WO2025065073A1

WO2025065073A1 - Máquina elétrica de fluxo axial e seu processo de fabricação

Info

Publication number: WO2025065073A1
Application number: PCT/BR2024/050443
Authority: WO
Inventors: Joel Boaretto; Paulo Henrique CONRADO; Maicon MOLON; Robinson Carlos Dudley CRUZ; Henrique Soarez PAZ; Eduardo Endel REOLON
Original assignee: Instituto Hercilio Randon
Current assignee: Instituto Hercilio Randon
Priority date: 2023-09-27
Filing date: 2024-09-27
Publication date: 2025-04-03
Anticipated expiration: 2026-03-27

Abstract

A presente invenção descreve uma máquina elétrica de fluxo axial usando uma topologia provida de um estator disposto entre rotores, sendo o estator provido de segmentos bobinados distribuídos ao redor de um eixo, visando otimizar fabricação e manutenção da máquina elétrica, além promover segurança e desempenho por meio de um fluido de arrefecimento. Especificamente, a presente invenção compreende um alojamento do estator, onde circula um fluido refrigerante que encosta nos segmentos bobinados, otimizando a troca térmica com finalidade de reduzir a temperatura da máquina devido ao calor dissipado pelos componentes da máquina e, por consequência, aumentar a eficiência da máquina. A presente invenção se situa nos campos de máquinas elétricas e de termodinâmica voltada para arrefecimento de tais máquinas, e campos de mobilidade elétrica, como veículos elétricos.

Description

Relatório Descritivo de Patente de Invenção

MÁQUINA ELÉTRICA DE FLUXO AXIAL E SEU PROCESSO DE FABRICAÇÃO

Campo da Invenção

[0001] A presente invenção se situa nos campos de máquinas elétricas e de termodinâmica voltada para arrefecimento e eficiência de tais máquinas, e campos de mobilidade elétrica, como veículos elétricos.

Antecedentes da Invenção

[0002] Os motores elétricos são componentes usados há décadas para diversas funções. Com o processo de eletrificação da mobilidade e no campo de automóveis, os motores elétricos são um dos principais componentes utilizados para esta eletrificação e, por conta disso, também são objetos de estudo e desenvolvimento para que possam cada vez mais atender as demandas impostas no mercado.

[0003] Prova disso é que diferentes topologias e construções de motores elétricos vêm sendo empregados nos últimos anos. Dentre os tipos mais utilizados recentemente, existem os motores de fluxo axial. Nestes motores, o fluxo magnético entre o rotor e o estator ocorre de maneira axial, ou paralelo ao eixo do motor. Este tipo de disposição permite, em muitas das vezes, a construção de um motor menor, quando comparado com os motores de fluxo radial.

[0004] Os artigos “Axial flux permanent magnet machines: A new topology for high performance applications", publicado em 2006, e “Analysis of the Yokeless And Segmented Armature Machine", publicado em 2007, ambos de autoria de T. J. Woolmer et al, trouxeram uma nova topologia para motores elétricos de fluxo axial, topologia essa chamada de YASA ( Yokeless And Segmented Armature). Um exemplo esquemático da topologia YASA é mostrado na figura 1. Conforme pode ser visto, o estator é formado por segmentos circularmente dispostos ao redor de um eixo imaginário, onde cada segmento é provido de bobinas que geram campo magnético mediante a aplicação de corrente elétrica. Paralelamente ao estator circular formado pelos segmentos, dois rotores providos de ímãs permanentes são dispostos, um em cada lado do estator, de modo a formar um sanduíche. Um espaço de ar entre os rotores e o estator é deixado, havendo uma interação magnética entre eles. Os rotores comumente são associados a um eixo, que os suporta, para que este eixo gire mediante a resultante de força gerada pela interação magnética entre o rotor e o estator.

[0005] A topologia YASA, conforme apontado nos artigos, possibilita reduzir o tamanho e o peso do motor elétrico e aumentar a densidade de torque e eficiência da máquina. Desde então, esta topologia vem sendo utilizada na área de veículos elétricos, e desenvolvimentos vêm sendo aplicados para se empregar e adaptar motores com este tipo de topologia.

[0006] A exemplo disso, a patente BR1 12013003690-7 traz uma máquina elétrica construída em topologia YASA, onde uma carcaça bipartida foi desenvolvida em plástico injetado para alojar o estator e, também, já servir para abrigar os rotores. A patente, ainda, visa a construção do alojamento do estator a partir de um molde das sapatas, que são parte dos segmentos do estator, formando bolsões em torno dos segmentos. Para isso, os segmentos são retidos nesses bolsões a partir de um processo de sobremoldagem do plástico, formando cada uma das duas partes do alojamento. Quando as duas partes do alojamento são encaixadas entre si, forma-se uma câmara de resfriamento com fluido passando entre os bolsões dos segmentos do estator. De maneira distinta, a presente invenção não utiliza processo de sobremoldagem para fixação ou posicionamento dos segmentos do estator, nem mesmo utiliza bolsões em torno dos segmentos para aderência destes ao alojamento do estator.

[0007] O pedido de patente BR 1 12023015106-6 A2 apresenta uma máquina de fluxo axial possuindo um único disco de suporte que recebe núcleos bobinados. O disco de suporte é uma chapa plana possuindo furos, onde os núcleos bobinados são posicionados, e recortes ao longo da periferia externa da chapa para encaixe nas reentrâncias da superfície interna da carcaça. Diferentemente da presente invenção, o posicionamento centralizado do disco de suporte em relação às duas tampas da máquina, sendo somado aos encaixes dos recortes do disco na carcaça, dificulta a fabricação da máquina de BR 1 12023015106-6 A2. Ainda, as construções do disco de suporte e da carcaça de BR 1 12023015106-6 A2 demandam elevada precisão sendo necessária para a cooperação entre os recortes do disco de suporte e as reentrâncias da carcaça. [0008] Adicionalmente, de modo geral, devido à operação e ao alto torque gerado por este tipo de motor, há um aumento demasiado na temperatura do motor, até mesmo considerando a dissipação de energia elétrica a partir da corrente elétrica que circula nas bobinas do estator. Como se sabe, o aumento da temperatura está associado à eficiência dos motores elétricos. A resistência do cobre aumenta de acordo com a temperatura, aumentando assim a carga térmica gerada pelo efeito Joule à medida que a temperatura sobe. A redução da eficiência também pode ocorrer devido à diminuição do desempenho magnético dos ímãs permanentes do rotor em temperaturas elevadas.

[0009] Com isso, há a necessidade de se utilizar um meio de resfriamento das bobinas, que promove um arrefecimento de temperatura nos demais componentes do motor em contato térmico. A patente BR112013003690-7, mencionada anteriormente, utiliza como meio de resfriamento a câmara de resfriamento que necessita que o fluido refrigerante entre em contato térmico com todas as bobinas, para fazer com que esta refrigeração chegue até os segmentos do estator e os imãs do rotor. Além disso, a água é o fluido refrigerante utilizado na patente BR1 12013003690-7, necessitando de uma camada eletricamente isolante envolvendo as bobinas para separá-las do espaço onde a água circula. Diferentemente da presente invenção, o fluido refrigerante utilizado no motor de BR112013003690-7 é água, demandando a dita camada eletricamente isolante envolvendo totalmente as bobinas.

[0010] O pedido de patente BR 1 12023015105-8 A2 apresenta uma máquina elétrica de fluxo axial possuindo um disco de suporte, assim como a máquina de BR 1 12023015106-6 A2, em que núcleos bobinados são dispostos no disco de suporte, sendo os núcleos bobinados formados por núcleos bipartidos e bobinas bipartidas. Com os núcleos bobinados dispostos no disco de suporte, o método de montagem do estator da máquina de BR 1 12023015105-8 A2 utiliza um molde durante a adição de resina para formar canais de refrigeração contínuos e serpentinados nos lados do disco de suporte, além de que a resina encapsula o disco de suporte e os núcleos bobinados. Assim, cada canal de refrigeração de BR 1 12023015105-8 A2 passa em proximidade a ao menos uma das superfícies dos núcleos bobinados, sem encostar nas superfícies dos núcleos bobinados. No entanto, os referidos canais de BR 1 12023015105-8 A2, que não encostam nos núcleos bobinados, assim como o fluido isolado de BR1 12013003690-7, prejudicam a troca de calor para resfriamento da máquina e, consequentemente, reduzem a eficiência da máquina elétrica, o que não se confunde com a presente invenção.

[0011] De outra maneira, o pedido de patente BR 1 12016018889-6 A2 apresenta um sistema de refrigeração para máquina de fluxo de axial possuindo um refrigerante, a exemplo de um óleo, que flui através do alojamento do estator em torno das bobinas. Ainda, são utilizadas barreiras conectando algumas das bobinas às superfícies mais internas e externas de dentro do alojamento do estator a fim de forçar o refrigerante no espaço entre as bobinas fluir em direção às paredes internas do alojamento, e vice-versa. Contudo, esta solução trazida pela BR 112016018889-6 A2 ainda impacta em alguma perda de troca térmica, dado que uma porção do fluido refrigerante se acumula na região mais interna abaixo das bobinas e próximas das barreiras, não havendo a recirculação total do fluido.

[0012] Ainda neste contexto, o pedido de patente CN1 15483774A apresenta o uso de um componente anelar disposto no diâmetro interior do motor de fluxo axial, abaixo das bobinas, onde este componente é dotado de um rebaixo parcialmente formado na sua superfície externa. Este componente possui esse formato visando distribuir o fluido refrigerante na região inferior das bobinas, buscando, em teoria, melhorar a troca térmica. Contudo, o fluido acaba circulando no interior deste componente e diminui o contato direto com as bobinas. Ademais, este componente anelar é complexo de ser fabricado, além de ser formado por dois componentes sobrepostos durante a montagem.

[0013] Nesse sentido, busca-se desenvolver máquinas elétricas de fluxo axial, obtidas por montagem mais simplificada, otimizando manutenção e fabricação do rotor e do estator da máquina. Além disso, visando aumento da eficiência da máquina, busca-se desenvolver soluções para arrefecimento da máquina que proporcionem desempenho ótimo da máquina elétrica, visando segurança e confiabilidade para funcionamento das máquinas elétricas.

[0014] Assim, do que se depreende da literatura pesquisada, não foram encontrados documentos antecipando ou sugerindo os ensinamentos da presente invenção, de forma que a solução aqui proposta possui novidade e atividade inventiva frente ao estado da técnica.

Sumário da Invenção

[0015] Dessa forma, a presente invenção resolve os problemas do estado da técnica a partir de uma máquina elétrica de fluxo axial compreendendo uma estrutura que abriga um estator provido de segmentos bobinados e um componente de troca térmica, dito componente interagindo com os segmentos bobinados. A referida estrutura é otimizada a partir da associação de elementos previamente arranjados, para permitir a devida interação entre segmentos bobinados e o componente de troca térmica, além de possibilitar melhorias durante sua montagem e fabricação.

[0016] Em uma concretização, o componente de troca térmica é um fluido de arrefecimento que encosta diretamente nos segmentos bobinados, otimizando troca térmica das bobinas em contato com o fluido. Com isso, a presente invenção promove desempenho e segurança da máquina ao prover um fluido com propriedades elétricas e térmicas, proporcionando o isolamento elétrico entre os segmentos bobinados, além da refrigeração gerada pelo fluido encostando nas bobinas chegar até os segmentos do estator e outros componentes da máquina elétrica, visando confiabilidade durante o funcionamento da máquina e durabilidade de seus componentes.

[0017] Assim, em um primeiro objeto, a presente invenção apresenta uma máquina elétrica de fluxo axial compreendendo um estator, que é provido de segmentos bobinados, e ao menos um rotor, em que a dita máquina elétrica compreende uma estrutura que abriga os segmentos bobinados do estator e ao menos um componente de troca térmica, que interage com os referidos segmentos bobinados.

[0018] É também um objeto da presente invenção uma máquina elétrica compreendendo um estator, ao menos um rotor e um fluido de arrefecimento encostando no estator. A dita máquina elétrica compreendendo uma estrutura formada com um meio estanque, que permite a circulação do fluido de arrefecimento.

[0019] É, ainda, um objeto da presente invenção, um processo de fabricação de máquina elétrica de fluxo axial compreendendo as etapas de: a) obtenção de uma estrutura provida de uma carcaça, suportes laterais e suporte central interno; e b) disposição dos segmentos bobinados e de um componente de troca térmica com os referidos segmentos bobinados dentro da referida estrutura.

[0020] É, ainda, um outro objeto da invenção, um método de controle de troca térmica em motor de fluxo axial, dito método compreendendo uma etapa de controle de temperatura dos segmentos bobinados, por meio da atuação de um componente de troca térmica.

[0021] É, também, um outro objeto da invenção, um veículo de transporte compreendendo ao menos um eixo trativo, sendo o dito eixo trativo dotado de ao menos uma máquina elétrica capaz de fornecer tração e gerar energia elétrica a partir de um modo de operação do eixo trativo, em que, a máquina elétrica é do tipo máquina de fluxo axial e possuir um perfil magnético compatível com uma demanda previamente conhecida de operação do eixo trativo no veículo de transporte. Nesse sentido, a presente invenção permite também dimensionar o perfil magnético do motor/gerador de maneira otimizada à operação do eixo trativo instalado no veículo.

[0022] É, ainda, um objeto da invenção uma máquina elétrica de fluxo axial, sendo um motor ou um gerador, que é provido de um fluido de arrefecimento para sua refrigeração.

[0023] Estes e outros objetos da invenção serão imediatamente valorizados pelos versados na arte e serão descritos detalhadamente a seguir.

Breve Descrição das Figuras

[0024] Com o intuito de melhor definir e esclarecer o conteúdo do presente pedido de patente, são apresentadas as seguintes figuras:

[0025] A figura 1 mostra uma representação esquemática convencional de um motor de fluxo axial usando topologia YASA.

[0026] A figura 2 mostra uma vista perspectiva de uma concretização da máquina elétrica da invenção.

[0027] A figura 3 mostra uma vista explodida simplificada da concretização da máquina elétrica da figura 2.

[0028] A figura 4 mostra uma vista em corte da máquina elétrica destacando a presença dos suportes laterais (23) e as respectivas regiões de interação (231 ) com os segmentos (21 ).

[0029] A figura 5 mostra uma vista em perspectiva superior da máquina elétrica com um dos suportes laterais (23) removidos, possibilitando detalhar o interior da máquina.

[0030] A figura 6 mostra uma vista em corte da figura 5, detalhando o posicionamento dos segmentos (21 ).

[0031] A figura 7 mostra uma vista superior da máquina elétrica em um corte destacando o posicionamento do suporte central (26) e a presença do componente de troca térmica.

[0032] A figura 8 mostra uma vista isolada dos suportes laterais (23) interagindo com o suporte central (26).

[0033] A figura 9 mostra uma vista interna do motor destacando o posicionamento do suporte central (26).

[0034] A figura 10 mostra uma vista em detalhe do suporte central (26) e os respectivos elementos funcionais (261 ) conforme esta concretização.

[0035] A figura 11 mostra uma vista em detalhe da interação esquemática do fluido de arrefecimento com os elementos funcionais (261 ) conforme esta concretização.

[0036] A figura 12 mostra uma vista perspectiva de uma outra concretização da máquina elétrica da invenção, com destaque ao suporte lateral (23) ao retirar uma tampa (76) e um elemento de reforço (60) de um lado da carcaça (50) da máquina.

[0037] A figura 13 mostra uma vista lateral da concretização da figura 12, com destaque aos segmentos (21 ) posicionados pelos suportes laterais (23).

[0038] A figura 14 mostra uma vista em corte da concretização da figura 12, com destaque aos segmentos (21 ) envolvidos pelas bobinas (24), formando os segmentos bobinados.

[0039] A figura 15 mostra uma vista em detalhe em relação à figura 14, ilustrando o fluido de arrefecimento (51 ) encostando nos segmentos bobinados. [0040] A figura 16 mostra uma vista explodida de uma concretização da máquina elétrica da presente invenção.

[0041] A figura 17 mostra uma vista lateral de uma concretização da máquina elétrica, com destaque à porção de resina (25) ao suprimir o suporte lateral (23).

[0042] A figura 18 mostra uma vista em corte da concretização da figura 17, ilustrando uma bobina (24) envolvida de maneira contínua sobre os segmentos (21 ).

[0043] A figura 19 mostra uma outra vista em corte da concretização da figura 17, ilustrando um segmento (21 ) contornado pela bobina (24).

[0044] A figura 20 mostra uma vista em detalhe da figura 19, ilustrando o fluido de arrefecimento (51 ) encostando nas superfícies do segmento bobinado dispostas entre a primeira porção (251 ) e a segunda porção (252) de resina.

[0045] A figura 21 mostra uma vista perspectiva de uma concretização da máquina elétrica, com destaque à porção de resina (25) ao suprimir o suporte lateral (23) de um lado da máquina.

[0046] A figura 22 mostra uma vista lateral da concretização da figura 21 , com destaque aos elementos de fixação (561 ) do suporte lateral (23) dispostos em uma face anelar (56) da carcaça (50).

[0047] A figura 23 mostra uma vista em corte da concretização da figura 21.

Descrição Detalhada da Invenção

[0048] As descrições que se seguem são apresentadas a título de exemplo e não limitativas ao escopo da invenção e farão compreender de forma mais clara os objetos do presente pedido de patente.

[0049] A presente invenção traz uma máquina elétrica de fluxo axial que compreende um estator, que é provido de segmentos bobinados com a função de interagir magneticamente com os elementos magnéticos do rotor, onde a máquina elétrica é formada com uma estrutura que abriga tanto os segmentos bobinados quanto um ou mais componentes de troca térmica, dito componente interagindo com os segmentos bobinados. Em uma concretização, a máquina elétrica de fluxo axial da presente invenção é realizada usando a topologia YASA, de modo a compreender uma pluralidade de segmentos dispostos em torno de um eixo e ao menos um rotor, que interage magneticamente com o estator. O rotor interage mecanicamente com o eixo, de modo a girar o eixo quando submetido a uma força resultante da interação magnética com o estator. [0050] A referida estrutura da máquina elétrica possui um espaço interno que seja suficiente para posicionar os segmentos bobinados do estator, além de permitir a devida atuação do componente de troca térmica. A estrutura é formada, principalmente, por uma carcaça, suportes laterais e um suporte central interno, de modo que os suportes laterais são fixados na carcaça e o suporte central interno é conectado aos suportes laterais. Em uma concretização, a referida carcaça compreende uma face anelar que interage ou fixa os suportes laterais, de modo que os suportes laterais são dispostos paralelamente à face anelar e opostos um ao outro em relação à carcaça. Em uma concretização, a associação entre a face anelar da carcaça e os suportes laterais é realizada por meio de um material aderente, tal como resina, cola ou adesivo estrutural, porém não limitados a estes. Em outra concretização, a associação entre a face anelar e os suportes laterais é realizada por meio de fixadores mecânicos, tal como parafusos e rebites, porém não limitados a estes.

[0051] Os suportes laterais da estrutura possuem formato compatível com a carcaça e/ou com a face anelar e são dispostos adjacentemente aos segmentos bobinados, de modo que cada suporte lateral cobre toda a área em que os segmentos são posicionados em cada um dos lados da carcaça. Em uma concretização, os suportes laterais são providos de regiões de interação com os segmentos bobinados, interagindo mecanicamente com os referidos segmentos. As ditas regiões de interação são formadas por um breve rebaixo na superfície interna do suporte lateral que auxiliam na montagem e posicionamento dos segmentos, bem como agindo com uma função de fixação parcial dos mesmos. Alternativamente, as regiões de interação são formadas por um recorte com geometria/perfil compatível com os segmentos bobinados. Em uma concretização, as regiões de interação limitam o deslocamento radial dos segmentos.

[0052] Em uma concretização, cada suporte lateral é formado por uma peça única possuindo as referidas regiões de interação. Em outra concretização, cada suporte lateral é formado por uma associação de duas ou mais peças, sendo cada uma possuindo uma função específica na montagem ou operação da máquina elétrica.

[0053] Ademais, em uma concretização, o material do suporte lateral é um compósito polimérico. Em uma concretização, o compósito polimérico é um SMC (Sheet Molding Compound), que possui propriedades mecânicas e magnéticas, sendo favoráveis à interação entre o estator e o rotor. Além disso, o SMC possui propriedades térmicas em prol da dissipação de energia para o arrefecimento da máquina elétrica, viabilizando melhor desempenho e eficiência da máquina. Em uma concretização, o material do suporte lateral é um polímero de engenharia a exemplo do polímero PEEK que também atende às propriedades térmicas, mecânicas e magnéticas necessárias para fixação do suporte à carcaça e para interação entre o estator e o rotor. Em outra concretização, o material do suporte lateral é fibra de vidro.

[0054] Já o suporte central interno é montado em uma região dimensional mais interior da máquina elétrica, sendo posicionado mais próximo do eixo do motor. Para fins referenciais, o suporte central interno é disposto no diâmetro interno abaixo dos segmentos bobinados. Em uma concretização, a associação entre o suporte central interno e os suportes laterais é realizada por meio de um material aderente, tal como resina, cola ou adesivo estrutural, porém não limitados a estes. Em outra concretização, a associação entre o suporte central interno e os suportes laterais é realizada por meio de fixadores mecânicos, tal como parafusos e rebites, porém não limitados a estes.

[0055] Ainda, o suporte central interno é provido de elementos funcionais, que cooperam com uma ou mais funções na operação ou montagem da máquina elétrica da presente invenção. Os referidos elementos funcionais interagem com o componente de troca térmica e/ou com os segmentos. Para fins de exemplificação, os elementos funcionais são estáticos ou móveis, ativos, passivos ou reativos, componente integrante do suporte central ou componente adicional integrado prévia ou subsequentemente. Em uma concretização, os elementos funcionais são meios de interação com o componente de troca térmica. Em uma concretização, os elementos funcionais são nervuras estáticas formadas na periferia ou superfície externa do suporte central interno. Em outra concretização, os elementos funcionais são nervuras dinâmicas/flexíveis que interagem com o componente de troca térmica à medida que são excitadas ou recebem contato mecânico. Em outra concretização, os elementos funcionais são nervuras que abrigam trocadores de calor que interagem com o componente de troca térmica potencializando sua ação.

[0056] Em uma concretização, os elementos funcionais são dispostos ou formados no suporte central interno de maneira em posições correspondentes com os espaçamentos existentes entre cada segmento bobinado. Ainda, a quantidade de elementos funcionais é proporcional à quantidade de espaçamentos existentes entre os segmentos. Esta configuração proposta permite que os elementos funcionais auxiliem durante o processo de montagem da máquina elétrica, em especial, no que se refere à montagem e posicionamento dos segmentos bobinados. Em uma concretização, os elementos funcionais se estendem desde o suporte central interno até uma altura levemente acima da região mais inferior (próxima ao centro) dos segmentos bobinados. Em outra concretização, os elementos funcionais se estendem desde o suporte central interno até uma altura próxima ou equivalente ao centro de massa do segmento.

[0057] Ainda, a presente invenção busca otimizar a troca térmica com os segmentos bobinados, visando melhorar a eficiência de operação da máquina elétrica. Para isso, é utilizado o componente de troca térmica, que, para fins da presente invenção, é qualquer componente que possa ser usado dentro da estrutura da máquina elétrica e realize a função ativa ou passivamente de troca de calor com os segmentos. Em uma concretização, o componente de troca térmica é um componente ativo que muda suas propriedades mediante controle externo. Em outra concretização, o componente de troca térmica é um componente eletrônico operado externamente. Em outra concretização, o componente de troca térmica é um fluido de arrefecimento que circula no espaço interno da estrutura da máquina elétrica, dita circulação realizada por um componente externo, por exemplo, uma bomba.

[0058] O fluido de arrefecimento interage física/mecanicamente com os elementos funcionais providos no suporte central interno. Esta configuração dos elementos funcionais permite que, com a circulação do fluido, seja gerada uma turbulência na região onde os elementos funcionais estão dispostos, evitando ou diminuindo o acúmulo de fluido na região inferior dos segmentos bobinados, já que o acúmulo ou a circulação indevida do fluido nessas regiões implica menor eficiência na troca térmica geral da máquina elétrica. Com o devido controle de vazão pelo componente externo à máquina elétrica, as turbulências geradas na interação do fluido com o elemento funcional fazem com que a circulação, isto é, a saída do “fluido quente” - pós troca, seja mais eficiente.

[0059] Para fins da presente invenção, o fluido de arrefecimento compreende ao menos uma determinada propriedade, visando ganhos de potência da máquina aliados à segurança de operação ao atender condições para dissipação de calor e isolamento elétrico entre os segmentos bobinados da máquina.

[0060] Com isso, o fluido de arrefecimento possui determinadas propriedades elétricas e/ou térmicas, possibilitando possibilitar um grau de isolamento elétrico e/ou um grau de troca térmica. Em uma concretização, o fluido de arrefecimento fornecido à máquina é provido de uma elevada condutividade térmica, visando maior potência de troca de calor. Em uma concretização, o fluido de arrefecimento é de provido de uma baixa condutividade elétrica, visando isolação elétrica para maior rendimento da máquina.

[0061] Em uma outra concretização, o fluido possui ambas as propriedades de baixa condutividade elétrica e alta condutividade térmica, atingindo um ponto ótimo da eficiência fornecida pela máquina da invenção. Em uma concretização, o fluido é um fluido dielétrico.

[0062] Para fins de exemplificação, o fluido de arrefecimento é um fluido oleoso compreendendo as determinadas propriedades sendo propriedades elétricas e/ou térmicas.

[0063] De outra maneira, o fluido de arrefecimento é dopado com partículas para atingir ao menos uma determinada propriedade. Em uma concretização, as referidas partículas atingem determinadas propriedades elétricas e/ou térmicas para o fluido.

[0064] Ainda, em uma concretização, a referida partícula é uma nanopartícula. Em uma concretização, o fluido de arrefecimento é um nanofluido proporcionando maior troca de calor e, por consequência, maior rendimento da máquina elétrica.

[0065] Adicionalmente, as referidas partículas compreendem um grau de amortização significativo. No contexto da presente invenção, a expressão “grau de amortização” deve ser entendida como a extensão em que um material apresenta uma fase predominantemente desordenada, em contraste a fases predominantemente monocristalinas e policristalinas. “Amortização” pode ser entendido como um processo de perda da ordenação de longo alcance dos átomos, moléculas ou íons na estrutura cristalina de um determinado material, podendo ainda apresentar uma ordenação de curto alcance.

[0066] Em uma concretização, as referidas partículas compreendem um grau de amortização de pelo menos 19%.

[0067] Em uma concretização, as referidas partículas compreendem preferivelmente um grau de amortização de pelo menos 20%, mais preferivelmente de pelo menos 25%, mais preferivelmente de pelo menos 30%, mais preferivelmente de pelo menos 35%, mais preferivelmente de pelo menos 39%, mais preferivelmente de pelo menos 40%, mais preferivelmente de pelo menos 45%, mais preferivelmente de pelo menos 50%, mais preferivelmente um grau de amortização de pelo menos 55%, mais preferivelmente de pelo menos 60%, mais preferivelmente de pelo menos 65% e ainda mais preferivelmente um grau de amortização de pelo menos 70%. Em uma concretização, o grau amortização de pelo menos 71 %, mais preferivelmente de pelo menos 72%, mais preferivelmente de pelo menos 73%. Em uma concretização não limitante, o grau de amortização é de 74%.

[0068] Em uma concretização, as referidas partículas compreendem preferivelmente um grau de amortização de pelo menos 39%, preferivelmente um grau de amortização de pelo menos 55% e ainda mais preferivelmente um grau de amortização de pelo menos 70%.

[0069] A partir disso, a presente invenção supre a demanda por arrefecimento de temperaturas no ciclo térmico da máquina como sendo um gerador ou motor elétrico, além de suprir necessidade de isolamento elétrico. Para isso, o fluido de arrefecimento encosta nos segmentos bobinados. Em uma concretização, os segmentos bobinados estão completamente imersos no fluido. Em uma concretização, os segmentos bobinados estão parcialmente imersos no fluido.

[0070] Assim, visando aprimorar a troca de calor do fluido de arrefecimento para as partes quentes da máquina, os materiais das estruturas da máquina são, em geral, selecionados para se obter uma melhor condutividade térmica e, assim, reduzir as perdas por resistência térmica. Com a dissipação do calor dos componentes da máquina através do fluido de arrefecimento, a presente invenção propicia uma condição de ciclagem térmica para a máquina, promovendo uma otimização da eficiência de operação, bem como a vida em fadiga térmica maior para os componentes da máquina, a partir da operação em baixa variação de temperatura.

[0071] Com base nisso, ainda, a presente invenção conta com um método de controle de troca térmica nas regiões de maior temperatura de origem na máquina elétrica, tal como nos segmentos bobinados. Em uma concretização, o método é implementado em um controlador eletrônico provido de algoritmo previamente definido que, por meio de interação e controles, atua o componente de troca térmica. A atuação no componente de troca térmica é definida pelo controle de propriedades do dito componentes, tais como propriedades elétricas, químicas, viscosidade, temperatura, vazão, etc. Em uma concretização, o método é implementado em um controlador de bomba, que controla parâmetros de vazão e/ou temperatura do fluido de arrefecimento que é circulado no interior da estrutura da máquina elétrica.

[0072] É também um objeto da presente invenção um veículo de transporte ou veículo comercial compreendendo ao menos um eixo trativo, sendo o dito eixo trativo dotado de ao menos uma máquina elétrica capaz de fornecer tração e gerar energia elétrica a partir de um modo de operação do eixo trativo, sendo que a máquina elétrica é do tipo fluxo axial e possui um perfil magnético compatível com uma demanda previamente conhecida de operação do eixo trativo no veículo.

[0073] É, ainda, um objeto da invenção uma máquina elétrica de fluxo axial, sendo um motor ou um gerador, que é provido de um fluido de arrefecimento para sua refrigeração.

[0074] Em uma concretização, o eixo trativo é aplicado em implemento rodoviário e possui ao menos dois modos de operação, sendo o modo de tração e o modo de geração de energia elétrica. A máquina elétrica da presente invenção é capaz de operar nos dois modos.

[0075] Em uma concretização, visando otimizar o fornecimento de tração ao eixo do implemento rodoviário ou a geração de energia elétrica, a máquina elétrica da presente invenção foi desenvolvida com um perfil magnético compatível com a demanda do eixo trativo. O perfil magnético da máquina elétrica é relativo à combinação dos materiais empregados com propriedades que resultam na densidade de potência e torque adequados ao que o eixo trativo do implemento necessita durante operação. O referido perfil magnético é relativo e resultante da estrutura da máquina elétrica.

[0076] Ainda, em uma concretização, a máquina elétrica tem a potência nominal casada com a capacidade de energia de uma bateria, que fornece alimentação elétrica e/ou é recarregada pela máquina elétrica, a depender do modo de operação do eixo trativo.

[0077] A presente invenção se baseia no contexto de motores de fluxo axial, porém sem se limitar às topologias atualmente empregadas, nem mesmo às disposições usualmente utilizadas na construção do motor/gerador. Nesse sentido, eventuais novas topologias podem e devem ser consideradas como aptas a valerem do conceito aqui apresentado para a implementação. Em construções convencionais, os segmentos do estator são providos de bobinas enroladas ao longo de cada segmento, e os rotores são providos de ímãs permanentes distribuídos circularmente ao longo do rotor. Sem limitação ao conceito da invenção, esta disposição pode ser invertida. Com isso, pode-se adotar, também, por interpretação os segmentos do estator sendo providos de componentes magnetizadores e os rotores sendo providos de elementos magnetizadores, sendo estes elementos diferentes e interagindo magneticamente entre si.

[0078] Os exemplos aqui mostrados têm o intuito somente de exemplificar uma das inúmeras maneiras de se realizar a invenção, contudo sem limitar, o escopo da mesma.

Exemplo 1 - Motor elétrico com suportes laterais em peça única

[0079] Uma versão exemplificative do motor elétrico é apresentada na figura 2. Nesta construção, os segmentos (21) do estator (20) são providos de bobinas (24) enroladas ao longo de cada segmento (21 ), e os rotores são providos de ímãs permanentes (31 ) distribuídos circularmente ao longo do rotor (30). As ditas bobinas (24) são encaixadas diretamente sobre cada segmento (21 ), não necessitando de enrolamento ao longo de cada segmento (21 ). Com isso, a bobina (24) é envolvida/enrolada de maneira contínua, não sendo uma bobina bipartida ou dividida em mais partes.

[0080] A partir disso, estruturas posicionam os segmentos (21 ) associados às bobinas (24) formando os segmentos bobinados, além de posicionar os rotores (30) ao lado do estator (20), formando a máquina como um motor ou gerador. Com isso, as estruturas da máquina são fabricadas em certas geometrias e com certos materiais, visando atingir determinadas propriedades térmicas e mecânicas, atendendo a requisitos de projeto de potência, torque, rotação, etc.

[0081] Para isso, a máquina da presente invenção possui uma carcaça (50) que abriga seus componentes, possuindo uma geometria é predominantemente circular, possuindo uma superfície externa, onde são fixados conectores hidráulicos (53), e uma superfície interna, onde são posicionados um alojamento do estator (20) ao lado dos rotores (30). A carcaça (50) possui duas faces anelares (56) sendo compatível com a disposição do estator (20).

[0082] Para ficar mais clara a visualização da composição do motor elétrico, é mostrada na figura 3 uma vista explodida simplificada do motor, com reduzido número de componentes para facilitar a interpretação. Como pode ser verificado, o eixo (40) é disposto na região mais central do diâmetro interno da carcaça (50), de modo que o suporte central interno (26) o sobrepõe. Os segmentos (21 ) do estator são dispostos ao redor do eixo, todos eles compreendendo as bobinas (24) enroladas. Assim, cada suporte lateral (23) é disposto paralelamente à carcaça (50) e fixado cada um a uma face anular (56) da carcaça (50) formando um abrigo para os referidos componentes. Por fim, as tampas (76) são posicionadas uma de cada lado da carcaça (50), fechando o motor elétrico.

[0083] Os suportes laterais (23), como visualizado, apresentam formato circular ou anelar compatível com a face anular (56) da carcaça (50), além de possuírem uma abertura central para a passagem do eixo (40). Além de serem fixadas à carcaça (50), os suportes laterais (23) são fixados ao suporte central (26). Neste exemplo, estas fixações são realizadas por componentes mecânicos, como parafusos, porém podem ser substituídos por outros componentes de fixação, tais como cola, resina ou adesivo estrutural.

[0084] Ainda, neste exemplo, cada suporte lateral (23) é formado em peça única ou partes combinadas em uma única peça, gerando um único “part numbei¹’, o que visa facilitar o processo de montagem do motor. Como pode ser visualizado na figura 4, que mostra uma vista em corte de uma seção transversal do motor, as faces externas dos suportes (23) são predominantemente lisas, mas podendo possuir alguma espécie de rugosidade ou relevos conforme a necessidade. Já as faces internas são providas de regiões de interação (231 ) com os segmentos (21 ) dispostas para auxiliar na montagem, operação e deslocamento do motor elétrico. Estas regiões (231 ) são apresentadas ao longo de toda a superfície da face interna, espaçadas e em quantidade proporcional à quantidade de segmentos (21 ).

[0085] Ainda, as referidas regiões de interação (231 ) são rebaixos, i.e., não vazados, com geometria compatível com a geometria da seção transversal dos segmentos (21 ), de modo que estas regiões (231 ) limitam ou impedem o deslocamento radial e axial dos segmentos (21 ). Nesse sentido, em ambos os lados do motor, os segmentos (21 ) ficam condicionados a interagir mecanicamente com os suportes laterais (23).

[0086] As figuras 5 e 6 mostram uma vista do motor com um dos suportes laterais (23) removidos, detalhando a face anelar (56) da carcaça (50), além de possibilitar a visualização do espaço formado dentro da estrutura do motor, onde os componentes são abrigados. Neste espaço, é inserido o componente de troca térmica para interagir termicamente com as bobinas (24), o qual, neste exemplo, é um fluido de arrefecimento (51 ), tal qual indicado na figura 7.

[0087] Nesta configuração, o objetivo da associação entre os suportes laterais (23), a face anular (56) da carcaça (50) e o suporte central (26) é gerar um meio estanque que permita a circulação do fluido de arrefecimento (51 ), ou seja, sem que haja vazamentos. Para isso, a forma em peça única dos suportes laterais (23) auxilia nesta vedação, já que diminui eventuais brechas para vazamento de fluido (51 ) em regiões de conexão/junção mecânica, que podem ocorrer naturalmente ou, por exemplo, por erros de montagem. Além disso, a geometria compatível entre as regiões de interação (231 ) e os segmentos (21 ) permitem que haja uma conexão mais justa, diminuindo, também, qualquer folga para vazamento do fluido de arrefecimento (51 ). Além da fabricação da máquina com elevada repetibilidade, a presente invenção proporciona ergonomia para encaixe dos suportes (23) e dos segmentos (21 ).

[0088] Adicionalmente, a configuração do motor elétrico apresentada neste exemplo pode conter a aplicação de resina (25), em especial, em regiões de junção entre os componentes, aumentando ainda mais a vedação.

Exemplo 2 - Suporte central interno com nervuras

[0089] O suporte central interno (26) é o componente que sobrepõe o eixo (40) e é disposto na região mais inferior/central dos segmentos (21 ). O suporte central (26) possui uma seção transversal substancialmente anelar de raio ligeiramente maior do que o raio do eixo (40) e levemente menor do que o raio interno formado pelo arranjo dos segmentos (21 ). Este componente pode ser visualizado nas figuras 5 a 7 montado no motor elétrico. Ainda, na figura 8 é possível verificar o suporte central interno (26) conectado com os dois suportes laterais (23), onde a conexão é realizada com o raio interno dos suportes laterais (23).

[0090] Nesta configuração, optou-se por utilizar nervuras (261 ) distribuídas ao longo da superfície externa do suporte central (26), em que estas nervuras (261 ) são funcionais, estáticas, passivas e formadas orginalmente no componente durante sua fabricação. As referidas nervuras (261 ) são posicionadas de maneira compatível com os espaçamentos existentes entre os segmentos (21 ) e, consequentemente, compatível com os espaçamentos existentes entre as regiões de interação (231 ) de ambos os suportes laterais (23). Esta disposição auxilia no processo de montagem do motor, já que há um alinhamento e um guia para a montagem apropriada dos segmentos nas devidas posições.

[0091] Ainda, como visualizado na figura 9, que evidencia o suporte central (26) montado no interior da carcaça (50), as nervuras (261 ) se estendem de lado a lado ao longo da superfície axial do suporte (26), se associando com ambos os suportes laterais (23). Neste exemplo, as nervuras (261 ) também possuem um alojamento para receber um componente mecânico de fixação, tal como um parafuso, evidenciado na figura 10. Este arranjo permite parafusar os suportes laterais (23) ao suporte central (26). Alternativamente, as nervuras possuem uma face não-vazada de interação com os suportes laterais (23), de modo que a conexão entre estes componentes é realizada por cola, resina ou adesivo estrutural. Com isso, o material de adesão é aplicado nesta face de interação para possibilitar melhor aderência com os suportes laterais (23).

[0092] Tal como no exemplo anterior, nesta configuração é utilizado um fluido de arrefecimento (51 ) para resfriar as bobinas (24) e eventuais outros componentes do motor. Como esquematizado na figura 10, a circulação do fluido (51 ) e o impacto deste com as nervuras (261 ) faz com que seja gerada uma turbulência na região abaixo das bobinas (24), evitando ou diminuindo o acúmulo de fluido nesta região. Foi constatado que o acúmulo ou a circulação indevida do fluido nessas regiões implica menor eficiência na troca térmica geral do motor elétrico. Com o devido controle de vazão por um sistema de resfriamento do motor elétrico, as turbulências geradas na interação do fluido com as nervuras (261 ) fazem com que a circulação, isto é, a saída do “fluido quente” - pós troca, seja mais eficiente. Além disso, esta disposição possibilita direcionar o fluxo de fluido (51 ) para que interaja com toda ou maior parte da superfície da bobina.

Exemplo 3 - Motor elétrico com suportes laterais em peças combinadas

[0093] A partir do conceito da topologia YASA introduzido nos artigos “Axial flux permanent magnet machines: A new topology for high performance applications" , publicado em 2006, e “Analysis of the Yokeless And Segmented Armature Machine", publicado em 2007, de autoria de T. J. Woolmer et al, e exemplificado na figura 1 , a presente invenção foi implementada, sendo a máquina elétrica estando esquematizada e mostrada a partir do conjunto de figuras aqui anexado.

[0094] A máquina elétrica de fluxo axial da presente invenção é realizada usando a topologia YASA, de modo que a máquina elétrica compreende um estator (20), que é provido de uma pluralidade de segmentos (21 ), sendo os ditos segmentos (21 ) dispostos em torno de um eixo (40), sem necessariamente encostar no eixo (40), e ao menos um rotor (30) que interage magneticamente com o estator (20). O rotor (30) interage mecanicamente com o eixo (40), de modo a girar o eixo (40) quando submetido a uma força resultante da interação magnética com o estator (20).

[0095] A máquina do exemplo é um motor/gerador elétrico. A figura 12 mostra o estator (20) sendo alojado entre dois suportes auxiliares (23) apoiados nos lados de uma carcaça (50). Na figura 13, o estator (20) é alojado entre os suportes (23) formando um sanduíche para encaixe de segmentos (21 ). Para isso, a área interna da carcaça (50) é ocupada pelos suportes laterais (23), de modo que o suporte auxiliar (23) é concêntrico com a carcaça, dispondo os segmentos (21 ) espaçados circunferencialmente.

[0096] Adicionalmente, cada suporte lateral (23), possuindo uma geometria circular concêntrica com a carcaça (50), é associado a uma face anelar (56) da carcaça (50). A face anelar (56) da carcaça (50) se projeta na superfície interna da carcaça (50), formando uma área circular para apoio do suporte lateral (23). Neste exemplo, cada suporte lateral (23) é fixado às faces anelares (56) da carcaça (50) por meio de elementos de fixação (561 ), que, neste caso, são pinos. A carcaça (50), ainda, possui superfícies substancialmente lisas, facilitando a fabricação da máquina, bem como seu transporte, sendo fabricada em bloco único.

[0097] Ainda, o suporte lateral (23) é provido com regiões de encaixe (231 ) do segmento (21 ), que são furos passantes, por onde os segmentos atravessam parcialmente. Cada segmento (21 ) é encaixado nos suportes laterais (23), como pode ser visto nas figuras 14 e 15, atravessando os furos passantes alinhados entre os suportes (23). Com isso, os ditos suportes auxiliares (23) são dispostos nas laterais dos segmentos (21 ), formando um sanduíche para posicionamento preciso dos segmentos (21 ), seja na fabricação do estator (20) ou na manutenção do mesmo. A estrutura do motor conta, ainda, com elementos de reforço (60) dispostos nas laterais externas do alojamento do estator (20), fixando os segmentos (21 ) no alojamento do estator (20). O referido elemento (60) é um reforço estrutural para fixação do segmento (21 ) no alojamento do estator (20), de modo a restringir os graus de liberdade dos segmentos (21 ) do estator (20). Como pode ser visto na figura 16, o elemento (60) é uma chapa circular fixada sobre o suporte lateral (23). Assim, os suportes laterais (23) encaixam adequadamente os segmentos (21 ) do estator (20), limitando movimento radial dos segmentos (21 ), enquanto os elementos (60) impedem movimento axial dos segmentos (21 ) no alojamento do estator (20), de modo que a combinação entre suporte lateral (23) e o elemento de reforço (60) operam em conjunto para o posicionamento dos segmentos (21 ).

[0098] Ademais, no interior do alojamento do estator (20), uma porção de resina (25) é disposta junto de cada suporte lateral (23), como pode ser visto na figura 17. Cada porção de resina (25) preenche a respectiva superfície interna do suporte lateral (23), mantendo um espaço vazio entre as porções de resina (25) para circulação do fluido de arrefecimento (51 ). As porções de resina (25) proporcionam uma vedação da máquina, prevenindo vazamentos de fluido para o exterior do alojamento do estator (20), além de infiltrações de contaminantes ou particulados no interior do alojamento do estator (20). Dessa maneira, o fluido de arrefecimento (51 ) encosta em ao menos uma das superfícies do segmento bobinado dispostas entre as porções de resina (25).

Exemplo 4 - Processo de fabricação de motor elétrico

[0099] Assim, a presente invenção apresenta um processo de fabricação da máquina elétrica do exemplo, conforme pode ser visto na figura 12, onde estão suprimidos os dois rotores (30) dispostos paralelamente ao lado do estator (20). Com isso, os segmentos (21 ), sendo dispostos ao redor do eixo (40), recebem as bobinas (24), onde circula corrente elétrica para a geração de campo magnético.

[0100] Para isso, a vista ampliada e em corte da figura 14 mostra o alojamento do estator (20) e o próprio estator (20) em detalhes. Cada suporte auxiliar (23) é uma chapa plana e circular, possuindo furos passantes para encaixe dos segmentos (21 ) e furos menores para encaixe em elementos de fixação (561 ) distribuídos ao longo da face interna (56) da carcaça (50), sendo assim, os suportes auxiliares (23) são desprovidos de recortes ou reentrâncias que poderiam dificultar a fabricação do suporte (23) e, dessa forma, do alojamento do estator (20).

[0101] Ainda na figura 14, os segmentos (21 ) recebem bobinas (24) que são placas únicas ou formadas por enrolamentos de maneira contínua, facilitando a construção do estator (20) e evitando avarias na operação do motor. [0102] A partir disso, a figura 15 mostra uma vista ampliada focando no segmento bobinado, ilustrando o fluido de arrefecimento (51 ) passando e encostando nas bobinas (24) e nos barramentos (27). Além disso, um anel de vedação (28) é disposto nas extremidades da carcaça (50).

[0103] Com isso, o motor é mostrado em detalhes pela vista explodida na figura 16. Para o processo de fabricação do motor, realiza-se a formação da carcaça (50) em forma de anel. A partir disso, primeiramente, um lado do motor é montado sobre uma lateral da carcaça (50) para posterior montagem do outro lado do motor sobre a outra lateral da carcaça (50). Assim, em uma lateral da carcaça (50), um suporte auxiliar (23) é introduzido deslizando pela periferia contínua da superfície interna da carcaça (50) até atingir faces internas (56) da carcaça (50), onde os suportes (23) são dispostos nas faces internas (56) da carcaça (50) por meio de elementos de fixação (561 ) sendo pinos.

[0104] Em seguida, o processo realiza fixação de uma chapa circular (60) sobre o suporte auxiliar (23) e fixação de imãs permanentes (31 ) sobre o rotor (30).

[0105] Enfim, uma tampa (76) é fixada sobre cada lado do motor do exemplo por meio do o-ring (28) e fixadores (75) da tampa (76).

[0106] A partir disso, o processo finaliza a fabricação da máquina, montando os demais componentes sobre a outra lateral da carcaça (50). Ainda, conectores hidráulicos (53) são fixados sobre a superfície externa da carcaça (50).

[0107] Após inserção do suporte central (26) em torno do eixo (40), a outra chapa circular (60) e demais componentes do motor são dispostos na outra lateral da carcaça (50), de forma espelhada, em que, a chapas circulares (60) impedem movimento axial dos segmentos (21 ).

[0108] Ainda, conforme mostrado na figura 17, uma resina (25) é aplicada no interior do alojamento do estator (20), com objetivo de incrementar a vedação do alojamento do estator (20), prevenindo vazamentos do fluido (51 ). Alternativamente, pode-se adicionar elementos de vedação, a exemplo de anéis de vedação, em substituição às porções de resina (25), facilitando manutenções e troca de segmentos (21 ), bobinas (24) do estator (20) e outros componentes da máquina.

[0109] Para isolação elétrica, o fluido de arrefecimento (51 ) da presente invenção possui baixa condutividade elétrica. Ainda, como sendo refrigerante, o fluido (51 ) possui alta condutividade térmica, retirando calor do motor. Assim, o fluido (51 ) da invenção possui propriedades elétricas e térmicas desejadas para isolamento elétrico dos segmentos bobinas e para troca térmica eficiente. Essas propriedades térmicas e elétricas do fluido (51 ) otimizam o rendimento do motor do exemplo.

[0110] Para utilização no motor do exemplo, a presente invenção revela um fluido como sendo um óleo com substâncias que modelam propriedades térmicas e elétricas, promovendo condutividades de superfície para adquirir elevada condutividade térmica e baixa condutividade elétrica.

[0111] Com isso, o fluido (51 ) refrigera os segmentos bobinados, passando pelas bobinas (24) e entre as bobinas (24) e em contato térmico com os rotores (30).

[0112] Para tanto, a figura 18 mostra um corte transversal do motor na direção do eixo (40), em que o corte passa pelas bobinas (24) e por partes dos segmentos (21 ).

[0113] Em um outro corte transversal passando pelo segmento (21 ), a figura 19 mostra que a resina (25) forma espaços vazios no interior do alojamento do estator (20), sendo uma porção de resina (25) depositada por gravidade sobre cada lado da carcaça (50). Assim, a figura 20 mostra uma vista ampliada, onde é visualizado o fluido de arrefecimento (51 ) encostando nas bobinas (24) e nos barramentos (27). Para isso, a porção de resina (25) é formada uma de cada vez, de modo que o motor é posicionado deitado para inserção da resina (25) em um lado, formando uma primeira porção de resina (251 ). Após a cura, vira- se o lado do motor, para formação da segunda porção de resina (252). Assim, o fluido (51 ) circula entre duas porções de resina (251 ) e (252) formadas, entrando e saindo pelos conectores (53). Além disso, um anteparo (29) divide os fluxos de entrada e saída de fluido (51 ) pelos conectores (53) de entrada e saída. Ainda, demais anteparos são posicionados nas superfícies internas do alojamento do estator (20) com a finalidade de gerar turbulências no fluido (51 ). Para o exemplo, tais anteparos adicionais são colocados entre as extremidades inferiores de bobinas (24) adjacentes, junto do acoplador (26), prevenindo estagnação de fluidos entre bobinas (24). Assim, o alojamento do estator (24) é vedado por meio de uma etapa adicional de associação de uma porção de resina (25) junto do suporte lateral (23), sobrepondo ao menos uma superfície do segmento bobinado. O limite da porção de resina (25) está mais alinhado com as extremidades do segmento bobinado, permitindo maior área de contato do fluido (51 ) com as bobinas (24) e, consequentemente, maior troca de calor e arrefecimento da máquina.

[0114] A figura 21 mostra a carcaça (50) suprimindo os suportes auxiliares (23), com destaque às travas (561 ) como elementos de fixação, facilitando encaixe do suporte auxiliar e, consequentemente, correto posicionamento dos segmentos (21 ) do estator (20).

[0115] A figura 22 mostra uma vista lateral da carcaça mostrada na figura 21 , ilustrando que cada porção de resina (25) segue a geometria do suporte auxiliar (23), prevenindo vazamentos de fluido (51 ). Adicionalmente, a figura 23 mostra uma vista em corte do motor, suprimindo os suportes auxiliares (23).

Exemplo 5 - Método de controle de troca térmica em motor elétrico

[0116] A presente invenção também propõe um método para controle da troca térmica entre os componentes do motor elétrico, mais especificamente, as bobinas (24) e os barramentos (27), que dissipam maior quantidade de energia. Para isso, é utilizado um controlador eletrônico provido de algoritmo previamente definido que, por meio de interação e controles, atua o componente de troca térmica. A atuação no componente de troca térmica é definida pelo controle de propriedades do dito componentes, tais como propriedades elétricas, químicas, viscosidade, temperatura, vazão, etc. As configurações de operação do algoritmo são definidas com base no tipo de componente de troca térmica utilizado.

[0117] Ao selecionar o fluido de refrigeração (51 ), o método é implementado em um controlador de bomba, que controla parâmetros de vazão ou volume de fluido, baseado em um feedback da temperatura do fluido que deixa o interior do motor elétrico.

[0118] O fluido de arrefecimento (51 ) circula pelo interior do motor encostando nas bobinas (24), visando controle da temperatura para desempenho ótimo durante operação da máquina elétrica, tanto em regime permanente quanto em regime transiente. Além disso, o fluido de arrefecimento (51 ) da invenção propicia uma condição de ciclagem térmica com baixa variação de temperatura, possibilitando a vida em fadiga térmica maior para os componentes da máquina elétrica, inclusive prevendo ocorrências de sobre potência. Assim, as bobinas estão parcial ou completamente imersas no fluido (51 ), dependendo do ponto ótimo para resfriamento e circulação do fluido (51 ).

[0119] Os versados na arte valorizarão os conhecimentos aqui apresentados e poderão reproduzir a invenção nas modalidades apresentadas e em outras variantes e alternativas, abrangidas pelo escopo das reivindicações a seguir.

Claims

Reivindicações

1. Máquina elétrica de fluxo axial compreendendo um estator (20), que é provido de segmentos bobinados, e ao menos um rotor (30) caracterizada por compreender uma estrutura que abriga os segmentos bobinados do estator (20) e ao menos um componente de troca térmica, que interage com os referidos segmentos bobinados.

2. Máquina elétrica de fluxo axial, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por o componente de troca térmica ser um fluido de arrefecimento (51 ), em que a estrutura permite a circulação do fluido de arrefecimento (51 ), dito fluido de arrefecimento (51 ) estando em contato com os segmentos bobinados.

3. Máquina elétrica de fluxo axial, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada por a estrutura compreender uma carcaça (50), suportes laterais (23) e suporte central interno (26), ditos componentes sendo associados entre si, de modo que a associação destes componentes define um meio estanque que circula o fluido de arrefecimento (51 ) e abriga os segmentos bobinados.

4. Máquina elétrica de fluxo axial, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por os suportes laterais (23) interagirem mecanicamente com os segmentos bobinados, em que os suportes laterais (23) possuem regiões de interação (231 ).

5. Máquina elétrica de fluxo axial, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por o suporte central interno (26) ser posicionado em uma região dimensional mais interna em relação aos segmentos bobinados.

6. Máquina elétrica de fluxo axial, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por o suporte central interno (26) compreender ao menos um elemento funcional (261 ) que interage com o fluido de arrefecimento (51 ).

7. Máquina elétrica de fluxo axial, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por os elementos funcionais (261 ) serem dispostos de maneira correspondente com espaçamentos existentes entre cada segmento bobinado.

8. Processo de fabricação de máquina elétrica de fluxo axial, dita máquina elétrica compreendendo um estator (20), que é provido de segmentos bobinados, e ao menos um rotor (30) caracterizado por compreender as etapas de: a. obtenção de uma estrutura provida de uma carcaça (50), suportes laterais (23) e suporte central interno (26); e b. disposição dos segmentos bobinados e de um componente de troca térmica com os referidos segmentos bobinados dentro da referida estrutura.

9. Processo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por a etapa de obtenção de uma estrutura compreender as etapas de: a. associação dos suportes laterais (23) à carcaça (50); e b. associação do suporte central interno (26) aos suportes laterais (23); em que, as referidas associações definem um meio estanque para abrigar o componente de troca térmica.

10. Processo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por os segmentos bobinados serem arranjados de modo a interagir mecanicamente com uma ou mais regiões de interação (231 ) dos suportes laterais (23).

1 1 . Processo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por o suporte central interno (26) ser provido de elemento funcional (261 ) e ser montado em uma região dimensional mais interna em relação aos segmentos bobinados.

12. Processo, de acordo com a reivindicação 1 1 , caracterizado por os segmentos bobinados serem dispostos com um espaçamento entre si, dito espaçamento correspondente às posições dos elementos funcionais (261 ) do suporte central interno (26).

13. Método de controle de troca térmica em motor de fluxo axial, dito motor compreendendo um estator (20), que é provido de segmentos bobinados, e ao menos um rotor (30), caracterizado por compreender uma etapa de controle de temperatura dos segmentos bobinados, por meio da atuação de um componente de troca térmica.

14. Método de controle de troca térmica, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por o componente de troca térmica ser um fluido de arrefecimento (51 ), em que o referido fluido de arrefecimento (51 ) é circulado no interior de uma estrutura que abriga os segmentos bobinados, de modo que o fluido de arrefecimento (51 ) entra em contato direto com os segmentos bobinados.

15. Veículo de transporte compreendendo ao menos um eixo trativo, sendo o dito eixo trativo dotado de ao menos uma máquina elétrica capaz de fornecer tração e gerar energia elétrica a partir de um modo de operação do eixo trativo, caracterizado por a máquina elétrica ser do tipo fluxo axial e possuir um perfil magnético compatível com uma demanda previamente conhecida de operação do eixo trativo no veículo de transporte, sendo a referida máquina elétrica conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 7.