BR102014025123A2

BR102014025123A2 - máquina de imã permanente e método para aquecer uma máquina elétrica de imã

Info

Publication number: BR102014025123A2
Application number: BR102014025123A
Authority: BR
Inventors: Ayman Mohamed Fawzi El-Refaie; Kum-Kang Huh; Patel Bhageerath Reddy
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2013-10-25
Filing date: 2014-10-08
Publication date: 2015-12-22
Also published as: KR102302513B1; EP2866334A3; JP2015084640A; EP2866334A2; CN104578651B; CN104578651A; JP6541145B2; BR102014025123B1; US20150115757A1; US9966897B2; US20170244353A1; US9698660B2; KR20150048075A; EP2866334B1

Abstract

máquina de imã permanente e método para aquecer uma máquina elétrica de imã. trata-se de um sistema e método para quecer imãs permanentes de ferrita em uma máquina elétrica são revelados. a máquina de imã permanente inclui um conjunto de estator e um conjunto de rotor, em que uma pluralidade de imás permanentes de ferrita é disposta dentro do conjunto de estator ou do conjunto de rotor para gerar um campo magnético que interage com um campo magnético de estator para produzir um torque. um controlador da máquina elétrica é programado para fazer com que uma corrente de campo primária seja aplicada aos enrolamentos e estator para gerar o campo magnético de estator, com a finalidade de fazer com que o conjunto de rotor gire em relação ao conjunto de estator. o controlador é programado adicionalmente para fazer com que uma corrente cundária seja aplicada aos enrolamentos de estator para gerar, de forma sele va, um campo magnético secundário, sendo que o campo magnético segundário induz correntes parasitas em pelo menos um dentre o conjunto e estator e o conjunto de rotor para aquecer os imãs permanentes de ferrita.

Description

“MÁQUINA DE IMÃ PERMANENTE E MÉTODO PARA AQUECER UMA MÁQUINA ELÉTRICA DE IMÃ” Direitos de Licenciamento Governamental [001] A invenção foi realizada com o apoio governamental nos termos do contrato de n° DE-EE0005573 concedido pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos da América. O Governo tem determinados direitos sobre essa invenção.

Antecedentes da Invenção [002] As realizações da invenção referem-se, em geral, a máquinas elétricas e, mais particularmente, a máquinas elétricas de imã permanente que incluem imãs permanentes de ferrita, em que o estator e/ou rotor na máquina elétrica são aquecidos a fim de evitar a desmagnetização dos imãs permanentes de ferrita. [003] O uso das máquinas elétricas em várias indústrias continuou a se tornar mais prevalente em numerosas indústrias, comércios, e indústrias de transporte ao longo do tempo. Em uma tentativa de concretizar um desempenho alto em máquinas elétricas, a escolha do uso de materiais de imã permanente (PM) está se tornando mais e mais popular para muitas aplicações. Nessas máquinas, os PMs podem substituir eletroírrãs em projetos tradicionais, ou topologias inovadoras podem ser desenvolvidas para fazer o melhor uso das propriedades e características dos PMs. [004] Uma topologia de máquina elétrica de PM que foi desenvolvida^é denominada “máquinas de imã permanente ds estator”, que são máquinas elétricas que são projetadas de modo que os PMs na máquina sejam posicionados no estator. As máquinas de imã permanente de estator podem, então, se referir a, sem limitação, máquinas de comutação de fluxo de imã permanente, máquinas de inversão de fluxo de imã Dermanente, e máquinas de imã permanente duplamente salientes. Outral topologia de máquina elétrica de PM que foi desenvolvida é denominada “máquinas de imã permanente interno (IPM)”, que são máquinas elétricas que sãc projetadas de modo que os PMs na máquina sejam incorporados dentro de múltiplas laminações de um rotor. As máquinas de IPM podem, entãD, se referir a geradores e motores de IPM amplamente usados em uma variedade de aplicações, que incluem uso em aeronave, automóveis e industrial. [005] Um problema que foi levado em consideração quando se constrói e opera uma máquina elétrica de PM é a desmagnetização dos PMs. Dependendo do tipo dos PMs empregados, a desmagnetização dos PMs pode ocorrer se a máquina elétrica for exposta a temperaturas extremamente altas ou extremamente baixas, Por exemplo, se os PMs forem imã c e terra rara, a exposição dos PMs a temperaturas extremamente altas pode tornar os PMs mais susceptíveis a desmagnetização. Em contrapartida, se ds PMs forem imãs de ferrita, a exposição dos PMs a temperaturas baixas (poi exemplo, -40° a 60° C) pode tornar os PMs mais susceptíveis a desmagnetizaç ao. [006] É reconhecido que o uso dos imãs de ferrite em máquinas elétricas de PM pode fornecer economias em comparação ao jso do imã de terra rara, e, portanto o uso dos imãs de ferrita pode ser de sejável nessas máquinas elétricas de PM. Embora os imãs de ferrita sejam mais propensos a desmagnetização em temperaturas inferiores em comparação êo imã de terra rara, eles são menos propensos a desmagnetização em temperaturas superiores em comparação ao imã de terra rara. Portanto se soluções puderem ser encontradas para evitar a desmagnetização de imãs de ferrita em temperaturas baixas, as máquinas de imã PM de ferrita pedem ser uma alternativa desejável a máquinas de imã PM de terra rara. [007] Portanto, é desejável fornecer um sistema e método para impedir a desmagnetização de imãs de ferrita em uma máqi ina de PM. É adicionalmente desejável fornecer uma máquina de imã PM de ferrita utilizável através de uma faixa ampla de temperaturas ambientes e que exibe resistência aprimorada à corrosão e estabilidade aprimorada.

Breve Descrição da Invenção [008] De acordo com um aspecto da invenção, urpa máquina de imã permanente inclui um conjunto de estator que tem um núcleo de estator que inclui uma pluralidade de dentes de estator e enrolamentos de estator enrolados em torno da pluralidade de dentes de estator para gerar um campo magnético de estator quando excitados com correntes alternadas. A máquina de imã permanente também inclui um conjunto de rotor configurado para girar em relação ao conjunto de estator e que é separado do conjuntc de estator por um entreferro, uma pluralidade de imãs permanentes de ferrita disposta dentro de um dentre o conjunto de estator ou o conjunto de rotor configurado para gerar um campo magnético que interage com o campo magnético de estator para produzir um torque, e um controlador programado para fazer com que uma corrente de campo primária seja aplicada aos enrolamentos de estator para gerar o campo magnético de estator, com a finalidade de fazer com que o conjunto de rotor gire em relação ao conjunto de estator e fazer com que, seletivamente, uma corrente secundária seja aplicada aos enrolamentos de estator para gerar, de forma seletiva, um campo magnético secundário, sendo que o campo magnético secundário induz correntes parasitas e m pelo menos um dentre o conjunto de estator e o conjunto de rotor para aquecer a pluralidade de imãs permanentes de ferrita. [009] De acordo com outro aspecto da invençãa, um método para aquecer uma máquina elétrica de imã permanente de ferrits inclui fornecer um conjunto de estator que tem um núcleo de estator qje inclui uma pluralidade de dentes de estator e enrolamentos de estator enro ados em torno da pluralidade de dentes de estator para gerar um campo magnético de estator quando excitados com correntes alternadas, sendo que fornece um conjunto de rotor configurado para girar em relação ao conjunto de estator enquanto separado do núcleo de estator por um entreferro, e fornece uma pluralidade de imãs permanentes de ferrita configurada para gerar um campo magnético que interage com o campo magnético de estator para produzir um to-que, em que a pluralidade de imãs permanentes de ferrita é posicionada sobrei o conjunto de estator ou o conjunto de rotor. O método também inclui o aquecimento seletivo da pluralidade de imãs permanentes de ferrita a fim ie impedir a desmagnetização da pluralidade de imãs permanentes de ferita, em que o aquecimento seletivo da pluralidade de imãs permanenles de ferrita compreende um ou mais dentre aquecer a pluralidade de imãs permanentes de ferrita aplicando-se uma corrente secundária aos enrolamentos de estator para gerar, de forma seletiva, um campo magnético secundário induzindo-se correntes parasitas em pelo menos um dentre o conjunto ce estator e o conjunto de rotor para aquecer a pluralidade de imãs permanentes de ferrita, aquecer a pluralidade de imãs permanentes de ferrita induzinco-se correntes parasitas em um elemento de anel posicionado sobre ou no conjunto de rotor para aquecer o elemento de anel, ou aquecer a pluralidade de imãs permanentes de ferrita aplicando-se um campo magnético a uma pluralidade de elementos magnetocalóricos posicionados adjacentes à pluralidade de imãs permanentes de ferrita, em que a pluralidade de elementos m£ignetocalóricos aquece quando submetida ao campo magnético. [010] De acordo com ainda outro aspecto da invenção, no elemento de anel em resposta à aplicação de uma corrente pulsante aos enrolamentos de estator, com a finalidade de aquecer o eleme nto de anel, e uma pluralidade de elementos magnetocalóricos uma máquina de imã permanente interno inclui um conjunto de estator que tem um núcleo de estator que inclui uma pluralidade de dentes de estator e enrolamertos de estator enrolados em torno da pluralidade de dentes de estator para gçrar um campo magnético de estator quando excitados com correntes alternacas. A máquina de imã permanente interno também inclui um conjunto de rotor disposto dentro de uma cavidade definida pelo conjunto de estator e configurado para ser separado do núcleo de estator por um entreferro e girar em relação ao conjunto de estator, uma pluralidade de imãs permanentes de ferrita josicionada no conjunto de rotor e configurada para gerar um campo magnético que interage com o campo magnético de estator para produzir um torque, e im elemento de aquecimento configurado para fornecer pré-aquecimento à pluralidade de imãs permanentes de ferrita. O elemento de aquecimento compreende um dentre um elemento de anel formado a partir de um material eletricamente condutivo e posicionado sobre ou dentro do conjunto de rotor, em que correntes parasitas são induzidas em elementos posicionados adjacentes à plura idade de imãs permanentes de ferrita, em que a pluralidade de elementos magnetocalóricos é configurada para aquecer quando submetida a um campo magnético. [011] Vários outros recursos e vantagens ficarão aparentes a partir descrição detalhada a seguir e dos desenhos.

Breve Descrição dos Desenhos [012] Os desenhos ilustram realizações preferenciais contempladas atualmente para executar a invenção. [013] Nos desenhos: [014] As Figuras 1 e 2 são vistas de uma maquina de imã permanente de acordo com uma realização da invenção. [015] A Figura 3 é uma vista esquemática de uma máquina de imã permanente de comutação de fluxo de acordo com uma realização da invenção. [016] A Figura 4 é uma vista esquemática de uma máquina de imã permanente de rotor de raio de acordo com uma realização da invenção. [017] A Figura 5 é uma vista esquemática de urina máquina de imã permanente de superfície de acordo com uma realização da invenção. [018] As Figuras 6 e 7 são vistas esquemáticas de uma porção de uma máquina de imã permanente interno (IPM) de acordo com uma realização da invenção.

Descrição Detalhada da Realização Preferencial [019] As realizações da invenção são direcionadas em direção a máquinas elétricas de imã permanente que incluem imãs permanentes de ferrita, em que o estator e/ou rotor na máquina elétrica são aquecidos a fim de impedir a desmagnetização dos imãs permanentes de ferrita. De acordo com realizações da invenção, vários esquemas de controle e/ou componentes são usados para implantar o aquecimento dos imãs permanentes de ferrita. Esses esquemas de controle e/ou componentes podem ser utilizados em ambas as máquinas de imã permanente de estator e máquinas de imã permanente interno. Adicionalmente, esses esquemas de controle e/ou componentes podem ser utilizados tanto em “máquinas elétricas internas”, em que o rotor é posicionado dentro do estator, quanto em “máquinas elétricas externas” ou “máquinas elétricas internas-externas”, em que o rotor é posicionado dentro do estator. [020] Referindo-se às Figuras 1 e 2, uma máquina elétrica típica 10 que pode se beneficiar das realizações da presente invenção é mostrada. A máquina elétrica 10 inclui um estator 12 (por exemplo, estator de ferro laminado formado a partir das laminações 13) que circunda um rotor 14 na direção radial e se estende axialmente ao longo do rotor 14, sendo que um entreferro 15 está presente entre o estator 12 e o rotor 14. O estator 12 inclui adicionalmente uma pluralidade de polos de estator 16, em que cada polo de estator 16 é correspondido com um polo de estator radiaímente oposto para formar um par de polos de estator. Os pares de polo de estator 16a e 16b são enrolados com um enrolamento de fase 18 que pode ser acionado de uma forma convencional por meio de uma fonte de potência 20 (por exemplo, fonte de potência de CA controlada) que é controlável por um controlador 22. Os enrolamentos de fase separados 18 também são incluídos nos outros polos de estator 16 de uma forma semelhante. De acordo com as realizações da invenção, uma fonte de potência adicional 24 também é empregada para fornecer uma corrente separada para os(s) enrolamento(s) de fase 18, a fim de possibilitar o aquecimento do estator e/ou rotor da máquina elétrica 10 -conforme será explicado em maiores detalhes abaixo. Ademais, os dispositivos de medição de temperatura ou sensores 25 - como os termopares - podem ser incluídos com a máquina elétrica 10 que são configurados para monitorar uma temperatura da máquina elétrica (isto é, dos imãs permanentes na máquina, conforme será explicado abaixo), em que os sensores de temperatura 25 são posicionados em pelo menos uma dentre o conjunto de estator ou o conjunto de rotor, conforme mostrado na sombra na Figura 1. [021] Conforme mostrado na Figura 1, o rotor 14 é formado como um rotor saliente que tem a pluralidade de peças de polo salientes 26, embora seja reconhecido que o rotor poderia ter uma construção alternativa (por exemplo, rotor redondo). De acordo com uma realização, o rotor 14 é construído a partir de uma pilha de laminações integrais 28, como pode ser visto na visualização do rotor 14 fornecido na Figura 2, embora seja reconhecido que o núcleo de rotor também poderia ser formado como uma peça única - em que o núcleo é usinado a partir de aço ou formado de materiais magnéticos sinterizados, por exemplo. O rotor 14 nclui múltiplas projeções/dentes 26 que agem como polos magnéticos salientes. Uma porção central do rotor 14 inclui um orifício de rotor através do qual um eixo de acionamento 30 pode ser inserido, sobre o qual o rotor 14 pode girar. [022] A estrutura exata da máquina elétrica pode tomar uma dentre várias formas, de acordo com as realizações da invençãq. Por exemplo, a máquina elétrica pode ser configurada como um estator rrjáquina de imã permanente (por exemplo, máquina de comutação de fluxo de inã permanente, máquina de inversão de fluxo de imã permanente, ou máquina de imã permanente duplamente saliente, por exemplo) que inclui imãs permanentes de ferrita 32 (mostrados em sombra) incorporados no estator. Nessas máquinas de imã permanente de estator, a corrente elétrica nos enrolameritos 18 interage com campos magnéticos associados aos imãs de ferrita 32 para causar a rotação do rotor 14. A máquina elétrica pode ser em vez disso, configurada como uma máquina de imã permanente interno (IPM) (por exemplo, máquina de imã permanente de rotor de raio) que inclui imãs permanent3s de ferrita 32 (mostrado em sombra) afixados a ou incorporados no rotor. Nessas máquinas de IPM, a corrente elétrica nos enrolamentos 18 interage com campos magnéticos associados aos imãs de ferrita 32 para causar a rotação do rotor 14. [023] Exemplos mais específicos de várias máquinas elétricas de imã permanente de ferrita são mostrados nas Figuras 3 a 7 que podem ser implantadas de acordo com realizações da invenção. Em oada uma das máquinas elétricas de imã permanente das Figuras 3 a 7, o estator e/ou rotor são aquecidos a fim de impedir a desmagnetização dos imãs psrmanentes de ferrita em temperaturas baixas, com um esquema de controle e/ou componente na máquina que é usada para implantar o aquecimento dos imãs permanentes de ferrita. [024] Referindo-se primeiro à Figura 3, uma vista em planta esquemática de uma máquina de imã permanente de comutaçãD de fluxo 40 é mostrada de acordo com uma realização da invenção. Na máquina de imã permanente de comutação de fluxo 40, um estator 42 é mostra Jo posicionado em relação a um rotor 44, sendo que cada um dentre o estator 42 e o rotor 44 que tem respectivos dentes 46, 48. Um imã permanente 50 é incorporado em cada dente da laminação de estator 42. O rotor 44 e o estator 42 têm números diferentes de dentes, e, portanto para qualquer orientação do rotor 44 em relação ao estator 42, determinados dentes do rotor são desviados em relação aos dentes de estator mais próximos. Conforme corrente alternada é passada através dos enrolamentos de estator 52, um campo magnético variável é gerado, o qual é superimposto sobre o campo magnético fixo resultante dos imãs permanentes 50. O campo magnético combinado resultante varia com o tempo, fazendo com que o rotor 44 gire dentro do estator 42 conforme o mesmo tenta colocar os dentes de rotor 48 em uma posição de relutância mínima em relação aos dentes de estator 46. [025] Referindo-se à Figura 4, uma máquina de imã permanente interno (IPM) 54 que inclui um conjunto de rotor 56 e um conjunto de estator 58 é mostrada, a qual é configurada como uma máquina de imã permanente de rotor de raio segmentado. O conjunto de rotor 56 inclui um núceo de rotor 60 disposto sobre um eixo de rotor 62, em que o núcleo de rotor 60 é configurado para girar sobre um eixo geométrico longitudinal da máquina de IPM 54. O eixo 62 é construído para ter múltiplas protuberâncias 64 formadas sobre um corpo de eixo principal 66, em que as protuberâncias 64 são formadas circunferencialmente sobre o corpo de eixo principal 66 e ac longo de um comprimento axial do corpo de eixo principal 66. [026] Conforme mostrado na Figura 4, o núcleo de rotor 60 é construído como um rotor segmentado formado a partir de uma pluralidade de polos de rotor saliente separados 68. Cada um dos polos de rotcr 68 é formado a partir de uma pilha de laminações (não mostrado) que é disposta sobre uma respectiva protuberância 22. As pilhas de laminações que formam os polos de rotor 68 são dispostas circunferencialmente (isto é, encaixadas) ao redor do eixo 62, de modo que os vãos interpolares 70 (isto é, ranhura encaixada) sejam formados entre polos de rotor adjacentes 68. Os imãs permahentes 72 são dispostos nos vãos interpolares 70, em que os imãs permanentejs 72 geram um campo magnético para ser direcionado radialmente em um eni referro entre o rotor 56 e o estator 58. O campo magnético gerado pelos imãs permanentes 72 interage adicionalmente com um campo magnético de estator paira produzir um torque. [027] O conjunto de estator 58 da máquina de IPM 10 inclui um núcleo de estator 74 que tem múltiplos dentes de estator 76 dispostos circunferencialmente com a finalidade de formar uma cavidade 78 em um centro do núcleo de estator 74. O conjunto de estator 58 gera um campo magnético e se estende ao longo do eixo geométrico longitudinal, em que uma superfície interna define a cavidade 78. O conjunto de rotor 56, conforme discutido acima, é disposto dentro da cavidade 78 definida pelo núcleo de estator 40. O conjunto de estator 58 inclui fendas de estator 80 para receber elementos distribuídos 82 nas mesmas que são enrolados nos dentes 76. Os enrolamentos 82 podem se formados como bobinas de cobre, oor exemplo, e funcionam para produzir um campo giratório levemente sinusoidal no entreferro quando excitados por Correntes de CA. [028] Referindo-se agora às Figuras 5 a 7, são mostradas máquinas de IPM adicionais que incorporam um rotor genericamente redondo (isto é, nenhum polo de rotor saliente no mesmo). A Figura 5 ilustra uma máquina de IPM 84 com um rotor 86 que tem imãs permanentes de superfície 88 (SPMs) afixados/incorporados em uma superfície externa 89 do mesmo. Cada uma das Figuras 6 e 7 mostra uma porção de uma máquina de IPM 90 com um rotor 92 que tem imãs permanentes 94 incorporados no rotor (isto é, dentro da pilha de laminações de rotor), em que a Figura 6 ilustra um rotor 92 que tem imãs permanentes de ferrita 94 incorporados no mesmo em um padrão conformado em U e um padrão conformado em V e a Rgura 7 ilustra um rotor 92 que tem imãs permanentes de ferrita 94 incorporados no mesmo em um padrão conformado em V. [029] Reconhece-se que as Figuras 3 a 7 são destinadas para somente ilustrar os exemplos das máquinas elétricas que podem se beneficiar da incorporação de realizações da invenção. Isto é, realizações da invenção podem ser implantadas em uma pluralidade de tipos diferentes de máquinas elétricas de imã permanente de ferrita. Como tal, as realizações da invenção não são destinadas a serem limitadas somente aos tipos das máquinas elétricas mostradas e descritas nas Figuras 3 a 7. [030] De acordo com realizações exemplificatives da invenção, cada uma das máquinas elétricas de imã permanente mostradas nas Figuras 1 a 7 pode ter seu estator e/ou rotor aquecido a fim de evitar a desmagnetização dos imãs permanentes de ferrita no mesmo, o que poce ocorrer em temperaturas baixas. Isto é, reconhece-se que a exposição dos PMs de ferrita a temperaturas baixas (por exemplo, -40° a 60° C) - como pode estar presente durante a inicialização da máquina - pode tornar os PMs mais susceptíveis a desmagnetização. As realizações da invenção fornecem, portanto, um esquema de controle e/ou componente(s) na máquina que são empregados para implantar o aquecimento dos imãs permanentes de ferritó, em que esse aquecimento é desejável para “pré-aquecer” os imãs antes da o :>eração normal da máquina elétrica e/ou durante a operação antecipada da mácuina eiétrica. [031] Referindo-se novamente à Figura 1, de acordo com uma realização da invenção, o controlador 22 é programado para fczer com que o calor seja gerado na máquina elétrica 10 a fim de aqiecer os imãs permanentes de ferrita 32 no mesmo, o que pode ser incluído no estator 12 ou no rotor 14 - dependendo do tipo de máquina elétrica. Para gerar esse calor, o controlador 22 é programado para fazer com que a fonte cie potência 24 aplique uma corrente secundária aos enrolamentos de estator 18 para gerar, de forma seletiva, um campo magnético secundário configurapo para induzir correntes parasitas que servem para aquecer uma pluralidade de imãs permanentes de ferrita 32. A corrente secundária aplicada pela fonte de potência 24 é separada de (aplicada em vez de ou em combinação com) uma corrente de campo primária que é aplicada aos enrolamentos de estator 18 pela fonte de potência 20 que gera o campo magnético de estator que faz com que o rotor 14 gire em relação ao estator 12. Isto é, a corrente secundária aplicada aos enrolamentos de estator 18 pode ser superimposta na corrente de campo primária aplicada ou aplicada aos enrolamentos de estator 18 ausentes na corrente de campo primária que é aplicada. [032] De acordo com uma realização, a corrente secundária aplicada aos enrolamentos 18 pela fonte de potência 24 é uma forma de onda de corrente alternada que tem uma frequência na proximidade das formas de onda de corrente de campo primária no estator 12 (mas não iguais à corrente de campo primária), em que a corrente secundária configura um campo pulsante no estator 12. Isso cria um campo magnético no entreferro 15 entre o estator e rotor e no estator 12 e/ou rotor 14, que induz correntes parasitas no estator/laminações de rotor 13, 28 e os imãs permanentes de ferrita 32 -localizados no estator ou rotor - com a finalidade de criar calor. [033] De acordo com outra realização, a corrente secundária aplicada aos enrolamentos 18 pela fonte de potência 24 é uma corrente de alta frequência (por exemplo, 10 Hz e maior do que a frequênca da corrente primária). A corrente secundária de alta frequência produz campos magnéticos que podem interagir com o estator/laminações de rotor 13, 28 e/ou os imãs permanentes de ferrita 32 para induzir correntes parasitas no mesmo. Essas correntes parasitas criam calor no estator 12 e/ou rotor 14 que é transferido para os imãs permanentes de ferrita 32. [034] De acordo com outra realização da invenção, e com referência agora à Figura 4 como um exemplo, um componente separado é incluído na máquina de imã permanente 54 a fim de promover o aquecimento dos imãs permanentes de ferrita 72 - em que o componente está na forma de um elemento de anel 96 formado a partir de um material eletricamente condutivo (por exemplo, alumínio, cobre, ou a liga de cobre) soldados ou brasados juntos para formar o anel, em que as correntes parasitas são induzidas no elemento de anel 96 em resposta à aplicação dei uma corrente secundária aos enrolamentos de estator 82. Conforme mostradc na Figura 4, o elemento de anel 96 é posicionado sobre uma superfície extena do conjunto de rotor 56 de modo que o elemento de anel 96 seja posicionado adjacente ao entreferro entre o estator 58 e o rotor 56. Reconhece-se, enlretanto, que p elemento de anel 96 poderia, ao invés disso, estar pos cionado na(s) abertura(s) definida(s) pelo rotor (isto é, na abertura formada ras laminações de rotor), de acordo com outra realização da invenção. De acordo com realizações da invenção, o elemento de anel 96 pode ser colocado em curto com o estator 58 ou conectado com o uso de um elemento resistivo externo ou indutivo. Observa-se que o elemento de anel 96 descrito acima e mostrado na Figura 4 não deve ser confundido com o anel de extremidade de um rotor de gaiola como pode ser encontrado em um motor de indução, como o elemento de anel 96 é um componente distinto desse anel de extremidade - em que o elemento de anel 96 funciona para ter correntes parasitas induzidas no mesmo em resposta à aplicação da corrente secundária aos enrolamentos de estator 82. [035] Em funcionamento, o elemento de anel 96 pode ser aquecido através de correntes pulsantes no estator 58. Isto é, correntes parasitas são induzidas no elemento de anel 96 quando há urra presença de correntes pulsantes no estator. Essas correntes pulsantes são geradas por um controlador (por exemplo, controlador 22 na Figura 1) associadas à máquina elétrica 54, em que o controlador é programado para fazer com que uma fonte de potência aplique uma corrente secundária controlada aos enrolamentos de estator 82. O calor gerado no elemento de anel 96 através de correntes parasitas induzidas no mesmo é transferido para os imãs pBrmanentes de ferrita 72, para fornecer aquecimento aos mesmos. [036] Embora o elemento de anel 96 seja mostraco em relação à máquina de IPM de rotor de raio 54 da Figura 4, reconhece-se ^ue o elemento de anel 96 poderia ser incluído em várias máquinas de PM de várias construções a fim de fornecer aquecimento aos imãs permanen es de ferrita no mesmo. O elemento de anel 96 pode ser formado/posicionado no ou sobre o rotor com a finalidade de estar próximo aos imãs permanentes, para aprimorar a taxa e eficácia da transferência de calor a partir do elemento de anel até os imãs permanentes. [037] De acordo com outra realização da invsnção, e com referência agora às Figuras 6 e 7 como um exemplo, os componentes separados são incluídos na máquina de imã permanente 90 a fim de promover o aquecimento dos imãs permanentes de ferrita - em que os componentes 90 estão na forma de elementos 98 formados de um material magn stocalórico (por exemplo, ligas de gadolínio, germânio e silício) que produ2 calor quando submetido a um campo magnético. Conforme mostrado nas Figuras 6 e 7, os elementos magnetocalóricos 98 são posicionados dentro do rotc r 92, como nas aberturas/bolsas de ar presentes na pilha de laminação de ro or, e de modo que os elementos magnetocalóricos 98 sejam posicionados próximos ou adjacentes aos imãs permanentes de ferrita 94. [038] Em funcionamento, os elementos magnetocalóricos 98 podem ser aquecidos através da excitação do estator com C2 ou correntes pulsantes. Isto é, um controlador (por exemplo, controlador 2 2 na Figura 1) associado à máquina elétrica 90 faz com que uma fonte de potência aplique uma corrente secundária controlada aos enrolamentos de estator a fim de gerar um campo magnético, ao qual os elementos magnetocalàricos 98 são submetidos- aquecendo através disso os elementos magnetocalóricos 98. O calor gerado nos elementos magnetocalóricos 98 através do campo magnético é transferido para os imãs permanentes de ferrita 94, para fornecer aquecimento ao mesmo. [039] Embora os elementos magnetocalóricos 98 sejam mostrados em relação às máquinas de IPM 90 das Figuras 6 e 7, reconhece-se que os elementos magnetocalóricos 98 poderíam ser incluídos em várias máquinas de imã permanente de várias construções- que incluem ambas as máquinas de imã permanente de estator e as máquinas de PM - a fim de fornecer aquecimento aos imãs permanentes de ferrita no mesmo. Os elementos magnetocalóricos 98 podem ser posicionados no estator ou no rotor com a finalidade de estar próximo aos imãs permanentes, para aprimorar a taxa e eficácia da transferência de calor a partir dos elementos magnetocalóricos para os imãs permanentes. [040] Referindo-se agora novamente à Figura 1, reconhece-se que o aquecimento dos imãs permanentes de ferrita 32 na mesma pode ser realizado seletivamente conforme determinado por uma condição da máquina elétrica 10. Isto é, conforme declarado acima, o aquecimento dos imãs permanentes de ferrita 32 pode ser desejável quando a máquina elétrica 10 está em uma temperatura de operação de -40° a 60° C, por exemplo, a fim de evitar a desmagnetízação dos imãs permanentes de ferrita 32. Essas temperaturas podem estar presentes durante a inicialização da máquina elétrica 10, e, portanto, é desejável ter a capacidade de gerar, de forma seletiva, calor na máquina elétrica para “pré-aquecer” os imãs permanentes de ferrita 32 antes da operação normal da máquina elétrica e/ou durante a operação antecipada da máquina elétrica. [041] Para determinar quando o pré-aquecimento da máquina elétrica 10 (isto é, dos imãs permanentes de ferrita 32) é neceslsário/desejado, os dispositivos de medição de temperatura ou mecanismos, como termopares 25, estão em comunicação operativa com o controlador 2 2 e fornecem retroalimentação aos mesmos em relação a uma temperatura do estator 12 e/ou rotor 14 da máquina elétrica 10 - isto é, dos imãs permanentes 32 no mesmo. O controlador 22 é programado para receber a retroa imentação dos termopares 25 em relação à temperatura da máquina elétrica 10 e comprar a temperatura medida a uma definição de temperatura limite a fim de determinar se o pré-aquecimento dos imãs permanentes de ferrita 32 é desejado a fim de evitar a possível desmagnetização dos mesmos. A definição de temperatura limite pode, por exemplo, ser definida em 60° C. Se a temperatura medida estiver abaixo da temperatura limite, então o controlador 22 faz com que uma corrente secundária seja aplicada (pela fonte de potência 24) aos enrolamentos de estator 18 para gerar um campo magnético secundário e induzir através do mesmo correntes parasitas em pelo menos um dentre o estator 12 e um conjunto de rotor 14 para aquecer uma pluralidade de imãs pormanentes de ferrita 32. De acordo com uma realização da invenção, a corrente secundária pode ser aplicada de alguns milissegundos a alguns segundos smtes de aplicar uma corrente de campo de carga completa à máquina elétrica 10 a fim de pré-aquecer os imãs permanentes 32. A corrente de campo primária pode então, ser aplicada para a inicialização da máquina elétrica 10, em ^ue a corrente secundária continua a ser aplicada antes de ser desativada após um determinado período de tempo, como quando uma temperatura medida está acima da temperatura limite mínima. [042] Embora as realizações exemplificativas da invenção sejam apresentadas acima em relação a varias “máquinas elétricas internas”, em que o rotor é posicionado dentro do estator, realizações adiciona s da invenção podem ser direcionadas para “máquinas elétricas externas” ou “máquinas elétricas internas-externas”, em que o rotor é posicionado sobhe o estator, e reconhece-se que essas máquinas elétricas também são consideradas estarem dentro do escopo da invenção. Nessas realizações, o rotor qus tem os imãs permanentes pode ser externo ao estator que contém os enrol? imentos, como pode ser encontrado tipicamente em motores de máquinas de lavar, por exemplo. [043] Beneficamente, as realizações da invenção fornecem, então, um sistema e método para aquecer imãs permanentes de ferrita em uma máquina elétrica a fim de evitar desmagnetização dos mesmos. Os componentes e/ou esquema de controle são implantados para aquecer os imãs permanentes de ferrita, em que os componentes e/ou esquema cie controle têm a capacidade de serem utilizados em ambas as máquinas de imã permanente de estator e máquinas de imã permanente interno, O esquema de controle e os componentes fornecem o uso das máquinas elétricas de imã permanente de ferrita em uma faixa ampla de temperaturas ambientes, aprimoram a resistência à corrosão, e aprimoram a estabilidade. [044] Portanto, de acordo com uma realização da invenção, uma máquina de imã permanente inclui um conjunto de estator que em um núcleo de estator que inclui uma pluralidade de dentes de estator e er rolamentos de estator enrolados em torno da pluralidade de dentes de estator para gerar um campo magnético de estator quando excitados com correntes alternadas. A máquina de imã permanente também inclui um conjunto de rotor configurado para girar em relação ao conjunto de estator e que é separado do conjunto de estator por um entreferro, uma pluralidade de imãs permanentes de ferrita disposta dentro de um dentre o conjunto de estator ou o conjunto de rotor configurado para gerar um campo magnético que interage ;om o campo magnético de estator para produzir um torque, e um controlad nr programado para fazer com que uma corrente de campo primária seja aplicada aos enrolamentos de estator para gerar o campo magnético de estator, com a finalidade de fazer com que o conjunto de rotor gire em relação ao conjunto de estator e fazer com que, seletivamente, uma corrente secundária seja aplicada aos enrolamentos de estator para gerar, de forma seletiva, um campo magnético secundário, sendo que o campo magnético secundário induz correntes parasitas em pelo menos um dentre o conjunto de estator e o conjunto de rotor para aquecer uma pluralidade de imãs permanentes de ferrita. [045] De acordo com outra realização da invenção, um método para aquecer uma máquina elétrica de imã permanente de ferrita inclui fornecer um conjunto de estator que tem um núcleo de estator que inclui uma pluralidade de dentes de estator e enrolamentos de estator enrolados em torno da pluralidade de dentes de estator para gerar um campo magnético de estator quando excitados com correntes alternadas, em que fornece um conjunto de rotor configurado para girar em relação ao conjunto de estator enquanto separada do núcleo de estator por um entreferro, e fornece uma pluralidade de imãs permanentes de ferrita configurados para gerar um campo magnético que interage com o campo magnético de estator para produzir um torque, sendo que a pluralidade de imãs permanentes de ferrita é posicionada no conjunto de estator ou no conjunto de rotor. O método também inclui aquecer de forma seletiva a pluralidade de imãs permanentes de ferrita a fim de evitar a desmagnetização da pluralidade de imãs permanentes de feríta, em que o aquecimento seletivo da pluralidade de imãs permanentes de ferrita compreende um ou mais dentre aquecer a pluralidade de imãs permanentes de ferrita aplicando-se a corrente secundária aos enrolamentos ce estator para gerar, de forma seletiva, um campo magnético secundário induzindo-se correntes parasitas em pelo menos um dentre o conjunto ce estator e o conjunto de rotor para aquecer a pluralidade de imãs permanentes de ferrita, em que aquece a pluralidade de imãs permanentes de ferritla induzindo-se correntes parasitas em um elemento de anel posicionado sobre ou no conjunto de rotor para aquecer o elemento de anel, ou aquecer a pluralidade de imãs permanentes de ferrita aplicando-se um campo magnético a uma pluralidade de elementos magnetocalóricos posicionados adjacentes à pluralidade de imãs permanentes de ferrita, em que a pluralidade de elementos magnetocalóricos aquecem quando submetidos ao campo magnético. [046] De acordo com ainda outra realização da invenção, no elemento de anel em resposta à aplicação de uma corrente pulsante aos enrolamentos de estator, com a finalidade de aquecer o elemsnto de anel, e uma pluralidade de elementos magnetocalóricos, uma máquina de imã permanente interno inclui um conjunto de estator que tem um núcleo de estator que inclui uma pluralidade de dentes de estator e enrolameitos de estator enrolados em torno da pluralidade de dentes de estator para gerar um campo magnético de estator quando excitados com correntes alternadas. A máquina de imã permanente interno também inclui um conjunto de rotor disposto dentro de uma cavidade definida pelo conjunto de estator e configurado para ser separado do núcleo de estator por um entreferro e gira em relação ao conjunto de estator, uma pluralidade de imãs permanentes de ferrita posicionada no conjunto de rotor e configurada para gerar um campo magnétco que interage com o campo magnético de estator para produzir um torque, e um elemento de aquecimento configurado para fornecer pré-aquecimento à pluialidade de imãs permanentes de ferrita. O elemento de aquecimento compreende um dentre um elemento de anel formado a partir de um material eletricamente condutivo e posicionado sobre ou dentro do conjunto de rotor, em que as correntes parasitas são elementos induzidos posicionados adjacentes á pluralidade de imãs permanentes de ferrita, em que a pluralidade de elementos magnetocalóricos é configurada para aquecer quando submetfda a um campo magnético. [047] Esta descrição escrita utiliza exemplos bara revelar a invenção, que inclui o melhor modo, e também para habilitar qjalquer pessoa versada na técnica para praticar a invenção, que inclui produzir e usar quaisquer dispositivos ou sistemas e realizar quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável da invenção é definido pelas reivindicações, e pode incluir outros exemplos que ocorrem àqueles indivíduos versados na técnica. Esses outros exemplos são destinados a estarem abrangidos no escopo das reivindicações se eles tiverem elementos estruturais que não diferem da linguagem literal das reivindicações, ou se eles incluírem elementos estruturais equivalentes com diferentes insubstanciais das linguagenls literais das reivindicações.

Claims

1. MÁQUINA DE IMÃ PERMANENTE, caracteHzada pelo fato de que compreende: um conjunto de estator que compreende: um núcleo de estator que inclui uma pluralidade de dentes de estator; e enrolamentos de estator enrolados em torno da pluralidade de dentes de estator para gerar um campo magnético de estator quando excitados com correntes alternadas; um conjunto de rotor configurado para girar em relação ao conjunto de estator, sendo que o conjunto de rotor é separado do conjunto de estator por um entreferro; uma pluralidade de imãs permanentes de ferrita dispostos dentro de um dentre o conjunto de estator ou o conjunto de rotor, em qúe a pluralidade de imãs permanentes de ferrita é configurada para gerar um campo magnético que interage com o campo magnético de estator para produzir um torque; e um controlador programado para: fazer com que uma corrente de campo primária seja aplicada aos enrolamentos de estator para gerar o campo magnético de estator, com a finalidade de fazer com que o conjunto de rotor gire em relação ao conjunto de estator; e fazer com que, seletivamente, uma corrente secundária seja aplicada aos enrolamentos de estator para gerar, de forma seletiva, um campo magnético secundário, sendo que o campo magnético secundário induz correntes parasitas em pelo menos um dentre o conjunto de estator e o conjunto de rotor para aquecer a pluralidade de imãs permanentes de ferrita.

2. MÁQUINA DE IMÃ PERMANENTE, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o conjunto de rotpr compreende adicionalmente um elemento de anel formado a partir de um material eletricamente condutivo, em que as correntes parasitas são induzidas no elemento de anel em resposta à aplicação da corrente sscundária aos enrolamentos de estator.

3. MÁQUINA DE IMÃ PERMANENTE, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que o elemento de anel é posicionado sobre ou no conjunto de rotor, de modo que o elemento de anel seja posicionado adjacente à pluralidade de imãs permanentes de ferrita.

4. MÁQUINA DE IMÃ PERMANENTE, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que o elemento de anel é colocado em curto com o conjunto de estator ou conectado ao conjunto de estator com o uso de um elemento resistivo externo ou elemento indutivo.

5. MÁQUINA DE IMÃ PERMANENTE, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o conjunto de rotor compreende elementos magnetocalóricos posicionados adjacentes à plural dade de imãs permanentes de ferrita, em que os elementos magnetccalóricos são configurados para produzir calor quando submetidos a um campo magnético.

6. MÁQUINA DE IMÃ PERMANENTE, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a corrente secundária tem uma frequência que é maior do que a frequência da corrente de campo primária, sendo que os valores de frequência da corrente secundária atingem valores tão baixos quanto 10 Hz.

7. MÁQUINA DE IMÃ PERMANENTE, de scordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a corrente secundária é uma corrente pulsante que tem uma frequência na proximidade da forma de onda de corrente de trabalho, mas não igual à frequência da corrente de campo primária.

8. MÁQUINA DE IMÃ PERMANENTE, de ajcordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de compreende adicibnalmente um mecanismo de medição de temperatura configurado para monitorar uma temperatura da pluralidade de imãs permanentes de ferrita na maquina elétrica, sendo que o mecanismo de medição de temperatura é posicionado sobre pelo menos um dentre o conjunto de estator ou o conjunto de rotor.

9. MÁQUINA DE IMÃ PERMANENTE, de £ cordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que o controlador é programado adicionalmente para: receber retroalimentação pelo mecanismo de medição de temperatura em relação a uma temperatura da pluralidade de imãs permanentes de ferrita na máquina elétrica; comparar a temperatura de imã medida a uma temperatura de imã limite; e se a temperatura de imã medida estiver abaixo da lemperatura de imã limite, então fazer com que a corrente secundária seja aplicada aos enrolamentos de estator.

10. MÁQUINA DE IMÃ PERMANENTE, de ncordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o controlador é programado para fazer com que a corrente secundária aplicada aos enrolamentos de estator seja superimposta sobre a corrente de campo primária ap licada.

11. MÁQUINA DE IMÃ PERMANENTE, de íicordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o controlador é programado para fazer com que a corrente secundária seja aplicada aos enrolamentos de estator ausentes na corrente de campo primária que é aplicada.

12. MÉTODO PARA AQUECER UMA MÁQUINA ELÉTRICA DE IMÃ, permanente de ferrita, caracterizado pelo fato de que d método que compreende: fornecer um conjunto de estator que compreende: um núcleo de estator que inclui uma pluralidade de dentes de estator; e enrolamentos de estator enrolados em torno da pluralidade de dentes de estator para gerar um campo magnético de estator quando excitados com correntes alternadas; fornecer um conjunto de rotor configurado para girar em relação ao conjunto de estator, em que o conjunto de rotor é separado do núcleo de estator por um entreferro fornecer uma pluralidade de imãs permanences de ferrita configuradas para gerar um campo magnético que interage com o campo magnético de estator para produzir um torque, sendo que a pluralidade de imãs permanentes de ferrita é posicionada sobre o conjunto de estator ou sobre o conjunto de rotor; e aquecer seletivamente a pluralidade de imãs permanentes de ferrita a fim de evitar a desmagnetização da pluralidade de imãs permanentes de ferrita, em que o aquecimento seletivo da pluralidade de imãs permanentes de ferrita compreende um ou mais dentre: aquecer a pluralidade de imãs permanentes de ferrita aplicando-se uma corrente secundária aos enrolamentos de estator para gerar, de forma seletiva, um campo magnético secundário, sendo que o campo magnético secundário induz correntes parasitas em pelo menos um dentre o conjunto de estator e o conjunto de rotor para aquecer a pluralidade de imãs permanentes de ferrita; aquecer a pluralidade de imãs permanentes de ferita induzindo-se correntes parasitas em um elemento de anel posicionado sobre ou no conjunto de rotor, em que as correntes parasitas induzidas no elemento de anel aquecem o elemento de anel; ou aquecer a pluralidade de imãs permanentes de ferrita aplicando- se um campo magnético a uma pluralidade de elementos mágnetocalóricos posicionados adjacentes à pluralidade de imãs permanentes de ferrita, em que a pluralidade de elementos mágnetocalóricos aquecem quando submetidas ao campo magnético.

13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12., caracterizado pelo fato de que o aquecimento de uma pluralidade de imãs parmanentes de ferrita induzindo-se correntes parasitas no elemento de anel compreende induzir correntes parasitas no elemento de anel aplicando-se a corrente secundária aos enrolamentos de estator.

14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o aquecimento da pluralidade de imãs perman antes de ferrita aplicando-se a corrente secundária aos enrolamentos de estator compreende aplicar uma corrente secundária que tem uma frequência que é maior do que a frequência de uma forma de onda de corrente de trabalho da m áquina elétrica, com valores de até 10 Hz.

15. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o aquecimento da pluralidade de imãs permanentes de ferrita aplicando-se a corrente secundária aos enrolamentos de estator compreende aplicar uma corrente pulsante que tem uma frequência na proximidade de uma forma de onda de corrente de trabalho da máquina elétrica e não igual à frequência da forma de onda de corrente de trabalho.

16. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: medir uma temperatura da máquina elétrica de imã permanente de ferrita; comparar a temperatura de imã medida a uma tamperatura de imã limite; e se a temperatura de imã medida estiver abaixo da temperatura de imã limite, então aquecer seletivamente a pluralidade de imãs pjermanentes de ferrita a fim de evitar desmagnetização da pluralidade de imãs permanentes de ferrita.

17. MÁQUINA DE IMÃ PERMANENTE, interna, caracterizada pelo fato de que compreende: um conjunto de estator que compreende: um núcleo de estator que inclui uma pluralidade de dentes de estator; e enrolamentos de estator enrolados em torno da pluralidade de dentes de estator para gerar um campo magnético de estator quando excitados com correntes alternadas; um conjunto de rotor disposto dentro de uma cavidade definida pelo conjunto de estator e configurada para girar em relação ao conjunto de estator, em que o conjunto de rotor é separado do núcleo de astator por um entreferro; uma pluralidade de imãs permanentes de ferrita posicionada no conjunto de rotor, em que a pluralidade de imãs permanentes de ferrita é configurada para gerar um campo magnético que interage aom o campo magnético de estator para produzir um torque; e um elemento de aquecimento configurado para fornecer pré-aquecimento à pluralidade de imãs permanentes de ferrita, em c ue o elemento de aquecimento compreende um dentre: um elemento de anel formado a partir de um material eletricamente condutivo e posicionado sobre ou dentro do conjurto de rotor, em que correntes parasitas são induzidas no elemento de anel em resposta à aplicação de uma corrente pulsante aos enrolamentos de estator, com a finalidade de aquecer o elemento de anel; e uma pluralidade de elementos magnetocalóricosl posicionados adjacentes à pluralidade de imãs permanentes de ferrita, em quê a pluralidade de elementos magnetocalóricos é configurada para aquecer quando submetida a um campo magnético.

18. MÁQUINA DE IMÃ PERMANENTE, interna, de acordo com a reivindicação 17, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente um controlador programado para: fazer com que uma corrente primária seja aplicada aos enrolamentos de estator para gerar o campo magnético de estator, com a finalidade de fazer com que o conjunto de rotor gire em relação ao conjunto de estator; e fazer com que, seletivamente, uma corrente secundária seja aplicada aos enrolamentos de estator para gerar, de forma seletiva, a campo magnético secundário, sendo que o campo magnético secundário induz correntes parasitas no conjunto de rotor para aquecer a pluralidade de imãs permanentes de ferrita.

19. MÁQUINA DE IMÃ PERMANENTE, interna, de acordo com a reivindicação 18, caracterizada pelo fato de que a corrente secundária compreende uma dentre uma corrente alternada de alta frequência que tem uma frequência que é maior do que a frequência da corrente primária, sendo que os valores atingem valores tão baixos quanto 60 Hz.

20. MÁQUINA DE IMÃ PERMANENTE, interna, de acordo com a reivindicação 17, caracterizada pelo fato de que o calor gerado em um dentre o elemento de anel e os elementos magnetocalóricos é transferido para a pluralidade de imãs permanentes de ferrita para fornecer aquecimento aos mesmos.