ES2621575T3 - Procedimiento de fabricación de un motor eléctrico de imán permanente de arranque directo - Google Patents

Procedimiento de fabricación de un motor eléctrico de imán permanente de arranque directo Download PDF

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ES2621575T3
ES2621575T3 ES07787761.1T ES07787761T ES2621575T3 ES 2621575 T3 ES2621575 T3 ES 2621575T3 ES 07787761 T ES07787761 T ES 07787761T ES 2621575 T3 ES2621575 T3 ES 2621575T3
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Abstract

Un procedimiento de fabricación de un motor (1) eléctrico que comprende: - formar un rotor (3) con un núcleo (4) apilando laminaciones (L) del rotor, presentando dicho núcleo más de una hendidura (7) del motor, - incrustar uno o más imanes (5) en del núcleo (4) en uno o más orificios (6) de inserción de los imanes para fijar los imanes (5), - inyectar aluminio dentro de las hendiduras (7) del rotor en un molde (K) de inyección para formar más de una barra (8) conductora y para definir una primera superficie (9) situada en el lado inyectado de aluminio del núcleo (4) y una segunda superficie (11) situada en el lado en el que el aluminio inyectado sale del núcleo (4), en el que un primer anillo (10) terminal está dispuesto para la conexión eléctrica de los extremos de la barra (8) conductora entre sí en la primera superficie (9) y el segundo anillo (110) terminal está dispuesto para la conexión eléctrica de los extremos de la barra (8) conductora de la segunda superficie (11), estando dicho procedimiento caracterizado - por formar más de un extremo (12) de fijación conformando los extremos de las barras (8) conductoras inyectadas dentro de las hendiduras (7) del rotor, proyectándose dicho extremo (12) de fijación fuera de las primera y / o segunda superficies (9, 11) - y produciendo los anillos (10, 110) terminales con al menos uno producido por separado y montando el mismo sobre las primera y / o segunda superficies (9, 11) después de los procesos de fijación de los imanes (5), estando dichos anillos (10, 110) terminales dimensionados de manera que los orificios (6) de inserción de los imanes estén parcial o enteramente cubiertos y ajustando los extremos (12) de fijación en más de un alojamiento (13) terminal de fijación incluidos en los anillos (10, 110) terminales.

Description

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DESCRIPCION
Procedimiento de fabricacion de un motor electrico de iman permanente de arranque directo
La presente invencion se refiere a un motor de iman permanente de arranque directo que opera de manera asmcrona en el arranque y de manera smcrona despues del arranque.
En particular, en aplicaciones en las que es importante un momento de arranque elevado y una eficiencia operativa elevada, por ejemplo en compresores de dispositivos de enfriamiento, son utilizados motores electricos tipo hnbrido que presentan propiedades de motor asmcrono en el arranque, y caractensticas de motor smcrono en operacion continua. Los motores electricos tipo tnbrido son, en general, denominados "motor de iman permanente de arranque directo". En el rotor del motor electrico tipo tnbrido, ademas de una estructura de la jaula magnetica (jaula de ardilla), formada con las barras del rotor que presentan propiedades conductoras y facilmente conformadas, como por ejemplo aluminio en las hendiduras del rotor y en los anillos terminales que mecanica y electricamente unen estos extremos de las barras del rotor sobre ambas superficies del rotor, son utilizados imanes permanentes que estan emplazados dentro del rotor. El motor tnbrido arranca de manera asmcrona por medio de la jaula magnetica en el rotor y opera de manera smcrona despues del arranque por medio de los imanes permanentes situados dentro del rotor. El problema que surge en la produccion de este tipo de rotores es la consecucion de altas temperaturas mientras se inyecta un material de aluminio dentro de las hendiduras del rotor y en los imanes incrustados dentro del rotor perdiendo sus propiedades magneticas debido a las altas temperaturas. Con el fin de resolver este problema, los imanes pueden ser situados en el rotor despues del proceso de inyeccion de aluminio; sin embargo, se tropieza con otro problema como es el desplazamiento de los imanes situados mas adelante. Con el fin de colocar los imanes despues del proceso de inyeccion, la forma, en particular del anillo terminal se modifica dependiendo de la disposicion del trazado de los imanes y las variaciones de la forma de los anillos terminales se traduce en irregularidades del flujo magnetico y en perturbaciones del equilibro del rotor.
En la solicitud de patente europea No. EP 1519471, se describe un motor smcrono de iman permanente que comprende un estator, un rotor y unos imanes permanentes. El rotor comprende un nucleo de hierro del rotor, una pluralidad de barras alojadas dentro de unas hendiduras correspondientes dentro del nucleo de hierro del rotor, y un conductor de la jaula de ardilla del estator formado por una pluralidad de anillos de cortocircuitos situados en extremos opuestos del nucleo de hierro del rotor. Asf mismo, el rotor incluye unas hendiduras de retencion de los imanes sobre los lados interiores de las barras del conductor proximos a la periferia del rotor y los imanes permanentes son insertados en estas hendiduras de retencion de los imanes. Las placas terminales fabricadas a partir de un material imantable estan situadas entre una o dos caras del rotor para impedir la dislocacion de los imanes durante su operacion. La conformacion de los anillos del cortocircuito dependiendo de la disposicion del trazado de los imanes y la realizacion de una seccion transversal mas delgada en algunos lugares provoca un aumento de la resistencia electrica y surgen problemas de equilibrio. Asf mismo, una via separada tiene que abrirse en el nucleo del rotor del aluminio que actua como un remache con el fin de fijar las placas terminales en la produccion de este tipo de rotor.
En la solicitud de patente estadounidense No. US 2004256939, se describe el rotor de un motor de iman permanente de arranque directo y un procedimiento para su fabricacion. Una placa de soporte no es utilizada en el lado en el que los imanes estan insertados para impedir el desplazamiento de los imanes incrustados dentro del nucleo del rotor durante la operacion sino que en su lugar el anillo terminal esta formado para cubrir las hendiduras de los imanes y el anillo terminal esta provisto de unas vfas para los imanes sobre aquel dimensionadas para atravesar los imanes permanentes. Despues del proceso de inyeccion de los anillos terminales y de las barras conductoras sobre el rotor el nucleo se completa, los imanes son introducidos a traves de las vfas de los imanes para quedar incrustados dentro del nucleo del rotor y a continuacion unos miembros de fijacion son fijados sobre las vfas de los imanes para impedir que los imanes sean separados. Las vfas de los imanes hacen mas diffcil la produccion de los anillos terminales, proporcionan una barrera para el flujo magnetico e incrementa la resistencia electrica.
En los documentos de patente japoneses Nos. JP 6098510 y JP 8009604, los anillos terminales y las barras conductoras son fabricadas por separado del nucleo del rotor y son montados sobre el rotor mas adelante. Los anillos terminales y las barras conductoras son presionadas para quedar unidas entre st El procedimiento puede ser utilizado en rotores en los que el angulo oblicuo es de cero grados, esto es, puede ser utilizado para hendiduras de rotor y barras conductoras que sean verticales con respecto al plano del anillo terminal.
En el documento de patente japonesa No. JP 6153469, el angulo oblicuo es diferente de cero grados con el fin de aumentar la eficiencia operativa. En otras palabras, las hendiduras del rotor estan inclinadas con respecto al eje geometrico del orificio del arbol en el centro del nucleo del rotor. En esta aplicacion las barras conductoras y los anillos terminales son fabricados por separado con respecto del nucleo del rotor y despues de que las barras conductoras sean montadas sobre el nucleo del rotor de uno en uno, las partes terminales de las barras conductoras que se proyectan hacia fuera del nucleo del rotor quedan conectadas por los anillos terminales por medio con una soldadura de friccion. Cuando se aplica un angulo oblicuo diferente de cero grados en los rotores, las hendiduras del rotor se inclinan de acuerdo con el angulo oblicuo y, asf mismo, presentan una forma helicoidal que coincide con la configuracion cilindrica del nucleo del rotor. Las barras conductoras son fabricadas en cualquier parte pueden
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unicamente ser colocadas con unos espacios libres dentro de los rotores inclinados y con forma helicoidal aumentando as^ la resistencia del rotor.
El objetivo de la presente invencion es la realizacion de un motor de iman permanente de arranque directo cuya eficiencia operativa de arranque resulte potenciada, que comprende un rotor de bajo coste con un proceso de fabricacion simplificado.
El objetivo de la presente invencion se resuelve mediante el procedimiento de fabricacion de un motor electrico que comprende las caractensticas de la reivindicacion 1.
Formas de realizacion adicionales del procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1 se definen en las reivindicaciones adjuntas.
En el motor electrico de la presente invencion, las barras conductoras del nucleo del rotor que proporcionan un momento de arranque elevado estan formadas inyectando aluminio dentro de las hendiduras del rotor los extremos de fijacion estan formados el molde conformando las porciones de las barras conductoras que se salen de las primera y / o segunda superficies de inyeccion del nucleo del rotor. Los imanes estan dispuestos en los orificios de insercion de los imanes dispuestos dentro del nucleo del rotor despues del proceso de inyeccion para que los imanes no resulten infectados por las elevadas temperaturas.
Al menos uno de los anillos terminales que conectan los extremos de las barras conductoras sobre ambos extremos del nucleo del rotor que forman la estructura de jaula de ardilla se fabrica por separado y se montan sobre el nucleo del rotor despues del proceso de disposicion de los imanes. Los anillos terminales (modulares) montados posteriormente presentan una dimension diametral interna que impide que los imanes sean desplazados cubriendo por encima los orificios de insercion de los imanes. Los anillos terminales modulares incluyen unos alojamientos terminales de fijacion dentro de los cuales son insertados los extremos de fijacion.
Los extremos de fijacion de las barras conductoras que se extienden por fuera del nucleo estan montadas en los alojamientos terminales de fijacion de los anillos terminales mediante ajuste a presion y los anillos terminales que se montan mas adelante son fijados al nucleo sin que se requiera un elemento de soporte adicional. Los extremos de fijacion son aplastados dentro de los alojamientos terminales de fijacion durante el ensamblaje del ajuste a presion potenciando asf la conductividad electrica.
En otra forma de realizacion de la presente invencion, se aplica un adhesivo electricamente conductor entre los extremos de fijacion y los alojamientos terminales de fijacion sobre los anillos terminales potenciando con ello la conductividad electrica ademas de fijar las barras conductoras a los anillos terminales.
En otra forma de realizacion de la presente invencion, los extremos de fijacion y los correspondientes alojamientos terminales de fijacion enfrentados entre sf presentan una configuracion escalonada con una seccion transversal que se estrecha en la direccion del ensamblaje. El escalon en forma de una porcion formada en la porcion terminal del extremo de fijacion es ajustado dentro del escalon formado como un rebajo u orificio en el alojamiento terminal de fijacion fortaleciendo con ello el ensamblaje.
En otra forma de realizacion de la presente invencion, los extremos de fijacion se proyectan de los alojamientos terminales de fijacion y las porciones proyectadas de los extremos de fijacion quedan aplastadas, con lo que se consigue su remache.
En otra forma de realizacion de la presente invencion, uno de los anillos terminales es fabricado por inyeccion dentro del nucleo de inyeccion junto con las barras conductoras, el otro anillo terminal es fabricado por separado y montado sobre el nucleo del rotor despues de los procesos de inyeccion de aluminio y de fijacion de los imanes.
En particular, las hendiduras del rotor que presentan un angulo oblicuo no igual a cero pueden ser llenadas con barras conductoras sin que se exista ningun espacio libre fabricando las barras conductoras por separado de al menos uno de los anillos terminales mediante el proceso de inyeccion de aluminio, proporcionando con ello una ventaja sobre aplicaciones en las que las barras conductoras son fabricadas en cualquier parte y montadas sobre el nucleo del motor. Los imanes pueden ser insertados dentro de los orificios de insercion de los imanes despues del proceso de inyeccion de aluminio de generacion de alta temperatura fabricando al menos uno de los anillos terminales de manera modular sin el proceso de inyeccion y el proceso de insercion de los imanes pueden ser cubiertos por el anillo terminal modular impidiendo el desplazamiento de los imanes.
El motor electrico de la presente invencion es utilizado en aplicaciones en las que el momento del arranque y la eficiencia operativa es importante como por ejemplo en compresores de dispositivos de enfriamiento.
El motor electrico realizado con el fin de alcanzar el objetivo de la presente invencion se ilustra en las figuras, en las que:
Figura 1 - es la vista esquematica de un motor electrico. Figura 2 - es la vista en perspectiva de un nucleo del rotor.
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Figura 3 - es la vista en perspectiva de un nucleo del rotor del estado de la tecnica y de una estructura de jaula de ardilla formada por anillos terminales y barras conductoras.
Figura 4 - es la vista en perspectiva de un rotor en la que las barras conductoras son inyectadas dentro de las hendiduras del rotor, los imanes y los anillos terminales modulares.
Figura 5 - es la vista en perspectiva de un rotor, en la que el anillo terminal es inyectado junto con las barras conductoras sobre una superficie y el otro anillo terminal es modular
Figura 6 - es la vista esquematica de un rotor con un anillo terminal modular fijado sobre su superficie Los elementos ilustrados en las figuras se enumeran como sigue:
1.
Motor electrico
2.
Estator
3.
Rotor
4.
Nucleo
5.
Iman
6.
Orificio de insercion de los imanes
7.
Hendidura del rotor
8.
Barra conductora
9.
Primera superficie
10.
, 110 Anillo terminal
11.
Segunda superficie
12.
Extremo de fijacion
13.
Carcasa del extremo de fijacion
El motor (1) de iman permanente de arranque directo comprende un estator (2) y un rotor (3).
El rotor (3) comprende un nucleo (4) de configuracion cilmdrica con un orificio (D) del arbol en el centro, formado a partir de laminaciones (L) magneticas del rotor de acero apiladas unas sobre otras, uno o mas imanes (5) dispuestos para quedar incrustados en el nucleo (4) en direccion axial, permitiendo una operacion smcrona, uno o mas orificios (6) de insercion de los imanes dispuestos alrededor del orificio (D) del arbol en el que los imanes (5) estan incrustados, mas de una hendidura (7) del rotor en una zona cerca de la periferia externa del nucleo (4), que se extiende en direccion axial de manera que el angulo oblicuo sea cero o diferente de cero, en la misma direccion que el eje geometrico del orificio (D) del arbol del nucleo (4) o en la direccion en pendiente con respecto al eje geometrico del orificio (D) del arbol, mas de una barra (8) conductora formadas inyectando aluminio dentro de las hendiduras (7) del rotor en el molde (K) de inyeccion, una primera superficie (9) situada en el lado inyectado de aluminio del nucleo (4), un primer anillo (10) terminal que permite la conexion de los extremos de la barra (8) conductora en la primera superficie (9) entre sf, una segunda superficie (11) situada en el lado en el que el aluminio inyectado sale del nucleo (4) y un segundo anillo (110) terminal que permite la conexion de los extremos de la barra (8) sobre la segunda superficie (11).
Durante la producion del rotor (3), el nucleo (4) esta formado apilando las laminaciones (L) del rotor unas encima de otras, con el orificio (D) del arbol, las hendiduras (7) del rotor, y los orificios (6) de insercion de los imanes dispuestos sobre aquel y el aluminio es inyectado desde la primera superficie (9) emplazando el nucleo (4) en el molde (K) de inyeccion de aluminio. Mientras el aluminio es inyectado dentro del nucleo (4) desde la primera superficie (9), se impide la penetracion de aluminio en los orificios (6) de insercion de los imanes y en el orificio (D) del arbol mediante varios procedimientos. Los imanes (5) estan dispuestos dentro de los orificios (6) de insercion de los imanes despues del proceso de inyeccion de aluminio y asf se impide que los imanes (5) resulten afectados por las altas temperaturas.
El rotor (3) de la presente invencion comprende mas de un extremo (12) de fijacion fijado en el molde (K) de inyeccion conformando los extremos de las barras (8) conductoras inyectadas dentro de las hendiduras (7) del rotor que se proyectan fuera de las primera y segunda superficies (9, 11) y de los anillos (10, 110) terminales con al menos uno fabricado de forma separada (modular) y montado sobre las primera y / o segunda superficies (9, 11) despues de los procesos de inyeccion de las barras (8) conductoras y de la fijacion de los imanes (5) dimensionados
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de manera que los orificios (6) de insercion de los imanes sean parcial o enteramente cubiertos e incorporando mas de un alojamiento (13) terminal de fijacion en el que los extremos (12) de fijacion estan ajustados (Figura 4).
Durante la producion del rotor (3), el nucleo (4) esta formado por el apilamiento de las laminaciones (L) del rotor unas sobre otras, disponiendose el orificio (D) del arbol las hendiduras (7) del rotor y los orificios (6) de insercion de los imanes dentro de aquel. El aluminio es inyectado desde la primera superficie (9) en las hendiduras (7) del rotor y se forman las barras (8) conductoras impidiendo al tiempo la penetracion del aluminio en los orificios (6) de insercion de los imanes. Los extremos (12) de fijacion son formados con el molde (K) de inyeccion conformando las porciones de las barras (8) conductoras que se proyectan desde las primera y / o segunda superficies (9, 11). Despues de que los imanes son insertados en los orificios (6) de insercion de los imanes, el primero y / o el segundo anillo (10, 110) terminal fabricado de manera modular en otra parte es montado sobre las primera y / o segunda superficies (9, 11) mediante el ajuste de los extremos (12) de fijacion dentro de los alojamientos (13) terminales de fijacion. Los anillos (10, 110) terminales fabricados de manera modular son dimensionados para parcial o enteramente cubrir por encima los orificios (6) de insercion de los imanes impidiendo el desplazamiento de los imanes (5).
En una forma de realizacion de la presente invencion, los extremos (12) de fijacion son ajustados dentro de los alojamientos (13) terminales de fijacion mediante ajuste a presion y los anillos (10, 110) terminales son fijados al nucleo (4) sin que se requiera un elemento de soporte adicional. La conductividad electrica se potencia aplastando los extremos (12) de fijacion dentro de los alojamientos (13) de fijacion.
En otra forma de realizacion de la presente invencion, un adhesivo electricamente conductor es aplicado entre los extremos (12) de fijacion y los alojamientos (13) de fijacion sobre los anillos (10, 110) terminales potenciando asf la conductividad electrica asf como fijando las barras (8) conductoras a los anillos (10, 110) terminales.
En otra forma de realizacion de la presente invencion, al menos un extremo (12) de fijacion y el correspondiente alojamiento (13) terminal de fijacion presentan una configuracion escalonada con una seccion transversal estrechada en la direccion del ensamblaje. El escalon en forma de una extension formada en la porcion terminal del extremo (12) de fijacion es ajustada dentro del escalon formado como rebajo u orificio en la continuacion del alojamiento (13) terminal de fijacion fortaleciendo de esta manera el ensamblaje.
En otra forma de realizacion de la presente invencion, el extremo (12) de fijacion se proyecta fuera respecto del alojamiento (13) terminal de fijacion y la parte proyectada del extremo (12) de fijacion es aplastada para conseguir el remachado.
En otra forma de realizacion de la presente invencion, el primer anillo (10) terminal es fabricado justamente con las barras (8) conductoras mediante la inyeccion sobre la primera superficie (9) y el segundo anillo (110) terminal es fabricado por separado (de forma modular) y ajustado dentro de los extremos (12) de fijacion en la segunda superficie (11) por medio de los alojamientos (13) terminales de fijacion sobre aquellos, despues de los procesos de i inyeccion de aluminio y de fijacion de los imanes (5) dentro de los orificios (6) de insercion de los imanes (Figuras 5, 6).
En particular, las hendiduras (7) del rotor configuradas de manera helicoidal que presentan un angulo oblicuo no igual a cero pueden ser llenadas con las barras (8) conductoras sin ningun huelgo fabricando las barras (8) conductoras por separado de al menos uno de los anillos (10, 110) terminales mediante el proceso de inyeccion de aluminio, proporcionando asf una ventaja sobre aquellas aplicaciones en las que las barras (8) conductoras son fabricadas en otro punto y montadas sobre el nucleo (4). Los imanes (5) pueden ser fijados dentro de los orificios (6) de insercion de los imanes despues del proceso de inyeccion de aluminio de generacion de alta temperatura fabricando al menos uno de los anillos (10, 110) terminales de manera modular y los orificios (6) de insercion de los imanes pueden ser cubiertos por el anillo (10, 110) terminal modular impidieno asf el desplazamiento de los imanes.

Claims (6)

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    REIVINDICACIONES
    1. - Un procedimiento de fabricacion de un motor (1) electrico que comprende:
    - formar un rotor (3) con un nucleo (4) apilando laminaciones (L) del rotor, presentando dicho nucleo mas de una hendidura (7) del motor,
    - incrustar uno o mas imanes (5) en del nucleo (4) en uno o mas orificios (6) de insercion de los imanes para fijar los imanes (5),
    - inyectar aluminio dentro de las hendiduras (7) del rotor en un molde (K) de inyeccion para formar mas de una barra (8) conductora y para definir una primera superficie (9) situada en el lado inyectado de aluminio del nucleo (4) y una segunda superficie (11) situada en el lado en el que el aluminio inyectado sale del nucleo (4),
    en el que un primer anillo (10) terminal esta dispuesto para la conexion electrica de los extremos de la barra (8) conductora entre sf en la primera superficie (9) y el segundo anillo (110) terminal esta dispuesto para la conexion electrica de los extremos de la barra (8) conductora de la segunda superficie (11),
    estando dicho procedimiento caracterizado
    - por formar mas de un extremo (12) de fijacion conformando los extremos de las barras (8) conductoras inyectadas dentro de las hendiduras (7) del rotor, proyectandose dicho extremo (12) de fijacion fuera de las primera y / o segunda superficies (9, 11)
    - y produciendo los anillos (10, 110) terminales con al menos uno producido por separado y montando el mismo sobre las primera y / o segunda superficies (9, 11) despues de los procesos de fijacion de los imanes (5), estando dichos anillos (10, 110) terminales dimensionados de manera que los orificios (6) de insercion de los imanes esten parcial o enteramente cubiertos y ajustando los extremos (12) de fijacion en mas de un alojamiento (13) terminal de fijacion incluidos en los anillos (10, 110) terminales.
  2. 2. - Un procedimiento de fabricacion de motor (1) de acuerdo con la Reivindicacion 1, caracterizado por ajustar los extremos (12) de fijacion dentro de los alojamientos (13) terminales de fijacion mediante ajuste a presion.
  3. 3. - Un procedimiento de fabricacion de motor (1) de acuerdo con la Reivindicacion 1, caracterizado por aplicar un adhesivo electricamente conductor entre los alojamientos (13) terminales de fijacion y los extremos (12) de fijacion.
  4. 4. - Un procedimiento de fabricacion de motor (1) de acuerdo con la Reivindicacion 1 o 2, caracterizado por dotar al al menos un extremo (12) de fijacion de una configuracion escalonada con una seccion transversal estrechada en la direccion de ensamblaje y dotando a un alojamiento (13) terminal de fijacion correspondiente de una configuracion escalonada.
  5. 5. - Un procedimiento de fabricacion de motor (1) de acuerdo con la Reivindicacion 2 o 4, caracterizado por disponer el extremo (12) de fijacion que se proyecte por fuera del alojamiento (13) terminal de fijacion y aplastando su porcion proyectada para conseguir el remachado.
  6. 6. - Un procedimiento de fabricacion de motor (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por fabricar un primer anillo (10) terminal junto con las barras (8) conductoras inyectando sobre la primera superficie (9) y producir de manera separada un segundo anillo (110) terminal y montar el mismo dentro de los extremos (12) de fijacion en la segunda superficie (11) despues de los procesos de inyeccion de aluminio y fijar los imanes (5) dentro de los orificios (6) de insercion de los imanes.
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