ES2227857T5 - Procedimiento de bobinado y bobinas para máquinas rotativas eléctricas. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a una bobina (31, 32, 38, 39) para el circuito magnético (20) de una máquina eléctrica giratoria, que comprende dos haces (36, 37) y dos cabezas de bobina (51, 52) cuyo espesor es sensiblemente igual a una fracción del espesor de dichos haces, siendo dicha bobina simétrica respecto del plano mediano de los haces. Las bobinas están dispuestas en las muescas del circuito magnético (20), de manera adyacente y según al menos dos capas de bobinado (24, 25, 26, 27) independientes y sucesivas.

Description

La invención se refiere al ámbito de las máquinas eléctricas rotativas, las cuales incluyen, por lo menos, dos armazones coaxiales separados por un entrehierro, un estator fijo y un rotor animado por un movimiento uniforme.

En este caso, nos interesan esencialmente las máquinas de corriente alterna, multifásicas y multipolo.

Dichos armazones pueden ser cilíndricos, por lo que la máquina crea un campo radial. Los conductores están situados en unas muescas repartidas en la periferia interna del estator o la periferia externa del rotor. Los conductores están paralelos al eje de rotación de la máquina.

Dichos armazones también pueden adoptar la forma de discos y, en este caso, la máquina crea un campo axial. Los conductores están situados en unas muescas radiales, por lo que están perpendiculares al eje de rotación de la máquina.

De forma clásica, los conductores están dispuestos en las muescas de un circuito magnético, según distintos tipos de bobinado, elegidos en función de las aplicaciones.

Los bobinados se realizan a partir de bobinas o barras pero, en este caso, nos interesan esencialmente los bobinados realizados mediante bobinas.

Las bobinas se realizan a partir de conductores aislados entre sí y enrollados según espiras concéntricas. Cada bobina está situada en dos muescas distintas del circuito magnético. Se llama generalmente haces a las dos partes de la bobina situadas en las muescas, y envolvente o cabeza de bobina la parte de la bobina que se encuentra en el exterior del circuito magnético.

Los bobinados clásicos son de bobinas concéntricas y de bobinas embrochadas, especialmente los bobinados del tipo imbricado que se utilizan en las máquinas de mediana y gran potencia.

Los bobinados de bobinas concéntricas pueden realizarse mediante enrollado con polos alternos o polos consecuentes.

Los conductores están situados en un único plano de muesca que se compone de dos capas realizadas sucesivamente, para un bobinado de polos consecuentes, y de tantas capas como fases, para un bobinado de polos alternos.

Estos bobinados tienen la ventaja de estar realizados por planos, por lo que son fáciles de automatizar.

Sin embargo, presentan limitaciones e inconvenientes.

Hoy en día los bobinados en un plano se destinan esencialmente para máquinas de baja potencia, para las cuales los costes de fabricación son preponderantes ante las prestaciones técnicas. En este caso, los conductores son de hilos redondos, con un relleno de muesca inferior a lo que se puede obtener mediante conductores semiplanos, y el paso de bobina es entero, en detrimento del ritmo del campo giratorio.

Sin embargo, es posible realizar este tipo de bobinado a partir de conductores semiplanos, mediante bobinas de distinta geometría, lo que puede implicar desequilibrios entre fases y una dispersión magnética, debido a las diferencias de volumen de las envolventes.

Para mejorar la progresividad del campo magnético giratorio, es posible realizar bobinados de paso reducido, pero sus posibilidades son limitadas e implica disimetrías de bobinado.

Los bobinados de bobinas embrochadas del tipo imbricado permiten pasos reducidos, por lo que permiten eliminar ciertas armónicas eléctricas.

En los bobinados imbricados, los conductores están dispuestos en las muescas según dos planos distintos, separados mediante aislantes.

Por ejemplo, mediante el documento US-A-3 719 844, se conoce un bobinado, según el estado de la técnica anterior, así como los documentos JP 05 30 87 36, DE 842 366 y JP 560 100 53. El documento JP 05308736 describe un bobinado para armazón cilíndrica que incluye bobinas cuyas cabezas presentan un grosos reducido respecto del grosor de los haces

De forma clásica, una bobina se realiza enrollando conductores semiplanos, previamente aislados, en un torno de bobinar, para obtener una o varias espiras concéntricas.

La bobina presenta generalmente la forma de lanzadera, que se estira para abrir la bobina y elevar la cabeza de bobina.

La separación entre los dos grandes lados de una bobina destinada a ser colocada en las muescas de un circuito magnético está en función del número de polos. En la medida en que los dos lados grandes de la bobina se encuentran en planos desfasados uno con relación a otro, estos dos lados estarán también situados en distintos planos, cuando se sitúe la bobina en el circuito magnético. Esto permite realizar el circuito eléctrico de la máquina, disponiendo las bobinas unas tras otras en el circuito magnético.

Los bobinados del tipo imbricado presentan numerosas ventajas desde el punto de vista eléctrico, debido a la existencia de dos planos de bobinado.

Sin embargo, presentan dos inconvenientes principales.

La longitud y el volumen de las cabezas de bobina son relativamente importantes, lo que perjudica las prestaciones eléctricas y, además, implica un sobrecoste debido a la cantidad de cobre utilizada.

Además, la colocación del conjunto de bobinas requiere elevar las bobinas dispuestas en primer lugar, para poder insertar las últimas bobinas. Esta operación, comúnmente denominada elevación del paso, es una operación esencialmente manual, lo que dificulta cualquier automatización.

Por ello, nos ha parecido necesario proponer otro tipo de bobina y otro procedimiento de bobinado, destinados al circuito magnético de una máquina eléctrica, que permiten reducir la longitud de las cabezas de bobina, siendo el procedimiento de bobinado fácil de automatizar.

En primer lugar, la invención se refiere a un bobinado para el circuito magnético de una máquina eléctrica rotativa de armazones discoides que comprende bobinas colocadas en muescas del circuito magnético y dispuestas de manera adyacente, según almenos dos capas de bobinas sucesivas idénticas e independientes, de manera a llenar todas las muescas, presentando cada bobina una forma trapezoidal y que comprende dos haces y dos cabezas de bobina cuyo grosor es sensiblemente igual a una fracción del grosor de dichos haces, siendo dicha bobina simétrica con relación al plano medio de los haces, estando los haces de las bobinas de las dos capas colovados en un mismo plano de muesca y estando las bobinas sucesivas e independientes dispuestas invertidas una respecto de otra para permitir que las cabezas de bobinas de las dos capas se encajen una dentro de otra y se superpongan solapándose en parte.

De preferencia, un primer grupo de bobinas se coloca únicamente en el plano “bajo de muesca”, y un segundo grupo se coloca únicamente en el plano “alto de muesca”,

De preferencia, al menos, una cabeza de bobina se ensancha con relación a los haces, y presenta partes salientes.

De preferencia. la anchura máxima de las partes salientes es inferior a la diferencia entre dos muescas del circuito magnético al nivel de dicha cabeza.

De preferencia, cada bobina presenta una superficie exterior plana.

De preferencia, las cabezas de la bobina presentan un grosor como mucho igual a la mitad del grosor de los haces.

La invención se refiere asimismo a un procedimiento de realización de un bobinado para el circuito magnético de una máquina eléctrica giratoria, de corriente alterna multifásica y multipolo, consistiendo el procedimiento en situar, en las muescas del circuito magnético, unas bobinas conformes a la invención, encontrándose las bobinas dispuestas de forma adyacente, según al menos dos capas de bobinado sucesivas e independientes, para rellenar todas las muescas. y que consiste consiste en realizar cada plano de muesca con al menos dos capas de bobinas y encajar las cabezas de las bobinas una en otra invirtiendo invirtiendo la posición de las bobinas de una capa de bobinado a la otra, superponiéndose las cabezas de las bobinas solapándose en parte y colocándose los haces de las bobinas de las dos capas enun mismo plano de muesca.

El procedimiento consiste de preferencia en formar las bobinas directamente en las muescas del circuito magnético.

De preferencia, las bobinas de cada circuito eléctrico de una fase determinada se realizan de manera continua.

Cuando el bobinado se realiza según dos planos de muesca, las bobinas están situadas sucesivamente en cada plano de muesca, y los haces de una misma bobina están situados en el mismo plano de muesca.

Como el procedimiento de la invención está destinado a una máquina discoide, el encaje de las cabezas de bobina se obtiene invirtiendo la posición de las bobinas de una capa de bobinado a la otra.

Para una máquina discoide, si el bobinado tiene un paso de 1 a 4, se emplea el procedimiento con bobinas idénticas.

La invención se refiere a un bobinado realizado con las bobinas de la invención, colocándose un primer grupo de bobinas únicamente en el plano “bajo de muesca”, y colocándose un segundo grupo únicamente en el plano “alto de muesca”, siendo ambos planos idénticos.

La invención se entenderá mejor, y otros objetivos y ventajas de la misma aparecerán con mayor claridad con la lectura de la siguiente descripción, realizada con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:

-La figura 1 muestra una vista frontal de una bobina utilizada para un bobinado clásico del tipo imbricado, y situada en una máquina de armazones cilíndricos.

-La figura 2 representa la proyección de la bobina de la figura 1, en un plano que pasa por el eje de la máquina.

-La figura 3 muestra una vista parcial en perspectiva del circuito magnético de un ejemplo de máquina discoide, dotado de bobinas según la invención.

-La figura 4 muestra una vista frontal de la figura 3. -La figura 5 muestra una vista parcial desde arriba de las figuras 3 o 4. -La figura 6 muestra una vista en corte según VI-VI de la figura 5. -La figura 7 muestra una vista parcial en corte, según VII-VII de la figura 5. -La figura 8 muestra una vista parcial en corte, según VIII-VIII de la figura 5. -La figura 9 muestra una vista parcial desde arriba del circuito magnético de una máquina discoide, en parte

dotado de bobinas del tipo imbricado, y en parte de bobinas según la invención. -La figura 10 es una vista parcial, desde arriba, del circuito magnético de otro ejemplo de máquina discoide,

dotado de bobinas según la invención, en el plano “bajo de muesca”. -La figura 11 muestra una vista parcial en corte, según XI-XI de la figura 10. -La figura 12 muestra una vista parcial en corte, según XII-XII de la figura 10. -La figura 13 muestra una vista parcial en corte, según XIII-XIII de la figura 10. -La figura 14 muestra una vista parcial en corte, según XIV-XIV de la figura 10. -La figura 15 incluye las figuras 15a y 15b, que muestran respectivamente una vista lateral y una vista frontal

de un ejemplo de utillaje que permite la realización de bobinas, según la invención. -La figura 16 incluye las figuras 16a y 16b, que ilustran dos etapas de realización de una bobina según la

invención, con el utillaje de la figura 15. Los elementos comunes de las distintas figuras están designados mediante las mismas referencias. Las bobinas utilizadas en bobinados del tipo imbricado se obtienen a partir de lanzaderas que son estiradas. Con referencia a la figura 1, se muestra una bobina 1 situada en un circuito magnético 2 del estator de una máquina

rotativa con armazones cilíndricos. La referencia 3 designa el mandrinado del estator, en el que está situado el rotor (no ilustrado en la figura 1). En el circuito magnético 2 del estator, se han previsto unas muescas que desembocan en el mandrinado 3. En la figura 1, sólo se ilustran dos muescas 4 y 5. Las muescas están cerradas mediante cuñas de cierre de muesca (no ilustradas en la figura 1), que están situadas

en los huecos 6 y 7 en cola de milano.

Los dos lados grandes 8 y 9 de la bobina 1 se encuentran en planos desfasados. El haz 8 está situado en el plano “bajo de muesca” 4, y el haz 9 está situado en el plano “alto de muesca" 5. De forma clásica, el plano “alto de muesca” está situado más próximo al entrehierro, mientras que el plano “bajo de

muesca” es el plano más alejado del entrehierro.

La cabeza de bobina lleva la referencia 10. Las referencias 11 y 12 designan las conexiones eléctricas con otras bobinas. La figura 2 muestra que con un bobinado del tipo imbricado, la longitud de la cabeza de bobina es relativamente

importante. Además, la envolvente es tanto más larga cuanto más escaso es el número de polos. Como se ha indicado anteriormente, la envolvente no tiene utilidad desde el punto de vista eléctrico. Por ello, es del

interés del fabricante reducirla para disminuir la cantidad de cobre utilizada, a la vez que se mejoran las prestaciones

eléctricas de la máquina. Además, la envolvente es muy voluminosa. Esto obliga a dimensionar adecuadamente la carcasa de la máquina rotativa.

El volumen de la envolvente es especialmente perjudicial para las máquinas discoides. Las muescas del circuitomagnético de un armazón discoide (estator o rotor bobinado) están repartidas según los radios del armazón. Éstas desembocan en la periferia y en un mandrinado central del armazón, de diámetro inferior.

Los fabricantes conocen métodos de cálculo para determinar el diámetro de cada máquina discoide, siendo dicho

diámetro lo más escaso posible. Sin embargo, éste no puede elegirse, ya que no permite el paso de todas las cabezas de bobinas a nivel del mandrinado central.

De este modo, la longitud de las cabezas de bobinas obliga a aumentar el diámetro de dicho mandrinado central.

Esto obliga a incrementar no sólo las dimensiones de la carcasa de la máquina, sino también las dimensiones del

circuito magnético y los conductores y, en consecuencia, el volumen de cobre. Con referencia a las figuras 3 y 4, se ilustra un bobinado de un armazón discoide, con un paso de 1 a 4 y dos planos de bobinado, realizado con las bobinas de la invención.

El bobinado en dos planos (“alto de muesca” y “bajo de muesca”) se utiliza clásicamente, ya que permite obtener un

campo giratorio progresivo. Sin embargo, la bobina de la invención podría también utilizarse para realizar un bobinado en un único plano. Se conseguirían las mismas ventajas que resultan de reducir el volumen de la envolvente y de la máquina.

La referencia 20 designa el circuito magnético del armazón, y la referencia 40 las muescas del circuito magnético. Las muescas están repartidas según los radios del armazón discoide.

El bobinado se realiza según dos planos 22 y 23 comúnmente denominados “alto de muesca” y “bajo de muesca”. En cada uno de dichos planos, el bobinado incluye dos capas de conductores 24, 25 y 26, 27, para llenar todas las muescas. Las capas de conductores son de forma anular. Son planas y paralelas entre sí.

La separación entre los dos haces de una misma bobina 30 corresponde al que existe entre cuatro muescas, siendo

el bobinado ilustrado del tipo con paso de 1 a 4. Los haces de las bobinas están generalmente sujetos mediante cuñas de cierre de muesca, que no se representan en las figuras.

La separación entre los haces de una bobina de la invención depende pues del paso del bobinado elegido para la

máquina. Además, los haces de una misma bobina están destinados a colocarse en el mismo plano de muesca del circuito magnético, Al contrario que los haces de una bobina como la que se ilustra en las figuras 1 y 2. Para una máquina del tipo discoide, una bobina según la invención es plana y de forma general trapezoidal.

Como se verá en el resto de la descripción, para una máquina que presente un número determinado de polos, esto

permite reducir el tamaño de las envolventes. Las figuras 3 y 4 muestran ya que el bobinado está realizado con bobinas 30 que son idénticas, por lo que presentan un volumen y una forma idénticas.

La identidad entre las bobinas no es obligatoria, pero permite simplificar su fabricación. Además, entre una capa de conductores o de bobinado a otra, se invierten las bobinas 30 para permitir su encaje.

De este modo, las bobinas situadas en las capas 24 y 26 están situadas en la misma posición, invertida con relación a la de las bobinas situadas en las capas 25 y 27. Esto permite reducir aún más el volumen de las cabezas de bobinas, lo que aparece con mayor claridad en las

figuras 5 a 8. La figura 5 muestra una vista parcial desde arriba de la máquina ilustrada en las figuras 3 y 4, que representa la

bobina 31 en la capa superior 24 del plano “alto de muesca” 22, y las bobinas 32 y 33 en la capa inferior 25 de este mismo plano 22. Se considera que algunas bobinas han sido ya colocadas en el circuito magnético, en el plano 23 “bajo de muesca”,

de forma adyacente en cada capa de bobinado. A continuación, se observa la realización del plano 22, que es idéntica a la del plano 23. En el plano 22, se realiza, en primer lugar, la capa inferior 25, colocando las bobinas 30 en las muescas 40, de

forma adyacente. De este modo, las bobinas 32 y 33 tienen dos haces 34 y 35 adyacentes. Entre los dos haces de una bobina de la capa 25, dos muescas del circuito magnético están libres de conductores. Cuando la capa inferior 25 está terminada, se realiza la capa superior 24 del plano 22. Para ello, algunas bobinas 30

se disponen asimismo de forma adyacente y para llenar las muescas dejadas libres por las bobinas de la capa inferior 25.

De este modo, los haces 36 y 37 de la bobina 31 se colocan en las muescas no ocupadas por las bobinas 32 y 33. Además, las bobinas 30 están dispuestas de tal manera que las cabezas de las bobinas situadas, respectivamente, en la capa inferior 25 y el la capa superior 24 quedan superpuestas.

De este modo, por ejemplo, la cabeza 51 de la bobina 31 y las cabezas de las bobinas 32 y 33 están superpuestas, solapándose en parte, como se muestra en la figura 5. Se realiza así un plano completo de conductores en el plano “alto de muesca” 22.

Cuando el bobinado de la invención se realiza según dos planos, incluye dos grupos de bobinas, colocándose el primero únicamente en el plano “bajo de muesca”, mientras que el segundo grupo está dispuesto únicamente en el plano “alto de muesca”. Estos dos planos son pues independientes uno de otro, y se realizan sucesivamente.

La figura 5 muestra que la bobina 31 es simétrica con relación al plano medio de los haces 36 y 37, materializado por la línea VI-VI. Este plano medio para por el centro de cada una de las cabezas de bobina 51 y 52, y es perpendicular al plano que pasa por los dos haces 36 y 37.

Se observa que las bobinas destinadas a la realización de un bobinado del tipo imbricado, como se muestra en las figuras 1 y 2, no son simétricas con relación a dicho plano medio.

En el ejemplo ilustrado en la figura 5, las cabezas de bobinas están ensanchadas según un diámetro de la máquina. De este modo, la cabina de bobina 51 de la bobina 31 incluye dos partes salientes, con referencia 41 y 42. El ensanchado de las cabezas de bobina resulta esencialmente del procedimiento de fabricación que se ha elegido, y no constituye una característica esencial de la bobina.

De preferencia, las partes salientes no son, sin embargo, de cualquier dimensión. Conviene que su anchura, contada a partir del haz correspondiente, sea en todo inferior a la mitad de la separación entre dos muescas del circuito magnético, al nivel de la cabeza 51. Esto permite no crear un grosor excesivo entre dos bobinas de una misma capa, por ejemplo, las bobinas 32 y 33 con sus partes salientes 45 y 46. A título de ejemplo, la referencia L designa la anchura máxima de la parte saliente 42 de la bobina 31.

Las mismas observaciones se aplican a las partes salientes 43 y 44 de la cabeza de bobina 52 de la bobina 31, siendo la separación entre las muescas menor a nivel de la cabeza 52 que el de la cabeza 51.

Nos referimos ahora a la figura 6, que muestra una vista en corte de la figura 5, según el plano medio VI-VI. Esta figura muestra las bobinas en los dos planos de muesca 22 y 23. Estos dos planos están clásicamente separados por un aislante que no está ilustrado en la figura 6.

Para la bobina 31, la cabeza 51 situada en el diámetro exterior del armazón, así como la cabeza 52 situada en el diámetro interior del armazón, presenta un grosor, en un plano transversal a los haces, que representa sensiblemente la mitad del grosor de los haces 36 o 37 en las muescas, correspondiendo ésta sensiblemente a la altura del plano de muesca 22.

De este modo, la bobina 31 presenta una superficie exterior 60 sensiblemente plana.

En la práctica, el grosor de la cabeza de bobina no está reducido a la mitad en toda su longitud. La figura 6 muestra que en una longitud 1, el grosor de la bobina 31 se reduce de forma continua hasta el grosor reducido deseado.

Sin embargo, la parte de cada cabeza de bobina que no presenta una altura reducida es despreciable con relación a la longitud total de la envolvente.

Dado que la sección de la bobina 31 es idéntica a nivel de los haces 36 y 37 y de las cabezas de bobina 51 y 52, los conductores de la bobina están desplegados y repartidos en las cabezas, para reducir el grosor de la bobina. Por este motivo, La bobina puede presentar protuberancias, como las indicadas por las referencias 41 y 42 o 45 y 46. Dichas protuberancias permiten asimismo reducir la longitud de las cabezas de bobinas.

Como ya se ha descrito con referencia a las figuras 3 y 4, las bobinas están invertidas entre una capa de bobinado y otra.

De este modo, las bobinas 32 y 33 están invertidas con relación a la bobina 31. Como se muestra en la figura 6, esta inversión permite encajar las cabezas 53, respectivamente 54 de la bobina 32 en las cabezas 51, respectivamente 52 de la bobina 31.

Como se ha indicado anteriormente, el recubrimiento de las cabezas de bobina situadas en distintas capas de un mismo plano de muesca es parcial.

Dado que las dos bobinas 31 y 32 presentan, a nivel de sus cabezas, un grosor reducido sensiblemente de la mitad con relación al de sus haces, el grosor de las cabezas de las dos bobinas corresponde, asimismo, sensiblemente al del plano de muesca correspondiente 22.

La figura 6 ilustra asimismo las bobinas 38 y 39 situadas en el plano de muesca 23 (bajo de muesca). Éstas presentan la misma forma que la bobina 31 y están también en posición invertida, una con relación a otra, lo que permite el encaje de sus cabezas de bobina, por una parte, 55 y 57 y, por otra, 56 y 58.

Nos referimos ahora a la figura 7, que muestra una vista parcial en corte de la figura 5, según VII-VII. La figura 7 muestra únicamente las bobinas presentes en el plano 22 (alto de muesca). Sin embargo, las bobinas de cada plano 22 y 23 son simétricas con relación al plano 61, que es el plano medio entre los dos planos de muesca 22 y 23, con una separación ligada a las características de la máquina.

La figura 7 confirma que las cabezas de bobina 51, respectivamente 52 de la bobina 31, están bien encajadas en las cabezas de bobina 53, respectivamente 54 de la bobina 32.

Lo mismo ocurre con la figura 8, que muestra una vista parcial en corte de la figura 5, según VIII-VIII, en la que sólo se representan las bobinas presentes en el plano 22.

Gracias a la forma particular proporcionada a las cabezas de bobina, las bobinas pueden cruzarse sin crear un grosor excesivo. Como se explicará con referencia a las figura 15 y 16, las bobinas de la invención incluyen, a tal efecto, espiras de distintas longitudes.

De este modo, se reduce la longitud de las envolventes gracias al uso de bobinas cuyos haces están colocados en un mismo plano de muesca, y cuyas cabezas pueden encajarse. La forma general de las envolventes es muy compacta, tanto en el diámetro exterior, como en el diámetro interior del armazón.

Esto aparece claramente en la figura 9, que muestra una vista parcial en plano del circuito magnético de una máquina discoide, dotado de un bobinado del tipo con paso de 1 a 4.

Este circuito magnético incluye, a título de comparación, unas bobinas 30 como las ilustradas en las figuras 3 a 8, y bobinas 130 del tipo imbricado.

Se observa que el volumen del bobinado realizado con las bobinas 30 se ha reducido con relación al del bobinado imbricado realizado con las bobinas 130, a nivel de las envolventes, tanto en el diámetro exterior 131 del circuito magnético 132, como en el contorno del mandrinado central 133. Dicho mandrinado está destinado a recibir el árbol de la máquina.

En la práctica, cuando el bobinado está realizado con bobinas 30 de la invención, el diámetro del mandrinado central del circuito magnético, así como el diámetro exterior del circuito magnético, pueden ser reducidos.

En el ejemplo ilustrado en las figuras 3 a 8, cada plano de bobinado (“alto de muesca” y "bajo de muesca") está realizado con dos capas de bobinas, siendo ambos planos independientes.

Algunas máquinas con características distintas pueden obligar a realizar, en un bobinado en dos planos, cada plano de bobinado con tres capas de bobinas. Este ejemplo de realización no se ilustra en las figuras.

En tal caso, para una máquina discoide, el bobinado puede realizarse con dos tipos distintos de bobina que presenten un volumen sensiblemente idéntico.

El primer tipo de bobina es similar al de la bobina 31 ilustrada especialmente en las figuras 5 a 8, correspondiendo el grosor de las cabezas de la bobina sensiblemente a una tercera parte del grosor de los haces de la bobina, siendo esta misma sensiblemente igual a la altura del plano de muesca (es decir, alrededor de la mitad de la altura total de la muesca).

Como para la bobina 31, una bobina de este primer tipo presenta una superficie exterior sensiblemente plana.

El segundo tipo de bobina presenta cabezas de bobina cuyo grosor es sensiblemente idéntico al de las bobinas el primer tipo, es decir, alrededor de una tercera parte del grosor de los haces, pero que están situadas en la parte central de la sección transversal de los haces.

Una bobina de este segundo tipo no incluye pues ninguna superficie exterior plana.

Para realizar un plano de bobinado en tres capas se colocan, en la primera capa, bobinas del primer tipo; en la segunda capa, bobinas del segundo tipo y, en la tercera capa, bobinas del primer tipo, en la posición inversa a la elegida para la primera capa.

Como anteriormente, las cabezas de bobina de distintas capas de un mismo plano de bobinado están encajadas y superpuestas, solapándose en parte.

De este modo, se pueden también obtener envolventes de longitud reducida y forma compacta.

Así, de manera general, el grosor de las cabezas de bobina es sensiblemente igual a una fracción del grosor de los haces, dependiendo dicha fracción del número de capas necesario para formar el bobinado en un plano de muesca.

La figura 10 muestra una vista parcial en plano de un armazón de máquina discoide, cuyas características son distintas de las de la máquina ilustrada en las figuras 3 a 8.

Concretamente, el paso del bobinado es de 1 a 8 y de 2 a 7. Esto obliga a realizar el bobinado con bobinas concéntricas.

La figura 10 ilustra únicamente las bobinas situadas en el plano “bajo de muesca”.

De manera general, cuando el paso del bobinado es mayor que 1 a 4, el bobinado integra bobinas concéntricas para obtener el paso de bobinado deseado. Por ejemplo, para una máquina multifásica cuyo número de muescas por polo y por fase está próximo a 2, el bobinado se realizará a partir de dos bobinas concéntricas.

La referencia 70 designa el circuito magnético de la máquina discoide que presenta muescas radiales.

Las bobinas 81, 82, 83 y 84 están situadas en la primera capa del plano “bajo de muesca”, mientras que las bobinas 85 y 86 se encuentran en la segunda capa de este mismo plano.

Las bobinas 81, 83 y 85 son idénticas, por lo que presentan un volumen y una forma idénticos, y corresponden a un primer tipo de bobina para el que la separación entre los dos haces es de 7 muescas.

Las bobinas 82, 84 y 86 son idénticas, por lo que presentan un volumen y una forma idénticos, y corresponden a un segundo tipo de bobina para el que la separación entre los dos haces es de 5 muescas.

Como para las bobinas 30 ilustradas en las figuras 3 a 8, las envolventes de todas estas bobinas presentan un grosor reducido y sensiblemente igual a la mitad del grosor de los haces.

De este modo, se realiza la primera capa de bobinado del plano “bajo de muesca” colocando, en las muescas, de forma adyacente, bobinas del primer tipo, como las bobinas 81 y 83, cuyos haces 71 y 72 están situados en muescas adyacentes, y disponiendo, en el interior de dichas bobinas, bobinas del segundo tipo, como las bobinas 82 y 84.

El orden en que se colocan las bobinas del primero y el segundo tipo en las muescas es indiferente en la práctica.

A continuación, se forma la segunda capa de bobinado del plano “bajo de muesca” colocando, de manera similar pero en las muescas dejadas libres, bobinas del primero y el segundo tipo, como las bobinas 85 y 86. De este modo los haces 73 y 75 de las bobinas 85 y 86 están situados en muescas adyacentes, como los haces 74 y 76 de estas mismas bobinas. Como para el bobinado ilustrado en las figuras 3 a 8, las bobinas están invertidas entre la primera y la segunda capa de bobinado. Además, el grosor de las cabezas de bobina 77 y 78 de la bobina 85 y de las cabezas de bobina 79 y 80 de la bobina 86 es sensiblemente igual a la mitad del grosor de los haces. Ocurre lo mismo para las demás bobinas.

Como se ha indicado anteriormente con referencia a la figura 5, las cabezas de bobinas, situadas en distintas capas de un mismo plano de muesca, están encajadas una dentro de otra y superpuestas, solapándose en parte.

De este modo, la cabeza 77 de la bobina 85 recubre en parte las cabezas de las bobinas 81, 82, 83 y 84 situadas en la primera capa de bobinado del plano “bajo de muesca”.

A continuación, se puede realizar el bobinado en el plano “alto de muesca”.

Nos podemos referir a las figuras 11 a 14, que muestran vistas parciales en corte, según XI-XI a XIV-XIV de la figura 10, en las cuales sólo se ilustran las bobinas presentes en el plano “bajo de muesca”.

Estas cuatro figuras confirman que, en cualquier punto del plano “bajo de muesca”, las cabezas de las bobinas están superpuestas y encajadas unas dentro de otras.

Se designa mediante la referencia 87, respectivamente 88, la cabeza de bobina de la bobina 83, respectivamente 84, situada en el diámetro exterior del circuito magnético.

Las bobinas de la invención permiten, una vez más, reducir la longitud de las cabezas de bobina, ya que los haces de una misma bobina pertenecen a un mismo plano de muesca. Además, el grosor reducido de las cabezas de bobina permite encajarlas en un mismo plano de muesca, lo que permite reducir aún más la longitud de las cabezas de bobina, para proporcionarles una forma compacta.

La descripción anterior muestra que el procedimiento de bobinado de la invención, realizado con bobinas conformes a la invención, puede ser fácil de automatizar. No se requiere operación de elevación del paso, como en los bobinados del tipo imbricado.

En efecto, tanto si el bobinado se realiza en un plano o en dos planos de muesca, cada plano de conductores se obtiene disponiendo las bobinas en las muescas, según capas sucesivas e independientes, situándose cada capa en un mismo plano del circuito magnético.

Además, cuando se realiza el bobinado según dos planos de muesca, cada uno de estos dos planos se forma de forma independiente y sucesiva, disponiendo las bobinas de forma apropiada.

Se pueden realizar las bobinas previamente, y colocarlas en las muescas, pero también se pueden formar directamente en las muescas.

En este caso, las espiras de una bobina se forman directamente, a partir de devanaderas de hilos de cobre, en las muescas del circuito magnético, y las cabezas de la bobina en realización son calibradas directamente en la forma deseada, por medio de una herramienta amovible.

Las bobinas se realizan ventajosamente en continuo, es decir, sin rotura de hilo.

Además, para una máquina multifásica, se pueden realizar directamente los circuitos eléctricos de cada fase formando, sucesivamente y en continuo, las bobinas de cada uno de los circuitos. Esto evita cualquier conexión eléctrica posterior a la realización de las bobinas.

Nos referimos ahora a las figuras 15 y 16, para describir un ejemplo de procedimiento de realización de bobinas, según la invención.

La figura 15 muestra que el utillaje 90 incluye un soporte plano 91 de forma trapezoidal.

En una cara del soporte 91, se fija una primera pieza 92, también de forma trapezoidal, cuya sección aumenta de forma continua desde su superficie interna 93, fijada al soporte, hasta su superficie externa 94.

En la otra cara del soporte 91, se fija una segunda pieza 95, de forma general trapezoidal, cuya sección aumenta también de forma continua desde su superficie interna 96, fijada al soporte, hasta su superficie externa 97. La sección de la superficie interna 96, respectivamente la sección de la superficie externa 97, es inferior a la sección de la superficie interna 93 de la primera pieza 92, respectivamente a la sección de la superficie externa 94 de esta misma pieza 92.

Las dimensiones del utillaje 90 dependen, por supuesto, de las dimensiones de la bobina a realizar.

De este modo, la altura de la pieza 92 y la altura de la pieza 95 (según el eje 98) corresponden sensiblemente a la altura del haz 104 de la bobina ilustrada en la figura 16.

La longitud del utillaje 90 (según el corte XVI-XVI) corresponde sensiblemente a la longitud media de la bobina.

Finalmente, la anchura de la pieza 95 (según una línea perpendicular al plano de corte XVI-XVI) corresponde sensiblemente a la anchura del paso, mientras que la anchura de la pieza 92 corresponde a alrededor de la anchura del paso, incrementada en un 10%, con el fin de reducir la longitud de las cabezas de bobina.

Como se ha indicado anteriormente, se pueden elegir otros procedimientos de fabricación apropiados.

Una bobina, según la invención, se obtiene de la siguiente manera.

El utillaje 90, descrito en la figura 15, está montado en un torno de bobinar, cuyo eje lleva la diferencia 98. Se enrollan unos conductores en el utillaje, teniendo las espiras distintas longitudes, debido a la forma dada a la primera y segunda pieza 92 y 95.

Como se muestra en la figura 16a, que es una vista en corte XVI-XVI del utillaje 90 después de enrollar los conductores, se obtienen dos bobinados 100 y 101 de conductores, cuya forma depende de la primera y segunda pieza 92 y 95.

La siguiente operación consiste en elevar el bobinado 101 a nivel del bobinado 100, según las flechas F mencionadas en la figura 16a.

Se obtiene así la bobina ilustrada en la figura 16b, que es una vista lateral, según uno de los haces de la bobina. Las dos cabezas de bobina 102 y 103 presentan un grosor que es sensiblemente igual a la mitad del grosor del haz 104.

El utillaje ilustrado en la figura 15 conviene para la realización de las bobinas de la invención, destinadas al circuito magnético de máquinas discoides de la que un plano de bobinado está realizado en dos capas sucesivas de bobinas. Está compuesto por piezas de forma general trapezoidal, para permitir la realización de bobinas que serán aisimismo de forma trapezoidal, para poder ser colocadas en unas muescas radiales del circuito magnético.

Por ello, se debería modificar el utillaje para la realización de bobinas destinadas al circuito magnético de máquinas cilíndricas. Sin embargo, el procedimiento de utilización no presenta cambios.

La descripción anterior se ha realizado para bobinas destinadas a máquinas discoides, pero las bobinas de la invención también pueden utilizarse para máquinas con armazones cilíndricos.

Las bobinas para máquinas cilíndricas difieren ligeramente de las descritas anteriormente.

En efecto, las muescas del circuito magnético de dichas máquinas son todas paralelas al eje de la máquina y, en un mismo plano de muesca, la separación entre dos muescas es constante entre un extremo del circuito magnético y el otro. La separación entre los haces de una bobina es asimismo constante. No es este el caso para una bobina destinada a una máquina discoide, como las bobinas 30 ilustradas en la figura 3.

Por otra parte, para una bobina destinada a una máquina con armazones cilíndricos, la separación entre los dos haces de la bobina será distinta según que la bobina deba situarse en el plano “bajo de muesca” o en el plano ”alto de muesca”. Esto se puede observar especialmente en la figura 1.

Además, las bobinas de la invención destinadas a una máquina cilíndrica no son planas, si no que forman un tramo de cilindro cuya curvatura depende del diámetro de la máquina. Por ello, el bobinado en un mismo plano de muesca requiere tantos tipos de bobina como capas de bobinas incluye el plano, ya que las bobinas no pueden invertirse para imbricarse unas dentro de otras.

El bobinado del circuito magnético de una máquina con armazones no puede realizarse pues por medio de bobinas idénticas.

Sin embargo, como para las bobinas destinadas a máquinas discoides, las bobinas para máquinas con armazones cilíndricos son simétricas con relación al plano medio de los haces de la bobina.

Las dos envolventes de una misma bobina son asimismo idénticas.

De este modo, la proyección en un plano que pase por los dos haces de una bobina de la invención destinada a una máquina cilíndrica presenta una forma general rectangular.

Las bobinas y el procedimiento de bobinado de la invención son ventajosos, al mismo tiempo, para las máquinas de armazones discoides y las máquinas de armazones cilíndricos.

En efecto, las bobinas permiten reducir la longitud de las envolventes, mientras que el procedimiento de bobinado puede automatizarse con facilidad, situándose las bobinas en las muescas del circuito magnético, según capas sucesivas e independientes.

Estas capas son de forma cilíndrica y concéntrica con los “planos de muesca”, para una máquina cilíndrica, y presentan una forma anular y paralela a los "planos de muesca”, para una máquina discoide.

La reducción de la longitud de las envolventes implica una disminución de la cantidad de cobre utilizada, con relación a una máquina cuyo bobinado es del tipo imbricado, siendo, por otra parte, idénticas las características de la máquina.

Lo cual implica una reducción de las pérdidas “cobre”, las cuales representan generalmente el 50% de las pérdidas 5 totales de la máquina. Para las máquinas lentas, las pérdidas “cobre” son ampliamente preponderantes.

A título de ejemplo, en una máquina de baja velocidad con un par nominal de 3.000 Nm, un bobinado realizado mediante las bobinas de la invención permite obtener un beneficio del orden del 20% sobre el volumen de cobre estator, y sensiblemente el mismo beneficio para las pérdidas julios estator. En este caso, el rendimiento de la máquina pasa de 87,4 a 89,5%. Por lo que queda mejorado en un 2,1%.

10 La reducción de la longitud de las envolventes implica asimismo una disminución del volumen del circuito magnético y de las dimensiones de la carcasa de la máquina.

Para una máquina discoide, la longitud de las envolventes permite asimismo de elegir el dimensionamiento mínimo de un armazón de la máquina, sin tener que aumentar el diámetro del mandrinado central del armazón, para el paso de las envolventes.

15 De este modo, con relación a las bobinas utilizadas para un bobinado del tipo imbricado, las bobinas de la invención permiten reducir el diámetro de los armazones, así como las dimensiones del circuito magnético.

Los signos de referencia incluidos tras las características técnicas mencionadas en las reivindicaciones tienen por único objeto facilitar la comprensión de estas últimas, sin limitar en absoluto su alcance.

Claims (11)

1. REIVINDICACIONES

   1.-Bobinado para circuito magnético de una máquina eléctrica rotativa con armaduras discoidales que comprende unas bobinas (30) situadas en unas muescas (40) del circuito magnético (20, 70) y dispuestas de forma adyacente, según al menos dos capas de bobinas sucesivas idénticas e independientes, para llenar todas las muescas, incluyendo cada bobina dos haces (36, 37; 73, 74; 75, 76) y dos cabezas de bobinas (51, 52; 77, 78; 79, 80) cuyo grosor es sensiblemente igual a una fracción del grosor de los haces y siendo simétrico con relación al plano medio de los haces, colocándose los haces de las bobinas de las dos capas en un mismo plano de muesca, y disponiéndose las bobinas sucesivas e independientes invertidas una con relación a otra, para permitir que las cabezas de bobinas de las dos capas encajen una dentro de otra, de forma superpuesta y solapándose en parte.
2. 2.-Bobinado, según la reivindicación 1, según el cual un primer grupo de bobinas (38, 39; 83, 84, 85, 86) está situado únicamente en el plano “bajo de muesca” (23), y un segundo grupo de bobinas (31, 32) está situado únicamente en el plano “alto de muesca” (22).
3. 3.-Bobinado, según la reivindicación 1 o 2, según el cual por lo menos una cabeza de bobina (51, 52) está abocinada con relación a los haces (36, 37), y presenta unas partes salientes (41, 42; 43, 44).
4. 4.-Bobinado, según la reivindicación 3, según el cual la anchura máxima de las partes salientes (41, 42; 43, 44) es inferior a la separación entre dos muescas (40) del circuito magnético (20) a nivel de la cabeza (51, 52).
5. 5.-Bobinado, según una de las reivindicaciones 1 a 4, según el cual cada bobina presenta una superficie exterior

   (60) plana.
6. 6.-Bobinado, según una de las reivindicaciones anteriores, según el cual las cabezas presentan un grosor como máximo igual a la mitad del grosor de los haces.
7. 7.-Procedimiento de realización de un bobinado para el circuito magnético de una máquina eléctrica rotativa, de corriente alterna, multifásica, y multipolo, consistiendo el procedimiento en situar en las muescas (40) del circuito magnético (20, 70) unas bobinas conformes a una de las reivindicaciones 1 a 6, disponiéndose las bobinas, de forma adyacente, según al menos dos capas de bobinas idénticas sucesivas e independientes, para llenar todas las muescas, y consistiendo en realizar cada plano de muesca con al menos dos capas de bobinas, y en encajar las cabezas de las bobinas una dentro de otra, invirtiendo la posición de las bobinas (30) entre una capa de bobinado y otra, quedando las cabezas de las bobinas superpuestas solapándose en parte, y colocándose los haces de las bobinas de ambas capas en un mismo plano de muesca.
8. 8.-Procedimiento de realización de un bobinado conforme a la reivindicación 7, consistente en formar las bobinas directamente en las muescas (40) del circuito magnético (20, 70).
9. 9.-Procedimiento de realización de un bobinado conforme a la reivindicación 8, según el cual las bobinas de cada circuito eléctrico de una fase determinada se realizan en continuo.
10. 10.-rocedimiento de realización de un bobinado conforme a una de las reivindicaciones 7 a 9, y según dos planos de muesca (22, 23), colocándose las bobinas sucesivamente en cada plano de muesca y situándose los haces de una misma bobina en el mismo plano de muesca (22, 23).
11. 11.-Procedimiento de realización de un bobinado conforme a una de las reivindicaciones 7 a 10, y con paso de 1 a 4, para una máquina discoide, implimentándose con bobinas (30) idénticas.