BR112015021966B1

BR112015021966B1 - Quadro de compósito para uma máquina elétrica e método para fazer um quadro de compósito

Info

Publication number: BR112015021966B1
Application number: BR112015021966-7A
Authority: BR
Inventors: Darren Dale Tremelling; Hongrae Kim; Rudi Velthuis; Nikolaus Zant; Marco Schneider; Ghanshyam Shrestha
Original assignee: Abb Schweiz Ag
Priority date: 2013-03-14
Filing date: 2013-12-18
Publication date: 2021-09-21
Also published as: EP2969491A1; CN105121137A; DK2969491T3; EP2969491B1; BR112015021966A8; ES2931308T3; CN105121137B; BR112015021966A2; WO2014158260A1

Abstract

quadro de compósito para máquinas elétricas, sistema para suportar uma máquina elétrica e método para fazer um quadro de compósito. um quadro de compósito para uma máquina elétrica inclui um membro de quadro externo compreendendo um material compósito incluindo fibras tendo uma razão de aspecto de, pelo menos, 1500. o membro de quadro externo forma uma abertura central para suportar uma máquina elétrica. o membro de quadro externo forma uma camada mais externa da parte do quadro de compósito par a envolver a máquina elétrica e se estendendo radialmente além das laminações da máquina elétrica. um mecanismo de fixação é formado, pelo menos, em uma extremidade do membro do quadro para fixar o membro do quadro em um sistema mecânico.

Description

Campo Técnico

[001] O assunto aqui descrito se refere aos quadros para máquinas elétricas. Mais especificamente, o assunto aqui descrito se refere ao quadro de compósito para máquinas elétricas e métodos para fabricar os quadros de compósito para máquinas elétricas.

Antecedentes

[002] É comum para as partes eletromagneticamente ativas de uma máquina elétrica ser envolvida em um quadro. O quadro fornece resistência e estabilidade ao estator, rotor, e outras partes imóveis da máquina elétrica. Os materiais geralmente usados para o quadro são aço e alumínio. Quadros são geralmente fundidos para máquinas menores ou fabricados para fisicamente máquinas maiores. Assim, os quadros para máquinas maiores são criados por corte e soldagem de barra de aço e materiais de placa. Os custos de material e mão de obra para a fabricação destes quadros são altos. Ainda, estes quadros, devido a sua natureza eletricamente condutora, e devido a soldagem, permite que às correntes fluir através dos quadros. Estas estruturas condutoras podem completar um circuito, o que permite às correntes circular, potencialmente criar danos aos rolamentos das máquinas elétricas e outros componentes acoplados. Estas correntes são conhecidas como correntes de rolamento e não problemáticas nas máquinas alimentadas por conversor, que são conectadas aos interruptores eletrônicos, que não alimentam a máquina com excitações sinuosas. Devido ao acoplamento capacitivo entre o enrolamento e o estator em particular, correntes são criadas. Ainda, pode haver um desejo de permitir todo o conjunto de enrolamento da máquina a fluir eletricamente acima do potencial do terra local. Esta característica de flutuação não pode ser obtida com a tecnologia conhecida.

[003] Certamente, na luz dessas dificuldades, pode haver uma longa necessidade por uma estrutura melhorada do quadro para máquinas elétricas.

Sumário

[004] Um quadro de compósito para uma máquina elétrica inclui um membro de quadro externo compreendendo um material compósito incluindo fibras tendo uma razão de aspecto de, pelo menos, 1500. O membro de quadro externo forma uma abertura central para suportar uma máquina elétrica. O membro de quadro externo forma uma camada mais externa da parte do quadro de compósito para envolver a máquina elétrica e se estendendo axialmente além das laminações da máquina elétrica. Um mecanismo de fixação é formado em, pelo menos, uma extremidade do membro do quadro para fixar o membro do quadro em um sistema mecânico.

[005] Pelo menos alguns aspectos do assunto aqui descrito, como controle sobre os processos de fabricação do quadro de compósito, podem ser implementados em software em combinação com hardware e/ou firmware. Por exemplo, o assunto aqui descrito pode ser implementado em software executado por um processador. Em uma implementação exemplar, o assunto aqui descrito pode ser implementado usando um meio legível por computador não transitório tendo armazenado nele as instruções executáveis por computador que, quando executadas pelo processador de um controle de computador, o computador realiza as etapas. Meios legíveis por computador exemplares adequados para implementar o assunto aqui descrito incluem os meios legíveis por computador não transitórios, como dispositivos de memória de disco, dispositivos de memória de chip, dispositivos lógicos programáveis e circuitos integrados específicos. Além disso, um meio legível por computador que implementa o assunto aqui descrito pode estar localizado em um único dispositivo ou plataforma computacional ou pode ser distribuído por múltiplos dispositivos ou plataformas computacionais.

Breve Descrição dos Desenhos

[006] As modalidades preferidas dos desenhos serão agora descritas em que:

[007] A Figura 1 é uma vista em perspectiva mostrada em transparência parcial de um quadro de compósito para uma máquina elétrica de acordo com uma modalidade do assunto aqui descrito;

[008] A Figura 2 e uma vista da extremidade de um quadro de compósito para uma máquina elétrica de acordo com uma modalidade do assunto aqui descrito;

[009] A Figura 3 é uma vista lateral de um mandril para fabricação de um quadro de compósito para uma máquina elétrica de acordo com uma modalidade do assunto aqui descrito;

[0010] A Figura 4 é uma vista da extremidade do mandril da Figura 3 que ilustra outros dentes na laminação do estator para ligar o estator ao quadro de compósito e dentes internos para suportar os enrolamentos do núcleo do estator de acordo com uma modalidade do assunto aqui descrito;

[0011] A Figura 5 é uma vista da extremidade das laminações do estator ilustrando dentes internos e externos mostrados sem as finalidades do mandril das Figuras 3 e 4;

[0012] A Figura 6 é um flxuograma ilustrando etapas exemplares para fabricação de um quadro de compósito para uma máquina elétrica de acordo com uma modalidade do assunto aqui descrito;

[0013] A Figura 7 é uma vista lateral ilustrando o enrolamento do filamento das fibras ao redor do mandril da Figura 3 para fabricar um quadro de compósito de uma máquina elétrica de acordo com uma modalidade do assunto aqui descrito;

[0014] A Figura 8 é um diagrama esquemático de um processo de pultrusão exemplar adequado para fabricação de um quadro de compósito para uma máquina elétrica de acordo com uma modalidade do assunto aqui descrito;

[0015] A Figura 9 é um diagrama em blocos ilustrando um quadro de compósito para uma máquina elétrica acoplada a um sistema mecânico de acordo com uma modalidade do assunto aqui descrito;

[0016] A Figuras 10A-10C são vistas transversais das extremidades do membro dos quadros com diferentes configurações do diâmetro interno e externo de acordo com uma modalidade do assunto aqui descrito; e

[0017] As Figuras 11A-11D são vistas laterais transversais do membro dos quadros com diferentes configurações e correspondentes às máquinas elétricas de acordo com as modalidades do assunto aqui descrito.

Descrição Detalhada

[0018] Um quadro de compósito para uma máquina elétrica e métodos para fabricar tais quadros são aqui descritos. A Figura 1 é uma vista em perspectiva mostrada com transparência parcial de um quadro de compósito para uma máquina elétrica de acordo com uma modalidade do assunto aqui descrito. Com referência à Figura 1, o quadro 100 inclui um membro de quadro externo 102 tendo um flange 104 para fixar em uma máquina elétrica. O membro de quadro externo 102 pode ser formado de filamento enrolado ou fibras pultrudadas, extrusão, moldagem de transferência de resina ou infusão por vácuo podem ser utilizados. As fibras são preferivelmente fibras longas, ou seja, tendo uma razão de aspecto de, pelo menos, aproximadamente 1500. As fibras são preferivelmente formadas de uma base de matriz polimérica e fibras não eletricamente condutoras. As fibras podem incluir vidro, aramida, carbono ou basalto. Fibras de carbono são eletricamente condutoras, de modo que uma camada de véu eletricamente isolante pode ser usada entre as fibras de carbono eletricamente condutoras e estas das laminações do estator. Em um exemplo, o enrolamento do filamento úmido e o uso de fitas pré- pregnadas deste conjunto são métodos de fabricação preferidos. O enrolamento seco e impregnação deste conjunto podem também ser usados. Fibras longas são preferidas, pois fibras longas permitirão maior rigidez e resistência da estrutura, sendo mais comparável aos quadros e invólucros tradicionais de aço e alumínio, com relação à resistência e rigidez possível com compósitos de fibra curta. O uso de fibras longas ainda permite a adaptação da resistência e rigidez do quadro ou invólucro dependendo das exigências de rigidez lateral e de torção da aplicação do motor.

[0019] No exemplo ilustrado, o membro de quadro externo 102 forma uma abertura central 106 para suportar uma máquina elétrica 108. A máquina elétrica 108 pode ser qualquer máquina elétrica adequada operando como um motor ou gerador, e do ímã do tipo permanente ou síncrono de campo enrolado, tanto grade quanto indução do rotor enrolado, ou de relutância síncrona ou comutada. Em um exemplo, a máquina elétrica 108 compreende um gerador, como um gerador para uma turbina eólica ou para uma aplicação subaquática. Em um exemplo alternativo, a máquina elétrica 108 pode ser um motor, como um motor para um misturador em uma aplicação do processamento de alimento. No exemplo ilustrado, a máquina elétrica 108 inclui laminações do estator 110 e enrolamentos do estator 112. Deve ser observado que o membro do quadro 102 se estende axialmente além dos enrolamentos de extremidade (ou seja, aqueles enrolamentos que são a maioria axialmente espaçados do centro axial da máquina elétrica) da máquina elétrica 108. A máquina elétrica 108 pode servir como parte do mandril usado para o processo de enrolamento do filamento usado para fabricar quadro 100. De modo alternativo, um mandril separado da máquina elétrica 108 pode ser usado. Se a pultrusão for usada para formar o quadro 100, a máquina elétrica 108 pode servir como, pelo menos, uma parte do molde ao redor das fibras que são puxadas durante o processo de pultrusão. Em um exemplo alternativo, um molde separado da máquina elétrica 108 pode ser usado para formar o quadro 100.

[0020] Se o enrolamento do filamento for usado, o quadro 100 pode ser enrolado para fornecer a rigidez e resistência de torção e lateral necessárias do quadro 108. Após o enrolamento, cura e remoção do mandril, o quadro 100 pode ser cortado no comprimento e a máquina elétrica 108 pode ser instalada, por exemplo, por encolhimento ou encaixe por pressão, de modo alternativo, o quadro pode ser deformado por alguma estrutura externa de modo que a colocação do conjunto do estator pode ser feita sem danos às fibras do invólucro. O comprimento e diâmetro do quadro 100 podem ser determinados por dielétrica, bem como exigências estruturais lateral e de torção da aplicação. As extremidades do quadro de compósito 100 podem ser aparafusadas ou ligadas a outros materiais do quadro, como metais ou outras partes de compósito, sendo tanto de cerâmica, metálica ou compósitos poliméricos. Pode ainda ser possível para o quadro 100 servir como um recipiente para resfriar fluidos, isolando os fluidos de resfriamento do ambiente externo, bem como permitir a colocação de conversores com exigências dielétricas longe dos materiais eletricamente condutores. A fixação da máquina 108 ao quadro 100 pode ser realizada em qualquer forma, incluindo ligação adesiva, prendedores mecânicos, através de membros intermediários, como flanges, ou através da interferência mecânica através das facetas geométricas nas superfícies de junção do quadro e do estator.

[0021] A Figura 2 é uma vista da extremidade do quadro 100. O flange 104 é o círculo mais externo ilustrado na Figura 2. O membro do quadro 102 forma a camada mais externa do quadro 100 na parte do quadro 100 que envolve a máquina elétrica. As laminações do estator 110 formam a próxima camada, seguida pelos enrolamentos do estator 112. A abertura central 106 pode ser estruturada para receber a parte giratória da máquina elétrica, como um conjunto do rotor.

[0022] Em um exemplo no qual a máquina elétrica 108 é usada como parte do mandril, um método de montagem híbrida pode incluir o uso de mandris que são separados pelo estator da máquina. A Figura 3 ilustra um mandril híbrido 300 adequado para esta finalidade. Na Figura 3, máquina elétrica 108, que compreende um estator, está localizado entre os mandris separados 302. Neste exemplo, o encaixe por encolhimento do estator ao quadro não é necessário, pois as fibras do quadro podem ser filamentos enrolados ao redor da máquina elétrica 108 durante o processo de enrolamento do filamento. O enrolamento do filamento pode ocorrer pelos mandris 302 e pelo estator da máquina elétrica 108, ou rotor, se a máquina for de construção do rotor externo. O enrolamento do filamento pode ser realizado de modo que o quadro tenha um diâmetro externo constante. Pode ser ainda desejável fazer cada uma das extremidades dos mandris 302 em uma forma de sino para formar um flange ou outra estrutura para fixação em um sistema mecânico. Ainda pode ser necessário, de uma perspectiva de minimização de custo e peso, fixar um número de fibras axialmente orientadas sobre o diâmetro externo do quadro. As fibras axialmente orientadas podem ser fixadas ao quadro em qualquer forma adequada, preferivelmente através da fixação adesiva, com o tempo de colocação sendo tanto antes quanto após a cura de todo o conjunto. As provisões para os suportes do rolamento podem também ser incluídas no quadro.

[0023] A Figura 4 é uma vista da extremidade do mandril 300. Na Figura 4, dentes internos 400 que formam a estrutura para enrolamentos do estator da máquina elétrica 108 são ilustrados. As laminações do estator 110 são visíveis e envolvem a parte central do mandril 300 conforme ilustrado na Figura 3. Dentes externos 402 são formados na circunferência externa de laminações do estator 110 para facilitar a ligação ou fixação com o quadro de compósito 100. A Figura 5 é uma vista da extremidade de laminações do estator 110 e dentes internos e externos 400 e 402 mostrada sem a parte do mandril 302. Estes dentes externos podem ser distorcidos, e ainda espaçados na direção axial para melhor ligar o quadro às laminações, bem como utilizar a parte tipicamente quadrada do aço da qual a laminação é perfurada ou cortada.

[0024] A Figura 6 é um fluxograma ilustrando etapas exemplares para formar um quadro para uma máquina elétrica de acordo com uma modalidade do assunto aqui descrito. Com referência à Figura 6, na etapa 600, um mandril ou molde é fornecido. Por exemplo, conforme ilustrado na Figura 3, um mandril que inclui a máquina elétrica 108 pode ser fornecido. Em um exemplo alternativo, um mandril que é separado da máquina elétrica pode ser usado. O mandril inclui tipicamente uma estrutura cilíndrica amplamente fabricada na qual as fibras podem ser circunferencialmente enroladas. Se a pultrusão for usada, as fibras e ou tecidos podem ser puxados axialmente para envolver um molde na direção axial. O molde pode ser similar ao mandril ilustrado na Figura 3 e pode incluir uma parte da máquina elétrica. De modo alternativo, o molde usado na pultrusão pode ser separado da máquina elétrica.

[0025] Na etapa 602, fibras são filamentos enrolados ao redor do mandril ou pultrudados através do molde. Na Figura 7, as fibras 700 são circunferencialmente enroladas ao redor da máquina elétrica 108 e dos mandris separados 302 em uma direção ilustrada pela seta 702. As fibras 700 são circunferencialmente enroladas até substancialmente cobrirem a superfície externa da parte dos mandris 302 e máquina elétrica 108.

[0026] A Figura 8 ilustra um exemplo do processo de pultrusão. Na Figura 8, as fibras 800 são puxadas através de um tanque de resina 802 para aplicar resina às fibras e, então, ao redor de uma pré-forma ou molde 804. As fibras revestidas por resina são então curadas no molde 806 e puxadas e, então, coradas para formar as seções acabadas 808. Conforme ilustrado na Figura 8, as fibras são pultrudadas de modo que se estendam na direção axial com relação ao eixo da pré-forma 804 e finalmente no quadro de compósito 100, as fibras podem ainda ser trançadas antes da entrada ao molde, de modo que as características mecânicas da estrutura resultante sejam mais bem definidas do que com um processo de pultrusão simples.

[0027] Retornando à Figura 6, na etapa 604, a resina é aplicada às fibras. A resina pode ser aplicada antes ou após o enrolamento ou processo de pultrusão. Na etapa 606, a resina é curada para formar o quadro. A cura pode ocorrer em um forno ou outro ambiente adequado. Na etapa 608, se o mandril estiver separado da máquina elétrica, o mandril é removido.

[0028] A Figura 9 é um diagrama em blocos de uma aplicação para o quadro de compósito 100. Na Figura 9, o quadro de compósito 100 é aparafusado ou, caso contrário, fixado em um sistema mecânico 900. O sistema mecânico 900 pode ser uma turbina eólica ou uma caixa de engrenagem associada com uma turbina eólica nas aplicações de energia. Em um exemplo alternativo, o quadro de compósito 100 pode envolver um motor e o sistema mecânico 900 pode ser um misturador acionado pelo motor para misturar a comida. Ainda em outra implementação, o quadro de compósito pode alojar um gerador ou motor para aplicações subaquáticas.

[0029] As vantagens de um compósito enrolado ou pultrudado para uma máquina elétrica incluem uso de material de baixo custo devido aos custos do compósito de material, fabricação de baixo custo, conjunto do quadro leve devido a baixa densidade de materiais, propriedades dielétricas desejáveis se os materiais dielétricos são usados, a redução de ruído radiado devido à superfície não focada do material e as propriedades de amortecimento de polímeros e facilidade no transporte devido à leveza.

[0030] Nos geradores eólicos, como nos motores industriais, muito material é usado para a construção do quadro da máquina. Pela criação de um quadro cilíndrico formado de um material compósito leve que fornece a mesma função que as placas de aço soldadas ou cortadas, o assunto aqui descrito fornece uma vantagem de baixo custo ao corte e soldagem de placas e exigem menos tempo de fabricação e uso de controle de qualidade. O uso do filamento enrolado pultrudado ou quadros de compósito sendo fabricados através dos métodos previamente fabricados permite o material, tempo e fabricação custo efetiva dos quadros estruturais. O uso de fibras de vidro, basalto, boro, ou aramida permite o isolamento dielétrico entre a máquina elétrica que é suportada pelo quadro deste meio de montagem convencional, geralmente a caixa de engrenagem do gerador eólico. Como a superfície do tubo enrolado do filamento não é plano, o deslocamento do quadro pode não criar ondas de pressão geometricamente concentradas e significantes, que geralmente resultam no ruído significante. A forma tubular do quadro fornece uma embalagem pequena leve comparada ao uso do quadro convencional no campo do gerador. Ainda, a redução no peso pode reduzir o tamanho de outro dimensionamento do componente nas turbinas eólicas, que podem permitir mais redução nos custos do sistema.

[0031] Como pode ser entendido, as propriedades mecânicas do quadro, quando fabricado, pelo menos parcialmente de um material compósito de fibra reforçada, pode ser selecionado, afinado ou ajustado utilizando combinações adequadas de orientações de fibra. Em particular, a inclusão de fibras que são mais proximamente paralelas ao eixo do quadro, ou são substancialmente axialmente alinhadas, podem fornecer ou melhorar a rigidez lateral ou resistência de mistura, inclusão de fibras que são obliquamente orientadas ou assimétricas com relação ao eixo do quadro, ou fora do eixo, podem fornecer ou melhorar a rigidez de torção, enquanto a inclusão de fibras que são mais proximamente circunferencialmente orientadas ou transversais ao eixo do quadro podem fornecer ou melhorar a resistência do aro do quadro ou resistência à compressão lateral ou flambagem. Em forma de um exemplo não exclusivo ilustrativo, as fibras podem ser consideradas como: substancialmente axialmente alinhadas quando as fibras são orientadas em um ângulo menor que aproximadamente mais ou menos dez graus (±10°) com relação a uma linha paralela ao eixo do quadro, obliquamente ou helicoidalmente orientado ou assimétrico quando as fibra são orientadas em um ângulo entre aproximadamente mais ou menos dez graus (±10°) e aproximadamente mais ou menos dezoito graus (±80°) com relação a uma linha paralela ao eixo do quadro, e circunferencialmente orientada ou transversal quando as fibras são orientadas em um ângulo entre aproximadamente mais ou menos dezoito graus (±80°) e aproximadamente dezenove graus (90°) com relação a uma linha paralela ao eixo do quadro. Em alguns exemplos não exclusivos ilustrativos, o quadro pode incluir uma combinação adequada de: fibras que são substancialmente alinhadas axialmente ou em aproximadamente zero graus (0°) com relação a uma linha paralela ao eixo do quadro, fibras que são orientadas ou envolvidas em um ângulo de aproximadamente mais ou menos quarenta e cinco graus (±45°) com relação a uma linha paralela ao eixo do quadro, e/ou fibras que são orientadas ou envolvidos em um ângulo de aproximadamente noventa graus (90°) com relação a uma linha paralela ao eixo do quadro.

[0032] Modificações exemplares do assunto aqui descrito incluem o uso de diferentes materiais para formar o quadro, e diferentes layouts de fibra e direções. Por exemplo, as fibras podem ser orientadas fora do eixo, como mais ou menos 30 graus ou mais ou menos 45 graus do eixo da máquina elétrica que o quadro de compósito envolve. A pultrusão trançada pode ser usada para orientar as fibras nas direções fora do eixo. As modificações adicionais ao assunto aqui descrito incluem a incorporação de um material de não compósito dentro dos quadros de compósito. Por exemplo, materiais de não compósito podem ser incorporados dentro do quadro de compósito para aumentar a integridade estrutural. Uma modificação adicional do assunto aqui descrito inclui formas adicionais de conexão ao estator da máquina elétrica. Por exemplo, conforme descrito acima, o estator pode incluir dentes externos ou aleta que facilitam a ligação com o filamento enrolado ou fibras pultrudadas. Em um exemplo alternativo, outras estruturas podem ser formadas no estator para fixação ao quadro de compósito. Por exemplo, o estator pode incluir parafusos ou outras protrusões que facilitam sua fixação ao quadro. Ainda outra modificação do assunto aqui descrito inclui a aplicação de revestimentos protetores, como revestimentos de tinta ou resina na superfície exterior do quadro de compósito. Ainda outra modificação potencial do assunto aqui descrito inclui a localização e instalação dos rolamentos e suportes do rotor dentro do quadro de compósito. Ainda outra modificação do assunto aqui descrito inclui a conexão ou incorporação dos feixes de endurecimento ao diâmetro externo do quadro de compósito. Ainda outra modificação pode incluir feixes de endurecimento fixados ou incorporados ao diâmetro interno do quadro de compósito, que permite o fluxo axial de fluidos sobre o estator e a superfície externa do estator.

[0033] O uso de fibras longas no quadro permite atingir a rigidez e a resistência necessárias com espessura reduzida da parede do invólucro comparado a de um invólucro do tipo moldada por injeção. Esta redução na espessura da parece reduz a resistência térmica através do invólucro, e a temperatura reduzida aumenta. O uso de cargas termicamente condutoras no compósito permite também que a temperatura reduzida aumente na máquina. É geralmente preferido ter máquinas que são construídas em formas para limitar o ingresso no ambiente à máquina, e vice-versa. Esta proteção de ingressão geralmente exclui o uso de furos de ventilação ou dutos, que permitiriam o entupimento das superfícies da máquina. Assim, o uso de fibras longas e cargas termicamente condutoras no compósito permite maior desempenho térmico de compósito, abordando que o involucro metálico tradicional ou quadro, que não foi possível previamente com invólucros de compósito.

[0034] O quadro de compósito pode ainda ser usado como uma câmara para VPI ou mergulho e processos do tipo aquecimento, que é tipicamente usado para aumentar as capacidades térmicas e estruturais dos enrolamentos. Previamente, uma câmara separada é utilizada para imersão do conjunto do estator antes da instalação em um quadro convencional.

[0035] Conforme declarado acima, o assunto aqui descrito inclui um quadro de compósito para máquina elétrica. Para facilitar a fixação com o conjunto do estator, o membro de quadro externo 102 pode incluir facetas localizadas em um diâmetro interno do membro do quadro 102 para travamento mecânico do estator ao quadro ou travamento mecânico do quadro após ser enrolado ao redor do estator. A Figura 10A é uma vista transversal da extremidade (ou seja, uma vista tomada pela passagem de um plano perpendicular ao eixo de rotação da máquina elétrica através do membro do quadro 102 e travando na direção do eixo de rotação) do membro do quadro 102 com facetas 1000 localizadas no diâmetro interno do membro do quadro 102. Na Figura 10A, facetas 1000 são circunferencialmente espaçadas sobre o diâmetro interno do membro do quadro 1000 de modo que quando visualizadas na seção transversal, o diâmetro interno do membro do quadro 102 forma um polígono regular de n lados, onde n é um número inteiro que depende da largura das facetas e do ângulo entre as facetas. Na Figura 10A, dezoito facetas são mostradas. Entretanto, qualquer número de facetas é direcionado para estar dentro do escopo do assunto aqui descrito. O membro do quadro 102 ainda inclui aletas ou dentes localizados no diâmetro externo do membro do quadro 102 para facilitar a dissipação de calor e para melhorar as capacidades estruturais do membro do quadro 102.

[0036] A Figura 10B é uma vista transversal da extremidade do membro do quadro 102 com dentes ou aletas localizadas no diâmetro externo e um diâmetro interno cilíndrico. Com referência à Figura 10B, o membro do quadro 102 inclui aletas 1002 localizadas em seu diâmetro externo. Conforme declarado acima, as aletas 1002 fornecem a dissipação de calor melhorada e suporte estrutural para o membro do quadro 102. O diâmetro interno do membro do quadro 102 é cilíndrico para fechar um estator com um diâmetro externo cilíndrico.

[0037] A Figura 10C é uma vista transversal da extremidade de outra modalidade do membro do quadro 102. Na Figura 10C, o diâmetro externo do membro do quadro 102 inclui aletas 1002 e o diâmetro interno é plano. Além disso, os diâmetros interno e externo do membro do quadro 102 podem ser feitos de diferentes materiais ou orientações de fibra. Em uma implementação, o diâmetro interno pode ser feito de uma orientação de fibra ou material que é otimizado para torção e condutividade térmica, e o diâmetro externo pode ser formado de materiais ou orientações de fibra que são otimizados para rigidez lateral.

[0038] A Figura 11A é uma vista lateral transversal de um quadrante de um membro do quadro e componentes de uma máquina elétrica onde a máquina elétrica tem um diâmetro externo cilíndrico e o membro do quadro tem um diâmetro interno cilíndrico. Com referência à Figura 11A, a linha tracejada 1100 representa o eixo de rotação da máquina elétrica de modo que a vista na Figura 11A seja uma vista transversal tomada passando um plano paralelo ao eixo de rotação e olhando radialmente à máquina elétrica e o quadro. Na Figura 11A, o membro do quadro 102 inclui diâmetros interno e externo cilíndricos. O membro do quadro 102 envolve as laminações do estator 1101, que têm um diâmetro externo cilíndrico. Os enrolamentos do estator 1102 e do rotor 1104 são também mostrados para integralidade.

[0039] A Figura 11B ilustra uma vista lateral transversal de uma modalidade alternativa do membro do quadro onde o membro do quadro 102 inclui um diâmetro interno facetado e um diâmetro externo com aletas. Na Figura 11B, o diâmetro externo do membro do quadro 102 inclui aletas 1002. O diâmetro interno do membro do quadro 102 inclui facetas 1000, que podem ser estruturadas o mesmo que as facetas 1000 ilustradas na Figura 10A. Os diâmetros interno e externo do membro do quadro 102 podem ser de materiais iguais ou diferentes ou orientações de fibra conforme descrito acima.

[0040] A Figura 11C ilustra uma vista lateral transversal de outra modalidade do membro do quadro 102 onde o membro do quadro 102 inclui uma mudança no diâmetro da extremidade do membro do quadro 102 em direção à carga acionada. No exemplo ilustrado, o membro do quadro 102 inclui uma região 1106 de diâmetro elevado, que pode facilitar a fixação do membro do quadro 102 em uma carga acionada.

[0041] A Figura 11D é uma vista lateral transversal de outra modalidade do membro do quadro 102 onde o membro do quadro 102 inclui galvanizações da superfície 1108 em ambos os lados do membro do quadro 102. As galvanizações da superfície 1108 podem ser feitas de materiais condutores para fornecer aterramento e/ou proteção eletromagnética. No exemplo ilustrado, as galvanizações da superfície 1108 circunferencialmente envolvem os diâmetros interno e externo do membro do quadro 102 e podem ser usadas para proteção, aterramento ou ambos.

[0042] De acordo com outro aspecto do assunto aqui descrito, um método para fabricar um quadro de compósito para uma máquina elétrica é revelado. O método inclui fornecer mandris. O método ainda inclui colocar um estator enrolado entre os mandris. O método ainda inclui incorporar fibras ao redor do estator e mandris. As fibras podem ter uma razão de aspecto de, pelo menos, 1500. O método ainda inclui aplicar resina às fibras. O método ainda inclui curar a resina para formar um membro de quadro externo compreendendo materiais de compósito incluindo as fibras e a resina, o membro de quadro externo formando uma abertura central para suportar uma máquina elétrica, o membro de quadro externo formando uma camada mais externa do quadro de compósito e se estendendo axialmente além das laminações da máquina elétrica.

[0043] Um quadro de compósito conforme aqui descrito pode ser unido à máquina elétrica que fecha em qualquer forma adequada. Em um exemplo, o estator da máquina elétrica ao quadro de compósito por encaixe de interferência. Em outro exemplo, os suportes da extremidade da máquina elétrica podem ser unidos ao quadro de compósito por ligação adesiva.

[0044] Será entendido que vários detalhes do assunto atualmente revelado podem ser mudados sem sair do escopo do assunto atualmente revelado. Além disso, a descrição supracitada é para a finalidade de ilustração apenas, e não para finalidade de limitação.

Claims

1. Quadro de compósito (100) para uma máquina elétrica (108), que compreende um motor e um gerador, o quadro de compósito (100), caracterizado pelo fato de que compreende, um membro de quadro externo (102) compreendendo um material compósito incluindo fibras tendo uma razão de aspecto de, pelo menos, 1500, o membro de quadro externo (102) formando uma abertura central (106) para segurar uma máquina elétrica (108), o membro de quadro externo (102) formando uma camada mais externa da parte do quadro de compósito (100) para envolver a máquina elétrica (108) e se estender axialmente além das laminações (110) da máquina elétrica (108); e um mecanismo de fixação (104) formado em, pelo menos, uma extremidade do membro de quadro externo (102) para fixar o membro de quadro externo (102) em um sistema mecânico, sendo que o membro de quadro externo (102) engata no estator da máquina elétrica (108).

2. Quadro de compósito (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as fibras compreendem fibras de filamento enroladas ou pultrudadas.

3. Quadro de compósito (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as fibras são encapsuladas dentro da proteção externa por um entre: extrusão, moldagem de transferência de resina, ou infusão por vácuo.

4. Quadro de compósito (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as fibras compreendem um material não condutor.

5. Quadro de compósito (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as fibras compreendem uma camada não condutora de material entre as laminações (110) e superfícies mecanicamente aterradas da máquina elétrica (108).

6. Quadro de compósito (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o membro de quadro externo (102) é formado em um mandril separado da máquina elétrica (108) ou usando a máquina elétrica (108) como parte de um mandril.

7. Quadro de compósito (100), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o mandril inclui partes do mandril separado localizadas nas extremidades opostas da máquina elétrica (108).

8. Quadro de compósito (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o membro de quadro externo (102) é configurado para envolver o estator da máquina elétrica (108).

9. Quadro de compósito (100), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o estator da máquina elétrica (108) inclui radialmente as estruturas dentadas extensoras formadas na superfície externa do estator.

10. Quadro de compósito (100), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o membro de quadro externo (102) inclui um diâmetro interno facetado para intertravar com as facetas em um diâmetro externo do estator.

11. Quadro de compósito (100), de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o membro de quadro externo (102) inclui aletas formadas em um diâmetro externo do membro de quadro externo (102).

12. Quadro de compósito (100), de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que os diâmetros interno e externo do memebro de quadro externo (102) são formados de diferentes materiais ou orientações de fibra.

13. Quadro de compósito (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o membro de quadro externo (102) inclui um primeiro diâmetro interno em uma região do membro de quadro externo (102) que é distal de uma carga acionada e inclui um segundo diâmetro interno maior que o primeiro diâmetro interno em uma região do membro de quadro externo (102) proximal à carga acionada.

14. Quadro de compósito (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o membro de quadro externo (102) compreende uma estrutura substancialmente cilíndrica.

15. Quadro de compósito (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de fixação (104) compreende um flange.

16. Quadro de compósito (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, pelo menos, algumas das fibras são axialmente orientadas e onde pelo menos algumas das fibras são orientadas fora do eixo.

17. Quadro de compósito (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende, pelo menos, uma placa superficial condutora para cobrir, pelo menos, uma superfície circunferencial do membro de quadro externo (102).

18. Método para fazer um quadro de compósito (100) para uma máquina elétrica (108), caracterizado pelo fato de que compreende, fornecer um mandril ou um molde; incorporar fibras ao redor do mandril ou através ou no molde, as fibras tendo uma razão de aspecto de, pelo menos, 1500; aplicar a resina nas fibras; e curar a resina para formar o membro de quadro externo (102) compreendendo materiais de compósito incluindo as fibras e a resina.

19. Método para fazer um quadro de compósito (100) para uma máquina elétrica (108), caracterizado pelo fato de que compreende, fornecer mandris; colocar um estator enrolado entre os mandris incorporar as fibras ao redor do estator e mandris, as fibras tendo uma razão de aspecto de, pelo menos, 1500; aplicar resina às fibras; e curar a resina para formar o membro de quadro externo (102) compreendendo materiais de compósito incluindo as fibras e a resina.

20. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que compreende unir o estator da máquina elétrica (108) ao quadro de compósito (100) pelo encaixe de interferência.

21. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que compreende unir os suportes de extremidade da máquina elétrica (108) ao quadro de compósito (100) pela ligação adesiva.