PT1251624E - Cooling of air gap winding of electrical machines - Google Patents
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Description
DESCRIÇÃODESCRIPTION
"ARREFECIMENTO DO ENROLAMENTO DE ENTREFERRO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS"" COOLING OF ELECTRIC MACHINE ENTREFERROWS "
Campo da invençãoField of the Invention
Esta invenção refere-se ao arrefecimento de máquinas eléctricas e, em particular mas não exclusivamente, ao arrefecimento de estatores em máquinas de indução que geram uma densidade de fluxo magnético elevada.This invention relates to the cooling of electric machines and, in particular but not exclusively, to the cooling of stators in induction machines which generate a high magnetic flux density.
Antecedentes da invençãoBackground of the invention
As máquinas de indução são bem conhecidas há mais de um século. Normalmente, estas máquinas compreendem um rotor central genericamente cilíndrico e um estator anelar externo, embora também se conheçam máquinas lineares. Além disso, é normal que as bobinas ou enrolamentos condutores, que se estendem longitudinalmente em relação ao estator, sejam enrolados em ranhuras proporcionadas num núcleo de estator de ferro laminado de modo a intensificar o fluxo gerado pelos enrolamentos do estator - i. e., os enrolamentos de estator passam entre "dentes" de ferro laminado definidos pelos flancos das ranhuras. No entanto, em máquinas cujos enrolamentos estão aptos a gerar densidades de fluxo muito elevadas (ou seja, acima de 1,5 Tesla no entreferro entre o rotor e estator), a utilização de dentes de estator de ferro passa a ser indesejável, devido ao aumento da reactância e a maiores perdas no ferro resultantes da 1 saturação magnética dos dentes de estator. Consequentemente, em tais máquinas, os dentes de ferro são convenientemente substituídos por dentes não magnéticos para suporte dos enrolamentos de estator. 0 entreferro entre a periferia do rotor e o início do núcleo de ferro de estator estende-se, agora e efectivamente, até ao fundo das ranhuras de estator. Dado que o enrolamento de estator está totalmente no interior deste entreferro, este tipo de construção, ao qual a presente invenção se refere em particular, é conhecido como um "enrolamento de entreferro".Induction machines have been well known for more than a century. Typically, these machines comprise a generally cylindrical central rotor and an outer annular stator, although linear machines are also known. In addition, it is normal for the coils or conductive windings, which extend longitudinally relative to the stator, to be wound into provided grooves in a rolled iron stator core so as to intensify the flux generated by the stator windings. i.e., the stator windings pass between " teeth " of laminated iron defined by the flanks of the grooves. However, in machines whose windings are able to generate very high flux densities (ie, above 1.5 Tesla in the air gap between the rotor and stator), the use of iron stator teeth becomes undesirable due to the increased reactance and higher iron losses resulting from the magnetic saturation of the stator teeth. Accordingly, in such machines, the iron teeth are conveniently replaced by non-magnetic teeth to support the stator windings. The air gap between the rotor periphery and the start of the stator iron core now extends effectively to the bottom of the stator grooves. Since the stator winding is entirely within this air gap, this type of construction, to which the present invention relates in particular, is known as " winding winding ".
Obviamente, algum tipo de arrefecimento dos estatores é necessário para estas máquinas. De um modo geral, o arrefecimento de estatores de máquinas de indução é um problema bem conhecido que tem sido resolvido de várias formas, e. g., por meio de passagens de arrefecimento estendidas axialmente e/ou radialmente através do estator. 0 documento WO 01/17094 Al, por exemplo, mostra passagens de ar de arrefecimento radiais proporcionadas entre pilhas adjacentes de laminados dentados num núcleo de ferro de estator.Obviously some kind of cooling of the stators is required for these machines. Generally speaking, the cooling of stators of induction machines is a well known problem which has been solved in various ways, e.g. by means of axially and / or radially extending cooling passages through the stator. WO 01/17094 A1, for example, shows radial cooling air passages provided between adjacent piles of toothed laminates in a stator iron core.
No entanto, estas densidades de fluxo elevadas, como as mencionadas acima, permitem a concepção de máquinas muito mais pequenas tendo densidades de potência mais elevadas, o que resulta numa maior geração de calor no interior dos enrolamentos de estator, mas, ao mesmo tempo, numa área superficial para arrefecimento muito reduzida. Isto obriga a um sistema de arrefecimento mais eficiente do que as configurações conhecidas podem proporcionar, de modo a prolongar o tempo de vida da máquina. 2 0 documento US 4228375 divulga um estator tendo suportes localizados entre pares respectivos de barras de enrolamento individuais. Pelo menos, alguns dos suportes incluem canais (e. g., tubos flexíveis) para transportar um líquido ou gás pressurizado para assegurar o escoramento tangencial do estator.However, such high flux densities as mentioned above allow the design of much smaller machines having higher power densities, which results in a greater generation of heat inside the stator windings, but at the same time, in a very reduced cooling surface area. This requires a cooling system more efficient than the known configurations can provide, in order to prolong the life of the machine. US 4228375 discloses a stator having brackets located between respective pairs of individual winding bars. At least some of the supports include channels (e.g., hoses) for conveying pressurized liquid or gas to ensure tangential propping of the stator.
Sumário da invenção É um objectivo desta invenção proporcionar um enrolamento de estator de entreferro numa máquina eléctrica de densidade de potência elevada com bom arrefecimento combinado com um bom suporte estrutural do enrolamento.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of this invention to provide a winding stator winding in an electrical machine of high power density with good cooling combined with good structural winding support.
De acordo com a invenção, proporciona-se um estator para uma máquina eléctrica com entreferro, compreendendo o estator: um núcleo de estator laminado, anelar, externo, coaxial com um eixo longitudinal da máquina, um enrolamento de estator no interior do núcleo de estator e compreendendo uma pluralidade de bobinas tendo partes condutoras lineares, e uma pluralidade de suportes para as bobinas, estendendo-se os suportes ao longo das partes condutoras lineares das bobinas, em que os suportes são fabricados num material não magnético e cada suporte é interposto entre e em contacto com duas partes condutoras lineares adjacentes das bobinas CARACTERIZADO POR, pelo menos, alguns dos suportes definirem canais para escoamento de fluido refrigerante através dos mesmos para, desse modo, 3 extrair calor das bobinas e por as partes condutoras lineares da pluralidade de bobinas estarem dispostas em duas camadas que são encaixadas uma na outra numa interface castelada entre duas camadas correspondentes de suportes para proporcionar resistência mecânica.According to the invention there is provided a stator for an electric machine with an air gap, the stator comprising: an outer, annular stator core coaxial with a longitudinal axis of the machine, a stator winding inside the stator core and comprising a plurality of bobbins having linear conductor portions, and a plurality of bobbin holders, the supports extending along the linear conductor portions of the bobbins, wherein the supports are made of a non-magnetic material and each support is interposed between and in contact with two adjacent linear conductor portions of the coils. CHARACTERIZED BY at least some of the supports defining channels for flow of refrigerant fluid therethrough to thereby draw heat from the coils and by the linear conductive parts of the plurality of coils are arranged in two layers that are engaged in one another in a castellated interface between two layers to provide mechanical strength.
Uma tal estrutura é vantajosa porque proporciona uma utilização eficiente de espaço no interior do estator, dado que a área de secção transversal do suporte não necessária para o suporte do enrolamento pode ser utilizada para o transporte de fluido refrigerante.Such a structure is advantageous because it provides an efficient use of space within the stator, since the cross-sectional area of the carrier not required for the winding support can be used for the transport of refrigerant fluid.
De um modo preferido, todos os suportes definem canais para o escoamento de fluido refrigerante e o material não magnético a partir do qual são fabricados é não metálico, e. g., plástico reforçado com fibras.Preferably, all the supports define channels for the flow of refrigerant fluid and the non-magnetic material from which they are manufactured is non-metallic, e.g. fiber reinforced plastic.
As partes condutoras lineares das bobinas estendem-se de um modo substancialmente paralelo ao eixo longitudinal da máquina, proporcionando os suportes um suporte para as bobinas, para substancialmente todas as partes condutoras lineares das bobinas, sendo, desse modo, o arrefecimento das bobinas proporcionado para substancialmente todas as suas partes condutoras lineares.The linear conductor portions of the coils extend substantially parallel to the longitudinal axis of the machine, the supports providing a support for the coils for substantially all of the linear conductor portions of the coils, whereby the coil cooling is provided for substantially all of its linear conductive parts.
Os canais de escoamento de fluido refrigerante podem ser definidos no interior ou no exterior dos suportes. Se os canais estiverem no interior dos suportes, os suportes podem, convenientemente, compreender invólucros ocos cujas paredes formam os limites do canal, sendo o calor, desse modo, conduzido desde as bobinas, através das paredes e para dentro do fluido refrigerante que se escoa através dos mesmos. No entanto, é 4 preferido que os canais sejam definidos nas partes exteriores dos suportes, entre as superfícies externas dos suportes e as superfícies externas das bobinas, para que o calor possa ser transferido directamente das bobinas para o fluido refrigerante sem atravessar uma parede intermédia.The coolant flow channels can be defined inside or outside the supports. If the channels are within the carriers, the carriers may conveniently comprise hollow enclosures whose walls form the boundaries of the channel, the heat being thereby conducted from the coils through the walls and into the flowing refrigerant fluid through them. However, it is preferred that the channels be defined on the outer portions of the supports between the outer surfaces of the supports and the outer surfaces of the reels so that the heat can be transferred directly from the reels to the refrigerant without passing through an intermediate wall.
Numa variante da invenção, as partes condutoras lineares das bobinas são suportadas pelos suportes através de separadores proporcionados entre os suportes e as partes condutoras lineares, sendo os canais do fluido refrigerante, desse modo, definidos entre faces opostas das partes condutoras lineares das bobinas e dos suportes.In a variant of the invention, the linear conductor portions of the coils are supported by the supports through spacers provided between the supports and the linear conductor portions, the channels of the refrigerant fluid being thereby defined between opposing faces of the linear conductor portions of the coils and the supports.
No entanto, verificou-se que o melhor modo de definir os canais de escoamento de fluido refrigerante é por formação de cada superfície de contacto de bobinas do suporte com, pelo menos, uma depressão na mesma, estendendo-se a depressão longitudinalmente em relação ao suporte, sendo, desse modo, os limites dos canais de escoamento de fluido refrigerante definidos pelas partes deprimidas das superfícies externas dos suportes e das superfícies externas das bobinas. De um modo preferido, pelo menos, dois desses canais são definidos entre cada parte condutora linear e cada suporte adjacente. Para evitar um excesso de tensão sobre os suportes, é preferido que as depressões nas superfícies de contacto de bobinas dos suportes tenham uma forma côncava ligeiramente curva quando vistas em corte transversal às suas extensões longitudinais.However, it has been found that the best way of defining the coolant flow channels is by forming each contact surface of the carrier coils with at least one depression therein, the depression extending longitudinally relative to thereby being the limits of the refrigerant flow channels defined by the depressed portions of the outer surfaces of the supports and the outer surfaces of the coils. Preferably, at least two such channels are defined between each linear conductive part and each adjacent carrier. To avoid undue stress on the supports, it is preferred that the depressions in the coil contact surfaces of the supports have a slightly curved concave shape when viewed in cross-section to their longitudinal extensions.
De um modo preferido, colectores de entrada e saída de fluido refrigerante comunicam com respectivas extremidades axialmente opostas dos canais para facilitar o escoamento de fluido refrigerante através dos canais. 5Preferably, coolant inlet and outlet manifolds communicate with respective axially opposite ends of the channels to facilitate the flow of refrigerant fluid through the channels. 5
As bobinas incluem enrolamentos de extremidade para ligar partes condutoras lineares das bobinas umas às outras, situando-se os enrolamentos de extremidade nos colectores de entrada e saída para que o mesmo fluido de arrefecimento seja utilizado para arrefecer os enrolamentos de extremidade e as partes condutoras lineares. 0 enrolamento de estator compreende duas camadas ou níveis, sendo estas, respectivamente, uma camada radialmente interna e uma camada radialmente externa das partes condutoras lineares das bobinas. Neste tipo de enrolamento, os enrolamentos de extremidade compreendem conexões entre as duas camadas. Para proporcionar resistência mecânica a forças de binário de reacção geradas pela máquina, as duas camadas são encaixadas uma na outra numa interface castelada entre as duas camadas. As formações casteladas podem compreender suportes tendo extensões radiais diferentes para que, pelo menos, alguns dos suportes em, pelo menos, uma das camadas se estendam entre as partes condutoras lineares das bobinas na camada adjacente. Além disso ou em alternativa, o enrolamento de estator pode ser encaixado no núcleo de estator numa interface castelada entre os mesmos utilizando o artifício de fazer com que as extremidades radialmente externas de alguns ou de todos os suportes adjacentes ao núcleo se estenderem radialmente para lá das partes condutoras lineares das bobinas penetrando em ranhuras estendidas axialmente proporcionadas no núcleo de estator.The coils include end windings for connecting linear conductor portions of the coils to each other, the end windings being located in the inlet and outlet manifolds so that the same cooling fluid is used to cool the end windings and the linear conductive parts . The stator winding comprises two layers or levels, these being respectively a radially inner layer and a radially outer layer of the linear conductor portions of the coils. In this type of winding, the end windings comprise connections between the two layers. To provide mechanical resistance to machine-generated reaction torque forces, the two layers are engaged in one another in a castellated interface between the two layers. The cast formations may comprise supports having different radial extensions so that at least some of the supports in at least one of the layers extend between the linear conductor portions of the coils in the adjacent layer. In addition or alternatively, the stator winding may be engaged in the stator core at a staggered interface therebetween by utilizing the device to cause the radially outer ends of some or all of the supports adjacent the core to extend radially beyond linear coaxial conductor portions penetrating axially provided grooves provided in the stator core.
As partes condutoras lineares das bobinas podem ser proporcionadas por feixes de condutores rectangulares, estendendo-se as maiores dimensões dos feixes rectangulares na direcção radial. No interior dos feixes, os condutores também podem ser rectangulares e são, de um modo preferido, formados 6 por fios de pequeno diâmetro, sendo os fios isolados uns dos outros no interior dos condutores. A invenção proporciona ainda um motor ou gerador eléctrico tendo um estator como descrito anteriormente.The linear conductor portions of the coils may be provided by bundles of rectangular conductors, the larger dimensions of the rectangular bundles extending in the radial direction. Within the bundles, the conductors may also be rectangular and are preferably formed by wires of small diameter, the wires being insulated from one another within the conductors. The invention further provides an electric motor or generator having a stator as described above.
Breve descrição dos desenhosBrief description of the drawings
Segue-se, agora, apenas a título de exemplo, uma descrição de formas de realização da invenção fazendo referência aos desenhos em anexo, nos quais: A Figura 1 mostra um corte longitudinal parcial através de uma máquina de indução com entreferro de acordo com uma primeira forma de realização da presente invenção; A Figura 2A mostra uma vista de parte de um corte segundo a linha A-A da Figura 1; A Figura 2B é uma vista em perspectiva de um pormenor do corte mostrado na Figura 2A; A Figura 3 refere-se a uma segunda e preferida forma de realização da invenção e é uma vista semelhante à Figura 2A mas mostrando uma parte mais pequena da secção transversal de modo ampliado. 7The following is now by way of example only a description of embodiments of the invention with reference to the accompanying drawings, in which: Figure 1 shows a partial longitudinal section through an induction machine with air gap according to a first embodiment of the present invention; Figure 2A shows a cross-sectional view of line A-A of Figure 1; Figure 2B is a perspective view of a detail of the cut shown in Figure 2A; Figure 3 relates to a second and preferred embodiment of the invention and is a view similar to Figure 2A but showing a smaller cross-section in an enlarged manner. 7
Descrição detalhada da forma de realização preferida 0 motor 2 eléctrico mostrado na Figura 1 compreende um rotor 4 interno, indicado de modo diagramático por linhas tracejadas, e um estator 5 externo. 0 rotor 4 está firmemente montado num veio 6 preso de modo a poder rodar numa linha C central axial por rolamentos 7 que são suportados por paredes 8 de extremidade de um invólucro 9 de máquina. 0 estator 5 está preso no interior de uma armação 10 de estator cilíndrica externa que, por sua vez, faz parte de uma parede 11 lateral genericamente cilíndrica do invólucro 9.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT The electric motor 2 shown in Figure 1 comprises an internal rotor 4, indicated diagrammatically by dashed lines, and an external stator 5. The rotor 4 is firmly mounted on a shaft 6 rotatably secured in an axial central line C by bearings 7 which are supported by end walls 8 of a machine housing 9. The stator 5 is secured within an outer cylindrical stator frame 10 which, in turn, forms part of a generally cylindrical side wall 11 of the housing 9.
No interior do invólucro 9 de máquina, um depósito 12 anelar impermeável a fluido envolve o estator 5 e separa o rotor 4 do estator. 0 próprio estator compreende um enrolamento 13 compreendendo várias bobinas e um núcleo 14 de ferro laminado, sendo os laminados representados de modo diagramático por linhas sombreadas verticais. As bobinas no enrolamento 13 estão ligadas a uma fonte de alimentação eléctrica (não mostrada) para gerarem um campo electromagnético que interage com o rotor 4 para o rodar e produzir um binário de saída útil sobre o veio 6.Within the machine housing 9, a fluid impervious annular reservoir 12 surrounds the stator 5 and separates the rotor 4 from the stator. The stator itself comprises a winding 13 comprising a number of coils and a laminated iron core 14, the laminates being shown diagrammatically by vertical shaded lines. The coils in the winding 13 are connected to an electrical power source (not shown) to generate an electromagnetic field which interacts with the rotor 4 to rotate it and produce a useful output torque on the shaft 6.
Embora o enrolamento 13 esteja montado no interior do núcleo 14 de ferro, não há material magnético estendido entre espiras adjacentes de modo circunferencial do enrolamento, i. e., pelos motivos avançados anteriormente nos Antecedentes da invenção, o enrolamento 13 é um enrolamento de entreferro. Como melhor visto nas Figuras 2A e 2B, as espiras do enrolamento compreendem feixes 16 volumosos de condutores 18, tendo cada feixe 16 uma camada 22 de isolamento em torno da sua periferia e uma secção transversal substancialmente rectangular que é alongada na direcção radial. Neste exemplo em particular, cada feixe 16 de condutores consiste em catorze condutores 18, dispostos em duas colunas de sete, embora se possam utilizar mais ou menos condutores, como exigido por qualquer potência nominal particular da máquina. Os condutores 18 também têm uma secção transversal de forma substancialmente rectangular ou quadrada (embora sejam possíveis formas alternativas), sendo cada condutor isolado dos outros condutores 18 no interior do feixe 16 para minimizar a formação de correntes de Foucault, que iriam reduzir o rendimento da máquina 2. 0 isolamento dos feixes 16 de condutores, e dos condutores 18 no interior dos feixes, pode ser conseguido pelos meios normais conhecidos na indústria, por exemplo, por envolvimento em fita de fibra de vidro ou semelhante.Although the winding 13 is mounted within the iron core 14, there is no magnetic material extending between circumferentially adjacent turns of the winding, i. i.e., for the reasons advanced above in the Background of the invention, the winding 13 is a winding winding. As best seen in Figures 2A and 2B, the windings of the winding comprise bulky beams 16 of conductors 18, each beam 16 having an insulation layer 22 around its periphery and a substantially rectangular cross-section which is elongate in the radial direction. In this particular example, each conductor bundle 16 consists of fourteen conductors 18, arranged in two columns of seven, although more or less conductors may be used, as required by any particular nominal power of the machine. The conductors 18 also have a substantially rectangular or square cross-section (although alternative shapes are possible), each conductor being isolated from the other conductors 18 within the bundle 16 to minimize the formation of eddy currents, which would reduce the yield of the machine 2. The insulation of the conductor bundles 16, and of the conductors 18 within the bundles, may be achieved by normal means known in the industry, for example by wrapping in glass fiber tape or the like.
Dado que a configuração do enrolamento de entreferro faz com que praticamente todo o fluxo magnético atravesse os condutores 18 de enrolamento de estator, também é necessário minimizar a indução de correntes de Foucault no interior dos próprios condutores, que, caso contrário, circulariam em torno da secção transversal dos condutores. Estas correntes de Foucault são minimizadas ao formar cada condutor 18 a partir de um grande número de fios de pequeno diâmetro (por exemplo, 1 mm) , sendo cada fio revestido com um verniz para o isolar de fios vizinhos, como conhecido na indústria.Since the configuration of the winding winding causes practically all of the magnetic flux to pass through the stator winding conductors 18, it is also necessary to minimize the induction of eddy currents within the conductors themselves, which otherwise would circulate around the conductor cross-section. These eddy currents are minimized by forming each conductor 18 from a large number of small diameter wires (for example, 1 mm), each wire being coated with a varnish to insulate it from neighboring wires as known in the industry.
Na presente forma de realização, todo o enrolamento 13 de estator consiste num grande número de bobinas condutoras individuais. As bobinas são constituídas pelos feixes 16 de condutores, tendo cada bobina 14 espiras dispostas em dois níveis ou camadas 26, 28, compreendendo cada camada as duas colunas supracitadas de sete condutores. Os condutores são lineares através da sua parte geradora de campo de comprimento L 9 (Fig. 1) onde atravessam o entreferro entre o núcleo 14 de estator e o rotor 4, mas, para construir cada bobina (e ao fazê-lo, estabelecer conexões entre as camadas), é necessário unir as extremidades das partes rectilineas dos condutores umas às outras por meio de laços denominados enrolamentos 34 de extremidade, que se projectam, substancialmente e de um modo axial, para além das extremidades do núcleo 14 de estator.In the present embodiment, the entire stator winding 13 consists of a large number of individual conductive coils. The coils are comprised of conductor bundles 16, each coil 14 turns being disposed at two levels or layers 26, 28, each layer comprising the aforementioned two seven-conductor columns. The conductors are linear through their field generating portion L 9 (Fig. 1) where they cross the air gap between the stator core 14 and the rotor 4, but to construct each coil (and in doing so, make connections between the layers), it is necessary to join the ends of the rectilinear portions of the conductors to one another by means of loops known as end windings 34, which project substantially axially beyond the ends of the stator core 14. As shown in FIG.
Após formar e montar as bobinas condutoras, incluindo os seus enrolamentos de extremidade, com a sua configuração em "diamante" final e bem conhecida exigida para o enrolamento 13 de estator, estas são submetidas a um processo de impregnação e cura por pressão de vácuo, como também bem conhecido na indústria, para as impregnar em toda a parte (incluindo entre os fios no interior dos condutores 18) com uma resina de termoendurecimento adequada resistente ao calor. Isto aumenta o isolamento e a resistência mecânica do enrolamento e impede a penetração de constituintes atmosféricos corrosivos, tais como oxigénio e vapor de água, no enrolamento. 0 processo de impregnação por vácuo pode ser efectuado no momento mais conveniente durante o fabrico da máquina, como exemplificado em seguida.After forming and assembling the conductive coils, including their end coils, with their " diamond " final and well-known design required for the stator winding 13, they are subjected to a vacuum pressure impregnation and cure process, as well known in the industry, to impregnate them everywhere (including between the wires inside the conductors 18) with a suitable thermosetting resin resistant to heat. This increases the insulation and mechanical strength of the winding and prevents the penetration of corrosive atmospheric constituents, such as oxygen and water vapor, into the winding. The vacuum impregnation process may be carried out at the most convenient time during the manufacture of the machine, as exemplified below.
Uma camada 30 separadora de isolamento é inserida entre feixes 16 de condutores radialmente adjacentes durante a montagem do enrolamento de estator para proporcionar uma folga entre as camadas 26, 28 e, desse modo, permitir uma maior espessura de isolamento na transição entre as partes rectilineas das bobinas e os enrolamentos 34 de extremidade.An insulation separating layer 30 is inserted between radially adjacent conductor bundles 16 during assembly of the stator winding to provide a gap between the layers 26, 28 and thereby allow a greater insulation thickness at the transition between the rectilinear portions of the stator windings coils and the end windings 34.
Como será ainda visto nas Figuras 2A e 2B, os feixes 16 de condutores, nas suas camadas 26 e 28, são mantidos em posição e 10 suportados por vários "dentes" ou escoras 20A, 20B de suporte não magnéticos, respectivamente, que substituem os "dentes" de ferro laminados entre os quais os enrolamentos de estator iriam, normalmente, ficar presos numa máquina tendo uma menor densidade de fluxo magnético. Como se deve compreender das Figuras, os feixes 16 de condutores e os seus suportes 20A, 20B estendem-se axialmente, situando-se de um modo substancialmente paralelo ao eixo C longitudinal.As will yet be seen in Figures 2A and 2B, the conductor bundles 16, in their layers 26 and 28, are held in position and supported by several " or non-magnetic support struts 20A, 20B, respectively, which replace the " teeth " of rolled iron between which the stator windings would normally be trapped in a machine having a lower magnetic flux density. As will be understood from the Figures, the conductor bundles 16 and their supports 20A, 20B extend axially, lying substantially parallel to the longitudinal axis C. As shown in FIG.
Dado que o enrolamento 13 é um enrolamento de entreferro, os feixes 16 de condutores devem poder reagir ao binário criado pela interacção dos campos electromagnéticos do rotor e estator. Os suportes 20A, 20B, por conseguinte, complementam a resistência mecânica do enrolamento impregnado com resina.Since the winding 13 is a winding winding, the conductor bundles 16 must be able to react to the torque created by the interaction of the electromagnetic fields of the rotor and stator. The supports 20A, 20B therefore complement the mechanical strength of the resin impregnated winding.
Como se irá ver a partir da Figura 2A, os feixes 16 de condutores na camada 26 estão alinhados, radial e axialmente, com os feixes de condutores na camada 28 e os suportes 20A na camada 26 e 20B na camada 28 estão, igualmente, alinhados, radial e axialmente, entre si. No entanto, os feixes 16 de condutores em cada camada 26, 28 têm secções rectangulares e também têm as mesmas dimensões e, por conseguinte, para efectuar um contacto íntimo entre os suportes 20A, 20B e os feixes 26 de condutores através da extensão radial do enrolamento de estator é necessário que os suportes se afunilem na direcção radial desde uma largura máxima, na circunferência radialmente externa do enrolamento de estator, até uma largura mínima, na circunferência radialmente interna do enrolamento de estator. Isto acomoda o espaçamento circunferencial aumentado entre feixes de condutores adjacentes na circunferência radialmente externa do enrolamento de estator em relação ao seu espaçamento na sua circunferência interna. 11As will be seen from Figure 2A, the conductor bundles 16 in the layer 26 are radially and axially aligned with the conductor bundles in the layer 28 and the supports 20A in the layers 26 and 20B in the layer 28 are also aligned , radially and axially, to each other. However, the conductor bundles 16 in each layer 26, 28 have rectangular sections and also have the same dimensions and therefore to make an intimate contact between the supports 20A, 20B and the conductor bundles 26 through the radial extension of the the stator winding is required to taper in the radial direction from a maximum width on the radially outer circumference of the stator winding to a minimum width on the radially inner circumference of the stator winding. This accommodates the increased circumferential spacing between bundles of adjacent conductors on the radially outer circumference of the stator winding relative to their spacing on their inner circumference. 11
Deve observar-se que os suportes 20A na camada 26 interna são, por um determinado valor, radialmente mais compridos do que os feixes 16 de condutores, enquanto os suportes 20B na camada 28 mais externa são radialmente mais curtos do que os feixes 16 de condutores pelo mesmo valor. Os suportes 20A na camada 26, por conseguinte, estendem-se radialmente para fora entre as partes geradoras de campo das bobinas na camada 28 adjacente. Por conseguinte, como visto em corte radial, a região de interface entre as camadas 26 e 28 parece as ameias de um castelo. Deste modo, as duas camadas 26, 28 estão encaixadas uma na outra ou interligadas para reagir de um modo mais eficaz ao binário de rotor induzido. 0 especialista na técnica irá, obviamente, perceber que são possíveis variações nesta concepção de interligação. Por exemplo, a camada 26 poderia estar dotada com os suportes radialmente mais curtos e a camada 28 poderia ter os radialmente mais compridos ou suportes radialmente mais compridos e mais curtos poderiam ser alternados em ambas as camadas, de modo complementar, para produzir uma formação castelada de dois degraus. Em alternativa, apenas suportes seleccionados dos suportes em cada uma das filas poderiam ser radialmente mais compridos ou mais curtos do que os feixes de condutores, tendo os outros suportes o mesmo comprimento radial que os feixes. Noutra alternativa, pode ser possível produzir uma estrutura de núcleo de estator de duas camadas não magnética com uma resistência adequada sem uma interface castelada entre as duas camadas. Neste caso, todos os suportes nas duas camadas poderiam ter a mesma extensão radial que os seus feixes de condutores adjacentes e a estrutura de núcleo ficaria simplesmente baseada na resistência de, e. g., uma resina termoendurecida ou outra ligação adesiva de alta temperatura na interface entre as duas camadas. 12It should be noted that the holders 20A in the inner layer 26 are, for a given value, radially longer than the conductor bundles 16, while the holders 20B in the outermost layer 28 are radially shorter than the conductor bundles 16 by the same value. The supports 20A in the layer 26 therefore extend radially outwardly between the field generating parts of the coils in the adjacent layer 28. Therefore, as seen in radial cut, the interface region between layers 26 and 28 resembles the crenels of a castle. In this way, the two layers 26, 28 are engaged with one another or interconnected to react more effectively to the induced rotor torque. The person skilled in the art will, of course, realize that variations in this design of interconnection are possible. For example, the layer 26 could be provided with the radially shorter supports and the layer 28 could have the radially longer or radially longer and shorter supports could be alternated in both layers in a complementary manner to produce a casting formation of two steps. Alternatively, only supports selected from the carriers in each of the rows could be radially longer or shorter than the conductor beams, the other carriers having the same radial length as the beams. In another alternative, it may be possible to produce a non-magnetic two-layer stator core structure with adequate strength without a castellated interface between the two layers. In this case, all the supports in the two layers could have the same radial extension as their adjacent conductor bundles and the core structure would simply be based on the resistance of, e.g. a thermosetting resin or other high temperature adhesive bond at the interface between the two layers. 12
Ainda outra característica de reforço de enrolamento da forma de realização ilustrada é mostrada na Figura 2A. Como mostrado pelas linhas tracejadas, seria possível fazer com que a extremidade 36 radialmente externa, de alguns ou de todos os suportes 20B, se estendesse radialmente para fora penetrando em ranhuras correspondentes estendidas axialmente proporcionadas na superfície interna do núcleo 14 de estator, proporcionando, desse modo, uma interface castelada interligada entre o enrolamento 13 de estator e núcleo 14 de estator para reacção do binário de rotor induzido.Yet another winding reinforcing feature of the illustrated embodiment is shown in Figure 2A. As shown by dashed lines, it would be possible for the radially outer end 36 of some or all of the supports 20B to extend radially outwardly into correspondingly extending axially provided grooves on the inner surface of the stator core 14, thereby providing In this way, a castellated interface interconnected between the stator winding 13 and stator core 14 for reaction of the induced rotor torque.
Devido à sua elevada densidade de potência, a dimensão física da máquina ilustrada é mais pequena do que máquinas com menor densidade de potência com a mesma potência nominal. Consequentemente, a área superficial para arrefecimento é reduzida. A invenção aproveita a ausência de dentes de ferro magnéticos para proporcionar um sistema de arrefecimento de estator eficiente. Dado que os dentes ou escoras 20A, 20B de suporte de estator só são necessários para separar e suportar as bobinas, os suportes podem ter a forma de invólucros ocos, como mostrado nas Figuras 2A e 2B, sendo os suportes abertos em extremidades axialmente opostas do estator, criando, desse modo, canais 24 axialmente estendidos com extremidades abertas ao longo e através dos quais pode passar um meio de arrefecimento. É preferido que os suportes 20A e 20B sejam fabricados num material compósito reforçado com fibra de vidro (ou, talvez, fibra de grafite) adequado. Uma espessura de parede adequada para os suportes é da ordem dos 2 mm. Os suportes podem ser fabricados num material compósito reforçado com fibra de vidro. Em alternativa, os suportes podem ser fabricados num material não magnético que também seja um bom condutor térmico. No 13 entanto, isto não é essencial porque a área superficial dos suportes através da qual pode ocorrer transferência de calor pode ser suficientemente grande para proporcionar um arrefecimento suficiente.Due to its high power density, the physical size of the illustrated machine is smaller than machines with lower power density with the same rated power. Accordingly, the surface area for cooling is reduced. The invention takes advantage of the absence of magnetic iron teeth to provide an efficient stator cooling system. Since stator support teeth or struts 20A, 20B are only required to separate and support the coils, the supports may be in the form of hollow shells, as shown in Figures 2A and 2B, the supports being open at axially opposite ends of the stator, thereby creating axially extending channels 24 with open ends along and through which a cooling medium can pass. It is preferred that the supports 20A and 20B are made of a suitable glass fiber reinforced (or perhaps graphite fiber) reinforced composite material. A wall thickness suitable for the supports is in the order of 2 mm. The supports may be fabricated from a glass fiber reinforced composite material. Alternatively, the supports may be fabricated from a non-magnetic material which is also a good thermal conductor. However, this is not essential because the surface area of the supports through which heat transfer may occur may be large enough to provide sufficient cooling.
Como observado na Figura 1, o depósito 12 que envolve o estator 5 está dividido pelo estator num colector 38 de entrada de fluido refrigerante e um colector 40 de saida de fluido refrigerante. Os enrolamentos 34 de extremidade estendem-se para dentro dos colectores. Uma entrada 42 de fluido refrigerante é proporcionada num topo ou região radialmente externa do colector 38 de fluido refrigerante e uma saida 44 de fluido refrigerante é proporcionada num fundo ou região radialmente interna do colector 40 de saída. Para garantir um efeito de arrefecimento idêntico em todas as partes dos enrolamentos 34 de extremidade no colector 38 de entrada, o fluido refrigerante proveniente da entrada 42 entra no colector de entrada por meio de um anel 45 toroidal que se estende em torno da circunferência interna do colector. A parede do toróide 45 tem um grande número de furos de passagem, estando os furos espaçados em torno da circunferência interna do colector para que o fluido refrigerante seja distribuído uniformemente pelos enrolamentos de extremidade. Proporcionam-se deflectores 46 para impedir a estagnação de escoamento nos cantos dos colectores de entrada e saída e para uniformizar o escoamento de fluido refrigerante para dentro e fora dos canais 24A, 24B de fluido refrigerante de estator proporcionados pelos suportes 20A, 20B. Proporciona-se um outro deflector ou evacuador 50 para garantir que os enrolamentos 34 de extremidade ficam totalmente imersos no fluido refrigerante quando este se escoa através deles para os arrefecer por contacto directo com o seu isolamento externo. 14As seen in Figure 1, the reservoir 12 surrounding the stator 5 is divided by the stator into a coolant manifold 38 and a coolant manifold 40. The end windings 34 extend into the manifolds. A coolant inlet 42 is provided in a radially outer top or region of the coolant manifold 38 and a coolant outlet 44 is provided in a radially inner bottom or region of the outlet manifold 40. To ensure an identical cooling effect on all parts of the end windings 34 in the inlet manifold 38, the refrigerant fluid from the inlet 42 enters the inlet manifold by means of a toroidal ring 45 which extends around the inner circumference of the inlet manifold 38 collector. The wall of the toroid 45 has a large number of through holes, the holes being spaced around the inner circumference of the manifold so that the refrigerant fluid is evenly distributed through the end windings. Baffles 46 are provided to prevent flow stagnation at the corners of the inlet and outlet manifolds and to standardize the flow of refrigerant fluid into and out of the stator refrigerant fluid channels 24A, 24B provided by the brackets 20A, 20B. A further deflector or evacuator 50 is provided to ensure that the end windings 34 are fully immersed in the refrigerant fluid as it flows through them to cool them by direct contact with their external insulation. 14
Em utilização, um fluido refrigerante, neste caso um fluido refrigerante liquido de isolamento inerte é bombeado para dentro do colector 38 de entrada por meio da entrada 42 de liquido. Um fluido refrigerante preferido é o Midel 7131™, que é fabricado pela M&I Materials Ltd. Este fluido é normalmente utilizado para o arrefecimento de transformadores e tem um calor especifico de 2100 Jkg_1K_1, cerca de metade do da água. É preferido um fluido refrigerante inerte em vez de água devido aos riscos intrínsecos de corrosão e eléctricos associados com água. A pressão criada pelo bombeamento faz com que o líquido se escoe através dos suportes 20A, 20B para o colector 40 de saída. Quando o líquido atravessa os suportes 20 ocorre uma transferência de calor e calor é removido dos condutores 18 no interior dos feixes 16 de condutores, arrefecendo-se, assim, os condutores. Depois de o líquido ter atingido o colector de saída, passa por cima do evacuador 50 e é bombeado para fora da saída 44 de líquido. É, em seguida, arrefecido num permutador de calor adequado antes de ser transferido para a entrada 42 de líquido para reiniciar o ciclo.In use, a refrigerant fluid, in which case an inert insulation liquid refrigerant is pumped into the inlet manifold 38 via the liquid inlet 42. A preferred refrigerant is Midel 7131 ™, which is manufactured by M & I Materials Ltd. This fluid is typically used for the cooling of transformers and has a specific heat of 2100 J kg -1 K1, about half of that of the water. Inert coolant fluid is preferred over water because of the intrinsic corrosion and electrical risks associated with water. The pressure created by the pumping causes the liquid to flow through the supports 20A, 20B to the outlet manifold 40. As the liquid passes through the supports 20, heat transfer takes place and heat is removed from the conductors 18 within the conductor bundles 16, thus cooling the conductors. After the liquid has reached the outlet manifold, it passes over the evacuator 50 and is pumped out of the liquid outlet 44. It is then cooled in a suitable heat exchanger before being transferred to the liquid inlet 42 to restart the cycle.
Ao efectuar-se um arrefecimento, de acordo com a invenção, para manter uma temperatura baixa no enrolamento de estator aumenta-se o rendimento eléctrico, dado que as perdas no enrolamento irão ser reduzidas devido a uma menor resistividade do cobre a temperaturas mais baixas.When cooling in accordance with the invention, to maintain a low temperature in the stator winding, the electric efficiency is increased, since losses in the winding will be reduced due to a lower copper resistivity at lower temperatures.
Podem utilizar-se fluidos refrigerantes alternativos, se desejado, se a função de arrefecimento a efectuar por estes for equivalente às suas capacidades de arrefecimento, e. g., ar pressurizado, ou outros gases ou água. 15Alternative refrigerant fluids may be used, if desired, if the cooling function to be effected by them is equivalent to their cooling capacities, e.g. pressurized air, or other gases or water. 15
Podem utilizar-se concepções alternativas para um canal de arrefecimento, e. g., os suportes 20A, 20B podem ser fechados nas suas extremidades em vez de abertos e podem criar-se canais estreitos (novamente abertos em ambas as extremidades do estator para comunicar com os colectores de entrada e saída de fluido refrigerante) nas interfaces dos feixes de condutores e dos suportes ao inserir, axialmente, fitas separadoras estendidas axialmente entre os mesmos. Consequentemente, o fluido refrigerante iria entrar directamente em contacto com o isolamento externo dos feixes 16 de condutores, facilitando um arrefecimento mais eficiente do enrolamento de estator. A Figura 3 ilustra a forma de realização mais preferida da invenção que utiliza o princípio acima mencionado de contacto directo do fluido refrigerante com o isolamento 322 externo dos feixes 316 de condutores rectangulares. Mais uma vez, as espiras das bobinas eléctricas do estator estão dispostas em dois níveis 326, 328 e os condutores 318 no interior dos feixes 316 são rectangulares. As bobinas/feixes condutores são construídos, genericamente, do mesmo modo que na primeira forma de realização, mas, desta vez, cada feixe é constituído por dezoito condutores, dispostos em duas colunas de nove, para facilitar a produção de uma potência mais elevada do que na primeira forma de realização.Alternative designs may be utilized for a cooling channel, e.g. the supports 20A, 20B may be closed at their ends rather than open, and narrow channels (again open at both ends of the stator to communicate with the coolant inlet and outlet manifolds) may be created at the interfaces of the bundles of conductors and of the supports by axially inserting spacing strips axially therebetween. Accordingly, the refrigerant would directly contact the outer insulation of the conductor bundles 16, facilitating more efficient cooling of the stator winding. Figure 3 shows the most preferred embodiment of the invention which utilizes the aforementioned principle of direct contact of the refrigerant fluid with the outer insulation 322 of the bundles 316 of rectangular conductors. Again, the turns of the stator electrical coils are arranged at two levels 326, 328 and the conductors 318 within the bundles 316 are rectangular. The coils / conducting beams are generally constructed in the same manner as in the first embodiment, but this time each beam consists of eighteen conductors, arranged in two columns of nine, to facilitate the production of a higher power of the conductor. than in the first embodiment.
Interpostos entre bobinas adjacentes, e em contacto estanque e de apoio com ambos os níveis de bobinas, existem dentes ou escoras 320 de suporte estendidos radialmente que diferem, significativamente, das escoras de suporte das Figuras 1 e 2.Interposed between adjacent coils, and in a leaktight and supported contact with both coil levels, there are radially extending support teeth or struts 320 that differ significantly from the support struts of Figures 1 and 2.
Em primeiro lugar, para se alcançar rigidez e resistência, as escoras 320 de suporte têm uma construção sólida e unitária 16 (embora possam ter uma cavidade interna se uma construção desse tipo fosse suficientemente rígida e forte) e estendem-se sem articulações ou divisão desde a circunferência interior do núcleo 314 de estator até quase à circunferência interior interna do depósito 312 anelar impermeável a fluido que envolve o estator. No caso actual, considera-se que são moldados a partir de um material compósito adequado, reforçado com fibras de vidro ou grafite por motivos de resistência e dureza.First, in order to achieve rigidity and strength, the support struts 320 have a solid, unitary construction 16 (although they may have an internal cavity if such a construction were sufficiently rigid and strong) and extend without joints or division since the inner circumference of the stator core 314 to nearly the inner inner circumference of the fluid impermeable annular reservoir 312 surrounding the stator. In the present case, they are considered to be molded from a suitable composite material, reinforced with glass or graphite fibers for reasons of strength and hardness.
Em segundo lugar, as extremidades radialmente externas de todas as escoras 320 de suporte têm a forma de "caudas de andorinha" 335 quando vistas em secção transversal e estão alojadas em ranhuras ou canais 336 de forma complementar que se estendem axialmente ao longo do diâmetro interno do núcleo de estator. Isto dá origem a uma interface escalonada ou castelada de modo circunferencial entre o conjunto de enrolamento e o núcleo 314 que reage ao binário dos enrolamentos e reforça a rigidez do conjunto de enrolamento.Second, the radially outer ends of all support struts 320 are in the shape of " swift tails " 335 when viewed in cross-section and are housed in grooves or complementary channels 336 which extend axially along the inner diameter of the stator core. This results in a circumferentially staggered or castellated interface between the winding assembly and the core 314 that reacts to the winding torque and enhances the stiffness of the winding assembly.
Em terceiro lugar, cada flanco de cada escora 320 de suporte está dotado com depressões ou ranhuras 323 moldadas no mesmo nas superfícies externas dos suportes. Em conjunto com as superfícies externas das partes condutoras rectilíneas das bobinas, os suportes definem, desse modo, canais 324 para o escoamento de fluido refrigerante ao longo destes em contacto directo com o isolamento 322 dos feixes de condutores. As depressões 323 são apresentadas com uma secção transversal côncava uniformemente curva na direcção radial, em vez de estarem dotadas com cantos internos, para evitar o excesso de tensão sobre qualquer parte dos suportes 320. Na Figura 3, dois canais 324 estão definidos entre cada parte condutora linear e cada suporte adjacente, embora se possam proporcionar mais ou 17 menos canais, como se achar necessário para eliminar adequadamente calor dos feixes de condutores.Thirdly, each flank of each support strut 320 is provided with depressions or grooves 323 molded thereon on the outer surfaces of the supports. In conjunction with the outer surfaces of the rectilinear conductor portions of the coils, the holders thereby define channels 324 for the flow of refrigerant fluid therethrough in direct contact with the insulation 322 of the conductor bundles. The depressions 323 are shown having a concavely transverse cross-section curved in the radial direction, instead of being provided with internal corners, to avoid over-tensioning any part of the supports 320. In Figure 3, two channels 324 are defined between each part and each adjacent support, although more or fewer channels may be provided as necessary to adequately eliminate heat from the conductor bundles.
Para permitir a expansão térmica dos níveis 326, 326 das bobinas de estator durante o funcionamento da máquina com uma potência elevada, proporciona-se uma pequena folga X, da ordem dos dois milímetros, entre a circunferência externa do depósito 312 e a circunferência radialmente interna do conjunto de enrolamento de estator. Proporcionam-se separadores 330 de isolamento entre os dois níveis 326, 328 do enrolamento e proporcionam-se outros separadores 331 de isolamento entre o nível 328 radialmente externo e o núcleo 314 de estator.To allow the thermal expansion of the stator coil levels 326, 326 during operation of the machine at high power, a small gap X of the order of two millimeters is provided between the outer circumference of the reservoir 312 and the radially inner circumference of the stator winding assembly. Insulation spacers 330 are provided between the two winding levels 326, 328 and other insulation spacers 331 are provided between the radially outer level 328 and the stator core 314.
Referindo de novo, às Figuras 1 e 2, irá ser descrita a montagem do estator 5 desta forma de realização a partir das suas peças componentes e, em relação a isto, deve salientar-se uma outra característica na Figura 2B. Para auxiliar os feixes 16 de condutores a unir-se aos seus suportes 20A durante a montagem do enrolamento de estator, e para aumentar a resistência do enrolamento montado, os suportes 20A estão dotados com entalhes ou reentrâncias 32 em vários locais igualmente espaçados ao longo dos seus comprimentos axiais. Nestes locais, as reentrâncias reduzem a dimensão radial dos suportes 20A para a do feixe 16 de condutores adjacente de modo circunferencial, para facilitar o envolvimento de uma fita 33 de fibra de vidro ou semelhante em torno de ambos os artigos para os prender entre si. A camada interna dos suportes 20A pode ser ligada por meio de fita aos seus feixes de condutores antes de os feixes de condutores serem montados com os seus enrolamentos de extremidade para formar as bobinas. Depois de isto ter sido feito, a camada externa dos suportes 20B pode ser colocada no lugar por deslizamento. Deve, obviamente, compreender-se que os 18 suportes 20A, 20B e as bobinas do enrolamento 13 de estator nas suas duas camadas são montados uns nos outros de modo a formar um conjunto de enrolamento de estator antes de o enrolamento ser unido ao núcleo 14 de estator para produzir o estator 5 completo.Referring again to Figures 1 and 2, the stator assembly 5 of this embodiment will be described from its component parts and, in respect thereof, another feature should be noted in Figure 2B. To assist the conductor bundles 16 to be attached to their supports 20A during assembly of the stator winding, and to increase the strength of the assembled winding, the supports 20A are provided with indentations or recesses 32 at various locations equally spaced along the their axial lengths. At these locations, the recesses reduce the radial dimension of the supports 20A to that of the circumferentially adjacent conductive beam 16 to facilitate wrapping of a glass fiber web 33 or the like around both articles to secure them together. The inner layer of the supports 20A may be tape-attached to its conductor bundles before the conductor bundles are assembled with their end windings to form the bobbins. Once this has been done, the outer layer of the holders 20B may be slid into place. It will of course be understood that the holders 20A, 20B and the coils of the stator winding 13 in their two layers are mounted to one another so as to form a stator winding assembly before the winding is attached to the core 14 of stator to produce the complete stator 5.
Por outro lado, o conjunto de enrolamento de estator preferido da Figura 3 pode ser produzido ao, simplesmente, montar as bobinas e, depois, fazer deslizar os suportes 320 para o lugar entre os condutores 316. O restante processo de montagem é o mesmo que para as formas de realização de ambas as Figuras 2 e 3, mas irá ser descrito apenas com a identificação dos algarismos de referência daOn the other hand, the preferred stator winding assembly of Figure 3 may be produced by simply mounting the coils and then sliding the brackets 320 into place between the conductors 316. The remaining assembly process is the same as for the embodiments of both Figures 2 and 3, but will only be described with the identification of the reference numerals of the
Figura 1. Depois do enrolamento 13 de estator estar totalmente montado, constrói-se o núcleo 14 de estator em torno dele. Os laminados compreendem chapa magnética fina (por exemplo, com uma espessura inferior a 1 mm) com baixas perdas pré-revestida com isolamento em ambos os lados. Os laminados são fabricados como segmentos de anéis e formados numa série de pacotes de laminados, sendo estes montados sobre o enrolamento 13 de estator para formarem anéis completos. O núcleo é mantido unido por soldadura de barras de ancoragem (não mostradas) pelas partes posteriores abaixo dos laminados. Estas barras de ancoragem são, em seguida, soldadas a uma coroa 52 circular de placa de compressão de aço proporcionada em cada extremidade axialmente oposta do núcleo de estator. As barras de ancoragem contraem-se quando arrefecidas e funcionam como molas para manter um contacto perfeito entre os laminados durante o tempo de vida da máquina. 19Figure 1. After the stator winding 13 is fully assembled, the stator core 14 is constructed around it. The laminates comprise thin magnetic sheet (e.g., with a thickness of less than 1 mm) with low losses pre-coated with insulation on both sides. The laminates are manufactured as ring segments and formed in a series of packages of laminates, these being mounted on the stator winding 13 to form complete rings. The core is held together by welding anchor bars (not shown) by the backs under the laminates. These anchor bars are then welded to a circular steel compression plate crown 52 provided at each axially opposite end of the stator core. Anchor bars are contracted when cooled and act as springs to maintain perfect contact between the laminates over the life of the machine. 19
Depois de o núcleo de estator estar montado sobre o enrolamento de estator terminado, passa-se todo o estator 5, em seguida, através de um processo de impregnação e cura de resina por pressão de vácuo que finaliza o processo de isolamento do enrolamento de estator e mantém o conjunto de estator unido. Subsequentemente, o invólucro 12 de estator pode ser construído em torno do estator 5.After the stator core is mounted on the finished stator winding, the entire stator 5 is then passed through a resin pressure impregnation and curing process which terminates the stator winding insulation process and holds the stator assembly together. Subsequently, the stator housing 12 may be constructed around the stator 5.
Embora as formas de realização ilustradas da invenção tenham um enrolamento no qual as bobinas ocupam duas camadas, o especialista na técnica irá perceber que é possível proporcionar um enrolamento que tenha apenas uma camada. Um enrolamento de uma só camada deste tipo poderia, potencialmente, gerar uma potência de saída específica mais elevada. No entanto, se se quiser utilizar um número de fases e pólos elevado, como é desejado para aumentar a flexibilidade e controlo da máquina, as interligações dos enrolamentos de extremidade para um enrolamento de uma só camada iriam ocupar muito espaço, o que daria origem a um aumento do diâmetro global da máquina.While the illustrated embodiments of the invention have a winding in which the coils occupy two layers, one skilled in the art will appreciate that it is possible to provide a winding having only one layer. A single layer winding of this type could potentially generate a higher specific output power. However, if one wants to use a high number of phases and poles, as is desired to increase the flexibility and control of the machine, the interconnections of the end windings for a single layer winding would take up a lot of space, which would give rise to an increase in the overall diameter of the machine.
Embora a forma de realização ilustrada se refira, em particular, a um motor eléctrico, a construção de estator descrita também se poderia aplicar a geradores.Although the illustrated embodiment relates in particular to an electric motor, the described stator construction could also be applied to generators.
Lisboa, 27 de Janeiro de 2009 20Lisbon, January 27, 2009 20
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