WO2022187927A1 - Bobina elétrica e processo de fabricação de bobina elétrica - Google Patents

Bobina elétrica e processo de fabricação de bobina elétrica Download PDF

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WO2022187927A1
WO2022187927A1 PCT/BR2022/050085 BR2022050085W WO2022187927A1 WO 2022187927 A1 WO2022187927 A1 WO 2022187927A1 BR 2022050085 W BR2022050085 W BR 2022050085W WO 2022187927 A1 WO2022187927 A1 WO 2022187927A1
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electrical
coil
parallel
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PCT/BR2022/050085
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Danusa DO CARMO
Lucas Henrique FRANCISCO
Marcos Antônio DA SILVA ELEOTÉRIO
Narcizo MARQUES DE SOUZA NETO
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Cnpem - Centro Nacional De Pesquisa Em Energia E Materiais
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    • Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Definitions

  • the present invention describes an electrical coil comprising a plurality of layers connected in parallel by electrically conductive means, the electrical coil being manufactured by an electrical coil manufacturing process.
  • the present invention is in the fields of electrical engineering and power engineering.
  • electromagnets or coils
  • wires or ribbons in the form of layers connected in series, through which electric currents circulate producing magnetic fields. Based on their electrical resistance and dissipated power, the coils can be classified as resistive or superconducting.
  • Resistive coils are made from conductive metals such as copper. These materials have non-zero resistivity. As the resistance depends on the cross-sectional area of the wire and its length, that is, the longer and thinner the wire, the greater the electrical resistance, the series connection between the layers causes the total resistance of the coil to be high. This results in limitations for its use, as the greater the electrical resistance, the greater the power dissipated. As the magnetic field produced is as large as the current applied, this type of coil for applying continuous fields for long periods is usually limited to low fields (up to ⁇ 3 T), as high currents required to generate high fields are hampered. by the coil resistance. Coils of this type are usually water cooled. They also have a quick response to the application of electric current, allowing, for example, a quick reversal of the magnetic field.
  • the superconducting coils are made from superconducting materials (such as NbTi and Nb3Sn), which have zero electrical resistivity. Therefore, the coils have extremely low electrical resistance (limited to circuit characteristics such as the resistance of electrical contacts) regardless of the length of wire used. This very low resistance allows the use of high currents with low heat dissipation that can be maintained (after initial charging) with low or no electrical input power. This allows the use of superconducting coils to generate high fields (on the order of 10 T) that can be kept on continuously for a long time.
  • superconducting materials such as NbTi and Nb3Sn
  • Document JP6347303B1 discloses a coil solution, aiming to reduce DC resistance (direct current) and, at the same time, withstand voltage between terminals, which can be applied as a common mode filter or a transformer.
  • Said coil includes a core disposed between two flanges, each flange being provided with two terminal electrodes. Additionally, the coil is composed of four wires arranged on the core in the form of windings, with the ends of the wires being connected to the electrodes, in order to reduce the DC resistance of the coil by connecting in parallel.
  • the wires are wound side by side and continuously from flange to flange.
  • the parallel connection of the wires, two by two, is carried out by the electrodes, with a first wire being connected to an upper region of a flange, while a second wire is connected to a lower region of the same flange.
  • the first and second wires considering wires as layers of the coil at the same radial distance from the central axis of the core, are connected in parallel to the same electrode of each flange.
  • document JP6347303B1 differs from the present invention in that it does not perform the parallelization of a considerable amount of layers of wires wound on top of each other.
  • the solution of the document JP6347303B1 does not allow the layers to be at different distances from the central axis of the coil and, therefore, not obtaining a resistance and current gradient in the radial direction of the coil.
  • the present invention allows all layers of wire to be connected to two electrodes, one electrode at each end of the coil.
  • Document CN204407125U discloses an inductor solution to reduce parallel capacitance, aiming to increase the high frequency response filtering capacity.
  • the solution proposes an inductor structure composed of a cylindrical core with two flanges at the ends of the core, in addition to three electrodes on each flange arranged in an upper region of the flange. Additionally, the structure is provided with two coils with at least two wires in each coil, the wires being wound around the cylindrical core.
  • the first coil consists of two wires wound side by side, forming a single layer coil.
  • the second coil is also composed of two wires wound side by side and its winding is superimposed on the first coil, partially covering it.
  • the solution in document CN204407125U also allows a model in which the two coils, composed of two wires each, can be wound around the central axis of the core, with each coil occupying half of the central axis of the core.
  • the document CN204407125U highlights the fabrication of the disclosed inductor that allows a plurality of superimposed wires along the cylindrical core and connected in different electrodes.
  • the inductor needs electrodes for connections, in order to add components to the solution, in addition to limiting the spatial arrangement of connection of the wires to the electrodes.
  • the solution in document CN204407125U does not reveal parallel connection of the wires.
  • document CN204407125U does not present a considerable amount of yarn layers wound radially on top of each other, differing from the present invention.
  • the inductor wires of document CN204407125U are connected to different electrodes, which differs from the present invention in which all wire layers are connected to two electrodes, one electrode at each end of the coil.
  • Document CN108123551A discloses a coil solution for wireless charging by means of two or more layers connected in parallel along a coil axis.
  • the solution coil is composed of layers of flat coils, each layer having a concentric and continuous winding of wire (turns in series), occupying a planar region.
  • each layer has winding width variation, increasing from the inside to the outside, so that the total coil impedance can be reduced, thus reducing energy dissipation for wireless charging.
  • the coil of document CN 108123551 A discloses the parallel connection of the layers by means of the two innermost and outermost windings of each layer (or flat coil). However, the windings of each layer of the solution are limited to a planar arrangement.
  • each layer refers to each of these coil planes which are then connected in parallel, which differs from the present invention in that each layer refers to radially distributed turns of wire. Therefore, the solution of document CN 108123551 A does not have radial layers connected in parallel.
  • the document CN204315360U reveals a solution of an inductor structure, which aims to reduce the equivalent parallel capacitance.
  • the solution structure is composed of an I-shaped core with two flanges adjacent to its ends.
  • the inductor has two coils, each with two layers of continuously wound wire.
  • Each wire end is connected to a different terminal (four terminals for the two coils), and these terminals are arranged on the frame flanges (two terminals on each flange).
  • the structure allows the layers to be stacked (side by side towards the core axis) being wound around the core, in an intercalated way, and connected to the terminals by means of an extension wire, inhibiting the overlapping of layers.
  • the solution in document CN204315360U does not have a parallel connection between the two layers of each coil that makes up the inductor structure.
  • the present invention aims to solve the problems of the state of the art from an electric coil provided with layers connected in parallel through a conductive medium, which allows a spatial arrangement and the connection in parallel between layers , resulting in low total electrical resistance and coil inductance.
  • the electric coil of the invention provides less energy dissipation when compared to conventional resistive coils, allowing the application of a magnetic field with lower energy consumption, even in ambient conditions.
  • the present invention enables the construction of coils that based on stacking layers of conductor (resistive) wires connected in parallel.
  • non-superconducting metallic wires such as enameled copper wires
  • a lower power dissipation is obtained, that is, with less heating production in the system.
  • the parallel bonded coils of the present invention have magnetic field response times to input current equivalent to non-superconducting serial bonded coils.
  • the model of the present invention of coil with parallel connections presents intermediate electrical resistance between traditional resistive and superconducting coils.
  • Coils with parallel connections demand less input power and dissipate less heat, being able to overcome the field limitations of traditional resistive coils, without the need for cryogenic cooling and additional time for the magnetic field inversion, being these disadvantages of superconducting coils.
  • the present invention presents an electric coil that comprises a plurality of layers (N) connected in parallel, in which the connection in parallel is carried out by means of at least one electrically conductive means (X).
  • the present invention presents an electric coil manufacturing process, the coil comprising a plurality of layers (N) connected in parallel by at least one electrically conducting means (X), the process comprising the steps of associating a continuous electrically conductive wire (W) to a first mechanical structure (h1) and winding the continuous electrically conducting wire (W) to a second mechanical structure (h2), forming a layer (N); formation of end points (PE) of the layers (N) from the association of the continuous electrical conductor wire (W) with the electrically conducting means (X), where the electrically conducting means (X) are arranged so as to mechanically interact with the first mechanical structure (h1) and the second mechanical structure (h2); and electrical parallelization of the plurality of layers (N) from electrical interconnection between common endpoints (PC) of each layer (N).
  • electrically conducting means X
  • the set of figures 1 shows a perspective view of one of the possible embodiments of the electric coil of the present invention.
  • Figure 1a shows a highlight to the plurality of layers (N) connected in parallel by means of electrical conductors (X), with each layer (N) comprising two end points (PE) anchored in the first mechanical structure (h1 ) and in the second mechanical structure (h2).
  • Figure 1b shows a highlight of the common endpoints (PC) anchored in the first mechanical structure (h1) to be connected to the electrically conductive medium (X).
  • Figure 2 shows a side view of the embodiment of the set of figures 1 with emphasis on the side plate (A) and the electrical conductive means (X1) being pressed against the first mechanical structure (h1) through the set of blocks of insulating material (Y1).
  • Figure 3 shows the DD cross-section, indicated in figure 2, highlighting the plurality of layers (N) around the central axis (C), so that the endpoints (PE) are external to the region between the dishes sides (A and B) and are connected to the electrically conducting means (X), in turn, the electrically conducting means are pressed by the sets of insulating material blocks (Y1 and Y2).
  • Figure 4 shows the concept of coil with connections in parallel, where the current direction is represented by arrows.
  • the set of figures 5 shows the exemplification of the electric coil manufacturing process of the invention.
  • Figure 5a highlights the continuous electrical conductor wire (W) running around the first mechanical structure (h1).
  • Figure 5b shows a winding of the continuous electrical conductor wire (W) along the central axis (C) in the longitudinal direction from the first mechanical structure (h1) to the second mechanical structure (h2) in the clockwise direction (CW), considering an observer to the left of the central axis (C).
  • Figure 5c highlights the continuous electrical conductor wire (W) running in a loop around the second mechanical structure (h2) forming a layer (N) of the plurality of layers (N) connected in parallel.
  • Figure 5d shows a winding of the continuous electrical conductor wire (W) along the central axis (C) in the longitudinal direction from the second mechanical structure (h2) to the first mechanical structure (h1) in a counterclockwise direction (CCW ), considering an observer to the left of the central axis (C), to form a layer (N) of the plurality of layers (N) connected in parallel.
  • Figure 6 which shows a concept of the state of the art, presents layers (N) with series connections, where the current direction is represented by arrows.
  • Electric coils generate magnetic fields at the same time, that dissipate energy due to the total electrical resistance of the coil.
  • the present invention allows the application of the concept of associations in parallel in electrical circuits for the layers (N) of the coil, resulting in the reduction of the total electrical resistance as well as the inductance of the coil.
  • the layers (N) associated in parallel are subjected to the same electric potential difference between two poles.
  • the present invention presents an electric coil that comprises a plurality of layers (N) connected in parallel, in which the connection in parallel is carried out by means of at least one electrically conductive means (X).
  • the electrical coil of the invention has two electrically conducting means (X) corresponding to the two poles that apply the potential difference across the layers (N).
  • the electrically conductive medium (X) is provided with high electrical conductance that allows the free passage of electrical current between the layers (N) of the plurality of layers (N) connected in parallel.
  • the electrically conductive means (X) is an electrically conductive wire or a metal rod.
  • the plurality of layers (N) of the invention is formed by a continuous electrically conducting wire (W), with the continuous electrically conducting wire (W) being wound around a central axis (C).
  • the layers (N) are arranged around the central axis (C) which may or may not be perforated depending on the desired application (respectively, generate magnetic field inside the electric coil, where the hollow central axis is the chamber where the field strength magnetic field is maximum or generate magnetic field outside the coil, where a massive central axis is a magnetic core).
  • the central axis (C) is cylindrical.
  • the central axis (C) is a disk.
  • the present invention describes the electric coil, as being an arrangement of wire wound solenoids, with each solenoid, corresponding to a layer (N) of the electric coil, being wound over the previous solenoid.
  • the electric coil of the invention is formed in layers connected in parallel. That is, the N layers (N) of the coil are connected in parallel between two poles, forming an arrangement of layers (N), where each layer (N) is formed by M windings around the central axis (C). In one embodiment, each winding is formed by turns of the same diameter connected in series in the longitudinal direction of the central axis (C).
  • the electric current is gradually distributed from a greater intensity in the layer (N) more to a lower intensity in the outermost (N) layer, so that the magnitude of the magnetic fields generated by the coil is stronger in the innermost (N) layers than in the outermost (N) layers. From this, there is a greater concentration of field lines in the center of the electric coil, contributing to the reduction of the inductance presented by the coil.
  • each layer (N) of the plurality of layers (N) connected in parallel comprises at least two endpoints (PE), each endpoint (PE) of the layer (N) being connected to a conductive medium electric (X).
  • the coil comprises two electrically conducting means (X)
  • the electrically conducting means (X) are arranged opposite each other, each of the electrically conducting means (X) being connected to one of the endpoints. (PE) of the layers (N).
  • the end points (PE) of the layers (N) are formed from the association of the continuous electrical conductor wire (W) with the electrical conductor means (X). Additionally, said endpoints (PE) of a layer (N) are electrically connected with endpoints (PE) of the other layers (N) of the plurality of layers (N), forming common endpoints (PC) between the layers (N).
  • the common endpoints (PC) are formed from the connection with the same electrically conducting medium (X), forming sets of common endpoints (PC) in proportion to the amount of electrically conducting media (X).
  • the electrical coil of the invention comprises two sets of common endpoints (PC) that receive the potential difference from the electrically conductive means (X).
  • a set of common endpoints (PC) forms one of the poles of the electric coil and, similarly, another set of common endpoints (PC) forms another pole of the electric coil. Therefore, when an electric voltage is applied between the two poles of the electric coil, a current flows through the electric coil, so that the electric current introduced in one of the poles is divided between the layers (N) and gathered again in the other pole. Therefore, the layers (N) of the plurality of layers (N) connected in parallel are linked together in a parallel scheme, the layers (N) being subjected to the same electrical potential difference. Due to the parallel scheme, the division of current between the layers (N) happens in such a way that the layers (N) more internal, with lower resistance, receive a greater current, while the layers (N) more external, with greater resistance, receive a greater current. smaller current.
  • the common endpoints (PC), being from the same set of common endpoints (PC), are directly connected to each other, that is, in direct contact, for the purposes of the present invention, the common endpoints (PC) are short-circuited.
  • the coil of the invention comprises mechanical structures arranged opposite to the central axis (C), in which the mechanical structures mechanically interact with the electrically conducting means (X).
  • the electrically conductive means (X) are pressed against the mechanical structures by means of sets of insulating material blocks (Y1 and Y2).
  • layers (N) of the plurality of layers (N) connected in parallel are stacked on top of the mechanical structures.
  • the mechanical structure is any mechanical component capable of mechanically interacting and being positioned in the regions or proximities of the electrically conductive means (X), in order to allow the electrical contact between the electrically conductive means (X) and the layers (N).
  • the mechanical structure can be a rod, heat shrink, terminal connectors, etc.
  • the mechanical structures are rods, these being mentioned throughout the description of the invention, but without restriction to the concept thereof.
  • the endpoints (PE) of the layers (N) are anchored to the rods.
  • one set of common endpoints (PC) is anchored to a first rod (h1) and another set of common endpoints (PC) is anchored to a second rod (h2).
  • the endpoints (PE) comprise a region of electrical contact, and the electrically conductive medium (X) is arranged in contact with the electrical contact region of the endpoints (PE).
  • the electrical conductive medium (X) being of low electrical resistance in relation to the electrical resistance of the coil, allows the parallel scheme, with the layers (N) subjected to the same electrical potential difference.
  • each layer (N) of the plurality of layers (N) connected in parallel comprises a loop of continuous electrical conductor wire (W) on each rod, so that the endpoints (PE) pass through the region of electrical contact.
  • the electrical coil of the invention receives a wear of part of the continuous electrical conductor wire (W), removing an electrical insulation from the continuous electrical conductor wire (W) that passes through the electrical contact region, where the electrical conductors are located. endpoints (PE).
  • the electrically conductive means (X) is positioned over the frayed portion of the continuous electrically conductive wire (W), connecting layers (N) of the plurality of layers (N) connected in parallel through common endpoints ( PRA ⁇ A).
  • the present invention presents a process for manufacturing an electric coil, the coil comprising a plurality of layers (N) connected in parallel through at least one electrically conductive means (X), the process comprising the steps of associating a continuous electrically conductive wire (W) to a first mechanical structure (h1) and winding the continuous electrically conducting wire (W) to a second mechanical structure (h2), forming a layer (N); formation of end points (PE) of the layers (N) from the association of the continuous electrical conductor wire (W) with the electrical conductive means (X), in which the electrical conductive means (X) are arranged so as to mechanically interact with the first mechanical structure (h1) and the second mechanical structure (h2); and electrical parallelization of the plurality of layers (N) from electrical interconnection between common endpoints (PC) of each layer (N).
  • a process for manufacturing an electric coil comprising a plurality of layers (N) connected in parallel through at least one electrically conductive means (X)
  • the process comprising the steps of associating a continuous
  • the plurality of parallel-connected layers (N) of the invention are formed by the continuous electrically conductive wire (W) being wound around a central axis (C).
  • the central axis (C) is cylindrical of length L and diameter d int.
  • the ends of the central axis (C) are adjacent to the first rod (h1) and the second rod (h2), so that the first rod (h1) is positioned at one end of the central axis (C ) and the second rod (h2) is positioned at the other end of the central axis (C), the first rod (h1) and the second rod (h2) being arranged opposite each other, perpendicularly to the central axis (C).
  • the step of associating the continuous electrical conductor wire (W) to the first rod (h1) and to the second rod (h2) comprises a turn of the continuous electrical conductor wire (W) around the first rod (h1) and a loop of the continuous electrically conducting wire (W) around the second rod (h2), so that the layers (N) of the plurality of connected layers (N) are stacked between the first rod (h1) and the second rod (h2) ).
  • the stacking of layers (N) comprises overlapping windings.
  • the winding of the continuous electrical conductor wire (W) comprises longitudinal directions of windings interspersed between the layers (N), in which the longitudinal direction of the winding of a layer (N) is opposite to the longitudinal direction of the winding of the layer. next layer (N).
  • the continuous electrical conductor wire (W) is wound along the length L of the central axis (C) forming the plurality of layers (N).
  • the continuous electrically conducting wire (W) is wound from the first rod (h1) to the second rod (h2) in a longitudinal direction, and returns in an opposite longitudinal direction from the second rod (h2) to the first rod ( h1 ).
  • the winding of the continuous electrical conductor wire (W) comprises radial directions of interleaved windings, between clockwise (CW) and counterclockwise (CCW), from one layer (N) to the next layer (N), being considered the same reference.
  • the first rod (h1) is distinguished from the second rod (h2) in the radial direction of winding.
  • the clockwise (CW) winding starts from the first rod (h1), while the counterclockwise (CCW) winding starts from the second rod (h2).
  • the step of associating and winding the continuous electrical conductor wire (W) comprises a cycle in which the continuous electrical conductor wire (W) travels around the first rod (h1) and, in then it is rolled along the central axis (C) in a radial clockwise direction (CW) until it reaches the second rod (h2), forming a layer (N). Still in this cycle, the continuous electrical conductor wire (W) travels around the second rod (h2) and is then wound in a longitudinal direction opposite to that of the previous layer (N) along the central axis (C). in a counterclockwise radial direction (CCW), until it reaches the first rod (h1 ).
  • the cycle is repeated to form the plurality of layers (N), which starts the winding from the diameter d int of the central axis (C) to an external diameter d ext of the electric coil, considering the diameter d fi0 of the wire. continuous electrical conductor (W) and that the first rod (h1) and second rod (h2) are distanced by the length L from the central axis (C).
  • each layer (N) in one embodiment, are turns of the same diameter connected in series. Said diameter increases from one layer (N) to the next layer (N), therefore, the electrical resistance of each layer (N) increases from the diameter d int of the central axis (C) to the external diameter d ext of the electrical coil . With this, the electric current is gradually distributed from a higher intensity in the innermost layer (N) to a lower intensity in the outermost layer (N), so that the magnitude of the magnetic fields generated by the The coil is more intense in the innermost (N) layers than in the outermost (N) layers.
  • the continuous electrically conductive wire (W) is made of seamless and insulating material along its surface.
  • the electric coil comprises a spool formed by the central axis (C), which is the coil winding axis, whose ends are connected to side plates (A and B).
  • Each side plate comprises two slits orthogonal to the central axis (C) that form the first rod (h1 ) and the second rod (h2), so that the continuous electrical conductor wire (W) runs around the turns in the first rod (h1 ) and on the second rod (h2) independently of the winding of the continuous electrical conductor wire (W) along the central axis (C).
  • the cycle described above is repeated until the desired external diameter d ext of the coil (which increases with the number of cycles) is reached.
  • the first and second rods (h1 and h2) of each of the side plates (A and B) comprise stacked turns of the continuous electrical conductor wire (W) corresponding to the layers (N) of the plurality of layers (N ) connected in parallel. Additionally, each turn comprises a continuation of the continuous electrical conductor wire (W) external to the region between the side plates (A and B).
  • each layer (N) of the plurality of layers (N) connected in parallel comprises at least two endpoints (PE) associated with the segments of the continuous electrical conductor wire (W).
  • the step of forming the endpoints (PE) of the layers (N) comprises the association of the segments of the continuous electrical conductor wire
  • each of the electrically conducting means (X) being connected to one of the endpoints (PE) of the layers (N).
  • the insulating material from the surface of these segments of the continuous electrical conductor wire (W) is removed, exposing the material conductor of the continuous electrical conductor wire (W). Such exposure allows electrical contact between the endpoints (PE), so that the endpoints (PE) are common when connected to the same electrically conducting medium (X), forming a set of common endpoints (PC) connected to each electrically conducting medium (X).
  • the electrical parallelization step of the plurality of layers (N) comprises electrical interconnection between common endpoints (PC) of each layer (N).
  • the endpoints (PE) are common when connected to the same electrically conductive medium (X), forming sets of common endpoints (PC) in proportion to the amount of electrically conductive media (X) ).
  • the electrical coil of the invention comprises two sets of common endpoints (PC) that receive a potential difference from the electrically conducting means (X).
  • the endpoints (PE) and common endpoints (PC) are coincident.
  • the electrically conducting means (X) are held in position pressed against the first and second rods (h1 and h2) by two sets of insulating material blocks (Y1 and Y2), which in turn are fixed by fixing sets (S1 and S2) that connect them to the body of the side plates (A and B).
  • the endpoints (PE) are formed in contact with the electrically conducting means (X), with a set of common endpoints (PC) stacked on the first rod (h1) and connected to one of the two conducting means. electrical (X); and another set of common endpoints (PC) stacked on the second rod (h2) and connected to the other electrically conducting medium (X).
  • the electrical coils developed in the present invention have low electrical resistance and have less energy dissipation when compared to conventional resistive coils, allowing the application of magnetic field with lower energy consumption. These advantages can be obtained by dispensing with the use of high-cost cryogenic liquids, such as liquid helium used in the cooling of superconducting coils. In this way, using the concept of parallelism, it is possible to achieve higher magnetic fields using resistive coils operating at room temperature. Therefore, the main benefit with the present invention of coils using parallel connections between layers (N) is the generation of magnetic fields with greater efficiency.
  • the electrical coil of the example comprises layers (N) formed by a continuous electrical conductor wire (W) with dimensions proportional to the geometric parameters of the coil.
  • the continuous electrical conductor wire (W) of diameter dfi0 forms windings, corresponding to the length L of the coil.
  • the layers (N) are stacked from the inner diameter to the outer diameter of the coil.
  • the layers (N) are connected in parallel, under the same electric potential, as illustrated in the three-layer parallel scheme (N) in Figure 4.
  • the plurality of layers (N) of the electrical coil of the example comprises twenty-four layers (N) connected in parallel by means of two electrically conducting means (X) as shown in figure 1 a.
  • the electrical coil of the example comprises a wear on the surface electrical insulation of the continuous electrical conductor wire (W), on the first rod (h1) and on the second rod (h2), caused so that the surface without electrical insulation is in contact with the electrical conductive means (X), forming end points (PE) of the continuous electrical conductor wire (W).
  • This action allows the layers (N) of the coil to create common contact points with each other, that is, common endpoints (PC) for generating the parallel association, achieved by the present invention as shown in figure 1 b.
  • the coil of the example comprises two blocks of insulating material (Y1 and Y2) positioned in order to press the electrical conductor means (X) towards the side plates (A and B), as shown in figure 2 being a side view of the coil, highlighting the block of insulating material (Y1) pressing the electrically conducting medium (X) towards the side plate (A), more specifically in the region of the first rod (h1).
  • the coil allows the occurrence of contact between the electrically conducting means (X) and the surface of the continuous electrical conductor wire (W) without electrical insulation. That is, the segments of continuous electrical conductor wire (W) without electrical insulation, which are wound and stacked on the first rod (h1) and the second rod (h2), form the endpoints (PE), as shown in the figure.
  • the common endpoints (PC) are formed, stacked on the same rod, either on the first rod (h1) or on the second rod (h2). Furthermore, the two blocks of insulating material (Y1 and Y2) are fixed by two fixing assemblies (S1 and S2) that connect them to the body of the side plates (A and B).
  • the fastening sets (S1 and S2) are screws and the material of the insulating material blocks (Y1 and Y2) is Teflon.
  • the preferred process of manufacturing the electric coil of the example comprises windings of a plurality of layers (N) connected in parallel around a central axis (C ) cylindrical of length L and diameter d int by means of a continuous electrical conductor wire (W) of diameter d fi0 wound to an external diameter d ext .
  • the ends of the central axis (C) are associated with two side plates (A and B) comprising slots that form a first rod (h1) and a second rod (h2) perpendicular to the central axis (C).
  • the winding of the continuous electrical conductor wire (W) comprises a cycle.
  • the cycle starts with the continuous electrical conductor wire (W) running one turn around the first rod (h1) as shown in figure 5a. Then, the continuous electrical conductor wire (W) is wound along the central axis (C) in a radial clockwise direction (CW) until it reaches the second rod (h2), forming a layer (N), as shown in figure 5b . Still in this cycle, the continuous electrical conductor wire (W) travels around the second rod (h2) as shown in figure 5c.
  • the continuous electrical conductor wire (W) is wound in a longitudinal direction opposite to the previous layer (N) along the central axis (C) in a counterclockwise radial direction (CCW), as shown in figure 5d, until reaching the first stem (h1).
  • the cycle is repeated to form the plurality of layers (N), which starts winding from the diameter d int of the central axis (C) to a desired outer diameter d ext .
  • the manufacturing process of the electric coil of the example comprises the reduction of the total electrical resistance, aiming to reduce the power dissipated by the coil to generate more efficient magnetic fields, considering the electrical resistivity p of the continuous electrical conductor wire (W) and the permeability of free space (vacuum) m 0.
  • the electrical resistances of the coils with parallel connection were from 386 times to 84200 times smaller than the resistances of the corresponding coils with serial connection (that is, comparing coils of the same geometric parameters, but with different connections between layers (N)).
  • the powers necessary to produce a central magnetic field of 100 Gauss (in the center of the inner tube, C) using coils of the same pair were compared.
  • the power needed to generate this field was lower in the coil that used the type of connection of the present invention (in parallel scheme).
  • the coils with the parallel scheme used 85.9% to 14.7% of the power used in the coils with the serial scheme.
  • coils with parallel connection used 55.5% to 29.1% of the power in coils with serial scheme for the same value of central magnetic field produced (100 Gauss). This equates respectively to savings of 44.5% in energy (consumption 1.80 times less) and 70.9% in energy (consumption 3.44 times less).
  • the reduction of the total electrical resistance, the power dissipated by the coil and the concentration of field lines provide the reduction of the inductance of a TT coil.
  • the p coil presented inductance approximately 103 to 105 times lower than the inductance of an o coil, obtaining an inductive time constant between 1 and 10 ms.

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Abstract

A presente invenção descreve uma bobina elétrica provida de camadas conectadas em paralelo e um processo de fabricação da bobina elétrica, visando geração de campos magnéticos de forma mais eficiente. Especificamente, a presente invenção apresenta uma bobina elétrica que compreende uma pluralidade de camadas conectadas em paralelo por meios condutores elétricos, em que cada camada compreende ao menos dois pontos de extremidade para conexão elétrica em paralelo com as demais camadas. A presente invenção se situa nos campos da engenharia elétrica e engenharia de energia.

Description

BOBINA ELÉTRICA E PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE BOBINA
ELÉTRICA
CAMPO DA DESCRIÇÃO
[0001] A presente invenção descreve uma bobina elétrica compreendendo uma pluralidade de camadas conectadas em paralelo por meios condutores elétricos, sendo a bobina elétrica fabricada por um processo de fabricação de bobina elétrica. A presente invenção se situa nos campos da engenharia elétrica e engenharia de energia.
ANTECEDENTES DA DESCRIÇÃO
[0002] Atualmente, eletromagnetos (ou bobinas) comerciais consistem no enrolamento contínuo de fios ou fitas na forma de camadas ligadas em série, através das quais correntes elétricas circulam produzindo campos magnéticos. Mediante sua resistência elétrica e potência dissipada, as bobinas podem ser classificadas como resistivas ou supercondutoras.
[0003] As bobinas resistivas são feitas a partir de metais condutores, como cobre. Esses materiais apresentam resistividade não nula. Como a resistência depende da área da seção transversal do fio e de seu comprimento, ou seja, quanto mais comprido e mais fino for o fio, maior a resistência elétrica, a ligação em série entre as camadas faz com que a resistência total da bobina seja alta. Isso resulta em limitações para o seu uso, pois quanto maior a resistência elétrica, maior é a potência dissipada. Como o campo magnético produzido é tão maior quanto for a corrente aplicada, esse tipo de bobina para a aplicação de campos contínuos por longos períodos é usualmente limitado a baixos campos (até ~ 3 T), pois altas correntes necessárias para gerar altos campos são dificultadas pela resistência da bobina. Bobinas desse tipo são usualmente resfriadas com água. Também apresentam rápida resposta à aplicação de corrente elétrica, permitindo, por exemplo, uma rápida inversão de campo magnético.
[0004] As bobinas supercondutoras, por sua vez, são feitas a partir de materiais supercondutores (como o NbTi e Nb3Sn), os quais apresentam resistividade elétrica nula. Portanto, as bobinas possuem resistência elétrica extremamente baixa (limitada a características do circuito como a resistência de contatos elétricos) independente do comprimento do fio utilizado. Essa baixíssima resistência permite a utilização de correntes altas com baixa dissipação de calor e que podem ser mantidas (após carregamento inicial) com baixa ou nenhuma potência elétrica de entrada. Isso permite a utilização de bobinas supercondutoras para a geração de altos campos (da ordem de 10 T) e que podem ser mantidos ligados continuamente por um longo período. No entanto, a propriedade de resistividade nula nessas bobinas é alcançada em temperaturas muito baixas, necessitando de resfriamento criogênico com hélio líquido, que é bastante caro e consiste em um recurso não renovável. Além do resfriamento criogênico, outro inconveniente das bobinas supercondutoras é a alta indutância, que juntamente com a baixa resistência implica em uma resposta lenta do campo magnético em relação à corrente aplicada, podendo uma inversão de campo levar em torno de horas.
[0005] O documento JP6347303B1 revela uma solução de bobina, visando reduzir resistência CC (corrente contínua) e, ao mesmo tempo, suportar tensão entre terminais, podendo ser aplicada como um filtro de modo comum ou um transformador. A referida bobina inclui um núcleo disposto entre dois flanges, sendo cada flange dotado de dois eletrodos com terminais. Adicionalmente, a bobina é composta de quatro fios dispostos sobre o núcleo em forma de enrolamentos, sendo que as extremidades dos fios são conectadas aos eletrodos, visando diminuir a resistência CC da bobina por meio da conexão em paralelo. Os fios são enrolados lado a lado e continuamente de um flange a outro. A conexão em paralelo dos fios, dois a dois, é realizada pelos eletrodos, sendo um primeiro fio conectado em uma região superior de um flange, enquanto um segundo fio conectado em uma região inferior do mesmo flange. Assim, o primeiro e segundo fios, considerando fios como camadas da bobina na mesma distância radial em relação ao eixo central do núcleo, são conectados em paralelo ao mesmo eletrodo de cada flange. Com isso, a solução do referido documento JP6347303B1 limita-se com relação ao número de quatro camadas conectadas em paralelo duas a duas, de modo que a conexão em paralelo depende de eletrodos. Dessa forma, o documento JP6347303B1 difere da presente invenção por não realizar a paralelização de uma quantidade considerável de camadas de fios enroladas umas sobre as outras. Com isso, a solução do documento JP6347303B1 não possibilita que as camadas estejam a distâncias diferentes em relação ao eixo central da bobina e, portanto, não obtendo um gradiente de resistência e de corrente na direção radial da bobina. Diferentemente, a presente invenção permite que todas as camadas de fio sejam conectadas a dois eletrodos, um eletrodo em cada extremidade da bobina.
[0006] O documento CN204407125U revela uma solução de indutor para reduzir a capacitância paralela, visando aumentar a capacidade de filtragem de resposta de alta frequência. Para isso, a solução propõe uma estrutura do indutor composta de um núcleo cilíndrico com dois flanges nas extremidades do núcleo, além de três eletrodos em cada flange dispostos em uma região superior do flange. Adicionalmente, a estrutura é dotada de duas bobinas com ao menos dois fios em cada bobina, sendo os fios enrolados em torno do núcleo cilíndrico. A primeira bobina é composta por dois fios enrolados lado a lado, formando uma bobina de única camada. A segunda bobina também é composta por dois fios enrolados lado a lado e seu enrolamento é sobreposto à primeira bobina, cobrindo parcialmente a mesma. A solução do documento CN204407125U também permite um modelo em que as duas bobinas, compostas por dois fios cada, possam ser enroladas em torno do eixo central do núcleo, sendo que cada bobina ocupa metade do eixo central do núcleo. Para isso, o documento CN204407125U destaca a fabricação do indutor revelado que permite uma pluralidade de fios sobrepostos ao longo do núcleo cilíndrico e conectados em diferentes eletrodos. Assim, o indutor necessita de eletrodos para as conexões, de modo a acrescentar componentes à solução, além de limitar a disposição espacial de conexão dos fios aos eletrodos. No entanto, a solução do documento CN204407125U não revela conexão em paralelo dos fios. Ainda, o documento CN204407125U não apresenta uma quantidade considerável de camadas de fios enroladas radialmente umas sobre as outras, diferindo da presente invenção. Também, os fios do indutor do documento CN204407125U são conectados em diferentes eletrodos, o que difere da presente invenção em que todas as camadas de fio são conectadas a dois eletrodos, um eletrodo em cada extremidade da bobina.
[0007] O documento CN108123551A revela uma solução de bobina para carregamento sem fio por meio de duas ou mais camadas conectadas em paralelo ao longo de um eixo da bobina. Para tanto, a bobina da solução é composta por camadas de bobinas planas, sendo cada camada dotada de um enrolamento concêntrico e contínuo de fio (voltas em série), ocupando uma região planar. Adicionalmente, cada camada apresenta variação da largura dos enrolamentos, aumentando de dentro para fora, de modo que a impedância total da bobina possa ser reduzida, reduzindo, assim, a dissipação de energia para o carregamento sem fio. Ainda, a bobina do documento CN 108123551 A revela a conexão em paralelo das camadas por meio de dois enrolamentos mais interno e mais externo de cada camada (ou bobina plana). No entanto, os enrolamentos de cada camada da solução limitam-se a uma disposição planar. Além disso, o termo camada refere-se a cada um desses planos de bobina que são, então, conectados em paralelo, o que difere da presente invenção em que cada camada se refere a voltas de fio distribuídas radialmente. Portanto, a solução do documento CN 108123551 A não apresenta camadas radiais conectadas em paralelo.
[0008] O documento CN204315360U revela uma solução de uma estrutura de indutor, que visa a redução da capacitância paralela equivalente. A estrutura da solução é composta por um núcleo em forma de I com dois flanges adjacentes às suas extremidades. Com isso, o indutor dispõe de duas bobinas, cada uma dotada de duas camadas de fio enrolado continuamente. Cada extremidade de fio é conectada a um terminal diferente (quatro terminais para as duas bobinas), e esses terminais são dispostos sobre os flanges da estrutura (dois terminais em cada flange). Com isso, a estrutura permite o empilhamento das camadas (lado a lado em direção ao eixo do núcleo) sendo enroladas em torno do núcleo, de modo intercalado, e conectadas aos terminais por meio de um fio extensor, inibindo a sobreposição de camadas. No entanto, a solução do documento CN204315360U não apresenta conexão em paralelo entre as duas camadas de cada bobina que compõe a estrutura de indutor.
[0009] Com base nos conhecimentos apresentados, observa-se a necessidade de uma bobina que apresente baixas resistência elétrica total e indutância, visando gerar campos magnéticos com maior eficiência a partir da redução da potência dissipada. Com isso, busca-se dispensar o uso de recursos não-renováveis, como o hélio líquido, para resfriamento criogênico em bobinas supercondutoras, assim, contribuindo para o meio ambiente.
[0010] Assim, do que se depreende da literatura pesquisada, não foram encontrados documentos antecipando ou sugerindo os ensinamentos da presente invenção, de forma que a solução aqui proposta possui novidade e atividade inventiva frente ao estado da técnica.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[0011] Dessa forma, a presente invenção tem por objetivo resolver os problemas do estado da técnica a partir de uma bobina elétrica provida de camadas conectadas em paralelo através de um meio condutor, o que possibilita uma disposição espacial e a conexão em paralelo entre camadas, resultando em baixas resistência elétrica total e indutância da bobina. Com isso, a bobina elétrica da invenção proporciona menor dissipação de energia quando comparadas com as bobinas resistivas convencionais, permitindo a aplicação de campo magnético com menor consumo de energia, inclusive em condições ambientes.
[0012] A presente invenção possibilita a construção de bobinas que se baseiam no empilhamento de camadas de fios condutores (resistivos) ligados em paralelo. Para esse novo tipo de bobina, usam-se fios metálicos não supercondutores (como fios de cobre esmaltados), que por serem arranjados em camadas ligadas em paralelo, resultam em uma resistência elétrica baixa sem a necessidade de resfriamento criogênico. Com essas bobinas, é obtida uma dissipação de potência mais baixa, ou seja, com menor produção de aquecimento no sistema. Dessa forma, o campo magnético é produzido com menos energia e a demanda por resfriamento em relação às bobinas tradicionais com ligações em série feitas com metais não supercondutores diminui. Além disso, as bobinas com ligações paralelas da presente invenção apresentam tempos de resposta do campo magnético em relação à corrente de entrada equivalentes aos das bobinas não supercondutoras com ligação serial.
[0013] O modelo da presente invenção de bobina com ligações paralelas apresenta resistência elétrica intermediária entre bobinas tradicionais resistivas e supercondutoras. As bobinas com conexões em paralelo demandam menor potência de entrada e dissipam menos calor, podendo superar as limitações de campo das bobinas resistivas tradicionais, sem a necessidade de resfriamento criogênico e tempo adicional para a inversão de campo magnético, sendo estas desvantagens das bobinas supercondutoras.
[0014] Em um primeiro objeto, a presente invenção apresenta uma bobina elétrica que compreende uma pluralidade de camadas (N) conectadas em paralelo, em que a conexão em paralelo é realizada por meio de ao menos um meio condutor elétrico (X).
[0015] Em um segundo objeto, a presente invenção apresenta um processo de fabricação de bobina elétrica, sendo que a bobina compreende uma pluralidade de camadas (N) conectadas em paralelo por meio de ao menos um meio condutor elétrico (X), sendo o processo compreendendo as etapas de associação de um fio condutor elétrico contínuo (W) a uma primeira estrutura mecânica (h1) e enrolamento do fio condutor elétrico contínuo (W) até uma segunda estrutura mecânica (h2), formando uma camada (N); formação de pontos de extremidade (PE) das camadas (N) a partir de associação do fio condutor elétrico contínuo (W) com os meios condutores elétricos (X), em que os meios condutores elétricos (X) são dispostos de modo a interagir mecanicamente com a primeira estrutura mecânica (h1) e a segunda estrutura mecânica (h2); e paralelização elétrica da pluralidade de camadas (N) a partir de interligação elétrica entre pontos de extremidade comuns (PC) de cada camada (N).
[0016] Estes e outros objetos da invenção serão imediatamente valorizados pelos versados na arte e pelas empresas com interesses no segmento, e serão descritos em detalhes suficientes para sua reprodução na descrição a seguir.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
[0017] Com o intuito de melhor definir e esclarecer o conteúdo do presente pedido de patente, as seguintes figuras são apresentadas:
[0018] O conjunto de figuras 1 mostra uma vista perspectiva de uma das possíveis concretizações da bobina elétrica da presente invenção.
[0019] A figura 1a mostra um destaque à pluralidade de camadas (N) conectadas em paralelo por meio dos meios condutores elétricos (X), sendo cada camada (N) compreendendo dois pontos de extremidade (PE) ancorados na primeira estrutura mecânica (h1) e na segunda estrutura mecânica (h2).
[0020] A figura 1b mostra um destaque aos pontos de extremidade comuns (PC) ancorados na primeira estrutura mecânica (h1) a serem conectados ao meio condutor elétrico (X).
[0021] A figura 2 mostra uma vista lateral da concretização do conjunto de figuras 1 com destaque ao prato lateral (A) e ao meio condutor elétrico (X1) sendo pressionado contra a primeira estrutura mecânica (h1) por meio do conjunto de blocos de material isolante (Y1).
[0022] A figura 3 mostra o corte transversal D-D, indicado na figura 2, com destaque à pluralidade de camadas (N) em torno do eixo central (C), de modo que os pontos de extremidade (PE) são externos à região entre os pratos laterais (A e B) e são conectados aos meios condutores elétricos (X), por sua vez, os meios condutores elétricos são pressionados pelos conjuntos de blocos de material isolante (Y1 e Y2).
[0023] A figura 4 mostra o conceito de bobina com ligações em paralelo, onde o sentido da corrente é representado pelas setas.
[0024] O conjunto de figuras 5 mostra a exemplificação do processo de fabricação de bobina elétrica da invenção.
[0025] A figura 5a destaca o fio condutor elétrico contínuo (W) percorrendo uma volta em torno da primeira estrutura mecânica (h1).
[0026] A figura 5b mostra um enrolamento do fio condutor elétrico contínuo (W) ao longo do eixo central (C) no sentido longitudinal da primeira estrutura mecânica (h1) para a segunda estrutura mecânica (h2) em sentido horário (CW), considerando um observador à esquerda do eixo central (C).
[0027] A figura 5c destaca o fio condutor elétrico contínuo (W) percorrendo uma volta em torno da segunda estrutura mecânica (h2) formando uma camada (N) da pluralidade de camadas (N) conectadas em paralelo.
[0028] A figura 5d mostra um enrolamento do fio condutor elétrico contínuo (W) ao longo do eixo central (C) no sentido longitudinal da segunda estrutura mecânica (h2) para a primeira estrutura mecânica (h1) em sentido anti-horário (CCW), considerando um observador à esquerda do eixo central (C), para formação de uma camada (N) da pluralidade de camadas (N) conectadas em paralelo.
[0029] A figura 6, que mostra um conceito do estado da técnica, apresenta camadas (N) com ligações em série, onde o sentido da corrente é representado pelas setas.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[0030] As descrições que se seguem são apresentadas a título de exemplo e não limitativas ao escopo da invenção e farão compreender de forma mais clara o objeto do presente pedido de patente.
[0031] Bobinas elétricas geram campos magnéticos, ao mesmo tempo, que dissipam energia devido à resistência elétrica total da bobina. A presente invenção permite a aplicação do conceito de associações em paralelo em circuitos elétricos para as camadas (N) da bobina, resultando na redução da resistência elétrica total bem como da indutância da bobina. Para isso, as camadas (N) associadas em paralelo estão submetidas a uma mesma diferença de potencial elétrico entre dois polos.
[0032] Em um primeiro objeto, a presente invenção apresenta uma bobina elétrica que compreende uma pluralidade de camadas (N) conectadas em paralelo, em que a conexão em paralelo é realizada por meio de ao menos um meio condutor elétrico (X).
[0033] Entende-se pluralidade de camadas (N) conectadas em paralelo como número de camadas (N) empilhadas, sem restringir o número de camadas (N) submetidas a uma mesma diferença de potencial elétrico. Em uma concretização, a bobina elétrica da invenção possui dois meios condutores elétricos (X) correspondendo aos dois polos que aplicam a diferença de potencial nas camadas (N).
[0034] Além disso, para fins da presente invenção, o meio condutor elétrico (X) é dotado de elevada condutância elétrica que permite a livre passagem de corrente elétrica entre as camadas (N) da pluralidade de camadas (N) conectadas em paralelo. Em uma concretização, o meio condutor elétrico (X) é um fio condutor elétrico ou uma haste metálica.
[0035] Assim, a pluralidade de camadas (N) da invenção é formada por um fio condutor elétrico contínuo (W), sendo que o fio condutor elétrico contínuo (W) é enrolado em um eixo central (C). As camadas (N) são dispostas em torno do eixo central (C) que pode ou não ser perfurado dependendo da aplicação desejada (respectivamente, gerar campo magnético dentro da bobina elétrica, em que o eixo central oco é a câmara onde a intensidade de campo magnético é máxima ou gerar campo magnético fora da bobina, em que um eixo central maciço é um núcleo magnético). Em uma concretização, o eixo central (C) é cilíndrico. Em uma concretização, o eixo central (C) é um disco.
[0036] Em uma concretização, a presente invenção descreve a bobina elétrica, como sendo um arranjo de solenoides de fio condutor enrolados, sendo que cada solenoide, correspondendo uma camada (N) da bobina elétrica, é enrolado sobre o solenoide anterior. [0037] A partir disso, a bobina elétrica da invenção é formada em camadas conectadas em paralelo. Ou seja, as N camadas (N) da bobina são conectadas em paralelo entre dois polos, formando um arranjo de camadas (N), onde cada camada (N) é formada por M enrolamentos em torno do eixo central (C). Em uma concretização, cada enrolamento é formado por espiras de um mesmo diâmetro ligadas em série em sentido longitudinal do eixo central (C). Nesse arranjo de camadas (N) conectadas em paralelo, em que a conexão das camadas (N) em paralelo é realizada em sentido radial do eixo central (C), a corrente elétrica se distribui gradualmente de uma maior intensidade na camada (N) mais interna para uma menor intensidade na camada (N) mais externa, de modo que a magnitude dos campos magnéticos gerados pela bobina é mais intensa nas camadas (N) mais internas do que nas camadas (N) mais externas. A partir disso, há maior concentração das linhas de campo no centro da bobina elétrica, contribuindo para a redução da indutância apresentada pela bobina.
[0038] Para isso, cada camada (N) da pluralidade de camadas (N) conectadas em paralelo compreende ao menos dois pontos de extremidade (PE), sendo cada ponto de extremidade (PE) da camada (N) conectado a um meio condutor elétrico (X). Adicionalmente, em uma concretização em que a bobina compreende dois meios condutores elétricos (X), os meios condutores elétricos (X) são dispostos de maneira oposta entre si, sendo cada um dos meios condutores elétricos (X) conectado a um dos pontos de extremidade (PE) das camadas (N).
[0039] Dessa forma, os pontos de extremidade (PE) das camadas (N) são formados a partir de associação do fio condutor elétrico contínuo (W) com os meios condutores elétricos (X). Adicionalmente, os referidos pontos de extremidade (PE) de uma camada (N) são conectados eletricamente com os pontos de extremidade (PE) das demais camadas (N) da pluralidade de camadas (N), formando pontos de extremidade comuns (PC) entre as camadas (N).
[0040] Assim, os pontos de extremidade comuns (PC) são formados a partir da conexão com um mesmo meio condutor elétrico (X), formando conjuntos de pontos de extremidade comuns (PC) proporcionalmente à quantidade de meios condutores elétricos (X). Em uma concretização que a bobina compreende dois meios condutores elétricos (X) dispostos de maneira oposta entre si, a bobina elétrica da invenção compreende dois conjuntos de pontos de extremidade comuns (PC) que recebem a diferença de potencial proveniente dos meios condutores elétricos (X).
[0041] Assim, um conjunto de pontos de extremidade comuns (PC) forma um dos polos da bobina elétrica e, da mesma forma, um outro conjunto de pontos de extremidade comuns (PC) forma um outro polo da bobina elétrica. Para tanto, quando uma tensão elétrica é aplicada entre os dois polos da bobina elétrica, uma corrente atravessa a bobina elétrica, de forma que a corrente elétrica introduzida em um dos polos é dividida entre as camadas (N) e reunida novamente no outro polo. Portanto, as camadas (N) da pluralidade de camadas (N) conectadas em paralelo estão ligadas entre si em um esquema paralelo, sendo as camadas (N) submetidas à mesma diferença de potencial elétrico. Devido ao esquema paralelo, a divisão de corrente entre as camadas (N) acontece de forma que as camadas (N) mais internas, de menor resistência, recebem uma corrente maior enquanto as camadas (N) mais externas, de maior resistência, recebem uma corrente menor.
[0042] Em uma concretização, os pontos de extremidade comuns (PC), sendo de um mesmo conjunto de pontos de extremidade comuns (PC), são conectados diretamente entre si, ou seja, em contato direto, para fins da presente invenção, os pontos de extremidade comuns (PC) são curto-circuitados.
[0043] Ademais, a bobina da invenção compreende estruturas mecânicas dispostas de maneira oposta em relação ao eixo central (C), em que as estruturas mecânicas interagem mecanicamente com os meios condutores elétricos (X). Em uma concretização, os meios condutores elétricos (X) são pressionados contra as estruturas mecânicas por meio de conjuntos de blocos de material isolante (Y1 e Y2). Em uma concretização que a bobina compreende duas estruturas mecânicas adjacentes ao eixo central (C) e dispostas perpendicularmente ao eixo central (C), as camadas (N) da pluralidade de camadas (N) conectadas em paralelo são empilhadas sobre as estruturas mecânicas.
[0044] Para fins da presente invenção, a estrutura mecânica é qualquer componente mecânico capaz de interagir mecanicamente e ser posicionado nas regiões ou proximidades dos meios condutores elétricos (X), de modo a possibilitar o contato elétrico entre o meio condutor elétrico (X) e as camadas (N). Por exemplo, a estrutura mecânica pode ser uma haste, termo retrátil, conectores terminais, etc. Em uma concretização, as estruturas mecânicas são hastes, sendo estas mencionadas ao longo da descrição da invenção, porém sem restrição ao conceito da mesma.
[0045] Com isso, os pontos de extremidade (PE) das camadas (N) são ancorados nas hastes. Em uma concretização da bobina da invenção compreendendo dois conjuntos de pontos de extremidade comuns (PC), um conjunto de pontos de extremidade comuns (PC) é ancorado em uma primeira haste (h1) e um outro conjunto de pontos de extremidade comuns (PC) é ancorado em uma segunda haste (h2).
[0046] Assim, os pontos de extremidade (PE) compreendem uma região de contato elétrico, sendo que o meio condutor elétrico (X) é disposto em contato com a região de contato elétrico dos pontos de extremidade (PE). Assim, o meio condutor elétrico (X), sendo de resistência elétrica baixa em relação à resistência elétrica da bobina, possibilita o esquema paralelo, sendo as camadas (N) submetidas à mesma diferença de potencial elétrico.
[0047] Em uma concretização, cada camada (N) da pluralidade de camadas (N) conectadas em paralelo compreende uma volta do fio condutor elétrico contínuo (W) em cada haste, de modo que os pontos de extremidade (PE) passam pela região de contato elétrico.
[0048] Em uma concretização, a bobina elétrica da invenção recebe um desgaste de parte do fio condutor elétrico contínuo (W), retirando uma isolação elétrica do fio condutor elétrico contínuo (W) que passa pela região de contato elétrico, onde se encontram os pontos de extremidade (PE). Em uma concretização, o meio condutor elétrico (X) é posicionado sobre a parte do fio condutor elétrico contínuo (W) desgastada, conectando as camadas (N) da pluralidade de camadas (N) conectadas em paralelo por meio dos pontos de extremidade comuns (PC).
[0049] Em um segundo objeto, a presente invenção apresenta um processo de fabricação de bobina elétrica, sendo que a bobina compreende uma pluralidade de camadas (N) conectadas em paralelo por meio de ao menos um meio condutor elétrico (X), sendo o processo compreendendo as etapas de associação de um fio condutor elétrico contínuo (W) a uma primeira estrutura mecânica (h1) e enrolamento do fio condutor elétrico contínuo (W) até uma segunda estrutura mecânica (h2), formando uma camada (N); formação de pontos de extremidade (PE) das camadas (N) a partir de associação do fio condutor elétrico contínuo (W) com os meios condutores elétricos (X), em que os meios condutores elétricos (X) são dispostos de modo a interagir mecanicamente com a primeira estrutura mecânica (h1) e a segunda estrutura mecânica (h2); e paralelização elétrica da pluralidade de camadas (N) a partir de interligação elétrica entre pontos de extremidade comuns (PC) de cada camada (N).
[0050] Em uma concretização, a pluralidade de camadas (N) conectadas em paralelo da invenção é formada pelo fio condutor elétrico contínuo (W) sendo enrolado em torno de um eixo central (C). Em uma concretização, o eixo central (C) é cilíndrico de comprimento L e diâmetro dint.
[0051] Em uma concretização, as extremidades do eixo central (C) são adjacentes à primeira haste (h1) e à segunda haste (h2), de modo que a primeira haste (h1) é posicionada em uma extremidade do eixo central (C) e a segunda haste (h2) é posicionada em outra extremidade do eixo central (C), sendo a primeira haste (h1) e a segunda haste (h2) dispostas de maneira oposta entre si, perpendicularmente ao eixo central (C).
[0052] Adicionalmente, a etapa de associação do fio condutor elétrico contínuo (W) à primeira haste (h1) e à segunda haste (h2) compreende uma volta do fio condutor elétrico contínuo (W) em torno da primeira haste (h1) e uma volta do fio condutor elétrico contínuo (W) em torno da segunda haste (h2), de modo que as camadas (N) da pluralidade de camadas (N) conectadas são empilhadas entre a primeira haste (h1) e a segunda haste (h2).
[0053] Em uma concretização, o empilhamento das camadas (N) compreende a sobreposição de enrolamentos.
[0054] Além disso, o enrolamento do fio condutor elétrico contínuo (W) compreende sentidos longitudinais de enrolamentos intercalados entre as camadas (N), em que o sentido longitudinal do enrolamento de uma camada (N) é contrário ao sentido longitudinal do enrolamento da camada (N) seguinte. Em uma concretização que a bobina elétrica compreende o eixo central (C), o fio condutor elétrico contínuo (W) é enrolado ao longo do comprimento L do eixo central (C) formando a pluralidade de camadas (N). Em uma concretização, o fio condutor elétrico contínuo (W) é enrolado da primeira haste (h1 ) até a segunda haste (h2) em um sentido longitudinal, e retorna em um sentido longitudinal contrário da segunda haste (h2) até a primeira haste (h1 ).
[0055] Ainda, o enrolamento do fio condutor elétrico contínuo (W) compreende sentidos radiais de enrolamentos intercalados, entre horário (CW) e anti-horário (CCW), de uma camada (N) para a camada (N) seguinte, sendo considerado um mesmo referencial. Para fins da presente invenção, a primeira haste (h1 ) diferencia-se da segunda haste (h2) pelo sentido radial de enrolamento. Em uma concretização, o enrolamento em sentido horário (CW) inicia-se a partir da primeira haste (h1 ), enquanto o enrolamento em sentido anti-horário (CCW) inicia-se a partir da segunda haste (h2).
[0056] Assim, em uma concretização, a etapa de associação e enrolamento do fio condutor elétrico contínuo (W) compreende um ciclo em que o fio condutor elétrico contínuo (W) percorre uma volta em torno da primeira haste (h1 ) e, em seguida, é enrolado ao longo do eixo central (C) em um sentido radial horário (CW) até atingir a segunda haste (h2), formando uma camada (N). Ainda nesse ciclo, o fio condutor elétrico contínuo (W) percorre uma volta em torno da segunda haste (h2) e, em seguida, é enrolado em um sentido longitudinal contrário ao da camada (N) anterior ao longo do eixo central (C) em um sentido radial anti-horário (CCW), até atingir a primeira haste (h1 ). Dessa forma, o ciclo é repetido para formação da pluralidade de camadas (N), que inicia o enrolamento a partir do diâmetro dint do eixo central (C) até um diâmetro externo dext da bobina elétrica, considerando o diâmetro dfi0 do fio condutor elétrico contínuo (W) e que a primeira haste (h1) e segunda haste (h2) estejam distanciadas pelo comprimento L do eixo central (C).
[0057] Dessa maneira, os enrolamentos de cada camada (N), em uma concretização, são espiras de um mesmo diâmetro ligadas em série. O dito diâmetro aumenta de uma camada (N) para uma camada (N) seguinte, por conseguinte, a resistência elétrica de cada camada (N) aumenta do diâmetro dint do eixo central (C) até o diâmetro externo dextda bobina elétrica. Com isso a corrente elétrica se distribui gradualmente de uma maior intensidade na camada (N) mais interna para uma menor intensidade na camada (N) mais externa, de modo que a magnitude dos campos magnéticos gerados pela bobina é mais intensa nas camadas (N) mais internas do que nas camadas (N) mais externas. A partir disso, há maior concentração das linhas de campo no centro da bobina elétrica, com efeito na redução da indutância apresentada pela bobina. A partir disso, o campo magnético é mais intenso nas camadas (N) próximas do diâmetro dint do eixo central (C).
[0058] Em uma concretização, o fio condutor elétrico contínuo (W) é feito sem emendas e de material isolante ao longo de sua superfície. Além disso, nessa concretização, a bobina elétrica compreende um carretel formado pelo eixo central (C), que é o eixo de enrolamento da bobina, cujas extremidades são ligadas a pratos laterais (A e B). Cada prato lateral compreende duas fendas ortogonais ao eixo central (C) que formam a primeira haste (h1 ) e a segunda haste (h2), de modo que o fio condutor elétrico contínuo (W) percorre as voltas na primeira haste (h1 ) e na segunda haste (h2) de forma independente ao enrolamento do fio condutor elétrico contínuo (W) ao longo do eixo central (C).
[0059] Ainda nessa concretização, o ciclo descrito anteriormente é repetido até que a diâmetro externo dext da bobina (que aumenta com o número de ciclos) desejado seja atingido. Ao fim dos enrolamentos, a primeira e a segunda hastes (h1 e h2) de cada um dos pratos laterais (A e B) compreendem voltas empilhadas do fio condutor elétrico contínuo (W) correspondentes às camadas (N) da pluralidade de camadas (N) conectadas em paralelo. Adicionalmente, cada volta compreende um seguimento do fio condutor elétrico contínuo (W) externo à região entre os pratos laterais (A e B).
[0060] Adicionalmente, cada camada (N) da pluralidade de camadas (N) conectadas em paralelo compreende ao menos dois pontos de extremidade (PE) associados aos seguimentos do fio condutor elétrico contínuo (W). Com isso, a etapa de formação de pontos de extremidade (PE) das camadas (N) compreende a associação dos seguimentos do fio condutor elétrico contínuo
(W) com meios condutores elétricos (X), em que os meios condutores elétricos
(X) são dispostos de maneira oposta entre si, sendo cada um dos meios condutores elétricos (X) conectado a um dos pontos de extremidade (PE) das camadas (N).
[0061] Em uma concretização, o material isolante da superfície desses segmentos do fio condutor elétrico contínuo (W) é retirado, expondo o material condutor do fio condutor elétrico contínuo (W). Tal exposição permite o contato elétrico entre os pontos de extremidade (PE), de modo que os pontos de extremidade (PE) são comuns quando conectado a um mesmo meio condutor elétrico (X), formando um conjunto de pontos de extremidade comuns (PC) conectado a cada meio condutor elétrico (X).
[0062] Por fim, a etapa de paralelização elétrica da pluralidade de camadas (N) compreende interligação elétrica entre pontos de extremidade comuns (PC) de cada camada (N). Para fins da presente invenção, entende-se que os pontos de extremidade (PE) são comuns quando conectados a um mesmo meio condutor elétrico (X), formando conjuntos de pontos de extremidade comuns (PC) proporcionalmente à quantidade de meios condutores elétricos (X). Em uma concretização que a bobina compreende dois meios condutores elétricos (X) dispostos de maneira oposta entre si, a bobina elétrica da invenção compreende dois conjuntos de pontos de extremidade comuns (PC) que recebem uma diferença de potencial proveniente dos meios condutores elétricos (X). Em uma concretização, os pontos de extremidade (PE) e os pontos de extremidade comuns (PC) são coincidentes.
[0063] Em uma concretização, os meios condutores elétricos (X) são mantidos em posição pressionados contra a primeira e segunda hastes (h1 e h2) por dois conjuntos de blocos de material isolante (Y1 e Y2), que por sua vez, são fixados por conjuntos de fixação (S1 e S2) que os ligam ao corpo dos pratos laterais (A e B). Com isso, os pontos de extremidade (PE) são formados em contato com os meios condutores elétricos (X), sendo um conjunto de pontos de extremidade comuns (PC) empilhados sobre a primeira haste (h1) e conectado a um dos dois meios condutores elétricos (X); e um outro conjunto de pontos de extremidade comuns (PC) empilhados sobre a segunda haste (h2) e conectado ao outro meio condutor elétrico (X).
[0064] Com a bobina elétrica da invenção construída, uma tensão é aplicada entre os polos compreendendo os meios condutores elétricos (X) que recebem a diferença de potencial elétrico e, assim, a corrente percorre todas as camadas (N) em um mesmo sentido longitudinal (da primeira haste para a segunda haste ou da segunda haste para a primeira haste), o que foi possibilitado pelos sentidos radiais de enrolamentos intercalados entre as camadas (N) (horário (CW) em todas as voltas de uma camada e anti-horário (CCW) em todas as voltas da camada seguinte). Portanto, cada um dos meios condutores elétricos (X) se torna então um polo da bobina; a corrente elétrica na bobina entra por um desses meios condutores elétricos (X) e sai pelo outro meio condutor elétrico (X). Por fim, o campo magnético obtido na bobina pela passagem de corrente elétrica resulta da soma das contribuições de todas as camadas (N).
[0065] As bobinas elétricas desenvolvidas na presente invenção apresentam baixa resistência elétrica e possuem menor dissipação de energia quando comparadas com as bobinas resistivas convencionais, permitindo a aplicação de campo magnético com menor consumo de energia. Essas vantagens podem ser obtidas dispensando o uso de líquidos criogênicos de alto custo, como é o caso do hélio líquido utilizado no resfriamento de bobinas supercondutoras. Dessa forma, usando o conceito de paralelismo, é possível alcançar campos magnéticos mais elevados usando bobinas resistivas operando em temperatura ambiente. Portanto, o principal benefício com a presente invenção de bobinas utilizando ligações em paralelo entre camadas (N) é a geração de campos magnéticos com maior eficiência.
EXEMPLO 1 - BOBINA ELÉTRICA DOTADA DE CAMADAS EM PARALELO
[0066] Os exemplos aqui mostrados têm o intuito somente de exemplificar uma das inúmeras maneiras de se realizar a invenção, contudo sem limitar, o escopo da mesma.
[0067] A bobina elétrica do exemplo compreende camadas (N) formadas por um fio condutor elétrico contínuo (W) com dimensões proporcionais aos parâmetros geométricos da bobina. O fio condutor elétrico contínuo (W) de diâmetro dfi0 forma enrolamentos, correspondendo ao comprimento L da bobina. Além disso, as camadas (N) são empilhadas a partir do diâmetro interno até o diâmetro externo da bobina. As camadas (N) são conectadas em paralelo, sob mesmo potencial elétrico, conforme ilustrado no esquema paralelo de três camadas (N) da figura 4.
[0068] Para o exemplo, a pluralidade de camadas (N) da bobina elétrica do exemplo compreende vinte e quatro camadas (N) conectadas em paralelo por meio de dois meios condutores elétricos (X) conforme mostrado na figura 1 a.
[0069] A bobina elétrica do exemplo compreende um desgaste no isolamento elétrico superficial do fio condutor elétrico contínuo (W), na primeira haste (h1) e na segunda haste (h2), provocado para que a superfície sem isolamento elétrico fique em contato com os meios condutores elétricos (X), formando pontos de extremidade (PE) do fio condutor elétrico contínuo (W). Esta ação possibilita que as camadas (N) da bobina criem pontos de contato comum entre si, isto é, pontos de extremidade comuns (PC) para geração da associação paralela, alcançada pela presente invenção conforme mostrado na figura 1 b.
[0070] Ainda, a bobina do exemplo compreende dois blocos de material isolante (Y1 e Y2) posicionados de modo a pressionar os meios condutores elétricos (X) em direção aos pratos laterais (A e B), conforme mostrado na figura 2 sendo uma vista lateral da bobina com destaque ao bloco de material isolante (Y1) pressionando o meio condutor elétrico (X) em direção ao prato lateral (A), mais especificamente na região da primeira haste (h1). Assim, a bobina possibilita a ocorrência do contato entre os meios condutores elétricos (X) e a superfície do fio condutor elétrico contínuo (W) sem isolamento elétrico. Ou seja, os segmentos do fio condutor elétrico contínuo (W) sem isolamento elétrico, que ficam enrolados e empilhados sobre a primeira haste (h1) e a segunda haste (h2), formam os pontos de extremidade (PE), conforme mostrado na figura 3. A partir disso, formam-se os pontos de extremidade comuns (PC) empilhados sobre uma mesma haste, sendo sobre a primeira haste (h1) ou sobre a segunda haste (h2). Além disso, os dois blocos de material isolante (Y1 e Y2) são fixados por dois conjuntos de fixação (S1 e S2) que os ligam ao corpo dos pratos laterais (A e B). Para o exemplo, os conjuntos de fixação (S1 e S2) são parafusos e o material dos blocos de material isolante (Y1 e Y2) é teflon.
EXEMPLO 2 - PROCESSO PREFERENCIAL DE FABRICAÇÃO DE BOBINA ELÉTRICA DOTADA DE CAMADAS EM PARALELO
[0071] O processo preferencial de fabricação da bobina elétrica do exemplo, em destaque conforme o conjunto de figuras 5 (de 5a a 5d), compreende enrolamentos de uma pluralidade de camadas (N) conectadas em paralelo em torno de um eixo central (C) cilíndrico de comprimento L e diâmetro dint por meio de um fio condutor elétrico contínuo (W) de diâmetro dfi0 enrolado até um diâmetro externo dext. [0072] As extremidades do eixo central (C) são associadas a dois pratos laterais (A e B) compreendendo fendas que formam uma primeira haste (h1) e uma segunda haste (h2) perpendiculares ao eixo central (C).
[0073] Assim, o enrolamento do fio condutor elétrico contínuo (W) compreende um ciclo. O ciclo inicia-se com o fio condutor elétrico contínuo (W) percorrendo uma volta em torno da primeira haste (h1) conforme mostrado na figura 5a. Em seguida, o fio condutor elétrico contínuo (W) é enrolado ao longo do eixo central (C) em um sentido radial horário (CW) até atingir a segunda haste (h2), formando uma camada (N), conforme mostrado na figura 5b. Ainda nesse ciclo, o fio condutor elétrico contínuo (W) percorre uma volta em torno da segunda haste (h2) conforme mostrado na figura 5c. Em seguida, o fio condutor elétrico contínuo (W) é enrolado em um sentido longitudinal contrário ao da camada (N) anterior ao longo do eixo central (C) em um sentido radial anti-horário (CCW), conforme mostrado na figura 5d, até atingir a primeira haste (h1). Dessa forma, o ciclo é repetido para formação da pluralidade de camadas (N), que inicia o enrolamento a partir do diâmetro dint do eixo central (C) até um diâmetro externo dext desejado.
[0074] O processo de fabricação da bobina elétrica do exemplo compreende a redução da resistência elétrica total, visando reduzir a potência dissipada pela bobina para geração de campos magnéticos mais eficientes, considerando a resistividade elétrica p do fio condutor elétrico contínuo (W) e a permeabilidade do espaço livre (vácuo) m0.
EXEMPLO 3 - TESTES EM PROTÓTIPOS DA BOBINA ELÉTRICA
[0075] Utilizando o processo de fabricação descrito anteriormente (polos baseados em hastes com enrolamentos associados às camadas (N) na bobina) foram construídos 20 protótipos de bobina com diferentes parâmetros geométricos (diâmetros externos entre 4 cm e 30 cm, comprimentos entre 1 cm e 10 cm, diâmetros internos de 1,4 cm e utilizando fios de cobre esmaltado de diâmetros AWG entre 18 e 34). Esses 20 protótipos foram construídos como 10 pares de bobinas, sendo que cada par é composto por 2 protótipos de bobinas o e p de mesmos parâmetros geométricos, onde a bobina p foi construída utilizando o esquema de ligação da presente invenção (ligação paralela entre camadas (N) conforme mostrado na figura 4) e a bobina o foi construída com o esquema tradicional de ligação (ligação serial entre camadas (N) conforme mostrado na figura 6).
[0076] Para esses protótipos, as resistências elétricas das bobinas com ligação paralela foram de 386 vezes até 84200 vezes menores do que as resistências das bobinas com ligação serial correspondentes (ou seja, comparando-se bobinas de mesmos parâmetros geométricos, mas com ligações diferentes entre camadas (N)). Com isso, foram comparadas as potências necessárias para a produção de um campo magnético central de 100 Gauss (no centro do tubo interno, C) utilizando bobinas de um mesmo par. Em 7 dos 10 pares foi observado que a potência necessária para a geração desse campo era menor na bobina que utilizou o tipo de ligação da presente invenção (em esquema paralelo). Nesses casos, as bobinas com esquema paralelo utilizaram de 85,9% a 14,7% da potência utilizada nas bobinas com esquema serial. Isso equivale respectivamente a uma a economia de 14,1% em energia (consumo 1,16 vezes menor) a 85,3% em energia (consumo 6,80 vezes menor). Nos 3 pares em que a melhor eficiência de potência da presente invenção não foi observada, isso pode ser explicado por um empacotamento não ideal das camadas durante o processo de fabricação.
[0077] Outros 3 pares adicionais de bobinas com ligações paralela e serial entre as camadas (N) foram construídas. Nesses protótipos, o diâmetro interno foi variado de 1,4 cm a 3,5 cm, sendo que, dentro de cada par, os protótipos apresentam o mesmo diâmetro interno. As demais dimensões (comprimento e diâmetro externo) foram otimizadas para a condição de menor potência por quadrado de campo no centro do eixo central(C). Com isso, o comprimento e o diâmetro externo não foram os mesmos para bobinas dentro de um mesmo par. Para essas bobinas otimizadas as bobinas de ligação paralela tiveram resistências elétricas de 1620 a 8320 vezes menores do que as resistências das bobinas de ligação serial correspondentes (ou seja, comparando-se bobinas do mesmo par). Além disso, comparando-se bobinas em um mesmo par, as bobinas com ligação paralela utilizaram de 55,5% a 29,1% da potência nas bobinas com esquema serial para o mesmo valor de campo magnético central produzido (100 Gauss). Isso equivale respectivamente a uma economia de 44,5% em energia (consumo 1,80 vezes menor) a 70,9% em energia (consumo 3,44 vezes menor).
[0078] Os dados obtidos dos testes com esses protótipos confirmam a capacidade das bobinas com ligação paralela de produzirem campo magnético com menor consumo de energia.
[0079] Além disso, a redução da resistência elétrica total, a potência dissipada pela bobina e a concentração de linhas de campo proporcionam a redução da indutância de uma bobina TT. NO caso dos protótipos dos testes para o exemplo, a bobina p apresentou indutância aproximadamente 103 a 105 vezes menor do que indutância de uma bobina o, obtendo constante de tempo indutiva entre 1 e 10 ms.
[0080] Neste contexto, desde logo se esclarece que a partir da revelação do presente conceito inventivo, os versados na arte poderão considerar outras formas de concretizar a invenção não idênticas às meramente exemplificadas acima, mas que na hipótese de pretensão de uso comercial tais formas poderão ser consideradas como estando dentro do escopo das reivindicações anexas.

Claims

REIVINDICAÇÕES
1. Bobina elétrica caracterizada por compreender uma pluralidade de camadas (N) conectadas em paralelo, em que a conexão em paralelo é realizada por meio de ao menos um meio condutor elétrico (X).
2. Bobina elétrica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por cada camada (N) da pluralidade de camadas (N) conectadas em paralelo compreender ao menos dois pontos de extremidade (PE), sendo cada ponto de extremidade (PE) da camada (N) conectado a um meio condutor elétrico (X), em que os referidos pontos de extremidade (PE) de uma camada (N) são conectados eletricamente com os pontos de extremidade (PE) das demais camadas (N) da pluralidade de camadas (N), formando pontos de extremidade comuns (PC) entre as camadas (N).
3. Bobina elétrica, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada por compreender dois meios condutores elétricos (X) dispostos de maneira oposta entre si, sendo cada um dos meios condutores elétricos (X) conectado a um dos pontos de extremidade (PE) das camadas (N).
4. Bobina elétrica, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pela pluralidade de camadas (N) ser formada por um fio condutor elétrico contínuo (W), sendo que o fio condutor elétrico contínuo (W) é enrolado em um eixo central (C).
5. Bobina elétrica, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelos pontos de extremidade (PE) das camadas (N) serem formados a partir de associação do fio condutor elétrico contínuo (W) com os meios condutores elétricos (X).
6. Bobina elétrica, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada por os pontos de extremidade (PE) das camadas (N) serem ancorados em estruturas mecânicas dispostas de maneira oposta em relação ao eixo central (C), em que as estruturas mecânicas interagem mecanicamente com os meios condutores elétricos (X).
7. Bobina elétrica, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelos pontos de extremidade (PE) compreenderem uma região de contato elétrico, sendo que o referido meio condutor elétrico (X) é disposto em contato com a região de contato elétrico dos pontos de extremidade (PE).
8. Processo de fabricação de bobina elétrica caracterizado por a bobina compreender uma pluralidade de camadas (N) conectadas em paralelo por meio de ao menos um meio condutor elétrico (X), sendo o processo compreendendo as etapas de: associação de um fio condutor elétrico contínuo (W) a uma primeira estrutura mecânica (h1) e enrolamento do fio condutor elétrico contínuo (W) até uma segunda estrutura mecânica (h2), formando uma camada (N); formação de pontos de extremidade (PE) das camadas (N) a partir de associação do fio condutor elétrico contínuo (W) com os meios condutores elétricos (X), em que os meios condutores elétricos (X) são dispostos de modo a interagir mecanicamente com a primeira estrutura mecânica (h1) e a segunda estrutura mecânica (h2); e paralelização elétrica da pluralidade de camadas (N) a partir de interligação elétrica entre pontos de extremidade comuns (PC) de cada camada (N).
9. Processo de fabricação de bobina elétrica, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pela etapa de paralelização elétrica da pluralidade de camadas (N) compreender uma etapa de formação de região de contato elétrico em cada ponto de extremidade (PE) das camadas (N), em que a referida região de contato elétrico recebe o contato elétrico do meio condutor elétrico (X).
10. Processo de fabricação de bobina elétrica, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pela etapa de paralelização elétrica da pluralidade de camadas (N) compreender interligação elétrica entre os pontos de extremidade (PE) de cada camada (N) associados à primeira estrutura mecânica (h1), formando um primeiro ponto de extremidade comum (PC), e interligação elétrica entre os pontos de extremidade (PE) de cada camada (N) associados à segunda estrutura mecânica (h2), formando um segundo ponto de extremidade comum (PC).
11. Processo de fabricação de bobina elétrica, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pela etapa de paralelização elétrica da pluralidade de camadas (N) compreender os meios condutores elétricos (X) sendo pressionados sobre a primeira estrutura mecânica (h1) e a segunda estrutura mecânica (h2).
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