BR102020024186A2 - Máquina elétrica - Google Patents

Abstract

máquina elétrica. uma máquina elétrica inclui um conjunto de acionamento e um invólucro. o conjunto de acionamento tem um estator e um rotor rotativo em torno de um eixo geométrico de acionamento com relação ao estator. o invólucro contém o conjunto de acionamento e tem passagens de refrigerante, as passagens de refrigerante definindo uma primeira abertura de entrada, uma segunda abertura de entrada, um circuito de alimentação de estator, um circuito de alimentação de rotor, e uma interseção provendo comunicação de fluido entre o circuito de alimentação de estator e o circuito de alimentação de rotor. as passagens de refrigerante recebem pelo menos uma entrada de refrigerante através de uma ou mais da primeira abertura de entrada e da segunda abertura de entrada para fornecer refrigerante para o rotor através do circuito de alimentação de rotor e para o estator através do circuito de alimentação de estator.

Description

MÁQUINA ELÉTRICA CAMPO DA DESCRIÇÃO

[001] Esta descrição se refere geralmente a máquinas elétricas, e, em particular, ao resfriamento de motores e geradores elétricos.

FUNDAMENTOS DA DESCRIÇÃO

[002] Máquinas elétricas (também referidas como “e-machines”), tais como vários motores elétricos (por exemplo, motores de corrente alternada (CA) e motores de corrente contínua (CC)), geradores e similares, podem ser instaladas em veículos de trabalho, como usados na indústria da construção, agrícola, florestal, mineração e outras indústrias. Tais máquinas elétricas podem ser conjugadas a vários componentes do veículo de trabalho, incluindo dispositivos de bordo (por exemplo, motores de tração conjugados a uma transmissão ou eixo de rodas), instrumentos de trabalho (por exemplo, atuadores para carregadores, enfardadeiras, lâminas, etc.) e similares. As várias aplicações podem requerer ciclos de trabalho diferentes que resultam em perfis de carga significantemente variados. O ciclo de trabalho e correspondente perfil de carga para uma máquina elétrica resultam na geração de calor em áreas diferentes da máquina elétrica (por exemplo, um estator, rotor, ímãs de rotor, eixo e similares). Por exemplo, aplicações com velocidades rotacionais e/ou tempos de operação relativamente mais altos podem resultar em uma carga de calor relativamente maior nos rotores e ímãs de rotor. Aplicações com velocidades rotacionais (por exemplo, marcha lenta) e/ou tempos de operação menores podem resultar em uma corrente relativamente alta e maior carga de calor nos estatores. Além disso, regiões particulares de um rotor ou estator podem sofrer maiores cargas de calor que outras áreas do mesmo rotor ou estator. Para dissipar o calor, as máquinas elétricas podem ter sistemas de resfriamento que encaminham óleo refrigerante através das partes internas das máquinas. Uma máquina elétrica de emprego geral com um único esquema de resfriamento pode não ser capaz de resfriar de forma ideal os componentes carregados mais pesadamente ou áreas da máquina elétrica, quando operada em certas aplicações. As máquinas elétricas podem ser fabricadas com sistemas de resfriamento que são configurados para alvejar componentes específicos ou áreas específicas de alta geração de calor para aplicações específicas, mas podem provir ao custo de um projeto separado de máquina elétrica para cada aplicação.

SUMÁRIO DA DESCRIÇÃO

[003] A descrição provê uma máquina elétrica com resfriamento melhorado.

[004] Em um aspecto, a descrição provê uma máquina elétrica incluindo um conjunto de acionamento e um invólucro. O conjunto de acionamento tem um estator e um rotor rotativo em torno de um eixo geométrico de acionamento com relação ao estator. O invólucro contém o conjunto de acionamento e tem passagens de refrigerante. As passagens de refrigerante definem uma primeira abertura de entrada, uma segunda abertura de entrada, um circuito de alimentação de estator, um circuito de alimentação de rotor e uma interseção provendo comunicação de fluido entre o circuito de alimentação de estator e o circuito de alimentação de rotor. As passagens de refrigerante recebem pelo menos uma entrada de refrigerante através de uma ou mais da primeira abertura de entrada e da segunda abertura de entrada para fornecer refrigerante para o rotor através do circuito de alimentação de rotor e para o estator através do circuito de alimentação de estator.

[005] Em outro aspecto, a descrição provê uma máquina elétrica incluindo um conjunto de acionamento, um invólucro e um orifício. O conjunto de acionamento tem um estator e um rotor rotativo em torno de um eixo geométrico de acionamento com relação ao estator. O invólucro contém o conjunto de acionamento e tem passagens de refrigerante. As passagens de refrigerante definem uma primeira abertura de entrada, uma segunda abertura de entrada, um circuito de alimentação de estator, um circuito de alimentação de rotor e uma interseção provendo comunicação de fluido entre o circuito de alimentação de estator e o circuito de alimentação de rotor. O orifício é disposto dentro das passagens de refrigerante e tem um furo de dosagem configurado para dosar um fluxo de refrigerante para o circuito de alimentação de estator. As passagens de refrigerante recebem pelo menos uma entrada de refrigerante através de uma ou mais da primeira abertura de entrada e da segunda abertura de entrada para fornecer refrigerante para o rotor através do circuito de alimentação de rotor e para o estator através do circuito de alimentação de estator.

[006] Os detalhes de uma ou mais modalidades são expostos nos desenhos anexos e na descrição abaixo. Outras características e vantagens se tornarão aparentes da descrição, dos desenhos e das reivindicações.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[007] A figura 1 é uma vista lateral simplificada de um veículo de trabalho de exemplo na forma de um trator agrícola, no qual uma máquina elétrica pode ser usada de acordo com essa descrição;
a figura 2 é uma vista isométrica de uma máquina elétrica de exemplo para o veículo de trabalho de exemplo da figura 1;
a figura 3 é uma vista similar à da figura 2 mostrando certos componentes internos em relevo;
a figura 4 é uma vista em corte transversal da máquina elétrica de exemplo, tomada no plano 4-4 da figura 2;
a figura 5 é uma vista em corte transversal parcial, similar à da figura 4, com certas partes removidas;
a figura 6 é uma vista isométrica em seção transversal parcial da máquina elétrica de exemplo, tomada no plano 6-6 da figura 2;
a figura 7 é uma vista de detalhe ampliada de uma entrada da máquina elétrica de exemplo, tomada na área 7-7 da figura 6;
a figura 8 é uma outra vista ampliada da mesma, com uma afixação de mangueira; e
a figura 9 é uma vista em corte transversal parcial da máquina elétrica de exemplo, tomada na área 9-9 da figura 2.

[008] Os mesmos símbolos de referência nos vários desenhos indicam os mesmos elementos.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[009] O que segue descreve uma ou mais modalidades de exemplo da máquina elétrica descrita, conforme mostrada nas figuras anexas dos desenhos descritos brevemente acima. Várias modificações às modalidades de exemplo podem ser contempladas por um versado na técnica.

[0010] Quando usadas aqui, a menos que limitadas ou modificadas de outra maneira, listas com elementos que são separados por termos conjuntivos (por exemplo, “e”) e que são também precedidas pela frase “um ou mais de” ou “pelo menos um de” indicam configurações ou arranjos que potencialmente incluem elementos individuais da lista, ou qualquer combinação dos mesmos. Por exemplo, “pelo menos um de A, B, e C” ou “um ou mais de A, B, e C” indica as possibilidades de somente A, somente B, somente C, ou qualquer combinação de dois ou mais de A, B, e C (por exemplo, A e B; B e C; A e C; ou A, B, e C).

[0011] Além disto, no detalhamento da descrição, termos de direção e orientação, como “a jusante”, “a montante”, “longitudinal”, “radial”, “axial”, “circunferencial”, “lateral” e “transversal” podem ser usados. Tais termos são definidos, pelo menos em parte, com relação a uma máquina elétrica, uma passagem ou circuito para fluxo de fluido, um rotor, um eixo rotativo e/ou um estator. Quando usado aqui, o termo “longitudinal” indica uma orientação ao longo do comprimento do aparelho; o termo “lateral” indica uma orientação ao longo de uma largura do aparelho e ortogonal à orientação longitudinal; e o termo “transversal” indica uma orientação ao longo da altura do aparelho e ortogonal às orientações longitudinal e lateral. Essas orientações podem ser tomadas em relação a um veículo de trabalho, ou uma direção de deslocamento do veículo de trabalho, ao qual os componentes podem ser afixados.

VISÃO GERAL

[0012] Veículos de trabalho, como veículos agrícolas, utilizam máquinas elétricas em uma variedade de aplicações a bordo do veículo de trabalho e/ou em conjunção com instrumentos de trabalho afixados. Essas aplicações podem ter vários ciclos de trabalho diferentes com relação a fatores, tais como velocidade rotacional (por exemplo, revoluções por minuto (RPM) de um rotor da máquina elétrica), tempo de operação, tempo de inatividade, temperatura, saída de potência e variações desses fatores. Por exemplo, um motor de tração pode constantemente funcionar enquanto o veículo de trabalho está em uso com RPM variável, enquanto que um atuador do instrumento de trabalho pode funcionar intermitentemente a uma alta RPM ou em marcha lenta por longos períodos de tempo a uma baixa RPM. As máquinas elétricas podem ser projetadas para otimizar o desempenho de um conjunto de acionamento (por exemplo, um estator, rotor, ímãs de rotor, eixo e similares) em um ou mais desses ciclos de operação. Em particular, o desempenho da máquina pode ser correlacionado com o desempenho de resfriamento, porque a quantidade de saída de potência contínua pode ser limitada para evitar superaquecimento. Para obter o resfriamento requerido, demandado de máquinas elétricas em certas aplicações, uma máquina elétrica pode ser projetada para dissipar calor por intermédio de condução (por exemplo, um alojamento da máquina elétrica em contato com os enrolamentos de estator), convecção (por exemplo, ar passando através de interstícios nos componentes, refrigerante sendo direcionado ao longo dos componentes), ou combinações dos mesmos.

[0013] Geralmente, para resfriar uma máquina elétrica, um fornecimento de fluido refrigerante (refrigerante) (por exemplo, óleo pressurizado, ar, ou similar) pode ser provido ou de uma fonte externa (por exemplo, fluido dentro de um componente conjugado, etc.) ou de uma fonte interna (por exemplo, um circuito de fluido de óleo em um grupo propulsor de veículo de trabalho, um sistema hidráulico de veículo de trabalho, etc.). Tal refrigerante absorve diretamente ou indiretamente calor de vários componentes da máquina elétrica, que subsequentemente flui para longe dos componentes. Essa transferência de calor abaixa a temperatura dos componentes da máquina elétrica, que pode melhorar o desempenho, prevenir o superaquecimento e melhorar a vida útil. A efetividade da transferência de calor pode ser afetada pelo volume de refrigerante, vazão (por exemplo, velocidade) de refrigerante, ou o(s) local(is) de fluxo de refrigerante.

[0014] Um sistema de resfriamento de uma máquina elétrica pode ser projetado para alvejar áreas de geração de calor esperada por encaminhamento de fluxo relativamente maior de refrigerante através dessas áreas. Um tal sistema de resfriamento alvejado pode ser ineficaz em outras aplicações com outros ciclos de operação. Certos veículos de trabalho convencionais podem utilizar uma variedade de máquinas elétricas diferentes e/ou sistemas de resfriamento diferentes para aplicações diferentes. Essas máquinas elétricas diferentes e/ou sistemas de resfriamento diferentes resultam em custos adicionais para fabricação (por exemplo, projeto, ferramental de produção, inventário) e para o reparo/substituição. Outros veículos de trabalho convencionais podem utilizar uma máquina elétrica de emprego geral para aplicações diferentes. Todavia, tais máquinas elétricas de emprego geral podem não resfriar tão efetivamente quanto os projetos alvejados, resultando em desempenho mais deficiente e uma menor vida útil. Adicionalmente, o resfriamento ineficaz pode resultar em custos mais altos de material, porque as partes da máquina elétrica devem resistir a temperaturas de operação mais altas.

[0015] Essa descrição provê uma máquina elétrica para uso em um veículo de trabalho que aborda esses e outros aspectos de arranjos convencionais. A máquina elétrica é capaz de obter as características de resfriamento requeridas de múltiplas aplicações sem o reprojeto ou modificação do alojamento, circuito de alimentação de rotor, ou circuito de alimentação de estator. Em outro sentido, as características de resfriamento da máquina elétrica são capazes de serem definidas depois de a máquina elétrica ter sido fabricada. Igualmente, as características de resfriamento podem ser alteradas sem significante alteração dos componentes da máquina elétrica (por exemplo, alojamento, estator e rotor). Adicionalmente, a descrição provê adicionalmente uma máquina elétrica, na qual o fluxo de refrigerante para uma área particular pode ser definido por um orifício tendo um furo de dosagem. O furo de dosagem é dimensionado de forma que uma vazão de refrigerante desejada ocorra a jusante em uma área desejada de um circuito de resfriamento (por exemplo, circuito de alimentação de estator ou circuito de alimentação de rotor).

[0016] Em certas modalidades, a máquina elétrica descrita pode ser um motor elétrico com um alojamento contendo um conjunto de acionamento incluindo um estator e rotor, o rotor sendo rotativo em torno de um eixo geométrico de acionamento com relação ao estator. O alojamento define passagens de refrigerante incluindo um circuito de alimentação de rotor e um circuito de alimentação de estator, que respectivamente direcionam fluxo de refrigerante na direção para o rotor e estator. O circuito de alimentação de rotor tem uma passagem externa que se estende axialmente ao longo do alojamento para uma passagem radial de extremidade se estendendo na direção para o centro do motor elétrico. A passagem radial de extremidade se conecta a uma passagem de refrigerante que se estende através de um eixo de rotor e subsequentemente paras passagens radiais que se estendem na direção para ímãs permanentes do rotor. O circuito de alimentação de estator tem uma ou mais passagens em serpentina definidas em uma periferia interna do alojamento para passar refrigerante ao longo de uma periferia externa dos enrolamentos do estator. O circuito de alimentação de estator está em comunicação com um anel de pulverização que pulveriza refrigerante nas voltas de extremidade dos enrolamentos do estator.

[0017] Em certas modalidades, a máquina elétrica inclui um alojamento unitário (por exemplo, um alojamento de metal fundido) com passagens de refrigerante integralmente formadas como parte do alojamento. As passagens de refrigerante definem, em comunicação de fluido, uma primeira abertura de entrada, uma segunda abertura de entrada, um circuito de alimentação de estator e um circuito de alimentação de rotor. Uma ou ambas da primeira abertura de entrada e da segunda abertura de entrada podem receber a entrada de refrigerante. Quando uma da primeira ou segunda abertura de entrada é usada, a outra abertura de entrada pode ser bloqueada ou pode ser usada como uma saída. A máquina elétrica provê assim um alojamento que é de fabricação eficaz em termos de custo como uma unidade de uma só peça incluindo múltiplos circuitos de alimentação.

[0018] Em um aspecto, a máquina elétrica descrita pode ser configurável com relação a uma fonte de fluxo. Para permitir a personalização, a máquina elétrica pode ter duas entradas separadas que alimentam o sistema de refrigerante. Certas modalidades podem permitir a entrada de refrigerante a partir de uma primeira entrada, como em uma extremidade axial do alojamento, ou a partir de uma segunda entrada, como posicionada entre extremidades axiais do alojamento. A máquina elétrica pode ser fornecida com refrigerante por intermédio de qualquer uma ou ambas das entradas separadas. Se somente uma entrada for usada, a outra entrada pode ser bloqueada (por exemplo, tampada). Cada uma da primeira e segunda entradas pode estar em comunicação de fluido tanto com um circuito de alimentação de rotor quanto um circuito de alimentação de estator. Dessa maneira, a máquina elétrica é facilmente adaptável a fontes e/ou tipos diferentes de fluxo de refrigerante sem reprojeto ou alteração significante para os processos de fabricação. Certas outras modalidades podem permitir que a entrada primária funcione como uma saída.

[0019] Em outro aspecto, o sistema de resfriamento pode ter um orifício montado nas passagens de refrigerante para dosar a quantidade de fluxo de refrigerante a uma porção da máquina elétrica, como um circuito de alimentação de estator. O orifício pode incluir um furo de dosagem para controlar a vazão (isto é, velocidade) e volume de fluxo de refrigerante através do mesmo. Em certas modalidades, o orifício e furo de dosagem são posicionados a montante de um circuito de alimentação de estator para dosar um fluxo de refrigerante para o circuito de estator. O furo de dosagem pode também controlar a vazão e volume de fluxo de refrigerante para o circuito de alimentação de rotor devido à comunicação de fluido entre os circuitos de alimentação de estator e rotor. O orifício pode ser uma parte unitária do alojamento ou pode ser removível e substituível por outro orifício tendo um furo de dosagem diferentemente dimensionado. Assim, a máquina elétrica descrita pode ser reconfigurada por somente alterar uma parte relativamente pequena, que é externamente acessível.

[0020] Em ainda outro aspecto, o sistema de refrigerante da máquina elétrica descrita pode ser configurado para prover uma característica de fluxo de agente de refrigerante desejada a jusante (por exemplo, em um circuito de alimentação de estator e/ou um circuito de alimentação de rotor) por intermédio de um orifício com um furo de dosagem, conforme notado acima. Em certas modalidades de exemplo, um circuito de alimentação de estator inclui um anel de pulverização para refrigerar uma porção do estator, tais como voltas de extremidade dos enrolamentos condutores. Um tal anel de pulverização requer uma velocidade de fluxo de agente de refrigerante específica para otimizar o desempenho. Em particular, se a velocidade for demasiadamente baixa, o refrigerante pode não pulverizar suficientemente longe para atingir as voltas de extremidade, e se a velocidade for demasiadamente alta, o refrigerante pode se vaporizar e/ou se defletir para fora das voltas de extremidade com transferência de calor mínima. Com uma velocidade de fluxo de refrigerante apropriada, o refrigerante a partir do anel de pulverização se espalha através das voltas de extremidade em um fluxo do tipo de folha ou geralmente laminar, que maximiza o contato de área superficial do refrigerante e assim a transferência de calor. O furo de dosagem pode ser dimensionado para permitir que o fluxo requerido para uma aplicação particular resulte na velocidade de fluxo de refrigerante apropriada no anel de pulverização. Nesse sentido, a velocidade de fluxo de refrigerante e o desempenho de anel de pulverização são funções do tamanho do furo de dosagem do orifício.

[0021] O sistema de resfriamento é configurável para o resfriamento melhorado do estator, do rotor e de outras áreas altamente aquecidas da máquina elétrica, servindo assim para prolongar a vida útil operacional da máquina elétrica. A máquina elétrica descrita também pode prover reduções significantes do custo de fabricação. Com um sistema de resfriamento reconfigurável, um projeto de máquina elétrica pode ser usado em uma variedade de aplicações com ciclos de trabalho diferentes e exigências de resfriamento diferentes, reduzindo as demandas de inventário, configuração da linha de montagem e custos de material.

[0022] O que segue descreve uma ou mais implementações de exemplo da máquina elétrica descrita. A discussão aqui pode algumas vezes focar sobre a aplicação de exemplo de um subsistema de resfriamento para uma máquina elétrica conjugada a uma transmissão de um trator agrícola, mas o eixo energizado descrito é aplicável a outros tipos de componentes conjugados e veículos de trabalho, incluindo várias outras máquinas agrícolas (por exemplo, combinadas, colheitadeiras, enfardadeiras, gadanheiras) bem como várias máquinas agrícolas ou florestais (por exemplo, carregadores, pás niveladoras, veículos com caixa de carga basculante articulados, tratores florestais e outros) e veículos utilitários. Também, embora o que segue descreva uma máquina elétrica no contexto de um motor de tração, aspectos da descrição são aplicáveis a máquinas elétricas para outras aplicações, especialmente geradores e motores de não tração. Em particular, aplicações de exemplo adicionais incluem eixos de rodas energizados ou eletrificação de sistemas hidráulicos, tais como carregadores de extremidade dianteira hidráulicos ou válvulas controladas proporcionais-integrais (PI).

MODALIDADES DE EXEMPLO DE MÁQUINA ELÉTRICA

[0023] Com referência à figura 1, em algumas modalidades, o veículo de trabalho descrito 10 pode ser um trator agrícola, embora, conforme notado, a máquina elétrica descrita aqui possa ser aplicável a uma variedade de máquinas, tais como veículos de construção, veículos florestais e outros veículos agrícolas. Conforme mostrado, o veículo de trabalho 10 pode ser considerado como incluindo uma armação ou chassi principal estrutural 12, um grupo propulsor 14, uma plataforma ou cabina de operador 16, um sistema de controle 18 e um sistema hidráulico 20. O veículo de trabalho 10 pode ser suportado fora do solo por rodas ou lagartas engatando o solo. No exemplo ilustrado, o veículo de trabalho 10 inclui um eixo dianteiro (não mostrado) montando rodas dirigíveis 22 (uma em cada lado lateral esquerdo/direito do veículo de trabalho 10) e um eixo traseiro (não mostrado na figura 1) montando rodas 24 (uma ou mais em cada lado esquerdo/direito do veículo de trabalho 10).

[0024] Geralmente, o grupo propulsor 14 tem componentes de direção de rodas 26, incluindo vários dispositivos (por exemplo, bombas e linhas de direção de energia, mecanismos de direção, e similares) que acoplam entradas de direção manuais (por exemplo, controles ou volante de direção do operador) e/ou automáticas (por intermédio do sistema de controle 18) às rodas, tais como as rodas dirigíveis 22. O grupo propulsor 14 inclui uma fonte de propulsão, como um motor 28, que fornece energia ou potência ao veículo de trabalho 10, como ou energia mecânica direta ou depois de ser convertida para energia elétrica ou hidráulica. Em um exemplo, o motor 28 é um motor de combustão interna, como um motor diesel, que é controlado por um módulo de controle de motor (não mostrado) do sistema de controle 18. Deve ser notado que o uso de um motor de combustão interna é meramente um exemplo, pois a fonte de propulsão pode ser uma célula de combustível, um motor elétrico, um motor elétrico híbrido-gasolina, ou outros dispositivos de produção de energia. Uma transmissão 30 é incluída no grupo propulsor 14 para mecanicamente transferir energia ou potência do motor 28 para uma ou mais das rodas 22, 24.

[0025] Na modalidade ilustrada, a transmissão 30 é uma transmissão variável, referida como uma transmissão infinitamente variável, (“TIV”), que inclui um trajeto de energia elétrica para a transmissão 30 em adição ao trajeto de energia mecânica a partir do motor 28. A transmissão 30 inclui uma fonte de energia continuamente variável (“CVP”) 32 para prover o trajeto de energia elétrica. A CVP 32 usa uma primeira máquina elétrica 34 e uma segunda máquina elétrica 36, que podem ser arranjadas como um par de motor-gerador, com a primeira máquina elétrica 34 atuando como um gerador e a segunda máquina elétrica 36 atuando como um motor que fornece para a transmissão 30. A transmissão 30 é capaz de receber energia a partir de qualquer um ou ambos do motor 28 e da CVP 32. Por exemplo, a transmissão pode incluir uma caixa de engrenagens de variador (não mostrada) implementando um ou mais conjuntos de engrenagens planetárias, componentes de engrenagem, e similares. A caixa de engrenagens de variador pode prover configurações que combinam as saídas de energia do motor 28 e a CVP 32 ou somente transferir saída de potência a partir ou do motor 28 ou da CVP 32, resultando em múltiplas configurações de engrenagem que acoplam o motor 28 e/ou a CVP 32 a uma ou mais das rodas 22, 24. Como um resultado, para condições de operação diferentes (por exemplo, velocidade de condução, torque, direção à frente ou reversa, energia auxiliar extraída para atuar um instrumento de trabalho, e similar) do veículo de trabalho 10, a transmissão 30 seletivamente transmite energia útil em modos múltiplos, como : um modo exclusivamente de motor, um modo exclusivamente de CVP, ou um modo dividido a partir tanto do motor 28 quanto da CVP 32. A primeira e segunda máquinas elétricas 34, 36 desse exemplo serão submetidas a ciclos de trabalho diferentes e podem ter diferentes áreas de geração de calor interna. Não obstante, em vista do abaixo, a primeira e segunda máquinas elétricas 34, 36 podem ser construídas de substancialmente os mesmos componentes, enquanto as características de resfriamento são separadamente configuradas para a geração de calor particular esperada dentro de cada respectiva máquina elétrica.

[0026] Em adição à provisão de energia de tração para propelir o veículo de trabalho 10, o motor 28 pode prover energia para vários subsistemas a bordo (incluindo energia de acionamento inicial para a CVP 32), incluindo vários componentes elétricos e hidráulicos do veículo de trabalho, e para a energia fora de bordo para outros subsistemas remotos ao veículo de trabalho 10. Por exemplo, o motor 28 pode prover energia mecânica que é convertida para um formato elétrico para fazer funcionar os componentes eletrônicos do sistema de controle 18 e um ou mais acionamentos elétricos do veículo de trabalho 10. O sistema de controle 18 pode assim ter componentes de conversão de energia mecânica para elétrica 38, uma ou mais baterias 40, e componentes eletrônicos associados, incluindo vários alternadores, geradores, reguladores de tensão, retificadores, inversores e similares. O motor 28 pode também prover energia mecânica que é convertida para o formato hidráulico para energizar várias bombas e vários compressores que pressurizam fluido para acionar vários atuadores do sistema hidráulico 20 a fim de energizar a direção de roda e frenagem e vários instrumentos de trabalho a bordo do veículo de trabalho 10. Nesse exemplo, o veículo de trabalho 10 pode suportar a montagem de instrumentos de trabalho (não mostrados, por exemplo, um carregador dianteiro que pode ser elevado e abaixado durante a operação por um ou mais dispositivos de êmboloscilindros hidráulicos, um instrumento de trabalho rebocado na traseira, ou similar). O sistema hidráulico 20 pode ser acoplado a, e operado por, o sistema de controle 18, em resposta a comandos de um dispositivo de entrada de operador (por exemplo, controles de operador, dispositivo de exibição de operador, etc.) na cabina 16 ou remoto ao veículo de trabalho 10. O sistema hidráulico 20 pode incluir outros componentes (por exemplo, válvulas, linhas de fluxo, êmbolos/cilindros, vedações/gaxetas e outros), de forma que o controle dos vários dispositivos possa ser efetuado com, e com base em, sinais e movimentos hidráulicos, mecânicos ou outros.

[0027] O sistema de controle 18 pode ser configurado como um dispositivo de computação com dispositivos de processador e arquiteturas de memória associados, como um circuito (ou circuitos) de computação conectado(s) por fios rígidos, como um circuito programável, como um controlador hidráulico, elétrico ou eletro-hidráulico. O sistema de controle 18 pode ser configurado para executar várias funcionalidades computacionais e de controle com relação ao veículo de trabalho 10, incluindo vários dispositivos associados ao grupo propulsor 14, o sistema hidráulico 20, e vários componentes adicionais do veículo de trabalho 10. Em algumas modalidades, o sistema de controle 18 pode ser configurado para receber sinais de entrada em vários formatos (por exemplo, como sinais hidráulicos, sinais de tensão, sinais de corrente, e outros), e para fornecer sinais de comando em vários formatos (por exemplo, como sinais hidráulicos, sinais de tensão, sinais de corrente, movimentos mecânicos, tais como a rotação, e outros). O sistema de controle 18 é configurado para operar vários aspectos da máquina elétrica descrita, que podem fazer parte do grupo propulsor 14 ou parte de outro subsistema do veículo de trabalho 10.

[0028] Com referência também à figura 2, uma máquina elétrica de exemplo 50 é mostrada e é aplicável à primeira máquina elétrica 34 e/ou à segunda máquina elétrica 36, discutidas acima, bem como várias aplicações de máquinas elétricas alternativas. A máquina elétrica 50 tem um invólucro 52 que é de um formato anular oco (por exemplo, cilíndrico) com uma superfície periférica exterior 54 e se estendendo em torno de um eixo geométrico de referência axial R (por exemplo, um eixo geométrico de acionamento) de uma primeira extremidade axial (por exemplo, uma extremidade de acionamento 56) para uma segunda extremidade axial (por exemplo, uma extremidade de não acionamento 58). A extremidade de acionamento 56 pode incluir um flange de montagem 60 com uma pluralidade de furos de montagem 62 para afixação (por exemplo, por intermédio de parafusos) a uma parte fixa da transmissão 30 (por exemplo, um alojamento ou similar) ou outro componente próximo. A extremidade de acionamento 56 também inclui um eixo de saída 64 para fornecer ou receber energia rotacional. Um ou mais conectores 66, 68 são arranjados no invólucro 52 para várias finalidades, tal como o fornecimento de energia do grupo propulsor 14 ou baterias 40 do veículo de trabalho 10 e provendo conexão elétrica por fios metálicos com o sistema de controle 18.

[0029] Com referência também às figuras 3 a 6, a máquina elétrica 50 pode ser um motor de ímãs permanentes com um conjunto de acionamento 70 incluindo um estator 72 e um rotor 74. O estator 72 inclui uma pilha de laminações 76 formada de uma pluralidade de laminações 78, embora em outros exemplos (não ilustrados) o estator 72 possa compreender um material de núcleo sólido ou dividido. A pluralidade de laminações 78 é de um material ferromagnético arranjado em um formato anular a ser coaxialmente alinhado entre si em torno do rotor 74. O estator 72 inclui adicionalmente enrolamentos de fio metálico 80, posicionados (por exemplo, enrolados em torno) de porções radialmente internas da pluralidade de laminações 78. Os enrolamentos de fio metálico 80 incluem voltas de extremidade axial 82, 84, que se estendem axialmente além da pluralidade de laminações 78. Em algumas aplicações, como aplicações de alto torque, baixa velocidade, os enrolamentos de fio metálico 80 podem ser uma fonte significante de geração de calor concentrada. Conforme mostrado na figura 6, uma pluralidade de fendas 86 e uma pluralidade de projeções 88 são arranjadas em uma porção radialmente interna de cada uma da pluralidade de laminações 78. A pluralidade de fendas 86 pode ser simétrica e uniformemente espaçada circunferencialmente em torno do eixo geométrico de referência R. Quando instalados, os enrolamentos de fio metálico 80 do estator 72 são montados na pluralidade de fendas 86 e envolvidos em torno da uma ou mais da pluralidade de projeções 88.

[0030] O rotor 74 tem um eixo de rotor 90, que pode ser uma parte integral do, ou acoplado ao, eixo de saída 64 configurado para corrotação em torno do eixo geométrico de referência R. O rotor 74 também inclui um núcleo de rotor 92 montado para corrotação com o eixo de rotor 90. O eixo de rotor 90 pode ser suportado para rotação com relação ao invólucro 52 por um ou mais mancais, por exemplo um primeiro conjunto de mancal de roletes 94 e um segundo conjunto de mancal de roletes 96, respectivamente montados na extremidade de acionamento 56 e a extremidade de não acionamento 58. O núcleo de rotor 92 é formado de uma pluralidade de laminações de rotor 98. Placas de extremidade 100 são providas em cada extremidade axial do rotor 74 para encapsular a pluralidade de laminações de rotor 98.

[0031] Conforme mostrado na figura 6, cada uma da pluralidade de laminações de rotor 98 inclui um ou mais ímãs, tais como uma pluralidade de cavidades 102 transportando uma pluralidade de ímãs permanentes 104, para geração de campo magnético. A pluralidade de ímãs permanentes 104 é circunferencialmente espaçada em torno do eixo geométrico de referência R. A pluralidade de ímãs permanentes 104 é arranjada de forma que as polaridades alternadas da pluralidade de ímãs permanentes 104 girem para depois dos enrolamentos de fio metálico 80 do estator 72. No exemplo ilustrado, a pluralidade de cavidades 102 é arranjada em uma configuração de repetição geralmente em formato em V de modo que a pluralidade de ímãs permanentes 104 seja sucessivamente posicionada com as polaridades alternadas para induzir um campo magnético alternado quando o rotor 74 gira. Em aplicações com alta velocidade rotacional, os ímãs permanentes 104 podem ser uma fonte significante de geração de calor.

[0032] O invólucro 52 da máquina elétrica 50 incorpora várias estruturas para a introdução de refrigerante à máquina elétrica e para ajudar na distribuição de refrigerante em torno do conjunto de acionamento 70. O invólucro 52 tem uma primeira abertura de entrada 110 na extremidade de acionamento 56 no flange de montagem 60 e para acoplar fluidamente um interior do invólucro 52 ao interior de um componente conjugado (não mostrado), permitindo assim refrigerante compartilhado em linhas de encanamento separadas. Será reconhecido que, em outros exemplos ou aplicações, a primeira abertura de entrada 110 pode ser posicionada na extremidade axial de não acionamento 58 ou em outras áreas da máquina elétrica 50. A primeira abertura de entrada 110 pode seletivamente prover a entrada de refrigerante ou, em certos exemplos alternativos, pode prover uma saída de refrigerante. O invólucro 52 tem um flange intermediário 112 posicionado entre a extremidade de acionamento 56 e a extremidade de não acionamento 58 com um ou mais furos 114 para afixações adicionais, por exemplo, montagem suplementar da máquina elétrica 50 ou afixação de um componente conjugado que é energizado pela máquina elétrica 50. O flange intermediário 112 também inclui um furo externo 116 provendo uma segunda abertura de entrada 118 que é externamente fechada com um tampão 120 e é fluidamente acoplada com a primeira abertura de entrada 110. O invólucro 52 pode ser formado como uma peça (por exemplo, integralmente formada a partir do mesmo material ao mesmo tempo pelo mesmo processo) com um ou mais do flange de montagem 60 e do flange intermediário 112.

[0033] O invólucro 52 da máquina elétrica 50 inclui passagens de refrigerante 122 para prover um fluxo de fluido de refrigerante (por exemplo, óleo líquido) através da máquina elétrica 50. As passagens de refrigerante 122 incluem a primeira abertura de entrada 110 e a segunda abertura de entrada 118 para receber uma ou mais de primeiras entradas de refrigerante 124 e uma segunda entrada de refrigerante 126. As passagens de refrigerante 122 também incluem um circuito de alimentação de estator 128 e um circuito de alimentação de rotor 130. Um orifício 132 é posicionado no furo externo 116 para dosar fluxo de refrigerante ao circuito de alimentação de estator 128 (e, com efeito, também para dosar fluxo ao circuito de alimentação de rotor 130). No exemplo ilustrado, uma passagem a montante 134 das passagens de refrigerante 122 se estende da primeira abertura de entrada 110 para uma interseção 136 que conduz na direção para o orifício 132 e a segunda abertura de entrada 118. Será reconhecido que a interseção 136, juntamente com o flange intermediário 112, pode ser posicionada em qualquer local axial ao longo do invólucro 52 entre a extremidade de acionamento 56 e a extremidade de não acionamento 58. Será também reconhecido que, refrigerante usado a partir do circuito de alimentação de estator 128 e do circuito de alimentação de rotor 130 pode fluir para quaisquer das extremidades axiais (extremidade de acionamento 56 e extremidade de não acionamento 58) do invólucro 52 e sair como um fluxo de dreno de extremidade de acionamento 138 ou um fluxo de dreno de extremidade de não acionamento 140.

[0034] O circuito de alimentação de rotor 130, conforme ilustrado na figura 3, inicialmente se estende axialmente para longe do flange intermediário 112 na direção para a extremidade de não acionamento 58 da máquina elétrica 50. O circuito de alimentação de estator 128 inicialmente se estende em torno de um perímetro do invólucro 52 com passagens de refrigerante em serpentina 142 em múltiplos ramos espaçados axialmente. Por causa da interconexão de fluido do circuito de alimentação de estator 128 e do circuito de alimentação de rotor 130 na interseção 136, o circuito de alimentação de estator 128 pode ser considerado como incluindo a primeira abertura de entrada 110, a passagem a montante 134, e a segunda abertura de entrada 118. Alternativamente, o circuito de alimentação de rotor 130 pode ser considerado como incluindo a primeira abertura de entrada 110, a passagem a montante 134, e a segunda abertura de entrada 118.

[0035] As passagens de refrigerante em serpentina 142 do circuito de alimentação de estator 128 são formadas em uma superfície periférica interior 144 do invólucro 52, conforme mostrado na figura 5 e mostrado em relevo na figura 3. Com esse arranjo, fluxo de refrigerante através das passagens de refrigerante em serpentina 142 flui ao longo em contato físico com uma periferia externa 146 da pluralidade de laminações 78 do estator 72 para o resfriamento convectivo direto. No exemplo ilustrado com três ramos das passagens de refrigerante em serpentina 142, uma área de contato substancial é provida entre o refrigerante no circuito de alimentação de estator 128 e a periferia externa 146 da pluralidade de laminações 78, resultando em resfriamento significante. As passagens de refrigerante em serpentina 142 podem subsequentemente se conectar a um ou mais anéis de pulverização 148 (ver a figura 4) para refrigerar as voltas de extremidade axial 82, 84 dos enrolamentos de fio metálico 80 do estator 72.

[0036] O circuito de alimentação de rotor 130 é arranjado para transferir uma ou mais da primeira e segunda entradas de refrigerante 124, 126 da primeira abertura de entrada 110 e/ou da segunda abertura de entrada 118 para, e através de, o rotor 74. Para realizar isso, o circuito de alimentação de rotor 130 tem uma passagem axial externa 150 se estendendo axialmente a partir da segunda abertura de entrada 118 na direção para a extremidade de não acionamento 58 da máquina elétrica 50. Subsequentemente, na extremidade de não acionamento 58, uma passagem radial de extremidade 152 se estende radialmente para dentro na direção para o rotor 74. Uma passagem de refrigerante axial 154 se estende através do eixo de rotor 90 e ao longo do eixo geométrico de referência R. A passagem de refrigerante axial 154 termina em uma saída 156 do eixo de rotor 90 com um efluxo de refrigerante 158, que pode servir como lubrificação de ranhuras para o eixo de saída 64 ou para outro resfriamento a jusante do eixo de saída 64 fora da máquina elétrica 50.

[0037] O circuito de alimentação de rotor 130 se ramifica para fora da passagem de refrigerante axial 154 para fornecer refrigerante para o núcleo de rotor 92. Em particular, uma ou mais passagens radiais 160 intersecionam a passagem de refrigerante axial 154 em correspondentes orifícios de núcleo 162 e se estendem dentro do núcleo de rotor 92. Continuando a partir da uma ou mais passagens radiais 160, o núcleo de rotor 92 inclui passagens de refrigerante axiais 164 para permitir que refrigerante flua em ambas direções axiais para longe da uma ou mais passagens radiais 160. As passagens de refrigerante axiais 164 são circunferencialmente intercaladas com cada formato em V da pluralidade de cavidades 102 para fornecer refrigerante axialmente através do núcleo de rotor 92 e entre a pluralidade de laminações de rotor 98. Consequentemente, a passagem de refrigerante axial 154 do eixo de rotor 90 encaminha refrigerante para a uma ou mais passagens radiais 160, que encaminham refrigerante para a pluralidade de ímãs permanentes 104 no núcleo de rotor 92, que pode ser um local de geração de calor concentrada em algumas aplicações da máquina elétrica 50 com altas velocidades rotacionais. As placas de extremidade 100 permitem o efluxo de refrigerante a partir do circuito de alimentação de rotor 130 e provêm resfriamento condutivo do rotor 74. O circuito de alimentação de rotor 130 pode também prover passagens de refrigerante para o primeiro conjunto de mancal de roletes 94 e o segundo conjunto de mancal de roletes 96. No exemplo ilustrado, uma ou mais primeiras passagens radiais de mancal 166 intersecionam a passagem de refrigerante axial 154 nos correspondentes primeiros orifícios de mancal 168 e se estendem na direção para o primeiro conjunto de mancal de roletes 94. Similarmente, uma ou mais segundas passagens radiais de mancal 170 intersecionam a passagem de refrigerante axial 154 em correspondentes segundos orifícios de mancal 172 e se estendem na direção para o segundo conjunto de mancal de roletes 96.

[0038] Com referência também às figuras 7 e 8, o tampão 120 é ajustado em uma região superior 180 da segunda abertura de entrada 118 e provido com uma vedação de fluido 182, como uma gaxeta resiliente ou anel em O. O tampão 120 termina antes de uma região média 184 da segunda abertura de entrada 118. O orifício 132 é montado (por exemplo, ajustado por pressão) na segunda abertura de entrada 118 em uma região inferior 186 da mesma. A região inferior 186 pode ter um diâmetro reduzido com relação à região média184 ou à região superior 180. O orifício 132 pode ser formado de um material polimérico que provê um ajuste de vedação por fricção com a região inferior 186.

[0039] O orifício 132 tem um furo de dosagem 188 formado em um piso 190. O furo de dosagem 188 é dimensionado para prover uma predeterminada vazão de refrigerante desejada através do circuito de alimentação de estator 128 e/ou do circuito de alimentação de rotor 130. Em um exemplo discutido em detalhe abaixo, o furo de dosagem 188 é dimensionado com um diâmetro 192 para prover um suficiente fluxo de refrigerante através do circuito de alimentação de estator 128 de forma que um fluxo no um ou mais anéis de pulverização 148 proveja a pulverização desejada e as características de resfriamento desejadas para as voltas de extremidade axial 82, 84 do estator 72. Conforme mostrado, o piso 190 do orifício 132 se adelgaça em espessura na direção para o furo de dosagem 188 e o piso 190 é mais espesso do que as paredes verticais 194 do orifício 132, embora outros tamanhos e formatos relativos possam ser implementados.

[0040] Em outros exemplos, o orifício 132 pode ser permanentemente montado (por exemplo, aderido ou soldado) na região inferior 186 ou o orifício 132 pode ser integralmente formado como uma parte unitária do invólucro 52 e/ou do flange intermediário 112 (por exemplo, formado a partir do mesmo material ao mesmo tempo pelo mesmo processo). Deve ser notado que o termo “orifício”, quando usado aqui, denota uma estrutura física, que também pode ser conhecida como uma “placa de restrição” em aplicações removíveis, e o termo não é uma abertura genérica em uma estrutura. Em particular, um orifício é uma estrutura que inclui uma abertura dimensionada, como o furo de dosagem de exemplo 188, ou uma abertura similar (ou área estreitada) que produz características de fluxo desejadas. O furo de dosagem de exemplo 188 é dimensionado para produzir fluxo de refrigerante suficiente para a pulverização desejada a partir do anel de pulverização 148.

[0041] A segunda entrada de refrigerante 126 para a máquina elétrica 50 é seletivamente provida em um furo externo 116, como representado no exemplo da figura 8. Nesse exemplo, um acoplador 200 na região superior 180 afixa uma linha de alimentação 202 à segunda abertura de entrada 118. O acoplador 200 substitui o tampão 120 de outros exemplos ilustrados. A segunda entrada de refrigerante 126, similar à primeira entrada de refrigerante 124, se ramifica na proximidade à região média 184 da segunda abertura de entrada 118 para fluir tanto para o circuito de alimentação de estator 128, por intermédio do orifício 132, quanto para o circuito de alimentação de rotor 130, por intermédio da interseção 136.

[0042] Conjuntamente, as passagens de refrigerante 122 recebem uma ou mais da primeira entrada de refrigerante 124 na primeira abertura de entrada 110 e da segunda entrada de refrigerante 126 na segunda abertura de entrada 118. Fluxos de refrigerante tanto para o circuito de alimentação de estator 128 quanto para o circuito de alimentação de rotor 130 por intermédio da interseção 136. Uma vazão para dentro do circuito de alimentação de estator 128 é dosada pelo furo de dosagem 178 do orifício 132, e o equilíbrio de refrigerante passa para dentro do circuito de alimentação de rotor 130. Porque o fluxo de refrigerante para dentro do circuito de alimentação de rotor 130 é uma função do fluxo de refrigerante para dentro do circuito de alimentação de estator 128, o orifício 132 dosa fluxo de refrigerante para ambos do circuito de alimentação de rotor 130 e do circuito de alimentação de estator 128. No uso, o orifício 132 é facilmente (por exemplo, com ferramentas manuais) instalado, por intermédio de um furo externo 116 (depois de remover temporariamente o tampão 120 ou o acoplador 200). O orifício 132 pode também ser substituído ou removido através de um furo externo 116. Como um resultado, as características de resfriamento do circuito de alimentação de estator 128 e do circuito de alimentação de rotor 130 podem ser configuradas para aplicações diferentes sem o reprojeto da máquina elétrica 50 ou das passagens de refrigerante 122.

[0043] Para o circuito de alimentação de rotor 130 do exemplo ilustrado, fluxo de refrigerante a partir de uma ou mais da primeira entrada de refrigerante 124 e da segunda entrada de refrigerante 126 passa a interseção 136 e vai para a passagem axial externa 150. Refrigerante então flui radialmente para dentro através da passagem radial de extremidade 152 para a passagem de refrigerante axial 154 do rotor 74. Na passagem de refrigerante axial 154, o refrigerante flui axialmente na direção para a extremidade de acionamento 56, enquanto também se ramificando para fora radialmente através da uma ou mais passagens radiais 160, da uma ou mais primeiras passagens radiais de mancal 166, e da uma ou mais segundas passagens radiais de mancal 170. A partir da uma ou mais passagens radiais 160, o fluxo de refrigerante se ramifica em ambas as direções axiais através da passagem de refrigerante axial 164, passando através do núcleo de rotor 92 e para fora através de aberturas nas placas de extremidade 100. O refrigerante na passagem do refrigerante axial 154 que não se ramifica para fora termina ou sai na saída 156 do eixo de saída 64.

[0044] Com referência agora também à figura 9, as passagens de refrigerante em serpentina 142 do circuito de alimentação de estator 128 podem subsequentemente se conectar a um ou mais anéis de pulverização 148 (ver a figura 4) resfriamento adicional do estator 74. O um ou mais anéis de pulverização 148 são montados axialmente fora da pluralidade de laminações 78 do estator 72 para direcionar uma pulverização de refrigerante sobre uma ou mais correspondentes voltas de extremidade axial 82, 84. O um ou mais anéis de pulverização 148 são posicionados na superfície periférica interior 144 do invólucro 52 e axialmente além da pluralidade de laminações 78. O um ou mais anéis de pulverização 148 têm um formato anular que é coaxial com o eixo geométrico de referência R. Uma pluralidade de bocais 210 é provida em torno da circunferência do um ou mais anéis de pulverização 148. No exemplo ilustrado, a pluralidade de bocais 210 é provida em uma borda chanfrada 212 em uma porção radialmente interna e porção axialmente externa do um ou mais anéis de pulverização 148. A pluralidade de bocais 210 é espaçada a partir das voltas de extremidade axial 82, 84 dos enrolamentos de fio metálico 80 por um interstício axial 214. A pluralidade de bocais 210 é angulada com relação ao eixo geométrico de referência R e com relação a uma periferia externa 216 das voltas de extremidade axial 82, 84 dos enrolamentos de fio metálico 80 do estator 72.

[0045] A pluralidade de bocais 210 do um ou mais anéis de pulverização 148 é calibrada para prover a pulverização desejada e as características de resfriamento desejadas para refrigerar o estator 72, por exemplo na periferia externa 216 das voltas de extremidade axial 82, 84. Um fluxo de pulverização 218 a partir da pluralidade de bocais 210 deve ter velocidade suficientemente alta para ligar em ponte o interstício axial 214, mas velocidade suficientemente baixa para evitar a vaporização no interstício axial 214 e/ou evitar a deflexão de refrigerante para fora das voltas de extremidade axial 82, 84. Com o fluxo de pulverização 218 apropriadamente calibrado, refrigerante irá fluir ao longo da periferia externa 216 das voltas de extremidade axial 82, 84 e se espalhará de uma maneira geralmente semelhante a folha. Para esse fim, em um exemplo, o fluxo de pulverização 218 pode ter uma velocidade de aproximadamente 1-10 m/s, e, em alguns casos, 3 a 9 m/s, e é provido em um ângulo maior que 90 graus com relação à periferia externa 216 das voltas de extremidade axial 82, 84. Conforme notado acima, esse fluxo de refrigerante é fornecido para a pluralidade de bocais 210 por intermédio do circuito de alimentação de estator 128. A vazão de refrigerante através do circuito de alimentação de estator 128 é ditada pelo diâmetro 192 do furo de dosagem 188 do orifício 132. Consequentemente, o furo de dosagem 188 é dimensionado para comunicar uma velocidade de pulverização ao refrigerante para resultar na pulverização desejada e as características de resfriamento desejadas para o fluxo de pulverização 218. Em outros exemplos, o furo de dosagem 188 pode ser dimensionado para comunicar uma velocidade de pulverização diferente ao fluxo de pulverização 218 ou pode ser dimensionado para prover características de resfriamento particulares em outras áreas do circuito de alimentação de estator 128 e/ou do circuito de alimentação de rotor 130.

[0046] Para o circuito de alimentação de estator 128 no exemplo ilustrado, fluxos de refrigerante para o orifício 132 a partir de uma ou mais da primeira entrada de refrigerante 124 (via a interseção 136) e da segunda entrada de refrigerante 126. Fluxos de refrigerante através do furo de dosagem 188 do orifício 132 para dentro das passagens de refrigerante em serpentina 142. Conforme mostrado, refrigerante nas passagens de refrigerante em serpentina 142 flui em torno de uma maioria de uma circunferência da superfície periférica interior 144 do invólucro 52 em uma região axialmente central do invólucro, então as passagens de refrigerante em serpentina 142 se ramificam em ambas as direções axiais para o refrigerante flui em torno de uma maioria de uma circunferência da superfície periférica interior 144 próxima à extremidade de acionamento 56 e à extremidade de não acionamento do invólucro 52. Subsequentemente, fluxos de refrigerante para dentro do um ou mais anéis de pulverização e para fora da pluralidade de bocais 210. Refrigerante a partir da pluralidade de bocais 210 cruza o interstício axial 214 para entrar em contato com as voltas de extremidade axial 82, 84 dos enrolamentos de fio metálico 80. Subsequentemente, o refrigerante flui axialmente e pode também se espalhar circunferencialmente ao longo das voltas de extremidade axial 82, 84 substancialmente sem deflexão a partir das, ou rebatimento para fora das, voltas de extremidade axial 82, 84.

[0047] Deve ser notado que a vista da figura 9 está girada com relação à vista da figura 4, e a extremidade de não acionamento 58 do invólucro 52 é mostrada em seção transversal. Nessa vista, o fluxo de drenagem de extremidade de não acionamento 140 é mostrado passando através de uma abertura de saída de extremidade de não acionamento 220 formada no invólucro 52. Uma abertura similar de saída de extremidade de não acionamento (não mostrada) pode ser formada na extremidade de acionamento 56 da máquina elétrica 50.

[0048] O precedente descreve uma ou mais máquinas elétricas de exemplo em detalhe. Várias outras configurações são possíveis dentro do escopo dessa descrição, incluindo a configuração da máquina elétrica como um gerador ao invés de como um motor. Por exemplo, a máquina elétrica, acima descrita, utiliza a primeira ou segunda aberturas de entrada para receber um fornecimento de fluido refrigerante. Todavia, a máquina elétrica pode ser configurada com uma da primeira e segunda aberturas de entrada servindo como uma saída para fluido refrigerante. Adicionalmente, a primeira abertura de entrada pode ser provida em qualquer extremidade axial (extremidade de acionamento ou extremidade de não acionamento). A extremidade de acionamento da máquina elétrica pode ser considerada uma primeira extremidade axial ou uma segunda extremidade axial. Além disso, a máquina elétrica pode ser implementada para uma variedade de aplicações dentro de um dado veículo de trabalho. A máquina elétrica pode também ser implementada em outros veículos, outros veículos de trabalho, ou outras aplicações industriais. A bordo de um veículo de trabalho, a máquina elétrica pode ter vários locais e aplicações, incluindo uma ou mais máquinas elétricas energizando um eixo de rodas. A máquina elétrica pode também suplementar sistemas hidráulicos e componentes, tais como carregadores de extremidade dianteira hidráulicos ou válvulas hidráulicas controladas proporcionaisintegrais (PI). Embora duas máquinas elétricas sejam discutidas para a implementação com uma transmissão, outros números de máquinas elétricas podem ser usados nesse tipo de aplicação, incluindo um, três, ou mais motores elétricos.

EXEMPLOS ENUMERADOS DE MÁQUINA ELÉTRICA

[0049] Também, os exemplos seguintes são providos, que são enumerados para a referência mais fácil.

[0050] 1. Uma máquina elétrica incluindo: um conjunto de acionamento incluindo um estator e um rotor rotativo em torno de um eixo geométrico de acionamento com relação ao estator; e um invólucro contendo o conjunto de acionamento e tendo passagens de refrigerante, as passagens de refrigerante definindo uma primeira abertura de entrada, uma segunda abertura de entrada, um circuito de alimentação de estator, um circuito de alimentação de rotor, e uma interseção provendo comunicação de fluido entre o circuito de alimentação de estator e o circuito de alimentação de rotor; onde nas passagens de refrigerante recebem pelo menos uma entrada de refrigerante através de uma ou mais da primeira abertura de entrada e da segunda abertura de entrada para fornecer refrigerante para o rotor através do circuito de alimentação de rotor e para o estator através do circuito de alimentação de estator.

[0051] 2. A máquina elétrica de acordo com o exemplo 1, compreendendo adicionalmente um orifício nas passagens de refrigerante próximas à segunda abertura de entrada.

[0052] 3. A máquina elétrica de acordo com o exemplo 2, em que o orifício é de forma removível montado no invólucro.

[0053] 4. A máquina elétrica de acordo com o exemplo 2, em que o orifício é formado integralmente como uma parte unitária do invólucro.

[0054] 5. A máquina elétrica de acordo com o exemplo 1, em que a primeira abertura de entrada está em uma primeira extremidade axial do invólucro; e em que o circuito de alimentação de rotor inclui uma passagem axial externa no invólucro que se estende da interseção para uma passagem radial de extremidade em uma segunda extremidade axial do invólucro, a passagem radial de extremidade se estendendo para o rotor.

[0055] 6. A máquina elétrica de acordo com o exemplo 1, em que o invólucro inclui um corpo anular com uma superfície periférica interior em contato com uma periferia externa do estator; e em que o circuito de alimentação de estator define uma ou mais passagens em serpentina de refrigerante que, pelo menos em parte, são rebaixadas na superfície periférica interior e em que o refrigerante é encaminhado através da periferia externa do estator.

[0056] 7. A máquina elétrica de acordo com o exemplo 1, incluindo adicionalmente um anel de pulverização disposto em torno do eixo geométrico de acionamento dentro do invólucro em uma extremidade axial do invólucro, o anel de pulverização tendo passagens de refrigerante que conduzem de uma ou mais aberturas de entrada para uma ou mais saídas de pulverização, a uma ou mais aberturas de entrada estando em comunicação de fluido com o circuito de alimentação de estator do invólucro.

[0057] 8. A máquina elétrica de acordo com o exemplo 7, em que o anel de pulverização é espaçado do estator por um interstício axial se estendendo ao longo do eixo geométrico de acionamento; e em que o anel de pulverização pulveriza o refrigerante a partir da uma ou mais saídas de pulverização através do interstício axial para o estator.

[0058] 9. A máquina elétrica de acordo com o exemplo 8, compreendendo adicionalmente um orifício disposto dentro das passagens de refrigerante e tendo um furo de dosagem que é dimensionado para comunicar uma velocidade de pulverização ao refrigerante, suficiente para o refrigerante abranger o interstício axial e entrar em contato com o estator.

[0059] 10. A máquina elétrica de acordo com o exemplo 9, em que o furo de dosagem do orifício é dimensionado de forma que a velocidade de pulverização seja suficientemente baixa para evitar vaporização do refrigerante e a deflexão do refrigerante para fora do estator.

[0060] 11. A máquina elétrica de acordo com o exemplo 1, em que o invólucro tem uma primeira extremidade axial configurada para montar uma unidade de acionamento; em que a primeira abertura de entrada é uma abertura interna disposta na primeira extremidade axial do invólucro e se abre para um volume interno na primeira extremidade axial do invólucro entre a unidade de acionamento e o invólucro.

[0061] 12. A máquina elétrica de acordo com o exemplo 11, em que o invólucro inclui um corpo anular com uma periferia exterior; e em que a segunda abertura de entrada é uma abertura externa através da periferia exterior do corpo anular do invólucro.

[0062] 13. Em outras modalidades, uma máquina elétrica é provida que inclui: uma primeira roda tendo um primeiro cubo de roda; uma segunda roda tendo um segundo cubo de roda alinhada ao longo de um eixo geométrico de roda comum com a primeira roda; e um eixo energizado. O eixo energizado inclui: um alojamento de eixo; um cubo de eixo montado ao alojamento de eixo; um cubo de saída; um ou mais mancais de roda suportando o cubo de saída para rotação em torno do cubo de eixo ao longo de um eixo geométrico de rotação. O eixo energizado também inclui: um acionamento elétrico disposto, pelo menos em parte, dentro do alojamento de eixo; um conjunto de engrenagens de cubo disposto, pelo menos em parte, dentro do cubo de eixo e configurado para transmitir energia do acionamento elétrico para o cubo de saída para rotação do primeiro cubo de roda e do segundo cubo de roda; e um freio de roda disposto radialmente entre o cubo de eixo e o cubo de saída e axialmente, pelo menos em parte, entre o primeiro cubo de roda e o segundo cubo de roda, o freio de roda configurado para seletivamente permitir e deter a rotação do cubo de saída.

[0063] 14. A máquina elétrica de acordo com o exemplo 13, em que o invólucro tem um corpo anular com uma periferia exterior e uma primeira extremidade axial configurada para montar uma unidade de acionamento; em que a primeira abertura de entrada é uma abertura interna disposta na primeira extremidade axial do invólucro e se abre para um volume interno na primeira extremidade axial do invólucro entre a unidade de acionamento e o invólucro; e em que a segunda abertura de entrada é uma abertura externa através da periferia exterior do corpo anular do invólucro.

[0064] 15. A máquina elétrica de acordo com o exemplo 13, incluindo adicionalmente um anel de pulverização disposto em torno do eixo geométrico de acionamento dentro do invólucro, em uma extremidade axial da caixa, o anel de pulverização tendo passagens de refrigerante que conduzem de uma ou mais aberturas de entrada para uma ou mais saídas de pulverização, a uma ou mais aberturas de entrada estando em comunicação de fluido com o circuito de alimentação de estator do invólucro; em que o anel de pulverização é espaçado do estator por um interstício axial se estendendo ao longo do eixo geométrico de acionamento e o anel de pulverização pulveriza o refrigerante a partir da uma ou mais saídas de pulverização através do interstício axial para o estator; e em que o furo de dosagem é dimensionado para comunicar uma velocidade de pulverização ao refrigerante, suficiente para o refrigerante abranger o interstício axial e entrar em contato com o estator, enquanto evita a vaporização do refrigerante e a deflexão do refrigerante para fora do estator.

CONCLUSÃO

[0065] Os exemplos discutidos acima resultam em uma variedade de benefícios para a máquina elétrica descrita. Por exemplo, o sistema de resfriamento provê características de resfriamento melhoradas tanto através do estator quanto do rotor e a partir de uma única fonte. A primeira e segunda aberturas de entrada permitem o uso personalizado com vários arranjos de entrada/saída de refrigerante em uma variedade de aplicações. A máquina elétrica pode garantir um sistema de resfriamento que pode ser personalizado de várias maneiras para prover o resfriamento ideal para aplicações diferentes. Ao mesmo tempo, significantes componentes da máquina elétrica (por exemplo, alojamento de conjunto de acionamento) são inalterados, resultando em significante economias de custo e na simplificação de fabricação.

[0066] A terminologia usada aqui é somente para a finalidade de descrever modalidades particulares e não se destinada a ser limitativa da invenção. Quando usadas aqui, as formas singulares “um”, “uma”, e “o”, “a” são destinadas a incluir também as formas plurais, a menos que o contexto indique claramente o contrário. Será também entendido que os termos “compreende” e/ou “compreendendo”, quando usados neste relatório descritivo, especificam a presença de características, integradores, etapas, operações, elementos e/ou componentes mencionados, mas não excluem a presença ou a adição de um ou mais de outras características, integradores, etapas, operações, elementos, componentes, e/ou grupos dos mesmos.

[0067] A descrição da presente invenção foi apresentada para finalidades de ilustração e descrição, mas não é destinada a ser exaustiva ou limitada à invenção na forma descrita. Muitas modificações e variações serão aparentes para aqueles técnicos no assunto sem se afastar do escopo e espírito da descrição. As modalidades explicitamente referenciadas aqui foram escolhidas e descritas a fim de mais bem explicar os princípios da invenção e sua aplicação prática, e para permitir que outros técnicos no assunto compreendam a invenção e reconheçam muitas alternativas, modificações e variações no(s) exemplo(s) descrito(s). Consequentemente, várias modalidades e implementações diferentes daquelas explicitamente descritas estão dentro do escopo das reivindicações que seguem.

Claims (15)

1. Máquina elétrica (50), caracterizada pelo fato de que compreende:
   um conjunto de acionamento (70) incluindo um estator (72) e um rotor (74) rotativo em torno de um eixo geométrico de acionamento (R) com relação ao estator (72); e
   um invólucro (52) contendo o conjunto de acionamento (70) e tendo passagens de refrigerante (122, 142), as passagens de refrigerante (122, 142) definindo uma primeira abertura de entrada (110), uma segunda abertura de entrada (118), um circuito de alimentação de estator (128), um circuito de alimentação de rotor (130), e uma interseção (136) provendo comunicação de fluido entre o circuito de alimentação de estator (128) e o circuito de alimentação de rotor (130);
   em que as passagens de refrigerante (122, 142) recebem pelo menos uma entrada de refrigerante através de uma ou mais da primeira abertura de entrada (110) e da segunda abertura de entrada (118) para fornecer refrigerante para o rotor (74) através do circuito de alimentação de rotor (130) e para o estator (72) através do circuito de alimentação de estator (128).
2. Máquina elétrica (50) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente um orifício (132) nas passagens de refrigerante (122, 142) próximas à segunda abertura de entrada (118).
3. Máquina elétrica (50) de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que o orifício (132) é montado de forma removível no invólucro (52).
4. Máquina elétrica (50) de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que o orifício (132) é formado integralmente como uma parte unitária do invólucro(52).
5. Máquina elétrica (50) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a primeira abertura de entrada está em uma primeira extremidade axial do invólucro(52); e
   em que o circuito de alimentação de rotor (130) inclui uma passagem axial externa (150) no invólucro(52) que se estende da interseção (136) para uma passagem radial de extremidade (152) em uma segunda extremidade axial do invólucro (52), a passagem radial de extremidade se estendendo para o rotor (74).
6. Máquina elétrica (50) de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que o rotor (74) inclui:
   um eixo de rotor (90) se estendendo ao longo do, e girando em torno do, eixo geométrico de acionamento (R), o eixo de rotor (90) tendo uma passagem de refrigerante axial (154) se estendendo ao longo do eixo geométrico de acionamento (R) em comunicação de fluido com a passagem radial de extremidade (152) do circuito de alimentação de rotor (130);
   um núcleo de rotor (92) acoplado para corrotação com o eixo de rotor (90) em torno do eixo geométrico de acionamento (R), o núcleo de rotor (92) tendo uma ou mais passagens radiais (160) que intersecionam a passagem de refrigerante axial (154) do eixo de rotor (90); e
   uma pluralidade de ímãs permanentes (104) transportada pelo núcleo de rotor (92) e circunferencialmente espaçada em torno do eixo geométrico de acionamento (R);
   em que o circuito de alimentação de rotor (130) do invólucro (52) encaminha o refrigerante da passagem radial de extremidade (152) para a passagem de refrigerante axial (154) do eixo de rotor (90) que encaminha o refrigerante para a uma ou mais passagens radiais (160) do núcleo de rotor (92) que encaminha o refrigerante para a pluralidade de ímãs permanentes (104).
7. Máquina elétrica (50) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o invólucro(52) inclui um corpo anular com uma superfície periférica interior (144) em contato com uma periferia externa (146) do estator (72); e
   em que o circuito de alimentação de estator (128) define uma ou mais passagens de refrigerante em serpentina (142) que, pelo menos em parte, são rebaixadas na superfície periférica interior (144) e em que o refrigerante é encaminhado através da periferia externa (146) do estator (72).
8. Máquina elétrica (50) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que inclui adicionalmente um anel de pulverização (148) disposto em torno do eixo geométrico de acionamento (R) dentro do invólucro (52) em uma extremidade axial do invólucro (52), o anel de pulverização (148) tendo passagens de refrigerante que conduzem de uma ou mais aberturas de entrada para uma ou mais saídas de pulverização (210), a uma ou mais aberturas de entrada estando em comunicação de fluido com o circuito de alimentação de estator (128) do invólucro(52).
9. Máquina elétrica (50) de acordo com a reivindicação 8,
   caracterizada pelo fato de que o anel de pulverização (148) é espaçado do
   estator (72) por um interstício axial (214) se estendendo ao longo do eixo
   geométrico de acionamento (R); e
   em que o anel de pulverização (148) pulveriza o refrigerante a
   partir da uma ou mais saídas de pulverização (210) através do interstício axial
   (214) para o estator (72).
10. Máquina elétrica (50) de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente um orifício (132) disposto dentro das passagens de refrigerante e tendo um furo de dosagem (188) que é dimensionado para comunicar uma velocidade de pulverização ao refrigerante, suficiente para o refrigerante abranger o interstício axial (214) e entrar em contato com o estator (72).
11. Máquina elétrica (50) de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que o furo de dosagem (188) do orifício (132) é dimensionado de forma que a velocidade de pulverização seja suficientemente baixa para evitar vaporização do refrigerante e deflexão do refrigerante para fora do estator (72).
12. Máquina elétrica (50) de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que o furo de dosagem (188) do orifício (132) é dimensionado de forma que a velocidade de pulverização seja 3 a 9 m/s.
13. Máquina elétrica (50) de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que o estator (72) inclui:
    uma pluralidade de laminações ferromagnéticas anulares (78) presa conjuntamente e alinhada coaxialmente para formar uma pilha de laminações (76); e
    enrolamentos de fio metálico (80) formados de material condutor e envoltos em torno de pelo menos uma porção da pilha de laminações (76), os enrolamentos de fio metálico (80) tendo voltas de extremidade (82, 84) se estendendo axialmente além da pilha de laminações (76), as voltas de extremidade (82, 84) espaçadas a partir do anel de pulverização (148) pelo interstício axial (214);
    em que o anel de pulverização (148) pulveriza o refrigerante sobre as voltas de extremidade (82, 84).
14. Máquina elétrica (50) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o invólucro (52) tem uma primeira extremidade axial configurada para montar uma unidade de acionamento (70);
    em que a primeira abertura de entrada (110) é uma abertura interna disposta na primeira extremidade axial (56) do invólucro (52) e se abre para um volume interno na primeira extremidade axial (56) do invólucro (52) entre a unidade de acionamento (70) e o invólucro (52).
15. Máquina elétrica (50) de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelo fato de que o invólucro (52) inclui um corpo anular com uma periferia exterior; e
    em que a segunda abertura de entrada (118) é uma abertura externa através da periferia exterior do corpo anular do invólucro (52).

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