes del estator adyacentes.

La Figura 9 ilustra una disposición de montaje de acuerdo con una modalidad de la presente invención para permitir que un bobinados se enrolle en una pluralidad de dientes del estator en serie. Preferentemente, la disposición de montaje incluye un elemento de montaje 910, por ejemplo, un husillo, y una pluralidad de segmentos de montaje de dientes 1000, uno para cada diente al que se va a aplicar un bobinado. En la Figura 10 se muestra una ilustración de un segmento de montaje de dientes 1000.

La disposición de montaje se configura para permitir montar tres dientes del estator en el elemento de montaje 910, donde los bobinados se disponen para enrollarse en los respectivos dientes del estator cuando los dientes del estator se colocan en el elemento de montaje 910 en una primera posición, uno con respecto al otro. Luego, el elemento de montaje permite que los dientes del estator se coloquen en una segunda posición uno con respecto al otro para permitir la extracción de los dientes del estator y los bobinados del elemento de montaje para montarlos en un hierro posterior del estator, como se describe a continuación.

El elemento de montaje 910 está asegurado en una posición fija durante el proceso de bobinado para permitir que los dientes del estator, que están montados en el elemento de montaje 910 a través de un segmento de montaje de dientes respectivo 1000, se mantengan en una configuración fija. La fijación del elemento de montaje 910 en una posición fija asegura que los dientes del estator estén en una posición predeterminada para permitir que se automatice el proceso de bobinado.

Como se ilustra en la Figura 9, el elemento de montaje 910 incluye un primer brazo de montaje 920 que tiene un primer canal de retención 930 que se dispone para recibir un segmento de montaje del primer diente 1000 colocado de manera deslizable en el primer canal de retención 930 para asegurar el segmento de montaje del primer diente 1000 al elemento de montaje 910.

Acoplado de manera giratoria en un lado del primer brazo de montaje 920 hay un segundo brazo de montaje 940 que tiene un segundo canal de retención que se dispone para recibir un segundo segmento de montaje de dientes 1000 colocado de manera deslizable en el segundo canal de retención para asegurar el segundo segmento de montaje de dientes al elemento de montaje. El segundo brazo de montaje 940 es capaz de moverse de manera giratoria desde una primera posición con respecto al primer brazo de montaje 930 a una segunda posición.

Aunque el segundo brazo de montaje 940 puede disponerse para moverse entre dos ángulos cualesquiera con respecto al primer brazo de montaje 920, preferentemente, cuando el segundo brazo de montaje 940 está en la primera posición con respecto al primer brazo de montaje 920, el segundo brazo de montaje 940 es sustancialmente ortogonal al primer brazo de montaje 920, como se ilustra en la Figura 9.

Cuando el segundo brazo de montaje 940 está en la segunda posición con respecto al primer brazo de montaje 920, preferentemente el segundo brazo de montaje 940 está sustancialmente alineado con el primer brazo de montaje 920, como se ilustra en la Figura 11. Sin embargo, como se indicó anteriormente, la posición relativa del segundo brazo de montaje 940 con respecto al primer brazo de montaje 920 cuando se encuentra en la primera y segunda posiciones respectivas puede tomar otros ángulos.

Acoplado de manera giratoria en el otro lado del primer brazo de montaje 920 hay un tercer brazo de montaje 950 que tiene un tercer canal de retención que se dispone para recibir un tercer segmento de montaje de dientes 1000 colocado de manera deslizable en el tercer canal de retención para asegurar el tercer segmento de montaje de dientes 1000 al elemento de montaje 910.

Aunque el tercer brazo de montaje 950 puede disponerse para moverse entre dos ángulos cualesquiera con respecto al primer brazo de montaje 920, preferentemente, cuando el tercer brazo de montaje 950 está en la primera posición con respecto al primer brazo de montaje 920, el tercer brazo de montaje 950 está sustancialmente ortogonal al primer brazo de montaje 920, como se ilustra en la Figura 9.

Cuando el tercer brazo de montaje 950 está en la segunda posición con respecto al primer brazo de montaje 920, preferentemente el tercer brazo de montaje 950 está sustancialmente alineado con el primer brazo de montaje.

Sin embargo, como se indicó anteriormente, la posición relativa del tercer brazo de montaje 950 con respecto al primer brazo de montaje 920 cuando se encuentra en la primera y segunda posiciones respectivas puede tomar otros ángulos.

Como se ilustra en la Figura 10, el primer, segundo y tercer segmentos de montaje de dientes 1000 incluyen cada uno una sección de montaje 1010, donde las secciones de montaje 1010 se disponen para acoplarse con un diente del estator respectivo para permitir que los dientes del estator respectivos se monten en un segmento del elemento de montaje 1000. Además, el primer, segundo y tercer segmentos de montaje de dientes 1000 incluyen una sección de canal 1020 para el montaje deslizante en un brazo de montaje.

Para los propósitos de la presente modalidad, las secciones de montaje 1010 del primer, segundo y tercer segmentos de montaje de dientes 1000 tienen dimensiones correspondientes a una protuberancia de hierro posterior del estator para permitir que las respectivas secciones de montaje 1010 encajen a presión en un rebaje del diente del estator, permitiendo de esta manera acoplar un diente del estator a un respectivo segmento de montaje de dientes 1000 de manera similar a la que se usa para montar un diente del estator en las protuberancias de hierro posterior del estator.

Una vez que se ha montado un diente 300 del estator en el primer, segundo y tercer segmentos de montaje de dientes 1000 respectivamente, cada uno de los segmentos de montaje de dientes 1000 se monta de forma deslizante en un brazo de montaje respectivo a través de los respectivos primer, segundo y tercer canales de retención formados en el primer, segundo y tercer brazos de montaje. Alternativamente, el primer, segundo y tercer segmentos de montaje de dientes 1000 se pueden montar de forma deslizante en un brazo de montaje respectivo antes de que un diente del estator se haya fijado a los segmentos de montaje de dientes 1000, montándose un diente del estator en un segmento de montaje de dientes respectivo 1000 una vez que los respectivos segmentos de montaje de dientes 1000 se han montado de manera deslizante en un respectivo brazo de montaje, donde la Figura 11 ilustra el elemento de montaje 910 con los segmentos de montaje de dientes 1000 montados en el primer, segundo y tercer brazos de montaje listos para recibir un diente del estator.

Una vez que se ha montado un diente 300 del estator en cada uno de los brazos de montaje del conjunto de montaje a través de un segmento de montaje de dientes respectivo 1000, los brazos de montaje se colocan para ser sustancialmente ortogonales uno con respecto al otro, como se ilustra en la Figura 12. Al colocar los dientes del estator 300 de modo que sean sustancialmente ortogonales uno con respecto al otro, se permite que los bobinados se enrollen en cada uno de los dientes sin que los otros dientes del estator obstruyan el proceso de enrollado, simplificando de esta manera el proceso de enrollado y permitiendo que el área de sección transversal de los bobinados se maximicen.

Para montar bobinados en los dientes del estator 300, un conjunto de bobinado (no mostrado) inicia el proceso de enrollado usando primero un elemento de guía 470 en el segundo diente del estator montado en el segundo brazo de montaje 940 para enganchar el cable en el segundo diente del estator para asegurar el cable al segundo diente del estator durante el proceso de enrollado. Luego, el conjunto de bobinado enrolla el cable alrededor del segundo diente del estator utilizando los nervios longitudinales formados en la capa de plástico moldeado por inyección 400 para facilitar la colocación uniforme del cable en el diente del estator.

Para los fines de la presente modalidad, se enrollan dos capas de enrollados en el diente del estator, sin embargo, se puede enrollar cualquier número de capas en el diente del estator.

Una vez que el cable se ha enrollado en el segundo diente del estator, el conjunto de bobinado engancha el cable en un segundo elemento de guía 470 en el segundo diente del estator para fijar la sección de extremo del cable aplicada al segundo diente del estator y mueve el cable al primer diente del estator, que como se indicó anteriormente se coloca ortogonalmente en el segundo diente del estator durante el proceso de enrollado. El proceso de bobinado se repite en el primer diente del estator, donde se usa una primera y un segundo elemento de guía 470 en el primer diente del estator para asegurar las secciones inicial y final de los bobinados al diente del estator de manera similar a la del segundo diente del estator. Preferentemente, el cable se enrolla en el primer diente del estator en una dirección opuesta a la del segundo diente del estator, como se describió anteriormente.

Una vez que el cable se ha enrollado en el primer diente del estator, el conjunto de bobinado mueve el cable al tercer diente del estator montado en el tercer brazo de montaje 950, que como se indicó anteriormente se coloca ortogonalmente al primer diente del estator durante el proceso de enrollado. El proceso de bobinado se repite en el tercer diente del estator, donde una primera y un segundo elemento de guía 470 en el tercer diente del estator se utilizan para asegurar las secciones inicial y final de los bobinados al diente del estator de manera similar a la del primer y segundo dientes del estator. Preferentemente, el cable se enrolla en el tercer diente del estator en una dirección opuesta a la del primer diente del estator, pero en la misma dirección que la del segundo diente del estator, como se ha descrito anteriormente.

La Figura 13 ilustra el elemento de montaje 910 con bobinados montados en los respectivos dientes del estator mientras que los brazos de montaje y los dientes del estator están colocados en la primera posición.

Aunque la modalidad anterior describe el conjunto de enrollado que mueve el cable desde el segundo diente del estator al primer diente del estator y luego al tercer diente del estator, igualmente el elemento de montaje 910 puede disponerse para moverse en relación con el conjunto de bobinado para permitir que el cable se enrolle sobre el segundo diente del estator, el primer diente del estator y el tercer diente del estator en serie.

Una vez que el cable se ha enrollado en el primer diente del estator, el segundo diente del estator y el tercer diente del estator, se usa una herramienta de presión (no se muestra) para presionar, comúnmente conocida como aplastamiento de bobinas, los bobinados montados en el primer diente del estator, el segundo diente del estator y el tercer diente del estator para que los bobinados estén lo más cerca posible de la superficie de los respectivos dientes del estator, maximizando de esta manera el área de sección transversal de los bobinados que se pueden montar en un diente del estator sin que se produzca contacto entre los bobinados en dientes del estator adyacentes cuando se monta en un hierro posterior del estator.

Para facilitar el montaje de los dientes del estator en el hierro posterior del estator 210, una vez que se han presionado los bobinados, el segundo brazo de montaje 940 y el tercer brazo de montaje 950 se rotan desde la primera posición a la segunda posición para alinear sustancialmente el primer diente del estator, el segundo diente del estator y el tercer diente del estator uno con respecto al otro para permitir que los dientes del estator montados en su respectivo segmento de montaje del diente adopten una configuración correspondiente a la que tienen cuando están montados en el hierro posterior del estator. Por tanto, preferentemente, en la segunda posición los dientes del estator tendrán una circunferencia interior correspondiente al hierro posterior del estator. Además, al rotar el segundo diente del estator y el tercer diente del estator de modo que el primer, segundo y tercer diente del estator estén sustancialmente alineados, esto permite que los dientes del estator 300 se retiren de los segmentos de montaje del diente 1000 tirando de los dientes del estator 300 de los segmentos de montaje del diente 1000, donde la Figura 14 ilustra la posición de los dientes del estator una vez que han sido retirados de los segmentos de montaje del diente 1000.

Para montar el subconjunto de bobina, es decir, el primer diente del estator, el segundo diente del estator y el tercer diente del estator, en el hierro posterior 200 del estator, los dientes respectivos del estator 300 se presionan radialmente sobre una protuberancia respectiva 210 formada en el hierro posterior 200 del estator y preferentemente se inserta un material entre los canales 220, 330 formados en las superficies adyacentes de las secciones de pared del rebaje 310 y la protuberancia 210. Preferentemente, el material es un fluido que se dispone para endurecerse una vez que el material se ha insertado entre los canales 220, 330 formados en las superficies adyacentes de las secciones de pared del rebaje 310 y la protuberancia 210, por ejemplo, como parte de un proceso de curado tal como un material polimérico dispuesto para endurecerse mediante la reticulación de las cadenas de polímero provocada por aditivos químicos, radiación ultravioleta, haces de electrones o calor. Otros ejemplos de material adecuado incluyen un material de relleno de poliuretano o un material de encapsulado de silicona.

Un ejemplo de un material adecuado sería un material de polímero epoxi donde la relación/peso de la resina y el agente de curado, también conocido como agente endurecedor, se seleccionan y mezclan antes de insertar el material entre los canales 220, 330 formados en el superficies adyacentes de las secciones de pared del rebaje 310 y la protuberancia 210. Luego, el compuesto mezclado se inserta entre los canales 220, 330 formados en las superficies adyacentes de las secciones de pared del rebaje 310 y la protuberancia 210. Para mejorar el flujo del material hacia los canales 220, 330 formados entre las secciones de pared del rebaje 310 y las protuberancias 210, se puede calentar el material y/o el conjunto del estator.

Una vez que el material se ha endurecido, el material endurecido actúa como un pasador de retención 490 que bloquea el diente 300 del estator al hierro posterior 200 del estator, donde la mayor resistencia al corte del material endurecido inhibe el movimiento radial del diente 300 del estator en relación con el hierro trasero del estator 200. Como se ilustra en la Figura 4, el material endurecido se extiende hacia el canal 220 formado en la protuberancia 210 y el canal 330 formado en la sección de la pared del rebaje 310, evitando de esta manera que el diente 300 del estator se retire de la protuberancia con el material endurecido actuando como un elemento de enclavamiento.

Aunque la modalidad preferida usa un fluido, dispuesto para endurecerse como parte de un proceso de curado, como pasador de retención 490 para enclavar un diente 300 del estator al hierro posterior 200 del estator, se pueden usar otros materiales, por ejemplo, elementos sólidos que se insertan entre los canales 220, 330 formados en las superficies adyacentes de las secciones de pared del rebaje 310 y la protuberancia 210.

Sin embargo, el uso de un fluido que se endurece después de ser insertado en los canales formados en la protuberancia 210 y las secciones de pared del rebaje 310 tiene la ventaja de permitir que el elemento de retención se inyecte con relativa facilidad en los canales después de que el diente del estator, con los bobinados montados en el diente del estator, se ha montado sobre una protuberancia.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una disposición para montar un bobinado en un diente del estator (300),

la disposición que comprende un elemento de montaje (910) que tiene un primer brazo de montaje (920) para recibir un primer diente del estator (300) y un segundo brazo de montaje (940) para recibir un segundo diente del estator (300), caracterizado porque el primer brazo de montaje (920) puede girar con respecto al segundo brazo de montaje (940) entre una primera posición y una segunda posición; medios para montar un conductor eléctrico en el primer diente del estator (300) y el segundo diente del estator (300) cuando el primer brazo de montaje (920) está en la primera posición con respecto al segundo brazo de montaje (940) para formar un bobinado en el primer diente del estator (300) y el segundo diente del estator (300);

y medios para colocar el primer brazo de montaje (920) en la segunda posición con respecto al segundo brazo de montaje (940) cuando el conductor se ha montado en el primer diente del estator (300) y el segundo diente del estator (300) para alinear el primer y el segundo dientes del estator (300) y para permitir que el primer diente del estator (300) y el segundo diente del estator (300) se retiren del primer brazo de montaje (920) y el segundo brazo de montaje (940) respectivamente.

2. Una disposición de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el conductor eléctrico es un cable eléctrico aislado.

3. Una disposición de acuerdo con la reivindicación 1, en donde los medios para enrollar el conductor eléctrico en el primer diente del estator (300) y el segundo diente del estator (300) se disponen para rotar el elemento de montaje (910) para formar bobinados en el primer diente del estator y el segundo diente del estator.

4. Una disposición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la posición del primer brazo de montaje (920) es sustancialmente de noventa grados con respecto al segundo brazo de montaje (940) cuando el primer brazo de montaje está en la primera posición con respecto al segundo brazo de montaje.

5. Una disposición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además medios para comprimir los bobinados formados en el primer diente del estator (300) y el segundo diente del estator (300).

6. Una disposición de acuerdo con la reivindicación 5, en donde los medios para comprimir los bobinados formados en el primer diente del estator (300) y el segundo diente del estator (300) se disponen para comprimir los bobinados cuando el primer brazo de montaje (920) está en la primera posición con respecto al segundo brazo de montaje (940).

7. Una disposición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un primer elemento de acoplamiento para ser montado en un rebaje formado en el primer diente del estator (300), en donde el primer elemento de acoplamiento se dispone para montarse de forma deslizante en el primer brazo de montaje. (920).

8. Una disposición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un segundo elemento de acoplamiento para montar en un rebaje formado en el segundo diente del estator (300), en donde el segundo elemento de acoplamiento se dispone para montarse de forma deslizante en el segundo brazo de montaje (940).

9. Una disposición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el elemento de montaje incluye un tercer brazo de montaje (950) para recibir un tercer diente del estator (300), en donde el tercer brazo de montaje (950) se puede mover con respecto al segundo brazo de montaje (940) entre una tercera posición y una cuarta posición; en donde los medios para montar un conductor eléctrico se disponen para montar el conductor eléctrico en el tercer diente del estator (300) cuando el tercer brazo de montaje (950) está en la tercera posición para formar un bobinado en el tercer diente del estator (300) y el medio de colocación se dispone para colocar el tercer brazo de montaje (950) en la cuarta posición con respecto al segundo brazo de montaje (940) cuando el conductor se ha montado en el primer diente del estator, el segundo diente del estator y el tercer diente del estator para permitir que el primer diente del estator, el segundo diente del estator y el tercer diente del estator se retiren del primer brazo de montaje (920), el segundo brazo de montaje (940) y el tercer brazo de montaje (950) respectivamente.

10. Un método para montar un bobinado en un diente del estator (300), el método que comprende montar un primer diente del estator (300) en un primer brazo de montaje (920) y montar un segundo diente del estator (300) en un segundo montaje (940), caracterizado porque el primer brazo de montaje (920) puede girar con respecto al segundo brazo de montaje (940) entre una primera posición y una segunda posición; montar un conductor eléctrico en el primer diente del estator (300) y el segundo diente del estator (300) cuando el primer brazo de montaje (920) está en la primera posición en relación con el segundo brazo de montaje (940) para formar un bobinado en el primer diente del estator y el segundo diente del estator; y colocar el primer brazo de montaje (920) en la segunda posición con respecto al segundo brazo de montaje (940) cuando el conductor se ha montado en el primer diente del estator (300) y el segundo diente del estator (300) para alinear el primer y el segundo dientes del estator y permitir que el primer diente del estator y el segundo diente del estator se retiren del primer brazo de montaje (920) y el segundo brazo de montaje (940) respectivamente.

11. Un método de acuerdo con la reivindicación 10, que comprende además rotar el primer brazo de montaje (920) y el segundo brazo de montaje (940) para formar bobinados en el primer diente del estator (300) y el segundo diente del estator (300) respectivamente.

12. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 11, que comprende además medios para comprimir los bobinados formados en el primer diente del estator (300) y el segundo diente del estator (300) cuando el primer brazo de montaje (920) está en la primera posición con respecto al segundo montaje (940).

13. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, que comprende además montar de forma deslizante el primer diente del estator (300) en el primer brazo de montaje (920) y montar de forma deslizante el segundo diente del estator (300) en el segundo brazo de montaje (940).