BR112015020362B1 - Sistema de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial para resfriar e aumentar a densidade de energia de uma máquina elétrica giratória, montagem de estator para uma máquina elétrica, e método para transferir rapidamente o calor das bobinas de estator de uma máquina elétrica a um ar de resfriamento que flui através dos respiros de estator - Google Patents

Abstract

TUBULAÇÃO DE AQUECIMENTO DE COMPÓSITO DE RESPIRO RADIAL. A presente invenção se refere a um sistema de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial para resfriar e aumentar a densidade de energia de uma máquina elétrica. O sistema compreende uma pluralidade de montagens de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial, cada uma que compreende uma parte em fenda conectada de maneira térmica à uma parte de respiro. As partes em fenda são descartáveis dentro das respectivas fendas de estator de um pacote de núcleo do estator de uma montagem de estator da máquina elétrica. As partes de respiro são descartáveis dentro dos respiros de estator da montagem de estator. As partes em fenda absorvem o calor das bobinas de estator da montagem de estator e transferem o calor absorvido às partes de respiro. As partes de respiro rejeitam o calor transferido em um ar de resfriamento que flui através do respectivo respiro de estator, assim, transferindo rapidamente o calor da respectiva bobina de estator ao ar de resfriamento que flui através do respiro de estator e assim, aumentando muito a densidade de energia da máquina elétrica.

Description

Pedidos Relacionados

[001] Esse pedido reivindica o benefício do pedido provisório U.S.N° 61/768.680, depositado no dia 25 de fevereiro de 2013.

[002] O presente pedido se relaciona, em geral, ao assunto dapatente U.S. N°. 7.569.955, depositada no dia 4 de agosto de 2009, intitulada "ELECTRIC MOTOR WITH HEAT PIPES", e o pedido de patente U.S. N° 12/352.301, depositado no dia 12 de janeiro de 2009, intitulado "COMPOSITE HEAT PIPE STRUCTURE".

Campo Técnico

[003] Os presentes ensinamentos se referem às máquinaselétricas, por exemplo, motores, geradores, transformadores,condensadores sincronizados que têm densidade de energia aumentada que utilizam uma nova tecnologia de tubulação de aquecimento, apresentada aqui, para resfriar tais máquinas elétricas. Antecedentes da Invenção

[004] As declarações nessa seção simplesmente fornecem asinformações antecedentes que se referem à presente descrição e podem não constituir a técnica anterior.

[005] Tipicamente, grandes motores, geradores etransformadores (isto é, grandes máquina elétricas) removem o calor interno da maneira a seguir. O ar é ingerido em uma ou ambas as extremidades do rotor. O ar pode ser ingerido unicamente pela sucção criada pela ação de bombeamento do rotor ou assistida por ventiladores externos. Parte do ar de resfriamento ingerido sopra diretamente pelas voltas de extremidade da bobina de estator. Deve- se observar que algumas máquinas elétricas têm o ar que passou através do rotor e estator e é ligeiramente soprado de forma aquecida pelas voltas de extremidade da bobina exposta antes de sair (como é no caso com as máquinas ventiladas de única extremidade).

[006] O ar ingerido se movimenta de modo axial para baixo dorotor no espaço entre as barras de aranha de haste e é bombeado através dos respiros radiais do rotor pelas barras de rotor. O ar é, em seguida, bombeado através do vão de ar (o espaço radial entre o estator e o rotor) e nos respiros de ar radiais de estator. O ar entra no respiro de ar radial de estator e sopra pela cabeça de extremidade de bobina exposta (isto é, a seção de bobina na seção de respiro e não a seção de núcleo onde a bobina é circundada pelo ferro de núcleo do estator). O ar, em seguida, sopra através do descanso do respiro radial até que seja expelido no diâmetro externo do núcleo do estator. As seções de respiro radial se alternam com as seções do pacote do núcleo. Uma seção de núcleo típica tem 1,75 polegada de comprimento de as seções de respiro radial típicas têm 0,5 polegada de largura. No entanto, os tamanhos e proporções dos blocos de núcleo e seções de respiro de ar podem variar de maneira significativa a partir de um design para o outro. Além disso, alguns designs têm blocos de respiro do estator e rotor alinhados um ao outro, enquanto em outros designs, eles são deslocados.

[007] A descrição acima não inclui o fluxo de ar através daarmação, bráquetes de mancal, invólucros de ar, etc., uma vez que esses detalhes são específicos da máquina e são comumente conhecidos pelo versado na técnica.

[008] A densidade de energia de tais máquinas elétricas étermicamente limitada pela temperatura da bobina de estator. Em particular, a temperatura da bobina de estator é limitada pela temperatura máxima permitida do sistema de isolamento elétrico (isto é, o isolamento que circunda a bobina). Também deve-se observar que aproximadamente 50% das perdas totais do motor (que se manifestam como calor) são geradas dentro das bobinas de estator. O calor que é que é gerado dentro da bobina tem três trajetórias paralelas pelas quais ele pode ser eliminado: 1) convecção na seção pequena da bobina exposta (isto é, a parte da bobina que está na área de pacote do respiro) diretamente resfriado pelo fluxo de ar; 2) condução na área maior da bobina de estator que é circundada pelo ferro de núcleo do estator (isto é, a parte da bobina que está na seção de pacote do núcleo). Essa área é resfriada por condução de calor da bobina para o núcleo de ferro, e novamente por condução à medida que o calor se move de modo axial na seção de pacote de núcleo até que ele alcance a laminação mais externa na área de pacote do núcleo. Essa laminação mais externa de ferro de estator tem o calor removido através de convecção pelo ar de resfriamento à medida que se movimenta no respiro de ar radial; e 3) convecção nas voltas de extremidade da bobina exposta diretamente resfriadas pelo fluxo de ar.

[009] A temperatura da bobina de estator é um equilíbrio dequanto calor é gerado na bobina e como esse calor é rejeitado de forma eficaz através das três trajetórias paralelas conforme descrito acima. Essa temperatura máxima de bobina limita a energia máxima que uma máquina específica pode produzir.

[0010] Conforme descrito acima, aproximadamente metade docalor é gerada na bobina. Uma grande proporção da bobina é circundada pelo ferro de núcleo e assim, não é resfriado efetivamente. Por exemplo, se o respiro de ar tiver 0,5" de largura e o comprimento do pacote de núcleo do estator tiver 1,75", então, apenas 22% do comprimento da bobina são diretamente expostos ao ar de resfriamento. A resistência térmica é muito alta entre a bobina e a área de pacote de núcleo e a face do respiro radial (isso também é a laminação mais externa do pacote de núcleo), onde sofre convecção à corrente de ar. Essa trajetória de alta resistência térmica é a única trajetória de transferência de calor para a maior área da bobina do estator, onde a maior parte do calor gerado na bobina é gerada. Os detalhes sobre essa trajetória de transferência de calor longa e tortuosa que resulta na alta resistência térmica é como a seguir.

[0011] Dentro de uma seção de pacote de núcleo específica, ocalor é conduzido através da parte central da bobina de estator para as bordas externas da bobina. O calor é, em seguida, conduzido a partir da superfície externa da bobina de estator através do isolamento elétrico. O isolamento da bobina tem uma alta resistência térmica, mas é muito fino (tipicamente, 0,030 polegada por lado para a máquina elétrica de tensão média (4000 Volt), mas a espessura real varia de maneira significativa a partir de um design para o próximo). O calor é, em seguida, conduzido a partir do isolamento para as bordas de fenda do estator no núcleo do estator. As bordas são formadas a partir das laminações individuais. Todas as laminações no pacote de núcleo são produzidas como uma área de pacote de núcleo.

[0012] O calor é conduzido de modo radial e axial no núcleo doestator a partir da área de fenda para a superfície do respiro de ar radial. O núcleo do estator não é um bloco sólido de aço, mas consiste em placas de aço muito finas (isto é, as laminações do estator). Essas laminações têm isolamento nas superfícies que elevam ainda mais a resistência térmica e inibe a transferência de calor na direção axial. As laminações típicas do estator têm 0,018 polegada de espessura. A espessura da laminação varia de forma significativa de um design para o outro. Esse exemplo de uma máquina elétrica com um pacote de núcleo de 1,75 polegada de comprimento consiste em 95 laminações individuais. O impacto líquido da alta resistência térmica é que é necessário um maior diferencial de temperatura para mover uma determinada quantidade de calor. Por outro lado, a quantidade de calor que é transferida é limitada pelo aumento de temperatura entre onde o calor é gerado (a bobina do estator) e onde é rejeitado (o ar que flui através do respiro de ar radial). As máquinas elétricas são desenvolvidas para equilibrar a quantidade de calor que pode ser removida ao ficar abaixo do limite de temperatura máxima na bobina. Com frequência, os dispositivos de detecção de temperatura (como os dispositivos de temperatura da resistência (RTDs)) são posicionados diretamente na fenda do estator para medir a temperatura na bobina na fenda para garantir que o limite de temperatura máxima não se exceda. A bobina de estator é mostrada na figura 4.

[0013] Por fim, o calor sofre convecção ao ar que flui através dosrespiros de ar radiais. Há duas trajetórias onde o ar que flui absorve o calor: o ar que flui diretamente pela seção exposta mais curta da bobina de estator e o ar que flui através do resto do respiro de ar que absorve o calor que foi conduzido através do núcleo do estator.

Sumário da Invenção

[0014] O sistema de tubulação de aquecimento de compósito derespiro radial, descrito a seguir e ilustrado de maneira exemplar ao longo das várias figuras, melhora a capacidade de transferência de calor das máquinas elétricas, por exemplo, motores, geradores, transformadores. Ao se fazer isso, esse sistema aumenta a potencial de densidade de energia dessas máquinas elétricas. Assim, a máquina do mesmo tamanho será capaz de maior geração ou transformação de energia.

[0015] Em várias modalidades, a presente descrição fornece um sistema de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial para resfriar e aumentar a densidade de energia de uma máquina elétrica. Em geral, o sistema compreende uma pluralidade de montagens de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial, em que cada montagem de tubulação de aquecimento compreende uma parte em fenda conectada de maneira térmica para uma parte de respiro. A parte em fenda de cada montagem de tubulação de aquecimento é descartável dentro daquela respectiva da uma pluralidade de fendas de estator de um pacote de núcleo do estator de uma montagem de estator da máquina elétrica. A parte de respiro é descartável dentro daquele respectivo da uma pluralidade de respiros de estator da montagem de estator. A parte em fenda de cada montagem de tubulação de aquecimento é estruturada e pode ser operada para absorver o calor daquela respectiva de uma pluralidade de bobinas de estator da montagem de estator e transferir o calor absorvido to a parte de respiro. A parte de respiro de cada montagem de tubulação de aquecimento é estruturada e pode ser operada para rejeitar o calor transferido a partir da parte em fenda da respectiva montagem de tubulação de aquecimento em um ar de resfriamento que flui através do respectivo respiro de estator, assim, transferindo rapidamente o calor da respectiva bobina de estator ao ar deresfriamento que flui através do respiro de estator, e assim,aumentando muito a densidade de energia da máquina elétrica.

[0016] Essa descrição descreve e ilustra o sistema de tubulaçãode aquecimento de compósito de respiro radial e métodos para integrar o sistema de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial com uma máquina de rotação elétrica de indução. No entanto, deve-se compreender que o sistema de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial e métodos para a integração são igualmente aplicáveis a outras topologias e transformadores da máquina.

Breve Descrição dos Desenhos

[0017] Os desenhos aqui descritos são para propósitos deilustração apenas e não se destinam a limitar de forma alguma o escopo dos presentes ensinamentos.

[0018] A figura 1A é uma vista em seção transversal de umamáquina elétrica, sem uma armação e/ou compartimento, com ventilação de extremidade dupla que inclui um sistema de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial, de acordo com várias modalidades da presente descrição;

[0019] a figura 1B é uma vista em seção transversal isométrica damontagem de estator da máquina elétrica mostrado na figura 1 que inclui o sistema de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial, de acordo com várias modalidades da presente descrição;

[0020] a figura 2A é uma vista isométrica de uma de exemplo geralmontagem de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial do sistema de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial mostrado nas figuras 1A e 1B, de acordo com várias modalidades da presente descrição;

[0021] a figura 2B é uma vista isométrica de uma parte damontagem de estator mostrada na figura 1B, sem enrolamentos e o sistema de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial, que ilustra as fendas de estator nas quais as montagens de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial, em geral, mostradas nas figuras 2A e mostradas de modo exemplar nas figuras 3A, 4A, 5A e 6A de acordo com várias modalidades, são dispostas e que ilustram um de uma pluralidade de respiros de estator radial da montagem de estator mostrada na figura 1B através dos quais o ar de resfriamento flui para remover o calor a partir de uma extremidade de condensador e da parte de respiro de cada montagem de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial do sistema de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial, de acordo com várias modalidades da presente descrição;

[0022] a figura 3A é uma vista isométrica da montagem detubulação de aquecimento de compósito de respiro radial mostrada na figura 2A, de acordo com várias modalidades da presente descrição;

[0023] a figura 3B é uma vista isométrica de uma parte damontagem de estator mostrada na figura 1B, sem os enrolamentos, tendo a modalidade da montagem de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial mostrada na figura 3A disposta dentro dos fendas de estator;

[0024] a figura 3C é uma vista isométrica de uma parte damontagem de estator mostrada na figura 3B, tendo a modalidade da montagem de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial mostrada na figura 3A e os enrolamentos dispostos dentro dos fendas de estator;

[0025] a figura 4A é uma vista isométrica da montagem detubulação de aquecimento de compósito de respiro radial mostrada na figura 2A, de acordo com várias outras modalidades da presente descrição;

[0026] a figura 4B é uma vista isométrica de uma parte damontagem de estator mostrada na figura 1B, que inclui os enrolamentos de estator, tendo a modalidade da montagem de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial mostrada na figura 4A disposta dentro das fendas de estator;

[0027] a figura 5A é uma vista isométrica da montagem detubulação de aquecimento de compósito de respiro radial mostrada na figura 2A, de acordo com ainda várias outras modalidades da presente descrição;

[0028] a figura 5B é uma vista isométrica de uma parte da montagem de estator mostrada na figura 1B, que inclui os enrolamentos de estator, tendo a modalidade da montagem de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial mostrada na figura 5A disposta dentro dos fendas de estator;

[0029] a figura 6A é uma vista isométrica da montagem detubulação de aquecimento de compósito de respiro radial mostrada na figura 2A, de acordo com ainda várias outras modalidades da presente descrição;

[0030] a figura 6B é uma vista isométrica de uma parte damontagem de estator mostrada na figura 1B, que inclui os enrolamentos de estator, tendo a modalidade da montagem de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial mostrada na figura 6A disposta dentro dos fendas de estator.

[0031] Os números de referência correspondentes indicam aspartes correspondentes ao longo de várias vistas dos desenhos.

Melhor modo para a realização da Invenção

[0032] A invenção tem como base na tecnologia de tubulação deaquecimento. A tecnologia de tubulação de aquecimento é bem conhecida e não será explicada nessa descrição. Outras áreas de aplicabilidade dos presentes ensinamentos se tornarão evidentes a partir da descrição aqui fornecida. A descrição a seguir é meramente exemplar na natureza e, de modo algum, destina-se a limitar os presentes ensinamentos, aplicação ou usos. Ao longo desse relatório descritivo, os números de referência iguais serão usados para se referir aos elementos iguais.

[0033] Com referência às figuras 1A e 1B, conforme descritoacima, grandes máquinas elétricas, como a máquina elétrica 10 (mostrada sem uma armação ou compartimento), removem o aquecimento interno ao ingerir o ar de resfriamento na máquina em uma ou ambas as extremidades de um rotor à medida que o rotor gira durante o funcionamento da máquina. Particularmente, como ilustrado de modo exemplar nas figuras 1A, o ar de resfriamento (mostrado como setas) é retirado ou ingerido na máquina 10 em ambas as extremidades de um rotor 14 (isto é, extremidade ventilada dupla) que são conectadas a uma haste da máquina 18 através de uma pluralidade de barras de aranha de haste 22. Devido à rotação do rotor 14, o ar de resfriamento é, em seguida, retirado em respiros de rotor radial 26 e, subsequentemente, soprado ou impulsionado para fora de modo radial nos respiros de estator radial 30 da montagem de estator de máquina 34 e pelas partes das bobinas da máquina 38 que se estendem através dos respiros de estator 30. Em geral, o ar de resfriamento soprado através dos respiros de estator 30 e pelas bobinas, isto é, a extremidade de bobina vira, 38 remove o calor das bobinas 38 e escapa o calor removido (isto é, ar aquecido) das extremidades distais dos respiros de estator 30 para o exterior da máquina 10.

[0034] Agora, com referência às figuras 1A, 1B, 2A e 2B, a fim deacelerar e aumentar a remoção do calor das bobinas 38 e assim, aumentar a densidade de energia da máquina 10, a máquina 10 da presente descrição inclui um sistema de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial 42 que compreende uma pluralidade de montagens de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial 46 que tem pelo menos uma parte das mesmas disposta dentro dos respiros de estator 30. Mais particularmente, como descrito ainda abaixo e ilustrado de modo exemplar na figura 2A, cada montagem de tubulação de aquecimento de compósito 46 da tubulação de aquecimento sistema 42 compreende uma parte em fenda 50 e uma parte de respiro 54. A parte em fenda 50 de cada montagem de tubulação de aquecimento de compósito 46 está disposta dentro de uma respectiva de uma pluralidade de fendas de estator 56 (as fendas de estator 56 são melhor mostradas na figura 2B) e em contato com uma parte de uma respectiva bobina 38 disposta dentro da respectiva fenda de estator 56 (como melhor mostrado na figura 1B), enquanto a parte de respiro 54 é disposta com o respectivo respiro de estator 30 definido entre os pacotes de núcleo adjacentes do estator 58.

[0035] Em geral, a montagem de estator 34 compreende umapluralidade de pacotes de núcleo do estator laminado 58 cada um que inclui uma pluralidade de fendas de estator 56, e uma pluralidade de bobinas 38 dispostas dentro das fendas de estator 56. Mais especificamente, a pluralidade de pacotes de núcleo do estator 58 é unida, mas espaçada de modo que os espaços entre os pacotes de núcleo adjacentes do estator 58 fornecem os respiros de estator 30. Além disso, os pacotes de núcleo do estator são unidos de modo que as fendas de estator 56 de cada pacote de núcleo do estator 58 são alinhadas com as fendas de estator 56 de cada pacote adjacente de núcleo do estator 58, através do qual as bobinas 38 podem ser dispostas de modo longitudinal dentro das fendas adjacentes de estator 56, como ilustrado na figura 1B.

[0036] De modo Importante, a tubulação de aquecimento sistema42 compreende uma pluralidade das montagens de tubulação de aquecimento de compósito 46 que são descartáveis dentro da pluralidade, ou de todas as fendas de estator 56 em uma pluralidade, ou todos os pacotes de estator laminado 58. Particularmente, a tubulação de aquecimento sistema 42 pode ser disposta dentro da montagem de estator 34 de modo que a pluralidade, ou todas as fendas de estator 56 de uma pluralidade, ou todos os pacotes de núcleo do estator 58 têm uma parte em fenda 50 de uma respectiva montagem de tubulação de aquecimento de compósito 46 disposta ali com uma parte de respiro 54 de cada tubulação de aquecimento de compósito 46 disposta dentro do respectivo respiro de estator 30. A tubulação de aquecimento sistema 42 é estruturada e pode ser operada para maximizar o calor removido das bobinas de estator 38 e/ou fendas de estator 30 com um aumento mínimo na temperatura.

[0037] Agora, com referência às figuras 2A e 2B, conformedescrito brevemente acima, cada montagem de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial 46 do sistema de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial 42 compreende uma parte em fenda 50 conectada de maneira térmica a uma parte de respiro 54. A parte em fenda 50 de cada montagem de tubulação de aquecimento de compósito 46 compreende uma ou mais tubulações de aquecimento 62, cada que tem um evaporador, ou extremidade de absorção de calor 62A e um condensador, ou extremidade de rejeição de calor 62B. Em várias modalidades, a parte em fenda 50 pode incluir ainda um corpo externo (não mostrado na figura 2A) que tem uma ou mais tubulações de aquecimento 62 dispostas aqui de modo interno.

[0038] Como é conhecido, as tubulações de aquecimento, porexemplo, as tubulações de aquecimento 62, são um mecanismo de transferência de calor que podem transportar grandes quantidades de calor com uma diferença muito pequena na temperatura entre uma interface quente, por exemplo, as fendas de estator 56 e as bobinas 38 da montagem de estator 34, e uma interface fria/resfriada, por exemplo, do ar de resfriamento que flui através dos respiros de estator radial 30. De maneira específica, o calor é transferido a partir da extremidade de evaporador, por exemplo, extremidade de evaporador 62A, da tubulação de aquecimento à extremidade de condensador oposta, por exemplo, a extremidade de condensador 62B, da tubulação de aquecimento por uma transição rápida de um fluido de trabalho vaporizado de calor, disposta dentro da tubulação de aquecimento a partir da extremidade de evaporador à extremidade de condensador.

[0039] Mais particularmente, com relação à tubulação deaquecimento sistema 42 da presente descrição, a parte em fenda 50 de cada montagem de tubulação de aquecimento 46 é disposta dentro da respectiva fenda de estator 56 de modo que a extremidade de evaporador 62A de cada tubulação de aquecimento 62 (ou, em várias modalidades, a parte de extremidade de evaporador do corpo externo) está em contato térmico com a respectiva bobina de estator 38 e/ou uma parede da respectiva fenda de estator 56 (a partir daqui simplesmente referida como estando em contato com a respectiva fenda de estator 56) e a extremidade de condensador 62B de cada tubulação de aquecimento 62, que inclui a parte de respiro 54 (conforme descrito ainda abaixo) se estende para o respectivo respiro de estator 30 e estará em contato térmico com o fluxo de ar de resfriamento durante o funcionamento da máquina elétrica 10. Para uso na presente invenção, o contato térmico será entendido significar o contato direto e/indireto de modo que o calor pode ser rapidamente absorvido ou rejeitado entre as respectivas superfícies ou componentes.

[0040] A absorção de calor da respectiva bobina de estator e/oufenda 38/56 na extremidade de evaporador 62A irá aquecer a extremidade de evaporador 62A e fará com que o fluido de trabalho na extremidade de evaporador 62A vire vapor, aumentando assim a pressão de vapor dentro da tubulação de aquecimento 62. O calor latente de evaporação absorvido pela vaporização do fluido de trabalho remove o calor da respectiva bobina de estator e/ou fenda 38/56. Subsequentemente, a pressão de vapor na extremidade de evaporador 62A acima uma rápida transferência de massa do fluido de trabalho aquecido e vaporizado a partir da extremidade de evaporador 62A à extremidade de condensador 62B onde o vapor condensa e libera seu calor latente, através de uma parte de respiro 54, ao ar de resfriamento que flui através do respectivo respiro de estator radial 30, assim, transferindo rapidamente o calor da respectiva bobina de estator e/ou fenda 38/56 ao ar de resfriamento que flui através do respiro de estator 30. Consequentemente, o fluido de trabalho condensado flui de volta à extremidade de evaporador da tubulação de aquecimento e o ciclo é repetido.

[0041] Além disso, a parte de respiro 54 de cada montagem detubulação de aquecimento 46 é conectada de maneira térmica à extremidade de condensador da(s) respectiva(s) tubulação(s) de aquecimento 62 da montagem de tubulação de aquecimento parte em fenda 50. A parte de respiro 54 de cada montagem de tubulação de aquecimento 46 é estruturada e pode ser operada para aumentar a remoção de calor da(s) respectiva(s) extremidade(s) de condensador 62B da(s) respectiva(s) tubulação(s) de aquecimento 62, aumentando assim a transferência de calor da(s) respectiva(s) extremidade(s) de evaporador 62B, e aumentando assim a remoção de calor da respectiva bobina de estator e/ou fenda 38/56. De modo importante, mediante a pré-disposição da parte em fenda 50 na respectiva fenda de estator 56, cada parte de respiro 54 é disposta dentro do respectivo respiro de estator 30 de modo que ele fica diretamente na trajetória do ar de resfriamento soprado através do respectivo respiro de estator 30.

[0042] Em várias modalidades, a parte de respiro 54 de cadamontagem de tubulação de aquecimento compreende uma pluralidade de aletas de resfriamento 66 que é soldada (ou de outro modo fixa com bom contato térmico) à(s) extremidade(s) de condensador 62B da(s) respectiva(s) tubulação(s) de aquecimento 62 (ou ao corpo externo em modalidades em que a parte em fenda 50 inclui um corpo externo). As aletas de resfriamento 66 são espaçadas para permitir que o ar de resfriamento flua entre as aletas 66, fornecendo assim mais área superficial para o resfriamento do ar em contato com as aletas 66 e remover o calor de maneira mais rápida e eficiente.

[0043] Como brevemente descrito acima, durante a montagem damontagem de estator 34, a parte em fenda 50 de cada montagem de tubulação de aquecimento de compósito 46 da tubulação de aquecimento sistema 42 está disposta dentro da respectiva fenda de estator 56 de modo que, uma vez que a respectiva bobina 38 é disposta dentro dos respectiva fenda de estator 56, a parte em fenda 50 está em contato térmico com a respectiva bobina de estator e/ou fenda 38/56. Além disso, cada montagem de tubulação de aquecimento de compósito 46 está disposta dentro do respectivo pacote de núcleo do estator 58 de modo que a respectiva parte de respiro 54 é disposta dentro do respectivo respiro de estator 30 e diretamente na trajetória do ar de resfriamento. De maneira importante, a parte de respiro 54 de cada montagem de tubulação de aquecimento de compósito 46 é disposta dentro do respectivo respiro de estator 30, de modo que o ar de resfriamento irá passar através dos espaços entre e pelas superfícies/faces amplas das aletas de resfriamento 66.

[0044] Portanto, durante o funcionamento da máquina elétrica 10,o ar de resfriamento soprado através dos respiros de estator 30 irá passar através e pelas aletas de resfriamento 66 de cada montagem de tubulação de aquecimento de compósito 46 de todo o sistema de tubulação de aquecimento de compósito 42. Consequentemente, o calor será removido de maneira rápida e eficiente das partes de respiro 54, particularmente, a partir das extremidades de condensador da tubulação de aquecimento 62B, de cada montagem de tubulação de aquecimento de compósito 46 em todo o sistema de tubulação de aquecimento de compósito 42, assim, removendo de maneira rápida e eficiente o calor das extremidades de evaporador da tubulação de aquecimento 62A de cada montagem de tubulação de aquecimento de compósito 46 em todo o sistema de tubulação de aquecimento de compósito 42, assim, removendo de maneira rápida e eficiente o calor do bobinas de estator e/ou fendas 38/56 de toda a montagem de estator 34.

[0045] Em conformidade, através do sistema de tubulação deaquecimento de compósito de respiro radial 42 aqui descrito, o calor pode ser removido de maneira mais rápida e eficiente das bobinas de estator e/ou fendas de estator de uma máquina elétrica (como a máquina elétrica 10) que os sistemas e métodos conhecidos, assim, aumentando muito a densidade de energia de tais máquinas elétricas.

[0046] Agora, com referência às figuras 3A, 3B e 3C, em váriasmodalidades, cada montagem de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial 46 (em geral, descrita com relação às figuras 1A, 1B, 2A e 2B) podem compreender uma parte em fenda em duas partes 50 e uma parte de respiro em duas partes 54. Em tais modalidades, a parte em fenda 50 de cada montagem de tubulação de aquecimento de compósito 46 compreende uma primeira seção de tubulação de aquecimento 70 conectada de maneira térmica a uma segunda seção de tubulação de aquecimento 74 que coletivamente formam a(s) tubulação(s) de aquecimento 62 da modalidade geral mostrada na figura 2A. Adicionalmente, a parte de respiro 54 compreende um primeiro conjunto de aleta de resfriamento 78 e um segundo conjunto de aleta de resfriamento 82, cada que inclui uma pluralidade de aletas de resfriamento 84 que coletivamente formam as aletas de resfriamento 66 da modalidade geral mostrada na figura 2A. Tanto o primeiro quanto o segundo conjunto de aletas de resfriamento 78 e 82 são conectados de maneira térmica a uma extremidade de condensador 74B da segunda seção de tubulação de aquecimento 74 (que forma a(s) extremidade(s) de condensador da tubulação de aquecimento 62B da modalidade geral mostrada na figura 2A).

[0047] A primeira seção de tubulação de aquecimento 70compreende uma pluralidade de tubulações de aquecimento 86 que são unidas para formar um painel de tubulações de aquecimento 86. As extremidades de evaporador das tubulações de aquecimento 86 formam de maneira acumulativa uma extremidade de evaporador 70A da primeira seção de tubulação de aquecimento 70 e as extremidades de condensador das tubulações de aquecimento 86 formam de maneira acumulativa a extremidade de condensador 70B da primeira seção de tubulação de aquecimento 70. A segunda seção de tubulação de aquecimento 74 compreende uma ou mais tubulações de aquecimento 90 que têm extremidade(s) de evaporador que formam de maneira acumulativa a extremidade de evaporador 74A da segunda seção de tubulação de aquecimento 74 e extremidade(s) de condensador que formam de maneira acumulativa a extremidade de condensador 74B da segunda seção de tubulação de aquecimento 74. Como ilustrado na figura 3A, a extremidade de condensador 70B da primeira seção de tubulação de aquecimento 70 é conectado à extremidade de evaporador 74A da segunda seção de tubulação de aquecimento 74. Como ainda ilustrado na figura 3A, os primeiro e segundo conjuntos de aletas de resfriamento 78 e 82 são soldados (ou de outro modo fixos com bom contato térmico) à extremidade de condensador 74B da segunda seção de tubulação de aquecimento. Como ainda ilustrado na figura 3A, a primeira seção de tubulação de aquecimento 70 se estende a partir da segunda seção de tubulação de aquecimento 74 de modo ortogonal a partir da direção na qual os primeiro e segundo conjuntos de aletas de resfriamento 78 e 82 se estendem a partir da segunda seção de tubulação de aquecimento 74.

[0048] Em várias modalidades, as tubulações de aquecimento 86da primeira seção de tubulação de aquecimento 70 podem ser envolvidas no interior da um corpo externo (não mostrado). Adicionalmente, embora a segunda seção de tubulação de aquecimento 74 seja ilustrada de modo exemplar como tendo um formato retangular alongado, deve-se compreender que a segunda seção de tubulação de aquecimento alongada e retangular 74 mostrada pode ser ilustrativa de uma únca tubulação de aquecimento em formato de barra retangular 90, ou ilustrativa de uma pluralidade de tubulações de aquecimento 90 que tem um formato de barra retangular, um formato cilíndrico ou qualquer outro formato adequado, ou ilustrativa de uma pluralidade de tubulações de aquecimento 90 envolvidas dentro de um corpo externo em formato de barra retangular.

[0049] Como ilustrado nas figuras 3B e 3C, para implementar osistema de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial 42 que compreende a modalidade da montagem de tubulação de aquecimento de compósito 46 mostrada e descrita com relação à figura 3A, a extremidade de evaporador 70A da primeira seção de tubulação de aquecimento 70 de cada montagem de tubulação de aquecimento de compósito 46 é disposta dentro e ao longo de uma parede lateral da respectiva fenda de estator 56 de modo que uma face de cada uma da primeira seção de tubulação de aquecimento 70 está em contato térmico com o ferro de núcleo do estator e a face oposta está em contato térmico com a respectiva bobina 38. A primeira seção de tubulação de aquecimento 70 de cada montagem de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial 46 é relativamente fina. A espessura específica depende do design desejado e dos detalhes de fabricação da máquina elétrica 10 e das respectivas montagens de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial 46. Como será fácil e prontamente entendido pelo versado na técnica, as bobinas 38 são dispostas dentro das fendas de estator 56 depois que as montagens de tubulação de aquecimento de compósito 46 são dispostas dentro das fendas de estator 56 e dos respiros de estator 30, como descrito ali.

[0050] Uma vez que a primeira seção de tubulação deaquecimento 70 de cada montagem de tubulação de aquecimento de compósito 46 é disposta dentro da respectiva fenda de estator 56, a segunda seção de tubulação de aquecimento 74 é disposta ao longo de uma borda de topo (com relação à orientação do pacote de núcleo do estator 58 mostrado nas figuras 3B e 3C) de um da pluralidade de dedos de pacote de núcleo do estator 94 que definem as fendas de estator 56 e se estende ao longo de uma superfície de topo (com relação à orientação do pacote de núcleo do estator 58 mostrado nas figuras 3B e 3C) de um corpo anular 98 do respectivo pacote denúcleo 58 a partir do qual os dedos de pacote de núcleo 94 seestendem. Consequentemente, os primeiro e segundo conjuntos de aletas de resfriamento 78 e 82 também são dispostos ao longo de uma superfície de topo (com relação à orientação do pacote de núcleo do estator 58 mostrado nas figuras 3B e 3C) de um corpo anular 98 do respectivo pacote de núcleo 58. De maneira importante, a segunda seção de tubulação de aquecimento 74 e os primeiro e segundo conjuntos de aletas de resfriamento 78 e 82 de cada montagem de tubulação de aquecimento de compósito 46 são dispostos ao longo das superfícies de topo (com relação à orientação do pacote de núcleo do estator 58 mostrado nas figuras 3B e 3C) dos dedos de pacote de núcleo do estator 94 e do corpo 98, de modo que a segunda seção de tubulação de aquecimento 74 e os primeiro e segundo conjuntos de aletas de resfriamento 78 e 82 são dispostos dentro do respectivo respiro de estator radial 30 formado entre os pacotes de núcleo adjacentes do estator 58. Além disso, os primeiro e segundo conjuntos de aletas de resfriamento 78 e 82 são dispostos e orientados dentro do respectivo respiro de estator 30, de modo que o ar de resfriamento irá fluir entre as respectivas aletas de resfriamento 84. Embora a figura 3B mostre apenas de forma exemplar o ar que flui através dos dois primeiro e segundo conjuntos de aletas de resfriamento 78 e 74, deve- se compreender que durante o funcionamento da máquina elétrica 10, o ar de resfriamento irá fluir através dos primeiro e segundo conjuntos de aletas de resfriamento 78 e 74 de cada montagem de tubulação de aquecimento de compósito 46 do sistema de tubulação de aquecimento de compósito 42 (mostrado nas figuras 1A e 1B).

[0051] O processo acima é repetido para cada pacote de núcleo58 da montagem de estator 34 (mostrado na figura 1B). Em várias modalidades, a fim de reter cada montagem de tubulação de aquecimento de compósito 46, cada montagem de tubulação de aquecimento de compósito 46 pode ser soldada, ou fixa com bom contato térmico de qualquer maneira adequada, ao respectivo pacote de núcleo do estator 58.

[0052] Em várias modalidades, o sistema de tubulação deaquecimento de compósito 42 pode incluir uma pluralidade de espaçadores de desvio 102 dispostos dentro dos respiros de estator 30 entre os primeiro e segundo conjuntos de aletas de resfriamento 78 e 82 de montagens adjacentes de tubulação de aquecimento de compósito 46. Os espaçadores de desvio 102 têm, em geral, um formato em 'V e são estruturados e podem ser operados para direcionar o fluxo de ar de resfriamento nos respectivos primeiro e segundo conjuntos de aletas de resfriamento 78 e 82. Em várias implementações, os espaçadores de desvio 102 podem ser adicionalmente estruturados e podem ser operados para manter uma altura constante do respectivo respiro de estator 30, isto é, um espaço constante entre os pacotes de núcleo adjacentes 58. Para fornecer a ilustração adicional do fluxo de ar de resfriamento, a figura 3C mostra uma seção do rotor 14 e do respectivo respiro de rotor 26, e uma pluralidade de barras de rotor 106 dispostas sobre o rotor 14.

[0053] Em funcionamento, o calor é removido de cada respectivabobina de estator e/ou fenda 38/56 através da extremidade de evaporador 70A da primeira seção de tubulação de aquecimento 70 e transferido à extremidade de condensador 70B da primeira seção de tubulação de aquecimento 70. Portanto, a primeira seção de tubulação de aquecimento 70 de cada montagem de tubulação de aquecimento de compósito 46 absorve diretamente o calor à medida que é gerado na respectiva bobina 38. Subsequentemente, o calor é removido a partir da primeira seção de extremidade de condensador da tubulação de aquecimento 70B através da extremidade de evaporador 74A da segunda seção da tubulação de aquecimento 74. O calor removido da primeira seção de extremidade de condensador da tubulação de aquecimento 70B é, em seguida, transferido à extremidade de condensador 74B da segunda seção de tubulação de aquecimento e removido disso através do ar de resfriamento que flui através do primeiro e segundo conjuntos de aletas de resfriamento 82.

[0054] Agora, com referência às figuras 4A e 4B, em váriasmodalidades, a parte em fenda 50 de cada montagem de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial 46 (em geral, descrita com relação às figuras 1A, 1B, 2A e 2B), compreende um painel detubulação de aquecimento 110 que compreende uma pluralidade de tubulações de aquecimento 114. Adicionalmente, em tais modalidades, a parte de respiro 54 de cada montagem de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial 46 (em geral, descrita com relação às figuras 1A, 1B, 2A e 2B) compreende um conjunto de aleta deresfriamento 118 que inclui uma pluralidade de aletas de resfriamento 122 que é soldada (ou de outro modo fixa com bom contato térmico) a uma extremidade de condensador 110B do painel de tubulação de aquecimento 110 (que forma a(s) extremidade(s) de condensador da tubulação de aquecimento 62B da modalidade geral mostrada na figura 2A). Embora a figura 4A ilustre de forma exemplar o painel de tubulação de aquecimento 110 que compreende três grupos de tubulações de aquecimento 114 espaçados e unidos por uma seção intermediária sólida, sabe-se que o painel de tubulação de aquecimento 110 pode consistir em uma pluralidade de tubulações de aquecimento 114 unidas de modo consecutivo, como mostrado na figura 4B. Adicionalmente, em várias modalidades, as tubulações de aquecimento 114 podem ser envolvidas dentro de um corpo externo (não mostrado).

[0055] Como ilustrado na figura 4B, para implementar o sistema detubulação de aquecimento de compósito de respiro radial 42 que compreende a modalidade da montagem de tubulação de aquecimento de compósito 46 mostrada e descrita com relação à figura 4A, uma extremidade de evaporador 110A do painel de tubulação de aquecimento 110 de cada montagem de tubulação de aquecimento de compósito 46 é disposta dentro e ao longo de uma parede lateral da respectiva fenda de estator 56 de modo que uma face de painel de tubulação de aquecimento 110 está em contato térmico com o ferro de núcleo do estator e a face oposta está em contato térmico com a respectiva bobina 38. O painel de tubulação de aquecimento 110 de cada montagem de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial 46 é relativamente fino. A espessura específica depende do design desejado e dos detalhes de fabricação da máquina elétrica 10 e das respectivas montagens de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial 46. Uma vez que será fácil e prontamente entendido pelo versado na técnica, as bobinas 38 são dispostas dentro das fendas de estator 56 depois que as montagens de tubulação de aquecimento de compósito 46 são dispostas dentro das fendas de estator 56 e dos respiros de estator 30, como descrito ali.

[0056] À medida que o painel de tubulação de aquecimento 110 decada montagem de tubulação de aquecimento de compósito 46 é disposto dentro da respectiva fenda de estator 56, o conjunto de aleta de resfriamento 118 é disposto ao longo da borda de topo (com relação à orientação do pacote de núcleo do estator 58 mostrado na figura 4B) de um dos respectivos dedos de pacote de núcleo do estator 94 que definem as fendas de estator 56. De maneira importante, o conjunto de aleta de resfriamento 118 de cada montagem de tubulação de aquecimento de compósito 46 é disposto dentro do respectivo respiro de estator radial 30 formado entre os pacotes de núcleo adjacentes do estator 58. Além disso, o conjunto de aleta de resfriamento 11 8 é disposta e orientado dentro do respectivo respiro de estator 30, de modo que o ar de resfriamento irá fluir entre as respectivas aletas de resfriamento 122. Embora a figura 4B mostre apenas de forma exemplar o ar que flui através de dois do conjunto de aletas de resfriamento 118, deve ser entendido que durante o funcionamento da máquina elétrica 10, o ar de resfriamento irá fluir através do conjunto de aletas de resfriamento 118 de cada montagem de tubulação de aquecimento de compósito 46 do sistema de tubulação de aquecimento de compósito 42 (mostrado nas figuras 1A e 1B).

[0057] O processo acima é repetido para cada pacote de núcleo58 da montagem de estator 34 (mostrado na figura 1B). Em várias modalidades, a fim de reter cada montagem de tubulação de aquecimento de compósito 46, cada montagem de tubulação de aquecimento de compósito 46 pode ser soldada, ou fixa com bom contato térmico de qualquer maneira adequada, ao respectivo pacote de núcleo do estator 58.

[0058] Em funcionamento, o calor é removido de cada respectivabobina de estator e/ou fenda 38/56 através da extremidade de evaporador 110A do painel de tubulação de aquecimento 110 e transferido à extremidade de condensador 110B do painel de tubulação de aquecimento 110. Mais especificamente, o painel de tubulação de aquecimento 110 de cada montagem de tubulação de aquecimento de compósito 46 absorve diretamente o calor à medida que é gerado na respectiva bobina 38. Subsequentemente, o calor transferido ao painel de extremidade de condensador da tubulação de aquecimento 110B é removido do painel de extremidade de condensador da tubulação de aquecimento 110B através do ar de resfriamento que flui através das aletas 122 do conjunto de aleta de resfriamento 118.

[0059] Em várias modalidades, o sistema de tubulação deaquecimento de compósito 42 pode incluir uma pluralidade de espaçadores 124 dispostas dentro dos respiros de estator 30. Os espaçadores 124 são estruturados e podem ser operados para manter uma altura constante do respectivo respiro de estator 30, isto é, um espaço constante entre os pacotes de núcleo adjacentes 58. Para fornecer a ilustração adicional do fluxo de ar de resfriamento, a figura 4B mostra uma seção do rotor 14 e o respectivo respiro de rotor 26, e uma pluralidade de barras de rotor 106 dispostas sobre o rotor 14.

[0060] Agora, com referência às figuras 5A e 5B, em váriasmodalidades, a parte em fenda 50 de cada montagem de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial 46 (em geral, descrita com relação às figuras 1A, 1B, 2A e 2B), compreende um ou maistubulações de aquecimento 126 que têm extremidade(s) de evaporador 126A e extremidade(s) de condensador 126B. Embora a(s) tubulação(s) de aquecimento 126 seja(m) ilustrada(s) de modo exemplar, as figuras ilustradas 5A e 5B que têm um formato de barra quadrada e alongada, deve ser observado que a(s) a(s) tubulação(s) de aquecimento de barra quadrada e alongada 126 mostrada(s) nas figuras 5A e 5B pode(m) ser ilustrativa(s) de uma única tubulação de aquecimento de barra em formato quadrado 26, ou ilustrativa(s) de uma pluralidade de tubulações de aquecimento 126 que tem um formato de barra quadrada, um formato cilíndrico ou qualquer outro formato adequado, ou ilustrativa(s) de uma pluralidade de tubulações de aquecimento 126 envolvidas dentro de um corpo externo de barra em formato quadrado. Adicionalmente, em tais modalidades, a parte de respiro 54 de cada montagem de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial 46 (em geral, descrita com relação às figuras 1A, 1B, 2A e 2B) compreende um conjunto de aleta deresfriamento 130 que inclui uma pluralidade de aletas de resfriamento 134 que é soldada (ou de outro modo fixa com bom contato térmico) à extremidade de condensador 126B da(s) tubulação(s) de aquecimento 126 (que forma(m) a(s) extremidade(s) de condensador da tubulação de aquecimento 62B da modalidade geral mostrada na figura 2A).

[0061] Como ilustrado na figura 5B, para implementar o sistema detubulação de aquecimento de compósito de respiro radial 42 que compreende a modalidade da montagem de tubulação de aquecimento de compósito 46 mostrada e descrita com relação à figura 5A, a(s) extremidade(s) de evaporador 126A da(s) tubulação(s) de aquecimento 126 é(são) disposta(s) dentro e ao longo de uma parede lateral e uma parede de extremidade da respectiva fenda de estator 56, de modo que pelo menos um lado da(s) tubulação(s) de aquecimento 126 está em contato térmico com o ferro de núcleo do estator e pelo menos um do(s) lado(s) restante(s) está(ão) em contato térmico com a respectiva bobina 38. Como será fácil e prontamente entendido pelo versado na técnica, as bobinas 38 são dispostas dentro das fendas de estator 56 depois que as montagens de tubulação de aquecimento de compósito 46 são dispostas dentro das fendas de estator 56 e dos respiros de estator 30, como descrito ali.

[0062] Uma vez que a(s) tubulação(s) de aquecimento 126 decada montagem de tubulação de aquecimento de compósito 46 é(são) disposta(s) dentro da respectiva fenda de estator 56, o conjunto de aleta de resfriamento 130 é disposta ao longo da superfície de topo (com relação à orientação do pacote de núcleo do estator 58 mostrado na figura 5B) do corpo 98, o respectiva pacote de núcleo do estator 58 longitudinalmente adjacente a um dos respectivos dedos de pacote de núcleo do estator 94. De maneira importante, o conjunto de aleta de resfriamento 130 de cada montagem de tubulação de aquecimento de compósito 46 é disposto dentro do respectivo respiro de estator radial 30 formado entre os pacotes de núcleo adjacentes do estator 58. Além disso, o conjunto de aleta de resfriamento 130 é disposto e orientado dentro do respectivo respiro de estator 30, de modo que o ar de resfriamento irá fluir entre as respectivas aletas de resfriamento 134. Embora a figura 5B mostre apenas de forma exemplar o ar que flui através de dois do conjunto de aletas de resfriamento 130, deve ser entendido que durante o funcionamento da máquina elétrica 10, o ar de resfriamento irá fluir através do conjunto de aletas de resfriamento 130 de cada montagem de tubulação de aquecimento de compósito 46 do sistema de tubulação de aquecimento de compósito 42 (mostrado nas figuras 1A e 1B).

[0063] O processo acima é repetido para cada pacote de núcleo58 da montagem de estator 34 (mostrado na figura 1B). Em várias modalidades, a fim de reter cada montagem de tubulação de aquecimento de compósito 46, cada montagem de tubulação de aquecimento de compósito 46 pode ser soldada, ou fixa com bom contato térmico de qualquer maneira adequada, ao respectivo pacote de núcleo do estator 58.

[0064] Em funcionamento, o calor é removido de cada respectivabobina de estator e/ou fenda 38/56 através da(s) extremidade(s) de evaporador 126A da(s) tubulação(s) de aquecimento 126 e transferido à(s) extremidade(s) de condensador 126B. Mais especificamente, a(s) tubulação(s) de aquecimento 126 de cada montagem de tubulação de aquecimento de compósito 46 absorve(m) diretamente o calor à medida que ele é gerado na respectiva bobina 38. Subsequentemente, o calor transferido para a(s) extremidade(s) de condensador da tubulação de aquecimento 126B é removido da(s) extremidade(s) de condensador da tubulação de aquecimento 126B através do ar de resfriamento que flui através das aletas 134 do conjunto de aleta de resfriamento 130.

[0065] Conforme descrito acima, em várias modalidades, osistema de tubulação de aquecimento de compósito 42 pode incluir uma pluralidade de espaçadores 124 disposta dentro dos respiros de estator 30. Os espaçadores 124 são estruturados e podem ser operados para manter uma altura constante do respectivo respiro de estator 30, isto é, um espaço constante entre os pacotes de núcleo adjacentes 58. Para fornecer a ilustração adicional do fluxo de ar de resfriamento, a figura 5B mostra uma seção do rotor 14 e o respectivo respiro de rotor 26, e uma pluralidade de barras de rotor 106 dispostos sobre o rotor 14.

[0066] Agora, com referência às figuras 6A e 6B, em váriasmodalidades, a parte em fenda 50 de cada montagem de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial 46 (em geral, descrita com relação às figuras 1A, 1B, 2A e 2B), compreende uma ou maistubulações de aquecimento em formato de L 138 que têm uma perna de fenda 140 e uma perna de respiro 142. Em tais modalidades, a(s) perna(s) de fenda 140 compreende(m) a(s) extremidade(s) de evaporador 138A das tubulações de aquecimento em formato de L 138, e a(s) perna(s) de respiro 142 compreende(m) a(s) extremidade(s) de condensador 138B. Embora a(s) tubulação(s) de aquecimento em formato de L 138 é(são) ilustrada(s) de modo exemplar nas figuras 6A e 6B como tendo uma barra quadrada em formato de L alongado, deve ser observado que a(s) tubulação(s) de aquecimento de barra quadrada em formato em L e alongada 138 mostrada(s) nas figuras 6A e 6B pode(m) ser ilustrativa(s) de uma única tubulação de aquecimento de barra em formato quadrado e em formato de L 138, ou ilustrativa(s) de uma pluralidade de tubulações de aquecimento em formato de L 138 que tem um formato de barra quadrada, um formato cilíndrico ou qualquer outro formato adequado, ou ilustrativa(s) de uma pluralidade de tubulações de aquecimento em formato de L 126 envolvida dentro de um corpo externo de barra quadrada em formato em L. Adicionalmente, em tais modalidades, a parte de respiro 54 de cada montagem de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial 46 (em geral, descrita com relação às figuras 1A, 1B, 2A e 2B) compreende um conjunto de aleta deresfriamento 142 que inclui uma pluralidade de aletas de resfriamento 146 que é soldada (ou de outro modo fixa com bom contato térmico) à extremidade de condensador 138B da(s) tubulação(s) de aquecimento em formato de L 138 (que forma(m) a(s) extremidade(s) de condensador da tubulação de aquecimento 62B da modalidade geral mostrada na figura 2A).

[0067] Como ilustrado na figura 6B, para implementar o sistema detubulação de aquecimento de compósito de respiro radial 42 que compreende a modalidade da montagem de tubulação de aquecimento de compósito 46 mostrada e descrita com relação à figura 6A, a(s) perna(s) de fenda/extremidade(s) de evaporador 140/138A da(s) tubulação(s) de aquecimento em formato de L 138 é(são) disposta(s) dentro e ao longo de uma parede de extremidade da respectiva fenda de estator 56, de modo que um lado da(s) perna(s) de fenda/extremidade(s) de evaporador 140/138A é(são) em contato térmico com o ferro de núcleo do estator e o(s) lado(s) oposto(s) está(ão) em contato térmico com a respectiva bobina 38. Como será fácil e prontamente entendido pelo versado na técnica, as bobinas 38 são dispostas dentro das fendas de estator 56 depois que as montagens de tubulação de aquecimento de compósito 46 são dispostas dentro das fendas de estator 56 e dos respiros de estator 30, como descrito ali.

[0068] A(s) perna(s) de fenda/extremidade(s) de evaporador140/138A da(s) tubulação(s) de aquecimento em formato em L 138 de cada montagem de tubulação de aquecimento de compósito 46 é(são) disposta(s) dentro da respectiva fenda de estator 56, o conjunto de aleta de resfriamento 142 da(s) perna(s) de respiro 142 é disposto ao longo da superfície de topo (com relação à orientação do pacote de núcleo do estator 58 mostrado na figura 6B) do corpo 98 do respectivo pacote de núcleo do estator 58 adjacente àquele dos respectivos dedos de pacote de núcleo do estator 94. De maneira importante, o conjunto de aleta de resfriamento 142 de cada montagem de tubulação de aquecimento de compósito 46 é disposto dentro do respectivo respiro de estator radial 30 formado entre os pacotes denúcleo adjacentes do estator 58. Além disso, o conjunto de aleta deresfriamento 142 é disposto e orientado dentro do respectivo respiro de estator 30, de modo que o ar de resfriamento irá fluir entre asrespectivas aletas de resfriamento 146. Embora a figura 6B mostreapenas de forma exemplar o ar que flui através de dois do conjunto de aletas de resfriamento 142, deve ser entendido que durante o funcionamento da máquina elétrica 10, o ar de resfriamento irá fluir através do conjunto de aletas de resfriamento 142 de cada montagem de tubulação de aquecimento de compósito 46 do sistema de tubulação de aquecimento de compósito 42 (mostrado nas figuras 1A e 1B).

[0069] O processo acima é repetido para cada pacote de núcleo58 da montagem de estator 34 (mostrado na figura 1B). Em várias modalidades, a fim de reter cada montagem de tubulação de aquecimento de compósito 46, cada montagem de tubulação de aquecimento de compósito 46 pode ser soldada, ou fixa com bom contato térmico de qualquer maneira adequada, ao respectivo pacote de núcleo do estator 58.

[0070] Em funcionamento, o calor é removido de cada respectivabobina de estator e/ou fenda 38/56 através da(s) perna(s) de fenda/extremidade(s) de evaporador 140/138A da(s) tubulação(s) de aquecimento em formato de L 138 e transferido para a(s) perna(s) de respiro/extremidade(s) de condensador 142/138B. Maisespecificamente, a(s) tubulação(s) de aquecimento 138 de cada montagem de tubulação de aquecimento de compósito 46 absorve(m) diretamente o calor à medida que ele é gerado na respectiva bobina 38. Subsequentemente, o calor transferido para a(s) perna(s) de respiro da tubulação de aquecimento/extremidade(s) de condensador 142/138B é removido da(s) perna(s) de respiro da tubulação de aquecimento/extremidade(s) de condensador 142/138B através da ar de resfriamento que flui através das aletas 146 do conjunto de aleta de resfriamento 142.

[0071] Conforme descrito acima, em várias modalidades, osistema de tubulação de aquecimento de compósito 42 pode incluir uma pluralidade de espaçadores 124 disposta dentro dos respiros de estator 30. Os espaçadores 124 são estruturados e podem ser operados para manter uma altura constante da respectivo respiro de estator 30, isto é, um espaço constante entre os pacotes de núcleo adjacentes 58. Para fornecer a ilustração adicional do fluxo de ar de resfriamento, a figura 4B mostra uma seção do rotor 14 e o respectivo respiro de rotor 26, e uma pluralidade de barras de rotor 106 disposta sobre o rotor 14.

[0072] De acordo com as várias modalidades do sistema detubulação de aquecimento de compósito de respiro radial 42 descrito acima,há vários benefícios aqui descritos. Por exemplo, o calor é movido para longe das bobinas 38, ou seja, ele é movido a partir de um diâmetro radial interno da montagem de estator 34 (por exemplo, a extremidade da bobina de estator) para o diâmetro externo da montagem de estator 34 e a temperatura do núcleo do estator não é termicamente limitada, enquanto as bobinas de estator 38 têm um limite máximo de temperatura que deve ser aderido. Adicionalmente, o calor transferido das bobinas de estator 38 é muito melhorado. Através do sistema de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial 42, o calor ao longo de toda a área da bobina de estator é transferido através de tubulações de aquecimento altamente condutivas (por exemplo, tubulações de aquecimento 62, 86, 90, 114, 126 e 138) para a corrente de ar que flui através dos respiros de estator 30.

[0073] Além disso, o calor é rejeitado a partir da bobina ao longode um comprimento mais longo, por exemplo, 1,75 polegada, quando comparado ao ser rejeitado a uma corrente de ar por um comprimento mais curto, (por exemplo, 0,5 polegada, como nas máquinas elétricas tradicionais). Portanto, a resistência térmica da trajetória de rejeição de calor é muito menor do que se for transferido através de tubulações de aquecimento altamente condutivas (por exemplo, tubulações de aquecimento 62, 86, 90, 114, 126 e 138) em oposição à múltiplas placas de aço isoladas, como é conhecido no núcleo do estator ou nos pacotes de núcleo 58. Ainda, as aletas de resfriamento das várias modalidades dos conjuntos de tubulação de aquecimento de compósito 46 descritas acima (por exemplo, as aletas de resfriamento 66, 84, 122, 134 e 146) aumentam muito a área superficial em contato pelo ar de resfriamento que facilita a transferência de calor a partir das montagens de tubulação de aquecimento 46 ao ar de resfriamento. Essa área superficial depende da densidade da aleta (aletas por polegada), mas pode se comparar de maneira muito favorável à área da seção de bobina exposta na seção de vão de ar de uma máquina elétrica tradicional.

[0074] Conforme descrito acima, o sistema de tubulação deaquecimento de compósito de respiro radial 42 é integrado como parte do design geral da máquina elétrica 10. Além disso, o sistema de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial 42 pode ser disposto dentro dos respiros de estator radial encontrados nas máquinas elétricas tradicionais. Portanto, o ar flui através das aletas de resfriamento (por exemplo, aletas de resfriamento 66, 84, 122, 134 e 146) de cada montagem de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial 46 bem como faz em um respiro de estator radial tradicional. No entanto, com a implementação de um sistema de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial 42, conforme descrito acima, a resistência térmica das bobinas de estator 38 para o ar de resfriamento é muito inferior a uma máquina tradicional de respiro radial.

[0075] Como um resultado, uma quantidade maior de calor podeser removida das bobinas de estator 38 para qualquer diferença na temperatura elevada na máquina elétrica 10, que compreende o sistema de tubulações de aquecimento compósito de respiro radial 42, do que nas máquinas elétricas conhecidas. Isso, por sua vez, muda para uma densidade de energia de maior potencial. A partir de uma perspectiva de fabricação, a máquina elétrica 10 que compreende o sistema de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial 42 é construída de modo similar a uma máquina tradicional. No entanto, ao invés de inserir os respiros de ar radiais tradicionais, o sistema de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial 42 é implementado.

[0076] Embora o sistema de tubulação de aquecimento de respiroradial 42 tenha sido descrito aqui como sendo implementado na montagem de estator (isto é, a montagem de estator 34), sabe-se que o sistema de tubulação de aquecimento de respiro radial 42 também pode ser implementado em uma montagem de rotor de qualquer máquina elétrica de rotor em enrolamento.

[0077] Adicionalmente, sabe-se ainda que o sistema de tubulaçãode aquecimento de respiro radial 42 pode implementado de maneira rápida e eficiente aos enrolamentos de transformador de resfriamento. Em tais implementações, o sistema de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial 42 não seria um "respiro radial", mas seria configurado de maneira adequada para remover o calor diretamente do enrolamento de rotor ou bobina de enrolamento de transformador para uma área onde o calor poderia ser diretamente rejeijado para o ar de resfriamento externo.

[0078] Ainda, embora as modalidades aqui descritas tenham sidodescritas em que a parte em fendas 50 incluem as tubulações de aquecimento para transferir o calor do bobina de estator e/ou fenda 38/56, sabe-se que em várias modalidades, as tubulações de aquecimento na parte em fendas 50 podem ser substituídas por estruturas termicamente condutivas, por exemplo, cobre, alumínio, etc., placas e/ou barras que são conectadas de maneira térmica às partes de respiro 54.

[0079] A descrição aqui é meramente exemplar em sua natureza eassim, as variações que não se afastam do espírito do que é descrito são destinadas a estar dentro do escopo dos ensinamentos. Tais variações não devem se relacionar como um afastamento do espírito e escopo dos ensinamentos.

Claims (18)

1. Sistema de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial (42) para resfriar e aumentar a densidade de energia de uma máquina elétrica giratória, o dito sistema compreende uma pluralidade de montagens de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial (46), em que cada montagem de tubulação de aquecimento compreende:uma pluralidade de tubulações de aquecimento (62);uma parte em fenda (50) descartável dentro de um respectiva fenda de estator pacote de uma pluralidade de fendas de estator (56) de um pacote de núcleo de estator de uma pluralidade de pacotes de núcleo de estator (58) de uma montagem de estator (34) de uma máquina elétrica (10) de modo que as tubulações de aquecimento (62) estejam em contato com uma bobina de estator (38) dentro da respectiva fenda de estator (56), sendo que os pacotes de núcleo de estator (58) estão espaçados para fornecer uma pluralidade de respiros de estator (30) da montagem de estator (34), em que cada respiro de estator (30) é fornecido entre pacotes de núcleo de estator adjacentes (58); euma parte de respiro (54) conectada de maneira térmica à parte em fenda (50) por meio da pluralidade de tubulações de aquecimento (62) e descartável dentro de um respectivo respiro de estator da pluralidade de respiros de estator (30) da montagem de estator (34), caracterizado pelo fato de que:a parte em fenda (50) de cada montagem de tubulação de aquecimento (46) é estruturada e pode ser operada para conduzir o calor da respectiva bobina de estator (38) da montagem de estator (34) e transferir o calor absorvido à respectiva parte de respiro (54), ea parte de respiro (54) de cada montagem de tubulação de aquecimento (46) é estruturada e pode ser operada para rejeitar o calor transferido conduzido a partir da parte em fenda (50) da respectiva montagem de tubulação de aquecimento (46) em um fluxo de ar de resfriamento na medida em que o fluxo de ar de resfriamento flui através do respectivo respiro de estator (30), assim, transferindo rapidamente o calor da respectiva bobina de estator (38) ao ar de resfriamento que flui através do respiro de estator (30).

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a parte em fenda (50) de cada montagem de tubulação de aquecimento (46) compreende pelo menos uma tubulação de aquecimento (62) que tem uma extremidade de evaporador (62A) e uma extremidade de condensador (62B) às quais a parte de respiro (54) é conectada de maneira térmica.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a parte de respiro (54) de cada montagem de tubulação de aquecimento (46) compreende uma pluralidade de aletas de resfriamento (66) conectadas de maneira térmica à respectiva extremidade de condensador (62B) de pelo menos uma tubulação de aquecimento (62).

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a parte em fenda (50) de cada montagem de tubulação de aquecimento (46) compreende uma parte em fenda em duas partes (50) que compreende uma primeira seção de tubulação de aquecimento (70) conectada de maneira térmica a uma segunda seção de tubulação de aquecimento (74), em que:a primeira seção de tubulação de aquecimento (70)compreende pelo menos uma tubulação de aquecimento (62); ea segunda seção de tubulação de aquecimento (74)compreende pelo menos uma tubulação de aquecimento (62), em que a extremidade de condensador (62B) da primeira seção de tubulação de aquecimento pelo menos uma tubulação de aquecimento (62) é conectada de maneira térmica à extremidade de evaporador (62A) da segunda seção de tubulação de aquecimento pelo menos uma tubulação de aquecimento (62), e a parte em fenda (50) é conectada de maneira térmica à extremidade de condensador (62B) da segunda seção de tubulação de aquecimento pelo menos uma tubulação de aquecimento (62).

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a parte de respiro (54) de cada montagem de tubulação de aquecimento (46) compreende uma parte de respiro em duas partes (54) que compreende um primeiro conjunto de aleta de resfriamento (78) e um segundo conjunto de aleta de resfriamento (82), cada um conectado de maneira térmica à extremidade de condensador (62B) da segunda seção de tubulação de aquecimento pelo menos uma tubulação de aquecimento (62).

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a parte em fenda (50) de cada montagem de tubulação de aquecimento (46) compreende um painel de tubulação de aquecimento (110) que compreende uma pluralidade de tubulações de aquecimento (62) e a parte de respiro (54) é conectada de maneira térmica a uma extremidade de condensador (62B) do painel de tubulação de aquecimento.

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a parte em fenda (50) de cada montagem de tubulação de aquecimento (46) compreende pelo menos uma tubulação de aquecimento em formato de L (138) que tem uma perna de fenda (140) e uma perna de respiro (142) às quais a parte de respiro (54) é conectada de maneira térmica.

8. Montagem de estator (34) para uma máquina elétrica (10), a montagem de estator (34) compreende:uma pluralidade de pacotes de núcleo do estator (58) montados juntos de modo que uma pluralidade de respiros de estator (30) é formada entre os pacotes de núcleo adjacentes do estator (58); eum sistema de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial (42) disposto de modo parcial dentro de uma pluralidade de fendas de estator (56) de cada pacote de núcleo do estator (58) e parcialmente dentro dos respiros de estator (30), o sistema de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial (42) que compreende:uma pluralidade de montagens de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial (46), em que cada montagem de tubulação de aquecimento (46) compreende:uma pluralidade de tubulações de aquecimento (46);uma parte em fenda (50) descartável dentro daquela respectiva da uma pluralidade das fendas de estator (56) de um respectivo pacote de núcleo de estator (58) de modo que as tubulações de aquecimento (62) estejam em contato com uma bobina de estator (38) dentro da respectiva fenda de estator (56); ecaracterizada pelo fato de que compreende:uma parte de respiro (54) conectada de maneira térmica à parte em fenda (50) por meio da pluralidade de tubulações de aquecimento (54) e descartável dentro daquele respectivo dos respiros de estator (30), em que:a parte em fenda (50) de cada montagem de tubulação de aquecimento (46) é estruturada e pode ser operada para conduzir o calor da respectiva bobina de estator (38) da montagem de estator (34) e transferir o calor absorvido à respectiva parte de respiro (54), ea parte de respiro (54) de cada montagem de tubulação de aquecimento (46) é estruturada e pode ser operada para rejeitar o calor transferido conduzido da parte em fenda (50) da respectiva montagem de tubulação de aquecimento (46) em um fluxo de ar de resfriamento na medida em que o fluxo de ar de resfriamento flui através do respectivo respiro de estator (30), assim, transferindo rapidamente o calor da respectiva bobina de estator (38) ao ar de resfriamento que flui através do respiro de estator (30).

9. Montagem de estator, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que a parte em fenda (50) de cada montagem de tubulação de aquecimento (46) compreende pelo menos uma tubulação de aquecimento (62) que tem uma extremidade de evaporador (62A) e uma extremidade de condensador (62B) às quais a parte de respiro (54) é conectada de maneira térmica.

10. Montagem de estator, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que a parte de respiro (54) de cada montagem de tubulação de aquecimento (46) compreende uma pluralidade de aletas de resfriamento (66) conectadas de maneira térmica à respectiva extremidade de condensador (62B) de pelo menos uma tubulação de aquecimento (62).

11. Montagem de estator, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que a parte em fenda (50) de cada montagem de tubulação de aquecimento (46) compreende uma parte em fenda em duas partes (50) que compreende uma primeira seção de tubulação de aquecimento (70) conectada de maneira térmica à segunda seção de tubulação de aquecimento (74), em que:a primeira seção de tubulação de aquecimento (70)compreende pelo menos uma tubulação de aquecimento (62); ea segunda seção de tubulação de aquecimento (74)compreende pelo menos uma tubulação de aquecimento (62), em que a extremidade de condensador (62B) da primeira seção de tubulação de aquecimento pelo menos uma tubulação de aquecimento (62) é conectada de maneira térmica à extremidade de evaporador (62A) da segunda seção de tubulação de aquecimento pelo menos uma tubulação de aquecimento (62), e a parte em fenda (50) é conectada de maneira térmica à extremidade de condensador (62B) da segunda seção de tubulação de aquecimento pelo menos uma tubulação de aquecimento (62).

12. Montagem de estator, de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que a parte de respiro (54) de cada montagem de tubulação de aquecimento (46) compreende uma parte de respiro em duas partes (54) que compreende um primeiro conjunto de aleta de resfriamento (78) e um segundo conjunto de aleta de resfriamento (82), cada um conectado de maneira térmica à extremidade de condensador (62B) da segunda seção de tubulação de aquecimento pelo menos uma tubulação de aquecimento (62).

13. Montagem de estator, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que a parte em fenda (50) de cada montagem de tubulação de aquecimento (46) compreende um painel de tubulação de aquecimento (110) que compreende uma pluralidade de tubulações de aquecimento (62) e uma parte de respiro (54) é conectada de maneira térmica a uma extremidade de condensador (62B) do painel de tubulação de aquecimento (110).

14. Montagem de estator, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que a parte em fenda (50) de cada montagem de tubulação de aquecimento (46) compreende pelo menos uma tubulação de aquecimento em formato de L (138) que tem uma perna de fenda (140) e uma perna de respiro (142) à qual a parte de respiro (54) é conectada de maneira térmica.

15. Método para transferir rapidamente o calor das bobinas de estator (38) de uma máquina elétrica (10) a um ar de resfriamento que flui através dos respiros de estator (30) para assim, aumentar muito a densidade de energia da máquina elétrica, o dito método compreende as etapas de:absorver o calor de uma pluralidade de bobinas de estator (38) de uma montagem de estator (10) de uma máquina elétrica através de uma pluralidade de partes em fenda (50) de uma pluralidade de montagens de tubulação de aquecimento de compósito de respiro radial (46) dispostas dentro de uma pluralidade de fendas de estator (56) de um respectivo pacote dentre uma pluralidade de pacotes de núcleo de estator (58) da montagem de estator (46) da máquina elétrica (10), de modo que as tubulações de aquecimento (62) estejam em contato com uma bobina de estator (38) dentro da respectiva fenda de estator (56), sendo que os pacotes de núcleo de estator (58) são espaçados para fornecer uma pluralidade de respiros de estator (30) da montagem de estator (46), em que cada respiro de estator (30) é fornecido entre pacotes de núcleo de estator adjacentes (58);caracterizado pelo fato de que compreende ainda:transferir o calor absorvido às partes de respiro (54) de cada montagem de tubulação de aquecimento (46) que são conectadas de maneira térmica às partes em fenda (50) por meio da pluralidade de tubulações de aquecimento (62), as partes de respiro (54) dispostas dentro dos respiros de estator (30); erejeitar o calor transferido conduzido a partir da parte em fenda (50) da respectiva montagem de tubulação de aquecimento (46), através das partes de respiro (54), em um fluxo de ar de resfriamento na medida em que o fluxo de ar de resfriamento flui através dos respiros de estator (30) e da parte de respiro (54), assim, transferindo rapidamente o calor da respectiva bobina de estator (38) ao ar de resfriamento.

16. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a absorção de calor da pluralidade de bobinas de estator (38) compreende a absorção do calor através de uma extremidade de evaporação (62A) de pelo menos uma tubulação de aquecimento (62) da parte em fenda (50) de cada montagem de tubulação de aquecimento (46).

17. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a transferência do calor absorvido às partes de respiro (54) de cada montagem de tubulação de aquecimento (46) compreende transferir o calor da extremidade de evaporador (62A) de cada tubulação de aquecimento (62) de cada montagem de tubulação de aquecimento (46) a uma extremidade de condensador (62B) de cada tubulação de aquecimento (62) de cada montagem de tubulação de aquecimento (46).

18. Método, de acordo com a reivindicação 17,caracterizado pelo fato de que a rejeição do calor transferidocompreende rejeitar o calor transferido no fluxo de ar de resfriamento através de uma pluralidade de aletas de resfriamento (66) de cada parte de respiro (64) de cada montagem de tubulação de aquecimento (46) que é conectada de maneira térmica à extremidade de condensador (62B) de cada tubulação de aquecimento (62) de cada montagem de tubulação de aquecimento (46).

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