BR112015016133B1

BR112015016133B1 - Motor elétrico e estator

Info

Publication number: BR112015016133B1
Application number: BR112015016133-2A
Authority: BR
Inventors: David Calley
Original assignee: David Calley
Priority date: 2013-01-04
Filing date: 2014-01-06
Publication date: 2021-11-16
Also published as: MX2015008643A; JP2016503283A; JP7155023B2; SA515360720B1; WO2014107474A1; US9680339B2; MX349325B; EP2941813C0; US20190252928A1; US20170250579A1; EP2941813A4; US20150340912A1; US10320246B2; JP6499589B2; EP2941813B1; BR112015016133A8; US11081913B2; EP2941813A1; BR112015016133A2; JP2019075986A

Abstract

motor elétrico e porção magnética de estator. um estator feito de uma faixa metal que tem camadas múltiplas de metal rachado, e os motores feitos do mesmo são descritos. uma faixa que tem camadas múltiplas de metal é transformada em um estator tal como por achatar ou plissar a faixa para formar cada um ou pólo ou um estator que tem uma pluralidade de dentes de estator. o estator formado de faixa metal pode ser configurado em qualquer tipo adequado de motor, tal como um motor transversal axial de fluxo. um retorno magnético de fluxo também pode ser feito de faixa metal.

Description

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO Referência Cruzada para Pedidos Relacionados

[0001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido de Patente Provisório N° U.S. 61/848.457, depositado em 4 de janeiro de 2013, sendo que a sua totalidade é incorporada a este documento a título de referência.

Campo da Invenção

[0002] A presente invenção se relaciona aos estatores para motores elétricos e, em particular, aos estatores que compreendem uma fita amorfa de múltiplas camadas.

Fundamentos

[0003] A presente invenção é um motor de fluxo transversal axial que fornece alta densidade de torque, baixo custo de construção e fornece operação de RPM elevada fazendo uso de materiais que não exigem estampagem para montagem. O projeto usa um material de condução de fluxo e não-orientado em uma "fita" ou "tira", tipicamente formado por meio de corte. Para uma operação de RPM baixa, o aço ao silício funciona bem. Para uma operação de RPM elevada, o metal amorfo é um bom material de escolha no qual o mesmo tem uma permeabilidade alta e baixa perda em aplicações de frequência alta e baixa. O metal amorfo, como Metglass disponível pela Metglas Inc, Conway SC ou AT&M, Pequim, China, ou os materiais nanocristalinos são muito difíceis de serem usinados ou de assumirem formatos adequados para as configurações do estator.

[0004] Existe uma necessidade de um estator de motor/gerador feito de material que permita uma gama de materiais de corte não-orientados que incluem aço ao silício, metal amorfo e materiais nanocristalinos que também sejam simples de montar, sejam altos em densidade de torque, permitam tolerâncias restritas, necessitem de muito menos partes, reduzindo, desse modo, o custo de montagem e o potencial para partesPetição 870200052187, de 27/04/2020, pág. 13/27 serem incorretamente montadas ou posicionadas. Existe uma necessidade de um motor que tenha baixa perda em frequência rotatória baixa e elevada e especialmente os motores com contagens de polo elevadas, tais como os motores de fluxo transversais.

RESUMO DA INVENÇÃO

[5] Essa invenção se refere a um motor/gerador de fluxo transversal axial referido doravante neste documento como um motor AFTM. As peças de polo da armadura/estator do motor são feitas principalmente de uma fita ou tira de materiais magneticamente condutores cortados referidos doravante neste documento como tira. A tira é formada de camadas de material magneticamente adequado como aço ao silício, metal amorfo e material nanocristalino.

[6] A tira é formada de múltiplas camadas de material, tipicamente enrolando-se em um toroide. Em uma primeira configuração, os toroides são aplainados em barras que formam uma peça de polo com pelo menos uma extremidade remanescente não cortada para permitir que o fluxo viaje ao redor da extremidade que interage com o anel magnético. Em outras configurações dois ou mais polos podem ser formados a partir de um toroide. Esses podem ser formados dobrando-se ou pelo "pregueamento" para formar a pluralidade de dentes da armadura.

[7] A tira tem uma superfície superior e superfície inferior, uma primeira borda e uma segunda borda. A tira formou o polo ou o conjunto de polos podem ser posicionados com os polos adjacentes a um rotor com a borda de tira metálica voltada para o anel magnético. O anel magnético mostrado neste documento é formado de um conjunto de magnetos com concentradores de fluxo colocados entre o mesmo. Pode ser giratório ou estacionário, porém, para facilidade de discussão, será referida doravante neste documento como o rotor. O fluxo que tiver entrado nas bordas do polo ou conjuntos de polos viaja substancialmente ao longo das camadas sem cruzar as camadas para uma parte de retorno. A parte de retorno também pode ser formada de um toroide em tira ou outro material como SMC. Então, o fluxo passa de maneira substancialmente axial ao polo emparelhado ou conjunto de polos que circundam a bobina, O fluxo viaja novamente através da borda do polo ou conjunto de polos substancialmente no plano ao rotor,

[8] O polo ou conjuntos de polos formados da tira podem ser formados de modo que um vão seja deixado de modo que o fluxo tenha uma tendência maior em permanecer nos planos da tira. As camadas individuais da fita podem ser aderidas em posições discretas como, por exemplo, a aplicação de uma quantidade discreta de adesivo entre as duas camadas da fita. Em uma outra modalidade, um adesivo não contínuo pode ser aplicado a uma ou mais superfícies de uma camada de fita durante a formação do laço da fita ou da tira. Um adesivo pode ser um isolante de fluxo magnético ou condutor de fluxo magnético e pode fornecer um pequeno vão entre as camadas de fita. Ainda em outra modalidade, um isolante magnético pode estar configurado entre dois ou mais dos dentes formados do estator.

[9] Os polos ou conjuntos de polos ou, de outro modo, a tira formada pode estar posicionada ao redor de pelo menos um rotor como uma pilha de estatores. Uma pilha de estatores pode se estender ao redor de qualquer porção adequada do rotor que inclui, mas não se limita a, 30 graus elétricos ou mais, 60 graus elétricos ou mais, 120 graus elétricos ou mais, 180 graus elétricos ou mais, 360 graus elétricos ou mais e qualquer faixa entre os mesmos e que inclua os valores fornecidos. Em uma modalidade exemplificative, um motor compreende três metades do estator configuradas para aproximadamente 120 graus elétricos em cada lado do rotor formando 3 fases em um plano.

[10] Um motor elétrico conforme descrito neste documento pode compreender um rotor configurado entre uma primeira metade de estator e uma segunda metade de estator. O rotor pode ser qualquer tipo adequado de rotor incluindo, mas não se limitado a, um rotor de imã permanente (PM), um rotor de campo alternado, um rotor do tipo concentrador de fluxo de PM, um rotor de campo bobinado, um rotor de indução e um rotor do tipo que concentra fluxo de PM de baixa perda.

[11] Um estator pode ser feito com uso de uma tira, conforme descrita neste documento, de uma maneira muito barata e eficiente. Os materiais de corte fornecem tolerâncias muito altas e quando um material de corte for formado em uma tira que será usada para formar um estator, a aderência às tolerâncias restritas será bastante simplificada. Além disso, os materiais magneticamente condutores de corte, como o metal amorfo, são baratos, visto que não exigem usinagem para estampagem, não nem desperdiçam o material e permitem altas tolerâncias. Os metais amorfos e outros materiais de baixa perda magnética são caros e o corte para formar uma fita prevê utilização extremamente alta do material. Além disso, um estator pode ser feito com apenas três componentes, uma primeira metade de estator, uma segunda metade de estator e um retorno. Uma vez que todos os três desses componentes podem ser feitos de materiais de corte de alta precisão, as tolerâncias da montagem podem ser mantidas em níveis muito elevados. Uma tira formada de uma pluralidade de fitas fornece força mecânica elevada na direção axial. A tira pode ser facilmente formada, dobrada, pregueada e assumir formato na direção radial, mas é extremamente rígida na direção axial. Consequentemente, os dentes do estator podem ser facilmente formados sem comprometer a força do estator na direção axial.

[12] Um dente do estator pode compreender a tira, conforme descrito neste documento e a tira pode ser prensada em uma única peça de polo ou dobrada para formar quaisquer peças de polo em qualquer grau adequado, tal como 180 graus ou completamente em volta a si mesma ou qualquer outro ângulo adequado. Conforme mencionado acima, um vão pode ser deixado de modo que a dobra não seja dobrada e o fluxo que passa entre os planos possam ser reduzidos. Em algumas modalidades, uma tira é dobrada em volta de si mesma e as superfícies interiores tocam e/ou são unidas.

[13] O resumo da invenção é fornecido como uma introdução geral a algumas das modalidades da invenção e não se destina à limitação. Deve- se entender que as várias características e configurações das características descritas no Resumo podem ser combinadas de qualquer maneira para formar qualquer quantidade de modalidades da invenção. Algumas modalidades adicionais de exemplo que incluem as variações e as configurações alternativas da invenção são fornecidas neste documento.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[14] Os desenhos em anexo que são incluídos para fornecer um melhor entendimento da invenção e são incorporados e constituem uma parte deste relatório descritivo ilustram as modalidades da invenção e, juntamente com a descrição, servem para explicar os princípios da invenção.

[15] A Figura 1 mostra a uma vista isométrica de uma porção de um motor de fluxo transversal axial trifásico em plano exemplificativo que tem as metades de estator de tira configuradas em qualquer dos lados de um rotor.

[16] A Figura 2 mostra uma vista lateral do motor de fluxo transversal axial simplificado exemplificativo mostrado na FIG. 1.

[17] A Figura 3 mostra uma vista de seção transversal do motor de fluxo transversal axial exemplificativo mostrado na FIG. 2.

[18] A Figura 4A mostra uma vista lateral de uma tira exemplificativa que tem uma pluralidade de camadas de fita.

[19] A Figura 4B mostra uma vista lateral de uma tira exemplificativa que tem uma pluralidade de camadas de fita e um espaço 5 entre as camadas de fita.

[20] A Figura 5 mostra uma vista lateral de uma fita exemplificativa.

[21] A Figura 6 mostra uma vista lateral de um ciclo de tira exemplificativo configurado em um núcleo.

[22] A Figura 7A mostra uma vista lateral de um ciclo de tira exemplificativo.

[23] A Figura 7B mostra uma vista lateral de um laço de tira exemplificativo comprimido.

[24] A Figura 8 mostra uma vista lateral de uma tira simplificada exemplificativa formada em um estator que tem uma pluralidade de dentes de estator formados a partir da tira.

[25] A Figura 9 mostra uma vista lateral de uma tira exemplificativa formada em um estator que tem uma pluralidade de dentes de estator formados a partir da tira pregueada.

[26] A Figura 10 mostra uma vista lateral de uma tira simplificada exemplificativa formada em um estator que tem uma pluralidade de dentes de estator formados a partir da tira pregueada.

[27] A Figura 11 mostra uma vista isométrica de uma porção de um motor fluxo transversal exemplificativo que tem as metades de estator formadas da tira e configuradas em quaisquer lados do rotor e que mostram dentes angulados para permitir saídas de fio sem perda do fluxo e em formato de ciclo de cobre encurtado.

[28] A Figura 12 mostra uma vista explodida isométrica de uma porção de um motor de fluxo transversal trifásico em plano exemplificativo que tem as metades de estator formadas da tira e configurado em qualquer um dos lados do rotor com as porções de dentes de estator anguladas e a trajetória de bobina encurtada.

[29] A Figura 13 mostra uma vista lateral de uma porção de um motor de fluxo transversal assimétrico exemplificativo que tem três metades de estator formadas a partir das extremidades de tira e da entrada de bobina.

[30] A Figura 14 mostra uma vista lateral de uma metade de estator exemplificativa que consiste na tira formada e um retorno e que mostra os dentes angulados para permitir a saída de bobina e de fio sem reduzir a área de fluxo.

[31] A Figura 15 mostra uma vista isométrica de uma porção de um motor de fluxo transversal trifásico em plano duplo exemplificative que tem as metades de estator de tira configuradas em qualquer um dos lados de um rotor de dois rotores.

[32] A Figura 16 mostra uma vista isométrica de uma porção de um motor de fluxo transversal trifásico empilhado axialmente exemplificative que tem as metades de estator de tira configuradas em qualquer um dos lados de um rotor de três rotores.

[33] A Figura 17 mostra uma vista isométrica de uma porção de um motor de fluxo de transversal monofásico exemplificative que tem uma metade de estator de tira configurada em qualquer lado de um rotor.

[34] A Figura 18 mostra uma vista isométrica de uma porção de um motor de fluxo transversal monofásico exemplificativo que tem dentes distintos em qualquer um dos lados do estator.

[35] A Figura 19 mostra uma vista isométrica de um motor de fluxo transversal axial trifásico exemplificativo que tem dentes de estator distintos e compartilhamento de fluxo entre as fases.

[36] A Figura 20 é um gráfico de uma saída elétrica resultante do motor mostrado na FIG. 19.

[37] A Figura 21 mostra os dados usados para produzir o gráfico mostrado na FIG. 20.

[38] Os caracteres de referência correspondentes indicam partes correspondentes por todas das diversas vistas das figuras. As figuras representam uma ilustração de algumas das modalidades da presente invenção e não devem ser interpretadas como limitantes do escopo da invenção de qualquer maneira. Ademais, as figuras não estão necessariamente em escala, algumas características podem ser exageradas para mostrar os detalhes de componentes específicos. Portanto, os detalhes estruturais e funcionais específicos divulgados neste documento não deverão ser interpretados como limitantes, mas meramente como uma base representativa para os ensinamentos daqueles versados na técnica a empregar a presente invenção em uma variedade de maneiras.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES ILUSTRADAS

[39] Conforme usado neste documento, os termos "compreende", "compreendendo", "inclui", "incluindo", "tem", "tendo" ou qualquer outra variação dos mesmos são destinados a cobrir uma inclusão não exclusiva. Por exemplo, um processo, método, artigo ou aparelho que compreende uma lista de elementos não é necessariamente limitado apenas a esses elementos, mas podem incluir outros elementos não expressamente listados ou inerentes a tal processo, método, artigo ou aparelhos. Também, o uso de "um" ou "uma" é empregado para descrever os elementos e componentes descritos neste documento. Isso é feito apenas por conveniência e para dar um sentido geral do escopo da invenção. Essa descrição deve ser lida como incluindo um ou pelo menos um e o singular também inclui o plural, a menos que seja óbvio que se quis significar contrário.

[40] Certas modalidades exemplificativas da presente invenção são descritas neste documento e ilustradas nas figuras em anexo. As modalidades descritas são apenas para o propósito de ilustrar a presente invenção e não devem ser interpretadas como limitadoras do escopo da invenção. Outras modalidades da invenção e determinadas modificações, combinações e melhorias das modalidades descritas ocorrerão àqueles versados na técnica e em todas tais modalidades, combinações, modificações, melhorias alternativas estão dentro do escopo da presente invenção.

[41] A Figura 1 mostra a uma vista isométrica de uma porção de um motor de fluxo transversal trifásico em plano exemplificativo 70 que tem as metades de estator 12 configuradas em qualquer dos lados de um rotor 15. O estator compreende um primeiro conjunto de pilhas de estator 28-28" configuradas em um primeiro lado 51 do rotor 15 e um segundo conjunto de pilhas de estator configuradas no segundo lado 52 do rotor. A tira 30 é mostrada formada em um estator 12 que tem uma pluralidade de dentes 26. Um retorno 18 (não mostrado) é configurado no interior da bobina 16 e se acopla magneticamente a uma primeira metade de estator 20 em um primeiro lado 51 do rotor com uma segunda metade de estator 22 no segundo lado 52 do rotor. Esse estator tem um dente removido de cada lado de fase para fornecer uma área com fio. O rotor é compreendido de um conjunto de magnetos 90 e de concentradores de fluxo 91.

[42] A Figura 2 mostra uma vista lateral do motor 10 mostrada na FIG. 1. Três pilhas de estator 28-28" são configuradas em qualquer um dos lados do rotor 15 para conduzir fluxo a partir do rotor através da primeira metade de estator 20, através do retorno e para a segunda metade de estator 22 em um lado opositor do rotor. A bobina do retorno é configurada para estender entre uma primeira metade de estator e uma segunda metade de estator. A bobina de retorno é configurada no diâmetro interno do rotor Rdi conforme mostrado nas figuras 1 e 2, entretanto, um retorno e uma bobina poderiam ser configurados no diâmetro externo Rdo do rotor. O rotor mostrado na FIG. 1 e 2 é um anel que tem um diâmetro interno e externo, Rdi, Rdo respectivamente conforme mostrado. Novamente, a figura mostra um dente de cada metade de fase removido para acomodar o fio.

[43] A Figura 3 mostra uma vista de seção transversal tomada ao longo da linha AA do motor de fluxo transversal exemplificativo 10 mostrado na FIG. 2. A seção transversal mostra uma primeira metade de estator 20 configurada adjacente ao primeiro lado 51 do rotor 15 e uma segunda metade de estator 22 configurada adjacente ao segundo lado 52 do rotor 15. O retorno18 é mostrado configurado no diâmetro interno do rotor 15 e dentro da bobina 16. A bobina é circulada ao redor do retorno conforme retratado pelas duas seções da bobina 16,16’ na FIG. 3. O retorno é retratado como uma fita adesiva na FIG. 3, mas pode ser qualquer material condutor de fluxo magnético adequado. A porção magnética de estator conforme mostrada na FIG. 3 consiste em uma tira, desse modo a primeira metade de estator, a segunda metade de estator e o retorno todos consiste na tira, conforme descrito neste documento. Em algumas modalidades, uma ou mais das metades do estator podem ser fixadas ao retorno de modo que sejam pressionadas juntas ou com o uso de um adesivo. Conforme mostrado na FIG. 3 ambas a primeira e a segunda metade de estator 20, 22 são fixadas ao retorno 18. A largura Wt da metade de estator ou tira é mostrada na FIG. 3. O controle de tolerância pode ser mais facilmente controlado por meio de uma fita de corte que seja configurada como um estator como oposta a uma pluralidade de partes que exigem montagem para formar um estator e onde ocorre "acúmulos de tolerância". Além disso, a tira pode ser flexível ao longo do comprimento da fita, mas tem força considerável e é rígida em um plano perpendicular ao comprimento de tira ou direção axial.

[44] Conforme mostrado na FIG. 3, o fluxo se alterna através da bobina 16. O mesmo passa do rotor 15, através da borda de fita 31, através da primeira metade de estator 20, para fora da primeira borda da metade do estator 31 e para a primeira borda 94 do retorno 18, para fora da segunda borda da fita 96, para segunda borda da metade do estator 99, para a segunda metade de estator 22 e finalmente de volta para o rotor 15 através da segunda borda da metade de estator 99. O fluxo nessa modalidade flui substancialmente ao longo do plano das fitas e não exige que o fluxo flua através dos planos ou de plano a plano. Novamente, o ciclo magnético pode ser configurado no exterior do rotor versus no interior do rotor conforme mostrado na FIG. 3.

[45] Conforme mostrado na FIG. 4A, uma tira exemplificativa 30 compreende uma pluralidade de camadas de fita 36. As bordas das camadas de fita individuais compõem a borda de tira 31. Conforme mostrado na FIG. 4B uma tira exemplificativa 30 compreende um espaçador 32 entre a pluralidade de camadas de fita 36. Isso pode ser o ar como fator de espaçamento ou enchimento, ou o espaçador pode ser um material magneticamente condutor ou não condutor como, por exemplo, um adesivo aplicado em locais distintos na tira, tais como entre as camadas de fita ou à camada externa e/ou interna da fita. A espessura Tt da fita 30 é mostrada na FIG. 4A e 4B e pode ser de qualquer espessura adequada conforme descrito neste documento. Uma única fita 36 é mostrada na FIG. 5 com a única borda de fita 37. A espessura TI da única camada de fita 36 é mostrada na FIG. 5 e pode ser muito fino conforme descrito neste documento.

[46] Conforme mostrado na FIG. 6, uma tira exemplificativa 30 ou o ciclo de tira 34 são configurados em um núcleo 35. Conforme descrito, uma camada delgada de material magneticamente condutor pode ser cortado e admitido em um núcleo. As extremidades anterior e posterior da fita podem ser aderidas para prender a camada de fita ao ciclo. Conforme mostrado na FIG. 7A um ciclo de tira exemplificativo 34 foi removido do núcleo 35 e pode ser flexível e dobrado facilmente ao longo do comprimento do ciclo ou ao redor da circunferência do ciclo. O ciclo de tira 34 mostrado na FIG. 7A pode ser comprimido ao ponto de que a superfície interior do ciclo de tira entre em contato uma com a outra e o ciclo de tira comprimida no formato de um comprimento de tira.

[47] Conforme mostrado na FIG. 7B, um ciclo de tira 34 pode ser cortado ou uma pluralidade de camadas de fita podem ser empilhadas para formar uma tira 30 conforme mostrado na FIG. 7B. O comprimento de uma tira pode ser qualquer comprimento adequado Lt, conforme mostrado na FIG. 7B. A tira 30 mostrada na FIG. 7A é um ciclo de tira, enquanto que a tira 30 mostrada na FIG. 7B é uma tira distinta, tendo um comprimento entre uma primeira e uma segunda extremidade.

[48] Conforme mostrado na FIG. 8, um ciclo de tira exemplificativo 34 é formato no interior de uma pilha de estator 28 que tem uma pluralidade de dentes de estator 26 formada a partir da tira pregueada. O pregueado de tira 38 mostrado na FIG. 8 compreende as porções da tira unida por dobra com a superfície 40 de ciclo de tira interna 34 em contato ao longo do interior da dobra. A superfície interior 40, entretanto, não tem de entrar em contato para formar um pregueado ou um dente. O ciclo de tira 34 mostrado na FIG. 8 compreende uma primeira porção 44 da tira configurada com pregueados, ou dentes de estator 26, e a porção restante do ciclo de tira ou a segunda porção 45 configurada entre uma primeira extremidade e segunda extremidade da porção pregueada da tira. Em outra modalidade, uma tira 30 é formada em pregueados 38 ou dentes sem a segunda porção entre a primeira e a segunda extremidade da tira pregueada conforme mostrado na FIG. 9. Deve ser entendido que um ciclo de tira comprimida pode ser formado no interior da metade de estator conforme mostrado na FIG. 9 com todo o ciclo de tira pregueado, não tendo, desse modo, uma segunda porção de ciclo de tira conectando uma primeira extremidade e segunda extremidade de uma porção pregueada; todo o ciclo de tira pode ser formado como uma única peça.

[49] Conforme mostrado na FIG. 9, uma tira exemplificativa 30 é formada no interior do estator 28 que tem uma pluralidade de dentes de estator 26 formados a partir de uma tira distinta 30. Um ciclo de tira pode ser cortado para formar uma tira distinta conforme mostrado na FIG. 9. As extremidades da tira 39 da tira mostrada na FIG. 9 não estão em uma área que afetará as tolerâncias. As extremidades de tira podem ser aderidas à tira formada. O estator 28 compreende uma dobra de dente 46 e uma dobra de retomo 48 e pode ser dobrado em qualquer ângulo adequado de dobra Fa.

[50] Um ângulo de dobra Fa é um ângulo medido a partir de uma linha que se estende substancialmente em paralelo com uma superfície em um lado de uma dobra, a uma linha que se estende substancialmente em paralelo com a mesma superfície da tira em um lado opositor de uma dobra conforme mostrado na FIG. 9 e FIG. 10. As dobras de rotor 46 mostradas na FIG. 9 teriam um ângulo de dobra de substancialmente 180 graus visto que a superfície interior da tira toca ao longo da dobra de rotor.

[51] Conforme mostrado na FIG. 10 uma tira exemplificativa 30 é formada em uma pilha de estatores 28 que tem uma pluralidade de dentes de estator 26 formados a partir da tira pregueada. A pilha de estator 28 mostrada na FIG. 10 é formada a partir de um comprimento distinto de tira 30 e a superfície interna não entra em contato ao longo do interior dos pregueados. Esse tipo de pregueado pode ser referido como um pregueado do tipo dente de serra. O ângulo de dobra Fa desse tipo de pregueado é menor que o ângulo de dobra das dobras de rotor mostradas na FIG.9. Um pregueado sinusoidal que tem um formato sinusoidal também pode ser empregado na formação de uma pilha de estatores. Cada um dos dentes mostrados na FIG. 94 compreende uma abertura dentro do pregueado do dente. Esse vão pode reduzir as perdas.

[52] Conforme mostrado na figura 11, uma porção de um motor de fluxo transversal 10 trifásico em plano exemplificativo 70 compreende as metades de estator da tira formada configurada em qualquer um dos lados de um rotor 15. A FIG. 11 mostra angulações da saída interna dos dentes de modo que a folga para o fio possa ser fornecida sem reduzir a área dos dentes ou de fluxo. O motor é um tipo de motor trifásico em plano 70 que tem três estatores 28, 28', 28" em ambos o primeiro lado de motor 51 e o segundo lado de motor 52. Esses estatores podem ser idênticos ou não dependentes de requisitos de projeto e fabricação. Cada porção magnética de estator compreende uma primeira metade de estator 20 e uma segunda metade de estator 22 e um retorno (não mostrado claramente). A bobina 16 nessa modalidade é configurada ao redor do retorno e entre o primeiro dente de estator 26, ou o primeiro polo daquela fase e o último dente de estator 26", ou último polo da fase, e não segue o contorno do rotor conforme mostrado na FIG. 1. Além disso, as metades de estator são configuradas com as extremidades de entrada de bobina 62, por meio do qual a bobina pode entrar sem a perda de um dente de estator ou um polo ativo. O rotor e/ou o retorno que se dobram na extremidade de entrada de bobina 62 podem ser diferentes do rotor e/ou retorno que se dobram por todo o resto da metade de estator e podem ser diferentes por qualquer grau adequado incluindo mais que cerca de 10 graus, mais cerca de 30 graus, mais que cerca de 45 graus, mais que cerca de 60 graus, mais que cerca de 90 graus e qualquer faixa adequada entre e incluindo os valores fornecidos.

[53] A Figura 12 mostra o motor de fluxo transversal trifásico em plano exemplificativo 70 mostrado na FIG. 11, em uma vista explodida, através do qual cada um dos componentes da porção magnética de estator sejam mostrados incluindo a primeira metade de estator 20, o retorno 18 e a segunda metade de estator 22. Um retorno pode compreender uma ou mais porções como 18 e 18' conforme mostrado na FIG. 12 ou combinar 18 e 18' em 1 parte. As extremidades de entrada de bobina 26 são mais claramente mostradas na FIG. 12 também.

[54] A Figura 13 mostra uma vista lateral do motor de fluxo transversal trifásico em plano exemplificativo 70 mostrado na FIG. 11. Conforme mostrado na FIG. 13, motor de fluxo transversal exemplificativo 10 do fluxo compreende três estatores, 28-28" formados a partir da tira. Observa-se que o dente de estator são levemente deslocados para os polos ou superfícies de chaveamento de rotor para reduzir desgaste e ruído. Isso é uma configuração de estator assimétrico 60 conforme descrito neste documento. O estator é configurado como se houvesse 121 polos no rotor, porém, há apenas 120 polos. Além disso, o primeiro dente de estator 26 e o último dente de estator 26' do estator 28 são configurados para permitir a entrada da bobina sem a perda de um dente e polo útil, em uma configuração de extremidade de entrada de bobina 62. Essa configuração aumenta o poder e a eficiência do motor.

[55] Conforme mostrado em 14, uma metade de estator exemplificativa da tira formada 30. A tira compreende uma pluralidade de dobras 33, 33'. A dobra 33 é uma dobra interna, onde as superfícies interiores da tira são unidas por dobra ou em direção umas das outras. A dobra 33' é uma dobra externa, onde as superfícies externas da tira são unidas por dobra ou em direção umas das outras. Um estator pode compreender qualquer quantidade de dobras internas e externas, e cada dobra pode ter qualquer ângulo de dobra adequado Fa, conforme descrito neste documento. Uma tira com ângulo de substancialmente 180 graus é dobrada de volta em si mesma de modo que a tira em um lado da dobra esteja substancialmente alinhada com a tira do outro lado da dobra. Também são mostradas na FIG. 14 as extremidades de tira 39 e 39'. As extremidades de tira não estão localizadas em uma área que causaria qualquer distúrbio ou perda no fluxo de fluxo. A FIG 14 mostra a saída interna dos dentes angulados no retorno de modo que os requisitos de espaço para a bobina (não mostrada) tenham folga sem perdas de um dente e redução da área de fluxo.

[56] Conforme mostrado na Figura 15, uma porção de um motor de fluxo transversal 10 trifásico em plano exemplificativo 74 compreende metades de estator da tira formada configurada em qualquer lado dos dois rotores 15, 15'. A bobina 16 se estende ao longo de cada estator e tem uma volta de extremidade de bobina 65, através da qual a bobina é eletricamente continua com uma bobina que se estende ao longo do estator adjacente. A utilização muito alta da bobina é alcançada com esse projeto com apenas o conector de bobina não sendo efetivamente engatado na geração de potência.

[57] Conforme mostrado na Figura 16, porção de um motor de fluxo transversal trifásico empilhado axialmente exemplificativo 76 que tem as metades de estator de tira configuradas em qualquer um dos lados de um rotor de três rotores 15-15". As metades de estator 20, 22 se estendem substancialmente ao redor de todo o rotor 15", conforme mostrado na FIG. 16.

[58] A Figura 17 mostra uma vista isométrica de uma porção de um motor de fluxo transversal monofásico exemplificativo 78 que tem um estator 28 de tira 30 configurado em qualquer um dos lados de um rotor. Uma primeira metade de estator 20 e uma segunda metade de estator 22 se estendem substancialmente todo o diâmetro ao redor do rotor 15. As metades de estator compreendem as extremidades de entrada de bobina 62, 62' através do qual a bobina entra em contato podem ser estender na direção oposta da bobina e fora do estator 28. Esse estator é configurado como um estator assimétrico 60 através do qual os dentes de estator 26 são alinhados de maneira exemplar para os 121 polos e há apenas 120 polos.

[59] Conforme mostrado na FIG. 18, um motor de fluxo transversal axial 70, compreende uma pluralidade de dentes de estator distintos 2626"', também referidos como polos, configurados em qualquer um dos lados do rotor 15. Os dentes discretos de estator são os toroides enrolados com tira aplainada que são feitos a partir de partes de material distintas umas das outras. Cada dente de estator distinto compreende um vão 94 que reduz a tendência do fluxo de passar através dos planos da tira, o que causaria perda adicional. O retorno 18 fornece sustentação mecânica e transferências de fluxo do primeiro dente em um primeiro lado do rotor a um segundo dente em um segundo lado do rotor. O rotor 15 é compreendido de magnetos 90, 90’ e concentradores de fluxo 91 dispostos entre os magnetos. Os magnetos se estendem radialmente ainda mais que os concentradores de fluxo 91, conforme mostrado. Em uma modalidade exemplificative, os magnetos 90 se estende adicionalmente para frente em direção ao centro do motor, que os concentradores de fluxo 91. Apenas mostra-se uma porção do estator, dois dentes por lado, na FIG. 18 para permitir uma representação mais clara dos componentes.

[60] Conforme mostrado na FIG. 19, um arranjo de múltiplas fases onde o fluxo é compartilhado em vez de ter fases distintas axialmente conforme mostrado na FIG. 16. Cada pilha de estator 28 compreende 30 dentes de estator distintos 26 configurados radialmente. Cada dente, cu o polo, é feito de um toroide enrolado com tira aplainada. Os dentes são posicionados ao redor do retorno de toroide. O retorno mostrado é um toroide de tira enrolada. O motor de fluxo transversal axial 70 compreende três fases com um rotor por fase. Apenas quatro pilhas de estator compõem a montagem trifásica completa. Cada fase apenas exige uma pilha de estator adicional, enquanto que anteriormente se exigia duas pilhas de estator geralmente separadas por fase. Portanto, esse projeto de motor fornece melhor eficiência, tamanho menor e peso inferior para cada saída dada. Cada rotor 15 compreende um magneto 90 e concentração de fluxo 91.

[61] A Figura 20 mostra a saída elétrica de três fases do motor mostrado na FIG. 19. Pode ser visto que embora haja algumas diferenças de fase para fase, as mesmas podem ser essencialmente a mesma que três motores monofásicos discretos e separados, conforme mostrado na FIG. 16.

[62] A Figura 21 mostra os dados usados para produzir o gráfico mostrado na FIG. 20. Uma variação de aproximadamente +/- 2% na tensão entre as fases ocorre. Pequenos refinamentos podem ser exigidos para algumas aplicações. As variações mostradas também podem ser resultantes da imprecisão de modelagem, como, por exemplo, aquela causada pelas escolhas de preenchimento.

Definições

[63] A tira, conforme usada neste documento, é definida como uma pluralidade de fita magneticamente condutoras de corte configuradas uma em cia da outra. Uma tira pode ser um ciclo de tira em que a mesma é essencialmente contínua ou distinta tendo um comprimento entre uma primeira e uma segunda extremidade. Uma tira ou uma fita pode ter uma espessura adequada.

[64] Acoplar magneticamente, conforme usado no presente documento, significa que o fluxo magnético pode fluir de um material a outro. Um material que acopla magneticamente um primeiro artigo a um segundo artigo conduz fluxo magnético a partir do primeiro artigo e a um segundo artigo.

[65] Os dentes ou um dente, conforme usado neste documento, é um polo quando configurado em um motor elétrico ou em um gerador.

[66] Um estator, conforme usado este documento, talvez seja fixo, articulado ou girante ou móvel.

[67] Uma armadura, conforme usada neste documento, talvez seja fixa, articulada ou girante ou móvel.

[68] Um rotor, conforme usado este documento, talvez seja fixo, articulado ou girante ou móvel.

[69] Um polo ou uma parte do polo, conforme usada neste documento, se refere a um dente de estator.

[70] Será evidente para aqueles versados na técnica que várias modificações, combinações e variações podem ser feitas na presente invenção sem se afastar do espírito ou do escopo da invenção. As modalidades, recursos e elementos específicos descritos neste documento podem ser modificados e/ou combinados de qualquer maneira adequada. Desse modo, pretende-se que a presente invenção cubra as modificações, combinações e variações desta invenção desde que elas estejam no escopo das reivindicações em anexo e seus equivalentes.

Claims

1. Motor elétrico (10), compreendendo:um estator (12) compreendendo uma pluralidade de dentes de estator (26);um rotor (15);o rotor (15) e o estator (12) estando configurados operativamente para rotacionar em relação um ao outro, em torno de um eixo de motor;um vão axial entre o rotor (15) e os dentes de estator (26); eum retorno de fluxo magnético (18); o motor elétricocaracterizado por:a pluralidade de dentes de estator (26) compreendendo tira dobrada (30);a tira dobrada (30) compreendendo uma pluralidade de camadas de fita de material condutor de fluxo (36) tendo uma largura (Wt) entre a primeira borda e a segunda borda;a tira dobrada (30) compreendendo uma dobra de rotor (46) e uma dobra de retorno (48);a primeira borda (31) da tira dobrada (30) na dobra de rotor (46) alinhada adjacente ao rotor (15) e a primeira borda (31) da tira dobrada na dobra de retorno (48) alinhada adjacente ao retorno (18);em que o motor (10) é configurado operacionalmente para conduzir um fluxo magnético a partir do rotor (15) atravessando o vão axial para a primeira borda (31) da tira dobrada (30’) na dobra de rotor (46) e de volta, saindo pela primeira borda (31) da tira dobrada (30’) para o retorno de fluxo magnético (18) na dobra de retorno (48).

2. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de dentes de estator compreende dentes distintos de estator compreendendo porções de tira dobrada distintas.

3. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que cada uma das porções de tira dobrada discretas compreende um vão (94) dentro das porções de tira dobrada discretas.

4. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que cada uma das porções de tira dobrada distintas compreende um toroide enrolado com tira aplainada.

5. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de dentes de estator compreende dois ou mais dentes de estator contíguos, e os dois ou mais dentes de estator contíguos compreendem um ciclo contínuo da tira dobrada.

6. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a tira dobrada é um ciclo contínuo.

7. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a tira dobrada compreende um espaçador (32) entre a pluralidade de camadas de fita.

8. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma porção das dobras da tira dobrada tem um ângulo de dobra de substancialmente 180 graus.

9. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o estator compreende uma primeira metade de estator (20) tendo a pluralidade de dentes de estator e uma segunda metade de estator (22) tendo a pluralidade de dentes de estator, o retorno de fluxo magnético é concêntrico ao rotor e é posicionado axialmente entre a primeira metade de estator e a segunda metade de estator, e o rotor é posicionado axialmente entre os dentes de estator da primeira metade de estator e os dentes de estator da segunda metade de estator.

10. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o estator é configurado como um estator assimétrico.

11. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o estator compreende uma primeira metade de estator (20) tendo uma pluralidade de dentes de estator e uma segunda metade de estator (22), tendo uma pluralidade de dentes de estator, e o retorno de fluxo magnético é concêntrico ao rotor e posicionado axialmente entre a primeira metade de estator e a segunda metade de estator.

12. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 11,caracterizado pelo fato de que o retorno magneticamente acopla a primeira metade de estator à segunda metade de estator.

13. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o retorno compreende uma pluralidade de camadas de fita de material condutor de fluxo tendo uma largura axial entre uma primeira borda de retorno e uma segunda borda de retorno, e o retorno compreende uma tira compreendendo uma primeira borda de retorno e uma segunda borda de retorno e uma pluralidade de camadas de fita, por meio das quais o motor é operacionalmente configurado para conduzir o fluxo magnético da primeira metade de estator para a primeira borda de retorno do retorno, através do retorno, e saindo pela segunda borda de retorno do retorno para a segunda metade de estator.

14. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o retorno provê apoio mecânico para a primeira metade de estator e a segunda metade de estator.

15. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o retorno compreende uma primeira borda de retorno (94) adjacente à primeira metade de estator e uma segunda borda de retorno (96) adjacente à segunda metade de estator, por meio da qual o motor é operacionalmente configurado para conduzir o fluxo magnético da primeira metade de estator através do retorno para a segunda metade de estator.

16. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende, adicionalmente, uma bobina (16) configurada em torno do retorno.

17. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o motor compreende uma pluralidade de estatores.

18. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o motor compreende três estatores configurados em 120 graus elétricos um do outro.

19. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o rotor está posicionado axialmente entre os dentes de estator da primeira metade de estator e os dentes de estator da segunda metade de estator.

20. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o rotor é um rotor de campo alternado, um rotor do tipo concentrador de fluxo, ou um rotor do tipo concentrador de fluxo de perda baixa.

21. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o motor é um motor de fluxo transversal.

22. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que o motor de fluxo transversal é um motor de fluxo transversal do tipo axial trifásico em plano, um motor de fluxo transversal do tipo trifásico em plano duplo, um motor de fluxo transversal do tipo trifásico empilhado axialmente, ou um motor de fluxo transversal do tipo de fase única.

23. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as porções de tira dobrada compreendem pelo menos 200 camadas de fita.

24. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a tira dobrada tem uma espessura de pelo menos 5mm.

25. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a tira dobrada tem uma largura de não mais do que 3 cm.

26. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada uma das camadas de fita tem uma espessura de não mais do que 25um.

27. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o estator compreende pelo menos 180 dentes de estator.

28. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende um segundo rotor e em que os dentes de estator do estator são posicionados axialmente entre o rotor e o segundo rotor, por meio dos quais o motor é operacionalmente configurado para conduzir o fluxo magnético tanto do rotor quanto do segundo rotor, para o estator.

29. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que as primeiras e segundas metades de estator são configuradas como metades de estator assimétricas.

30. Estator, caracterizado por:a) uma primeira metade de estator (20) compreendendo uma tira dobrada (30’) que compreende:i. uma borda de tira da primeira metade de estator (31);ii. uma pluralidade de primeiras camadas de fita (36);iii. uma pluralidade de dentes de estator (26) que compreende;1. porções formadas da tira;b) uma segunda metade de estator (22) compreendendo uma tira dobrada (30) que compreende:i. uma borda de tira da segunda metade de estator (99);ii. uma pluralidade de segundas camadas de fita (36);iii. uma pluralidade de dentes de estator (26) que compreende;1. porções formadas da tira;c) um retorno (18);por meio do qual a borda de tira da primeira metade de estator (31) e a borda de tira da segunda metade de estator (99) são configuradas adjacentes a um rotor (15) e configuradas para conduzir um fluxo magnético do rotor (15) através das bordas de tira (31, 99).

31. Estator, de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de que o fluxo magnético é conduzido de um primeiro lado de um rotor à borda de tira da primeira metade de estator, através das primeiras camadas de fita, da borda de tira da primeira metade de estator a um retorno, do retorno à borda de tira da segunda metade de estator, através da segunda camada de fita, da borda de tira da segunda metade de estator de volta ao segundo lado do rotor.

32. Estator, de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de que compreende, adicionalmente:a. um retorno (18) compreendendo uma tira que compreende;i. uma primeira borda de retorno (94) e uma segunda borda de retorno (96); eii. uma pluralidade de camadas de fita (36);por meio da qual o fluxo magnético é conduzido da primeira metade de estator (20) à primeira borda de retorno (94) do retorno (18), através do retorno (18), e saindo pela segunda borda de retorno (96) do retorno (18), para a segunda metade de estator (22).

33. Motor elétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o motor é um motor polifásico compreendendo:a) duas pilhas de estator;b) uma bobina;c) um retorno;em que para cada fase adicional, uma pilha de estator, uma bobina e um retorno são adicionados.