BR112019000128B1 - Estator sem forquilha, máquina elétrica de fluxo axial e métodos para produção de um estator sem forquilha e para produção de uma máquina elétrica de fluxo axial - Google Patents

Abstract

Um estator sem forquilha (4) para uma máquina de fluxo axial (1), compreendendo uma carcaça (41), a carcaça compreendendo uma porção circunferencial (44, 48) e uma pluralidade de porções alongadas (45, 72) que se estendem radialmente para dentro a partir das mesmas; e uma pluralidade de dentes de estator discretos (5) dispostos dentro da porção circunferencial, cada dente de estator discreto (5) compreendendo um material ferromagnético (51) e um enrolamento elétrico; a carcaça compreendendo ainda um material de preenchimento eletricamente isolante (6) que preenche o espaço vazio no interior da carcaça. A porção circunferencial da carcaça é feita de um primeiro material não ferromagnético e as porções alongadas são feitas de um segundo material não ferromagnético. A carcaça compreende uma estrutura laminada, que compreende pelo menos parte da pluralidade de porções alongadas direcionadas para dentro.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A invenção refere-se ao campo de máquinas elétricas de fluxo axial. Mais especificamente, a presente invenção refere-se a um estator para uma máquina elétrica de fluxo axial e a um método de produção do mesmo.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0002] Muitos tipos diferentes de máquinas elétricas (motores e geradores) existem na técnica anterior, por exemplo motores/geradores de corrente contínua sem escovas (BLDC), motores/geradores de corrente alternada (AC) síncronos ou assíncronos, motores/geradores de relutância comutados (SRM), motores/geradores de fluxo axial (FA), etc., e cada tipo tem suas vantagens e desvantagens específicas, por exemplo, em termos da própria máquina física, em termos de seu circuito de condução, (por exemplo, exigindo um DSP ou um microcontrolador simples), em termos de sensores requeridos (por exemplo, sensor de corrente, sensor de posição), em termos de características (por exemplo, ondulação de torque), etc.

[0003] A presente invenção refere-se ao tipo de "máquinas de fluxo axial" e mais particularmente, às chamadas máquinas de fluxo axial sem forquilha.

[0004] As máquinas de fluxo axial são conhecidas na técnica, por exemplo, dos documentos WO2010/092400 e US2015/0364956 e, portanto, os princípios básicos de operação não precisam ser explicados aqui.

[0005] Um leitor não familiarizado com máquinas de fluxo axial pode consultar a tese: “Design of axial flux permanent magnet low-speed machines and performance comparison between radial-flux and axial-flux machines”, por A. Parvainen, 2005, PhD Lappeenranta University of Technology. Na FIG. 1.3 da referida tese, replicada neste documento como FIG. 12, várias topologias de fluxo axial são mostradas:(a) máquinas de um lado, (b) máquinas com duplo estator e rotor único; (c) máquinas com rotor duplo e estator único; (d) máquinas de múltiplos estágios. A presente invenção refere-se apenas às topologias (c) e (d).

[0006] Dentro dessas duas topologias, duas variantes são possíveis, dependendo da orientação dos ímãs nos dois discos do rotor: o tipo toroidal e o tipo de armadura segmentada (topologia YASA, um tipo recente de motor de fluxo axial que apresenta melhoras na densidade de conjugado). Isto é ilustrado na FIG. 13. A presente invenção diz respeito apenas à segunda variante: o tipo YASA. Essa variante não tem garfo estator, enquanto a primeira variante tem uma forquilha estatora. A FIG. 13 demonstra claramente a necessidade desta forquilha para fechar o circuito magnético na primeira variante, enquanto o circuito magnético é fechado sem o uso de uma forquilha na segunda variante (YASA). As linhas pontilhadas ilustram as linhas do campo magnético. As máquinas acima têm fendas para os enrolamentos no estator.

[0007] A FIG. 14 mostra uma configuração esquemática da máquina do tipo YASA com fendas. Mais informações podem ser encontradas em [J. Gieras, R.Wang, M.Kamper, Axial Flux Permanent Magnet Brushless Machines, Kluwer, 2004, ISBN:1-4020-2661-7].

[0008] Como a presente invenção está principalmente relacionada com a construção do estator, também é feita referência à publicação “Mechanical Construction and Analysis of an Axial Flux Segmented Armature Torus Machine” (B.Zhang, Y.Wang, M. Doppelbauer e M. Gregor, International Conference on Electrical Machines (ICEM), 2-5 de setembro de 2014, Berlim, pp. 1293-1299).

[0009] As vantagens das máquinas de fluxo axial sobre máquinas de fluxo radial são, por exemplo, a maior potência e densidade de torque inerentes a este tipo de máquina e que, no caso de máquinas YASA, são combinadas com uma maior eficiência, principalmente devido à ausência da forquilha do estator e suas perdas associadas.

[0010] A topologia YASA, no entanto, levanta alguns desafios técnicos. A compactação aumenta a importância e as dificuldades técnicas no arrefecimento da máquina. Além disso, há um desafio relacionado à fixação mecânica dos dentes do estator discretos na máquina com precisão apropriada e rigidez suficiente.

[0011] O documento DE 100 48 492 descreve um estator para uma máquina elétrica de campo axial. O estator tem um número de bobinas de estator contidas dentro de uma carcaça de estator tendo um anel estator com um número de raios radiais projetados para dentro, entre os quais as bobinas estão localizadas. Cada bobina tem um núcleo de bobina de um material ferromagnético e um enrolamento de estator externo. As bobinas são dispostas entre os raios radiais e são coladas a elas. As bobinas estão em contato térmico com os raios radiais adjacentes e a superfície periférica interna do anel do estator.

[0012] A aplicação US2014/009009 refere-se a uma máquina elétrica rotativa de abertura axial. O estator inclui vários núcleos de estator dispostos na direção circunferencial. As bobinas são configuradas para enrolar as periferias dos respectivos núcleos do estator. Uma resina molda os núcleos do estator enrolados com as bobinas. Os núcleos do estator incluem, cada um, uma porção saliente que se projeta parcialmente da bobina na direção do eixo de rotação. Um membro condutor é fornecido de modo a entrar em contato com as superfícies periféricas das porções salientes dos núcleos do estator.

[0013] JP 2000 295801 apresenta um núcleo de estator dividido para uma máquina de fluxo radial. Uma pluralidade de blocos de núcleo compreende chapas de aço ferromagnéticas laminadas. Cada bloco de núcleo tem uma parte em forma de pente que é feita para se projetar no lado de circunferência externa do bloco de núcleo adjacente e plasticamente deformado. Uma aba dobrada saliente ou um entalhe é formado na superfície de cada chapa de aço ferromagnético que é colocada em contato com a chapa de aço eletromagnética pertencente ao bloco de núcleo adjacente.

[0014] O documento US2008/098587 divulga um método para fabricar um núcleo de estator laminado de uma máquina de fluxo radial. Um corpo de forquilha do núcleo do estator ferromagnético é laminado.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0015] É um objetivo das modalidades da presente invenção fornecer um estator sem forquilha para uma máquina eléctrica de fluxo axial e uma máquina de fluxo axial compreendendo um estator sem forquilha, em que o estator sem forquilha e a máquina elétrica de fluxo axial têm uma estrutura com estabilidade mecânica boa ou melhorada e/ou uma capacidade de arrefecimento boa ou melhorada, evitando que um líquido de arrefecimento se aproxime dos dentes do estator ou das bobinas do estator.

[0016] É também um objetivo das modalidades da presente invenção proporcionar um método de produção de tal estator sem forquilha e um método de produção de tal máquina elétrica de fluxo axial, em que o método é relativamente fácil de executar, particularmente em termos de posicionamento preciso dos dentes do estator de maneira que não influencie negativamente a estabilidade mecânica e/ou capacidade de arrefecimento ou ambos.

[0017] Estes objetivos são conseguidos por um método e um dispositivo de acordo com modalidades da presente invenção.

[0018] De acordo com um primeiro aspecto, a presente invenção fornece um estator sem forquilha para uma máquina elétrica de fluxo axial, compreendendo: uma carcaça composta por uma porção circunferencial; uma pluralidade de dentes de estator discretos dispostos dentro da porção circunferencial, cada dente de estator discreto compreendendo um material ferromagnético e um enrolamento elétrico enrolado em torno do referido material ferromagnético; a carcaça compreendendo ainda uma pluralidade de porções alongadas se estendendo em uma direção radialmente para dentro a partir da referida porção circunferencial, as porções alongadas com uma extremidade proximal sendo mecanicamente conectada a porção circunferencial e estando em contato térmico com a referida porção circunferencial, e tendo uma porção distal ou extremidade distal sendo fisicamente localizada entre enrolamentos elétricos dos dentes de estator adjacentes; um material de preenchimento eletricamente isolante que preenche o espaço vazio dentro da referida porção circunferencial entre a referida pluralidade de dentes de estator e a referida pluralidade de porções alongadas. A porção circunferencial da carcaça é feita de um primeiro material não ferromagnético e as porções alongadas são feitas de um segundo material não ferromagnético. A carcaça compreende uma estrutura laminada. Esta estrutura laminada compreende pelo menos parte da referida pluralidade de porções alongadas direcionadas para dentro. Devido à alta relutância magnética do material não ferromagnético, a estrutura não ferromagnética não faz parte do circuito magnético.

[0019] A pluralidade de dentes estator discretos é preferivelmente disposta em posições angulares equidistantes dentro da porção circunferencial.

[0020] É uma vantagem que as porções alongadas possam cumprir quatro funções:(1) definir cavidades para receber os dentes de estator discretos durante a montagem, (2) manter os dentes de estator discretos em posição durante a produção do estator, (3) manter os dentes de estator discretos em posição durante o uso real da máquina de fluxo axial e (4) resfriar os dentes do estator durante o uso real da máquina, evacuando o calor do interior do estator para a circunferência.

[0021] As porções alongadas podem ser integralmente formadas com a porção circunferencial da carcaça, mas isso não é absolutamente necessário. Em algumas modalidades, estas podem ser formadas separadamente da porção circunferencial antes de serem montadas de forma fixa na mesma.

[0022] É uma grande vantagem das porções alongadas que servem tanto como meios de retenção mecânica durante a operação da máquina (proporcionando resistência estrutural para resistir às forças exercidas sobre os dentes do estator, em particular forças tangenciais) e ao mesmo tempo diminuindo significativamente a resistência térmica do meio através do qual o calor pode fluir a partir do local onde o calor é criado (os dentes de estator e os enrolamentos) e o local onde o calor é dissipado (a circunferência), durante a operação normal da máquina. Em outras palavras, as porções alongadas fornecem uma capacidade de arrefecimento aumentada dentro da estrutura do estator. Esta vantagem não deve ser subestimada.

[0023] Uma máquina com tais porções alongadas oferece uma densidade de potência melhorada, o que significa que uma máquina com tais porções alongadas pode ter uma potência maior do que a mesma máquina sem tais porções alongadas.

[0024] É uma grande vantagem desta máquina não requerer arrefecimento a água interno, especialmente uma vez que o arrefecimento a água aumenta a complexidade devido à necessidade de equipamentos adicionais, como bombas. No entanto, a máquina é compatível com estratégias de arrefecimento a água. A carcaça pode ser arrefecida a partir do exterior de qualquer maneira convencional, por exemplo, por meio de ar forçado ou arrefecimento a água, etc. Em algumas modalidades, é possível fornecer canais de água na porção circunferencial da carcaça.

[0025] É vantajoso que os espaços vazios sejam preenchidos com material de preenchimento, sem deixar bolhas de ar, porque a resina tem uma melhor condutância térmica do que o ar (por exemplo: cerca de 0,3W/mK para resina e cerca de 0,026W/mK para ar).

[0026] Preferencialmente, as porções alongadas se estendem radialmente para dentro até as posições radiais mais internas dos tentes de estator ou mesmo além disso, porque isto permite uma maior transferência de calor e assim uma capacidade de arrefecimento melhorada.

[0027] Em uma modalidade, o estator compreende ainda um elemento central disposto no interior da referida carcaça; a pluralidade de dentes de estator discretos disposta em um espaço entre a porção circunferencial e o elemento central; as porções alongadas estendendo-se radialmente para dentro a partir da referida porção circunferencial em direção ao elemento central; um material de preenchimento eletricamente isolante que preenche o espaço vazio entre a referida porção circunferencial e o elemento central e a referida pluralidade de dentes de estator e a referida pluralidade de porções alongadas.

[0028] Em uma modalidade, o elemento central é um elemento adaptado para segurar um rolamento.

[0029] Em uma modalidade, o elemento central é ou compreende um rolamento.

[0030] Em uma modalidade, o primeiro material não ferromagnético e o referido segundo material não ferromagnético são idênticos.

[0031] Em uma modalidade, a carcaça do estator compreende uma pluralidade de laminações empilhadas umas sobre as outras, as laminações tendo uma forma compreendendo pelo menos uma parte da porção circunferencial.

[0032] As porções alongadas que fazem parte da estrutura laminada estão em uma modalidade eletricamente isoladas umas das outras. Correntes circulantes conhecidas como "correntes parasitas" são assim evitadas. Em uma outra modalidade, em que um elemento em forma de pente conecta as várias laminações das porções alongadas através da parte de trás de tal elemento em forma de pente, o isolamento elétrico é obviamente apenas parcial. Mesmo neste caso , as correntes parasitas são largamente evitadas. Colocadas em palavras diferentes, as várias laminações das porções alongadas podem ser totalmente isoladas eletricamente umas das outras ou podem ser conectadas umas às outras em seu ponto radialmente mais interno ou mais externo, mas não em ambos os pontos juntos.

[0033] É uma vantagem proporcionar uma carcaça feita de laminações isoladas eletricamente, em oposição a uma peça monolítica de material eletricamente condutor, porque as laminações permitem uma maior redução das perdas devidas a correntes parasitas. Uma fina camada de óxido ou camada de revestimento pode ser suficiente como isolamento. As laminações podem ter uma espessura na faixa de 1,0 mm a 6,0 mm, por exemplo, na faixa de 1,0 mm a 4,0 mm, por exemplo na faixa de 1,5 mm a 2,5 mm.

[0034] Em uma modalidade, pelo menos algumas das laminações compreendem dois ou mais segmentos de laminação, cada um tendo a parte da porção circunferencial que abrange um arco menor do que 360°.

[0035] Em uma modalidade, pelo menos algumas das laminações compreendem ainda uma pluralidade de porções alongadas radialmente direcionadas para o interior formadas integralmente com a porção circunferencial.

[0036] É uma vantagem que tais laminações possam ser facilmente produzidas usando técnicas de produção clássicas, tais como corte, puncionamento, estampagem, corte a laser, corte a plasma, etc. É uma vantagem adicional que as porções alongadas sejam integralmente formadas com a porção circunferencial, por definição, proporcionando excelente contato mecânico e excelente contato térmico e levando automaticamente ao correto posicionamento dos dentes do estator. É uma vantagem que neste caso não são necessárias técnicas de brasagem ou soldadura ou outras técnicas de fixação para conectar, por exemplo, elementos em forma de pente à porção circunferencial.

[0037] Em uma modalidade, todas as laminações são idênticas; ou as laminações compreendem um primeiro tipo de laminação que compreende uma pluralidade de porções alongadas orientadas para dentro radialmente formadas integralmente com a porção circunferencial e um segundo tipo de laminação que compreende apenas uma porção circunferencial, mas não porções alongadas direcionadas radialmente para dentro.

[0038] No caso de todas as laminações terem porções alongadas, elas são preferencialmente revestidas ou anodizadas ou fornecidas com uma camada de isolamento para impedir o contato elétrico entre porções alongadas de laminações vizinhas.

[0039] Caso sejam utilizados dois tipos de laminação, o revestimento ou a oxidação ou outras formas de isolamento das laminações podem ser omitidos, sem aumentar as perdas devido a correntes parasitas, porque as correntes parasitas são pequenas na circunferência da carcaça e são evitadas nas porções alongadas devido a uma distância axial.

[0040] Em uma modalidade, pelo menos, algumas das laminações compreendem uma pluralidade de entalhes ou ranhuras para montar uma ou mais da referida pluralidade de porções alongadas. As porções alongadas são opcionalmente compreendidas em uma pluralidade de elementos em forma de pente.

[0041] Em uma modalidade, uma parede interna da porção circunferencial da carcaça compreende uma pluralidade de entalhes ou ranhuras.

[0042] Em uma modalidade, a carcaça do estator compreende um corpo anular monolítico como a porção circunferencial.

[0043] É uma vantagem desta modalidade que o corpo anular possa ser produzido como uma peça única, o que pode proporcionar vantagens de produção. Outra vantagem desta modalidade é que um corpo monolítico, feito de uma única peça, pode melhorar ainda mais a estabilidade mecânica. Acredita-se que as perdas devido às correntes parasitas que fluem nesta estrutura anular sejam relativamente pequenas, além disso, qualquer calor gerado na mesma pode ser transferido diretamente para o ambiente externo.

[0044] É uma vantagem que tais materiais ofereçam uma permeabilidade magnética relativamente baixa e uma condutividade térmica relativamente alta. Preferencialmente, são utilizadas ligas de alumínio ou cobre ou alumínio ou ligas de cobre. Outra vantagem do alumínio (ou ligas de alumínio) é a sua baixa densidade de massa (apenas cerca de 2.700 kg/m3, em comparação ao cobre: cerca de 8.900 kg/m3 ou aço: 7.800 kg/m3). O primeiro material não ferromagnético pode ser o mesmo que o segundo material não ferromagnético ou pode ser diferente. Uma vantagem de usar o mesmo material não ferromagnético é que pode ser mais fácil conectar-se através de soldagem ou brasagem. Outra vantagem é que a estrutura experimentará a mesma expansão térmica (mesmo coeficiente de expansão térmica), o que reduz o estresse térmico.

[0045] Em uma modalidade, o material de preenchimento é uma resina ou compreende uma resina e material fibroso.

[0046] Preferencialmente, é escolhida uma resina com uma condutividade térmica relativamente elevada (por exemplo, pelo menos 0,2 W/mK) e uma condutividade elétrica relativamente baixa (por exemplo, inferior a 1x1016 Ohm.Cm) e uma permeabilidade magnética relativamente baixa.

[0047] É uma vantagem usar uma resina com uma viscosidade relativamente baixa (por exemplo, inferior a 500 mPa. S a uma temperatura na faixa de 50°C a 250°C), na medida em que flui facilmente e preenche todas as lacunas, de modo a deixar substancialmente nenhuma bolha de ar.

[0048] Preferencialmente, é escolhida uma resina que tenha resistência mecânica suficiente e não se torne fraca mesmo a uma temperatura de trabalho de até 200°C ou mesmo até 225°C ou mesmo até 250°C (classe de temperatura IEC60085). Em uma determinada modalidade, a resina é uma resina termoendurecível tal como epóxi, resina BMI, resina benzoxazina, resina fenólica ou uma resina termoplástica tal como PA, PPS, PPSU, PAI, PEEK.

[0049] É uma vantagem se a resina compreender ainda fibras selecionadas do grupo de materiais não eletricamente condutores, tais como fibras de vidro ou fibras de aramida, com um comprimento de 3 mm a 15 mm ou um pré-selecionado do grupo consistindo em cargas inorgânicas, tais como alumina, sílica, wollastonita, nitreto de boro ou nitreto de alumínio ou aditivos orgânicos tais como modificadores de impacto CSR (borracha Core-Shell) ou outros agentes endurecedores de polímero para melhorar ainda mais as propriedades mecânicas e/ou térmicas.

[0050] De acordo com um segundo aspecto, a presente invenção fornece uma máquina elétrica de fluxo axial compreendendo: um estator sem forquilha de acordo com o primeiro aspecto e pelo menos um rotor montado rotativamente no referido estator.

[0051] De acordo com um terceiro aspecto, a presente invenção fornece um método de produção de um estator sem forquilha para uma máquina elétrica de fluxo axial. O método compreende: a) fornecimento de uma carcaça compreendendo uma porção circunferencial feita de um primeiro material não-ferromagnético e uma pluralidade de porções alongadas feitas de um segundo material não-ferromagnético e que se estendem desde a referida porção circunferencial em um direção radialmente para dentro, as porções alongadas tendo uma extremidade proximal que é mecanicamente conectada à porção circunferencial e que estão em contato térmico com a referida porção circunferencial, as porções alongadas sendo adaptadas para definir uma pluralidade de cavidades para receber uma pluralidade de dentes de estator discretos; pelo menos algumas das referidas porções alongadas estando compreendidas em uma estrutura laminada da referida carcaça do estator: b) arranjo da pluralidade de dentes de estator discretos na referida pluralidade de cavidades, cada dente de estator discreto compreendendo um material ferromagnético ou núcleo ferromagnético e um enrolamento elétrico enrolado em torno do referido material ferromagnético ou núcleo ferromagnético; c) aumento da temperatura do arranjo para uma temperatura na faixa de 50°C a 250°C e, enquanto mantém esta temperatura, preenche o espaço vazio dentro da referida porção circunferencial com um material de preenchimento eletricamente isolante; d) permitir que o material de preenchimento endureça e/ou cure.

[0052] Em uma modalidade, o método compreende ainda uma etapa x) entre a etapa a) e a etapa b) ou entre a etapa b) e a etapa c) de arranjo de um elemento central ou de um rolamento no interior da referida carcaça.

[0053] Em uma modalidade, o método compreende ainda uma etapa e), seguindo a etapa d), de arrefecer ativa ou passivamente o estator.

[0054] Uma etapa da modalidade a) compreende uma das seguintes alternativas: a) empilhar uma pluralidade de laminações sobre a outra, pelo menos algumas das referidas laminações tendo uma forma composta por uma porção circunferencial e uma pluralidade de porções alongadas que se estendem da referida porção circunferencial na direção radial para dentro; ii) empilhar uma pluralidade de laminações uma sobre a outra, um primeiro grupo das referidas laminações tendo uma primeira forma compreendendo uma porção circunferencial e uma pluralidade de porções alongadas que se estendem a partir da referida porção circunferencial em uma direção radialmente para dentro, um segundo grupo das referidas laminações tendo uma forma que compreende apenas uma porção circunferencial externa sem porções alongadas que se estendem a partir da referida porção circunferencial em uma direção radial para dentro; iii) empilhar uma pluralidade de laminações uma sobre a outra, pelo menos algumas das referidas laminações tendo uma forma compreendendo uma porção circunferencial e uma pluralidade de entalhes para montar uma ou mais das referidas porções alongadas compreendidas em um elemento em forma de pente; iv) proporcionar um corpo anular integral compreendendo uma pluralidade de entalhes ou ranhuras para montar uma ou mais da referida pluralidade de porções alongadas compreendidas em um elemento em forma de pente.

[0055] No caso das alternativas iii) ou iv), o método pode compreender ainda: montar os referidos elementos em forma de pente na porção circunferencial da carcaça do estator por meio de soldadura, brasagem,encaixe por pressão ou colagem.

[0056] De acordo com um quarto aspecto, a presente invenção também fornece um método de produção de uma máquina elétrica de fluxo axial, compreendendo as etapas de: produzir um estator sem forquilha de acordo com o terceiro aspecto; montar rotativamente um ou mais rotores no estator sem forquilha.

[0057] Aspectos particulares e preferenciais da invenção estão definidos nas reivindicações independentes e dependentes em anexo. Características das reivindicações dependentes podem ser combinadas com características das reivindicações independentes e com características de outras reivindicações dependentes como apropriadas e não apenas como explicitamente definidas nas reivindicações.

[0058] Estes e outros aspectos da invenção serão evidentes a partir de e elucidados com referência à(s) modalidade(s) descrita(s) a seguir.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0059] A FIG. 1 mostra uma vista expandida de um exemplo de máquina elétrica de fluxo axial de acordo com uma modalidade da presente invenção, a máquina de fluxo axial compreendendo um estator sem forquilha (mostrado no meio) e dois rotores.

[0060] A FIG. 2 mostra o exemplo de estator da FIG. 1 em mais detalhe, como uma modalidade da presente invenção.

[0061] A FIG. 3 é uma máquina elétrica de fluxo axial conhecida na técnica, tendo um estator com arrefecimento por água incorporado. A FIG. 3 é uma réplica da FIG. 8 da publicação por Bo Zhang mencionada na seção de campo da invenção.

[0062] A FIG. 4 mostra um exemplo de um chamado "dente de estator discreto" com um "enrolamento concentrado", conhecido na técnica, como pode ser usado em modalidades da presente invenção.

[0063] A FIG. 5 mostra um exemplo de uma laminação que pode ser usada em modalidades da presente invenção. A laminação tem uma porção circunferencial e uma pluralidade de porções alongadas que se estendem radialmente para dentro.

[0064] A FIG. 6 é um exemplo que mostra como o estator da FIG. 2 pode ser construído como uma pilha laminada. A FIG. 6(a) mostra uma única laminação da FIG. 5. A FIG. 6 (b) mostra uma pilha parcial compreendendo uma pluralidade de laminações empilhadas uma sobre a outra. A FIG. 6 (c) mostra uma pilha laminada completa que forma uma carcaça do estator mostrado na FIG. 2.

[0065] A FIG. 7 é uma vista em corte transversal do estator da FIG. 2, em um plano perpendicular ao eixo do rotor. Ele ilustra um exemplo da posição relativa e tamanho de uma laminação e uma pluralidade de dentes de estator discretos.

[0066] A FIG. 8 (a) e a FIG. 8 (b) mostram um exemplo de duas laminações diferentes que podem ser usadas em conjunto em modalidades de um estator de acordo com a presente invenção. A laminação da FIG. 8 (a) é uma laminação integral tendo uma porção circunferencial e uma pluralidade de porções alongadas que se estendem radialmente para dentro. A laminação da FIG. 8(b) tem uma porção circunferencial, mas sem porções alongadas.

[0067] A FIG. 8(c) mostra um exemplo de um tipo de laminação como pode ser usado em uma modalidade de um estator de acordo com a presente invenção, em combinação com elementos em forma de pente, como mostrado, por exemplo, na FIG. 9 e, opcionalmente, em combinação com lâminas da FIG. 8(b).

[0068] A FIG. 10 mostra um exemplo de outra modalidade de uma carcaça de estator para formar um estator sem forquilhas de acordo com a presente invenção. A carcaça do estator compreende um único corpo monolítico com uma forma anular e tendo uma pluralidade de ranhuras em uma superfície interna da mesma, adaptada para receber uma pluralidade de elementos em forma de pente, cada um compreendendo uma pluralidade de porções alongadas.

[0069] A FIG. 9 mostra o corpo anular monolítico e os elementos em forma de pente separadamente, em vista expandida, antes da montagem. A FIG. 10 mostra a carcaça do estator compreendendo o corpo anular monolítico que forma uma porção circunferencial da carcaça e compreendendo uma pluralidade de porções alongadas que se estendem radialmente para o interior a partir do corpo anular, após a montagem.

[0070] A FIG. 11 mostra um exemplo de um método de fabricação de um estator sem forquilha para uma máquina de fluxo axial de acordo com uma modalidade da presente invenção. As etapas opcionais mostram etapas adicionais para a fabricação de uma máquina elétrica de fluxo axial compreendendo tal estator sem forquilha.

[0071] A FIG. 12 é uma réplica da FIG. 1.3 da tese por A. Parvainen, conhecida na técnica.

[0072] A FIG. 13(a) mostra uma máquina Torus com o polo norte do ímã no primeiro rotor voltado para o polo norte do ímã no segundo rotor. A FIG. 13 (b) mostra uma máquina YASA com polo norte no primeiro rotor virado para o polo sul no segundo rotor, conhecido na técnica.

[0073] A FIG. 14 mostra uma configuração esquemática da máquina do tipo YASA com ranhuras como descrito por J. Gieras et al, conhecido na técnica.

[0074] As figuras são apenas esquemáticas e não são limitantes. Nas figuras, o tamanho de alguns elementos pode ser exagerado e não desenhado à escala para fins ilustrativos. Quaisquer sinais de referência nas reivindicações não devem ser interpretados como limitando o escopo. Nas diferentes figuras, os mesmos sinais de referência se referem aos mesmos elementos ou análogos destes.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES ILUSTRATIVAS

[0075] A presente invenção será descrita em relação às modalidades particulares e com referência a certas figuras, mas a invenção não está limitada às mesmas, mas apenas pelas reivindicações. As figuras são apenas esquemáticas e não são limitantes. Nas figuras, o tamanho de alguns elementos pode ser exagerado e não desenhado à escala para fins ilustrativos. As dimensões e as dimensões relativas não correspondem às reduções reais para a prática da invenção.

[0076] Além disso, o primeiro, o segundo e os outros termos semelhantes, na descrição e nas reivindicações, são utilizados para distinguir entre elementos semelhantes e não necessariamente para descrever uma sequência, quer temporalmente, espacialmente, em hierarquia ou de qualquer outra forma. Deve ser entendido que os termos assim utilizados são intercambiáveis sob circunstâncias apropriadas e que as modalidades da invenção descritas neste documento são capazes de operação em outras sequências além das descritas ou ilustradas neste documento.

[0077] Além disso, os termos topo, abaixo e outros semelhantes na descrição e nas reivindicações são utilizados para fins descritivos e não necessariamente para descrever as posições relativas. Deve ser entendido que os termos assim utilizados são intercambiáveis sob circunstâncias apropriadas e que as modalidades da invenção descritas neste documento são capazes de operação em outras orientações descritas ou ilustradas neste documento.

[0078] Deve-se notar que o termo "caracterizado pelo fato de que compreende", utilizado nas reivindicações, não deve ser interpretado como sendo restrito aos meios enumerados em seguida; isto não exclui outros elementos ou etapas. Portanto, deve ser interpretado como especificando a presença das características, números inteiros, etapas ou componentes indicados referidos, mas não impede a presença ou a adição de uma ou mais outras características, números inteiros, etapas ou componentes, ou grupos dos mesmos. Assim, o escopo da expressão “um dispositivo que compreende os meios A e B” não deve ser limitado a dispositivos que consistem apenas nos componentes A e B. Significa que, em relação à presente invenção, os únicos componentes relevantes do dispositivo são A e B.

[0079] A referência ao longo deste relatório descritivo a "uma modalidade", "a modalidade" significa que um determinado recurso, estrutura ou característica descrita em relação a modalidade está incluída em pelo menos uma modalidade da presente invenção. Assim, as aparições das frases "em uma modalidade" ou "na modalidade" em vários lugares ao longo deste relatório descritivo não estão se referindo necessariamente a mesma modalidade, mas podem estar. Além disso, os recursos, as estruturas ou características particulares podem ser combinadas de qualquer forma adequada, tal como seria evidente para alguém de competência comum na técnica desta descrição, em uma ou mais modalidades.

[0080] Do mesmo modo, deve ser entendido que na descrição das modalidades exemplares da invenção, várias características da invenção são, por vezes, agrupadas em conjunto numa única modalidade, figura, ou descrição dos mesmos com o objetivo de simplificar a descrição e ajudar na compreensão de um ou mais dos vários aspectos da invenção. Este método de divulgação, entretanto, não deve ser interpretado como refletindo uma intenção de que a invenção reivindicada exige mais recursos do que são expressamente citados em cada reivindicação. Pelo contrário, conforme as seguintes reivindicações refletem, aspectos inventivos se encontram em menos do que todas as características de uma única modalidade anteriormente descrita. Assim, as reivindicações seguintes à descrição detalhada são aqui expressamente incorporadas na presente descrição detalhada, com cada uma das reivindicações de pé por si própria como uma modalidade específica da presente invenção.

[0081] Além disso, embora algumas modalidades descritas neste documento incluem algumas, mas não outras características incluídas em outras modalidades, as combinações das características de diferentes modalidades destinam-se a estar dentro do escopo da invenção, e formam diferentes modalidades, como seria compreendido pelos versados na técnica.

[0082] Na descrição fornecida neste documento, inúmeros detalhes específicos são estabelecidos. No entanto, entende-se que as modalidades da invenção podem ser praticadas sem esses detalhes específicos. Em outros casos, métodos, estruturas e técnicas bem conhecidos não foram mostrados em detalhes para não obscurecer uma compreensão dessa descrição.

[0083] Neste documento, os termos "laminação" e "chapa" são usados como sinônimos.

[0084] Neste documento, o termo "pilha laminada" é usado para indicar uma pluralidade de laminações (ou chapas) empilhadas umas sobre as outras. As laminações da pilha podem ser idênticas ou podem ser diferentes.

[0085] Neste documento, os termos "monolítico" ou "integral" são usados como sinônimos e significam que uma certa peça de material é formada como uma única peça contígua (como pode ser produzido, por exemplo, por moldagem, extrusão, perfuração, corte ou similar).

[0086] Neste documento, o termo "dente de estator discreto" é usado para indicar um dente de estator (tipicamente feito de material ferromagnético) em torno do qual um fio condutor é enrolado (por exemplo, um fio de cobre), referido neste documento como "enrolamento" ou "enrolamento concentrado". A palavra "discreto" às vezes é omitida neste documento.

[0087] A presente invenção refere-se a máquinas elétricas, particularmente a motores elétricos e geradores elétricos, contendo uma parte fixa (denominada estator) e uma parte móvel (denominada rotor) e, mais particularmente, a máquinas do tipo que possuem um estator sem forquilha. Embora a remoção da forquilha agregue vantagens em termos de, por exemplo, reduzir o peso ou aumentar a eficiência da máquina, cria sérios desafios/problemas relacionados ao posicionamento correto dos dentes do estator, estabilidade mecânica (também conhecida como "integridade estrutural") e capacidade de arrefecimento.

[0088] Motores convertem energia elétrica em energia mecânica (movimento), enquanto geradores convertem energia mecânica (movimento) em energia elétrica, mas na prática, tal conversão não ocorre com uma eficiência de 100%, e perdas ocorrem, devido a "perdas elétricas" por exemplo causadas por resistência elétrica de enrolamentos de cobre, "perdas magnéticas", por exemplo, nos dentes do estator e "perdas mecânicas", por exemplo, de atrito nos rolamentos. Essas perdas criam calor que precisa ser transferido.

[0089] Um primeiro problema específico com o qual os inventores foram confrontados é o de um arrefecimento adequado, que é particularmente relevante para máquinas com uma densidade de potência relativamente elevada. Os inventores estavam particularmente interessados em encontrar uma solução que não utilizasse um líquido de arrefecimento que se aproximasse dos dentes do estator ou dos enrolamentos, pois isso complicaria a máquina.

[0090] Um segundo problema específico com o qual os inventores foram confrontados, é posicionar com precisão os dentes do estator na carcaça do estator. De fato, a ausência de uma forquilha em tais máquinas deixa os dentes do estator essencialmente em uma posição física não determinada, enquanto que uma posição precisa destes dentes em relação uns aos outros e ao rotor é benéfica para obter uma elevada eficiência e um bom funcionamento da máquina. A posição axial influencia o entreferro axial entre o estator e os rotores, o que afeta o desempenho.

[0091] Um terceiro problema específico enfrentado pelos inventores é manter os dentes do estator em uma posição rigidamente fixa durante a operação da máquina, apesar das enormes forças mecânicas exercidas sobre ela, particularmente as forças axiais devidas aos ímãs e forças tangenciais devido ao torque transmitido e também apesar das altas temperaturas as quais o estator está sendo submetido.

[0092] A presente invenção aborda pelo menos um, preferencialmente dois e mais preferencialmente todos esses problemas.

[0093] Os inventores chegaram à ideia de fornecer um estator sem forquilha 4 para uma máquina elétrica de fluxo axial 1, compreendendo: uma carcaça 41 compreendendo uma porção circunferencial 82, 87; uma pluralidade de dentes de estator discretos 5 dispostos no interior da porção circunferencial 82, 87, cada dente de estator discreto compreendendo um material ferromagnético ou um núcleo magnético e um enrolamento elétrico enrolado em torno do referido material ferromagnético ou em torno do referido núcleo magnético. A carcaça 41 compreende ainda uma pluralidade de porções alongadas 45, 72 que se estendem em uma direção radialmente para dentro a partir da referida porção circunferencial 82, 87. As porções alongadas 45, 72 têm uma extremidade proximal que está mecanicamente conectada, por exemplo, fixada mecanicamente à porção circunferencial 82, 87 e está em bom contato térmico com a referida porção circunferencial (por exemplo, sendo integralmente formada com a referida porção circunferencial ou sendo soldada ou ajustada por pressão a ela) e tendo uma porção distal ou extremidade distal que está fisicamente localizada entre os enrolamentos elétricos dos dentes de estator adjacentes 5. O estator compreende ainda um material de preenchimento eletricamente isolante 6 que preenche o espaço vazio com a referida porção circunferencial 82, 87, particularmente entre a referida pluralidade de dentes de estator 5 e a referida pluralidade de porções alongadas 45, 72.

[0094] A pluralidade de dentes de estator discretos é preferivelmente disposta em posições angulares equidistantes dentro da porção circunferencial. A pluralidade de dentes de estator discretos são preferivelmente dispostos de modo que cada dente de estator fica localizado entre uma primeira e uma segunda superfície cilíndrica imaginária coaxial e de modo que os dentes estejam localizados entre dois planos imaginários perpendiculares a um eixo das referidas superfícies cilíndricas, tangentes aos lados opostos dos dentes de estator.

[0095] A porção circunferencial pode ser uma porção substancialmente cilíndrica ou uma porção anular, tendo por exemplo uma seção transversal circular ou uma seção transversal poligonal.

[0096] As porções alongadas 45, 72 podem ser parte integrante de, ou podem ser mecanicamente conectadas firmemente à porção circunferencial da carcaça 41, de modo a serem capazes de suportar forças axiais e tangenciais de uma magnitude predefinida (o valor dependendo da potência nominal da máquina). As porções alongadas 45, 72 estão também em "bom contato térmico" com a porção circunferencial da carcaça 41, que é compreendida por aquele versado na técnica como proporcionando uma resistência térmica relativamente baixa, da ordem de grandeza que é tipicamente obtida quando duas peças de metal são soldadas ou brasadas ou prensadas juntas.

[0097] Como será explicado adicionalmente, as porções alongadas 45, 72 têm quatro funções:(1) definir cavidades para receber os dentes de estator discretos 5 durante a montagem, (2) manter os dentes de estator discretos 5 em posições angulares predefinidas durante a produção do estator 4, (3) manter os dentes de estator discretos 5 em posição durante o uso real da máquina de fluxo axial e (4) resfriar os dentes do estator 5 durante o uso real da máquina, pelo transporte de calor do interior do estator 4 até a porção circunferencial 82, 87 da carcaça 41.

[0098] Em referência agora às figuras.

[0099] A FIG. 1 mostra uma vista expandida de uma máquina elétrica de fluxo axial 1 de acordo com uma modalidade da presente invenção, compreendendo um estator 4 (mostrado no meio) e dois rotores 2a, 2b dispostos em lados opostos do estator 4, mas a invenção não é limitada a esta modalidade específica. Os rotores 2a, 2b podem ser montados no rolamento ou conjunto de rolamento 3 de maneiras conhecidas, por exemplo, direta ou indiretamente através de um eixo (não mostrado). No exemplo particular mostrado na FIG. 1, os rotores têm a forma de um disco e têm uma pluralidade de ímãs permanentes 21 fixamente montados no referido disco, mas outros tipos de rotor também podem ser utilizados. Por exemplo, em vez de ímãs permanentes, os discos podem conter eletroímãs ou não conter ímãs.

[0100] O foco principal da presente invenção, no entanto, está na estrutura do estator sem forquilha 4, que será explicada em maior detalhe. Como descrito acima, o estator 4 da presente invenção também compreende um material de preenchimento de isolamento elétrico 6, preferencialmente preenchendo todo o espaço vazio entre a carcaça 41 e o rolamento 3 que não é ocupado pelos dentes de estator discretos 5 ou pelas porções alongadas 45, mas o material de preenchimento 6 não é mostrado nas figuras para fins ilustrativos.

[0101] De fato, não é necessário que um rolamento 3 esteja localizado dentro do estator, porque os rolamentos poderiam, por exemplo, estar também localizados fora do estator. Três variantes são contempladas a este respeito:(1) um estator com um rolamento no interior do estator, (2) um estator com um elemento central adaptado para fixar ou montar um rolamento, (3) um estator sem um elemento central discreto. Apenas a primeira variante será descrita em mais detalhe aqui, mas a invenção não está limitada a isso.

[0102] A FIG. 2 mostra o estator 4 da FIG. 1 em mais detalhes. O estator 4 compreende uma carcaça 41. A carcaça 41 da FIG. 2 é formada como uma pilha laminada formando um corpo tubular. O corpo tubular compreende uma porção circunferencial tendo uma forma substancialmente cilíndrica e tendo uma pluralidade de elementos alongados que se estendem a partir da referida porção circunferencial radialmente para dentro. A carcaça 41 compreende ainda uma pluralidade de dentes de estator discretos 5 dispostos no interior da referida carcaça 41.

[0103] Os termos "corpo tubular" e "forma cilíndrica" e "forma anular" não devem ser entendidos como significando ou sugerindo que a dimensão na direção axial é maior do que uma dimensão da seção transversal. Pretende-se apenas significar que a estrutura está aberta na dimensão axial. A relação entre a dimensão axial H e uma dimensão da seção transversal D da porção circunferencial da carcaça de um estator de acordo com a presente invenção pode ser maior do que 1,0, ou, como é normalmente o caso, pode ser menor que 1,0, por exemplo menor que 0,5.

[0104] Os dentes de estator discretos 5 estão dispostos a uma distância angular um do outro, preferencialmente equidistantes. A carcaça 41 forma um invólucro em torno da pluralidade de dentes de estator discretos 5, e compreende ainda meios para manter a pluralidade de dentes de estator discretos 5 no lugar, ambos durante a produção do estator 4, mas também durante o funcionamento normal da máquina. Estes meios são as porções alongadas 45 que se estendem radialmente para dentro a partir da porção circunferencial. As porções alongadas 45 podem ser integralmente formadas como parte de laminações 43 (ou folhas) que são empilhadas para formar a carcaça tubular 41 (como será descrito em maior detalhe na FIG. 5 à FIG. 8) ou podem ser fornecidas na forma de dedos 72 como parte dos elementos em forma de pente 7, formados separadamente da porção circunferencial 87 da carcaça 41 e fixamente conectadas aos mesmos (como será descrito em maior detalhe na FIG. 9 e FIG. 10), por exemplo por soldagem brasagem, encaixe por pressão ou qualquer outra técnica adequada que proporcione um bom contato térmico e mecânico entre a porção circunferencial e as porções alongadas.

[0105] No exemplo específico mostrado na FIG. 2, o estator 4 compreende uma carcaça 41 com uma forma tubular. A forma tubular tem uma porção circunferencial e uma pluralidade de porções alongadas que se estendem radialmente para dentro a partir da referida porção circunferencial. A porção circunferencial pode ter uma seção transversal circular, mas também seria possível uma seção transversal poligonal.

[0106] No exemplo mostrado, o estator 4 compreende quinze dentes de estator discretos 5 dispostos circunferencialmente entre a porção circunferencial da pilha laminada e o rolamento 3, mas a invenção não está limitada aos mesmos e o número de dentes de estator 5 também pode ser inferior a quinze ou maior que quinze. O número de dentes de estator discretos 5 pode ser par ou ímpar.

[0107] O rolamento 3 pode ser qualquer tipo de rolamento adequado conhecido na técnica.

[0108] No exemplo mostrado na FIG. 2, a razão entre a dimensão axial H e a dimensão radial D (diâmetro externo) do estator é de cerca de 30%, mas a invenção não está limitada a esta e outras razões também podem ser usadas.

[0109] A FIG. 3 mostra uma máquina elétrica de fluxo axial conhecida na técnica. O que é mostrado é um estator sem forquilha 200 com arrefecimento a água incorporado. Embora o arrefecimento a água tenha vantagens para algumas aplicações, ele pode ser indesejado em outras aplicações. A estrutura da FIG. 2 é ainda descrita na publicação de Bo Zhang, mencionada na seção campo da invenção, particularmente na FIG. 8, e, portanto, não será descrita em mais detalhes neste documento. Basta dizer que esta estrutura não tem porções alongadas que se estendem entre os enrolamentos dos dentes de estator.

[0110] A FIG. 4 mostra um dente de estator discreto 5 como pode ser utilizado em modalidades da presente invenção. Os dentes de estator discretos são conhecidos na técnica, e são, portanto, apenas brevemente discutidos neste documento.

[0111] O dente de estator discreto 5 tem um núcleo de um material ferromagnético, preferencialmente rodeado por uma primeira camada de isolamento, rodeado por pelo menos um enrolamento ou bobina condutora (tipicamente um enrolamento de cobre), preferivelmente rodeado por uma segunda camada de isolamento. O núcleo é preferencialmente feito como uma pilha laminada compreendendo uma pluralidade de folhas de material ferromagnético, por exemplo, compreendendo ligas Fe ou Ni ou FeNi. No exemplo da FIG. 4, vemos um dente de estator onde apenas oito laminações são mostradas para fins ilustrativos, mas na prática o número de laminações de dentes do estator pode ser muito maior. O uso de um núcleo laminado reduz as perdas causadas pelas chamadas "correntes parasitas". A forma das laminações é preferencialmente escolhida para otimizar o desempenho da máquina de maneiras conhecidas na técnica. Apesar destas medidas, ainda há perdas elétricas nos enrolamentos de cobre (devido à resistência elétrica) e ainda há perdas magnéticas no material ferromagnético, resultando em calor (quando a máquina está em operação), cujo calor precisa ser transportado para longe da fonte (dentro do estator 4) até o exterior do estator, para o ambiente.

[0112] De acordo com um aspecto importante da presente invenção, este transporte de calor pode ser vantajosamente conseguido ou melhorado por meio de uma pluralidade de porções alongadas 45, 72, que estão preferencialmente localizadas na proximidade de onde o calor é produzido. As porções alongadas podem, por exemplo, têm uma porção distal ou extremidade distal localizada entre ou além dos dentes de estator discretos 5 e têm uma extremidade proximal formada integralmente ou conectada fixamente à porção circunferencial da carcaça 41 de uma maneira que proporcione bom contato mecânico e bom contato térmico com a porção circunferencial da carcaça tubular 41, por exemplo, por meio de soldadura, brasagem ou encaixe por pressão. As porções alongadas 45, 72 são preferencialmente feitas de um material não ferromagnético com uma condutividade térmica relativamente alta, tal como cobre ou alumínio ou uma liga de cobre ou uma liga de alumínio. Elas são preferencialmente modeladas e orientadas de uma maneira que reduz as perdas devido a "correntes parasitas". Embora as porções alongadas 45, 72 se dispostas de maneira individual possam não proporcionar grande resistência mecânica ou um grande fluxo de calor, se estiverem agrupadas, elas fazem. A rigidez mecânica da estrutura é melhorada pelo material de preenchimento 6.

[0113] Os inventores encontraram duas modalidades particularmente interessantes de tal estator 4, que pode ser convenientemente produzido. O primeiro baseia-se em uma pilha laminada 82, onde cada laminação 43 compreende uma porção circunferencial 44 e uma pluralidade de porções alongadas 45, a pilha de porções circunferenciais 44 formando um corpo circunferencial, como será descrito na FIG. 5 a FIG. 8. O segundo é baseado em um corpo monolítico 87 com uma forma anular que forma a porção circunferencial da carcaça 41, tendo uma pluralidade de entalhes ou ranhuras 49 ou semelhantes, aos quais uma pluralidade de elementos em forma de pente 7, cada um compreendendo uma pluralidade de porções alongadas 72, é montada. Estas modalidades serão descritas em maior detalhe a seguir.

[0114] No que diz respeito à orientação das laminações, deve ser observado o seguinte. Um sistema de coordenadas é considerado com r a direção radial, fi a direção circunferencial e z direção axial. Do ponto de vista térmico, as laminações podem ser posicionadas ao longo de um plano 2D com a equação fi = constante ou z = constante. Em ambos os casos, um transporte de calor adequado é alcançado. Do ponto de vista eletromagnético, as laminações podem ser posicionadas em um plano r = constante ou em um plano z = constante. Em ambos os casos, evitam-se correntes parasitas substanciais. Consequentemente, para alcançar ambos os efeitos simultaneamente, a solução com z = constante é preferível.

PRIMEIRA MODALIDADE PREFERIDA:

[0115] A FIG. 5 mostra um exemplo de uma laminação 43 ou chapa que pode ser utilizada em modalidades de acordo com a presente invenção e a FIG. 6 ilustra como tais laminações 43 podem ser empilhadas umas sobre as outras para formar uma pilha laminada 82 formando a carcaça do estator 41 com uma porção circunferencial e elementos alongados 45 estendendo- se radialmente para o interior a partir da mesma. As laminações 43 têm uma forma compreendendo uma porção circunferencial 44 e uma pluralidade de porções alongadas 45 que se estendem radialmente para dentro a partir da referida porção circunferencial 44.

[0116] Preferencialmente, as laminações 43 são feitas de um metal não ferromagnético ou liga metálica, tal como cobre ou alumínio ou uma liga de cobre ou uma liga de alumínio, porque metais não-ferromagnéticos ou ligas são materiais com uma permeabilidade magnética relativamente baixa e uma condutância térmica relativamente alta. Isso proporciona baixas perdas magnéticas e alto transporte de calor.

[0117] Tais laminações 43 podem ser produzidas, por exemplo, por corte ou estampagem ou puncionamento de chapas metálicas, por exemplo, por corte a laser ou corte a plasma, mas também podem ser utilizadas outras técnicas adequadas. As chapas metálicas têm tipicamente uma espessura de cerca de 1,5 mm ou 2,0 mm ou 2,5 mm, mas a invenção não é limitada a estas e podendo também ser utilizadas chapas de metal com uma espessura inferior a 1,5 mm ou superior a 2,5 mm, por exemplo qualquer espessura na faixa de 1,0 mm a 6,0 mm.

[0118] As porções alongadas 45 mostradas no exemplo da FIG. 5 têm uma forma retangular com um comprimento predefinido "Lx" (ver FIG. 7) e uma largura constante predefinida "W", mas a presente invenção não está limitada a esta, e outras formas podem também ser usadas, por exemplo, uma forma triangular ou forma trapezoidal ou mesmo em zigue-zague ou qualquer outra forma adequada. De modo a evitar concentrações de tensão mecânica e de modo a seguir de perto o contorno dos enrolamentos 52 nos dentes de estator discretos 5 de modo a manter a resistência térmica entre os enrolamentos 52 e as porções alongadas 45 a mais baixa possível, a extremidade proximal das porções alongadas (isto é, a extremidade perto da porção circunferencial 44) não tem, preferencialmente, arestas agudas de 90°, mas de preferência é arredondada ou afunilada ou cônica, como mostrado por exemplo na FIG. 5. Entre a sua extremidade proximal e sua extremidade distal, as porções alongadas 45 têm, preferencialmente, uma forma que é substancialmente complementar à dos enrolamentos 52. Uma folga pequena pode ser proporcionada entre os enrolamentos 52 dos dentes de estator 5 e as porções alongadas 45. Esta folga é preferencialmente inferior a 3,0 mm, por exemplo, inferior a 2,0 mm, por exemplo, cerca de 1,0 mm, dependendo das dimensões dos dentes de estator 5 com enrolamentos concentrados 52. A escolha de uma folga menor reduz a resistência térmica e, assim, melhora o transporte térmico, mas torna a montagem do estator 4 um pouco mais difícil.

[0119] Ainda se referindo à FIG. 5, a porção circunferencial 44 das laminações 43 pode ter a forma de um círculo fechado ou um polígono fechado e pode opcionalmente ter uma ou mais aberturas ou lacuna 83. Esta abertura opcional 83 pode estar presente em algumas das laminações 43 da pilha laminada 41, mas preferencialmente não em todas as laminações. Quando presente, a abertura ou lacuna 83 pode por exemplo ser usada para facilitar a conexão elétrica aos enrolamentos de estator 52, mas é claro que a presente invenção não está limitada a este modo de conexão e qualquer outra maneira adequada para conectar esses enrolamentos também pode ser usada.

[0120] A porção circunferencial 44 pode ainda compreender uma pluralidade de orifícios de passagem 47, que podem ser utilizados durante a produção para alinhar as laminações 43 (por exemplo, no plano XY) e/ou para fixar a pilha 41 (por exemplo na direção Z) quando sendo preenchidos com material de preenchimento 6 e/ou durante a utilização real do estator 4 para exercer uma força de fixação axial nas laminações 43.É possível, por exemplo, inserir uma barra de aço roscada nestes orifícios 47 e fixá-los em conjunto por meio de porcas (não mostradas) ou de qualquer outro modo adequado conhecido na técnica.

[0121] Enquanto a FIG. 5 mostra uma laminação feita de uma única peça, é também possível fornecer dois ou mais "segmentos de laminação" que podem ser dispostos para formar substancialmente o mesmo objeto como mostrado na FIG. 5 e cada um compreendendo uma porção circunferencial (por exemplo, duas porções abrangendo um arco de cerca de 180° ou três porções abrangendo um arco de cerca de 120° ou quatro porções abrangendo um arco de cerca de 90°) e tendo pelo menos uma porção alongada 45 direcionada radialmente para dentro. Cada uma destas porções pode ter pelo menos dois orifícios de passagem 47, embora isso não seja absolutamente necessário. Como será compreendido a partir da FIG. 6, estes segmentos de laminação podem ser empilhados uns sobre os outros e mantidos juntos por meios adequados. É uma vantagem proporcionar a laminação 43 como uma "peça única", na medida em que proporciona uma maior resistência mecânica e requer menos manuseamento durante a fabricação. É uma vantagem proporcionar a laminação 43 em "duas ou mais peças complementares", na medida em que permite produzir a laminação com menos desperdício de material. Isto é especialmente importante para máquinas de fluxo axial com diâmetros relativamente grandes.

[0122] A porção circunferencial 44 das laminações 43 pode compreender orifícios adicionais (não mostrados) para formar canais na pilha ou para receber tubos ou conduítes (orientados na direção axial), que podem ser utilizados para permitir o arrefecimento com um fluido, como por exemplo uma jaqueta de água. Adicionalmente, as porções circunferenciais 44 podem ter extensões radialmente para fora (não mostradas) para atuar como aletas de arrefecimento para o meio ambiente.

[0123] A FIG. 6 (a) mostra uma única laminação 43 da FIG. 5 com vista em perspectiva. A FIG. 6 (b) mostra como uma pluralidade de laminações idênticas 43 podem ser empilhadas sobre as outras, para formar uma pilha parcial 81. A FIG. 6 (c) mostra um exemplo de uma pilha laminada 82 consistindo de uma pluralidade de laminações 43 empilhadas umas sobre as outras para formar a carcaça 41 do estator 4.

[0124] No exemplo da FIG. 6 todas as laminações 43 são do mesmo tipo e todas têm uma abertura 83, todas as aberturas estão localizadas umas sobre as outras, mas a presente invenção não está limitada a elas, e as aberturas 83 de diferentes laminações podem ser fornecidas em diferentes localizações angulares (não mostradas), que pode ser facilmente obtidas durante a montagem simplesmente pelo giro das laminações antes ou durante o empilhamento.

[0125] Como pode ser visto, as porções alongadas empilhadas 45 formam uma espécie de "parede interna" ou "grade interna" ou "rede interna", dependendo se as porções alongadas 45 estão ou não espaçadas, conjuntamente referidas neste documento como "paredes internas". Estas paredes ou grades ou redes internas 84 facilitam o posicionamento fácil e preciso dos dentes de estator 5 durante a produção do estator 4. Devido a serem feitas de uma pilha de laminações, estas "paredes internas" 84 apenas causam perdas mínimas (impedindo ou reduzindo grandes correntes parasitas). Uma vez que as porções alongadas 45 são formadas integralmente com as porções circunferenciais 44, elas também proporcionam excelente conexão mecânica e térmica às porções circunferenciais 44, permitindo que a carcaça 41 resista a forças axiais e tangenciais relativamente grandes e permitindo a transferência de calor eficiente do interior da carcaça 41 onde o calor é produzido, para as porções circunferenciais 44 e para o exterior da carcaça 41, onde o calor é removido.

[0126] Na prática, nem todas as laminações 43 têm uma abertura 83, mas algumas delas podem ter. Preferencialmente, pelo menos duas laminações 43 no fundo da pilha 82 e preferencialmente pelo menos duas laminações 43 no topo da pilha estão fechadas, isto é, não têm uma abertura 83. No exemplo da FIG. 1, cinco laminações na parte inferior (esquerda da FIG. 1) e cinco laminações na parte superior (direita da figura 1) são fechadas.

[0127] A FIG. 7 mostra um exemplo da posição relativa dos dentes de estator discretos 5 (ver FIG. 4) e as laminações 43 da FIG. 5 e FIG. 6, ao produzir um estator 4. Como descrito acima, os dentes de estator 5 podem ser simplesmente inseridos nas cavidades 88 (ver FIG. 6c) formadas entre duas "paredes internas" 84a, 84b e entre a superfície interna 42 da porção circunferencial da carcaça e uma superfície externa do rolamento 3 (não mostrado na FIG. 6c). Alternativamente, o rolamento ou conjunto de rolamentos 3 pode ser adicionado após a inserção dos dentes de estator discretos 5 nas referidas cavidades 88.

[0128] Em geral, quanto maior a área superficial das "paredes internas" 84 que estão localizadas nas proximidades ou na vizinhança imediata dos enrolamentos concentrados 52 nos dentes de estator e, assim, em bom contato térmico com as mesmas, mais eficiente é a transferência de calor (ou seja, quanto mais calor for transportado para uma determinada diferença de temperatura) e, portanto, menor a temperatura dentro do estator 4.

[0129] Não apenas o comprimento Lx da porção alongada 45, mas também sua forma e dimensões (por exemplo, a largura W na FIG. 5 e sua espessura) influenciam a transferência de calor. Como regra geral, quanto maior a largura W para uma determinada espessura das partes alongadas 45, maior a capacidade de transferência de calor.

[0130] Outro aspecto importante é a distância entre as porções alongadas 45 e os enrolamentos elétricos 52, onde o calor tem que passar através do material de preenchimento 6. Esta distância é preferencialmente tão pequena quanto possível. Preferencialmente, a forma das porções alongadas 45 é escolhida complementarmente à forma externa do enrolamento concentrado 52 dos dentes de estator 5.

[0131] Como descrito acima, todo o espaço vazio remanescente dentro do estator 4 entre a superfície interna 42 (ver Fig. 6c) da porção circunferencial da carcaça 41 e a superfície externa do rolamento (ou conjunto de rolamento) 3, que não está ocupado, por exemplo, pelas porções alongadas 45 e pelos dentes de estator 5, será preenchido com um material de preenchimento 6 eletricamente isolante, mas preferencialmente termicamente altamente condutor, tal como por exemplo um epóxi. É vantajoso que não existam bolhas de ar no interior do material de preenchimento 6, uma vez que tais bolhas aumentariam a resistência térmica e, assim, reduziriam a eficácia do arrefecimento.

[0132] Na modalidade da FIG. 6 (c) todas as laminações 43 são idênticas e têm um número "Nep" (elongated portions) de porções alongadas que é igual ao número "Nst" (stator teeth) de dentes estator, assim Nep = Nst, que permite fornecer uma porção alongada 45 entre cada par de dentes de estator adjacente 5 para cada camada da pilha. Neste caso, as laminações 43 ou pelo menos as porções alongadas 45 das mesmas, de duas laminações 43 empilhadas umas sobre as outras, devem ser isoladas eletricamente umas das outras, por exemplo, por meio de um revestimento isolante e/ou um epóxi isolante e/ou uma cola isolante entre elas, a fim de reduzir as "correntes parasitas". É notado a este respeito que a laminação da porção circunferencial da própria carcaça 41 não é absolutamente necessária, porque as "correntes parasitas" são relativamente pequenas na circunferência da carcaça, mas é muito importante entre os dentes do estator.

[0133] Referência é feita agora à FIG. 8. Em uma outra modalidade de um estator de acordo com a presente invenção, o estator 4 pode compreender pelo menos dois tipos diferentes de laminações, por exemplo, um primeiro tipo 43a, mostrado na FIG. 8 (a) e um segundo tipo de laminação 43b, mostrado na FIG. 8 (b). O primeiro tipo de laminação tem partes alongadas 45, enquanto o segundo tipo de laminação 43b não. O primeiro tipo 43a pode, por exemplo, ocupar camadas numeradas pares da pilha laminada e o segundo tipo pode, por exemplo, ocupar camadas numeradas ímpares da pilha ou vice-versa. Esta é outra maneira de evitar o contato elétrico entre as porções alongadas 45 de laminações adjacentes, a fim de reduzir as correntes parasitas, ou seja, proporcionando um espaçamento axial entre elas.

[0134] A FIG. 8 (c) mostra um exemplo de um tipo de laminação 43c compreendendo uma pluralidade de entalhes 46, onde entalhes correspondentes de diferentes laminações 43c empilhados em cima uns dos outros são adaptados para receber elementos em forma de pente 7 como os mostrados, por exemplo, na FIG. 9. Os elementos em forma de pente 7 podem, por exemplo, ser colados ou soldados ou brasados ou encaixados por pressão nos entalhes ou ranhuras 46. Em um determinado exemplo, os entalhes 46 podem ter uma forma cônica ou a forma de uma cauda de pomba e os elementos em forma de pente 7 podem ser deslizados em uma direção axial para a pilha e depois montados fixamente na mesma. A carcaça tubular 41 pode compreender principalmente laminações 43c do tipo mostrado na FIG. 8 (c) ou uma combinação de laminações 43c (ver FIG 8c) alternada com laminações 43b (ver FIG 8b). Tal como descrito acima, as laminações 43c podem compreender uma abertura 83, mas preferencialmente pelo menos um número predefinido de laminações (por exemplo, pelo menos duas na parte inferior da pilha e pelo menos duas na parte superior da pilha) não compreendem tal abertura 83, mas têm uma porção circunferencial fechada 44.

[0135] Em outra modalidade (não mostrada), pelo menos algumas das laminações 43 têm um número "Nep" de porções alongadas 45 iguais a apenas metade do número "Nst" de dentes de estator 5, portanto, Nep = Nst/2. Essa configuração pode ser interessante se o número de dentes do estator for um múltiplo inteiro de dois. Neste caso as laminações 43 são preferencialmente dispostas de modo que as porções alongadas 45 de laminações com números pares e ímpares não sejam localizadas diretamente uma sobre a outra. Esta é outra maneira de proporcionar espaçamento axial entre as porções alongadas 45 para evitar o contato direto.

[0136] Naturalmente, seria também possível proporcionar laminações 43 onde o número de porções alongadas "Nep" é apenas 1/3 do número "Nst" de dentes de estator, assim Nep = Nst/3, o que permite criar uma distância axial ainda maior entre porções alongadas 45 de diferentes camadas. Essa configuração pode ser interessante se o número de dentes de estator for um múltiplo inteiro de três e pode ser adequada para máquinas com baixa densidade de potência, porém tal estator tem uma estabilidade mecânica menor e fornece uma transferência de calor menos eficiente quando comparado ao exemplo descrito acima, porque o número total de porções alongadas 45 é reduzido por um fator três.

SEGUNDA MODALIDADE PREFERIDA:

[0137] A FIG. 9 e a FIG. 10 mostram uma outra modalidade de um estator 4 de acordo com a presente invenção em vista expandida (FIG.9) e em forma montada (FIG. 10). A principal diferença entre a modalidade da FIG. 9 e FIG. 10, por um lado, e as modalidades da FIG. 5 a FIG. 8 por outro lado, é que na modalidade da FIG. 9 e FIG. 10, o estator 4 compreende um corpo monolítico 87 que tem uma forma anular formando uma porção circunferencial da carcaça 41. A porção circunferencial tem uma pluralidade de ranhuras 49 ou fendas ou semelhantes em uma sua superfície interna para montar uma pluralidade de elementos em forma de pente 7, que são formados separadamente, mas montados na porção circunferencial, por exemplo, por soldadura, prensagem ou brasagem.

[0138] Nesta modalidade, a porção circunferencial da carcaça 41 não é laminada, mas, como mencionado acima, isso não é preocupante, porque as correntes parasitas são pequenas no local circunferencial. Em contraste, os elementos em forma de pente 7 têm uma forma compreendendo uma primeira parte 71 adaptada para ser recebida nas ranhuras ou fendas 49 e uma pluralidade de dedos 72 que se estendem ortogonalmente em relação à primeira parte 71. Estes dedos 72 têm a mesma função que as porções alongadas 45 descritas acima. A forma de pente garante que os dedos 72 não entrem em contato na sua extremidade distal, evitando assim a formação de um circuito eletricamente condutor e reduzindo as perdas devidas a correntes parasitas.

[0139] Também nesta modalidade, os elementos em forma de pente têm quatro funções:(1) definir cavidades 89 para receber os dentes de estator discretos 5 durante a montagem, (2) manter os dentes de estator discretos 5 em posição durante a produção do estator 4, (3) manter os dentes de estator discretos 5 em posição durante o uso real da máquina de fluxo axial e (4) resfriar os dentes do estator 5 durante o uso real da máquina, evacuando o calor do interior do estator 4 para a circunferência.

[0140] Os elementos em forma de pente 7 estão montados de modo fixo na porção circunferencial 87 de qualquer maneira conhecida. Por exemplo, os elementos em forma de pente 7 podem ter pelo menos duas saliências cilíndricas a serem inseridas nas aberturas correspondentes feitas na porção circunferencial (não mostrada), cujas saliências são então deformadas como rebites. Em outra modalidade, os elementos em forma de pente 7 são ajustados por pressão. Os elementos em forma de pente 7 e as ranhuras 49 podem ter uma forma de cauda de pomba, em cujo caso os elementos em forma de pente 7 podem ser inseridos nas ranhuras 49 por inserção axial. Em outra modalidade, os elementos em forma de pente 7 são elementos planos, caso em que os elementos em forma de pente 7 podem ser inseridos radialmente nas ranhuras 49. Preferencialmente, os elementos em forma de pente 7 têm uma forma complementar à forma das ranhuras 49, para permitir um bom contato mecânico e térmico. A soldadura ou brasagem melhoram ainda mais esse contato mecânico e térmico entre a porção circunferencial 87 e os elementos em forma de pente 7 e permite um transporte de calor eficiente. Os elementos em forma de pente 7 são preferencialmente feitos de um material ou liga não ferromagnética, por exemplo, alumínio ou cobre ou uma liga de alumínio ou uma liga de cobre.

[0141] O corpo anular monolítico 87 mostrado na FIG. 9 tem uma abertura 83 relativamente grande, mas, como descrito acima, isso não é necessário e esta abertura 83 pode ser omitida pelas mesmas razões descritas acima.

[0142] Embora não seja absolutamente necessário, o corpo anular monolítico 87 pode ainda compreender uma pluralidade de canais 86 para permitir que o corpo anular 87 seja arrefecido com um líquido de arrefecimento, por exemplo, água. As entradas e saídas destes canais podem ser proporcionadas no topo e no fundo do corpo anular (ver à esquerda da FIG. 10) ou em uma superfície externa 85 do corpo anular (como mostrado no meio da FIG. 10).

[0143] A FIG. 11 mostra um exemplo de um método de fabricação de um estator 4 para uma máquina de fluxo axial de acordo com uma modalidade da presente invenção. O método 1100 compreende: - proporcionar 1101 uma carcaça 41, 48 compreendendo uma porção circunferencial e uma pluralidade de porções alongadas 45, 72 que se estendem a partir da referida porção circunferencial em uma direção radialmente para dentro; (ver exemplo da FIG. 6 (c) e FIG. 10), - proporcionar 1103 uma pluralidade de dentes de estator discretos 5 e os organizando na referida pluralidade de cavidades 88, 89, cada dente de estator discreto 5 compreendendo um material ferromagnético 51 ou núcleo magnético e um enrolamento condutor 52 enrolado em torno do referido material ferromagnético ou núcleo ferromagnético; - aumentar 1104 a temperatura do arranjo a uma temperatura na faixa de 50° a 250°, ou por exemplo de 100° a 250°, para expandir termicamente a estrutura e, mantendo esta temperatura, preencher qualquer espaço vazio restante dentro da referida porção circunferencial 82, 87 particularmente entre a referida pluralidade de dentes de estator discretos 5 e as referidas porções alongadas 45, 72 com um material de preenchimento isolador elétrico tal como, por exemplo, epóxi; - permitir 1105 que o material de preenchimento 6 endureça e/ou cure.

[0144] O método pode ainda compreender uma etapa 1102 entre a etapa 1101 e a etapa 1103 ou entre a etapa 1103 e a etapa 1104 de dispor 1102 um elemento central ou um rolamento dentro da referida carcaça.

[0145] O método pode ainda compreender a etapa 1106 após a etapa 1105, de arrefecer ativamente ou passivamente o estator 4, contraindo assim o estator (4) e pré-tensionando a carcaça 41, 48. Este pré-tensionamento é causado pela diferença no coeficiente de expansão térmica entre a porção circunferencial da carcaça 41, 48 (por exemplo, liga Al ou Al) e o coeficiente de expansão térmica dos núcleos magnéticos (por exemplo, contendo Fe ou Ni), os enrolamentos (por exemplo, cobre) e a resina.

[0146] A FIG. 11 também mostra uma outra etapa para a produção de uma máquina elétrica de fluxo axial 1 (um exemplo da qual é mostrado na FIG. 1 em vista expandida), nomeadamente a etapa 1107 de montagem de pelo menos um, por exemplo dois rotores 2a, 2b no referido estator 4.

[0147] Outras modalidades também são possíveis, por exemplo, modalidades (não mostradas) compreendendo uma pluralidade de laminações 43 como a mostrada na FIG. 8 (b), mas tendo uma pluralidade de entalhes em um interior da porção circunferencial 44, são empilhadas sobre as outras, os entalhes formando ranhuras na direção axial na superfície interna da porção circunferencial, na qual os elementos em forma de pente 7 como os mostrados na FIG. 9 são montados, por exemplo, por soldadura, brasagem ou encaixe por pressão, resultando em uma montagem como a mostrada na FIG. 10, mas compreendendo uma porção circunferencial na forma de uma pilha laminada em vez de em um corpo anular monolítico 87.

[0148] Para completar, é mencionado que, uma vez que o estator 4 é produzido e preenchido com um material de preenchimento eletricamente isolante 6, pode, evidentemente, ser arrefecido na sua superfície externa 85 de qualquer maneira conhecida, por exemplo por arrefecimento passivo de ar (por exemplo, sendo exposto ao ar livre) ou por arrefecimento ativo (por exemplo, soprando ar sobre o estator) ou por arrefecimento ativo com água. Deve ser notado que o arrefecimento do estator 4 na sua superfície externa é fundamentalmente diferente da solução fornecida na FIG. 3, onde a máquina é resfriada por dentro com líquido.

NÚMEROS DE REFERÊNCIA:

[0149] 1: máquina elétrica de fluxo axial, 2: rotor, 21: ímãs permanentes, 3: rolamento, 31: superfície externa do rolamento, 32: superfície interna do rolamento, 4: estator, 41: carcaça do estator compreendendo a porção circunferencial e as porções alongadas, 42: superfície interna, 43: laminação, 44: porção circunferencial da laminação, 45: porção alongada direcionada radialmente para dentro, 46: entalhe (ou cavidade ou ranhura ou semelhante) na laminação, 47: orifício, 49: entalhe (ou cavidade ou ranhura ou semelhante) no corpo monolítico anular, 5: dente de estator discreto, 51: material ferromagnético ou núcleo ferromagnético, 52: enrolamento, 53: isolamento elétrico, 6: material de preenchimento, 7: elementos em forma de pente, 71: primeira parte, 72: dedos, 81: pilha laminada parcial, 82: pilha laminada formando um corpo tubular compreendendo uma porção circunferencial e uma pluralidade de porções alongadas se estendendo da mesma, 83:(opcional) abertura na porção circunferencial, 84: pilha de porções alongadas formando uma "parede" , 85: superfície externa da carcaça, 86: canal, 87: corpo integral com forma anular, 88: cavidade, 89: cavidade.

Claims (17)

1. Estator sem forquilha (4) para uma máquina elétrica de fluxo axial (1), caracterizado pelo fato de que compreende: - uma carcaça (41) compreendendo uma porção circunferencial (44; 48); - uma pluralidade de dentes de estator discretos (5) dispostos dentro da porção circunferencial, cada dente de estator discreto compreendendo um material ferromagnético e um enrolamento elétrico (52) enrolado em torno do referido material ferromagnético; - a carcaça (41) compreendendo ainda uma pluralidade de porções alongadas (45; 72) que se estendem em uma direção radialmente para dentro a partir da referida porção circunferencial, - as porções alongadas (45; 72) tendo uma extremidade proximal sendo mecanicamente conectada à porção circunferencial e estando em contato térmico com a referida porção circunferencial e tendo uma porção distal ou extremidade distal estando fisicamente localizada entre os enrolamentos elétricos (52) dos dentes de estator adjacente (5); - um material de preenchimento eletricamente isolante (6) que preenche o espaço vazio dentro da referida porção circunferencial (44; 48) entre a dita pluralidade de dentes de estator (5) e a referida pluralidade de porções alongadas (45; 72), em que a referida porção circunferencial da referida carcaça é feita de um primeiro material não ferromagnético e as referidas porções alongadas são feitas de um segundo material não ferromagnético e em que a referida carcaça compreende uma estrutura laminada, a referida estrutura laminada compreendendo pelo menos parte da referida pluralidade de porções alongadas direcionadas para dentro.

2. Estator (4), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um elemento central disposto no interior da referida carcaça (41); - a pluralidade de dentes de estator discretos (5) dispostos em um espaço entre a porção circunferencial e o elemento central; - as porções alongadas (45; 72) se estendendo radialmente para dentro a partir da referida porção circunferencial em direção ao elemento central; - um material de preenchimento eletricamente isolante (6) que preenche o espaço vazio entre a referida porção circunferencial (44; 48) e o elemento central e a referida pluralidade de dentes de estator (5) e a referida pluralidade de porções alongadas (45; 72).

3. Estator (4), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o referido primeiro material não ferromagnético e o referido segundo material não ferromagnético são idênticos.

4. Estator (4), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato que a referida estrutura laminada compreende uma pluralidade de laminações (43) empilhadas umas sobre as outras, as referidas laminações (43) tendo uma forma compreendendo pelo menos uma parte da dita porção circunferencial (44).

5. Estator (4), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que pelo menos algumas das referidas laminações (43) compreendem dois ou mais segmentos de laminação, cada um tendo a referida parte da referida porção circunferencial (44) abrangendo um arco menor que 360°.

6. Estator (4), de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que pelo menos algumas das referidas laminações (43) compreendem ainda a referida parte da referida pluralidade de porções alongadas direcionadas radialmente para dentro (45) formadas integralmente com a referida porção circunferencial (44).

7. Estator (4), de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 6, caracterizado pelo fato de que todas as laminações são idênticas ou em que as referidas laminações (43) compreendem um primeiro tipo de laminação que compreende uma pluralidade de porções alongadas direcionadas radialmente para dentro (45) formadas integralmente com a porção circunferencial (44) e um segundo tipo de laminação que compreende apenas uma porção circunferencial (44) mas sem porções alongadas direcionadas radialmente para dentro (45).

8. Estator (4), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a referida carcaça do estator (41) compreende um corpo anular monolítico (48) como a porção circunferencial.

9. Estator (4), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que uma parede interna da referida porção circunferencial da referida carcaça compreende uma pluralidade de entalhes ou ranhuras (49) para a montagem da referida pluralidade de porções alongadas (72).

10. Estator (4), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a referida estrutura laminada compreende uma pluralidade de placas alongadas empilhadas umas sobre as outras, formando pelo menos parte da referida pluralidade de porções alongadas direcionadas para dentro.

11. Estator (4), de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracterizado pelo fato de que a referida estrutura laminada compreende uma pluralidade de elementos em forma de pente formando pelo menos parte da referida pluralidade de porções alongadas direcionadas para dentro.

12. Estator (4), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o referido material de preenchimento (6) é uma resina ou compreende uma resina e material fibroso.

13. Máquina elétrica de fluxo axial (1) caracterizada pelo fato de que compreende um estator sem forquilha (4), conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 12, e pelo menos um rotor (2a, 2b) montado de maneiro rotativa no referido estator (4).

14. Método para produção de um estator sem forquilha (4) para uma máquina elétrica de fluxo axial (1), conforme definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas: a) fornecimento (1101) de uma carcaça de estator (41, 48) compreendendo uma porção circunferencial (82; 87) feita de um primeiro material não ferromagnético e uma pluralidade de porções alongadas (45; 72) feitas de um segundo material não ferromagnético e estendendo-se a partir da referida porção circunferencial em uma direção radial para dentro, as porções alongadas (45; 72) tendo uma extremidade proximal que é mecanicamente conectada à porção circunferencial e está em contato térmico com a referida porção circunferencial, as porções alongadas sendo adaptadas para definir uma pluralidade de cavidades (88, 89) para receber uma pluralidade de dentes de estator discretos (5); pelo menos algumas das referidas porções alongadas estando compreendidas em uma estrutura laminada da referida carcaça do estator, b) disposição (1103) de uma pluralidade de dentes de estator discretos (5) na referida pluralidade de cavidades (88, 89), cada dente de estator discreto (5) compreendendo um material ferromagnético ou núcleo ferromagnético e um enrolamento elétrico (52) enrolado ao redor do referido material ferromagnético ou núcleo ferromagnético; c) aumento (1104) d temperatura da disposição para uma temperatura na faixa de 50 °C a 250 °C e, mantendo esta temperatura, preenchimento do espaço vazio dentro da referida porção circunferencial (82, 87) com um material de preenchimento eletricamente isolante (6); d) permissão (1105) de que o material de preenchimento 6 endureça e/ou cure.

15. Método de produção de um estator sem forquilha (4), de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a etapa (1101) do fornecimento da carcaça compreende uma das alternativas a seguir: i) empilhamento de uma pluralidade de laminações (43) uma sobre a outra, pelo menos algumas das referidas laminações (43) tendo uma forma compreendendo uma porção circunferencial (44) e uma pluralidade de porções alongadas (45) que se estendem da referida porção circunferencial (44) em um sentido radialmente para dentro; ii) empilhamento de uma pluralidade de laminações (43) uma sobre a outra, um primeiro grupo das referidas laminações (43a) tendo uma primeira forma compreendendo uma porção circunferencial (44) e uma pluralidade de porções alongadas (45) que se estendem a partir da referida porção circunferencial em uma direção radialmente para dentro, um segundo grupo das referidas laminações (43b) tendo uma forma que compreende apenas uma porção circunferencial externa (44) sem porções alongadas que se estendem a partir da referida porção circunferencial (44) em uma direção radialmente para dentro; iii) empilhamento de uma pluralidade de laminações (43c) uma sobre a outra, pelo menos algumas das referidas laminações tendo uma forma que compreende uma porção circunferencial (44) e uma pluralidade de entalhes (46) para montar uma ou mais da referida pluralidade de porções alongadas (72) compreendidas em um elemento em forma de pente (7); iv) fornecimento de um corpo anular integral (48) que compreende uma pluralidade de entalhes ou ranhuras (49) para montar uma ou mais da referida pluralidade de porções alongadas (72) compreendidas em um elemento em forma de pente (7).

16. Método, de acordo com a reivindicação 15 no caso da alternativa iii) ou iv), caracterizado pelo fato de que compreende ainda a etapa de montar os referidos elementos em forma de pente (7) na porção circunferencial (82, 87) da referida carcaça de estator por meio de soldadura, brasagem, encaixe por pressão ou colagem.

17. Método para produção de uma máquina elétrica de fluxo axial (1), caracterizado pelo fato de que compreende as etapas: - produzir um estator sem forquilha (4) de acordo com qualquer um dos métodos das reivindicações 14 a 16; - montar de forma rotativa (1107) um ou mais rotores (2a, 2b) no estator sem forquilha (4).