PT2325977E

PT2325977E - Estator e processo de montagem

Info

Publication number: PT2325977E
Application number: PT09176739T
Authority: PT
Inventors: Jari Jaeppinen; Jouni Ikaeheimo; Jari Pekola
Original assignee: Abb Oy
Priority date: 2009-11-23
Filing date: 2009-11-23
Publication date: 2012-10-22
Also published as: BR112012012184A2; WO2011061410A1; EP2325977A1; CN102668328B; US20130134808A1; EP2325977B1; JP3197025U; ES2391440T3; PL2325977T3; KR20120096535A; JP2013511948A; US8664810B2; KR101381747B1; CN102668328A

Description

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DESCRIÇÃO "ESTATOR E PROCESSO DE MONTAGEM"

CAMPO 0 presente invento diz respeito a motores eléc-tricos e especificamente ao arrefecimento do estator.

ANTECEDENTES

Num motor eléctrico, um rotor rotativo é disposto dentro de/em torno de um estator fixo. As perdas mecânicas associadas à rotação, tais como a força de atrito nos rolamentos, as perdas de cobre provocadas pela passagem da corrente eléctrica através da resistência dos enrolamentos e as perdas de ferro geradas pelo fluxo magnético vão provocar a geração de calor durante o funcionamento. A fim de evitar o sobreaquecimento e de melhorar a eficiência do motor, é necessário proceder-se ao arrefecimento do motor.

Para o arrefecimento do motor pode ser usado liquido e/ou gás. 0 pedido de patente US 2009/0160269 AI mostra como os tubos de arrefecimento podem ser dispostos no estator.

Um desafio respeitante ao arrefecimento é o que 2 ΡΕ2325977 consiste em como fixar correctamente os tubos de arrefecimento, uma vez que é necessário que haja uma fixação adequada para evitar ruídos e a ruptura dos tubos quando o motor está em funcionamento. É conhecido o processo que consiste na utilização de cola para a fixação dos tubos de arrefecimento nas ranhuras do estator. No entanto, a colagem destrói ou pelo menos enfraquece o contacto metálico entre o tubo de arrefecimento e o estator, o que deteriora o efeito de arrefecimento .

Também é conhecido o processo que consiste em formar os canais de arrefecimento directamente no corpo do motor. No entanto, essa solução não é económica.

SUMÁRIO

Portanto, um dos objectivos do presente invento é o que consiste em proporcionar um método e um aparelho próprio para implementar esse método, de modo a minimizar os inconvenientes aqui anteriormente referidos.

Os objectos do invento são conseguidos por aquilo que é especificado nas reivindicações independentes. Nas reivindicações dependentes são divulgados modos de realização preferidos do invento. 0 invento permite que os tubos de arrefecimento 3 ΡΕ2325977 possam ser firmemente montados no estator do motor eléctri-co, indo desse modo reduzir a geração de ruídos e o risco de fractura durante o funcionamento do motor.

DESENHOS A seguir, o invento irá ser descrito de maneira pormenorizada por meio de modos de realização preferidos, com referência aos desenhos anexos, em que a Figura 1 mostra um estator; a Figura 2 mostra um modo de realização de um sistema de arrefecimento do estator; e

a Figura 3 mostra um modo de realização de um método. DESCRIÇÃO DE MODOS DE REALIZAÇÃO A Figura 1 ilustra um estator 100 da técnica anterior. No estator é proporcionada a existência de umas ranhuras 102 em torno das quais o fio condutor é enrolado de modo a formar bobinas. Quando, num modo rotativo, é fornecida energia eléctrica às bobinas, irá ser obtido um campo magnético rotativo que irá fazer com que o rotor, que se acha equipado com enrolamentos em forma de gaiola de esquilo e/ou com imanes permanentes, vá rodar. O estator é constituído por segmentos de estator 4 ΡΕ2325977 106 que são constituídos por discos de estator que são empilhados uns a seguir aos outros. Pode ser proporcionada a existência de umas barras 104 próprias para ligar os segmentos uns aos outros, por exemplo, por meio de soldadura. Ao estator da Figura 1 não está associado nenhum sistema de arrefecimento. A Figura 2 mostra um modo de realização para o arrefecimento do estator 200 que é constituído por segmentos ou discos de estator, tais como os discos 200A, 200B, que são empilhados uns a seguir aos outros. O estator pode compreender dezenas ou centenas de discos de estator, que de preferência são semelhantes uns aos outros.

Na Figura 2, no bordo exterior dos discos de estator 200A, 200B é proporciona a existência de uns recessos 212 em forma de "U". Em cada recesso é colocado um tubo de arrefecimento 214 próprio para o transporte do meio de arrefecimento, como por exemplo um líquido ou gás. Na figura também se acham representados uns elementos de posicionamento 218A, 218B dos respectivos discos 200A, 200B. Na figura, os recessos 212A e 212B correspondem um ao outro, isto é, quando esses recessos se acham alinhados um com o outro, os dois discos 200A, 200B também se acham totalmente alinhados um com o outro. Quando os dois discos se acham totalmente alinhados um com o outro, também todos os elementos de posicionamento dos dois discos se acham totalmente alinhados uns com os outros. 5 ΡΕ2325977

Na situação da Figura 2, o disco 200B acha-se angularmente decalado, isto é, rodado, no sentido contrário ao movimento dos ponteiros do relógio de tal maneira que os recessos mutuamente correspondentes 212a e 212b se acham desalinhados um em relação ao outro. No entanto, o recesso 212B vai ficar alinhado com o recesso seguinte do disco 200A, isto é, com o recesso 222A. Quando os recessos 212B e 222A se acham alinhados um com o outro, é possível colocar o tubo de arrefecimento no canal de arrefecimento rectilí-neo formado pelos dois recessos e por recessos correspondentes de outros discos de estator.

Quando todos os tubos de arrefecimento tiverem sido colocados nos respectivos canais de arrefecimento formados pelos recessos do disco, dá-se início ao posicionamento mútuo dos discos. Antes de se proceder ao posicionamento, os elementos de posicionamento 218A, 218B acham-se desalinhados um em relação ao outro. Também as ranhuras de bobinagem dos discos de estator se acham desalinhadas umas em relação às outras. A Figura 2 mostra duas ranhuras correspondentes, 216A e 216B, dos respectivos discos 200A e 200B que ficaram desalinhados quando o tubo 220 foi colocado no canal de arrefecimento.

Para se realizar o posicionamento, uma peça de posicionamento, tal como a barra de posicionamento 224, vai projectar-se de forma saliente em direcção aos elementos de posicionamento. Isto tem o efeito de fazer com que os elementos de posicionamento 218A, 218B vão ficar alinhados um 6 ΡΕ2325977 em relação ao outro e também com que as ranhuras de bobina-gem 216A, 216B vão ficar alinhadas uma em relação à outra.

No entanto, os recessos 212B e 222A, que foram alinhados um em relação ao outro antes de se efectuar a rotação, vão ficar desalinhados um em relação ao outro. Os recessos irão então exercer uma força de compressão sobre o tubo de arrefecimento 220 que se acha colocado no canal de arrefecimento. A força de compressão é indicada na Figura 2 com setas nos recessos que mostram a direcção segundo a qual o tubo de arrefecimento é comprimido. Por exemplo, o recesso 222A comprime o tubo para a direita, enquanto o recesso 212B do disco 200B comprime o tubo 220 para a esquerda. Desta maneira, os discos vizinhos exercem forças opostas sobre os discos, indo assim fazer com que o tubo 220 se vá manter firmemente no seu lugar. É evidente que a Figura 2 mostra apenas um modo de realização e que muitas das caracteristicas apresentadas podem ser implementadas de uma maneira alternativa. Por exemplo, quando se procede ao empilhamento dos discos uns a seguir aos outros, a rotação mútua dos discos pode ser realizada de várias maneiras. Por exemplo, cada um dos outros discos pode ter a mesma rotação. Portanto, discos de número ímpar podem permanecer sem rodar, e discos de número par podem ser rodados no sentido contrário ao movimento dos ponteiros do relógio segundo um ângulo de um intervalo entre recessos, como é o caso do disco 200B na Figura 2. O ângulo de rotação também pode ser de 180 graus ou de algum 7 ΡΕ2325977 outro ângulo apropriado. Além disso, a rotação não precisa de ser realizada num único disco de cada vez. Em alternativa, por exemplo, uma sub-pilha de discos, como por exemplo de 5 discos vizinhos, pode ter a mesma rotação. Os 5 discos seguintes podem ter a mesma rotação, e assim sucessivamente .

Os recessos, tais como os recessos 212A e 212B, não precisam de ser recessos formados no bordo exterior do disco de estator. Em alternativa, os recessos próprios para receber os tubos de arrefecimento podem ser furos de passagem formados nos discos. Nesse caso, a peça de posicionamento pode ser um pino que encaixa nos furos dos discos. Nesse caso, como também no caso do modo de realização da Figura 2, a peça de posicionamento acha-se vantajosamente dotada de uma cabeça em forma de cunha, a fim de fazer com que a peça de posicionamento possa ser pressionada contra os elementos de posicionamento e assim promover a rotação do disco para se conseguir obter o alinhamento dos discos.

Um disco de estator compreende um ou mais elementos de posicionamento próprios para o alinhamento do disco de estator com outro disco de estator, indo o um ou mais elementos de posicionamento ser posicionados em relação ao disco de estator de maneira a que quando o disco de estator é posto numa posição angularmente decalada, isto é, rodada, em relação a outro disco de estator, a fim de fazer com que os recessos dos discos vão ficar alinhados de maneira própria para receber um tubo de arrefecimento, os elementos de ΡΕ2325977 posicionamento dos dois discos vão ficar apenas parcialmente alinhados um em relação ao outro. Na presente descrição, o termo "posição rodada" diz respeito a uma situação em que os discos não se acham totalmente alinhados um em relação ao outro. No entanto, a "posição rodada" exige que os recessos dos discos vão ficar alinhados de maneira a que os tubos de arrefecimento possam ser colocados dentro dos recessos. Além disso, os elementos de posicionamento dos discos não se acham totalmente sobrepostos, mas sobrepõem-se de maneira a que a peça de posicionamento possa ser posta dentro dos elementos de posicionamento dos discos, a fim de promover o alinhamento dos elementos de posicionamento.

Quando a situação é examinada depois do elemento de posicionamento ter sido posto dentro dos elementos de posicionamento, os elementos de posicionamento que se acham situados no disco são posicionados de maneira a que quando o disco de estator é posto numa posição angularmente deca-lada, isto é, rodada, um com respeito a outro disco de estator semelhante, as ranhuras de bobinagem dos discos vão ficar alinhadas umas em relação às outras, os tubos de arrefecimento vão ficar colocados dentro dos recessos e os recessos de discos mutuamente angularmente decalados, isto é, rodados, uns em relação aos outros, vão provocar a criação de forças de compressão essencialmente opostas sobre os tubos de arrefecimento. A Figura 3 mostra um modo de realização de um método. 9 ΡΕ2325977

Na etapa 300 é proporcionada uma pluralidade de discos de estator semelhantes que se destinam a ser empilhados num estator. Nos discos de estator existe pelo menos alguma irregularidade ou não-simetria na distribuição dos elementos de posicionamento. Isto irá fazer com que, quando são tidos em consideração dois discos semelhantes, existe apenas um número limitado de posições de rotação nas quais todos os elementos de posicionamento dos discos vão ficar completamente alinhados uns em relação aos outros. Este número limitado de posições é menor do que o número de elementos de posicionamento nos discos. De preferência, existe apenas uma dessas posições de rotação.

Na etapa 302, pelo menos alguns dos discos são angularmente decalados, isto é, rodados, uns em relação aos outros discos. A rotação pode ser realizada de várias maneiras. A rotação pode ser realizada disco a disco ou então podem ser rodadas sub-pilhas de discos. Uma sub-pilha pode compreender cinco discos, por exemplo. A primeira sub-pilha iria ter uma posição de rotação, a segunda sub-pilha iria ter outra posição de rotação, e assim sucessivamente.

Na etapa 304, os tubos de arrefecimento são colocados dentro dos recessos. Nesta etapa, os canais de arrefecimento formados pelos recessos alinhados são rectilí-neos, de maneira que é fácil proceder-se à colocação dos tubos de arrefecimento dentro dos recessos. Quando os tubos de arrefecimento tiverem sido colocados dentro dos recessos dos discos mutuamente rodados uns em relação aos outros, os 10 ΡΕ2325977 elementos de posicionamento proporcionados nos discos vão ficar desalinhados uns em relação aos outros. Nesta etapa, as ranhuras de bobinagem dos discos também vão ficar desalinhadas umas em relação às outras.

Na etapa 306, o elemento de posicionamento é colocado dentro dos elementos de posicionamento dos discos. Isto faz com que os elementos de posicionamento dos discos vão ficar alinhados uns com os outros, e também as ranhuras de bobinagem dos discos vão ficar alinhadas umas com as outras.

Um outro efeito é o que consiste no facto dos discos mutuamente rodados um em relação ao outro provocarem a criação de forças opostas sobre os tubos de arrefecimento, indo desse modo proporcionar uma firme fixação dos tubos aos canais de arrefecimento formados pelos recessos.

Para os entendidos na matéria será óbvio que, à medida que a tecnologia for avançando, o conceito inventivo poderá ser implementado de várias maneiras. O invento e os seus modos de realização não se acham limitados aos exemplos aqui anteriormente descritos, podendo variar dentro do âmbito das reivindicações anexas.

Claims

ΡΕ2325977 1 REIVINDICAÇÕES 1. Disco de estator do estator de um motor eléctrico, compreendendo: um conjunto de recessos (212), sendo cada recesso (212) configurado para receber um tubo de arrefecimento (214), caracterizado por o disco de estator (200A) compreender um ou mais elementos de posicionamento (218A) próprios para alinhar o disco de estator com outro disco de estator, achando-se o um ou mais elementos de posicionamento posicionados em relação ao disco de estator (200A) de maneira a que, quando o disco de estator (200A) é colocado numa posição angularmente decala-da, isto é, rodada, com respeito a outro disco de estator semelhante (200B), a fim de fazer com que os recessos (212B, 222A) dos discos (200A, 200B) vão ficar alinhados de maneira própria para receber os tubos de arrefecimento, os elementos de posicionamento (218A, 218B) dos dois discos (200A, 200B) vão ficar apenas parcialmente alinhados um com o outro, de maneira a fazer com que, após o alinhamento dos elementos de posicionamento (218A, 218B), os recessos dos discos mutuamente angularmente decalados, isto é, rodados, um com respeito ao outro, vão provocar a criação de forças de compressão opostas sobre os tubos de arrefecimento. 2 ΡΕ2325977
2. Disco de estator, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por, quando os elementos de posicionamento (218A, 218B) são alinhados um com o outro, um par de recessos (212B, 222A) dos discos que recebe um mesmo tubo de arrefecimento (220) vai provocar a criação de forças de compressão essencialmente opostas sobre o tubo de arrefecimento (220).
3. Disco de estator, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o elemento de posicionamento (218A, 218B) ser configurado para receber uma peça de posicionamento (224) própria para promover o alinhamento dos elementos de posicionamento (218A, 218B) dos discos (200A, 200B) um em relação ao outro.
4. Disco de estator, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o disco de estator compreender ranhuras de bobinagem (102), indo as referidas ranhuras de bobinagem (102) ficar desalinhadas com as ranhuras de bobinagem de um disco de estator semelhante quando os dois discos estão numa posição angularmente decalada, isto é, rodada, um com respeito ao outro, enquanto os recessos dos discos são alinhados um com o outro para receber um tubo de arrefecimento.
5. Disco de estator, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o recesso (222A) próprio para receber o tubo de arrefecimento (220) ser um entalhe formado no bordo exterior do disco de estator (200A). 3 ΡΕ2325977
6. Disco de estator, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o recesso próprio para receber o tubo de arrefecimento ser um furo de passagem formado no corpo do disco de estator.
7. Estator para um motor eléctrico, compreendendo : uma pluralidade de discos semelhantes estator empilhados em conjunto para formar o estator, em que cada disco de estator compreende: um conjunto de recessos, cada recesso sendo configurado para receber um tubo de arrefecimento, caracterizado por cada disco de estator (200A, 200B) compreender um ou mais elementos de posicionamento (218A, 218B) próprios para alinhar os discos de estator (200A, 200B) em conjunto, indo o um ou mais elementos de posicionamento (218A, 218B) ser posicionados em relação aos discos de estator (200A, 200B) de maneira a que quando dois discos de estator são postos numa posição angularmente decalada, isto é, rodada, um em relação ao outro, a fim de fazer com que os recessos (222A, 212B) dos discos (200A, 200B) vão ficar alinhados de maneira própria para receber um tubo de arrefecimento (220), os elementos de posicionamento (218A, 218B) dos dois discos (200A, 200B) vão ficar apenas parcialmente alinhados um com o outro. 4 ΡΕ2325977
8. Estator de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por os elementos de posicionamento (218A, 218B) ficarem parcialmente sobrepostos, de maneira a que seja possível fazer com que uma peça de posicionamento (224) vá penetrar nos elementos de posicionamento (218A, 218B), a fim de fazer com que os elementos de posicionamento (218A, 218B) vão ficar alinhados um com o outro.
9. Estator de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por, quando a peça de posicionamento (224) é posicionada nos elementos de posicionamento (218A, 218B), a fim de fazer com que os elementos de posicionamento (218A, 218B) vão ficar alinhados um com o outro, os recessos (222A, 212B) dos discos (200A, 200B) que se acham mutuamen-te angularmente decalados, isto é, rodados um em relação ao outro, são configurados para exercer forças de compressão essencialmente opostas sobre os tubos de arrefecimento (220) que se acham posicionados no interior dos referidos recessos.
10. Estator de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por, antes de se proceder ao posicionamento da peça de posicionamento (224) nos elementos de posicionamento (218A, 218B) dos discos (200A, 200B), as ranhuras de bobinagem dos discos que se acham mutuamente angularmente decalados, isto é, rodados, um em relação ao outro, encon-tram-se desalinhadas uma em relação à outra.
11 . Método de montagem do estator de um motor 5 ΡΕ2325977 eléctrico, caracterizado por compreender as seguintes etapas : proporcionar (300) uma pluralidade de discos de esta-tor semelhantes, cada disco compreendendo recessos próprios para receber tubos de arrefecimento, e um ou mais elementos de posicionamento próprios para o alinhamento do disco em relação a outros discos de esta-tor ; fazer com que pelo menos alguns dos discos de estator vão rodar (302) com respeito a outros discos de estator de maneira a passarem para uma posição em que os recessos dos discos mutuamente angularmente decalados, isto é, rodados, uns em relação aos outros, vão ficar alinhados uns com os outros, e em que os elementos de posicionamento vão ficar desalinhados uns em relação aos outros; colocar (304) os tubos de arrefecimento nos recessos; e alinhar (306) os elementos de posicionamento uns em relação aos outros de maneira a que os recessos dos discos mutuamente angularmente decalados, isto é, rodados, uns em relação aos outros, vão provocar a criação de forças de compressão opostas sobre os tubos de arrefecimento.