ES2651947T3

ES2651947T3 - Parte activa de una máquina eléctrica con bobinas oblicuas en la zona de la cabeza del devanado

Info

Publication number: ES2651947T3
Application number: ES11720438.8T
Authority: ES
Inventors: Norbert SCHÖNBAUER; Axel MÖHLE
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2010-08-27
Filing date: 2011-05-11
Publication date: 2018-01-30
Anticipated expiration: 2031-05-11
Also published as: CA2809294A1; EP2599188B1; WO2012025260A1; US9276446B2; CN103069692B; CA2809294C; US20130154429A1; EP2599188A1; DE102010039871A1; CN103069692A

Abstract

Parte activa de una máquina eléctrica con - un soporte (9), que está configurado como apilamiento de láminas cilíndrico, - una pluralidad de bobinas (11, 12, 13), que están dispuestas sobre el soporte (9) y que presentan respectivamente varios subconductores (14), y - una zona de cabeza del devanado, en la que las bobinas (11, 12, 13) sobresalen respectivamente en forma de arco desde el soporte (9) y están conectadas entre ellas, en donde cada una de las bobinas (11, 12, 13) en la zona de cabeza del devanado posee un arco de bobina, y la línea central (15, 16, 17) de la bobina en el arco de bobina discurre fundamentalmente en un plano, y los subconductores (14) de la bobina en el arco de bobina de la bobina discurren en paralelo al plano y forman ellos mismos respectivamente unos arcos de subconductor, en donde los vértices (18) de los arcos de subconductor de la bobina forman una línea de inclinación, en donde la línea de inclinación de cada una de las bobinas (11, 12, 13) está dispuesta tanto oblicuamente respecto a una superficie frontal (10) del soporte (9) como oblicuamente respecto al eje principal del soporte (9), en donde los planos de las tres bobinas adyacentes adoptan los ángulos 0º, 45º y 90º con relación a una superficie frontal (10) del soporte (9), de la que sobresalen las bobinas (11, 12, 13).

Description

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DESCRIPCION

Parte activa de una maquina electrica con bobinas oblicuas en la zona de la cabeza del devanado

La presente invention hace referencia a una parte activa de una maquina electrica con un soporte y con una pluralidad de bobinas, que estan dispuestas sobre el soporte y que presentan respectivamente varios subconductores. Ademas de esto la parte activa posee una zona de cabeza del devanado, en la que las bobinas sobresalen respectivamente en forma de arco desde el soporte y estan conectadas entre ellas. Cada una de las bobinas en la zona de cabeza del devanado posee un arco de bobina, y la llnea central de la bobina en el arco de bobina discurre en un plano. Los subconductores de bobina en el arco de bobina de la bobina discurren en paralelo al plano y forman ellos mismos respectivamente un arco de subconductor.

Las maquinas electricas como motores, generadores y transformadores poseen respectivamente una o varias partes activas, que son activas magneticamente. Un motor presenta por ejemplo un estator y un rotor como partes activas.

En el estator y/o el rotor de un motor o generador pueden estar introducidas o insertadas unas bobinas. Las bobinas se encuentran normalmente despues en o sobre un apilamiento de laminas. Normalmente de los lados frontales de unos apilamientos de laminas cillndricos sobresalen las bobinas y forman juntas una cabina de devanado del rotor o estator.

La cabeza del devanado de las maquinas electricas pertenece a las partes magneticamente inactivas, que no contribuyen a la formation de pares de giro. Por ello es deseable intentar que la longitud de los conductos y el voladizo de la cabeza del devanado se mantengan lo mas reducidos posible, para evitar una necesidad de espacio, un peso y unas perdidas innecesarios.

El documento EP 1 643619 A2 describe una maquina electrica con un soporte, que esta configurado como apilamiento de laminas cillndrico. Sobre el soporte estan dispuestas una pluralidad de bobinas, que presentan respectivamente varios subconductores. En una zona de cabeza del devanado las bobinas sobresalen respectivamente en forma de arco desde el soporte. Cada una de las bobinas en la zona de cabeza del devanado posee un arco de bobina, en donde una llnea central de la bobina en el arco de bobina discurre fundamentalmente en un plano y los subconductores de la bobina en el arco de bobina de la bobina discurren en paralelo al plano y forman ellos mismos respectivamente unos arcos de subconductor. Los vertices de los arcos de subconductor de la bobina forman una llnea de inclination. Las llneas de inclination de los vertices de los arcos de subconductor de las bobinas para las fases V y W estan dispuestas tanto oblicuamente respecto a una superficie frontal del soporte como oblicuamente al eje principal del soporte. Sin embargo, esto no es aplicable a las bobinas de la fase U, es decir, no para cada una de las bobinas en la cabeza del devanado. Esto se debe a que las llneas de inclinacion de los vertices de los arcos de subconductor de las bobinas para la fase U son paralelas al eje principal del soporte, es decir no estan dispuestas oblicuamente respecto al eje principal del soporte.

El WO 2008/107513 A1 describe una cabeza de bobina con una llnea de inclinacion de los vertices de los arcos de bobina parcial, que esta dispuesta oblicuamente respecto a una superficie frontal del soporte y tambien oblicuamente respecto al eje principal del soporte.

El documento WO 92/05618 A1 describe una disposition de devanado, que muestra un estator con bobinas, que afluyen todas conicamente en direction al entrehierro y cuya llnea de inclinacion de los vertices de los arcos de subconductor esta dispuesta oblicuamente respecto a una superficie frontal del soporte y tambien oblicuamente respecto al eje principal del soporte.

La fig. 1 muestra a modo de ejemplo una cabeza del devanado convencional de un devanado de tres niveles. Esto significa que las bobinas 1, 2 y 3 aqul concentricas estan superpuestas en tres niveles o tres planos. Las tres bobinas sobresalen desde un apilamiento de laminas 4. Las bobinas 1, 2 y 3 se han representado en un corte longitudinal, con relation al estator o rotor correspondiente. El extremo mas exterior de cada bobina en la zona de la cabeza del devanado 5 esta dirigido aqul verticalmente hacia abajo.

La fig. 2 muestra una variante de una cabeza del devanado. Tambien aqul sobresalen las bobinas individuales 1', 2' y 3' en primer lugar verticalmente desde el lado frontal 6 del apilamiento de laminas 4. La primera bobina 1' esta curvada verticalmente hacia abajo, como en el ejemplo de la fig. 1. El extremo de la bobina 1' discurre por lo tanto en paralelo al lado frontal 6. La segunda bobina 2', por el contrario, discurre por el extremo formando un angulo de 45° respecto a la superficie frontal 6. La misma posee de forma correspondiente una llnea de inclinacion 7, que se ha indicado en la fig. 2 con una flecha. Perpendicularmente a esta llnea 7 se define un plano de inclinacion 8. El extremo mas exterior de la bobina 2' discurre en paralelo a este plano de inclinacion 8. Si las bobinas 1', 2' y 3' estan formadas por subconductores, estos subconductores estan situados unos sobre otros perpendicularmente al plano de inclinacion 8.

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La tercera bobina 3' discurre en vista en corte en ilnea recta hacia fuera del lado frontal 6 del apilamiento de laminas 4. El plano de inclinacion de esta bobina 3' discurre de este modo en paralelo al lado frontal 6. El plano de inclinacion de la primera bobina 1', por el contrario, forma un angulo de 90° con la superficie frontal 6.

Es caracterlstico del modo de realization clasico de las cabezas de devanado representadas en las figs. 1 y 2 el hecho de que puedan inclinarse de forma diferente y de que todos los conductos o subconductores de la bobina respectiva esten situados, con precision unos sobre otros, perpendicularmente al plano de inclinacion respectivo. Las interconexiones a aplicar a la cabeza del devanado hacen que la cabeza del devanado este en conjunto todavla mas en voladizo.

El objeto de la presente invention consiste de este modo en conformar de forma mas compacta una parte activa de una maquina electrica y en particular de su zona de la cabeza del devanado.

Este objeto es resuelto conforme a la invencion mediante una parte activa de una maquina electrica con un soporte, que esta configurado como un apilamiento de laminas cillndrico, una pluralidad de bobinas que estan dispuestas sobre el soporte y que presentan respectivamente varios subconductores, y una zona de la cabeza del devanado en la que las bobinas sobresalen respectivamente en forma de arco desde el soporte y estan conectadas unas a otras, en donde cada una de las bobinas en la zona de la cabeza del devanado posee un arco de bobina y la llnea central de la bobina en el arco de bobina discurre fundamentalmente en un plano y los subconductores de la bobina en el arco de bobina de la bobina discurren en paralelo al plano y forman ellos mismos respectivamente unos arcos de subconductor, en donde la llnea de inclinacion de cada una de las bobinas dispuesta tanto oblicuamente respecto a una superficie frontal del soporte como oblicuamente al eje principal del soporte, en donde los planos de las tres bobinas adyacentes forman los angulos 0°, 45° y 90° con relation a una superficie frontal del soporte, de la que sobresalen las bobinas.

De un modo ventajoso mediante el recorrido oblicuo de los subconductores pueden ganarse espacio, que puede aprovecharse para interconexiones, p.ej una llnea anular, etc. De este modo puede aprovecharse en total mejor la zona de la cabeza del devanado, de tal manera que en ultimo termino puede establecerse una parte activa mas compacta.

De forma preferida la parte activa esta configurada como estator o rotor. De este modo la maquina electrica correspondiente puede estructurarse de forma mas compacta que una maquina con un estator o rotor convencional con una conformacion habitual de la cabeza del devanado.

En la llnea de inclinacion del arco de subconductor de la bobina puede estar dispuesto un elemento de interconexion. A partir de ahl conforma la diagonal de la bobina, en la que se consigue una ganancia de espacio con relacion a bobinas convencionales, se aprovecha para alojar elementos de interconexion. En general los elementos de interconexion pueden estar aproximados a las diagonales de las bobinas, con lo que se ahorra en total espacio.

En una conformation preferida la pluralidad de bobinas en el estator o rotor estan dispuestas repartidas en direction perimetrica, y los planos de bobinas adyacentes en la zona de la cabeza del devanado estan inclinados unos respecto a los otros. Esto tiene la ventaja de que, incluso manteniendo los tramos de aire y fluencia requeridos, la parte activa, respectivamente el rotor o estator, puede conformarse de modo mas activo.

Los planos de tres bobinas adyacentes forman con una superficie frontal del soporte, desde la que sobresalen las bobinas, los angulos 0°, 45° y 90°. De este modo las bobinas estan dispuestas repartidas en la zona de la cabeza del devanado, tambien en cuanto a su inclinacion. En particular pueden asociarse a las tres bobinas adyacentes las fases U, V y W de un sistema de corriente alterna.

Las bobinas pueden ser por ejemplo bobinas concentricas. La invencion puede aprovecharse por lo tanto en general para bobinas concentricas y no concentricas.

Asimismo las tres bobinas pueden poseer una longitud diferente. Esto no es crltico para la action de las bobinas y, sin embargo, aporta ventajas con relacion al ahorro de espacio constructivo. La parte activa conforme a la invencion se emplea de forma preferida, como ya se ha expuesto, en un motor o en un generador.

La presente invencion se explica con mas detalle en base a los dos dibujos adyacentes, en los que muestran:

la fig. 1 una cabeza del devanado de un devanado de tres niveles con unas bobinas inclinadas hacia abajo, conforme al estado de la tecnica;

la fig. 2 una cabeza del devanado de un devanado de tres niveles con unas bobinas inclinadas de forma diferente, conforme al estado de la tecnica;

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la fig. 3 una cabeza del devanado de un devanado de tres niveles con unas bobinas inclinadas de forma diferente, conforme a la presente invencion.

Los ejemplos de realizacion ilustrados a continuacion con mas detalle representan unas formas de realization preferidas de la presente invencion.

En la fig. 3 se ha representado a modo de ejemplo una zona de la cabeza del devanado de un estator de una maquina electrica. Puede reconocerse el apilamiento de laminas 9 del estator. El apilamiento de laminas cillndrico 9 posee un lado frontal 10, del que sobresalen aqul tres bobinas 11, 12 y 13. Las dos bobinas delanteras 11 y 12 se han representado con un aislamiento, mientras que la bobina trasera 13 se ha representado descubierta sin el aislamiento. Por ello pueden reconocerse los subconductores individuales de la bobina 13.

Cada una de las bobinas 11, 12 y 13 discurre hacia fuera del lado frontal 10 del apilamiento de laminas 9, traza un arco en la zona de la cabeza del devanado y es guiada de de nuevo de vuelta hasta el apilamiento de laminas 9. La llnea central 15, 16, 17 de cada bobina 11, 12, 13 discurre en el arco respectivo de la bobina en un plano. Este plano esta situado verticalmente sobre el respectivo plano de inclination de una bobina (vease el plano de inclination 8 de la bobina 2' de la fig. 2). En la fig. 3 se ha dibujado el plano de inclinacion 19 de la bobina 11. El mismo se extiende formando un angulo de 90° con el lado frontal 10 del apilamiento de laminas 9. Analogamente a esto, el plano de inclinacion de la bobina 12 tendrla un angulo de 45° y el plano de inclinacion de la bobina 13 un angulo de 0°.

Los subconductores 14 de la bobina 13 no estan situados unos sobre otros en angulo recto, respecto al plano que esta definido por la llnea central 17. En lugar de ello, los subconductores 14 estan situados unos sobre otros oblicuamente respecto a este plano. Esto significa que los vertices 18 de los arcos de subconductor estan situados sobre una llnea, que forma el angulo a con el plano descrito por la llnea central 17. El contorno de la bobina, segun se contempla en una vista lateral longitudinal del estator, discurre por lo tanto formando el angulo a oblicuamente respecto al citado plano. De forma correspondiente a esto, el vertice de los arcos de subconductor forma un angulo de 90° - a con el plano de inclinacion que discurre verticalmente en la fig. 3 (no se ha dibujado en la fig. 3 para obtener una mejor vision general).

Mediante el recorrido oblicuo de la bobina 13 sobre el borde exterior de la cabeza del devanado se gana espacio, que se usa aqul para un dispositivo de interconexion 20. Se usa habitualmente para interconectar las bobinas individuales 11, 12 y 13 a otras bobinas del estator. El dispositivo de interconexion 20 posee por ejemplo un conductor de cobre 21, para materializar una llnea anular. El conductor de cobre 21 esta apoyado con un aislante 22 en el devanado oblicuo 13.

La bobina 12 no se ha instalado aqul oblicuamente con respecto al plano, que esta abarcado por el plano de la llnea central 16 en forma de arco. Su contorno no discurre por lo tanto tampoco oblicuamente, sino en paralelo a su plano de inclinacion. El plano de inclinacion posee aqul un angulo de 45 con relation a la superficie frontal 10 del apilamiento de laminas 9. El vertice de los subconductores en forma de arco (en la fig. 3 debajo del aislamiento visible) discurre en paralelo al plano de inclinacion. El espacio libre que se obtiene debajo de la bobina inclinada 13 puede usarse tambien para un dispositivo de interconexion 23. Tambien aqul un aislamiento 24 apoya un conductor de cobre 25 con respecto a la bobina 12.

La bobina 11 dibujada delante en la fig. 3 esta inclinada hacia adelante. El plano que esta abarcado mediante su llnea central 15 en su zona de arco discurre en paralelo a la superficie frontal 10 del apilamiento de laminas 9. La bobina 11 esta aqul de nuevo achaflanada. Es decir, su contorno 26 segun se contempla por el lado longitudinal o la llnea central de los vertices de sus arcos de subconductor forma el angulo p con respecto al plano de inclinacion 19. El angulo del contorno 26 con respecto al plano definido mediante la llnea central 15 es segun esto de 90° - p. Tambien en la bobina 11 esta dispuesto un dispositivo de interconexion 27 en la zona de oblicuidad. El mismo comprende aqul un aislante 28, que apoya aqul un primer conductor de cobre 29 y un segundo conductor de cobre 30 con relacion a la bobina 11.

Por medio de que los subconductores de una bobina (en el ejemplo de la fig. 3 las bobinas 11 y 13) no estan situados unos sobre otros verticalmente, los huecos restantes entre las bobinas pueden aprovecharse mejor. Los subconductores de las bobinas se acortan tanto de plano a plano, que se mantienen precisamente todavla los tramos de aire y fluencia requeridos. La necesidad de espacio se reduce y los espacios libres que se producen pueden usarse para instalar la llnea anular, para tender cables o conductos de refrigeration.

De forma ventajosa puede minimizarse de este modo la longitud de conducto en la cabeza del devanado. De este modo se reducen las perdidas y aumenta el grado de eficacia. El principio mostrado no solo puede llevarse a cabo, como se muestra en la fig. 3, para devanados de tres niveles, sino que puede aplicarse en cada bobina concentrica.

Mediante la aplicacion del principio estructural conforme a la invencion, las bobinas de las diferentes fases (p.ej. las bobinas 11, 12 y 13 estan asociadas a las fases U, V y W) presentaran en general una longitud diferente. Debido a

que la resistencia ohmica de las bobinas no es determinants para el comportamiento operacional, esto no tiene en general ningun efecto negativo.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Parte activa de una maquina electrica con

- un soporte (9), que esta configurado como apilamiento de laminas cillndrico,

- una pluralidad de bobinas (11, 12, 13), que estan dispuestas sobre el soporte (9) y que presentan respectivamente varios subconductores (14), y

- una zona de cabeza del devanado, en la que las bobinas (11, 12, 13) sobresalen respectivamente en forma de arco desde el soporte (9) y estan conectadas entre ellas, en donde cada una de las bobinas (11, 12, 13) en la zona de cabeza del devanado posee un arco de bobina, y la llnea central (15, 16, 17) de la bobina en el arco de bobina discurre fundamentalmente en un plano, y los subconductores (14) de la bobina en el arco de bobina de la bobina discurren en paralelo al plano y forman ellos mismos respectivamente unos arcos de subconductor, en donde los vertices (18) de los arcos de subconductor de la bobina forman una llnea de inclinacion, en donde la llnea de inclinacion de cada una de las bobinas (11, 12, 13) esta dispuesta tanto oblicuamente respecto a una superficie frontal (10) del soporte (9) como oblicuamente respecto al eje principal del soporte (9),

en donde los planos de las tres bobinas adyacentes adoptan los angulos 0°, 45° y 90° con relacion a una superficie frontal (10) del soporte (9), de la que sobresalen las bobinas (11, 12, 13).
2. Parte activa segun la reivindicacion 1, que esta configurada como estator o rotor.
3. Parte activa segun la reivindicacion 1 o 2, en donde en la llnea de inclinacion de los arcos de subconductor de la bobina esta dispuesto un elemento de interconexion (20, 23, 27).
4. Parte activa segun la reivindicacion 2, en donde la pluralidad de bobinas (11, 12, 13) en el estator o rotor estan dispuestas repartidas en direccion perimetrica, y los respectivos planos de bobinas adyacentes en la zona de la cabeza del devanado estan inclinados unos respecto a los otros.
5. Parte activa segun una de las reivindicaciones anteriores, en donde a las tres bobinas adyacentes estan asociadas las fases U, V y W de un sistema de corriente alterna.
6. Parte activa segun una de las reivindicaciones anteriores, en donde las bobinas (11, 12, 13) son bobinas concentricas
7. Parte activa segun una de las reivindicaciones anteriores, en donde las tres bobinas poseen diferentes longitudes.
8. Motor o generador con una parte activa conforme a una de las reivindicaciones anteriores.