BR112021014731A2

BR112021014731A2 - Máquina elétrica de fluxo axial e componentes auxiliares

Info

Publication number: BR112021014731A2
Application number: BR112021014731-4A
Authority: BR
Inventors: Christopher Roger Lines; Samuel Andrew Joshua Shore; Benjamin Charles Toms; Mark Peter Fraser
Original assignee: Saietta Group PLC
Priority date: 2019-01-29
Filing date: 2020-01-29
Publication date: 2021-09-28
Also published as: AU2020215829A1; GB201901209D0; JP2022519097A; CN112673548A; US20220094229A1; EP3918692A1; CA3128289A1; WO2020157500A1; GB2580920A; KR20210120083A

Abstract

máquina elétrica de fluxo axial e componentes auxiliares. a presente invenção refere-se a uma carcaça de estator para uma máquina elétrica de fluxo axial, a carcaça de estator sendo tubular e de formato substancialmente cilíndrico, a superfície interna da carcaça compreendendo uma pluralidade de recessos, cada recesso configurado para receber uma parte externa de uma bobina condutora de um estator de uma máquina elétrica de fluxo axial. a seção transversal de cada recesso, perpendicular ao eixo de rotação da máquina elétrica de fluxo axial é, de preferência, alongada, a dimensão principal de cada recesso alongado se estendendo substancialmente na direção radial da máquina elétrica de fluxo axial.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÁQUI- NA ELÉTRICA DE FLUXO AXIAL E COMPONENTES AUXILIARES". Campo Técnico

[001] A presente invenção refere-se a máquinas elétricas de fluxo axial e elementos das mesmas. Antecedentes

[002] Máquinas elétricas, incluindo motores elétricos e geradores elétricos, já são muito usadas. No entanto, as preocupações sobre nossa dependência e a poluição causada pelos combustíveis fósseis que alimentam os motores de combustão interna estão criando pres- sões políticas e comerciais para estender o uso de máquinas elétricas a novas aplicações e expandir seu uso nas existentes. As máquinas elétricas são cada vez mais usadas em veículos, tais como carros elé- tricos, motocicletas, barcos e aeronaves. Elas também são usadas em aplicações de geração de energia, por exemplo, geradores em turbi- nas eólicas.

[003] Para atender às necessidades destas aplicações, será ne- cessário projetar máquinas elétricas que possuam propriedades de desempenho adequadas, tais como velocidade e torque, e alta eficiên- cia. A eficiência das máquinas elétricas é extremamente importante em quase todas as aplicações: ela pode, por exemplo, aumentar o al- cance de um veículo elétrico e diminuir a capacidade necessária da bateria. Diminuir a capacidade necessária da bateria pode, por sua vez, diminuir o peso do veículo, o que leva a mais ganhos de eficiên- cia.

[004] Um tipo conhecido de máquina elétrica é a máquina de flu- xo axial. Conforme o nome sugere, a direção das linhas de fluxo mag- nético que são cortadas durante a operação de uma máquina de fluxo axial é paralela ao eixo de rotação da máquina. Isto está em contraste com as máquinas de fluxo radial, nas quais a direção das linhas de fluxo magnético que são cortadas durante a operação da máquina é perpendicular ao eixo de rotação da máquina. Embora as máquinas de fluxo radial sejam mais comuns, as máquinas de fluxo axial têm sido usadas para algumas aplicações onde seu fator de forma (uma exten- são axial relativamente pequena) e propriedades de desempenho (tal como uma elevada proporção torque/peso) são reconhecidos.

[005] Um exemplo de uma máquina de fluxo axial sem coroa (yo- keless) que usa um arranjo de enrolamento concentrado é descrito no Pedido de Patente Internacional com o número de publicação WO 2018/015293 A1. O conjunto de estator da máquina de fluxo axial in- clui dentes de estator distintos circunferencialmente distribuídos, cada um com um material ferromagnético em torno do qual há um enrola- mento elétrico. Isto é comumente denominado como uma máquina de armadura segmentada e sem coroa (yokeless). Porções alongadas que se estendem radialmente para dentro da carcaça do estator são fornecidas para resfriamento e para fornecer uma estrutura para rece- ber os dentes do estator. Embora as máquinas de fluxo axial deste tipo sejam capazes de atingir altas eficiências, seria desejável melhorar a eficiência, especialmente em uma faixa mais ampla de parâmetros operacionais. Além disso, embora as porções alongadas que se es- tendem radialmente para dentro da carcaça forneçam alguma estrutu- ra para receber os dentes do estator distintos, há dificuldades associa- das ao posicionamento e ligação de cada dente do estator com preci- são à carcaça do estator e cada dente do estator deve ser enrolado em torno de uma bobina como uma estrutura que contém o material ferromagnético. Seria desejável fornecer um estator que pudesse ser montado com mais facilidade e precisão. Sumário da Invenção

[006] As modalidades descritas no presente documento fornecem um rotor, carcaça, arranjos de resfriamento, guias de fluxo e empilha-

mento mecânico para uma máquina de fluxo axial que compreende uma pluralidade de bobinas condutoras que conferem alta eficiência a uma máquina e facilidade de fabricação.

[007] Ao longo desta descrição, a menos que qualificado de outra forma, Termos tais como "radial", "axial", "circunferencial" e "ângulo" são usados no contexto de um sistema de coordenadas polares cilín- dricas (r, ϑ, z), em que a direção do eixo de rotação da máquina elétri- ca é paralelo ao eixo z. Ou seja, "axial" significa paralelo ao eixo de rotação (ou seja, ao longo do eixo z), "radial" significa qualquer direção perpendicular ao eixo de rotação, um "ângulo" é um ângulo na direção do azimute ϑ e "circunferencial" refere-se à direção do azimute em tor- no do eixo de rotação.

[008] Termos tais como "que se estende radialmente" e "que se estende axialmente" não devem ser entendidos como significando que um elemento deve ser exatamente radial ou exatamente paralelo à di- reção axial. Para ilustrar, embora seja bem sabido que a força de Lo- rentz experimentada por um condutor de corrente em um campo mag- nético está no máximo quando a direção da corrente é exatamente perpendicular à direção do fluxo magnético, um condutor de corrente ainda experimenta uma força de Lorentz para ângulos menores do que noventa graus. Desvios das direções paralelas e perpendiculares, por- tanto, não alterarão os princípios básicos de operação.

[009] A invenção é definida nas reivindicações independentes às quais deve ser feita referência agora. As características preferidas são definidas nas reivindicações dependentes. Rotor

[0010] De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, é fornecido um rotor para uma máquina elétrica de fluxo axial, o rotor compreendendo uma porção de disco substancialmente plana, a borda externa tendo uma aba formada sobre a mesma, a borda se esten-

dendo para longe da porção de disco ao longo de um eixo de rotação da máquina elétrica, o rotor incluindo ainda uma pluralidade de ímãs permanentes circunferencialmente distribuídos presos ao mesmo, em que os ímãs permanentes são presos à porção de disco substancial- mente plana no mesmo lado daquele a partir do qual a aba se estende a partir do mesmo, a borda externa circunferencial de cada ímã per- manente confinando com a aba.

[0011] De preferência, cada ímã permanente dentre a pluralidade de ímãs permanentes é formado por um único ímã permanente. Alter- nativamente, cada ímã permanente pode ser formado por uma plurali- dade de segmentos separados. Os segmentos separados podem ser empilhados adjacentes entre si na direção radial ou circunferencial.

[0012] De preferência, a pluralidade de ímãs permanentes com- preende um número par de ímãs permanentes. De preferência, os ímãs circunferencialmente adjacentes são posicionados de modo que tenham polaridade oposta. Isto quer dizer que cada polo norte é cir- cunferencialmente adjacente a dois polos sul e cada polo sul é circun- ferencialmente adjacente a dois polos norte.

[0013] De preferência, os ímãs permanentes são presos à superfí- cie plana do rotor por meio de um adesivo.

[0014] A pluralidade de ímãs permanentes está, de preferência, circunferencialmente espaçada. O rotor pode compreender ainda uma pluralidade de espaçadores não magnéticos configurados para espa- çar circunferencialmente os ímãs adjacentes dentre a pluralidade de ímãs permanentes. Cada espaçador não magnético é, de preferência, preso à superfície plana do rotor. Os espaçadores podem ser presos através de um adesivo ou um retentor mecânico. Cada espaçador é, de preferência, alongado e posicionado de modo que a dimensão prin- cipal se estenda substancialmente ao longo da direção radial. Cada espaçador tem, de preferência, uma espessura substancialmente igual à espessura de um dos ímãs permanentes. Os lados opostos de cada espaçador são, de preferência, substancialmente paralelos.

[0015] Alternativamente, a superfície plana do rotor pode compre- ender uma pluralidade de saliências configuradas para espaçar circun- ferencialmente os ímãs adjacentes dentre a pluralidade de ímãs per- manentes. A altura de cada saliência em uma direção que se estende axialmente a partir da placa do rotor é, de preferência, menor do que a espessura de um ímã permanente. Por exemplo, a proporção da es- pessura do ímã permanente para a altura de cada saliência pode estar entre 2 e 10, mais preferivelmente entre 4 e 10. Vantajosamente, as- segurar que a altura da saliência seja menor do que a espessura de um ímã permanente pode garantir que não ocorra vazamento de fluxo excessivo entre os ímãs permanentes.

[0016] Cada saliência pode ser alongada e posicionada de modo que a dimensão principal se estenda substancialmente ao longo da direção radial. Neste exemplo, uma única saliência pode ser fornecida entre ímãs permanentes adjacentes. Alternativamente, uma pluralida- de de saliências pode ser fornecida entre os ímãs adjacentes. Neste exemplo, cada saliência pode ser: circular tendo um diâmetro substan- cialmente igual à largura do espaço entre os ímãs adjacentes; elíptica tendo uma dimensão menor substancialmente igual à largura do espa- ço entre os ímãs adjacentes; retangular substancialmente igual à lar- gura do espaço entre os ímãs adjacentes e uma dimensão principal substancialmente menor do que o comprimento radial de um ímã per- manente; ou qualquer outro formato adequado.

[0017] De preferência, os ímãs permanentes são moldados de modo que sejam mais estreitos em direção ao centro do rotor e mais largos em direção à borda do rotor, de modo que o perfil da pluralidade de ímãs permanentes afunile uniformemente a partir da extremidade estreita para a extremidade mais larga.

Carcaça de Estator

[0018] De acordo com um segundo aspecto da presente invenção, é fornecido uma carcaça de estator extrudada para uma máquina elé- trica de fluxo axial, em que a carcaça é tubular e de formato substan- cialmente cilíndrico, a superfície interna da carcaça compreendendo uma pluralidade de recessos, cada recesso configurado receber pelo menos uma parte externa de uma bobina condutora de um estator de uma máquina elétrica de fluxo axial.

[0019] De acordo com um aspecto da presente invenção, é forne- cido uma carcaça de estator para uma máquina elétrica de fluxo axial, a carcaça sendo tubular e de formato substancialmente cilíndrico, a superfície interna da carcaça compreendendo uma pluralidade de re- cessos, cada recesso configurado para receber uma parte externa de uma bobina condutora de um estator de uma máquina elétrica de fluxo axial.

[0020] A seção transversal de cada recesso, perpendicular ao eixo de rotação da máquina elétrica de fluxo axial é, de preferência, alon- gada, a dimensão principal de cada recesso alongado se estendendo substancialmente na direção radial da máquina elétrica de fluxo axial. Cada recesso alongado tem, de preferência, uma relação entre eixos entre cerca de 5 e cerca de 15. A relação entre eixos de cada recesso pode estar entre cerca de 7 e cerca de 12, mais preferivelmente entre cerca de 7 e cerca de 10.

[0021] As paredes laterais de cada recesso são, de preferência, substancialmente paralelas ao eixo de rotação da máquina elétrica de fluxo axial.

[0022] A distância circunferencial entre os recessos adjacentes está entre cerca de 1 vez e cerca de 3 vezes a largura de cada reces- so.

[0023] A carcaça de estator compreende ainda, de preferência, um anel anular configurado para formar um canal anular adjacente à su- perfície externa circunferencial da dita carcaça de estator. A carcaça de estator compreende ainda, de preferência, um espaçador configu- rado para dividir o dito canal anular, o espaçador se estendendo a par- tir de uma primeira extremidade axial da dita carcaça de estator até uma segunda extremidade axial da dita carcaça de estator. Desta for- ma, o espaçador posiciona o anel anular em relação à superfície ex- terna da carcaça de estator para formar o canal anular e divide o canal anular de modo a formar um formato de C. O espaçador, de preferên- cia, acopla mecanicamente a carcaça de estator ao anel anular. O anel anular compreende, de preferência, uma entrada de fluido de resfria- mento localizada adjacente a um primeiro lado do dito espaçador e uma saída de fluido de resfriamento localizada adjacente a um segun- do lado do dito espaçador, a entrada e a saída estando em comunica- ção fluídica com o canal anular. Conforme será reconhecido agora, o espaçador divide o canal anular de modo que o fluxo de fluido de res- friamento prossiga circunferencialmente em torno do canal anular.

[0024] Em um exemplo preferido da presente invenção, a carcaça de estator é formada por meio de extrusão. Neste exemplo preferido, a pluralidade de recessos é, de preferência, formada a partir de um pri- meiro conjunto de saliências que se estendem a partir da superfície interna da carcaça de estator e um segundo conjunto de saliências que se estendem a partir da superfície interna da carcaça de estator, em que o primeiro conjunto de saliências é formado integralmente com o dita carcaça de estator e o segundo conjunto de saliências é forma- do separadamente e posicionado dentro da dita carcaça de estator. O segundo conjunto de saliências é, de preferência, mecanicamente pre- so à dita carcaça de estator. O primeiro conjunto de saliências é, de preferência, entrelaçado com o dito segundo conjunto de saliências.

[0025] Vantajosamente, formar a carcaça de estator e os recessos desta maneira melhora a capacidade de fabricação da carcaça de es- tator. A espessura mínima de qualquer elemento da ferramenta de ex- trusão usada para formar a carcaça de estator pode ser aumentada, de modo que a vida útil da ferramenta seja significativamente aumen- tada.

[0026] O primeiro conjunto de saliências é, de preferência, entrela- çado com o dito segundo conjunto de saliências, de modo que cada saliência do primeiro conjunto de saliências seja adjacente a uma sali- ência do segundo conjunto de saliências.

[0027] Cada uma dentre o segundo conjunto de saliências pode compreender uma chave configurada para engatar com uma fenda correspondente formada sobre a superfície interna da carcaça de esta- tor extrudada para fixar mecanicamente cada saliência à mesma. Al- ternativamente, cada uma dentre o segundo conjunto de saliências compreende uma fenda configurada para engatar com uma chaveta correspondente formada sobre a superfície interna da carcaça de esta- tor extrudada para prender mecanicamente cada saliência à mesma.

[0028] O segundo conjunto de saliências pode ser formado por meio de extrusão.

[0029] A carcaça de estator pode ser extrudada como uma peça única. Ou seja, o corpo tubular principal da carcaça de estator pode ser formado como uma peça única. Alternativamente, a carcaça de estator pode ser formada por uma pluralidade de segmentos extruda- dos de intertravamento circunferencial. Em um exemplo, a carcaça po- de ser extrudada como uma pluralidade de segmentos de intertrava- mento arqueados. A carcaça pode ser formada por dois, três, quatro, cinco ou mais segmentos de intertravamento arqueados. Em um outro exemplo, a carcaça extrudada pode ser formada por duas seções, uma primeira seção externa e uma segunda seção interna, a seção interna compreendendo a pluralidade de recessos. A seção interna pode compreender uma pluralidade de subseções, cada subseção compreendendo pelo menos um recesso. A segunda seção interna, de preferência, trava com a dita primeira seção externa.

[0030] Quando a carcaça de estator compreende um anel anular, o anel anular é, de preferência, formado por meio de extrusão. Quando o anel anular é espaçado da superfície externa do corpo tubular da carcaça de estator por um espaçador, o espaçador é, de preferência, formado por uma fenda e chaveta, a fenda sendo formada sobre uma de uma superfície interna do dito anel anular e a superfície externa da dita carcaça de estator, a chaveta sendo formada sobre a outra super- fície interna do dito anel anular e a superfície externa da dita carcaça de estator.

[0031] De preferência, a carcaça extrudada tem uma superfície externa que é moldada de modo a aumentar a área de superfície total da superfície externa da carcaça extrudada.

[0032] A superfície externa da carcaça extrudada pode incluir ale- tas de resfriamento ou um dissipador de calor. Resfriamento

[0033] De acordo com um terceiro aspecto da presente invenção, é fornecido uma carcaça de estator para uma máquina elétrica de fluxo axial, em que a carcaça inclui ainda pelo menos um recesso ou canal no qual um conjunto de resfriamento de líquido está alojado.

[0034] O alojamento pode compreender pelo menos dois recessos ou canais, nos quais o arranjo de resfriamento líquido é alojado, posi- cionados em extremidades axiais opostas do dito alojamento.

[0035] O ou cada recesso ou canal pode ser substancialmente anular. O ou cada recesso ou canal pode ser substancialmente adja- cente às partes externas de bobinas condutoras em um estator de uma máquina elétrica de fluxo axial.

[0036] Uma superfície interna do alojamento compreende, de pre-

ferência, uma pluralidade de recessos, cada recesso configurado para receber pelo menos uma parte externa de uma bobina condutora de um estator de uma máquina elétrica de fluxo axial. Cada recesso é,, de preferência, alongado, a dimensão principal de cada recesso alongado se estendendo substancialmente na direção radial da máquina elétrica de fluxo axial. Os lados de cada recesso são, de preferência, substan- cialmente paralelos ao eixo de rotação da máquina elétrica de fluxo axial. A distância circunferencial entre os recessos adjacentes está, de preferência, entre cerca de 1 vez e cerca de 3 vezes a largura de um recesso.

[0037] De preferência, o conjunto de resfriamento de líquido dentro da carcaça compreende um tubo para receber líquido de resfriamento, o tubo estando em contato com a carcaça ou, além disso, através de um material termicamente condutor para melhorar a transferência de calor entre a carcaça e o tubo. O material termicamente condutor pode ser um dentre: uma resina; uma pasta; e uma massa.

[0038] De preferência, o tubo que forma o conjunto de resfriamen- to de líquido fornece uma entrada e uma saída na face externa da car- caça.

[0039] Alternativamente, o recesso ou canal pode ser configurado para receber diretamente o líquido de resfriamento, a carcaça compre- endendo ainda pelo menos uma placa configurada para vedar o dito pelo menos um recesso ou canal.

[0040] A carcaça pode ainda compreender pelo menos um canal adicional localizado em uma extremidade axial da dita carcaça. De preferência, o dito canal adicional está em comunicação fluídica com o dito pelo menos um recesso ou canal. O canal adicional pode estar localizado axialmente entre um rotor de uma máquina elétrica de fluxo axial e um controlador da máquina elétrica de fluxo axial. Desta forma, o conjunto de resfriamento de líquido único pode resfriar a máquina elétrica de fluxo axial e o controlador para a máquina elétrica de fluxo axial.

[0041] A carcaça pode ainda compreender um canal anular exter- no localizado adjacente à face circunferencial da dita carcaça. De pre- ferência, o canal anular externo está em comunicação fluídica com o ou cada recesso ou canal.

[0042] De preferência, o conjunto de resfriamento de líquido está conectado a um sistema de refrigeração de circuito fechado, em que um líquido de resfriamento é passado para a entrada do conjunto de resfriamento dentro da carcaça, em torno do tubo e para fora da saída do conjunto de resfriamento, para um radiador ou permutador de calor, através de uma bomba e, em seguida, de volta para a entrada do con- junto de resfriamento.

[0043] A carcaça de estator pode ser formada por meio de extru- são, conforme descrito acima, o pelo menos um recesso ou canal sen- do subsequentemente usinado. Empilhamento Mecânico

[0044] De acordo com um quarto aspecto da presente invenção, é fornecido um conjunto de máquinas elétricas de fluxo axial empilhadas que compreende uma pluralidade de máquinas elétricas de fluxo axial, conforme descrito no presente documento, mecanicamente empilha- das em série.

[0045] Desta forma, onde o conjunto de máquinas elétricas de flu- xo axial empilhadas é um motor, o torque total fornecido a um eixo de saída pelo conjunto de máquina elétrica de fluxo axial é uma soma do torque fornecido ao eixo pelos rotores de cada máquina elétrica de flu- xo axial.

[0046] Alternativamente, onde o conjunto de máquinas elétricas de fluxo axial empilhadas é um gerador, o torque total fornecido a um eixo de entrada do conjunto de máquina elétrica de fluxo axial é distribuído de forma substancialmente igual para os rotores de cada máquina elé- trica de fluxo axial.

[0047] De preferência, as máquinas elétricas de fluxo axial com- preendem, cada uma, um eixo mecanicamente acoplado aos rotores da dita máquina elétrica de fluxo axial, em que cada eixo é acoplado mecanicamente a um respectivo eixo da máquina elétrica de fluxo axi- al adjacente.

[0048] Alternativamente, o conjunto de máquinas elétricas de fluxo axial empilhadas compreende um único eixo, o dito eixo sendo meca- nicamente acoplado a cada rotor de cada máquina elétrica de fluxo axial. Em algumas modalidades, o conjunto de máquinas elétricas de fluxo axial empilhadas pode compreender N estatores, onde N é um número inteiro maior do que 1, posicionados em torno de um eixo em comum, e M rotores, onde M = N + 1, em que o ou cada rotor posicio- nado entre estatores compreende ímãs permanentes em lados opos- tos do dito rotor.

[0049] De preferência, a pluralidade de máquinas de fluxo axial empilhadas é controlada por um único controlador.

[0050] De preferência, a pluralidade de máquinas de fluxo axial empilhadas é controlada por um único controlador integrado no con- junto de fluxo axial empilhado.

[0051] Alternativamente, cada uma da pluralidade de máquinas de fluxo axial empilhadas é controlada por um controlador corresponden- te. Os controladores podem ser integrados em sua máquina elétrica de fluxo axial correspondente. Guia de Fluxo Laminado

[0052] De acordo com um quinto aspecto da presente invenção, é fornecido um guia de fluxo laminado para uma máquina elétrica de flu- xo axial, conforme descrito no presente documento, o guia de fluxo compreendendo uma pluralidade de laminações. O guia de fluxo tem uma superfície de base e uma superfície oposta afunilada em relação à superfície de base, as laminações sendo paralelas à dita superfície de base. Em uso, o guia de fluxo é posicionado de modo que cada la- minação esteja substancialmente em um plano que se estende nas direções radial e axial de uma máquina elétrica de fluxo axial.

[0053] De preferência, as laminações são posicionadas de modo que três bordas de cada laminação sejam substancialmente coplana- res em uma direção perpendicular à dita superfície de base. O guia de fluxo é, de preferência, moldado de modo a preencher ao máximo um espaço definido por bobinas condutoras circunferenciais adjacentes de um estator de uma máquina elétrica de fluxo axial, conforme descrito no presente documento.

[0054] De preferência, as laminações são feitas de aço elétrico. Por exemplo, o aço elétrico pode ser aço elétrico com orientação de grão. As laminações são, de preferência, empilhadas de modo que os grãos de cada laminação na pilha tenham a mesma direção de grãos. Em particular, o empilhamento é tal que, quando fornecido em um es- tator de uma máquina elétrica de fluxo axial, a orientação dos grãos da pilha é substancialmente paralela ao eixo de rotação da máquina de fluxo axial de modo a se alinhar com as linhas de fluxo axial produzi- das pelos ímãs permanentes dos rotores.

[0055] De preferência, o guia de fluxo compreende uma camada externa de material, de preferência eletricamente isolante. A camada externa cobre, de preferência, pelo menos a superfície cônica. Mais preferivelmente, a camada externa é configurada para se estender em torno da superfície de base e da superfície cônica e, assim, envolver o guia de fluxo.

[0056] Também é fornecido um estator para uma máquina elétrica de fluxo axial, conforme descrito no presente documento, o estator compreendendo uma pluralidade de guias de fluxo conforme descrito.

[0057] Também é fornecido um método de fabricação do guia de fluxo que compreende cortar uma chapa de aço elétrico para fornecer uma pluralidade de laminações e empilhar as laminações de modo a fornecer uma superfície de base e uma superfície cônica em relação à dita superfície de base para formar uma pilha cônica de laminações. As laminações são, de preferência, presas entre si usando um adesi- vo. As laminações são, de preferência, posicionadas de modo que três bordas de cada laminação sejam substancialmente coplanares em uma direção perpendicular à dita superfície de base.

[0058] De preferência, o método de fabricação compreende forne- cer laminações que compreendem aço elétrico com orientação de grãos (tal como aço de núcleo de transformador C.R.G.O) e empilhar as laminações de modo que a direção de grãos de cada laminação na pilha se alinhe substancialmente. A pilha de laminações pode, então, ser isolada ao envolver a pilha de laminações em um invólucro externo de material eletricamente isolante.

[0059] De acordo com um sexto aspecto da presente invenção, é fornecida uma bobina condutora para um estator de máquina elétrica de fluxo axial sem coroa (yokeless) com enrolamentos distribuídos. A bobina condutora compreende uma primeira seção ativa e uma se- gunda seção ativa. Cada seção ativa se estende em uma direção ge- ralmente radial substancialmente perpendicular a um eixo de rotação da máquina elétrica e compreende uma pluralidade de porções de ro- tação de enrolamento empilhadas paralelamente ao eixo de rotação, de modo que uma seção transversal perpendicular à direção radial de cada seção ativa seja alongada com uma dimensão principal paralela ao eixo de rotação. A segunda seção ativa é afastada em uma direção circunferencial e axialmente deslocada da primeira seção ativa.

[0060] As bobinas condutoras deste tipo facilitam a fabricação de um estator que é construído usando bobinas condutoras, bem como alta eficiência da máquina. Por exemplo, as bobinas condutoras po- dem formar uma estrutura na qual guias de fluxo, tais como pacotes de laminação, podem ser colocados. Isto permite que o estator seja fabri- cado rapidamente e também com um alto grau de precisão, o que me- lhora a eficiência da máquina elétrica. Além disso, o deslocamento axial das seções ativas facilita o empilhamento das bobinas nas dire- ções axial e circunferencial. O uso de espiras de enrolamento empi- lhadas axialmente também atenua os efeitos de aderência e proximi- dade nas seções ativas. Isto ocorre porque a seção transversal de ca- da espira do enrolamento é menor e, dado que as espiras do enrola- mento são conectadas em série, a corrente é deterministicamente go- vernada para fluir ao longo de toda a extensão axial de cada seção ativa. Isto reduz o aquecimento e melhora a ligação de fluxo.

[0061] De acordo com este sexto aspecto, a bobina condutora po- de opcionalmente compreender uma pluralidade de pares de seções ativas conectadas entre si em série. Pares adjacentes de seções ati- vas podem se sobrepor circunferencialmente de modo a definir um es- paço de um segundo tipo para receber um guia de fluxo. O espaço do segundo tipo é um espaço circunferencial entre duas seções ativas adjacentes de diferentes pares de seções ativas da bobina. O espaço circunferencial, assim como as seções ativas que o definem, se esten- de de modo substancialmente radial e pode ser alongado na direção radial. Cada par adicional de seções ativas por bobina aumenta, vanta- josamente, o número de slots por polo por fase em um. Isto pode re- duzir as perdas e, portanto, melhorar a eficiência, uma vez que um número maior de slots por polo por fase pode resultar em uma densi- dade de fluxo magnético senoidal com mais precisão. Além disso, o número de seções ativas por bobina pode ser dimensionado com o raio da máquina.

[0062] De acordo com um sétimo aspecto da presente invenção, é fornecida uma bobina condutora para um estator de uma máquina elé- trica de fluxo axial sem coroa (yokeless). A bobina condutora compre- ende dois pares de seções ativas. Cada seção ativa se estende em uma direção geralmente radial substancialmente perpendicular a um eixo de rotação da máquina elétrica. As seções ativas que se esten- dem de modo geralmente radial de cada par são afastadas em uma direção circunferencial. Os dois pares de seções ativas se sobrepõem de modo parcialmente circunferencial para definir um espaço de um segundo tipo para receber um guia de fluxo. O espaço do segundo tipo é um espaço circunferencial entre duas seções ativas adjacentes de diferentes pares de seções ativas da bobina. O espaço circunferencial, assim como as seções ativas que o definem, se estende de modo substancialmente radial e pode ser alongado.

[0063] As bobinas condutoras de acordo com o tipo de sétimo as- pecto permitem facilidade de fabricação de um estator que é construí- do usando as bobinas condutoras, bem como alta eficiência da máqui- na. Por exemplo, quando uma pluralidade de tais bobinas é distribuída circunferencialmente em torno de um anel de estator, a estrutura de bobina resultante terá espaços circunferencialmente distribuídos (do segundo tipo) nos quais guias de fluxo podem ser fornecidos. Isto permite que o estator seja fabricado rapidamente, com um grande nú- mero de guias de fluxo, e também com um alto grau de precisão que melhora a eficiência da máquina elétrica. Além disso, uma vez que ca- da bobina tem (pelo menos) dois pares de seções ativas afastadas, as bobinas fornecerão um estator com (pelo menos) dois slots por polo por fase, o que torna a densidade de fluxo magnético gerada pelo es- tator mais senoidal, com componentes harmônicos menos significati- vos. Para correntes com variação senoidal, o torque médio produzido pela máquina elétrica resulta da interação dos componentes do campo magnético fundamental e não dos componentes harmônicos. Isto é vantajoso, uma vez que os componentes harmônicos na densidade de fluxo magnético espacial circunferencial resultam em maiores corren- tes parasitas nos ímãs permanentes dos rotores o que, por sua vez, causa maiores perdas e aumento de aquecimento. Além disso, quais- quer componentes harmônicos adicionais na distribuição da força magnetomotriz do enrolamento podem causar perdas aumentadas nos guias de fluxo. Além disso, o número de pares de seções ativas por bobina pode ser escalonado com o raio da máquina e/ou ao escolher o espaçamento (passo) entre as seções ativas que formam cada par. Cada par adicional de seções ativas por bobina, portanto, aumenta o número de slots por polo por fase em um, de forma que maiores efici- ências são atingidas, especialmente à medida que o tamanho da má- quina é aumentado.

[0064] De acordo com este sétimo aspecto, cada seção ativa pode opcionalmente compreender uma pluralidade de porções rotativas de enrolamento empilhadas paralelamente ao eixo de rotação, de modo que uma seção transversal perpendicular à direção radial de cada se- ção ativa seja alongada com uma dimensão principal paralela ao eixo de rotação. O empilhamento axial das espiras isoladas do enrolamento atenua os efeitos de aderência e proximidade nas seções ativas. Isto reduz o aquecimento, uma vez que a corrente é melhor dispersa pela seção transversal do condutor e melhora a ligação de fluxo.

[0065] De acordo com o sétimo aspecto, cada par de seções ati- vas pode, opcionalmente, ser axialmente deslocado entre si. O deslo- camento axial das seções ativas facilita o empilhamento das bobinas nas direções axial e circunferencial, o que confere flexibilidade ao es- paçamento (passo) entre cada par de seções ativas e também melho- ra a rigidez estrutural do enrolamento inteiro em virtude da natureza de intertravamento do bobinas. Isto também aumenta a ligação de fluxo no núcleo e, portanto, aumenta a geração de torque.

[0066] As seguintes características opcionais também podem se aplicar à bobina condutora de acordo com o sexto aspecto e à bobina condutora de acordo com o sétimo aspecto.

[0067] Em uso, a corrente flui em direções radiais opostas ao lon- go das seções ativas que formam o par de seções ativas (ou seja, a corrente flui ao longo da segunda seção ativa em uma direção oposta à corrente que flui ao longo da primeira seção ativa).

[0068] Cada seção ativa pode ter apenas uma única espira de en- rolamento de largura. Alternativamente, cada seção ativa pode ter uma pluralidade de espiras de enrolamento largas. Ou seja, cada seção ati- va pode compreender uma pluralidade de porções de enrolamento cir- cunferencialmente empilhadas. Se cada seção ativa compreender uma pluralidade de circunferências ao empilhar parcialmente as porções de espira do enrolamento, o número de porções de espira do enrolamento circunferencialmente empilhadas é, de preferência, menor do que o número de porções de espira do enrolamento axialmente empilhadas, de modo que a dimensão principal da seção transversal da bobina que é perpendicular à direção que se estende radialmente a partir da se- ção ativa seja paralela ao eixo de rotação. Por exemplo, as seções ati- vas podem ter apenas duas porções de espira de enrolamento de lar- gura, mas compreendem mais de duas porções de espira de enrola- mento na direção axial. Por exemplo, a proporção entre o número de porções de espira do enrolamento empilhadas axialmente e o número de porções de espira do enrolamento circunferencialmente empilhadas pode ser maior ou igual a três, de preferência maior ou igual a cinco, mais preferivelmente maior ou igual a sete. Uma bobina que tem mais de uma porção de espira de enrolamento aumenta o comprimento total do condutor o que, por sua vez, aumenta a impedância da bobina. Uma impedância mais alta pode permitir o uso de um controlador com uma taxa de comutação mais baixa, o que pode, em alguns casos, re-

duzir os custos.

[0069] As porções de espira do enrolamento da primeira e da se- gunda seções ativas que se estendem de modo geralmente radial de um par de seções ativas podem ter extremidades proximais localiza- das em um raio interno e extremidades distais localizadas em um raio externo. As extremidades proximais das porções de espira do enrola- mento podem ser conectadas através de seções de circuito interno e as extremidades distais são conectadas através de seções de circuito externo de modo que, em uso, a corrente flui em direções radiais opostas ao longo do par de seções ativas que se estendem radialmen- te.

[0070] As seções de circuito externo podem ser configuradas para formar uma parte externa da bobina que é substancialmente paralela ao eixo de rotação. Uma parte axialmente paralela da bobina pode ser inserida axialmente em uma abertura em uma carcaça do estator, o que melhora a facilidade de fabricação do estator. Além disso, a natu- reza estendida da parte externa da bobina fornece uma área de super- fície maior para travamento mecânico das bobinas e resfriamento na circunferência externa do estator.

[0071] Cada seção de circuito externo pode ter qualquer formato, mas pode, de preferência, ser substancialmente semicircular ou retan- gular, de modo que a parte externa da bobina seja uma superfície se- micircular ou retangular. A superfície da parte externa também pode ser curvada, por exemplo, de formato involuto. Estas superfícies criam uma grande área de superfície, mas também requerem um compri- mento relativamente limitado do condutor, o que reduz os custos de material.

[0072] Adicional ou alternativamente, as seções de circuito externo podem ser configuradas para formar uma parte substancialmente invo- luta da bobina. As partes involutas, as quais mantêm um espaço subs-

tancialmente constante entre os elementos condutores adjacentes, fornecem um arranjo de intertravamento radial de bobinas circunferen- cialmente distribuídas. Pode haver duas partes externas substancial- mente involutas da bobina que conectam a parte externa da bobina às duas seções ativas.

[0073] As seções de circuito interno podem ser configuradas para formar uma parte interna da bobina que é substancialmente paralela ao eixo de rotação. Ao ser substancialmente paralela ao eixo de rota- ção, a parte interna ocupa o mínimo de espaço circunferencial possí- vel. Isto é significativo tanto no espaço físico quanto no raio interno do estator.

[0074] Cada seção de circuito interno pode ter qualquer formato, mas pode, de preferência, ser substancialmente semicircular ou retan- gular, de modo que a parte interna da bobina seja uma superfície se- micircular ou retangular. A superfície da parte interna também pode ser curvada, por exemplo, em formato involuto. Estes formatos reque- rem um comprimento relativamente limitado de condutor para serem implementados, o que reduz os custos de material.

[0075] As seções de circuito interno podem ser configuradas para formar uma parte substancialmente involuta. As partes involutas, as quais mantêm um espaço substancialmente constante entre os ele- mentos condutores adjacentes, fornecem um arranjo de intertravamen- to radial de bobinas circunferencialmente distribuídas. Pode haver du- as partes internas substancialmente involutas da bobina que conectam a parte interna da bobina às duas seções ativas.

[0076] O número de pares de seções ativas pode ser um múltiplo inteiro de dois. O uso de um múltiplo inteiro de dois pares de seções ativas permite prontamente que cada bobina seja feita de uma plurali- dade de elementos condutores idênticos, o que reduz os custos de fa- bricação.

[0077] A bobina condutora pode ser configurada de modo que, em uso, a corrente flua na mesma direção ao longo das seções ativas ad- jacentes da bobina separadas por um dos espaços para um guia de fluxo. Isto evita que a corrente que flui nestas seções ativas adjacentes seja contraproducente para a produção de torque.

[0078] A pluralidade de pares de seções ativas que constituem uma bobina pode ser formada integralmente ou formada ao conectar, em série, uma pluralidade de elementos separados, cada um compre- endendo um par de seções ativas. A ligação pode ser feita por meio de uma virola, através de brasagem ou através de soldagem, por exem- plo. Elementos separados podem ser formados ao enrolar, ligar e for- mar condutores, o que pode ser realizado usando técnicas que são relativamente baratas de implementar. Elementos de formação integral podem ser caros, mas também podem permitir topologias mais com- plexas que não podem ser alcançadas ou são difíceis de obter por meio de técnicas de enrolamento usuais. Além disso, com elementos formados integralmente, o número de partes constituintes do estator é reduzido.

[0079] A bobina condutora pode compreender primeira e segunda porções de conexão para conectar a bobina condutora a uma fonte de alimentação. As primeira e segunda porções de conexão podem se estender paralelamente ao eixo de rotação. As porções de conexão podem se estender na mesma direção paralela ou em direções parale- las opostas. As porções de conexão que se estendem paralelamente permitem uma conexão muito simples das bobinas à fonte de alimen- tação.

[0080] As primeira e segunda porções de conexão da bobina po- dem estar posicionadas próximo a uma extremidade radialmente ex- terna da bobina. Desta forma, as conexões podem ser feitas próximas ao raio externo do conjunto de estator, onde há mais espaço circunfe-

rencial do que, por exemplo, no raio interno do conjunto de estator. Isto significa que as conexões são menos compactadas, o que permite facilidade de fabricação e conexões elétricas mais confiáveis.

[0081] Também é fornecido um estator para uma máquina elétrica de fluxo axial, o estator compreendendo uma pluralidade de bobinas condutoras de acordo com o sexto aspecto. Também é fornecido um estator para uma máquina elétrica de fluxo axial, o estator compreen- dendo uma pluralidade de bobinas condutoras de acordo com o sétimo aspecto. Em qualquer caso, a pluralidade de bobinas condutoras pode ser distribuída circunferencialmente em torno do estator.

[0082] A pluralidade de bobinas condutoras pode ser fornecida em uma pluralidade de grupos, cada grupo correspondendo a um polo do estator.

[0083] Cada bobina condutora pode ser configurada para ser co- nectada a uma fase de uma fonte de alimentação multifásica.

[0084] As bobinas condutoras circunferencialmente adjacentes podem ser configuradas para serem conectadas a diferentes fases da alimentação multifásica de modo que, para uma fonte de alimentação de N fases, o estator compreenda uma pluralidade de N grupos de bo- binas condutoras, cada grupo de bobinas condutoras compreendendo uma bobina para cada fase da alimentação das N fases, cada grupo correspondendo a um polo do estator.

[0085] Para cada fase da fonte de alimentação multifásica, cada segunda bobina do estator que está conectada a esta fase pode ser conectada a um barramento em comum. Desta forma, o enrolamento pode ser dividido em duas partes intercaladas que conectam metade do número total de bobinas por fase a um dos barramentos bifásicos.

[0086] Bobinas condutoras circunferencialmente adjacentes po- dem se sobrepor circunferencialmente para definir espaços de um pri- meiro tipo para receber guias de fluxo. Cada espaço do primeiro tipo pode ser um espaço circunferencial entre duas seções ativas adjacen- tes de duas bobinas diferentes. Assim como as seções ativas que os definem, os espaços do primeiro tipo se estendem na direção radial e podem ser alongados na direção radial. Uma vez que as bobinas do estator formam naturalmente uma estrutura para receber guias de flu- xo, o estator pode ser fabricado com rapidez e também com um alto grau de precisão, o que melhora a eficiência da máquina elétrica.

[0087] O estator pode compreender ainda guias de fluxo posicio- nados nos espaços dos primeiro e/ou segundo tipos.

[0088] O estator pode compreender ainda uma carcaça de estator. A carcaça de estator pode compreender aberturas circunferencialmen- te distribuídas e que se estendem axialmente para receber as partes externas das bobinas condutoras que são substancialmente paralelas ao eixo de rotação. Conforme observado acima, isto permite uma fa- bricação e transferência de calor mais fáceis e precisas dos compo- nentes condutores do estator através da carcaça do estator.

[0089] Também são fornecidas máquinas elétricas de fluxo axial que compreendem tais estatores. As máquinas de fluxo axial podem compreender um par de rotores opostos posicionados em lados opos- tos do estator. Cada rotor pode ser dedicado exclusivamente a um es- tator, ou um ou mais rotores podem ser compartilhados entre dois es- tatores alinhados axialmente.

[0090] Também é fornecido um método de fabricação de um esta- tor de uma máquina elétrica de fluxo axial. O método compreende po- sicionar uma pluralidade de bobinas condutoras em uma carcaça de estator, de modo que a pluralidade de bobinas seja distribuída circun- ferencialmente em torno da carcaça de estator. Cada bobina conduto- ra compreende uma primeira seção ativa e uma segunda seção ativa, cada seção ativa se estendendo em uma direção geralmente radial substancialmente perpendicular a um eixo de rotação da máquina elé-

trica e compreendendo uma pluralidade de porções de espiras de en- rolamento empilhadas paralelamente ao eixo de rotação, onde uma seção transversal perpendicular à direção radial de cada seção ativa é alongada com uma dimensão principal paralela ao eixo de rotação. A segunda seção ativa é afastada em uma direção circunferencial e axi- almente deslocada da primeira seção ativa.

[0091] A carcaça de estator pode compreender uma pluralidade de aberturas circunferencialmente distribuídas e que se estendem axial- mente. Neste caso, o posicionamento da pluralidade de bobinas con- dutoras na carcaça de estator pode compreender, para cada respecti- va bobina condutora, posicionar uma parte que se estende axialmente da respectiva bobina em uma das aberturas que se estende axialmen- te. Isto aumenta a facilidade de montagem, precisão de montagem, travamento mecânico e, em uso, resfriamento e eficiência.

[0092] Cada bobina condutora pode compreender uma pluralidade de pares de seções ativas conectadas entre si em série, em que pares adjacentes de seções ativas se sobrepõem circunferencialmente de modo a definir um espaço de um segundo tipo para receber um guia de fluxo. O espaço do segundo tipo pode ser um espaço circunferenci- al entre duas seções ativas adjacentes da mesma bobina, mas diferen- tes pares de seções ativas da bobina. O método compreende ainda posicionar guias de fluxo nos espaços. Conforme observado acima, vantajosamente, cada par adicional de seções ativas por bobina au- menta o número de slots por polo por fase em um, o que pode reduzir as perdas e, portanto, melhorar a eficiência. Além disso, o número de seções ativas por bobina pode ser dimensionado com o raio da má- quina, de modo que eficiências mais altas são possíveis com máqui- nas maiores.

[0093] Outro método de fabricação de um estator de uma máquina elétrica de fluxo axial é fornecido. O método compreende posicionar uma pluralidade de bobinas condutoras em uma carcaça de estator, de modo que a pluralidade de bobinas seja circunferencialmente distribuí- da em torno da carcaça de estator. Cada bobina condutora compreen- de dois pares de seções ativas, cada seção ativa se estendendo em uma direção geralmente radial substancialmente perpendicular a um eixo de rotação da máquina elétrica. As seções ativas que se esten- dem de modo geralmente radial de cada par são afastadas em uma direção circunferencial. Os dois pares de seções ativas de cada uma se sobrepõem de modo parcialmente circunferencial para definir um espaço de um segundo tipo para receber um guia de fluxo. O espaço do segundo tipo é um espaço circunferencial entre duas seções ativas adjacentes de diferentes pares de seções ativas da mesma bobina. O método compreende ainda posicionar guias de fluxo nos espaços.

[0094] Neste segundo método, cada seção ativa pode compreen- der uma pluralidade de porções de espiras de enrolamento empilhadas paralelamente ao eixo de rotação, de modo que uma seção transversal perpendicular à direção radial de cada seção ativa seja alongada com uma dimensão principal paralela ao eixo de rotação. Isto reduz o aquecimento, uma vez que a corrente é distribuída de maneira mais uniforme pela seção transversal condutora. As seções ativas de cada par podem ser axialmente deslocadas entre si. O deslocamento axial das seções ativas facilita o empilhamento das bobinas nas direções axial e circunferencial, confere flexibilidade ao espaçamento (passo) entre cada par de seções ativas e também melhora a rigidez estrutural do enrolamento inteiro em virtude da natureza de intertravamento das bobinas.

[0095] Em ambos os métodos, as bobinas condutoras podem ser posicionadas de modo que as bobinas condutoras circunferencialmen- te adjacentes se sobreponham e, assim, definam espaços de um pri- meiro tipo para receber guias de fluxo. Cada espaço do primeiro tipo pode ser um espaço entre duas seções ativas adjacentes de duas bo- binas diferentes. Ambos os métodos podem compreender ainda posi- cionar guias de fluxo nos espaços do primeiro tipo.

[0096] Ambos os métodos podem compreender ainda impregnar pelo menos parte do estator em um composto de ligação, tal como uma resina. Isto fortalece o conjunto do estator, protegendo-o contra as forças mecânicas e eletromagnéticas que ele sofre durante o uso. Os meios de ligação das bobinas à fonte de alimentação podem não ser impregnados com o composto de ligação permitindo, vantajosa- mente, o acesso às ligações após a impregnação.

[0097] De acordo com um outro aspecto da invenção reivindicada, é fornecido um estator para uma máquina elétrica de fluxo axial. O es- tator compreende uma pluralidade de bobinas condutoras circunferen- cialmente distribuídas. Cada uma dentre a pluralidade de bobinas con- dutoras é configurada para ser conectada a uma fase de uma fonte de alimentação multifásica e compreende pelo menos um par de seções ativas. Cada seção ativa se estende em uma direção geralmente radial substancialmente perpendicular a um eixo de rotação da máquina elé- trica. As seções ativas que se estendem de modo geralmente radial de cada par são afastadas em uma direção circunferencial. As bobinas condutoras circunferencialmente adjacentes se sobrepõem circunfe- rencialmente para definir espaços de um primeiro tipo para receber um guia de fluxo. Cada espaço do primeiro tipo é um espaço circunferen- cial entre duas seções ativas adjacentes de duas bobinas diferentes.

[0098] Os espaços circunferenciais, assim como as seções ativas, se estendem de modo substancialmente radial e podem ser alongados na direção radial.

[0099] As bobinas condutoras de tal estator formam uma estrutura na qual guias de fluxo, tais como pacotes de laminação, podem ser colocados. Isto permite que o estator seja fabricado rapidamente e também com um alto grau de precisão, o que melhora a eficiência da máquina elétrica. Além disso, o número de guias de fluxo e, corres- pondentemente, slots por polo por fase do estator, pode ser facilmente aumentado e facilmente escalonado com o raio da máquina elétrica. Aumentar o número de slots por polo por fase pode tornar a densidade de fluxo magnético espacial circunferencial dentro do estator e os en- treferros da máquina mais senoidal, com menor distorção harmônica. Para correntes de fase com variação senoidal, o torque médio que é produzido pela máquina elétrica resulta mais da interação dos compo- nentes do campo magnético fundamental e não dos componentes harmônicos. Isto é vantajoso, uma vez que os componentes harmôni- cos na densidade de fluxo magnético espacial circunferencial resultam em maiores correntes parasitas nos ímãs permanentes dos rotores, o que causa maiores perdas e aumento do aquecimento. Além disso, quaisquer componentes harmônicos adicionais na distribuição da força magnetomotriz do enrolamento podem causar perdas aumentadas nos guias de fluxo.

[00100] Em uso, a corrente flui em direções radiais opostas ao lon- go das seções ativas que formam um par de seções ativas de uma bobina.

[00101] Cada bobina condutora pode compreender uma pluralidade de pares de seções ativas conectadas entre si em série. Pares adja- centes de seções ativas podem se sobrepor circunferencialmente de modo a definir um espaço de um segundo tipo para receber um guia de fluxo. O espaço do segundo tipo pode ser um espaço circunferenci- al entre duas seções ativas adjacentes da mesma bobina, mas diferen- tes pares de seções ativas da bobina. O espaço circunferencial, assim como as seções ativas correspondentes, se estende de modo subs- tancialmente radial e pode ser alongado na direção radial. Cada par adicional de seções ativas por bobina aumenta o número de slots por polo por fase em um, o que pode reduzir as perdas e, portanto, melho- rar a eficiência. Vantajosamente, o número de seções ativas por bobi- na pode ser escalonado com o raio da máquina.

[00102] O número de pares de seções ativas pode ser um múltiplo inteiro de dois. O uso de um múltiplo inteiro de dois pares de seções ativas permite prontamente que cada bobina seja feita de uma plurali- dade de elementos condutores idênticos, o que reduz os custos de fa- bricação.

[00103] A pluralidade de pares de seções ativas que constituem uma bobina pode ser formada integralmente ou formada ao conectar, em série, uma pluralidade de elementos separados, cada um compre- endendo um par de seções ativas. A conexão pode ser usando uma virola, através de brasagem ou através de soldagem, por exemplo. Elementos separados podem ser formados ao enrolar, ligar e formar condutores que podem ser obtidos usando técnicas de enrolamento conhecidas que são relativamente baratas de implementar. Elementos de formação integral podem ser caros, mas também podem permitir topologias de bobinas mais complexas que não podem ser alcançadas ou são difíceis de obter por meio de técnicas de enrolamento usuais. Além disso, com elementos formados integralmente, o número de par- tes constituintes do estator é reduzido.

[00104] O estator pode compreender ainda guias de fluxo, tais co- mo laminações de aço elétricas, posicionadas nos primeiro e/ou se- gundo tipos de espaços. Os guias de fluxo canalizam o fluxo axialmen- te entre os polos magnéticos correspondentes em rotores opostos. Es- tes guias de fluxo podem ter alta permeabilidade magnética pelo me- nos na direção axial e, assim, para um arranjo específico de ímãs permanentes, aumenta a densidade do fluxo magnético no estator.

[00105] A pluralidade de bobinas condutoras pode ser fornecida em uma pluralidade de grupos, cada grupo correspondendo a um polo do estator. As bobinas condutoras circunferencialmente adjacentes po- dem ser configuradas para serem conectadas a diferentes fases da alimentação multifásica de modo que, para uma fonte de alimentação de N fases, o estator compreenda uma pluralidade de N grupos de bo- binas condutoras, cada grupo de bobinas condutoras compreendendo uma bobina para cada fase da fonte de alimentação de N fases, cada grupo correspondendo a um polo do estator.

[00106] O estator pode ser configurado de modo que, em uso, a corrente flua na mesma direção ao longo das seções ativas adjacentes separadas por um do segundo tipo de espaços para um guia de fluxo. Isto evita que a corrente que flui nestas seções ativas adjacentes seja contraproducente para a produção de torque.

[00107] As seções ativas de cada par de seções ativas podem ser axialmente deslocadas entre si. O deslocamento axial das seções ati- vas facilita o empilhamento das bobinas na direção axial e circunferen- cial, o que confere flexibilidade ao espaçamento (passo) entre cada par de seções ativas e também melhora a rigidez estrutural do enrola- mento completo em virtude da natureza de intertravamento do bobi- nas.

[00108] Cada seção ativa pode compreender uma pluralidade de porções de espira de enrolamento empilhadas paralelamente ao eixo de rotação, de modo que uma seção transversal perpendicular à dire- ção radial de cada seção ativa seja alongada com uma dimensão mai- or paralela ao eixo de rotação. O empilhamento axial das curvas isola- das do enrolamento atenua os efeitos de aderência e proximidade nas seções ativas. Isto ocorre porque a seção transversal de cada espira do enrolamento é menor e, dado que as espiras de enrolamento são conectadas em série, a corrente é deterministicamente governada pa- ra fluir ao longo de toda a extensão axial de cada seção ativa. Isto re- duz o aquecimento, uma vez que a corrente é dispersa de maneira mais uniforme pela seção transversal condutora e melhora a ligação do fluxo.

[00109] Cada seção ativa pode ter apenas uma única espira de en- rolamento de largura. Alternativamente, cada seção ativa pode com- preender uma pluralidade de espiras de enrolamento largas. Isto é, cada seção ativa pode compreender uma pluralidade de porções de enrolamento circunferencialmente empilhadas. Se cada seção ativa compreender uma pluralidade de porções de espiras de enrolamento circunferencialmente empilhadas, o número de porções de espiras de enrolamento circunferencialmente empilhadas é, de preferência, me- nor do que o número de porções de espiras de enrolamento axialmen- te empilhadas, de modo que a dimensão principal da seção transversal da bobina que é perpendicular à direção que se estende radialmente da seção ativa seja paralela ao eixo de rotação. Por exemplo, as se- ções ativas podem ter apenas duas porções de espiras de enrolamen- to de largura, mas compreendem mais de duas porções de espiras de enrolamento na direção axial. Por exemplo, a proporção entre o núme- ro de porções de espiras de enrolamento axialmente empilhadas e o número de porções de espiras de enrolamento circunferencialmente empilhadas pode ser maior ou igual a três, de preferência maior ou igual a cinco, mais preferivelmente maior ou igual a sete. Uma bobina que tem mais de uma porção de espiras de enrolamento aumenta o comprimento total do condutor o que, por sua vez, aumenta a impe- dância da bobina. Uma impedância mais alta pode permitir o uso de um controlador com uma taxa de comutação mais baixa o que pode, em alguns casos, reduzir os custos.

[00110] As porções de espiras do enrolamento das primeira e se- gunda seções ativas que se estendem de modo geralmente radial po- dem ter extremidades proximais localizadas em um raio interno e ex- tremidades distais localizadas em um raio externo. As extremidades proximais das porções de espiras do enrolamento podem ser conecta- das através de seções de circuito interno e as extremidades distais podem ser conectadas através de seções de circuito externo de modo que, em uso, a corrente flua em direções radiais opostas ao longo do par de seções ativas que se estendem radialmente.

[00111] As seções de circuito externo podem ser configuradas para formar uma parte externa da bobina que é substancialmente paralela ao eixo de rotação. Uma parte axialmente paralela da bobina pode ser inserida axialmente em uma abertura em uma carcaça de estator, o que melhora a facilidade de fabricação do estator. Além disso, a natu- reza estendida da parte da bobina fornece uma área de superfície maior para travamento mecânico das bobinas e resfriamento na cir- cunferência externa do estator.

[00112] O estator pode compreender ainda uma carcaça de estator que compreende aberturas circunferencialmente distribuídas e que se estendem axialmente para receber as partes externas das bobinas condutoras que são substancialmente paralelas ao eixo de rotação. Conforme observado acima, isto permite uma fabricação mais fácil e precisa e uma transferência térmica aprimorada dos componentes condutores do estator através da carcaça do estator.

[00113] Cada seção de circuito externo pode ter qualquer formato, mas pode, de preferência, ser substancialmente semicircular ou retan- gular, de modo que a parte externa da bobina seja um meio disco ou superfície retangular. A superfície também pode ser curvada, por exemplo, em formato involuto. Estas superfícies criam uma grande área de superfície, mas também requerem um comprimento relativa- mente limitado de condutor para uma dada extensão axial da bobina, o que reduz os custos de material.

[00114] As seções de circuito externo podem ser configuradas para formar partes substancialmente involutas da bobina. As partes involu-

tas, as quais mantêm um espaço substancialmente constante entre os elementos condutores adjacentes, fornecem um arranjo de intertrava- mento radial de bobinas circunferencialmente distribuídas. Pode haver duas partes externas substancialmente involutas da bobina ao conec- tar a parte externa da bobina às duas seções ativas.

[00115] As seções de circuito interno podem ser configuradas para formar uma parte interna da bobina que é substancialmente paralela ao eixo de rotação. Sendo substancialmente paralela ao eixo de rota- ção, a parte interna ocupa o mínimo de espaço circunferencial possí- vel. Isto é significativo, uma vez que o espaço físico é escasso no raio interno do estator.

[00116] As seções de circuito interno podem ter qualquer formato, mas podem, de preferência, ser substancialmente semicirculares ou retangulares, de modo que a parte interna seja um meio disco ou su- perfície retangular. A superfície também pode ser curvada, por exem- plo, em formato involuto. Estas formas requerem um comprimento re- lativamente limitado de condutor para serem implementadas, o que reduz os custos de material.

[00117] As seções de circuito interno podem ser configuradas para formar uma parte substancialmente involuta da bobina. As partes invo- lutas fornecem um arranjo de intertravamento radial para bobinas cir- cunferencialmente distribuídas. Pode haver duas partes internas subs- tancialmente involutas da bobina ao conectar a parte interna da bobina às duas seções ativas.

[00118] O estator pode ainda compreender meios de conexão para conectar as bobinas condutoras à fonte de alimentação multifásica. Os meios de conexão podem ser fornecidos axialmente acima de um pla- no que é perpendicular ao eixo de rotação e axialmente acima das bo- binas condutoras e/ou podem ser fornecidos abaixo de um plano que é perpendicular ao eixo de rotação e axialmente abaixo das bobinas condutoras. O posicionamento dos meios de conexão acima e/ou abaixo das bobinas permite a fácil conexão das bobinas aos meios de conexão e também significa que as conexões podem ser acessíveis mesmo após impregnação do conjunto de estator. Isto evita que uma conexão defeituosa torne todo estator inutilizável.

[00119] Cada uma dentre a pluralidade de bobinas condutoras pode compreender um par de porções de conexão que se estendem subs- tancialmente paralelas ao eixo de rotação para conectar as bobinas condutoras aos meios de conexão. As porções de conexão podem se estender na mesma direção paralela ou em direções paralelas opos- tas. As porções de conexão que se estendem paralelamente permitem uma conexão muito simples das bobinas aos meios de conexão.

[00120] Os meios de conexão podem compreender uma pluralidade de barramentos, os quais podem ser anulares, ou uma pluralidade de seções de barramentos.

[00121] Para cada fase da fonte de alimentação multifásica, cada segunda bobina do estator que está conectada a esta fase pode ser conectada a um barramento em comum. Desta forma, o enrolamento pode ser dividido em duas partes intercaladas que conectam metade do número total de bobinas por fase a um dos barramentos bifásicos.

[00122] Uma máquina elétrica de fluxo axial sem coroa (yokeless) que compreende qualquer um dos estatores descritos acima também é fornecida.

[00123] A máquina elétrica de fluxo axial sem coroa (yokeless) pode compreender ainda um par de rotores opostos posicionados em lados opostos do estator, cada rotor compreendendo uma pluralidade de ímãs permanentes circunferencialmente distribuídos que definem um passo de polo da máquina elétrica. O ângulo pelo qual cada par de seções ativas é separado pode ser diferente do passo dos polos da máquina elétrica definida pelos ímãs permanentes. Embora o ângulo pelo qual cada par de seções ativas seja separado possa ser o mesmo que o passo de polo, o uso de um ângulo diferente facilita o acorde longo ou curto do enrolamento.

[00124] O ângulo pelo qual cada par de seções ativas pode ser se- parado é menor do que o passo de polo. Usar um ângulo menor permi- te acordes curtos, os quais podem ser usados para reduzir ainda mais os harmônicos no campo do estator.

[00125] Um do par de rotores opostos pode ser compartilhado entre o estator e um segundo estator, alinhado axialmente.

[00126] De acordo com outro aspecto da invenção reivindicada, é fornecido um método de fabricação de um estator de uma máquina elétrica de fluxo axial. O método compreende posicionar uma plurali- dade de bobinas condutoras em uma carcaça de estator, de modo que a pluralidade de bobinas seja distribuída circunferencialmente em tor- no da carcaça do estator. As bobinas condutoras são posicionadas de modo que bobinas condutoras circunferencialmente adjacentes se so- breponham circunferencialmente e, assim, definam espaços de um primeiro tipo que recebe um guia de fluxo. Cada espaço do primeiro tipo é um espaço circunferencial na região onde duas bobinas se so- brepõem. O método compreende ainda posicionar guias de fluxo nos espaços do primeiro tipo.

[00127] As bobinas condutoras de tal estator formam uma estrutura na qual guias de fluxo, tais como pacotes de laminação, podem ser colocados. Isto permite que o estator seja fabricado rapidamente e também com um alto grau de precisão, o que melhora a eficiência da máquina elétrica.

[00128] Cada bobina condutora pode compreender uma pluralidade de pares de seções ativas conectadas entre si em série. Pares adja- centes de seções ativas podem se sobrepor circunferencialmente de modo a definir um espaço de um segundo tipo para receber um guia de fluxo. O espaço do segundo tipo pode ser um espaço circunferenci- al entre duas seções ativas adjacentes da mesma bobina, mas diferen- tes pares de seções ativas da bobina. Neste caso, o método pode compreender ainda posicionar guias de fluxo nos espaços do segundo tipo. Isto não apenas fornece uma estrutura adicional para colocação de guias de fluxo, mas permite a fabricação de máquinas com maior número de slots por polo por fase. Conforme explicado acima, isto po- de reduzir os harmônicos no campo do estator e melhorar a eficiência da máquina.

[00129] A carcaça do estator pode compreender uma pluralidade de aberturas circunferencialmente distribuídas e que se estendem axial- mente. Neste caso, o posicionamento da pluralidade de bobinas con- dutoras na carcaça do estator pode compreender, para cada respecti- va bobina condutora, posicionar uma parte que se estende axialmente da respectiva bobina em uma das aberturas que se estendem axial- mente. Isto aumenta a facilidade de montagem, precisão de monta- gem, travamento mecânico e, em uso, resfriamento e eficiência.

[00130] O método pode compreender ainda impregnar pelo menos parte do estator em um composto de ligação, tal como uma resina. Isto fortalece o conjunto de estator, protegendo-o contra as forças mecâni- cas e eletromagnéticas sofridas durante o uso. Os meios de ligação das bobinas à fonte de alimentação podem não ser impregnados com o composto de ligação permitindo, vantajosamente, o acesso às liga- ções após a impregnação.

[00131] Qualquer característica em um aspecto da invenção pode ser aplicada a outros aspectos da invenção, em qualquer combinação apropriada. Em particular, os aspectos do método podem ser aplica- dos aos aspectos do dispositivo e vice-versa. Além disso, uma, algu- mas e/ou todas as características em um aspecto podem ser aplicadas a uma, algumas e/ou todas as características em qualquer outro as-

pecto, em qualquer combinação apropriada.

[00132] Também deve ser reconhecido que combinações particula- res das várias características descritas e definidas em quaisquer as- pectos da invenção podem ser implementadas e/ou fornecidas e/ou usadas independentemente. Breve Descrição dos Desenhos

[00133] As modalidades da invenção serão agora mais descritas a título de exemplo apenas e com referência às figuras em anexo, nas quais:

[00134] a Figura 1A é uma vista lateral de uma máquina de fluxo axial que mostra um conjunto de estator, rotores e um eixo;

[00135] a Figura 1B é uma vista em perspectiva da máquina de flu- xo axial da Figura 1A;

[00136] a Figura 2A é uma vista em perspectiva dos rotores e eixo da máquina de fluxo axial das Figuras 1A-1B;

[00137] a Figura 2B é uma vista plana de um rotor da máquina de fluxo axial das Figuras 1A-B e 2A que mostra mais claramente os ímãs permanentes do rotor;

[00138] a Figura 3 é uma vista lateral em corte transversal de uma máquina de fluxo axial que mostra detalhes adicionais não visíveis nas Figuras 1A-1B e 2A-2B;

[00139] a Figura 4A é uma vista em perspectiva dos componentes condutores de um conjunto de estator de uma máquina de fluxo axial que inclui 48 bobinas condutoras;

[00140] a Figura 4B é uma vista lateral dos componentes conduto- res do conjunto de estator da Figura 4A;

[00141] a Figura 4C é uma vista plana dos componentes conduto- res do conjunto de estator das Figuras 4A e 4B;

[00142] a Figura 5A mostra vistas planas e inferiores de um único elemento de bobina condutora que tem um único par de seções ativas que se estendem radialmente;

[00143] a Figura 5B mostra duas vistas em perspectiva do elemento de bobina condutora da Figura 5A;

[00144] a Figura 5C mostra duas vistas laterais do elemento de bo- bina condutora das Figuras 5A e 5B;

[00145] a Figura 5D mostra vistas frontal e posterior do elemento de bobina condutora das Figuras 5A-5C;

[00146] a Figura 5E é uma vista plana de parte de um estator que inclui uma pluralidade dos elementos condutores das Figuras 5A-5D circunferencialmente distribuídos em torno do estator que mostra es- paços resultantes de sua sobreposição;

[00147] a Figura 5F é uma vista plana que mostra o estator da Figu- ra 5E;

[00148] a Figura 5G é uma vista plana de um elemento condutor que ilustra como o elemento condutor pode ser enrolado em um plano horizontal;

[00149] a Figura 5H é uma vista lateral do elemento condutor ilus- trado na Figura 5G;

[00150] a Figura 5I é uma vista em perspectiva do elemento condu- tor ilustrado nas Figuras 5G e 5H;

[00151] a Figura 5J é uma vista plana de um elemento de bobina condutora alternativo;

[00152] a Figura 5K é uma vista plana de um estator que usa uma pluralidade dos elementos de bobina condutora da Figura 5J;

[00153] a Figura 6A mostra vistas planas e inferiores de uma bobina condutora que inclui dois pares de seções ativas que se estendem ra- dialmente sobrepostas circunferencialmente e conectadas em série;

[00154] a Figura 6B mostra duas vistas em perspectiva da bobina condutora da Figura 6A;

[00155] a Figura 6C mostra duas vistas laterais do par de bobinas condutoras das Figuras 6A e 6B;

[00156] a Figura 6D mostra vistas frontal e posterior da bobina con- dutora das Figuras 6A-6C;

[00157] a Figura 7A é uma vista frontal que mostra a bobina condu- tora das Figuras 6A-6D conectada a um par de barramentos;

[00158] a Figura 7B é uma vista em perspectiva da bobina conduto- ra das Figuras 6A-6D conectada ao par de barramentos;

[00159] a Figura 7C é uma vista plana do par de bobinas conduto- ras das Figuras 6A-6D conectada ao par de barramentos;

[00160] a Figura 8A é uma vista em perspectiva de oito bobinas condutoras conectadas ao mesmo par de barramentos;

[00161] a Figura 8B é uma vista plana das oito bobinas condutoras conectadas ao mesmo par de barramentos;

[00162] a Figura 9A é uma vista frontal de duas bobinas condutoras circunferencialmente adjacentes conectadas aos respectivos pares de barramentos;

[00163] a Figura 9B é uma vista em perspectiva das duas bobinas condutoras circunferencialmente adjacentes conectadas aos respecti- vos pares de barramentos;

[00164] a Figura 9C é uma vista plana das duas bobinas condutoras circunferencialmente adjacentes conectadas aos respectivos pares de barramentos;

[00165] a Figura 10 é uma vista em perspectiva de seis bobinas condutoras adjacentes que ilustra uma maneira alternativa de conectar as bobinas condutoras a uma fonte de alimentação trifásica;

[00166] a Figura 11A é uma vista plana de metade dos componen- tes condutores de um conjunto de estator trifásico de dezesseis polos que inclui 24 bobinas condutoras, cada uma tendo dois pares de se- ções ativas que se estendem radialmente;

[00167] a Figura 11B é uma vista em perspectiva do conjunto de estator da Figura 11A;

[00168] a Figura 12A é uma vista em perspectiva de um conjunto de estator, incluindo uma carcaça de estator que aloja as bobinas condu- toras do conjunto de estator;

[00169] a Figura 12B é uma vista plana do conjunto de estator da Figura 12A que mostra como as bobinas condutoras são recebidas dentro das aberturas da carcaça do estator;

[00170] a Figura 12C é uma vista em perspectiva do conjunto de estator das Figuras 12A e 12B que mostra os barramentos e as cone- xões de fase;

[00171] a Figura 13 é um fluxograma que ilustra um método de fa- bricação de um estator;

[00172] a Figura 14 é um mapa de eficiência que mostra a eficiên- cia de uma máquina de fluxo axial que compreende o conjunto de es- tator das Figuras 12A-12C para uma faixa de valores de torque e velo- cidade;

[00173] a Figura 15 é uma vista em perspectiva de uma placa de rotor para uma máquina elétrica de fluxo axial, conforme descrito no presente documento;

[00174] a Figura 16A é uma vista em perspectiva de um rotor alter- nativo para uma máquina elétrica de fluxo axial, conforme descrito no presente documento;

[00175] a Figura 16B é uma vista em perspectiva de um outro rotor alternativo para uma máquina elétrica de fluxo axial, conforme descrito no presente documento;

[00176] a Figura 17A é uma vista em perspectiva de uma carcaça extrudada para uma máquina elétrica de fluxo axial, conforme descrito no presente documento;

[00177] a Figura 17B é uma vista plana de uma carcaça extrudada para uma máquina elétrica de fluxo axial, conforme descrito no presen-

te documento;

[00178] a Figura 18 é uma vista em perspectiva de uma carcaça que compreende um sistema de resfriamento para uma máquina elé- trica de fluxo axial, conforme descrito no presente documento;

[00179] a Figura 19 é uma vista em perspectiva de duas máquinas elétricas de fluxo axial empilhadas, conforme descrito no presente do- cumento;

[00180] a Figura 20 é uma vista esquemática de uma máquina elé- trica de fluxo axial alternativa que compreende um rotor compartilhado;

[00181] as Figuras 21A, 21B e 21C mostram vistas de um guia de fluxo para uma máquina elétrica de fluxo axial, conforme descrito no presente documento;

[00182] a Figura 22 é uma vista plana de uma carcaça extrudada de várias partes para uma máquina elétrica de fluxo axial; e

[00183] a Figura 23 é uma vista plana de uma parte de uma carca- ça extrudada de múltiplas partes alternativa para uma máquina elétrica de fluxo axial.

[00184] Números de referência similares são usados para elemen- tos similares em toda a descrição e nas figuras. Descrição Detalhada

[00185] Uma modalidade da invenção será agora descrita com refe- rência a um motor de fluxo axial 100. Embora um motor 100 seja des- crito, deve ser reconhecido que a invenção pode, da mesma maneira, ser implementada em outros tipos de máquinas elétricas de fluxo axial, tais como geradores. Visão Geral de uma Máquina de Fluxo Axial

[00186] A Figura 1A e a Figura 1B ilustram os componentes princi- pais de um motor de fluxo axial 100. O motor de fluxo axial 100 inclui um conjunto de estator 1, dois rotores 2a, 2b posicionados em lados opostos do conjunto de estator 1 e um eixo 3. O eixo inclui uma extre-

midade motriz 3a e uma extremidade não motriz 3b. Os rotores 2a, 2b são montados fixamente no eixo 3. Em uso, o estator 1 do motor de fluxo axial 100 permanece estacionário e os rotores 2a, 2b e o eixo 3 giram juntos em relação ao estator 1. Deve ser reconhecido que vários componentes tipicamente presentes em um motor 100, tais como pla- cas de cobertura do rotor e meios para conectar o estator a uma fonte de energia, foram omitidos das Figuras 1A e 1B para maior clareza.

[00187] Embora as Figuras 1A-1B mostrem dois rotores 2a, 2b e um único estator 1, será reconhecido que outras configurações são possíveis. Por exemplo, um dos rotores 2a, 2b pode ser compartilhado entre dois estatores alinhados axialmente. Ou seja, pode haver dois estatores e três rotores, com um dos três rotores compartilhado entre os dois estatores.

[00188] As Figuras 2A e Figura 2B ilustram os rotores 2a, 2b e o eixo 3 do motor 100 sem o conjunto de estator 1. Conforme é particu- larmente evidente na Figura 2B, cada rotor 2a, 2b inclui uma pluralida- de de ímãs permanentes circunferencialmente distribuídos 21, 22, 23,

24. Os ímãs 21, 22, 23, 24 são, por exemplo, ímãs de metais de terras raras, tais como ímãs de NdFeB. Os ímãs circunferencialmente adja- centes, como os ímãs permanentes 21 e 22, têm polaridade oposta. Ou seja, cada polo norte 23 é circunferencialmente adjacente a dois polos sul 22, 24, e cada polo sul 22 é circunferencialmente adjacente a dois polos norte 21, 23.

[00189] Embora não possa ser visto nas Figuras 2A e 2B, os roto- res 2a, 2b são montados de modo que ímãs permanentes opostos te- nham polos opostos. Ou seja, um polo norte no rotor 2a está voltado para um polo sul no rotor 2b e vice-versa. Consequentemente, os ímãs dos dois rotores 2a, 2b geram um campo magnético com linhas axiais de fluxo magnético entre os dois rotores 2a, 2b.

[00190] Conforme será entendido por aqueles versados na técnica,

os conjuntos de estator 1 descritos no presente documento são sem coroa (yokeless), mas não sem ferro. Uma coroa é um elemento estru- tural adicional presente em alguns estatores para guiar linhas de fluxo magnético entre polos opostos do campo magnético do rotor. Ou seja, a coroa completa os circuitos magnéticos dentro do estator. Uma vez que as máquinas de fluxo axial 100 descritas no presente documento usam um par de rotores opostos 2a, 2b cujos ímãs permanentes opos- tos têm polaridade oposta, não há necessidade de uma coroa para completar os circuitos magnéticos, uma vez que o fluxo é unidirecional. Ter um estator sem coroa reduz o peso geral da máquina de fluxo axi- al, o que é muito benéfico em muitas aplicações práticas. Além disso, melhora a eficiência, uma vez que não há perdas atribuídas a uma densidade de fluxo variável em uma região de coroa.

[00191] A separação circunferencial (angular) α dos centros de dois ímãs permanentes adjacentes 21, 22 do rotor 2a, 2b define o passo de polo do motor de fluxo axial 100. Observe que o espaçamento médio dos ímãs permanentes β pode ser o igual ou menor do que o passo de polo α do motor 100. Nas Figuras 2A-2B, os ímãs adjacentes são se- parados por um espaçador não magnético e, portanto, o espaçamento médio β dos ímãs permanentes 21-24 é menor do que o passo de polo α do motor 100. Em um exemplo, β é aproximadamente 3/4 de α. A proporção de β para α pode ser escolhida para reduzir a distorção harmônica circunferencial e espacial da densidade de fluxo do ímã permanente no estator 1. Conforme será reconhecido, não é essencial fornecer espaçadores não magnéticos para permitir que o espaçamen- to β dos ímãs permanentes 21-24 sejam menores do que o passo de polo α do motor 100. Por exemplo, os ímãs permanentes 21-24 podem ser fixados ao rotor usando um adesivo, ou similar, em suas posições espaçadas necessárias.

[00192] Os rotores 2a, 2b ilustrados nas Figuras 2A-2B têm dezes-

seis ímãs permanentes circunferencialmente distribuídos 21-24 e, por- tanto, têm dezesseis polos. No entanto, este é apenas um exemplo e na prática pode haver mais ou menos de dezesseis polos, em parte dependendo da aplicação pretendida. Por exemplo, os polos normal- mente existem em pares (portanto, normalmente há um número par de polos) e o número de polos é, até certo ponto, limitado pelo raio dos rotores 2a, 2b, o qual dependerá do tamanho do motor adequado para a aplicação pretendida. O rotor 2a, 2b pode, por exemplo, ter oito ou trinta e dois polos.

[00193] Voltando à Figura 3, esta mostra uma vista em corte trans- versal do motor de fluxo axial 100 das Figuras 1-2 com detalhes adici- onais. Uma vez que as modalidades descritas no presente documento referem-se principalmente aos componentes condutores 10 do conjun- to de estator 1, os quais serão descritos em mais detalhes abaixo com referência às Figuras 4-12, apenas uma breve visão geral dos compo- nentes da Figura 3 será fornecida. Aqueles versados na técnica esta- rão familiarizados com os componentes de uma máquina de fluxo axi- al, tal como um motor de fluxo axial 100, e também reconhecerão que nem todos os elementos mostrados na Figura 3 são essenciais para uma máquina de fluxo axial, e que os elementos que estão presentes podem ser implementados de várias maneiras diferentes.

[00194] Além do estator 1, rotor de extremidade motriz 2a, rotor de extremidade não motriz 2b e eixo 3, a Figura 3 mostra as placas de cobertura de rotor de extremidade motriz e não motriz 4a, 4b que en- volvem os rotores 2a, 2b e, de modo geral, vedam o motor 100 para evitar a entrada de material externo. O anel espaçador do rotor 4c se- para os rotores 2a, 2b. As vedações O-ring 8a, 8b e a vedação dinâ- mica 9 vedam ainda mais as partes internas do motor 100. A rotação dos rotores 2a, 2b é auxiliada pelos rolamentos das extremidades mo- triz e não motriz 6a, 6b, que mantêm os entreferros 5 entre os ímãs permanentes dos rotores 2a, 2b e do estator 1. Um conjunto de codifi- cador 7 que inclui um codificador de montagem 71, um codificador de posição no eixo 72 e um ímã de sensor de codificador associado 73 também é mostrado. Bobinas Condutoras e Estator

[00195] Os componentes condutores 10, incluindo as bobinas con- dutoras 12, de um conjunto de estator 1 serão agora descritos com referência às Figuras 4-12. Deve ser reconhecido que, embora exem- plos específicos sejam descritos, com números específicos de polos de estator 11, bobinas condutoras 12 e fases de corrente, isto não se destina a limitar o escopo das reivindicações.

[00196] Voltando brevemente às Figuras 12A-12C, é ilustrado um conjunto de estator 1 que pode ser visto como incluindo uma carcaça de estator anular ou em formato de anel 20 que aloja os componentes condutores 10 do estator 1. O núcleo do conjunto de estator 1, onde o fluxo axial fornecido pelos ímãs do rotor interage com a corrente que flui radialmente através dos componentes condutores 10 para gerar o torque que faz com que os rotores 2a, 2b girem, inclui seções ativas que se estendem radialmente a partir dos componentes condutores 10 do estator e guias de fluxo 30 na forma de pacotes de laminação. Os guias de fluxo 30, na forma de pacotes de laminação, os quais podem compreender chapas de aço elétrico orientadas por grãos rodeadas por isolamento elétrico, são posicionadas em espaços entre as seções ativas que se estendem radialmente a partir dos componentes condu- tores 10 do núcleo. Os guias de fluxo 30, na forma de pacotes de la- minação, atuam para canalizar o fluxo magnético produzido pelos ímãs permanentes 21-24 entre os condutores transportadores de corrente.

[00197] Voltando agora às Figuras 4A-4C, os componentes condu- tores 10 (os quais, daqui em diante, serão simplesmente denominados como o "estator 10") são mostrados sem a carcaça do estator 20 ou os guias de fluxo 30, na forma de pacotes de laminação. Conforme é me- lhor reconhecido a partir da vista de cima para baixo da Figura 4C, o estator 10 tem enrolamentos distribuídos e compreende uma plurali- dade (neste caso dezesseis) de polos de estator circunferencialmente distribuídos 11a, 11b,..., 11p, cada um dos quais compreende um plu- ralidade de bobinas condutoras 12. Cada bobina 12 condutora está conectada a uma fase de uma fonte de alimentação multifásica através de meios de conexão 15, 16 os quais, neste exemplo, tomam a forma de barramentos. Neste exemplo específico, o estator 10 é configurado para uso com uma fonte de alimentação trifásica de modo que haja três bobinas condutoras 12 por polo 11a-11p do estator.

[00198] Será reconhecido que, com dezesseis polos 11a-11p e três bobinas condutoras 12 por polo, o estator 10 das Figuras 4A-C tem um total de 48 bobinas condutoras 12 circunferencialmente distribuídas. No entanto, pode ser visto a partir da vista de cima para baixo da Figu- ra 4C que este estator 10 tem, na verdade, 96 seções ativas que se estendem radialmente. Além disso, pode ser observado a partir da vis- ta lateral da Figura 4B que há duas camadas axialmente deslocadas de seções ativas que se estendem radialmente, dando um total de 192 seções ativas que se estendem radialmente. As razões para isto se tornarão evidentes a partir da descrição das Figuras 5-9. Em suma, cada bobina condutora 12 inclui um ou mais elementos condutores 120, cada um dos quais inclui um par de seções ativas axialmente deslocadas que se estendem radialmente. Cada bobina condutora 12 do estator 10 das Figuras 4A-4B inclui dois destes elementos conduto- res 120, e uma vez que cada elemento condutor 120 inclui um par de seções axialmente deslocadas que se estendem radialmente, o total de 192 seções ativas que se estendem radialmente é contabilizado.

[00199] Os componentes condutores do estator 10 podem ser feitos de qualquer combinação de um ou mais materiais condutores. No en-

tanto, os componentes condutores 10 são, de preferência, feitos de cobre.

[00200] As Figuras 5A-5D são várias vistas de um elemento condu- tor 120 único. Conforme observado acima e conforme será explicado em mais detalhes abaixo, cada bobina condutora 12 é composta por um ou mais elementos condutores 120. Será reconhecido que, no ca- so de um elemento condutor 120 por bobina condutora 12, uma bobina condutora 12 e um elemento condutor 120 são equivalentes. As Figu- ras 6A-6D ilustram uma bobina condutora 12 que é composta por dois elementos condutores 120 e 120', e será descrita abaixo.

[00201] Voltando às Figuras 5A-5D, conforme é melhor reconhecido a partir das vistas de cima para baixo da Figura 5A na qual o eixo de rotação é perpendicular ao plano da página, um elemento condutor 120 inclui um par de seções condutoras ativas circunferencialmente afastadas que se estendem radialmente 121a, 121b. Estas seções ati- vas que se estendem radialmente 121a, 121b são denominadas como seções "ativas" porque, quando as bobinas condutoras 12 estão posi- cionadas no estator, elas estão localizadas dentro do núcleo do estator e, assim, interagem com o campo magnético fornecido pelos ímãs dos rotores 2a, 2b. Será reconhecido que, uma vez que as seções ativas se estendem em uma direção geralmente radial, a qual é aproxima- damente perpendicular ao fluxo axial no núcleo, a ligação de fluxo está pelo menos perto de maximizada.

[00202] O ângulo γ pelo qual as duas seções ativas 121a, 121b es- tão afastadas será denominado como a extensão da bobina. O espa- çamento da bobina pode ser igual ou diferente (menor ou maior) do que o passo de polo α (definido pelo ângulo entre os centros dos ímãs permanentes do rotor). De preferência, o espaçamento da bobina γ é menor do que o passo de polo α. Por exemplo, γ pode ser aproxima- damente 5/6 de α. Ao tornar γ menor do que α, um acorde curto do enrolamento pode ser implementado, o que reduz o teor de harmôni- cos espacial da força magnetomotriz do enrolamento (mmf).

[00203] Voltando às Figuras 5E e 5F, estas mostram um estator 10' trifásico de dezesseis polos que é similar ao estator 10 das Figuras 4A-4C, mas difere pelo fato de que cada bobina 12 do estator 10' tem apenas um elemento condutor 120 (um par de seções ativas 121a, 121b). Ou seja, nas Figuras 5E e 5F, uma bobina 12 e um elemento condutor 120 são equivalentes. Assim como o estator 10, as bobinas condutoras 120a, 120b, 120c do estator 10' estão circunferencialmente distribuídas em torno do estator e as bobinas circunferencialmente ad- jacentes se sobrepõem circunferencialmente.

[00204] Conforme é particularmente evidente na Figura 5E, a so- breposição circunferencial das bobinas 120a, 120b, 120c define espa- ços circunferenciais entre as seções ativas das bobinas. Estes espa- ços circunferenciais, os quais são alongados na direção radial, podem receber guias de fluxo 30. Espaços tais como os espaços marcados 141a, 141b, 141c serão denominados como espaços do primeiro tipo. Conforme pode ser visto, os espaços do primeiro tipo 141a, 141b, 141c são definidos entre as seções ativas de diferentes bobinas. Por exemplo, o espaço 141b está entre uma das duas seções ativas da bobina 120a e uma das duas seções ativas da bobina 120c. No entan- to, deve ser reconhecido que as duas bobinas que definem um espaço particular do primeiro tipo 141a, 141b, 141c podem depender de vários fatores, incluindo o número de fases por polo do estator, o número de polos e o espaçamento γ da bobina selecionada.

[00205] Agora, voltando às Figuras 5A-5D, conforme pode ser visto nas Figuras 5B e 5D, as duas seções ativas 121a, 121b são axialmen- te deslocadas entre si. Isto facilita o empilhamento das bobinas condu- toras 12 na direção circunferencial e também facilita o empilhamento circunferencial de elementos condutores 120, onde há vários elemen-

tos condutores 120 por bobina condutora 12. Conforme será discutido em mais detalhes com referência à Figura 14, isto permite mais polos do estator e mais slots por polo por fase, os quais podem fornecer maior eficiência. Além disso, o enrolamento pode ser facilmente encur- tado.

[00206] Conforme pode ser visto em cada uma das Figuras 5B, 5C e 5D, cada elemento condutor 120 é formado a partir de um compri- mento contínuo de condutor enrolado. O enrolamento mais externo do comprimento do condutor termina em uma primeira porção de conexão 128, a qual será denominada como a cauda externa 128. A cauda ex- terna 128 se estende substancialmente paralela à direção axial. Con- forme será descrito em mais detalhes abaixo, isto facilita a conexão conveniente das bobinas 12 à fonte de alimentação multifásica. A por- ção de espira mais interna do enrolamento termina em uma segunda porção de conexão 129, a qual será denominada como a cauda inter- na 129.

[00207] Conforme também pode ser visto em cada uma das Figuras 5B, 5C e 5D, o comprimento do condutor que forma o elemento condu- tor 120 é enrolado de modo que haja uma pluralidade de porções de espira do enrolamento 131a, 131b empilhadas paralelamente ao eixo de rotação da máquina elétrica. A seção transversal resultante do ele- mento condutor 120 que é perpendicular à direção radial de cada se- ção ativa 121a, 121b é alongada com uma dimensão principal paralela ao eixo de rotação. No exemplo das Figuras 5A-5D, há catorze por- ções de espira de enrolamento axialmente empilhadas 131a, 131b, embora isto não se destine a limitar a invenção, visto que outros nú- meros são igualmente possíveis.

[00208] As Figuras 5G, 5H e 5I ilustram como o elemento condutor 120 pode ser formado ao enrolar um comprimento de condutor. Con- forme ilustrado na Figura 5G, o condutor é enrolado em torno de um par de elementos de suporte 301, 302 (os quais se projetam perpendi- cularmente para fora do plano da página) em um único plano de modo a formar um enrolamento horizontal e plano com um número (neste caso quatorze) de espiras ou camadas. Como o enrolamento é plano é melhor reconhecido nas Figuras 5H e 5I. O enrolamento mais interno termina na cauda interna 129 e o enrolamento mais externo termina na cauda externa 128.

[00209] Tendo formado o enrolamento plano mostrado nas Figuras 5G-5I, o formato tridimensional do elemento condutor 120 é formado ao flexionar ou deformar o enrolamento plano na forma mostrada nas Figuras 5A-5D. A flexão pode ser realizada usando uma ferramenta de flexão, conforme é conhecido na técnica. Por exemplo, uma ferramen- ta de flexão com blocos de perfil macho interno axialmente deslocados pode empurrar contra formas fêmeas externas para flexionar o enro- lamento plano, de modo que as seções ativas sejam axialmente deslo- cadas entre si. A cauda externa 128 e a cauda interna 129 podem ser dobradas separadamente conforme desejado.

[00210] Para tornar o processo de flexão mais fácil, o enrolamento plano pode primeiro ser conferido com resistência adicional, de modo que o enrolamento mantenha seu formato durante a flexão. Em um exemplo, o condutor tem uma camada de ligação externa termicamen- te ativada ou ativada por solvente de modo que, após o enrolamento, as espiras/camadas possam ser unidas para manter o formato.

[00211] Deve ser reconhecido, particularmente a partir das Figuras 5G-5I, que o elemento condutor 120 pode ser enrolado através de uma variedade de maneiras diferentes e o enrolamento particular que é ilustrado não se destina a limitar a invenção. Algumas alternativas in- cluem: - Embora o enrolamento na Figura 5G tenha sido enrolado em torno dos elementos de suporte 301, 302 no sentido anti-horário, o comprimento do condutor pode, da mesma maneira, ser enrolado no sentido horário. - Embora a espira mais externa do enrolamento termine de modo que a cauda externa 128 conduzisse a uma seção ativa 121a, 121b do elemento condutor 120, este não precisa ser o caso. A espira externa poderia terminar em qualquer ponto da espira, por exemplo, de modo que a cauda externa 128 conduzisse a uma seção de circuito da espira, em vez de uma seção ativa. - Embora quatorze espiras de enrolamento axialmente em- pilhadas sejam ilustradas na Figura 5, pode haver mais ou menos de quatorze espiras. - Embora o enrolamento tenha uma espira/camada de es- pessura (consulte a Figura 5H em particular), ele pode ter mais de uma espira/camada de espessura. Neste caso, cada elemento condu- tor 120 compreenderá uma pluralidade de porções de espira de enro- lamento circunferencialmente empilhadas. Embora qualquer número de porções de espiras de enrolamento circunferencialmente empilha- das seja possível, o número será, de preferência, menor do que o nú- mero de porções de espiras de enrolamento na direção axial, de modo que a seção transversal do elemento condutor 120 que é perpendicu- lar à direção radial de cada seção ativa 121a, 121b ainda tenha uma dimensão principal que é paralela ao eixo de rotação. Por exemplo, a proporção entre o número de espiras axialmente empilhadas e o nú- mero de espiras circunferencialmente empilhadas pode ser maior do que três e pode, de preferência, ser maior do que cinco.

[00212] Conforme será reconhecido acima, em uso, a corrente fluirá ao longo das duas seções ativas 121a, 121b do elemento condutor 120 em direções opostas (isto é, para dentro e para fora paralelas à direção de extensão radial). A reversão da direção da corrente é for- necida pelas seções de circuito externo 122 das porções de espira de enrolamento 131a, 131b e pelas seções de circuito interno 125 das porções de espira de enrolamento 131a, 131b. Cada uma das seções de circuito externo 122 inclui uma primeira porção 123 e um par de se- gundas porções 124a, 124b (uma para cada par de seções ativas 121a, 121b) que conectam as seções ativas 121a, 121b à primeira porção 123, cada uma das seções de circuito interno 125 inclui uma primeira porção 126 e um par de segundas porções 127a, 127b (uma para cada par de seções ativas 121a, 121b) que conectam as seções ativas 121a, 121b à primeira porção 126.

[00213] Conforme pode ser visto nas Figuras 5B, 5C e 5D, as pri- meiras porções externas 123 juntas formam uma parte externa 133 do elemento de bobina 120 com uma superfície que é substancialmente paralela ao eixo de rotação. No exemplo específico das Figuras 5A- 5D, as primeiras porções externas 123 são substancialmente semicir- culares e, portanto, a parte externa 133 é um meio-disco 133 substan- cialmente plano, mas outros formatos são possíveis. Por exemplo, ca- da uma das primeiras porções externas 123 pode ter um formato que corresponde a três lados de um retângulo, de modo que juntos formem uma parte externa 133 que tem uma superfície retangular plana. Como outro exemplo, a parte externa 133 do elemento condutor 120 formada pelas primeiras porções externas 123 não precisa ser horizontal ou plana: isto é ilustrado na Figura 5J, a qual mostra um elemento condu- tor 120'' com uma parte externa 133'' com um perfil curvado e, portan- to, uma superfície curvada. A Figura 5K ilustra uma vista plana de um estator 10'' que compreende tais elementos condutores que podem ser comparados à Figura 4C (embora observando que o estator 10'' não mostra nenhum meio de conexão 15, 16).

[00214] A superfície 133 formada pelas primeiras porções externas 123 pode ser usada para facilitar o resfriamento em virtude de sua área de superfície relativamente grande. Além disso, uma vez que a parte externa 133 da bobina 120 é substancialmente paralela ao eixo de rotação, uma carcaça de estator 20 pode ser dotada de aberturas que se estendem axialmente 25 que recebem axialmente a parte ex- terna 133 do elemento de bobina 120', 120'' para permitir travamento mecânico e resfriamento aprimorado. Isto será explicado em mais de- talhes abaixo.

[00215] As primeiras porções internas 126 juntas formam uma parte interna 136 do elemento de bobina 120. A parte interna 136 ilustrada nas Figuras 5B-5D é substancialmente a mesma que a parte externa 133 descrita acima e, como a parte externa 133 descrita acima, pode ser paralela ao eixo de rotação e pode ter vários formatos e perfis. No entanto, a parte interna 136 geralmente terá um papel menor no resfri- amento e empilhamento das bobinas 12 e, assim, as porções internas 126 podem ser configuradas de modo a reduzir a quantidade total de condutor por elemento condutor 120 para reduzir os custos.

[00216] Em relação às segundas porções externas 124a, 124b e às segundas porções internas 127a, 127b, embora pareçam substancial- mente retas nas Figuras 5A-5D, elas são, na verdade, ligeiramente curvadas. Especificamente, o formato de cada uma das primeiras por- ções externas 124a, 124b é uma seção de um primeiro involuto e, as- sim, as primeiras porções 124a, 124b juntas formam as partes exter- nas substancialmente involutas 134a, 134b do elemento de bobina

120. Da mesma forma, o formato de cada uma das segundas porções internas 127a, 127b é uma seção de um segundo involuto e, assim, as primeiras partes 127a, 127b juntas formam as partes internas substan- cialmente involutas 137a, 137b do elemento de bobina 120. O signifi- cado dos involutos será descrito com referência às Figuras 6A-6D.

[00217] Embora tenha sido descrito acima que o elemento condutor 120 é formado pelo enrolamento de um comprimento de condutor, isto não é essencial. O elemento condutor 120 pode ser fabricado de ou-

tras maneiras, incluindo sendo formado integralmente.

[00218] Além disso, embora os elementos 120 ilustrados sejam en- rolados a partir de um comprimento de condutor e compreendam uma pilha de porções de espiras de enrolamento 131a, 131b, isto é preferi- do, mas não essencial. Por exemplo, em vez de uma pilha que se es- tende axialmente de porções de espira de enrolamento 131a, 131b, cada elemento condutor 120 pode ser formado por uma única tira con- dutora que se estende axialmente. Em alguns casos, uma única tira condutora que se estende axialmente pode ser preferível a uma plura- lidade de porções de espiras de enrolamento axialmente empilhadas 131a, 131b, mas, conforme será descrito abaixo, o uso de porções de espiras de enrolamento empilhadas 131a, 131b ajuda, vantajosamen- te, a mitigar os efeitos de aderência e proximidade os quais, de outra forma, podem levar a um aumento nas perdas.

[00219] Conforme observado acima, cada bobina condutora 12 po- de incluir apenas um elemento condutor 120. No entanto, por razões que serão explicadas em mais detalhes abaixo, cada elemento condu- tor inclui, de preferência, dois ou mais elementos condutores circunfe- rencialmente sobrepostos. Um exemplo de uma bobina condutora que inclui dois elementos condutores circunferencialmente sobrepostos 120, 120' será agora descrito com referência às Figuras 6A-6D.

[00220] A Figura 6A mostra vistas superior e inferior de uma bobina condutora 12 que inclui dois elementos condutores 120, 120'. As ca- racterísticas de cada um dos dois elementos condutores 120, 120' são as mesmas do elemento condutor 120 único descrito acima com refe- rência às Figuras 5A-5D e, portanto, suas características não serão descritas novamente.

[00221] Para formar a bobina condutora 12, dois elementos condu- tores idênticos 120, 120' são eletricamente conectados em série em suas caudas internas 129, 129'. Nos exemplos ilustrados no presente documento, as caudas internas 129, 129' são conectadas usando uma virola 130. No entanto, há outras maneiras de conectar as caudas in- ternas 129, 129', tais como brasagem ou soldagem. Para conectar os dois elementos 120, 120', um dos dois elementos condutores 120, 120' é girado 180° em torno do eixo que corre verticalmente no plano da página na Figura 6A, de modo que as caudas externas 128, 128' dos dois os elementos condutores 120, 120' estejam em direções opostas e as caudas internas 129, 129' estejam adjacentes e, portanto, pron- tamente conectadas através de uma virola 130. Alternativamente, a bobina condutora 12 que compreende dois elementos condutores po- de ser formada integralmente como uma única peça.

[00222] A bobina condutora resultante 12 tem dois pares de seções ativas circunferencialmente sobrepostas e afastadas 121a, 121b; 121a', 121b'. Particularmente, a sobreposição dos dois pares de se- ções ativas define dois espaços 142a, 142b. O primeiro espaço 142a é definido entre uma (uma primeira) seção ativa 121a de um primeiro dos elementos condutores 120 da bobina 12 e entre uma (uma primei- ra) seção ativa 121a' do segundo dos elementos condutores 120' da bobina 12. O segundo espaço 142b é definido entre a outra (a segun- da) seção ativa 121b do primeiro elemento condutor 120 da bobina 12 e entre a outra (segunda) seção ativa 121b' do segundo elemento condutor 120' da bobina 12. Isto é, os dois espaços 142a, 142b são espaços circunferenciais entre as seções ativas adjacentes 121a, 121a'; 121b, 121b' de dois pares diferentes de seções ativas 121a, 121b; 121a', 121b' da mesma bobina 12. Espaços deste tipo serão de- nominados como espaços do segundo tipo. Assim como os espaços do primeiro tipo, os espaços do segundo tipo 142a, 142b fornecem es- paços para guias de fluxo 30 na forma de pacotes de laminação. Isto torna mais fácil construir o conjunto de estator 1 e também aumenta o número de slots por polo por fase do conjunto de estator 1, o que pode aumentar a eficiência do motor.

[00223] Tendo agora descritos os espaços 141a-c do primeiro tipo (isto é, espaços definidos entre seções ativas de diferentes bobinas) e espaços 142a-b do segundo tipo (isto é, espaços definidos entre se- ções ativas da mesma bobina, mas pares diferentes), deve ser obser- vado que, quando uma pluralidade de bobinas 12 que definem espa- ços do segundo tipo são fornecidas em um estator 10 de modo a defi- nir espaços do primeiro tipo, os espaços dos primeiro e segundo tipos podem coincidir. Isto pode ser visto mais claramente na Figura 11A, a qual ilustra um estator trifásico de dezesseis polos no qual cada bobi- na 12 compreende dois elementos condutores 120, 120'. Apenas me- tade das bobinas condutoras 12 são mostradas nas Figuras 11A-B, de modo que os espaços podem ser vistos claramente. Se os espaços do primeiro e do segundo tipo coincidem pode depender de uma série de fatores, incluindo o espaçamento γ selecionado, o número de polos do estator e o número de fases.

[00224] Voltando às Figuras 6A-6D, também pode ser visto nas Fi- guras 6A e 6B que há um espaço 143a entre as segundas porções 124a, 124a' das seções de circuito externo 122, 122' que formam um par de partes involutas externas 134a, 134a' dos dois elementos con- dutores 120, 120'. Da mesma forma, há um espaço 143b entre as se- gundas porções 124b, 124b' das seções de circuito externo 122, 122' que formam o outro par de partes involutas externas 134b, 134b'. Há também um espaço 144a entre as segundas porções 127a, 127a' das seções de circuito interno 125, 125' que formam um par de partes invo- lutas internas 137a, 137a'. Finalmente, há também um espaço 144b entre as segundas porções 127b, 127b' das seções de circuito interno 125, 125' que formam o outro par de partes involutas externas 137b, 137b'. Em virtude das propriedades geométricas dos involutos, a largu- ra destes espaços 143a, 143b, 144a, 144b permanece substancial-

mente constante ao longo do comprimento das seções involutas dos elementos condutores 120, 120'. Isto reduz, vantajosamente, o diâme- tro resultante do motor para uma determinada classificação e perdas nas bobinas.

[00225] Embora uma bobina condutora 12 com dois elementos condutores 120, 120' tenha sido descrita, deve ser reconhecido que uma bobina condutora 12 poderia ter qualquer número inteiro de ele- mentos condutores 120, incluindo mais de dois. Aumentar o número de elementos condutores por bobina condutora 12 aumentará o núme- ro de espaços do segundo tipo definido pelas seções ativas circunfe- rencialmente adjacentes dos elementos condutores 120 o que, por sua vez, aumenta o número de slots por polo por fase no estator 1. Isto pode levar à geração de um campo magnético do estator com uma densidade de fluxo magnético sinusoidal mais precisa, com distorção harmônica menos significativa. Isto reduz, vantajosamente, o desen- volvimento de correntes parasitas nos ímãs permanentes dos rotores 2a, 2b o que, por sua vez, reduz as perdas de aquecimento e, portan- to, fornece uma maior eficiência do motor. No entanto, será reconheci- do que o número de elementos condutores 120 por bobina condutora 12 será, em geral, limitado por restrições de tamanho. Por exemplo, para uma determinada seção transversal do condutor (isto é, a seção transversal do fio a partir do qual os enrolamentos são enrolados) e um dado raio do estator, o número de condutores que podem ser cir- cunferencialmente adaptados em um único espaçamento γ de bobina é limitado.

[00226] Se uma bobina 12 deve ter mais de dois elementos condu- tores, pode haver várias outras considerações. Por exemplo: - Se as bobinas devem ser formadas ao conectar vários elementos condutores 120 (através de virolas 130, por exemplo), pode ser preferível fornecer vários tipos de elementos condutores para facili-

tar a conexão mais simples de elementos condutores adjacentes. Por exemplo, os elementos condutores 120 descritos acima podem ser usados para os dois elementos condutores circunferencialmente ex- ternos, uma vez que suas caudas externas 128 serão conectadas à fonte de alimentação. No entanto, um ou mais elementos condutores internos que estão entre os elementos condutores externos serão co- nectados a elementos condutores tanto em suas caudas internas 129 como caudas externas 128, de modo que um segundo tipo de elemen- to condutor com caudas externas 128 adaptado de forma similar às caudas internas 129 possa ser fornecido para facilidade de conexão. Alternativamente, cada bobina 12 pode ser formada como uma unida- de integral, em vez da conexão de três ou mais elementos condutores separados. - Múltiplos inteiros de dois elementos condutores 120 por bobina 12 podem ser preferíveis a um número ímpar de elementos condutores 120 por bobina 12. Se um múltiplo inteiro de dois elemen- tos 120 for usado, as caudas externas 128 dos dois elementos circun- ferencialmente externos 120 serão direcionadas em direções paralelas opostas, conforme na Figura 6A-6D. Embora isto não seja essencial, ele fornece uma conexão mais direta das bobinas 12 usando os meios de conexão que serão descritos abaixo com referência às Figuras 7-

10.

[00227] Embora um estator 10 com uma única camada axial de bo- binas 12 circunferencialmente distribuídas (a única camada tendo bo- binas 12 com seções ativas axialmente deslocadas) tenha sido des- crito, será reconhecido que pode haver múltiplas camadas de bobinas axialmente empilhadas por estator. Neste caso, os espaços do primei- ro tipo e/ou os espaços do segundo tipo de cada camada podem, van- tajosamente, coincidir de modo substancialmente circunferencial. Isto permitiria, vantajosamente, a inserção de guias de fluxo 30 axialmente mais longos que poderiam se estender ao longo do comprimento axial das múltiplas camadas axialmente empilhadas, proporcionando ga- nhos adicionais em termos de facilidade e velocidade de montagem. Conexão das Bobinas a uma Fonte de Alimentação Multifásica

[00228] Maneiras de conectar uma pluralidade de bobinas conduto- ras 12 circunferencialmente distribuídas a uma fonte de alimentação multifásica serão agora descritas. Deve ser reconhecido que, na práti- ca, há muitas maneiras diferentes de fazê-lo, e muitas maneiras dife- rentes ocorrerão para aqueles versados na técnica. A invenção, por- tanto, não está limitada a qualquer conexão particular. No entanto, as maneiras descritas para conectar as bobinas condutoras 12, as quais usam meios de conexão 15, 16 que são fornecidos axialmente aci- ma/abaixo de um plano que é perpendicular ao eixo de rotação e axi- almente acima/abaixo das bobinas condutoras, constituem um conjun- to particularmente limpo e bem organizado de conexões. Além disso, as conexões são fáceis de fazer, o que reduz a probabilidade de uma conexão ruim, e o estator pode ser impregnado com resina sem im- pregnar os meios de conexão, o que permite que as conexões sejam verificadas e fixadas mesmo após impregnação do conjunto de estator.

[00229] Primeiramente, em referência à Figura 4B, há um primeiro meio de conexão 15 que está posicionado axialmente acima de um plano que é perpendicular ao eixo de rotação do motor 100 e que está axialmente acima das bobinas condutoras 12. Há também um segundo meio de conexão 16 que está posicionado axialmente abaixo de um plano que é perpendicular ao eixo de rotação do motor 100 e que está axialmente abaixo das bobinas condutoras 12. No caso do estator 10, o qual é configurado para uso com uma fonte de alimentação trifásica, os meios de conexão 15 e 16 incluem provisão para cada uma das 3 fases. No entanto, isto pode ser estendido a uma fonte de alimentação multifásica com qualquer número de fases.

[00230] No arranjo de conexão particular das Figuras 4A-4C, o qual será denominado como um arranjo de conexão paralela, cada um dos meios de conexão 15, 16 inclui três conexões de fase e uma conexão em estrela. Ou seja, o primeiro meio de conexão 15 inclui uma primei- ra conexão de fase 151 para uma primeira fase da fonte de alimenta- ção, uma segunda conexão de fase 152 para uma segunda fase da fonte de alimentação, uma terceira conexão 153 para uma terceira fa- se da fonte de alimentação e uma conexão em estrela 154. Da mesma forma, o segundo meio de conexão 16 inclui uma primeira conexão de fase 161 para a primeira fase da fonte de alimentação, uma segunda conexão de fase 162 para a segunda fase da fonte de alimentação, uma terceira conexão de fase 163 para a terceira fase da fonte de ali- mentação e uma conexão em estrela 164.

[00231] Nos exemplos descritos, as conexões de fase 151-153, 161-163 e as conexões em estrela 154, 164 estão na forma de barra- mentos anulares cuja circunferência externa (embora também possa ser a circunferência interna) coincide substancialmente com as caudas externas que se estendem axialmente 128, 128' das bobinas conduto- ras. Os barramentos de conexão de fase 151-153, 161-163 são, em si, conectados à fonte de alimentação por meio das entradas 1510-1530, 1610-1630.

[00232] No arranjo de conexão paralela ilustrado, cada bobina con- dutora 12 é conectada a uma fase da fonte de alimentação ao conec- tar a bobina 12 a uma das conexões de fase de um dos meios de co- nexão 15, 16 (como um exemplo, conexão de fase 151) e à conexão em estrela do outro dos meios de conexão 15, 16 (no exemplo, cone- xão em estrela 164). A conexão de uma bobina condutora 12 a uma conexão de fase 151 e uma conexão em estrela 164 é ilustrada e ago- ra será descrita com referência às Figuras 7A-7C.

[00233] As Figuras 7A-7C mostram uma bobina condutora 12 que tem dois elementos condutores 120, 120' conectados a uma primeira conexão de fase 151 do primeiro meio de conexão 15 e à conexão em estrela 164 do segundo meio de conexão 16. Uma vez que as caudas externas 128, 128' da bobina condutora 12 se estendem axialmente e em direções opostas, e uma vez que a circunferência dos barramentos 151, 164 coincide com as caudas externas que se estendem axialmen- te 128, 128', as caudas externas 128, 128' são facilmente conectadas às conexões 151, 164.

[00234] A fim de tornar a conexão ainda mais fácil, os barramentos anulares 151, 164 são dotados de meios receptores circunferencial- mente espaçados 151a-h, 164a-x para receber as caudas externas que se estendem axialmente 128, 128' das bobinas 12. Na conexão paralela trifásica mostrada, cada conexão em estrela 154, 164 será conectada a metade de todas as bobinas 12, enquanto que cada co- nexão de fase 151-153, 161-163 será conectada apenas a uma em seis bobinas 12. Consequentemente, neste exemplo, a conexão em estrela 164 tem três vezes mais meios receptores igualmente espaça- dos 164a-x do que a primeira conexão de fase 151.

[00235] Voltando às Figuras 4A-4C, cada polo 11a-11p do estator 10 consiste em uma bobina condutora 12 para cada fase (ou seja, três bobinas condutoras 12 por polo 11a-p, uma vez que o estator é confi- gurado para uso com uma alimentação trifásica), e as bobinas condu- toras 12 circunferencialmente adjacentes estão conectadas a diferen- tes fases. Isto é ilustrado nas Figuras 11A e 11B para um estator de dezesseis polos 10 que está conectado a uma fonte de alimentação trifásica, mas para o qual apenas metade dos condutores são mostra- dos e, portanto, apenas 24 bobinas condutoras 12 circunferencialmen- te distribuídas podem ser vistas.

[00236] Em vista disso, no arranjo de conexão paralela trifásica ilus- trado nas Figuras 4, 7-9 e 11-12, cada sexta bobina condutora 12 será conectada aos meios de conexão 15, 16 da mesma maneira. Isto é ilustrado nas Figuras 8A e 8B. Pode ser que haja oito bobinas condu- toras 12a-g igualmente espaçadas conectadas à mesma conexão de fase 151 e à mesma conexão em estrela 164. Embora não mostrado nas Figuras 8A-8B, será reconhecido que, na metade do trajeto entre cada uma das bobinas, estará outra bobina 12 conectada à mesma fase da fonte de alimentação, mas através de um conjunto comple- mentar de barramentos. Ou seja, para a conexão de fase 161 e a co- nexão em estrela 154.

[00237] As bobinas condutoras 12 que correspondem às outras fa- ses da fonte de alimentação serão conectadas essencialmente da mesma maneira conforme descrito acima para uma fase. Para ilustrar isto, as Figuras 9A-9C mostram como duas bobinas condutoras 12 cir- cunferencialmente adjacentes estão conectadas no arranjo de cone- xão paralela.

[00238] As Figuras 9A-9C mostram duas bobinas condutoras 12a, 12b circunferencialmente adjacentes. A bobina condutora 12a é conec- tada de maneira similar à bobina condutora 12 nas Figuras 7A-7C. Ou seja, a bobina 12a está conectada à segunda conexão de fase 152 e à conexão em estrela 164. A bobina 12b, sendo circunferencialmente adjacente à bobina 12a, está conectada a uma fase diferente da fonte de alimentação e, portanto, está conectada a um par diferente de bar- ramentos. Especificamente, mas sem perda de generalidade, a bobina 12b circunferencialmente adjacente está conectada à terceira conexão de fase 163 do segundo meio de conexão 16 e à conexão em estrela 154 do primeiro meio de conexão.

[00239] As conexões das bobinas condutoras 12 foram descritas acima com referência a um arranjo de conexão paralela. No entanto, outros arranjos de conexão são possíveis. Para ilustrar isto, a Figura 10 mostra um arranjo alternativo, o qual será denominado como um arranjo de conexão em série.

[00240] No arranjo de conexão em série da Figura 10, o primeiro meio de conexão 15' que está acima das bobinas condutoras 12 difere dos meios de conexão 15 das Figuras 4, 7-9 e 11-12 pelo fato de que não inclui uma conexão em estrela: inclui apenas uma primeira cone- xão de fase 151', uma segunda conexão de fase 152' e uma terceira conexão de fase 153'. No entanto, o segundo meio de conexão 16' é o mesmo que o segundo meio de conexão 16 das Figuras 4, 7-9 e 11-12 pelo fato de que tem três conexões de fase 161', 162', 163' e uma co- nexão em estrela 164'. Para compensar a falta de conexão em estrela no primeiro meio de conexão 15', as bobinas condutoras 12 são co- nectadas de uma maneira diferente. As conexões de fase 151'-153' do primeiro meio de conexão 15' também atendem duas vezes mais bobi- nas condutoras 12 e, portanto, têm meios receptores adicionais com- parado com os meios receptores do segundo meio de conexão 16' e os primeiro e segundo meio de conexão 15, 16 do arranjo de conexão paralela.

[00241] A Figura 10 ilustra o arranjo de conexão em série para dois polos de estator 11 e 11' circunferencialmente adjacentes. Assim como o arranjo de conexão paralela, cada polo 11, 11' inclui uma bobina condutora por polo, dando três bobinas por polo: o polo 11 consiste nas bobinas condutoras 12a, 12b e 12c e o polo 11' consiste nas bobi- nas condutoras 12a', 12b' e 12c'. Também conforme com o arranjo de conexão paralela, as bobinas circunferencialmente adjacentes são co- nectadas a diferentes fases. No entanto, enquanto que as bobinas da mesma fase, mas polos adjacentes (12a e 12a', por exemplo) no ar- ranjo de conexão paralela são essencialmente conectadas de forma independente e formam trajetos de corrente separados, no arranjo de conexão em série suas conexões estão relacionadas e fazem parte de o mesmo trajeto atual.

[00242] Considerando apenas as bobinas 12a, 12a' que estão co- nectadas à mesma fase, a bobina 12a do primeiro polo 11 é conectada através de suas caudas externas à conexão de fase 153' do primeiro meio de conexão e à conexão de fase 163' do segundo meio de cone- xão. A bobina 12a' do segundo polo adjacente 11' é conectada à co- nexão de fase 153' do primeiro meio de conexão 15' e à conexão em estrela 164' do segundo meio de conexão. O trajeto da corrente pode, portanto, ser considerado como ocorrendo a partir da conexão de fase 163' através da bobina 12a, então, ao longo da conexão de fase 153' e, então, através da bobina 12a' para a conexão em estrela 164'.

[00243] Diferentes arranjos de conexão podem ser usados para di- ferentes aplicações práticas. Por exemplo, o arranjo de conexão em série descrito acima fornece, teoricamente, uma constante de torque da máquina (medida em Nm/A) que é duas vezes mais alta do que aquela fornecida pelo arranjo de conexão paralela descrito acima. Isto será melhor para algumas aplicações práticas, embora certamente não para todas.

[00244] Embora os meios de conexão 15, 15' tenham sido descritos como estando acima das bobinas 12 e os meios de conexão 16, 16' tenham sido descritos como estando abaixo das bobinas, deve ser re- conhecido que ambos os pares 15, 16; 15', 16' podem estar acima das bobinas ou ambos os pares 15, 16; 15', 16' podem estar abaixo das bobinas. Neste caso, pode ser preferível produzir bobinas 12 cujas caudas externas 128, 128' se estendam na mesma direção axial, em vez de direções axiais opostas.

[00245] Além disso, embora os meios de conexão 15, 16, 15'e 16' tenham sido descritos como barramentos anulares contínuos, esta é apenas uma maneira de implementar os meios de conexão. Por exemplo, os meios de conexão podem não ser contínuos ou anulares e, em vez disso, podem assumir a forma de uma série de duas ou mais seções de barramento circunferencialmente distribuídas. Muitos outros tipos de meios de conexão ocorrerão para aqueles versados na técnica. Fabricação de Estator

[00246] As características e construção das bobinas condutoras 12 descritas acima permitem uma fabricação particularmente eficiente e eficaz de um estator que inclui uma pluralidade de bobinas 12 circunfe- rencialmente distribuídas. De significado particular é o fato de que as próprias bobinas 12 constituem uma estrutura na qual guias de fluxo 30, por exemplo, na forma de pacotes de laminação, podem ser forne- cidos. Isto torna a colocação dos guias de fluxo 30 no conjunto de es- tator 1 uma tarefa comparativamente simples e precisa, especialmente comparado com muitas técnicas de fabricação conhecidas que podem envolver enrolar bobinas em torno de estruturas similares a carretéis que alojam pacotes de laminação e, em seguida, prender separada- mente (usando cola, por exemplo) as estruturas similares a carretéis enroladas em um estator. Várias outras vantagens serão descritas.

[00247] A Figura 13 é um fluxograma que ilustra um método 500 para fabricar um estator.

[00248] O método 500 inclui fornecer 510 uma pluralidade de bobi- nas condutoras, tais como as bobinas condutoras 12 descritas acima. De preferência, as bobinas condutoras 12 têm uma pluralidade de pa- res circunferencialmente sobrepostos de seções ativas que se esten- dem radialmente afastadas circunferencialmente (tal como na bobina 12 das Figuras 6A-6D), de modo que cada bobina 12 forneça espaços do segundo tipo. No entanto, as bobinas 12 podem ter apenas um par separado de seções ativas (conforme na bobina das Figuras 5A-5D). As bobinas condutoras 12 podem ter sido formadas como uma única peça integral ao conectar vários elementos condutores 120 em série ou de qualquer outra forma.

[00249] Em 520, o método 500 inclui posicionar uma pluralidade das bobinas condutoras 12 em uma carcaça de estator, de modo que a pluralidade de bobinas seja distribuída circunferencialmente em tor- no da carcaça do estator. De preferência, as bobinas condutoras são posicionadas de modo que as bobinas condutoras circunferencialmen- te adjacentes se sobreponham circunferencialmente e, assim, definam espaços do primeiro tipo para receber guias de fluxo. A sobreposição circunferencial de bobinas 12 circunferencialmente adjacentes pode ser assegurada ao fornecer um número apropriado de bobinas 12 de um espaçamento de bobinas γ adequado dentro da carcaça. Conforme observado acima, onde as bobinas 12 têm múltiplos pares de seções ativas de modo que cada uma das bobinas define espaços do segundo tipo, os espaços dos primeiro e segundo tipos podem coincidir entre si.

[00250] A carcaça do estator 20 pode ser dotada de uma pluralida- de de aberturas circunferencialmente espaçadas que se estendem axialmente 25 para receber as bobinas 12. Isto torna o posicionamento das bobinas 12 na carcaça do estator mais fácil e mais preciso. Vanta- josamente, se as bobinas 12 são formadas de modo a ter uma parte externa que se estende axialmente 133, a parte externa que se esten- de axialmente 133 pode ser recebida dentro das aberturas que se es- tendem axialmente 25. Uma vez que a parte externa que se estende axialmente 133 tem uma grande área de superfície, elas permitem um bom travamento mecânico das bobinas 12 na carcaça do estator para montagem sem a necessidade de cola (por exemplo) e também consti- tuem uma fonte de resfriamento do estator. As aberturas 25 circunfe- rencialmente distribuídas para receber as bobinas 12 podem ser vistas mais claramente nas Figuras 12A-12C.

[00251] Opcionalmente, em 530, o método 500 inclui posicionar guias de fluxo 30, tais como pacotes de laminação, nos espaços (dos primeiro e/ou segundo tipos) definidos pelas bobinas 12. Conforme explicado acima, a sobreposição de bobinas adjacentes cria espaços do primeiro tipo 141a, 141b, 141c entre seções ativas de diferentes bobinas. Se as bobinas 12 compreenderem, cada uma, mais de um par de seções ativas que se estendem radialmente (conforme nas Fi- guras 6A-6D), os pares de espaços 142a, 142a' do segundo tipo tam- bém serão definidos dentro de cada bobina condutora 12. Em ambos os casos, os guias de fluxo também podem ser posicionados dentro dos espaços. Uma vez que as próprias bobinas 12 constituem uma estrutura com espaços definidos, o posicionamento dos pacotes de laminação na estrutura é simples, rápido e preciso. Em combinação com o fornecimento de aberturas 25 na carcaça do estator 20 para re- ceber as bobinas 12, isto significa que ambos os componentes do nú- cleo do estator (as seções ativas das bobinas 12 e os guias de fluxo 30) podem ser posicionados de forma rápida e muito precisa compa- rado com muitas técnicas conhecidas. Será reconhecido que os com- ponentes centrais posicionados com precisão reduzem as perdas e, portanto, melhoram a eficiência da máquina.

[00252] Opcionalmente, em 540, o método 500 inclui conectar a pluralidade de bobinas 12 aos meios de conexão 15, 16 de modo que as bobinas possam ser conectadas à fonte de alimentação multifásica. Isto pode ser feito através de qualquer maneira desejada, por exem- plo, conforme descrito acima, usando barramentos nos arranjos de co- nexão em paralelo ou em série.

[00253] Opcionalmente, em 550, o método 500 em inclui impregnar pelo menos parte do conjunto de estator 1 em um composto de liga- ção, tal como uma resina. Isto fortalece a estrutura do estator e, por- tanto, protege o conjunto de estator 1 contra o eletroímã e as forças mecânicas que ele experimenta em uso. Além disso, a condução tér- mica entre os constituintes do estator pode ser aumentada se o com- posto de ligação tiver um coeficiente de transferência térmica significa-

tivamente maior do que o ar.

[00254] Se os meios de conexão 15, 16 estiveram posicionados axialmente acima e/ou abaixo das bobinas 12 conforme descrito aci- ma, a impregnação do estator pode ocorrer antes ou depois das bobi- nas serem conectadas aos meios de conexão. Além disso, e vantajo- samente, se os próprios meios de conexão 15, 16 não estiverem im- pregnados, as conexões podem ser testadas, trocadas e, se necessá- rio, substituídas após a impregnação. Isto é altamente desejável, uma vez que uma conexão defeituosa em um estator impregnado de resina pode, de outra forma, tornar todo estator inutilizável e não reparável. Eficiência da Máquina

[00255] Descobriu-se que as máquinas de fluxo axial 100 que com- preendem o conjunto de estator 1 descrito no presente documento for- necem não apenas uma alta eficiência de pico, mas uma alta eficiência em uma ampla faixa de parâmetros operacionais. Embora altos picos de eficiência sejam frequentemente citados, eles raramente são alcan- çados na prática, especialmente em aplicações onde a máquina deve funcionar em uma variedade de parâmetros operacionais. A eficiência em uma ampla variedade de parâmetros é, portanto, uma medida sig- nificativa mais prática para muitas aplicações.

[00256] Para ilustrar isto, a Figura 14 é um mapa de eficiência que mostra a eficiência medida de uma máquina de fluxo axial que com- preende o conjunto de estator das Figuras 12A-12C para uma faixa de valores de torque e velocidade que são comumente usados em muitas aplicações. Contornos de eficiência constante são incluídos no mapa de eficiência. Conforme pode ser visto, além de uma alta eficiência de pico (93 %), a eficiência permanece muito alta para quase toda a área do mapa de eficiência e alta (mais de 80 %) mesmo em uma velocida- de relativamente baixa de 500 rpm até um torque de 30 Nm.

[00257] Pode haver uma série de razões diferentes para as altas eficiências que o conjunto de estator 1 é capaz de atingir. Algumas de- las serão descritas agora.

[00258] Primeiramente, conforme explicado acima, a estrutura qua- se autoformada dos componentes condutores do estator 10 que é con- ferida pela geometria das bobinas 12 permite a colocação muito preci- sa dos componentes do núcleo do estator. O posicionamento preciso dos componentes do núcleo significa que há melhor acoplamento dos campos do estator e do rotor, e um alto grau de simetria em torno da circunferência do estator, o que melhora a geração ou torque.

[00259] Outra vantagem significativa é a geração de um campo de estator com uma densidade de fluxo magnético sinusoidal mais preci- sa. Conforme será entendido por aqueles versados na técnica, quanto maior o número de slots por polo por fase no estator, mais sinusoidal pode ser a densidade de fluxo magnético. As bobinas 12 e o estator 10 descritos acima podem fornecer um número aumentado de slots por polo por fase, aumentando o número de elementos condutores 120 por bobina condutora 12, e este número pode ser facilmente aumentado (se, por exemplo, o raio do estator pode ser aumentado para uma apli- cação específica). Uma vantagem de uma densidade de fluxo magné- tico altamente sinusoidal é que a densidade de fluxo tem um teor de harmônicos relativamente baixo. Com um baixo teor de harmônicos, mais do acoplamento dos campos do rotor e do estator envolve os componentes fundamentais da densidade do fluxo, e menos envolve a interação com os componentes harmônicos. Isto reduz a geração de correntes parasitas nos ímãs do rotor o que, por sua vez, reduz as perdas por aquecimento. Em contraste, muitos motores de fluxo axial conhecidos usam um arranjo de enrolamento concentrado que fornece apenas um número limitado (por exemplo, fracionário) de slots por po- lo por fase, o que gera uma densidade de fluxo muito mais trapezoidal com componentes harmônicos mais significativos.

[00260] Embora as bobinas 12 possam ser implementadas usando tiras que se estendem axialmente, elas são, de preferência, implemen- tadas usando um arranjo de enrolamento axialmente empilhado ilus- trado nas Figuras 5A-5D e 6A-6D. Embora muitos fabricantes de moto- res possam considerar isto uma desvantagem porque pode ser consi- derado uma redução do fator de enchimento no núcleo do estator, os inventores descobriram que esta desvantagem é compensada pela redução nos efeitos de aderência e proximidade que fazem com que as correntes fluam ao redor do exterior da seção transversal do condu- tor e predominantemente as porções axialmente externas das seções ativas. O número de enrolamentos na direção axial pode ser selecio- nado para equilibrar estas duas considerações. Rotor

[00261] Conforme discutido acima, a máquina elétrica de fluxo axial inclui dois rotores 2a e 2b, posicionados em lados opostos do conjunto de estator 1 e presos ao eixo 3. Um dos rotores 2a pode ser preso à extremidade motriz 3a do eixo 3 e o outro pode ser preso à extremida- de não motriz 3b do eixo.

[00262] Os rotores 2a, 2b são montados no eixo 3 de modo que ímãs permanentes opostos tenham polos opostos, de modo que um polo norte no rotor 2a esteja voltado para um polo sul no rotor 2b e vi- ce-versa. Consequentemente, os ímãs dos dois rotores 2a, 2b geram um campo magnético com linhas axiais de fluxo magnético entre os dois rotores 2a, 2b.

[00263] Os rotores 2a, 2b, mostrados nas Figuras 2A-2B e discuti- dos acima incluem dezesseis ímãs permanentes 21-24 circunferenci- almente distribuídos e, portanto, incluem dezesseis polos. Os rotores 2a, 2b, podem ser tais que os rotores 2a, 2b sejam formados por uma placa de rotor 1500, tal como aquela mostrada na Figura 15, a qual compreende uma face plana 1502 (uma placa plana) para receber os ímãs permanentes. É evidente que será entendido que a placa de rotor 1500 é a mesma para ambos os rotores 2a e 2b.

[00264] A placa de rotor 1500 inclui uma aba 1504 na borda mais externa que se projeta a partir da face 1502 e pode ser operável para melhorar a retenção dos ímãs permanentes 21-24. Isto pode ter o efei- to vantajoso de que, sob a rotação dos rotores 2a, 2b, os ímãs perma- nentes 21-24 são menos propensos a se deslocarem do rotor 2a, 2b, deste modo, melhorando a longevidade da máquina de fluxo axial.

[00265] A fixação aprimorada dos ímãs permanentes 21-24 na pla- ca do rotor 1500 também pode reduzir a probabilidade dos rotores 2a, 2b da máquina de fluxo axial se tornarem desequilibrados, o que tam- bém pode aumentar a longevidade e o desempenho da máquina de fluxo axial.

[00266] De acordo com a presente invenção, os ímãs permanentes 21-24 podem ser não segmentados, ou seja, cada ímã permanente 21- 24 é formado por um único ímã permanente e não é formado por vá- rios ímãs permanentes. Isto reduz a complexidade da construção da máquina de fluxo axial e, por sua vez, pode melhorar a facilidade de fabricação, a longevidade e a simplicidade geral da máquina de fluxo axial.

[00267] Os ímãs permanentes não segmentados 21-24 podem ser usados na máquina de fluxo axial de acordo com a presente invenção em virtude da presença limitada de correntes parasitas nos ímãs per- manentes 21-24. A presença limitada de correntes parasitas nos ímãs permanentes 21-24 pode ser atribuída à máquina de fluxo axial que é acionada a partir dos componentes do campo magnético fundamental e menos dos componentes harmônicos. Isto reduz as correntes parasi- tas geradas nos ímãs permanentes o que, por sua vez, reduz as per- das em virtude de aquecimento.

[00268] Os ímãs permanentes 21-24 podem ser presos à placa do rotor 1500 por meio de um adesivo. Alternativamente, onde a placa do rotor 1500 é formada de metal ferroso, os ímãs permanentes podem simplesmente ser retidos na posição pelas forças magnéticas geradas pelos próprios ímãs permanentes.

[00269] Conforme discutido acima, em relação às Figuras 2A-2B, os ímãs adjacentes são separados por um espaçador não magnético. Cada espaçador pode ser retido por um retentor, tal como um retentor roscado. Em uma alternativa mostrada na Figura 16A, tais espaçado- res não são necessários. Nesta alternativa, o rotor 1600 que compre- ende uma placa de rotor 1500 conforme discutido acima e uma plurali- dade de ímãs permanentes. Os ímãs permanentes neste exemplo são presos à placa do rotor colando-os com um adesivo. Descobriu-se que isto é suficiente, em combinação com as forças magnéticas entre os ímãs permanentes e a placa do rotor, para reter os ímãs permanentes na posição e manter os espaços 1602 entre os ímãs adjacentes.

[00270] Novamente, conforme discutido acima em relação às Figu- ras 2A-2B, nos exemplos mostrados nas Figuras 2A-2B e 16A, cada ímã permanente não é segmentado e, portanto, tem um único corpo monolítico. Um exemplo alternativo é mostrado na Figura 16B, onde o rotor 1604 o qual, novamente, compreende uma placa de rotor 1500, bem como uma pluralidade de ímãs permanentes 1606 substancial- mente idênticos. No exemplo da Figura 16B, cada ímã permanente 1606 é formado por uma pluralidade de segmentos de ímãs perma- nentes 1608a, 1608b, 1608c e 1608d. Os segmentos de ímãs perma- nentes 1608a - 1608d são segmentos em formato de arco radialmente empilhados adjacentes entre si, de modo que os polos norte estejam orientados na mesma direção. Uma alternativa adicional (não mostra- da) forma cada ímã permanente segmentado a partir de uma plurali- dade de segmentos de ímãs permanentes alongados circunferencial- mente empilhados adjacentes entre si, de modo que os polos norte estejam orientados na mesma direção.

[00271] Em um outro exemplo alternativo (não mostrado) para os rotores 2a, 2b, um rotor pode estar localizado onde os espaçadores são formados integralmente com a placa do rotor. Neste exemplo, a altura de cada espaçador que se estende em uma direção axial a partir da placa do rotor é menor do que a espessura do ímã permanente. Desta forma, o vazamento de fluxo excessivo entre os ímãs perma- nentes podem ser evitado. Por exemplo, a altura de cada espaçador pode ser menos de 50 % a espessura do ímã permanente, mais prefe- rivelmente menos de 20 %. Carcaça de Estator

[00272] A máquina elétrica de fluxo axial descrita no presente do- cumento pode compreender um compartimento de estator extrudado, de modo que as bobinas condutoras 12 do conjunto de estator 1 este- jam localizadas dentro do compartimento. Conforme pode ser visto nas Figuras 17A e 17B, o compartimento 1700 é geralmente tubular e de formato cilíndrico, com uma face interna 1702 e uma face externa

1704.

[00273] A face externa pode ser moldada de modo a aumentar a área de superfície geral da face externa do compartimento extrudado, incluindo aletas de resfriamento 1706 ou um dissipador de calor for- mado nas mesmas.

[00274] Ao aumentar a área de superfície da superfície externa da máquina elétrica de fluxo axial, a carcaça extrudada 1700 da máquina elétrica de fluxo axial pode aumentar a taxa na qual a energia térmica pode ser dissipada a partir da máquina elétrica de fluxo axial. O resfri- amento da máquina elétrica de fluxo axial será discutido em mais deta- lhes abaixo.

[00275] As carcaças de máquinas elétricas de fluxo axial propostas anteriormente empregaram placas estampadas e empilhadas, a fim de reduzir as correntes parasitas na carcaça. Conforme discutido acima, a presença de correntes parasitas em uma máquina elétrica de fluxo axial de acordo com a presente invenção é limitada e, conforme afir- mado acima, isto pode ser um efeito da máquina de fluxo axial que é acionada a partir dos componentes do campo magnético fundamental e menos dos componentes harmônicos.

[00276] A presença limitada de correntes parasitas pode permitir que a carcaça 1700 da máquina elétrica de fluxo axial de acordo com a presente invenção seja formada por uma seção extrudada em oposi- ção a placas estampadas empilhadas. Por sua vez, isto pode resultar em maior capacidade de fabricação e/ou economia de custos; por exemplo, a complexidade da montagem pode ser reduzida e, portanto, o tempo de montagem pode ser reduzido.

[00277] Formar a carcaça 1700 da máquina elétrica de fluxo axial como uma única seção extrudada também pode melhorar a rigidez es- trutural da máquina elétrica de fluxo axial. Isto também pode reduzir o peso.

[00278] Além disso, a carcaça extrudada da máquina elétrica de fluxo axial compreende, na sua face interna 1702, uma série de reces- sos que acomodam as seções externas das bobinas 12 do conjunto de estator 1 para melhorar a dissipação de calor das bobinas 12. Isto será discutido em mais detalhes posteriormente. Resfriamento

[00279] A carcaça extrudada descrita acima pode ser usada para melhorar o desempenho de resfriamento de máquinas elétricas de flu- xo axial de acordo com a presente invenção, conforme brevemente descrito acima.

[00280] Como afirmado acima, a face externa da carcaça extrudada da máquina de fluxo axial pode ser moldada de modo a aumentar a área de superfície total da face externa da carcaça extrudada, incluin-

do aletas de resfriamento ou um dissipador de calor formado nas mesmas. Pode, portanto, ser vantajoso maximizar a transferência de calor do conjunto de estator 1 da máquina elétrica de fluxo axial para a carcaça extrudada.

[00281] O resfriamento eficiente da máquina elétrica de fluxo axial de acordo com a presente invenção também pode ser promovido pelo formato e orientação das bobinas dentro da máquina de fluxo axial e, particularmente, o formato e orientação da porção externa das bobinas 12 que estão na borda externa do estator 1. O desempenho de resfri- amento da máquina elétrica de fluxo axial pode ser aprimorado ao au- mentar a taxa na qual a energia térmica pode ser dissipada a partir das bobinas 12 do estator 1.

[00282] Para aumentar a taxa na qual a energia térmica pode ser dissipada a partir do estator 1, a energia térmica pode, vantajosamen- te, ser transferida para a carcaça extrudada da máquina elétrica de fluxo axial. Para esta finalidade, a face interna da carcaça extrudada da máquina de fluxo axial pode incluir uma borda, recesso ou face que é moldada de modo a fazer contato térmico com as porções externas das bobinas 12 do estator 1 e, portanto, permitir a transferência de ca- lor das bobinas 12 do estator para a carcaça extrudada da máquina de fluxo axial. Conforme discutido acima, a porção externa de cada uma das bobinas 12 tem uma superfície que é substancialmente paralela ao eixo de rotação, com a face interna da carcaça incluindo um reces- so complementar à porção externa de cada uma das bobinas.

[00283] As bobinas 12 do estator são encerradas dentro de um composto de encapsulamento que tem uma alta capacidade de trans- ferência de calor para promover a transferência de energia térmica efi- ciente a partir das bobinas 12 do estator. Além disso, uma pasta térmi- ca ou composto de transferência de calor pode ser colocado entre a seção plana de cada uma das bobinas 12 e a face interna da carcaça extrudada para aumentar ainda mais a capacidade de transferência de calor.

[00284] A energia térmica pode, então, ser dissipada no ar, através das aletas de resfriamento ou dissipador de calor da face externa da carcaça extrudada.

[00285] A carcaça extrudada também pode incluir um recesso, ca- nal ou similar no qual acomodar um conjunto de resfriamento de líqui- do. Este conjunto de resfriamento de líquido pode ser usado para au- mentar a taxa de energia térmica que pode ser dissipada a partir da máquina elétrica de fluxo axial e, portanto, melhorar o desempenho de resfriamento da máquina de fluxo axial. Vantajosamente, o recesso, ou canal, pode ser posicionado de modo a estar imediatamente adjacente à porção curvada das seções externas das bobinas.

[00286] O resfriamento por líquido, por exemplo, resfriamento a água, pode conferir um desempenho de resfriamento mais eficaz do que o resfriamento a ar. Isto ocorre porque a água tem uma capacida- de térmica específica maior do que o ar, e a capacidade térmica es- pecífica da água é quatro vezes maior do que aquela do ar.

[00287] Tal conjunto de resfriamento de líquido é mostrado na Figu- ra 18. O conjunto de resfriamento de líquido dentro da carcaça extru- dada 1800 pode, por exemplo, compreender um tubo 1802 formado de um material com propriedades de alta condutividade térmica, tal como cobre, e pode estar em contato com a carcaça extrudada diretamente, ou adicionalmente, através de uma pasta térmica ou massa para me- lhorar a transferência de calor entre a carcaça extrudada e o tubo

1802. O tubo 1802 que forma o conjunto de resfriamento de líquido tem uma entrada 1804 e uma saída 1806 na face externa da carcaça extrudada 1800. Um tubo adicional (não mostrado) está localizado na face oposta da carcaça extrudada 1800 e tem uma entrada 1808 e uma saída 1810 similares.

[00288] A água de resfriamento é alimentada nas entradas 1804, 1808 de cada tubo e removida nas saídas 1806, 1810 do tubo. A água de resfriamento é fornecida na entrada do tubo em uma temperatura reduzida, e pode ser alimentada pela saída em um radiador, permuta- dor de calor, resfriador de mudança de fase ou similar, antes de retor- nar para a entrada. Isto pode ser considerado um 'circuito' de resfria- mento. Se a máquina elétrica de fluxo axial for usada, por exemplo, em um veículo, a energia térmica transferida da máquina elétrica de fluxo axial para a água de resfriamento pode ser usada para aquecer a ca- bine do veículo ou manter a temperatura do baterias do veículo, por meio de um permutador de calor.

[00289] Aletas de resfriamento e/ou dissipador de calor podem ser empregados em combinação com um conjunto de resfriamento de lí- quido a fim de maximizar a taxa na qual a energia térmica pode ser dissipada a partir da máquina elétrica de fluxo axial.

[00290] O circuito de resfriamento pode ser um sistema de circuito fechado, de modo que o líquido de resfriamento, por exemplo, água, seja passado para a entrada do conjunto de resfriamento dentro da carcaça extrudada, em torno do canal de resfriamento que pode for- mar o conjunto de resfriamento e para fora da saída do conjunto de resfriamento, em um radiador, permutador de calor ou similar (para transferir a energia térmica do líquido de resfriamento para o ar ou pa- ra outro sistema de resfriamento ou aquecimento, provavelmente atra- vés de uma bomba e, em seguida, de volta para a entrada do conjunto de resfriamento.

[00291] No caso onde o circuito de resfriamento é um sistema de circuito fechado e o circuito inclui um radiador, o radiador pode incluir resfriamento forçado na forma de um ventilador ou ventiladores para promover o fluxo de ar através do radiador e melhorar o desempenho de resfriamento do circuito de resfriamento.

[00292] Conforme mencionado acima, no caso de um veículo, o ca- lor pode ser transferido do circuito de resfriamento da máquina elétrica de fluxo axial e, por exemplo, para o circuito de aquecimento do veícu- lo ou um aquecedor para manter a temperatura da bateria do veículo. Manter a temperatura de uma bateria em um veículo pode aumentar o desempenho da bateria; uma temperatura baixa pode reduzir o de- sempenho da bateria, deste modo, reduzindo a capacidade do veículo.

[00293] Se a máquina elétrica de fluxo axial for instalada em um veículo grande, por exemplo, um ônibus ou caminhão, o espaço dis- ponível para resfriar a máquina de fluxo axial pode ser grande. O cir- cuito de resfriamento pode, portanto, incluir um grande radiador ou permutador de calor e pode fornecer energia térmica a um circuito que fornece aquecimento para os passageiros do veículo. Alternativamen- te, se o circuito de resfriamento for um circuito fechado, ele pode usar o espaço para resfriamento usando um grande radiador.

[00294] O conjunto de resfriamento de líquido também pode ser vantajoso no caso de máquinas elétricas de fluxo axial empilhadas mecanicamente descritas abaixo. O resfriamento a ar pode não ser suficiente para uma pluralidade de máquinas elétricas de fluxo axial empilhadas juntas e, assim, por exemplo, o conjunto de resfriamento de líquido de uma primeira máquina elétrica de fluxo axial na pilha po- de ser conectado ao conjunto de resfriamento de líquido de uma se- gunda máquina elétrica de fluxo axial na pilha e assim por diante. Em um exemplo, a saída do conjunto de resfriamento de líquido da primei- ra máquina elétrica de fluxo axial é conectada à entrada do conjunto de resfriamento de líquido da segunda máquina elétrica de fluxo axial na pilha.

[00295] O líquido pode, então, ser passado através do conjunto de resfriamento das primeira e segunda máquinas elétricas de fluxo axial. Em um exemplo alternativo, um radiador ou permutador de calor pode ser colocado entre a saída do conjunto de resfriamento da primeira máquina elétrica de fluxo axial e a entrada da segunda máquina elétri- ca de fluxo axial na pilha. Isto pode aumentar a capacidade de resfri- amento.

[00296] Em outro exemplo, uma máquina elétrica de fluxo axial é mecanicamente presa a um controlador, de modo que o controlador e a máquina elétrica de fluxo axial formem uma única unidade, e o con- junto de resfriamento na máquina de fluxo axial é configurado para resfriar a máquina de fluxo axial e o controlador. Neste exemplo, uma placa de resfriamento pode estar localizada entre a máquina elétrica de fluxo axial e o controlador, a placa de resfriamento sendo oca e tendo uma entrada e uma saída para conexão a um circuito de resfri- amento ou similar.

[00297] Ainda em um exemplo adicional, uma máquina elétrica de fluxo axial é eletricamente presa, mas não mecanicamente presa, a um controlador. Um outro canal de resfriamento pode ser fornecido no controlador, e o circuito de resfriamento que resfria a máquina elétrica de fluxo axial pode ser estendido a fim de passar o fluido de resfria- mento através do canal de resfriamento no controlador, deste modo, resfriando também o controlador. Empilhamento Mecânico

[00298] Uma vantagem da natureza modular e sem coroa (yoke- less) da máquina elétrica de fluxo axial descrita acima é que múltiplas instâncias da máquina elétrica de fluxo axial podem ser empilhadas em um único eixo (ou eixos mecanicamente acoplados com a finalida- de de fornecer um único eixo) para formar um conjunto de máquina elétrica de fluxo axial empilhado 1900. Um exemplo deste conjunto é mostrado na Figura 19. Neste exemplo, duas máquinas elétricas de fluxo axial substancialmente idênticas conforme descrito no presente documento são empilhadas mecanicamente juntas e mecanicamente acopladas de modo que a saída de torque combinada de ambas as máquinas elétricas de fluxo seja fornecida em um único eixo de saída.

[00299] Será apreciado que o conjunto de máquina elétrica de fluxo axial empilhado pode compreender qualquer número de máquinas elé- tricas de fluxo axial - isto é, qualquer número de máquinas elétricas de fluxo axial pode ser empilhado para fornecer uma saída combinada em um único eixo de saída.

[00300] Cada máquina elétrica de fluxo axial do conjunto de máqui- na de fluxo axial empilhado pode ser controlada por seu próprio con- trolador fornecido separadamente. Alternativamente, cada máquina de fluxo axial pode ter seu próprio controlador integrado.

[00301] A Figura 20 mostra uma vista esquemática de uma máqui- na elétrica de fluxo axial "empilhada" alternativa 2000. Neste exemplo, o conjunto 2000 compreende dois estatores 2002, 2004 e três rotores 2006, 2008 e 2010. Os estatores 2002 e 2004 são conforme descrito no presente documento. Os rotores de 2006 e 2010 também são des- critos no presente documento. No entanto, o rotor 2008 é dotado de ímãs permanentes em faces opostas e, portanto, é "compartilhado" pelo estator 2002 e pelo estator 2004. Os rotores 2006, 2008 e 2010 são fornecidos em um único eixo (não mostrado). Guia de Fluxo Laminado

[00302] Conforme descrito acima, o estator da máquina de fluxo axial usa uma série de guias de fluxo que são circunferencialmente distribuídos em torno do estator, cada guia de fluxo sendo posicionado em um espaço radialmente alongado definido por bobinas condutoras circunferencialmente adjacentes. O objetivo do guia de fluxo, em ter- mos gerais, é aumentar a densidade de fluxo produzida pelas bobinas e ímãs permanentes.

[00303] O guia de fluxo de acordo com a presente modalidade será agora descrito em relação às Figuras 21A, 21B e 21C.

[00304] O guia de fluxo 2100 de acordo com a presente modalidade é feito de um metal configurado para aumentar a densidade de fluxo axial produzida pelos ímãs permanentes e as bobinas do estator. No presente documento, o guia de fluxo é feito de chapas laminadas de aço elétrico de grão orientado, por exemplo, aço laminado a frio com orientação de grãos (C.R.G.O). Estas chapas são cortadas para for- mar laminações retangulares. Um primeiro conjunto 2102 de lamina- ções é cortado para substancialmente no mesmo tamanho em todas as três dimensões - cada uma tem a mesma espessura e tem a mes- ma altura de superfície e largura de superfície. Um segundo conjunto 2104 de laminações é cortado para ter a mesma espessura e o mes- mo tamanho em uma das duas dimensões de superfície. Esta espes- sura e tamanho são iguais àqueles do primeiro conjunto 2102. No en- tanto, as laminações do segundo conjunto 2104 têm um tamanho de- crescente incrementalmente na outra dimensão de superfície compa- rado com o tamanho do primeiro conjunto de laminações nesta dimen- são.

[00305] As laminações são, então, empilhadas em ordem de tama- nho, com os maiores laminados - os laminados do primeiro conjunto - formando a base da pilha e o menor laminado por cima da pilha. As laminações também são posicionadas de modo que cada laminação se alinhe com sua laminação adjacente ao longo de pelo menos três bordas, resultando no afunilamento da pilha na direção na qual a di- mensão da superfície do segundo conjunto aumenta incrementalmen- te. Isto resulta em uma superfície de toda a pilha de laminados com uma aparência escalonada.

[00306] Na presente modalidade, a pilha de laminações é, então, envolvida em um material isolante, tal como um invólucro polimérico de meta-aramida, para formar um pacote de laminação com um forma- to afunilado, conforme mostrado mais claramente na Figura 21B. É preferível isolar eletricamente a pilha após a laminação, uma vez que isto confere um desempenho ideal quando os guias de fluxo são for- necidos no estator. No entanto, será reconhecido que a pilha de lami- nados pode não pode ser isolada após o empilhamento, fornecendo um guia de fluxo 2106 - neste caso, a pilha de laminados pode ser for- necida diretamente no estator.

[00307] Os grãos do aço elétrico são orientados em uma direção substancialmente determinada e única. As laminações individuais são empilhadas de forma que os grãos de cada laminação do pacote te- nham a mesma direção de grãos. Os pacotes de laminação são, en- tão, posicionados entre bobinas adjacentes do estator de modo que a orientação de grãos do pacote seja substancialmente paralela ao eixo de rotação. Como tal, a direção do grão se alinha com as linhas de flu- xo axial produzidas pelo estator em operação. Este alinhamento dos grãos do aço atua ao orientar o fluxo produzido pelas bobinas conduto- ras circunferencialmente distribuídas e o fluxo produzido pelos ímãs permanentes nos rotores. O efeito disto é um aumento na densidade do fluxo magnético comparado com a densidade do fluxo produzido pelas bobinas e ímãs permanentes quando os guias de fluxo não es- tão presentes.

[00308] Conforme foi descrito acima, a separação entre as bobinas adjacentes aumenta na direção radial. Como um resultado, o espaço definido por bobinas adjacentes diminui em direção ao centro do esta- tor. Assim, o pacote de laminação (o guia de fluxo) é dotado de um formato cônico da maneira descrita acima. Em particular, o afunila- mento do guia de fluxo corresponde substancialmente à mudança na separação de bobinas adjacentes. Isto é feito para maximizar a quan- tidade de material do guia de fluxo entre as bobinas adjacentes e, as- sim, maximizar o efeito do guia de fluxo sobre a densidade de fluxo quando o estator está em uso.

Outras Características da Carcaça de Estator

[00309] Outros exemplos de uma carcaça de estator para uso com a máquina elétrica de fluxo axial descrita no presente documento são mostrados nas Figuras 22 e 23. Conforme descrito acima, as bobinas condutoras 12 do conjunto de estator 1 estão localizadas dentro da carcaça de estator 2200. De forma similar à carcaça de estator mos- trada nas Figuras 17A e 17B, a carcaça 2200 é geralmente tubular e de formato cilíndrico, com uma superfície interna 2202 e uma superfí- cie externa 2204.

[00310] Novamente, de forma similar à carcaça de estator das Figu- ras 17A e 17B, uma série de recessos 2206 estão localizados na su- perfície interna da carcaça de estator que acomodam as seções exter- nas das bobinas 12 do conjunto de estator 1 para melhorar a dissipa- ção de calor das bobinas 12. Conforme discutido acima, a porção ex- terna de cada uma das bobinas 12 tem uma superfície que é substan- cialmente paralela ao eixo de rotação. Os recessos 2206 formam uma característica complementar para receber esta porção externa das bo- binas. Desta forma, a transferência de calor entre as bobinas 12 e a carcaça de estator 2200 é aprimorada. Além disso, a transferência de torque e a rigidez da conexão entre as bobinas 12 e o estator são aprimoradas.

[00311] As bobinas 12 do estator são encerradas dentro de um composto de encapsulamento que tem uma alta capacidade de trans- ferência de calor para promover a transferência de energia térmica efi- ciente a partir das bobinas 12 do estator. Além disso, uma pasta térmi- ca ou composto de transferência de calor pode ser colocado entre a seção plana de cada uma das bobinas 12 e a face interna da carcaça extrudada para aumentar ainda mais a capacidade de transferência de calor.

[00312] Conforme pode ser visto, a seção transversal de cada re-

cesso, perpendicular ao eixo de rotação da máquina elétrica de fluxo axial, é alongada, a dimensão principal de cada recesso alongado se estendendo substancialmente na direção radial da máquina elétrica de fluxo axial. Neste exemplo, cada recesso alongado tem uma relação entre eixos de cerca de 8.

[00313] A carcaça de estator 2200 também compreende um anel anular 2208 configurado para formar um canal anular 2210 adjacente à superfície externa circunferencial da carcaça de estator. A carcaça de estator 2200 compreende um espaçador 2212 configurado para dividir o canal anular. O espaçador 2212 se estende a partir de uma primeira extremidade axial da dita carcaça de estator até uma segunda extre- midade axial da dita carcaça de estator. O espaçador 2212 posiciona o anel anular 2208 em relação à superfície externa da carcaça de esta- tor para formar o canal anular 2210 e divide o canal anular de modo a formar um formato de C.

[00314] O espaçador 2212 compreende uma fenda formada sobre a superfície externa do corpo tubular e uma chaveta formada sobre a superfície interna do anel anular 2208. A fenda e a chaveta engatam para acoplar mecanicamente o estator ao anel anular. O anel anular compreende uma entrada de fluido de resfriamento (não mostrada) localizada adjacente a um primeiro lado do dito espaçador e uma saí- da de fluido de resfriamento (não mostrada) localizada adjacente a um segundo lado do dito espaçador, a entrada e a saída estando em co- municação fluídica com o canal anular.

[00315] As extremidades axiais da carcaça de estator 2200, o anel anular 2208 e o canal anular 2210 são vedados e mecanicamente acoplados por placas terminais (não mostradas) que também alojam rolamentos para receber o eixo da máquina elétrica. Os recessos po- dem estar localizados nas placas terminais para receber as faces ter- minais da carcaça de estator e do anel anular. As placas terminais são acopladas à carcaça de estator usando dispositivos de fixação, tais como parafusos, que engatam, por exemplo, com orifícios roscados

2211.

[00316] Conforme pode ser visto, o corpo tubular da carcaça de es- tator compreende saliências dentro das quais os orifícios roscados 2211 são formados. Como tal, o anel anular 2208 é moldado de modo que o canal anular 2210 tenha substancialmente a mesma largura ao longo de seu comprimento circunferencial. No entanto, a largura dimi- nui adjacente às saliências que compreendem os orifícios roscados, o que pode melhorar o fluxo de fluido através do canal. A forma do anel anular 2208 é, portanto, ondulada ou ascendente.

[00317] Este exemplo da carcaça de estator pode ser acoplado a um sistema de resfriamento conforme descrito acima e, como será agora reconhecido, o espaçador divide o canal anular de modo que o fluxo de fluido de resfriamento prossiga circunferencialmente em torno do canal anular.

[00318] No exemplo mostrado na Figura 22, a carcaça de estator 2200 é formada por meio de extrusão. A fim de melhorar a vida útil da ferramenta de extrusão, a espessura mínima de qualquer elemento das ferramentas é maximizada ao formar os recessos 2206 em dois estágios. Um primeiro conjunto de saliências 2214, ou dedos, é forma- do integralmente com o corpo tubular principal da carcaça de estator. Um segundo conjunto de dedos 2216 é formado separadamente, tam- bém por extrusão e, em seguida, mecanicamente acoplado à carcaça de estator 2200. Os dedos 2216 compreendem uma fenda 2218 confi- gurada para engatar com uma chave correspondente 2220 formada integralmente sobre a superfície interna 2202 da carcaça de estator

2200.

[00319] Conforme pode ser visto, a espessura da parede do corpo tubular da carcaça de estator é similar à espessura da parede dos de-

dos 2214, o que também melhora a capacidade de fabricação da car- caça de estator por meio de extrusão.

[00320] Uma carcaça de estator 2300 alternativa é mostrada na Fi- gura 23. As características da carcaça de estator 2300 são as mesmas que a carcaça de estator 2200, exceto que os recessos 2302 são for- mados de uma maneira diferente.

[00321] Neste exemplo, os recessos 2302 são novamente formados por um primeiro conjunto de saliências 2304, ou dedos, formados inte- gralmente com o corpo tubular 2306 da carcaça de estator. Novamen- te, um segundo conjunto de saliências 2308, ou dedos, são formados separadamente e subsequentemente acoplados mecanicamente à carcaça de estator. Neste exemplo, os dedos 2308 compreendem uma chave 2310 configurada para engatar com uma fenda 2312 correspon- dente localizada sobre a superfície interna da carcaça de estator.

[00322] Alternativamente ao uso de extrusão, a carcaça de estator pode ser formada pelo empilhamento de uma pluralidade de placas estampadas. As placas estampadas podem ser mecanicamente aco- pladas entre si ou podem ser soldadas ou unidas através de brasa- gem juntas, ou uma combinação das mesmas.

[00323] É descrita acima uma série de modalidades com várias ca- racterísticas opcionais. Deve ser reconhecido que, exceto quanto a quaisquer características mutuamente exclusivas, qualquer combina- ção de uma ou mais das características opcionais é possível.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Carcaça de estator para uma máquina elétrica de fluxo axial, caracterizada pelo fato de que a carcaça é tubular e de formato substancialmente cilíndrico, a superfície interna da carcaça compreen- dendo uma pluralidade de recessos, cada recesso configurado para receber uma parte externa de uma bobina condutora de um estator de uma máquina elétrica de fluxo axial.

2. Carcaça de estator, de acordo com a reivindicação 1, ca- racterizada pelo fato de que a seção transversal de cada recesso, per- pendicular ao eixo de rotação da máquina elétrica de fluxo axial, é alongada, a dimensão principal de cada recesso alongado se esten- dendo substancialmente na direção radial da máquina elétrica de fluxo axial.

3. Carcaça de estator, de acordo com a reivindicação 2, ca- racterizada pelo fato de que cada recesso alongado tem uma relação entre eixos entre cerca de 5 e cerca de 15.

4. Carcaça de estator, de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3, caracterizada pelo fato de que as paredes laterais de cada re- cesso são substancialmente paralelas ao eixo de rotação da máquina elétrica de fluxo axial.

5. Carcaça de estator, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que a distância circun- ferencial entre recessos adjacentes é entre cerca de 1 vez e cerca de 3 vezes a largura de cada recesso.

6. Carcaça de estator, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que compreen- de ainda um anel anular configurado para formar um canal anular ad- jacente à superfície externa circunferencial da dita carcaça de estator.

7. Carcaça de estator, de acordo com a reivindicação 6, ca- racterizada pelo fato de que compreende ainda um espaçador configu-

rado para dividir o dito canal anular, o espaçador se estendendo a par- tir de uma primeira extremidade axial da dita carcaça de estator até uma segunda extremidade axial da dita carcaça de estator.

8. Carcaça de estator, de acordo com a reivindicação 7, ca- racterizada pelo fato de que o dito espaçador acopla mecanicamente a dita carcaça de estator ao dito anel anular.

9. Carcaça de estator, de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizada pelo fato de que o dito anel anular compreende uma entrada de fluido de resfriamento localizada adjacente a um primeiro lado do dito espaçador e uma saída de fluido de resfriamento localiza- da adjacente a um segundo lado do dito espaçador, a entrada e a saí- da estando em comunicação fluídica com o canal anular.

10. Carcaça de estator, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que a dita car- caça é formada por meio de extrusão.

11. Carcaça de estator, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que a pluralidade de recessos é formada a partir de um primeiro conjunto de saliências que se estendem a partir da superfície interna da carcaça de estator e um segundo conjunto de saliências que se estendem a partir da superfície interna da carcaça de estator, em que o primeiro conjunto de saliências é formado inte- gralmente com a dita carcaça de estator e o segundo conjunto de sali- ências é formado separadamente e posicionado dentro da dita carcaça de estator.

12. Carcaça de estator, de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que o dito segundo conjunto de saliências está mecanicamente conectado à dita carcaça de estator.

13. Carcaça de estator, de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizada pelo fato de que o dito primeiro conjunto de sali- ências está entrelaçado com o dito segundo conjunto de saliências.

14. Carcaça de estator, de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de que o dito primeiro conjunto de saliências é entrelaçado com o dito segundo conjunto de saliências de modo que cada saliência do primeiro conjunto de saliências seja adjacente a uma saliência do segundo conjunto de saliências.

15. Carcaça de estator, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 14, caracterizada pelo fato de que cada uma den- tre o segundo conjunto de saliências compreende uma chave configu- rada para engatar com uma fenda correspondente formada sobre a superfície interna da carcaça de estator extrudada para conectar me- canicamente cada saliência à mesma.

16. Carcaça de estator, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 14, caracterizada pelo fato de que cada uma den- tre o segundo conjunto de saliências compreende uma fenda configu- rada para engatar com uma chaveta correspondente formada sobre a superfície interna da carcaça de estator extrudada para conectar me- canicamente cada saliência à mesma.

17. Carcaça de estator, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 16, caracterizada pelo fato de que a carcaça de estator é extrudada como uma peça única.

18. Carcaça de estator, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 16, caracterizada pelo fato de que a carcaça de estator é formada por uma pluralidade de segmentos extrudados de intertravamento circunferencial.

19. Carcaça de estator, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 18, quando dependente de qualquer uma das rei- vindicações 6 a 9, caracterizada pelo fato de que o dito anel anular é formado por meio de extrusão.

20. Carcaça de estator, de acordo com a reivindicação 19, quando dependente de qualquer uma das reivindicações 7 a 9, carac-

terizada pelo fato de que o dito espaçador é formado por uma fenda e chaveta, a fenda sendo formada sobre uma de uma superfície interna do dito anel anular e a superfície externa da dita carcaça de estator, a chaveta sendo formada sobre a outra superfície interna do dito anel anular e a superfície externa da dita carcaça de estator.