ES2310424T3

ES2310424T3 - Maquina electrica rotativa, en particular un alternador de vehiculo automovil, y procedimiento de fabricacion de su estator.

Info

Publication number: ES2310424T3
Application number: ES99402705T
Authority: ES
Inventors: Pierrick Grand; Pascal Couvert
Original assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Current assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Priority date: 1998-10-29
Filing date: 1999-10-29
Publication date: 2009-01-01
Anticipated expiration: 2019-10-29
Also published as: FR2785464A1; DE69941042D1; EP0998011A1; DE69939091D1; EP1906511A3; EP1906511A2; FR2785464B1; EP1906511B1; EP0998011B1

Abstract

Se presenta una máquina eléctrica giratoria con una producción reducida de ruido transportado por el aire para su utilización como alternador en un vehículo a motor. El alternador tiene un estator (14) que soporta unas carcasas que se proyectan hacia el interior (141) alrededor de las cuales se enrollan los bobinados. Los extremos (140, 141) de los bobinados del estator se extienden más allá de los extremos de las carcasas. Existe un desalineamiento axial entre los dos extremos del bobinado del estator, que se crea ejerciendo una fuerza axial sobre los bobinados del estator.

Description

Máquina eléctrica rotativa, en particular un alternador de vehículo automóvil, y procedimiento de fabricación de su estator.

La presente invención de una forma general las máquinas rotativas, y en particular los alternadores de vehículos automóviles.

Mientras que durante muchos años el diseño de los alternadores tenía como objetivo el realizar máquinas que presentaran un buen rendimiento con un peso y un volumen ocupado limitados, y susceptibles de girar a velocidades de rotación elevadas, se prestaba relativamente poca atención al ruido que esos alternadores engendrarían, que era relativamente bajo con respecto al del motor de combustión del vehículo, situado a su alrededor.

Ahora bien actualmente se tiende a reducir las fuentes de ruido en un vehículo automóvil, incluyendo a nivel del alternador, sabiendo que el ruido acumulado se verá, incluso aunque sea en grado limitado, igualmente reducido.

Se conoce debido a la solicitud de patente FR 2734 960 un motor eléctrico para trampilla giratoria con cabezas de arrollamiento de estator mantenidas gracias a piezas de cubierta.

La presente invención consiste en un nuevo método, particularmente sencillo y económico de realizar en el transcurso del proceso de fabricación de una máquina como un alternador (o incluso un alternador con motor de arranque incorporado), que permite reducir de forma sustancial el ruido de origen aerodinámico durante la rotación de la máquina, jugando en particular con ciertas componentes armónicas de ese ruido.

Un objeto secundario de la presente invención es, gracias a ese mismo método, facilitar en ciertos casos el posicionamiento del estator en el conjunto formado por los cojinetes delantero y trasero.

De este modo la presente invención propone según un primer aspecto una máquina eléctrica rotativa, en particular un alternador de vehículo automóvil, según la reivindicación 1.

Ventajosamente, las cabezas de bobinado situadas en un lado opuesto al lado de arrastre (lado llamado trasero, opuesto a la polea) del árbol del rotor sobresalen más que las cabezas de bobinado situadas en el lado de arrastre.

Además, la diferencia entre las extensiones axiales a lo largo de las cuales las cabezas de bobinado sobresalen a uno y otro lado de la carcasa del estator, está comprendida preferiblemente entre alrededor de 4 y alrededor de 8 mm.

Según otro aspecto, la invención propone un método de fabricación de un estator de una máquina eléctrica rotativa como un alternador de vehículo automóvil con un ruido de funcionamiento de origen aerodinámico reducido, comprendiendo el estator una carcasa de revolución alrededor de un eje de rotación de la máquina, que recibe bobinados del estator, caracterizado por el hecho de que comprende las etapas que consisten en:

- arrollar bobinas de estator en alojamientos formados en la carcasa con un juego controlado, formando en este caso concreto una estructura de bobinados esencialmente rígida que posee dos conjuntos de cabezas de bobinado que sobresalen respectivamente más allá de dos caras de extremos axiales de la carcasa, y

- desplazar la susodicha estructura de bobinados en una dirección fundamentalmente paralela al susodicho eje de rotación.

Se realiza la etapa de desplazamiento preferentemente ejerciendo un esfuerzo de empuje sobre uno de los conjuntos de cabezas de bobinado.

Ese desplazamiento se realiza por ejemplo a lo largo de una distancia comprendida entre alrededor de 2 y 4 mm.

Otros aspectos, objetivos y ventajas de la presente invención se harán más evidentes con la lectura de la descripción detallada que viene a continuación de una forma de realización preferida de ésta, dada a título de ejemplo no limitativo y hecha en referencia al dibujo en anexo, en el cual:

la figura 1 es una vista en sección axial de un alternador de vehículo automóvil realizada según la invención, y

la figura 2 es un gráfico que ilustra la mejora obtenida por la presente invención en términos de nivel de ruido aerodinámico en función de la velocidad de rotación.

En referencia en primer lugar a la figura 1, se ha representado un alternador de vehículo automóvil que comprende, de forma clásica en si misma, un cojinete delantero 10 y un cojinete trasero 12 ensamblados de modo que aprisionan la carcasa 141 de un estator 14, y reciben un rotor 16 montado en un árbol de rotor 160 él mismo montado en los cojinetes delantero y trasero por medio de rodamientos de bolas para girar alrededor de un eje x-x. El árbol del rotor 160 soporta en su extremo delantero una polea 18 para que el alternador pueda se arrastrado en rotación.

En el lado trasero, el alternador comprende una cubierta 20 que cubre diferentes elementos como un conjunto portaescobillas 22 y un puente rectificador referenciado de forma global con la referencia 24.

La carcasa 141 del estator, realizada de forma clásica por apilado de chapas, posee una pluralidad de ranuras (no visibles) en las cuales se arrollan los bobinados de estator. De forma clásica, esos bobinados forman a una y otra parte de la carcasa en dirección axial dos cabezas de bobinado, a saber una cabeza de bobinado delantera 140 y una cabeza de bobinado trasera 142.

Se ha constatado que cuando esas cabezas de bobinado adoptaban geometrías no simétricas con respecto al plano transversal medio de la carcasa de estator 141, entonces la emisión de ruido global, de origen aerodinámico, del alternador se veía reducida en proporciones notables. Después del análisis de ese fenómeno, se ha constatado que esa disimetría entre las cabezas de bobinado 140, 142 provocaba una disminución apreciable del componente de ruido correspondiente al armónico de rango 12. Esto corrobora perfectamente el hecho de que se puede reducir el ruido global de forma particularmente perceptible para el oído humano si se disminuyen los componentes armónicos de rango de bajo a medio (considerándose el rango 12 como medio).

Según un modo de realización preferido de la invención, esa disimetría entre las cabezas de bobinado se obtiene bobinando los arrollamientos de estator de la forma habitual para realizar una estructura de bobinados relativamente compacta y rígida, pero con un cierto juego axial con respecto a la carcasa, y ejerciendo a continuación un esfuerzo de desplazamiento sobre las cabezas de bobinado situadas en un lado, y pues sobre el conjunto de la estructura de bobinados, incluyendo las cabezas de bobinado opuestas en una dirección paralela al eje de rotación del alternador de manera que las cabezas de bobinado situadas en el susodicho extremo opuesto, en este caso concreto las cabezas de bobinado traseras 142, sobresalen más con respecto a la cara lateral trasera de la carcasa que las cabezas de bobinado delanteras 140 con respecto a su cara lateral delantera. De este modo la figura 1 muestra que después de ese desplazamiento, la extensión de las cabezas de bobinado traseras 142 con respecto a la cara trasera de la carcasa 141 (distancia A) es superior a la extensión (distancia B) de las cabezas de bobinado delanteras en el lado opuesto.

Concretamente, se empiezan a obtener resultados significativos en términos de reducción de ruido cuando la diferencia entre las distancias A y B alcanza alrededor de 4 mm, obteniéndose una reducción de ruido particularmente notable cuando esa diferencia es de 8 mm o más. Esto corresponde a un desplazamiento efectivo de la estructura de bobinados a lo largo de una distancia comprendida entre 2 y 4 mm.

Se pueden obtener resultados interesantes igualmente si se desplaza la estructura de bobinados en el sentido opuesto, es decir hacia el lado delantero (lado de la polea) de la máquina.

La figura 2 ilustra, por medio de un conjunto de curvas de ruido (expresado en dB) en función de la velocidad de rotación del alternador (expresado en revoluciones/minuto), los resultados en materia de reducción de ruidos obtenidos gracias a la presente invención.

De ese modo la curva C1 ilustra la evolución del componente armónico de rango 12 del ruido en un estator convencional, de cabezas de bobinado simétricas, mientras que la curva C2 ilustra la evolución del mismo componente armónico en un estator cuyas cabezas de bobinado presentan la disposición ilustrada en la figura 1, con A-B 4\approxmm.

Se observa una disminución del ruido a nivel de ese armónico que es significativa a lo largo de todo el intervalo de velocidades de rotación del alternador, alcanzando de 5 a 8 dB para las velocidades de rotación elevadas.

El nivel de ruido global de un estator convencional es ilustrado por la curva C3, mientras que el nivel de ruido global del estator de la figura 1 es ilustrado por la curva C4.

Se observa una disminución de ese ruido global que puede alcanzar de 2 a 3 dB para las velocidades de rotación elevadas.

De ese modo, gracias a medios particularmente sencillos y económicos de realizar, y sin la menor pieza adicional, se consigue una disminución sustancial del nivel de ruido del alternador.

Se observará igualmente que, en ciertos casos, el desplazamiento de la estructura de bobinados de estator según la invención puede ser aprovechada para facilitar el posicionamiento del estator en la máquina.

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Referencias citadas en la descripción

Esta lista de referencias citadas por el solicitante está prevista únicamente para ayudar al lector y no forma parte del documento de patente europea. Aunque se ha puesto el máximo cuidado en su realización, no se pueden excluir errores u omisiones y la OEP declina cualquier responsabilidad en este respecto.

Documentos de patente citados en la descripción

\bullet FR 2734960 [0004].

Claims

1. Máquina eléctrica rotativa, en particular alternador de vehículo automóvil, que comprende un rotor (16) montado en un árbol de rotor (160) que gira alrededor de un eje (x-x) y un estator (14), comprendiendo el estator una carcasa (141) que recibe arrollamientos de estator que definen dos conjuntos de cabezas de bobinado (140, 142) que sobresalen respectivamente más allá de dos caras de extremos axiales de la carcasa, caracterizada por el hecho de que uno (142) de los conjuntos de cabezas de bobinado sobresale más en dirección axial con respecto a la cara de extremo correspondiente que el otro conjunto de cabezas de bobinado (140) con respecto a la otra cara de extremo, de manera que se reduce el ruido de funcionamiento de origen aerodinámico, siendo arrollados los arrollamientos de estator sobre la carcasa con un juego axial controlado con respecto a la carcasa y pudiéndose posicionar las cabezas de bobinado como consecuencia de un desplazamiento axial de los arrollamientos con respecto a la carcasa.

2. Máquina eléctrica según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que las cabezas de bobinado (142) situadas en un lado opuesto al lado de arrastre del árbol de rotor (160) sobresalen más que las cabezas de bobinado (140) situadas en el lado de arrastre.

3. Máquina según una de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizada por el hecho de que la diferencia entre las extensiones axiales (A, B) a lo largo de las cuales las cabezas de bobinado sobresalen a uno y otro lado de la carcasa de estator está comprendida entre alrededor de 4 y alrededor de 8 mm.

4. Método de fabricación de un estator de una máquina eléctrica rotativa como un alternador de vehículo automóvil con un ruido de funcionamiento de origen aerodinámico reducido, comprendiendo el estator (14) una carcasa (141) de revolución alrededor de un eje de rotación de la máquina, que recibe bobinados de estator, caracterizado por el hecho de que comprende las etapas que consisten en:

- arrollar bobinas de estator en alojamientos formados en la carcasa con un juego controlado, formando de esa forma una estructura de bobinados esencialmente rígida que posee dos conjuntos de cabezas de bobinado (140, 142) que sobresalen respectivamente más allá de dos caras de extremos axiales de la carcasa, y

- desplazar la susodicha estructura de bobinados en una dirección fundamentalmente paralela al susodicho eje de rotación de manera que uno de los conjuntos de cabezas de bobinado sobresalga más en dirección axial que el otro conjunto de cabezas de bobinado.

5. Método según la reivindicación 4, caracterizado por el hecho de que la etapa de desplazamiento se realiza ejerciendo un esfuerzo de empuje sobre uno (140) de los conjuntos de cabezas de bobinado.

6. Método según una de las reivindicaciones 4 y 5, caracterizado por el hecho de que se realiza el desplazamiento a lo largo de una distancia comprendida entre alrededor de 2 y 4 mm.