BR102012000841A2

BR102012000841A2 - Máquina elétrica, e, método para operar uma máquina elétrica

Info

Publication number: BR102012000841A2
Application number: BRBR102012000841-6A
Authority: BR
Inventors: Bradley D Chamberlin; David A Fulton
Original assignee: Remy Technologies Llc
Priority date: 2011-01-14
Filing date: 2012-01-13
Publication date: 2013-10-29
Also published as: US20120181882A1; CN102594032A; DE102012100237A1

Abstract

MÁQUINA ELÉTRICA, E, MÉTODO PARA OPERAR UMA MÁQUINA ELÉTRICA. Uma máquina elétrica inclui um alojamento, um estator Montado no interior do alojamento e um rotor montado giratoriamente no interior do alojamento em relação ao estator. O rotor inclui um conjunto de laminação de rotor tendo uma pluralidade de laminações. Um sensor de temperatura é arranjado no interior do alojamento. O sensor de temperatura inclui uma superfície de sensoriamento configurada e disposta para detectar uma temperatura do rotor.

Description

"MÁQUINA ELÉTRICA, Ε, MÉTODO PARA OPERAR UMA MÁQUINA ELÉTRICA"

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Modos de realização exemplifícativos pertencem à técnica de máquinas elétricas e, mais particularmente, a uma máquina elétrica tendo um sensor de temperatura de rotor integrado.

Máquinas elétricas produzem trabalho através de energia elétrica passando através de um estator para induzir uma força eletro-motriz em um rotor. A força eletro-motriz cria uma força rotacional no rotor. A rotação do rotor é usada para acionar vários dispositivos externos. Naturalmente, máquinas elétricas também podem ser empregadas para produzir eletricidade a partir de uma entrada de trabalho. Em qualquer caso, máquinas elétricas correntemente produzem maiores saídas a maiores velocidades e são projetadas em unidades menores. As maiores densidades de energia e velocidades muitas vezes resultam em condições operacionais severas, como alta temperatura interna, vibração e similares. Consequentemente, muitas máquinas elétricas convencionais incluem sensores que monitoram, por exemplo, temperatura de estator, temperatura de alojamento ETC. Os sensores, tipicamente, tema forma de sensores de temperatura montados em um alojamento da máquina elétrica. Os sensores incluem um conjunto de fiação separado acoplado, por exemplo, a um controlador que lê e/ou grava dados sensoreados.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO

E apresentada uma máquina elétrica que inclui um alojamento, um estator montado no interior do alojamento, e um rotor montado rotativamente no interior do alojamento em relação ao estator. O rotor inclui um conjunto de laminação de rotor tendo uma pluralidade de laminações. Um sensor de temperatura é arranjado no interior do alojamento. O sensor de temperatura inclui uma superfície de sensoreamento configurada e disposta para detectar uma temperatura do rotor.

É mostrado também um método de operar uma máquina elétrica. 0 método inclui girar um rotor em relação a um estator, e medir uma temperatura do rotor com um sensor de temperatura integrado à máquina elétrica.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS

As descrições a seguir não devem ser consideradas como hmitativas de modo algum. Com referência aos desenhos anexos, elementos iguais têm a mesma numeração. A figura 1 ilustra uma máquina elétrica incluindo um sensor de

temperatura integrado de acordo com um modo de realização exemplificativo.

A figura 2 ilustra uma máquina elétrica incluindo um sensor de temperatura integrado de acordo com um outro aspecto do modo de realização exemplificati vo.

A figura 3 ilustra uma máquina elétrica incluindo um sensor de

temperatura integrado de acordo com um outro aspecto ainda uo modo de realização exemplifícativo.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Uma descrição detalhada de um ou mais modos de realização do aparelho e método descritos é apresentada aqui por meio de uma exemplificação e não limitação com referência às figuras.

Modos de realização exemplificativos proveem um sensor de temperatura que é integrado diretamente a uma máquina elétrica. O sensor de temperatura é posicionado adjacente a um rotor. O sensor de temperatura provê resposta relativa à temperatura do rotor. O monitoramento da temperatura do rotor realça a confiabilidade da máquina por prover um indicador de um modo de falha potencial. Ou seja, os parâmetros operacionais da máquina elétrica podem ser ajustados com base na temperatura do rotor para evitar uma falha de rotor potencial, como desmagnetização de magnetos. Além disso, a integração do sensor de temperatura à máquina elétrica elimina qualquer necessidade de conjuntos de fiação adicionais ou conexões externas adicionais que aumentam custo, complexidade e um número global de pontos de falha em potencial. O monitoramento da temperatura do rotor realça controle operacional de uma máquina elétrica. Torque em uma máquina de magneto interior permanente (IPM) inclui duas partes, torque de magneto permanente (PM) e torque de relutância. Torque na máquina IPM está ligado à temperatura do magneto. Um aumento na temperatura do magneto exige um ponto de controle diferente para obter torque máximo.

Uma máquina elétrica de acordo com um modo de realização exemplificativo, está indicada, de modo geral, por 2 na figura 1. A máquina elétrica 2 inclui um alojamento 4 tendo primeira e segunda paredes laterais 6 e 7 que são unidas por uma primeira parede final 8 e uma segunda parede final ou cobertura 10 para, coletivamente, definir uma porção interior 12. A primeira parede lateral 6 inclui uma superfície interna 16 e a segunda parede lateral 7 inclui uma superfície interna 17. Neste ponto, deve ser notado que o alojamento 4 poderia também ser construído para incluir uma única parede lateral tendo uma superfície interna contínua. A máquina elétrica 2 é mostrada ainda como incluindo um estator 24 arranjado nas superfícies internas 16 e 17 das primeira e segunda paredes laterais 6 e 7. O estator 24 inclui um corpo, tendo uma primeira porção final 29 que se estende para uma segunda porção final 30, que suporta uma pluralidade de enrolamentos 36. Os enrolamentos 36 incluem uma primeira porção de volta final 40 e uma segunda porção de volta final 41.

A máquina elétrica 2 é mostrada também incluindo um eixo 54 suportado rotativamente no interior do alojamento 4, O eixo 54 inclui uma primeira extremidade 56 que se estende para uma segunda extremidade 57 através de uma porção intermediária 59. A primeira extremidade 56 é suportada rotativamente em relação à segunda parede final 10, através de um primeiro mancai 63e a segunda extremidade 57 é suportada rotativamente em relação à primeira parede final 8, através de um segundo mancai 64. O eixo 54 suporta um rotor 70 que é rotativamente montado no interior do alojamento 4. O rotor 70 inclui um cubo 74 que é fixo em relação à porção intermediária 59, e um conjunto de laminação de rotor 79. O conjunto de laminação de rotor 79 inclui uma pluralidade de laminações, uma das quais está indicada por 84. No modo de realização exemplificativo mostrado, a máquina elétrica 2 assume a forma de uma máquina de magneto permanente interior (IPM), de modo que as laminações 84 incluem uma série de magnetos permanentes 90 e empilhados e alinhados para definir uma superfície diametral externa 87 do conjunto de laminação de rotor 79. Naturalmente, deve ser entendido que a máquina elétrica 2 pode assumir uma variedade de formas.

A máquina elétrica 2 é eletricamente conectada a um painel de controle de motor 97 através de um cabo de força 99 que inclui uma pluralidade de condutores elétricos, um dos quais está indicado por 104, que acoplam eletricamente o estator 24 a uma fonte de energia 108 tendo terminais (não mostrados) arranjados no painel de controle de motor 97. O painel de controle de motor 97 aloja também um controlador 114 que pode ser empregado para controlara partida do motor, velocidade do motor, e ou desligamento do motor, bem como, vários outros parâmetros operacionais. No modo de realização exemplificai!vo mostrado, o controlador 114 está ligado a um sistema de refrigeração 120 que despacha um fluxo de refrigerante, como óleo, fluxo de ar etc., através do alojamento 4. Por "através", deve ser entendido que o sistema de refrigeração 120 não pode somente ser configurado para direcionar um fluxo de refrigerante diretamente para o alojamento 4 e/ou sobre os primeiro e segundo mancais 63 e 64, mas também pode ser configurado para direcionar um fluxo de refrigerante sobre as primeira e segunda porções de volta finais 40 e 41 do estator 24, ou, indiretamente através do alojamento 4, como através de uma jaqueta de água 125, como mostrado na figura 3, onde números de referência iguais representam partes correspondentes nas respectivas vistas.

De acordo com um modo de realização exemplificativo, a máquina elétrica 2 inclui um sensor de temperatura 130 que, no modo de realização exemplificativo mostrado, é montado em uma parede final 8 e direcionado para magnetos 90 do rotor 70. Mais especificamente, o sensor de temperatura 130 inclui uma superfície de sensoreamento sem contato 135 direcionada para os magnetos 90 do rotor 70. De acordo com um aspecto do modo de realização, o sensor de temperatura 130 assume a forma de um sensor de temperatura infravermelho, entretanto, deve ser entendido que o sensor de temperatura 130 pode assumir outras formas de sensores sem contato. Adicionalmente deve ser entendido que a superfície de sensoreamento sem contato 135 também poderia ser direcionada para o conjunto e laminação 79 para detectar uma temperatura de laminações 84. O sensor de temperatura 130 é ligado ao controlador 114 através de uma linha de sensoreamento 137. Desse modo, o controlador 114 pode controlar a distribuição de refrigerante para a máquina elétrica 2 com base nas temperaturas internas da máquina. Pela integração do sensor de temperatura 130 à máquina elétrica 2 e usando a linha de sensoreamento 137 através do cabo 99, o custo e complexidade de cabeamento são reduzidos.

Ainda de acordo com o modo de realização exemplificativo mostrado, o sensor de temperatura 130 inclui um escudo 140 tendo um membro defletor 145 que se estende inteiramente sobre a superfície de sensoreamento sem contato 135. O membro defletor 145 guia qualquer substância, como refrigerante, para fora da superfície de sensoreamento sem contato 135 para assegurar que o sensor de temperatura 130 obtenha leituras representativas da temperatura do rotor. Ou seja, o escudo assegura que o sensor de temperatura 130 sensoreie temperaturas associadas ao rotor 70 e não uma temperatura de outras superfícies. Agora será feita referência à figura 2, na qual números de referência iguais representam partes correspondentes nas respectivas vistas, na descrição de um sensor de temperatura 160 de acordo com outro modo de realização. O sensor de temperatura 160 é integrado à porção de cubo 74 e inclui uma superfície de sensoreamento 165 que fica em contato direto com o conjunto de laminação 79. Ou seja, o sensor de temperatura 160 sensoreia uma temperatura de uma superfície não exposta de conjunto de laminação 79. Mais especificamente, o sensor de temperatura 160 detecta uma temperatura do conjunto de laminação 79 e uma região de interface (não rotulada separadamente) com o cubo 74. O sensor de temperatura 160 assume a forma de um termistor, mas outros elementos de sensoreamento, como dispositivos de temperatura de resistência (RTD) também podem ser empregados. Adicionalmente o termo "contato direto" deve ser entendido como incluindo contato através de materiais intervenientes. O sensor de temperatura 160 é ligado ao controlador 114 através de uma linha de sensoreamento 170 que passa através do cabo 99. Desse modo, o controlador 114 pode controlar a distribuição de refrigerante para a máquina elétrica 2 com base nas temperaturas internas da máquina. Pela integração do sensor de temperatura 130 à máquina elétrica 2 e usando a linha de sensoreamento 137 através do cabo 99, o custo e complexidade de cabeamento são reduzidos.

Embora a invenção tenha sido descrita com referência a um modo ou modos de realização exemplificativos, deve ser entendido por alguém experiente na técnica que várias mudanças podem ser feitas e equivalentes podem substituir seus elementos sem se afastar do escopo da invenção. Adicionalmente muitas modificações podem ser feitas para adaptar uma situação ou material particular aos ensinamentos da invenção sem se afastar de seu escopo essência. Por conseguinte, pretende-se que a invenção não esteja limitada ao modo de realização particular descrito como o melhor modo contemplado para executar esta invenção, mas que a invenção inclua todos os modos de realização abrangidos pelo escopo das reivindicações.

Claims

1. Máquina elétrica, caracterizada pelo fato de compreender: um alojamento; um estator, montado no interior do alojamento; um rotor tendo uma pluralidade de laminações montada giratoriamente no interior do alojamento em relação ao estator; e um sensor de temperatura arranjado no interior do alojamento, o sensor de temperatura incluindo uma superfície de sensoreamento configurada e disposta para detectar uma temperatura do rotor.

2. Máquina elétrica de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato do sensor de temperatura ser um sensor de temperatura sem contato.

3. Máquina elétrica de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato do sensor de temperatura sem contato ser um sensor de temperatura infravermelho.

4. Máquina elétrica de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato do sensor de temperatura ficar em contato direto com o rotor.

5. Máquina elétrica de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato do sensor de temperatura ser um dentre um termistor e um dispositivo de temperatura de resistência (RTD).

6. Máquina elétrica de acordo corri a reivindicação 1, caracterizada adicionalmente pelo fato de compreender: um escudo incluindo um membro defletor posicionado no sensor de temperatura.

7. Máquina elétrica de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato do escudo se estender inteiramente sobre o sensor.

8. Máquina elétrica de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato do membro defletor ser arranjado na superfície de sensoreamento do sensor.

9. Máquina elétrica de acordo com a reivindicação 1, caracterizada adicionalmente pelo fato de compreender: um sistema de refrigerante configurado e disposto para direcionar um fluxo de refrigerante através do alojamento.

10. Máquina elétrica de acordo com a reivindicação 9, caracterizada adicionalmente pelo fato de compreender: um controlador configurado e disposto para direcionar o fluxo de refrigerante através do alojamento com base nas temperaturas sensoreadas pelo sensor de temperatura.

11. Máquina elétrica de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato do sensor de temperatura ser configurado e disposto para detectar uma temperatura do conjunto de laminação.

12. Máquina elétrica de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato do sensor de temperatura ser configurado e disposto para detectar uma temperatura de magnetos integrado na pluralidade de !animações.

13. Método para operar uma máquina elétrica, o método caracterizado pelo fato de compreender: girar um rotor em relação a um estator; e medir uma temperatura do rotor com um sensor de temperatura integrado à máquina elétrica.

14. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado adicionalmente pelo fato de compreender: blindar uma superfície de sensoreamento do sensor de temperatura.

15. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de blindar a superfície de sensoreamento incluir defletir refrigerante para fora do sensor de temperatura.

16. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de medir uma temperatura do rotor incluir sensorear uma temperatura de uma superfície não exposta de uma pluralidade de laminações.

17. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de sensorar a temperatura da superfície não exposta incluir sensorear uma temperatura de uma interface entre a pluralidade de laminações de um cubo de rotor.

18. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado adicionalmente pelo fato de compreender: controlar a distribuição de refrigerante através da máquina elétrica com base na temperatura medida.

19. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de medir uma temperatura do rotor incluir detectar uma temperatura de uma pluralidade de laminações do rotor.

20. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de medir uma temperatura do rotor incluir detectar uma temperatura de magnetos integrados à pluralidade de laminações.