WO2022160028A1

WO2022160028A1 - Estator de máquina elétrica de fluxo axial

Info

Publication number: WO2022160028A1
Application number: PCT/BR2022/050031
Authority: WO
Inventors: Rodrigo Souza AGUIAR; Valmir Luis Stoinski
Original assignee: WEG Equipamentos Eletricos SA
Current assignee: WEG Equipamentos Eletricos SA
Priority date: 2021-02-01
Filing date: 2022-01-31
Publication date: 2022-08-04
Anticipated expiration: 2023-08-01
Also published as: CN116830424A; EP4287462A4; US12500458B2; CN116918227A; EP4287473A4; US20240097522A1; WO2022160027A1; US20240063670A1; EP4287473A1; EP4287462A1

Abstract

A presente invenção refere-se a um estator de uma máquina elétrica de fluxo axial (1) compreendendo uma carcaça (2) e um núcleo ativo compreendendo uma pluralidade de núcleos bobinados (9) dispostos em um disco de suporte (11), o disco de suporte (11) compreendendo uma pluralidade de recortes periféricos (14) que se estendem de forma espaçada em uma periferia externa do disco (11), cada um dos recortes periféricos (14) possuindo uma porção de encaixe (17), formada em sua extremidade aberta (15), configurada para cooperar com uma porção de encaixe correspondente (18) formada na superfície interna da carcaça (2).

Description

“MÁQUINA ELÉTRICA DE FLUXO AXIAL”

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção refere-se a uma máquina elétrica de fluxo axial e, mais especificamente, a um motor ou gerador de fluxo axial.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0002] Máquinas elétricas de fluxo axial são largamente conhecidas da técnica, e compreendem basicamente pelo menos um estator e pelo menos um rotor em formato de disco com ímãs permanentes em que o fluxo trafega no sentido axial do eixo girante da máquina. Elas podem compreender tanto motores elétricos quanto geradores elétricos.

[0003] Algumas máquinas de fluxo axial são construídas com um disco central que suporta os polos bobinados do estator. Esse disco central, no entanto, deve ter seu projeto desenvolvido de modo a não possuir propriedades mecânicas ou térmicas que impactem negativamente no funcionamento da máquina.

[0004] O documento EP 2869433 A1 mostra uma dessas máquinas do estado da técnica, em que um disco de suporte que recebe uma série de bobinas montadas radialmente e de forma equidistante.

[0005] Solução similar é revelada no documento WO202158052, cuja máquina possui um flange de suporte central que divide o estator em duas metades de estator, em que cada metade de estator possui núcleos bobinados.

OJETIVOS DA INVENÇÃO

[0006] É um dos objetivos da presente invenção proporcionar uma máquina elétrica de fluxo axial com montagem otimizada.

[0007] É outro dos objetivos da presente invenção proporcionar uma máquina elétrica de fluxo axial com um disco de suporte de projeto otimizado, que permite a transmissão de torque para a carcaça.

[0008] É ainda outro dos objetivos da presente invenção proporcionar uma máquina elétrica de fluxo axial com um disco de suporte que possibilita que os cabos de energia da máquina fiquem seguramente presos em seu interior.

[0009] É mais um dos objetivos da presente invenção proporcionar uma máquina elétrica de fluxo axial em que as perdas por correntes induzidas nos componentes do motor podem ser minimizadas.

[0010] É ainda outro dos objetivos da presente invenção proporcionar uma máquina elétrica de fluxo axial compacta e com alta potência.

Sumário da Invenção

[0011] A presente invenção refere-se a uma máquina elétrica de fluxo axial compreendendo uma carcaça e um núcleo ativo compreendendo pelo menos um rotor e pelo menos um estator bobinado, em que o estator bobinado compreende uma pluralidade de núcleos bobinados dispostos em um disco de suporte.

[0012] O disco de suporte compreende uma placa plana tendo uma borda interna e uma borda externa, a placa plana tendo um furo central e uma pluralidade de furos de posicionamento de núcleo bobinado, cada um dos furos de posicionamento de núcleo bobinado sendo configurado para receber cada um da pluralidade de núcleos bobinados.

[0013] O disco de suporte compreende ainda uma pluralidade de recortes periféricos que se estendem de forma espaçada em uma periferia externa do disco, sendo que cada um dos recortes periféricos possui uma extremidade externa aberta, disposta na borda externa do disco, e uma extremidade interna fechada arredondada.

[0014] Pelo menos um recorte periférico dentre a pluralidade de recortes periféricos possui uma porção de encaixe, formada na extremidade aberta, configurada para cooperar com uma porção de encaixe correspondente formada na superfície interna da carcaça.

[0015] Em uma concretização da invenção, o disco de suporte pode compreender ainda uma pluralidade de furos de ancoragem para posicionamento e amarração de cabos de ligação da máquina ao longo da periferia do disco.

[0016] Em uma concretização da invenção, a carcaça é formada por uma parte de corpo, uma tampa dianteira e uma tampa traseira, em que a porção de encaixe é configurada para cooperar com uma porção de encaixe correspondente formada na superfície interna da parte de corpo da carcaça. Nessa concretização, o disco de suporte é posicionado centralizado em relação às tampas dianteira e traseira.

[0017] Em uma concretização da invenção, a porção de encaixe é formada como duas reentrâncias, em que cada reentrância é formada em um lado da extremidade aberta; e a porção de encaixe correspondente compreende uma saliência retangular cujas bordas laterais encaixam nas reentrâncias. [0018] A máquina pode compreender ainda pelo menos um orifício de entrada e pelo menos um orifício de saída de fluido refrigerante, sendo que o disco de suporte pode ser posicionado em correspondência com as pelo menos uma entrada e pelo menos uma saída de fluido refrigerante da carcaça.

[0019] Em uma concretização da invenção, cada núcleo bobinado da pluralidade de núcleos bobinados é um núcleo bobinado bipartido formado pela união de duas partes de núcleo bobinado, em que uma das duas partes de núcleo compreende uma conexão macho e a outra das partes de núcleo compreende uma conexão fêmea, e em que cada parte de núcleo compreende pelo menos um elemento espaçador. Cada uma das partes de núcleo pode possuir ainda, em pelos menos uma extremidade radial, uma reentrância que se apoia em uma borda de extremidade correspondente do furo de posicionamento.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0020] A presente invenção será descrita a seguir com mais detalhes, com referências aos desenhos anexos, nos quais:

[0021] Figura 1 - é uma vista em perspectiva de uma máquina elétrica de fluxo axial de acordo com uma concretização da presente invenção;

[0022] Figura 2 - é uma vista seccional em perspectiva da carcaça de uma máquina elétrica de fluxo axial de acordo com uma concretização da presente invenção;

[0023] Figura 3 - é uma vista em perspectiva de um componente do estator de uma máquina elétrica de fluxo axial de acordo com uma concretização da presente invenção;

[0024] Figura 4 - é uma vista em perspectiva da montagem de um componente do estator de uma máquina elétrica de fluxo axial de acordo com uma concretização da presente invenção, sendo removida a resina;

[0025] Figura 5 - é uma vista em perspectiva superior de uma máquina elétrica de fluxo axial de acordo com uma concretização da presente invenção, sendo removida a parte central da carcaça e a resina;

[0026] Figura 6 - é uma vista frontal de um disco de suporte de uma máquina elétrica de fluxo axial de acordo com uma concretização da presente invenção;

[0027] Figura 7 - é uma vista ampliada de uma porção do disco de suporte de uma máquina elétrica de fluxo axial de acordo com uma concretização da presente invenção; [0028] Figura 8 - é uma vista seccional de componentes do estator de uma máquina elétrica de fluxo axial de acordo com uma concretização da presente invenção, sendo mostrada ainda uma parte central da carcaça da máquina; e [0029] Figuras 9a e 9b - são vistas em perspectiva de dois pares de componentes de núcleo bobinado de uma máquina elétrica de fluxo axial de acordo com uma concretização da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0030] A figura 1 mostra um motor de fluxo axial de acordo com uma concretização da presente invenção.

[0031] Embora a presente invenção seja descrita incorporada em um motor elétrico, deve ser entendido que a solução da presente invenção poderia ser igualmente aplicada a outras máquinas elétricas de fluxo axial como, por exemplo, geradores de fluxo axial.

[0032] Conforme pode ser visto na Figura 1 , o motor 1 compreende uma carcaça 2 com um furo passante central 3 e orifícios de entrada e saída de fluido refrigerante 4. O furo passante 3 é destinado à recepção de um eixo, entretanto, deve ser entendido que, em outras concretizações da invenção, o eixo poderia ser integral ao motor.

[0033] Como melhor ilustrado na vista seccionada da figura 2, na concretização da invenção mostrada nas figuras, a carcaça 2 é formada por uma parte de corpo 5, uma tampa dianteira 6 e uma tampa traseira 7. No entanto, deve ser entendido que a carcaça poderia ser formada de forma diferente, por exemplo, como uma carcaça bipartida, com a parte de corpo bipartida, com cada metade integral a uma respectiva tampa de fechamento.

[0034] A figura 3 mostra uma vista em perspectiva do estator bobinado do motor de acordo com uma concretização da presente invenção. A figura mostra uma pluralidade núcleos bobinados 9 envoltos por uma resina 10. Em uma concretização da presente invenção, a resina é uma resina epóxi de alta condutividade térmica. No entanto, um técnico no assunto compreenderia que a presente invenção alcançaria efeito equivalente com um material termofixo adequado.

[0035] A pluralidade de núcleos bobinados 9 é montada em um disco de suporte 11 , melhor ilustrado nas figuras 4 a 8. O disco de suporte auxilia no posicionamento do núcleo magnético, mantendo a pluralidade de núcleos bobinados corretamente posicionada durante a operação do motor, e transmite toque para a carcaça do motor. Em uma concretização da invenção, o disco de suporte 11 é um disco de suporte central.

[0036] Como melhor ilustrado na figura 6, o disco 11 compreende preferencialmente uma placa circular com um furo central 12 e uma pluralidade de furos de posicionamento 13 do conjunto núcleo magnético e bobina.

[0037] O disco 11 compreende ainda uma pluralidade de recortes periféricos 14, que se estendem de forma espaçada na periferia externa do disco.

[0038] Como melhor ilustrado na figura 7, os recortes periféricos 14 possuem uma extremidade externa aberta 15, na borda do disco 11 , e uma extremidade interna fechada arredondada 16.

[0039] Além disso, pelo menos um recorte periférico 14 dentre a pluralidade de recortes periféricos 14 possui ainda uma porção de encaixe 17 formada na extremidade aberta 15.

[0040] Essa porção de encaixe 17 é configurada para cooperar com uma porção de encaixe correspondente 18 formada na superfície interna da parte de corpo 5 da carcaça 2, conforme ilustrado na figura 8. Naturalmente, no caso de uma concretização da invenção em que a carcaça possui um formato diferente, a porção de encaixe correspondente 18 poderia ser formada na região correspondente da superfície interna dessa carcaça de outro formato.

[0041] Na concretização preferencial, mas não limitante mostrada nas figuras, a porção de encaixe 17 é formada como duas reentrâncias de canto em cada lado da extremidade aberta 15. Nessa concretização, a porção de encaixe correspondente 18 é uma saliência retangular cujas bordas laterais encaixam nas reentrâncias de canto. Na concretização exemplificativa ilustrada nas figuras, cada reentrância de canto 18 é um recorte com ângulo reto para encaixar na borda da saliência retangular.

[0042] O encaixe entre o disco e a carcaça permite a transmissão de torque para a carcaça do motor. Essa característica facilita a montagem do motor e garante sua rigidez estrutural, sendo que esse encaixe viabiliza a transmissão de torque.

[0043] Embora as porções de encaixe 17 e 18 pudessem ser configuradas em outros formatos, a concretização em que as reentrâncias são formadas no disco 11 é preferida, pois reduz a quantidade de material utilizado na fabricação do disco. Além disso, a conformação de reentrâncias no disco 11 é mais fácil de executar do que na carcaça 2, a qual exigiria uma usinagem complexa.

[0044] O disco 11 da presente invenção compreende ainda furos de ancoragem 20 para posicionamento e amarração dos cabos 8 da máquina ao longo da periferia do disco (vide figura 8). Assim, para a ancoragem do cabeamento, um barbante de material resistente a alta temperatura é transpassado através dos furos de ancoragem 20 e o cabeamento é amarrado na região central entre os furos 20. Naturalmente, um técnico no assunto compreenderia que a presente invenção alcançaria efeito equivalente de ancoragem com o uso de outros elementos de fixação, como, por exemplo, abraçadeiras.

[0045] A amarração dos cabos 8 impede que os mesmos fiquem expostos fora da região resinada, o que aumenta a qualidade e eficiência da construção do conjunto. Além disso, a ancoragem garante o correto posicionamento dos cabos durante o processo de encapsulamento do estator.

[0046] Deve ser ressaltado que os furos 20, quando não utilizados para amarração de cabos, permitem a passagem da resina 10 durante a fabricação do motor, resultando em um processo de encapsulamento mais eficiente.

[0047] Em uma concretização preferida da invenção, o disco 11 é confeccionado em um material não condutor elétrico de baixa densidade, como por exemplo fibra resinada, capaz de suportar altas temperaturas, como, por exemplo, mais de 200°C sem perder as propriedades estruturais e rigidez dielétrica. Deve ser entendido, no entanto, que o disco 11 poderia ser fabricado em outros materiais adequados, como fibra de carbono, BMC ou poliamida.

[0048] O disco de suporte 11 , além de garantir a rigidez do sistema, também auxilia no sistema de refrigeração do motor de acordo com a presente invenção. [0049] Como ilustrado na figura 5, o disco de suporte 11 é posicionado em correspondência com as entrada e saída de fluido refrigerante 4a e 4b, de tal forma que o fluido refrigerante que entra pela entrada de fluido 4a é dividido para os dois lados do disco 11 , lados dianteiro e traseiro do motor. Nesse sentido, na concretização ilustrada da presente invenção, o disco 11 é posicionado centralizado em relação às tampas 6 e 7.

[0050] Assim, para o resfriamento do motor, um fluído de resfriamento é bombeado ao motor, adentrando pela entrada 4a, o fluído escoa por canais de resfriamento presentes na resina 10. O fluido aquecido irá sai do motor pela saída 4b, onde precisará passar por um trocador de calor para dissipar o calor que foi extraído do motor para o ambiente.

[0051] Para fechamento axial do núcleo bobinado e contenção do fluido de resfriamento podem ser utilizadas placas de fechamento. O rotor (não ilustrado e de construção e operação conhecida pelos técnicos no assunto) é montado axialmente espaçado de uma placa correspondente das placas de fechamento. Assim, cada rotor é montado distanciado de uma respectiva placa de fechamento.

[0052] Em uma concretização da presente invenção, a pluralidade de núcleos bobinados é montada no disco 11 de modo a formar um núcleo bobinado bipartido pelo disco.

[0053] Assim, como melhor ilustrado na figura 9a, em uma concretização da presente invenção, cada uma da pluralidade de núcleos bobinados formados compreende duas partes de núcleo 21 , 22. Uma parte de núcleo 21 compreende uma conexão macho 23 e a outra das partes de núcleo 22 compreende uma conexão fêmea 24. A fixação das duas partes de núcleo 21 , 22 é feita através das conexões macho e fêmea e pela união por adesivo, garantindo uma conexão aperfeiçoada.

[0054] Cada uma das partes do núcleo 21 , 22 possui, em pelo menos uma extremidade radial, uma reentrância 27 que garante o correto posicionamento da parte de núcleo no disco 11. Assim, a reentrância 27 forma um encaixe que se apoia na borda da extremidade correspondente do furo de posicionamento 13.

[0055] Na concretização mostrada na figura 9a, as reentrâncias 27 são formadas na extremidade radial externa das partes de núcleo. Já na concretização mostrada na figura 9b, as reentrâncias 27 são formadas na extremidade radial interna das partes de núcleo. Em concretizações da presente invenção, são formadas reentrâncias 27 tanto na extremidade radial interna quanto na extremidade radial externa.

[0056] Além disso, cada parte de núcleo 21 , 22 pode compreender pelo menos um elemento espaçador 25, 26, que é responsável por proporcionar um espaçamento ideal para que uma espessura ótima de camada de adesivo de união das partes seja alcançada.

[0057] Tendo sido descritos exemplos de concretizações da presente invenção, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras variações possíveis do conceito inventivo descrito, sendo limitadas tão somente pelo teor das reivindicações apenas, aí incluídos os possíveis equivalentes.

Claims

9 REIVINDICAÇÕES

1 . Máquina elétrica de fluxo axial (1 ) compreendendo uma carcaça (2) e um núcleo ativo compreendendo pelo menos um rotor e pelo menos um estator bobinado, em que o estator bobinado compreende uma pluralidade de núcleos bobinados (9) dispostos em um disco de suporte (11 ), o disco de suporte (11 ) compreendendo uma placa plana tendo uma borda interna e uma borda externa, a placa plana tendo um furo central (12) e uma pluralidade de furos de posicionamento de núcleo bobinado (13), cada um dos furos de posicionamento de núcleo bobinado (13) sendo configurado para receber cada um da pluralidade de núcleo bobinados (9), a máquina sendo caracterizada pelo fato de que o disco de suporte (11 ) compreende ainda: uma pluralidade de recortes periféricos (14) que se estendem de forma espaçada em uma periferia externa do disco (11 ), cada um dos recortes periféricos (14) possuindo uma extremidade externa aberta (15), disposta na borda externa do disco (11 ) e uma extremidade interna fechada arredondada (16); e em que pelo menos um recorte periférico dentre a pluralidade de recortes periféricos (14) possui uma porção de encaixe (17), formada na extremidade aberta (15), configurada para cooperar com uma porção de encaixe correspondente (18) formada na superfície interna da carcaça (2).

2. Máquina, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada pelo fato de que o disco de suporte (11 ) compreende ainda uma pluralidade de furos de ancoragem (20) para posicionamento e amarração de cabos de ligação (8) da máquina ao longo da periferia do disco (11 ).

3. Máquina, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada pelo fato de que a carcaça (2) é formada por uma parte de corpo (5), uma tampa dianteira (6) e uma tampa traseira (7), em que a porção de encaixe (17) é configurada para cooperar com uma porção de encaixe correspondente (18) formada na superfície interna da parte de corpo (5) da carcaça (2).

4. Máquina, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que o disco de suporte (11 ) é posicionado centralizado em relação às tampas dianteira e traseira (6, 7).

5. Máquina, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que: a porção de encaixe (17) é formada como duas reentrâncias, em que cada reentrância é formada em um lado da extremidade aberta (15); e a porção de encaixe correspondente (18) compreende uma saliência retangular cujas bordas laterais encaixam nas reentrâncias.

6. Máquina, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que compreende pelo menos um orifício de entrada (4a) e pelo menos um orifício de saída (4b) de fluido refrigerante, e em que o disco de suporte (11 ) é posicionado em correspondência com as pelo menos uma entrada e pelo menos uma saída de fluido refrigerante (4a e 4b) da carcaça (2).

7. Máquina, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que cada núcleo bobinado da pluralidade de núcleos bobinados (9) é um núcleo bobinado bipartido formado pela união de duas partes de núcleo bobinado (21 , 22), em que uma das duas partes de núcleo (21 ) compreende uma conexão macho (23) e a outra das partes de núcleo (22) compreende uma conexão fêmea (24) e em que cada parte de núcleo (21 , 22) compreende pelo menos um elemento espaçador (25, 26).

8. Máquina, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que cada uma das partes do núcleo bobinadas (21 , 22) possui, em pelo menos uma de suas extremidades radiais, uma reentrância (27) que se apoia em uma borda de extremidade correspondente do furo de posicionamento (13) do disco de suporte (11 ).