BR112018013370B1

BR112018013370B1 - Máquina elétrica

Info

Publication number: BR112018013370B1
Application number: BR112018013370-1A
Authority: BR
Inventors: Roland KASPER; Norman Borchard
Original assignee: Otto-Von-Guericke-Universitat Magdeburg
Priority date: 2016-01-18
Filing date: 2017-01-18
Publication date: 2023-02-28
Also published as: KR20180105147A; US11211854B2; EA201800401A1; JP2019502354A; WO2017125416A1; BR112018013370A2; JP6732921B2; KR102188617B1; CN108475975A; CN108475975B; CA3009439A1; CA3009439C; EP3406021A1; EA035869B1; EP3406021B1; DE102016100744B3; US20190115814A1

Abstract

MÁQUINA ELÉTRICA. Máquina elétrica (1) constituída de partes primária (2) e secundária (3) e entre elas uma caixa de ar (6) na qual enrolamento de caixa de ar (4) com duas fases (4a, 4b) dispõe-se sobre núcleo de ferro (7) da parte primária. Polos magnéticos (9) alternados num núcleo de ferro (10) da parte secundária. Circuito magnético (11) executado através dois polos (9a, 9b), núcleo de ferro na parte secundária, duas vezes através da caixa de ar (6) e na parte primária. Para cada polo e fase (4a, 4b), cordão de enrolamento (12a, 12b) encontra-se perpendicularmente à densidade do fluxo magnético (11a, 11b) na caixa de ar. Peças de cabeça alternantes (12c, 12d) conectam cordões de enrolamento vizinhos de fase do enrolamento de caixa de ar para formar conduto. A parte primária tem enrolamento de ranhura (5) com duas fases (5a, 5b) em ranhuras (8) do núcleo de ferro (7). Para cada polo e fase (5a, 5b), cordão de enrolamento encontra-se paralelo ao de enrolamento da caixa de ar associado com o mesmo polo. Peças de cabeça alternantes (14c, 14d) conectam cordões de enrolamento vizinhos (14a, 14b) de fase (5a, 5b) do enrolamento de ranhuras de modo a formar condutor. Os cordões de enrolamento (12a, 12b) da primeira fase (4a)(...).

Description

[0001] A presente invenção refere-se a uma máquina elétrica tendo uma parte primária, uma parte secundária, uma caixa de ar entre a parte primária e a parte secundária, um enrolamento de caixa de ar, o referido enrolamento compreendendo, pelo menos, duas fases e sendo disposto diretamente em um núcleo de ferro da parte primária, a referida máquina também tendo polos magnéticos que estão dispostos alternadamente sobre um núcleo de ferro da parte secundária; o circuito magnético local que é formado por meio de um par de polos magnéticos, o núcleo de ferro na parte secundária, duas vezes por meio da caixa de ar entre os dois ímãs do par de polos magnéticos e o núcleo de ferro na parte primária, em que o enrolamento de caixa de ar está disposto em relação aos polos magnéticos, de tal modo que um cordão de enrolamento situa- se na caixa de ar para cada polo magnético e para cada fase, ou seja, perpendicularmente à densidade de fluxo magnético na caixa de ar e também perpendicularmente à direção de movimento, em que cordões de enrolamento, mutuamente paralelos, diretamente vizinhos, de uma fase do enrolamento de caixa de ar na caixa de ar estão conectados por peças de cabeça, que se alternam em cada lado para formar um respectivo condutor.

[0002] Máquinas elétricas na forma de motores elétricos, por exemplo, são bem conhecidas e desfrutam do uso constantemente crescente em muitos campos de aplicação. Uma série de propostas para máquinas elétricas deste tipo têm sido concebidas.

[0003] Uma disposição de armadura para máquinas elétricas já foi descrita em DE 58011 A. O rotor que é referido como uma armadura compreender ranhuras. Alguns cordões de enrolamento estão agora dispostos nas ranhuras, enquanto outros cordões de enrolamento são colocados sobre a superfície da armadura assim designada. Uma area de enrolamento maior para o enrolamento é assim criada.

[0004] Além disso, por exemplo, um motor elétrico é descrito no documento DE 34 33 695 C2, que compreende um estator e um rotor. O estator que serve como uma parte primária é dotado de um enrolamento com duas fases. O rotor que serve como uma parte secundária está equipado com polos magnéticos que estão dispostos alternadamente.

[0005] Um motor elétrico descrito no documento DE 10 2011 111 352 B4 acabou por ser particularmente eficaz e vantajoso. Ele compreende uma parte primária em forma de um estator tendo um dispositivo de bobina com, pelo menos, duas fases. Uma parte secundária possui um número par de polos magnéticos que estão dispostos alternadamente na parte secundária. Um dispositivo de bobina está disposto em uma caixa de ar entre a parte primária e a parte secundária. O dispositivo de bobina compreende, pelo menos, dois cordões de enrolamento e, pelo menos, um elemento de ligação elétrica. Cordões de enrolamento são fixados na parte primária por meio dos elementos de ligação elétricos.

[0006] O campo magnético na caixa de ar é eficaz durante cada fase de transporte de corrente e produz uma força de Lorentz.

[0007] Uma série de vantagens resultam do enrolamento, que está localizado na caixa de ar e é fixado diretamente sobre o estator e, em particular, tem uma forma sinuosa.

[0008] Não obstante, existe um desejo de propor ainda mais melhorias para máquinas elétricas deste tipo.

[0009] O objetivo da invenção consiste em propor uma máquina elétrica que apresenta outras possibilidades, quando comparada com a máquina eléctrica de acordo com a primeira parte da reivindicação principal.

[0010] No caso de uma máquina elétrica de acordo com a primeira parte da reivindicação principal, este objetivo é alcançado por meio da invenção, em que é proporcionada uma máquina elétrica, com uma parte primária tendo um primeiro núcleo de ferro, com uma parte secundária tendo um segundo núcleo de ferro com uma caixa de ar entre a parte primária e a parte secundária; com um enrolamento de caixa de ar, enrolamento que compreende, pelo menos, duas fases e está disposto diretamente sobre o primeiro núcleo de ferro da parte primária, com os polos magnéticos que estão dispostos alternadamente sobre o segundo núcleo de ferro da parte secundária, com um respectivo circuito magnético local que é formado por meio de um par de polos magnéticos; o núcleo de ferro na parte secundária, duas vezes através da caixa de ar entre os dois ímãs do par de polos magnéticos e o núcleo de ferro na parte primária, em que o enrolamento de caixa de ar está disposto em relação aos polos magnéticos, de tal maneira que, para cada polo magnético e para cada fase; um respectivo cordão de enrolamento situa-se na caixa de ar, isto é, perpendicularmente à densidade de fluxo magnético na caixa de ar e também perpendicularmente à direção de movimento da parte secundária, em que cordões de enrolamento, mutuamente paralelos, diretamente vizinhos, de uma fase do enrolamento de caixa de ar estão ligados por peças de cabeça que se alternam em ambas as extremidades para formar um respectivo condutor e em que a parte primária é adicionalmente dotada de um enrolamento de ranhura, em que o enrolamento de ranhura compreende, pelo menos, duas fases e está disposto em ranhuras do núcleo de ferro da parte primária, em que o enrolamento de ranhura está disposto em relação aos polos magnéticos, de tal maneira que, para o enrolamento de ranhura para cada polo magnético e para cada fase, um respectivo cordão de enrolamento paralelo ao cordão de enrolamento do enrolamento de caixa de ar que está associado com o mesmo polo magnético encontra- se na ranhura; em que cordões de enrolamento, mutuamente paralelos, diretamente vizinhos, de uma fase dos enrolamento de ranhura em uma ranhura estão conectados por peças de cabeça que se alternam em ambas as extremidades de modo a formar um condutor, e em que os cordões de enrolamento da primeira fase do enrolamento de caixa de ar e os cordões de enrolamento da primeira fase do enrolamento de ranhuras exibem um deslocamento posicional em relação um ao outro o qual é determinado pelo número de fases e o enrolamento de caixa de ar e os enrolamentos de ranhuras são operáveis por uma disposição de controle que é sincronizado alternadamente para a posição do polo magnético.

[0011] Em primeiro lugar, essa concepção apresenta todas as propriedades vantajosas que também estão já presentes no caso do fornecimento de uma concepção de uma máquina elétrica com apenas um enrolamento sinuoso de caixa de ar, no sentido da presente invenção. Um núcleo de ferro deve ser entendido como sendo um dispositivo que consiste em materiais de elevada permeabilidade de diferentes geometria e disposição, que servem para a medição do fluxo magnético. Desse modo, o núcleo de ferro não tem que estar sempre sob a forma de um corpo de ferro sólido. Na parte primária, geralmente ele é implementado na forma de laminações com a finalidade de reduzir as correntes de Foucault. Para a finalidade de reduzir o peso da máquina elétrica, o núcleo de ferro também pode ser, por exemplo, um dispositivo que compreende um pó de ferro incorporado em um material sintético.

[0012] Assim, todos os polos magnéticos podem ser utilizados ao mesmo tempo para a formação da força ou torque, assim, desenvolvendo um grande torque.

[0013] Apenas comparativamente, pouco ferro é necessário para fins de transmissão do fluxo magnético no interior da estrutura, algo que pode ser utilizado para a produção de uma construção muito leve da máquina.

[0014] Além disso, devido ao número de voltas do enrolamento sinuoso de caixa de ar 1, comparativamente, apenas pouco cobre é necessário, o que reduz os custos e também leva a uma construção mais leve.

[0015] A aplicação direta do enrolamento de caixa de ar ao estator pode ser explorada para obter um excelente arrefecimento do enrolamento de caixa de ar. Também é possível aqui transferir forças ou torques muito elevados.

[0016] Em contraste, o espaço necessário para as partes de formação de força e de formação de torque é muito pequeno, pelo que máquinas muito compactas se tornam possíveis.

[0017] A construção de acordo com a invenção também faz com que seja possível proporcionar uma construção de geometria bastante simples para a máquina elétrica. Os custos de produção, assim, podem ser significativamente reduzidos.

[0018] Uma vez que nenhuma região notável de enfraquecimento de campo se origina, a máquina elétrica também pode ser usada de forma eficiente em números elevados de revoluções.

[0019] Devido às medidas adicionais em conformidade com a invenção, em seguida, como um suplemento para a forma sinuosa do enrolamento de caixa de ar é agora proposto um segundo enrolamento, que está integrado na parte primária, isto é, de preferência no estator. Ranhuras que são então utilizadas para a acomodação de um enrolamento de ranhuras podem ser formadas na parte primária ou seja no estator. O desempenho e a intensidade do torque desse modo podem ser ainda aumentados.

[0020] Este enrolamento de ranhuras utiliza o circuito magnético que já tenha sido construído, a fim de formar as forças e torques adicionais de uma maneira particularmente eficaz. Por este meio, a disposição e a passagem de corrente através do enrolamento de ranhuras são selecionadas de tal modo que o efeito do enrolamento de caixa de ar é afetado tão pouco quanto possível para uma potência máxima de saída do enrolamento de ranhuras. Desta forma, as forças e os torques podem ser aumentados em 60 a 80% em comparação com uma construção tendo apenas um enrolamento de caixa de ar, como ensaios iniciais já tinham mostrado.

[0021] O potencial para a construção leve da máquina eléctrica também é utilizável de forma muito eficaz. Em contraste com uma concepção sem um enrolamento de ranhuras, apenas o peso do próprio enrolamento de ranhuras entra em consideração, não são necessários mais subconjuntos sobre a parte da máquina. O enrolamento de ranhuras pode, preferencialmente, ser implementado com uma série de voltas de 1 e, assim, também consegue gerenciamento com muito pouco cobre. No entanto, prevê-se um certo número de voltas de > 1 em algumas modalidades.

[0022] Em geral, resulta da invenção uma máquina elétrica, que tem um circuito magnético que utiliza dois enrolamentos estruturados de forma diferente para o processo de conversão eletromecânica. Por um lado, existe um enrolamento sinuoso de caixa de ar, que está localizado na superfície do garfo de ferro do estator, e, por outro lado, existe um enrolamento de ranhuras, que está localizado em ranhuras que foram formadas no garfo de ferro do estator. Os dois enrolamentos estão interligados e, em conjunto, eles transformam uma força total ou um torque total. Por este meio, dois princípios de transformação eletromecânica entram em jogo. A lei de força geral de Lorentz para condutores elétricos de transporte de corrente em um campo magnético é aplicável para o enrolamento de caixa de ar e a força magnética entre os eletroímãs formados no estator ou elemento estático e os polos permanentemente excitados ou independentemente excitados na armadura ou rotor aplica-se para o enrolamento de ranhuras.

[0023] As máquinas elétricas de acordo com a invenção são muito compactas, leves, eficientes, dinâmicas e, em particular, têm um torque muito elevado.

[0024] A modificação em comparação com um conceito que tem apenas um enrolamento de caixa de ar, apenas conduz a um aumento muito pequeno nos custos de fabrico e, assim, é justificado e eficaz em qualquer caso. No que diz respeito ao aumento significativo do torque e ao aumento significativo da energia, simultaneamente, com um aumento muito pequeno no peso, esse custo de fabricação é, em qualquer caso, justificado.

[0025] Além disso, é também de vantagem que uma geometria muito simples e uma construção compacta também sejam fornecidas por esta modificação.

[0026] Devido a essas características, as máquinas elétricas de acordo com a invenção podem ser empregadas, em particular, em todos os campos de aplicação em que existe uma dependência particular dessas características.

[0027] Entre outras coisas, isso também inclui sistemas de acionamento móveis, como veículos elétricos em geral, por exemplo, veículos motores elétricos comerciais, bicicletas elétricas, scooters elétricos, barcos elétricos, navios elétricos ou aviões elétricos. Em todos esses campos de aplicação, máquinas elétricas são de vantagem e uma construção compacta é particularmente desejada uma vez que existe apenas uma quantidade limitada de espaço disponível. No entanto, as máquinas elétricas que têm que ser empregadas em tais sistemas devem ser eficientes e dinâmicas.

[0028] Além disso, as máquinas elétricas de acordo com a invenção são muito facilmente escalonáveis. Por esse motivo, uma faixa mais larga de energia pode ser coberta com dimensões adaptadas adequadamente.

[0029] É também uma vantagem, entre outras coisas, que o arrefecimento do enrolamento de ranhuras sem qualquer disposição adicional para o aparelho possa ser efetuado por meio de um sistema de arrefecimento que já está em uso regular.

[0030] As vantagens características dos dois tipos de enrolamentos sendo empregados podem ser vantajosamente combinadas em uma operação. Entre outras coisas, isso é devido ao fato de que um enrolamento de caixa de ar só provoca um pequeno enfraquecimento do campo, enquanto um enrolamento de ranhuras pode induzir o enfraquecimento do campo. A otimização do sistema pode ser efetuada por exemplo no que diz respeito a ter cadeia mínimo ou outra pessoa com relação à máxima eficiência na dependência do desejo particular em virtude da combinação.

[0031] É vantajoso se o número de ranhuras para o enrolamento de ranhuras na parte primária e o número de polos magnéticos na parte secundária é implementada em uma proporção de maior do que, menor do que ou igual a um, e se o deslocamento posicional dos cordões de enrolamento nas ranhuras em relação à posição dos cordões de enrolamento na caixa de ar e também o controle do enrolamento de ranhuras é adaptável para a relação selecionada. Devido a este conceito, a máquina elétrica de acordo com a invenção é ainda melhor adaptável às diferentes exigências.

[0032] Uma possibilidade para o emprego prático de uma máquina elétrica de acordo com a invenção consiste em que a parte primária é um estator, que a parte secundária tem a forma de um rotor, que é proporcionado um eixo que se encontra sob a forma de um eixo de rotação, e que a parte secundária está disposta sobre uma parte primária paralela ao eixo.

[0033] Uma outra possibilidade para uma aplicação prática surge quando a parte primária é um estator, a parte secundária tem a forma de uma armadura, quando é proporcionado um eixo que se encontra sob a forma de um eixo de empuxo, e a parte secundária está disposta paralelamente para a parte primária e ambas estão dispostas perpendicularmente ao eixo.

[0034] Assim, é possível que a parte secundária a ser instalada dentro da parte primária, sob a forma de uma armadura interna ou fora da parte primária sob a forma de uma armadura externa.

[0035] Os polos magnéticos podem ser permanentes ou externamente excitáveis. Possibilidades de aplicação também surgem como resultado da máquina elétrica de acordo com a invenção estar na forma de uma máquina de corrente contínua, em que o enrolamento de caixa de ar e o enrolamento de ranhuras são controláveis, ao mesmo tempo, por meio de uma tensão contínua pulsada ou tensão elétrica direta pulsada.

[0036] Outra possibilidade é caracterizada pelo fato de a máquina elétrica estar na forma de uma máquina de corrente alternada e em que o enrolamento de caixa de ar e o enrolamento de ranhuras são controláveis por meio de uma tensão alternada ou de tensão alternada elétrica, em que a tensão alternada que está sendo fornecida exibe uma mudança de fase mútua.

[0037] Naturalmente, também é possível que a máquina elétrica seja construída de tal maneira que um dos dois enrolamentos é controlado em modo de corrente contínua e o outro dos dois enrolamentos em modo de corrente alternada.

[0038] Uma vantagem particularmente prática surge se a parte primária tiver a forma de um cilindro sólido ranhurado ou um cilindro oco ranhurado. A parte primária pode, assim, conter os dois enrolamentos que, por sua vez, poderiam ter geometrias individuais.

[0039] Em alternativa, também é possível que a parte primária compreenda, pelo menos, um cilindro com ranhuras ou segmento de cilindro oco e que a parte secundária seja implementado como um cilindro oco ou segmento de cilindro oco.

[0040] Uma modalidade particularmente preferida da invenção consiste em que os elementos de ligação elétrica do enrolamento de caixa de ar e os elementos de ligação elétrica do enrolamento de ranhuras estão em conexão com os cordões, de enrolamento, de tal maneira que eles estão dispostos de forma alternada, de preferência, em forma sinuosa. A forma sinuosa acabou por ser particularmente confiável, eficaz e praticável.

[0041] Além disso, também é possível que os elementos de ligação elétrica do enrolamento de caixa de ar e os elementos de ligação elétrica do enrolamento de ranhuras estejam em conexão com os cordões de enrolamento, de tal maneira que, espacialmente, eles estão ambos dispostos no plano dos cordões de enrolamento ou em um ângulo opcional em relação ao plano da direção de movimento.

[0042] É concebível que os cordões de enrolamento do enrolamento de caixa de ar e / ou os cordões de enrolamento do enrolamento de ranhuras sejam formados de um modo individual ou de várias partes e tenham uma seção transversal que tem a forma de um retângulo, um quadrado, um círculo ou um segmento de anel.

[0043] Existem também diferentes possibilidades para a disposição e orientação dos cordões de enrolamento do enrolamento de caixa de ar e os cordões de enrolamento do enrolamento de ranhuras.

[0044] Desse modo, eles podem ser alinhados em paralelo com o eixo de rotação e / ou perpendicularmente ao eixo de empuxo. Também é possível fixar cordões de enrolamento na parte primária por meio dos elementos de ligação elétrica e / ou de modo a formá-los na maneira de uma só peça em conjunto com os elementos de ligação elétrica.

[0045] O enrolamento de caixa de ar e / ou o próprio enrolamento de ranhuras também poderia ser formado na forma de uma só peça em conjunto com a parte primária.

[0046] Em uma outra modalidade da invenção, o enrolamento de ranhuras é implementado com um número de voltas que é maior do que 1.

[0047] Características e conceitos vantajosos da invenção são indicados nas reivindicações apensas, bem como na descrição a seguir das figuras.

[0048] No que se segue, algumas modalidades exemplificativas da invenção são descritas em mais detalhes com a ajuda dos desenhos. Nele:

[0049] A Figura 1 mostra um corte esquemático através de uma primeira modalidade de uma máquina elétrica de acordo com a invenção;

[0050] A Figura 2 um corte esquemático através de uma segunda modalidade de uma máquina elétrica de acordo com a invenção;

[0051] A Figura 3 um detalhe ampliado das modalidades representadas nas Figuras 1 ou 2 com um corte na região de uma ranhura;

[0052] A Figura 4 um pormenor ampliado das modalidades representadas nas Figuras 1 ou 2, referente ao deslocamento posicional dentro da região de uma ranhura;

[0053] A Figura 5 é uma representação esquemática da forma de um enrolamento de caixa de ar em uma das modalidades representadas nas Figuras 1 ou 2;

[0054] A Figura 6 é uma ilustração esquemática do enrolamento de ranhuras em uma das modalidades representadas nas Figuras 1 ou 2;

[0055] A Figura 7 é um corte esquemático através de uma outra modalidade de uma máquina elétrica de acordo com a invenção, aqui na forma de uma armadura interna; e

[0056] A Figura 8 um corte esquemático através de uma quarta modalidade de uma máquina elétrica de acordo com a invenção, aqui na forma de uma armadura externa.

[0057] A Figura 1 mostra, esquematicamente, a construção de uma primeira modalidade de uma máquina elétrica 1 de acordo com a invenção. A máquina elétrica 1 possui uma parte primária 2b e uma parte secundária 3b. A parte primária 2b e a parte secundária 3b são separadas por uma caixa de ar 6.

[0058] Além disso, um enrolamento de caixa de ar 4 e um enrolamento de ranhuras 4 5 são fornecidos. No caso da modalidade ilustrada, este é um enrolamento de ranhuras 5 e um enrolamento de caixa de ar 4 combinados para uma disposição linear. A parte primária 2b tem um garfo de ferro sob a forma de um núcleo de ferro 7, o enrolamento de ranhuras 5 e o enrolamento de caixa de ar 4. O núcleo de ferro 7 ou garfo de ferro da máquina elétrica 1, isto é, aqui, uma máquina elétrica linear, é um estator ranhurado. O núcleo de ferro 7, portanto, incorpora ranhuras 8. Na forma exemplificativa, um enrolamento de ranhuras de duas fases 5a, 5b é integrado / inserido nas ranhuras 8 do núcleo de ferro 7 ou garfo de ferro. Exemplarmente um enrolamento de caixa de ar de duas fases, 4a, 4b é aplicado à superfície ranhurada do núcleo de ferro 7 ou garfo de ferro.

[0059] A parte secundária 3b da máquina elétrica 1 ou máquina linear é uma armadura. Esta compreende um núcleo 10 ou garfo de ferro e polos magnéticos permanentemente excitados 9. Estes últimos estão dispostos sobre a superfície do núcleo de ferro 10 ou garfo de ferro com polarização alternada. A polarização dos polos magnéticos permanentemente excitados 9 nesta modalidade é definida por N para um polo norte e um polo sul S. A parte secundária 3b pode variar a sua posição ao longo de um eixo, aqui um eixo de empuxo 16.

[0060] Uma modalidade da máquina elétrica 1 de acordo com a invenção, que combina duas fases 5a, 5b de um enrolamento de ranhuras 5 e duas fases 4a, 4b de um enrolamento de caixa de ar 4 é ilustrada esquematicamente sob a forma de uma ilustração ampliada na Figura 2.

[0061] Aqui, o circuito magnético 11 é destacado para fins de elucidação. Este circuito magnético 11 estende-se através do garfo de ferro ou núcleo de ferro 7, das duas fases 4a, 4b do enrolamento de caixa de ar 4, uma primeira caixa de ar magneticamente eficaz, uma segunda caixa de ar magneticamente eficaz 6b, que está localizada na caixa de ar 6 que é atravessada por duas vezes pelo circuito magnético 11, os polos magnéticos 9a, 9b e o garfo de ferro ou núcleo de ferro 10, da parte secundária 3b.

[0062] A orientação da densidade de fluxo magnético dentro da caixa de ar 6 para o circuito magnético 11 está ilustrada pelas duas seções 11a, 11b.

[0063] Além disso, uma modalidade está ilustrada na Figura 2 em que o núcleo de ferro 7 ou garfo de ferro da parte primária é ranhurado. De modo exemplificativo, um enrolamento de ranhuras 5 tendo duas fases 5a, 5b está integrado ou inserido nas ranhuras 8 que foram aí formadas. Exemplificativamente, um enrolamento de caixa de ar 4, que também tem duas fases 4a, 4b é aplicado na superfície ranhurada do garfo de ferro ou núcleo de ferro 7 da parte primária 2.

[0064] A parte secundária 3 é representada pelo garfo de ferro ou núcleo de ferro 10 e os dois polos magnéticos 9a, 9b, que estão permanentemente excitados, nesta modalidade. Os polos magnéticos 9a, 9b são dispostas sobre a superfície do núcleo de ferro 10 com polarização alternada. A polarização dos polos magnéticos permanentemente excitados 9 é definida por N para um polo norte e um S para um polo sul S. A parte secundária 3 pode variar a sua posição ao longo de uma direção de movimento 13.

[0065] Uma vista em detalhes de uma seção de uma máquina elétrica 1, que corresponde às modalidades representadas nas Figuras 1 ou 2, para exemplo é mostrada, esquematicamente, na ilustração ampliada da Figura 3. Em particular, a vista em detalhes mostra uma ranhura 8 no núcleo de ferro 7 ou garfo de ferro da parte primária 2b. A geometria da ranhura 8 que é ilustrada especificamente aqui é apenas uma das muitas modalidades possíveis. Além disso, a Figura 3 mostra um cordão de enrolamento da Fase 4a do enrolamento de caixa de ar 4. Pode-se perceber prontamente a caixa de ar 6 entre o polo magnético 9 da parte secundária 3b e a parte primária 2b.

[0066] Um deslocamento posicional entre a fase 5a do enrolamento de ranhuras 5 na ranhura 8 e a fase 4a do enrolamento de caixa de ar 4 pode ser percebido em uma ilustração adicional em detalhe em forma ampliada na Figura 4, em que esta ilustração pode igualmente referir-se às modalidades representadas nas Figuras 1 ou 2. Além disso, a Figura 4 mostra a parte primária 2 e parte secundária 3 da máquina elétrica 1. O núcleo de ferro 7 ou garfo de ferro, a ranhura 8, um cordão de enrolamento da fase 5a do enrolamento de ranhuras 5 e um cordão de enrolamento da fase 4a do enrolamento de ranhuras 4 são representados na parte primária 2. O núcleo de ferro 10 ou garfo de ferro e o polo magnético 9a estão representados na parte secundária 3. Também neste caso, pode-se ver a caixa de ar 6 entre a parte primária 2 e a parte secundária 3.

[0067] A Figura 5 mostra esquematicamente o percurso seguido pelo enrolamento de caixa de ar 4 sobre a parte primária 2. O enrolamento de caixa de ar 4 consiste dos cordões de enrolamento 12a, 12b e das peças de cabeça alternadas 12c, 12d. A largura B denota a largura de um polo magnético 9. As peças de cabeça 12c, 12d estão localizadas fora da caixa de ar 6 e são alternadamente ligadas aos cordões de enrolamento 12a, 12b do enrolamento de caixa de ar 4, que está localizado dentro da caixa de ar 6 .

[0068] A Figura 6 mostra esquematicamente o caminho seguido pelo enrolamento de ranhuras 5 na parte primária 2. O enrolamento de ranhuras 5 consiste em cordões de enrolamento 14a, 14b e peças de cabeça alternantes 14c, 14d. A largura b indica novamente a largura de um polo magnético 9. As peças de cabeça 14c, 14d estão ligadas alternadamente aos cordões de enrolamento 14a, 14b do enrolamento de ranhuras 4, o qual está localizado nas ranhuras 8 da parte primária 2.

[0069] A Figura 7 mostra esquematicamente a construção de uma outra modalidade de uma máquina elétrica 1 de acordo com a invenção. A máquina elétrica 1 possui uma parte primária e uma parte secundária 2b, 3b. A parte primária e a parte secundária 2b, 3b são separadas uma da outra por uma caixa de ar 6.

[0070] Além disso, um enrolamento de caixa de ar 4 e um enrolamento de ranhuras 5 são fornecidos. No caso da modalidade ilustrada, este é um enrolamento de ranhuras 5 e um enrolamento de caixa de ar 4 combinados para uma máquina elétrica rotativa. A parte primária 2a compreende um garfo de ferro sob a forma de um núcleo de ferro 7, o enrolamento de ranhuras 5 e o enrolamento de caixa de ar 4. O núcleo de ferro 7 ou garfo de ferro da máquina elétrica 1, isto é, aqui, uma máquina elétrica rotativa, é um estator ranhurada. O núcleo de ferro 7, portanto, incorpora ranhuras 8. Na forma exemplificativa, um enrolamento de ranhuras de duas fases 5a, 5b é integrado/ inserido nas ranhuras 8 do núcleo de ferro 7 ou garfo de ferro. Exemplificativamente, um enrolamento de caixa de ar de duas fases 4a, 4b é aplicado na superfície ranhurada do núcleo de ferro 7 ou garfo de ferro.

[0071] A parte secundária 3a da máquina elétrica ou máquina rotativa é um rotor. Este compreende um núcleo de ferro 10 ou garfo de ferro e polos magnéticos permanentemente excitados 9. Estes últimos estão dispostos sobre a superfície do núcleo de ferro 10 ou garfo de ferro com polarização alternada. A polarização dos polos magnéticos permanentemente excitados 9 nesta modalidade é definida por N para um polo norte e S para um polo sul. Como um rotor, as partes secundárias 3b pode girar em torno de um eixo, aqui, um eixo de rotação 15. Deste modo, uma modalidade sob a forma de uma armadura interna está ilustrada na Figura 7.

[0072] Uma quarta modalidade de uma máquina elétrica 1 está ilustrada na Figura 8. A modalidade corresponde, no que respeita à maioria dos elementos ilustrados para a modalidade representada na Figura 7. A modalidade da Figura 8 difere da modalidade da Figura 7 pelo fato de que há mostrada uma máquina elétrica rotativa tendo um estator e um rotor, como a parte primária 2a e um rotor como a parte secundária 3a, que em conjunto formam uma armadura externa. Relação de símbolos de referência 1 máquina elétrica 2 parte primária 2a estator 2b estator 3 parte secundária 3a rotor 3b armadura 4 enrolamento de caixa de ar 4a, 4b fases do enrolamento de caixa de ar 5 enrolamento de ranhuras 5a, 5b fases do enrolamento de ranhura 6 caixa de ar 6a, 6b caixas de ar do circuito magnético 7 núcleo de ferro da parte primária 2 8 ranhuras 9 polos magnéticos 9a, 9b par de polos magnéticos 10 núcleo de ferro da parte secundária 3 11 circuito magnético 11a, 11b densidade de fluxo magnético na caixa de ar 12a, 12b cordão de enrolamento de enrolamento de caixa de ar 12c, 12d peça de cabeça alternante de enrolamento de caixa de ar 13 direção de movimento 14a, 14b cordão de enrolamento de enrolamento de ranhuras 14c, 14d peça de cabeça alternante de enrolamento de ranhuras 15 eixo de rotação 16 eixo de empuxo a deslocamento posicional b largura de um polo magnético 9 N polo norte S polo sul

Claims

1. Máquina elétrica (1), caracterizada pelo fato de que tem uma parte primária (2) que compreende um primeiro núcleo de ferro (7); tem uma parte secundária (3) que compreende um segundo núcleo de ferro (10); tem uma caixa de ar (6) entre a parte primária (2) e a parte secundária (3), tem um enrolamento de caixa de ar (4) na caixa de ar (6), em que o enrolamento compreende pelo menos duas fases (4a, 4b) e é disposto diretamente sobre o primeiro núcleo de ferro (7) da parte primária (2), tem polos magnéticos (9) os quais estão dispostos alternadamente no segundo núcleo de ferro (10) da parte secundária (3), tem um circuito magnético local (11) respectivo que é formado por meio de um par dos polos magnéticos (9a, 9b), sendo que o núcleo de ferro (10) na parte secundária (3), duas vezes através da caixa de ar (6) entre os dois ímãs do par de polos magnéticos (9a, 9b) e o núcleo de ferro (7) na parte primária (2), em que o enrolamento de caixa de ar (4) é disposto em relação aos polos magnéticos (9) de uma maneira tal que, para cada polo magnético (9) e para cada fase (4a, 4b), um respectivo cordão de enrolamento (12a, 12b) situa-se na caixa de ar (6), a saber, perpendicularmente a uma densidade de fluxo magnético (11a, 11b) na caixa de ar (6) e também perpendicularmente a uma direção de movimento (13) da parte secundária (3), em que os cordões de enrolamento (12a, 12b) mutuamente paralelos, diretamente vizinhos de uma fase (4a, 4b) do enrolamento de caixa de ar (4) na caixa de ar (6) estão ligados por peças de cabeça (12c, 12d) que se alternam em ambas as extremidades para formar um respectivo condutor, em que as peças de cabeça (12c, 12d) são ligadas aos cordões de enrolamento (12a, 12b), de modo que são dispostas de forma alternada em forma sinuosa, em que a parte primária (2) é fornecida, adicionalmente com um enrolamento de ranhuras (5), em que o enrolamento de ranhuras (5) compreende pelo menos duas fases (5a, 5b) e está disposto em ranhuras (8) do núcleo de ferro (7) da parte primária (2) em que o enrolamento de ranhuras (5) é disposto em relação aos polos magnéticos (9), de tal maneira que, para o enrolamento de ranhuras (5) para cada polo magnético (9a, 9b) e para cada fase (5a, 5b), um respectivo cordão de enrolamento (14a, 14b) paralelo ao cordão de enrolamento (12a, 12b) do enrolamento de caixa de ar (4) que está associado com o mesmo polo magnético (9a, 9b) encontra-se na ranhura (8); em que cordões de enrolamento (14a, 14b), mutuamente paralelos, diretamente vizinhos de uma fase (5a, 5b) do enrolamento de ranhuras (5) em uma ranhura (8) estão ligados por partes de cabeça (14c, 14d) que se alternam em ambas as extremidades para formar um respectivo condutor, em que as peças de cabeça (14c, 14d) são ligadas aos cordões de enrolamento (14a, 14b) de modo que são dispostas de forma alternada em forma sinuosa, e em que os cordões de enrolamento (12a, 12b) da primeira fase (4a) do enrolamento de caixa de ar (4) e os cordões de enrolamento (14a, 14b) da primeira fase (5a) do enrolamento de ranhuras (5) apresentam um deslocamento posicional (a) em relação um ao outro o que é determinado pelo número de fases e o enrolamento de caixa de ar (4) e o enrolamento de ranhuras (5) são operáveis por uma disposição de controle que é sincronizado alternadamente para a posição do polo magnético (9).

2. Máquina elétrica (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o número de ranhuras (8) do enrolamento de ranhuras (5) na parte primária (2) e o número de polos magnéticos (9) na parte secundária (3) são implementados em uma proporção opcional que é maior do que, menor que ou igual a um, e em que o deslocamento posicional (a) dos cordões de enrolamento (14a, 14b) nas ranhuras (8) em relação à posição dos cordões de enrolamento (12a, 12b) na caixa de ar (6), bem como o controle do enrolamento de ranhuras (5) são adaptáveis em correspondência com a relação selecionada.

3. Máquina elétrica (1), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a parte primária (2) é um estator (2a), a parte secundária (3) está na forma de um rotor (3a), um eixo (15) é fornecido, que é um eixo de rotação, e a parte secundária (3) está disposta sobre uma parte primária (2) paralela ao eixo (15).

4. Máquina elétrica (1), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a parte primária é um estator (2b); a parte secundária está na forma de uma armadura (3b), um eixo (16) é fornecido, o qual é um eixo de empuxo, e a parte secundária (3) é paralela à parte primária (2b) e ambas são dispostas perpendicularmente ao eixo (16).

5. Máquina elétrica (1), de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que a parte secundária (3) está disposta no interior da parte primária (2) como uma armadura interna ou fora da parte primária (2) como uma armadura externa.

6. Máquina elétrica (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que os polos magnéticos (9) são permanente ou externamente excitáveis.

7. Máquina elétrica (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que é construída como uma máquina de corrente contínua, e o enrolamento de caixa de ar (4) e o enrolamento de ranhuras (5) são controláveis, simultaneamente, por uma tensão contínua pulsada.

8. Máquina elétrica (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que é construída como uma máquina de corrente alternada, e o enrolamento de caixa de ar (4) e o enrolamento de ranhura (5) são controláveis através de uma tensão alternada, em que a tensão alternada respectivamente fornecida tem uma mudança de fase mútua.

9. Máquina elétrica (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que um dos dois enrolamentos (4, 5) é controlado no modo de corrente contínua de operação e o outro dos dois enrolamentos (4, 5) é controlado no modo de corrente alternada de operação.

10. Máquina elétrica (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que a parte primária (2) tem a forma de um cilindro sólido ranhurado ou um cilindro oco ranhurado.

11. Máquina elétrica (1) ,de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que a parte primária (2) compreende, pelo menos, um segmento de cilindro ranhurado ou segmento de cilindro oco; e a parte secundária (3) é implementada como um cilindro oco ou segmento de cilindro oco.

12. Máquina elétrica (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que os elementos elétricos de ligação (12c, 12d) do enrolamento de caixa de ar (4) e os elementos elétricos de ligação (14c, 14d) do enrolamento de ranhuras (5) estão ligados aos cordões de enrolamento (12a, 12b, 14a, 14b) de tal modo que são espacialmente dispostos no plano dos cordões de enrolamento (12a, 12b, 14a, 14b) ou em um ângulo opcional em relação ao plano da direção de movimento.

13. Máquina elétrica (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que os cordões de enrolamento (12a, 12b) do enrolamento de caixa de ar (4) e os cordões de enrolamento (14a, 14b) do enrolamento de ranhuras (5) são formados em uma ou várias partes e tem uma seção transversal que tem a forma de um retângulo, um quadrado, um círculo ou um segmento de anel.

14. Máquina elétrica (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que os cordões de enrolamento (12a, 12b) do enrolamento de caixa de ar (4) e os cordões de enrolamento (14a, 14b) do enrolamento de ranhuras (5) são orientados paralelamente ao eixo de rotação (15) e/ou perpendicularmente ao eixo de empuxo (16) e/ou são fixados à parte primária (2) por meio dos elementos elétricos de ligação (12c, 12d, 14c, 14d) e/ou são formados de uma só peça em conjunto com os elementos elétricos de ligação (12c, 12d, 14c, 14d).

15. Máquina elétrica (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que o enrolamento de ranhuras (5) é implementado com um número de voltas superior a 1.