BR102013018521A2 - ELECTRIC MOTOR ROTOR, ELECTRIC MOTOR ROTOR CONFECTION PROCESS AND ENGINE ROTOR CONFECTION SYSTEM - Google Patents
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Abstract
ROTOR DE MOTOR ELÉTRICO, PROCESSO DE CONFECÇÃO DE ROTOR DE MOTOR ELÉTRICO E SISTEMA DE CONFECÇÂO DE ROTOR DE MOTOR A presente invenção refere-se a um rotor de motor elétrico cujos barramentos (31) de seus indutores em curto (3) preveem pelo menos um cristal linear (4) conformado em sentido análogo ao sentido funcional de fluxo de corrente elétrica (5) e possuindo uma dimensão de pelo menos duas vezes as demais dimensões do grão do referido barramentos (31) em que se encontra disposto. A invenção em questão revela ainda método e sistema de confecção de rotor de motor elétrico.ELECTRIC MOTOR ROTOR, ELECTRIC MOTOR ROTOR MAKING PROCESS AND MOTOR ROTOR MAKING SYSTEM The present invention relates to an electric motor rotor whose shorted (3) busbars (31) of its inductors provide for at least one linear crystal (4) shaped in a direction analogous to the functional direction of electric current flow (5) and having a dimension of at least twice the other dimensions of the grain of said busbars (31) in which it is arranged. The invention in question also reveals a method and system for making an electric motor rotor.
Description
Relatório Descritivo de Patente de Invenção para “ROTOR DE MOTOR ELÉTRICO, PROCESSO DE CONFECÇÃO DE ROTOR DE MOTOR ELÉTRICO E SISTEMA DE CONFECÇÃO DE ROTOR DE MOTOR”.Patent Descriptive Report for "ELECTRIC MOTOR ROTOR, ELECTRIC MOTOR ROTOR CONFECTION PROCESS AND ENGINE ROTOR CONFECTION SYSTEM".
Campo da Invenção i A presente invenção refere-se a um rotor de motor elétrico e, mais particularmente, um rotor de motor elétrico de indução tipo “gaiola de esquilo”.Field of the Invention The present invention relates to an electric motor rotor and more particularly a squirrel cage induction electric motor rotor.
De acordo com a presente invenção, o rotor de motor elétrico ora revelado tem por principal objetivo aumentar a condutividade elétrica dos barramentos de curto existentes entre os anéis de curto que compõem o mencionado rotor de motor elétrico. I. A presente invenção refere-se ainda ao processo de confecção do rotor de motor elétrico e, mais particularmente, no processo de solidificação controlada que integra o processo de confecção do rotor de motor elétrico. A presente invenção refere-se também ao sistema de confecção do rotor de motor elétrico, sistema este que possibilita a realização do processo de solidificação controlada i que integra o processo de confecção do rotor de motor elétrico.In accordance with the present invention, the disclosed electric motor rotor has as its main object to increase the electrical conductivity of the short buses existing between the short rings that make up said electric motor rotor. I. The present invention further relates to the process of making the electric motor rotor and, more particularly, to the controlled solidification process which integrates the process of making the electric motor rotor. The present invention also relates to the electric motor rotor making system, which system enables the controlled solidification process that integrates the electric motor rotor making process to be carried out.
Fundamentos da Invenção Como é do conhecimento dos técnicos versados no assunto, motores elétricos são fundamentalmente compostos por um rotor e um estator.BACKGROUND OF THE INVENTION As is well known to those skilled in the art, electric motors are primarily composed of a rotor and a stator.
Em linhas gerais, um estator de motor elétrico é basicamente integrado por uma i armação metálica na qual se encontram indutores radialmente dispostos. Os referidos indutores são normalmente compreendidos por bobinas devidamente enroladas em suportes existentes na armação metálica.Generally speaking, an electric motor stator is basically integrated by a metal frame in which radially arranged inductors are located. Said inductors are usually comprised of coils properly wound on supports in the metal frame.
Também em linhas gerais, um rotor de motor elétrico (tipo gaiola de esquilo) é basicamente integrado por um núcleo metálico no qual encontram indutores radialmente i dispostos. Os referidos indutores, os quais encontram-se em curto, são normalmente compreendidos por colunas metálicas, as quais estendem-se por toda a extensão axial do núcleo metálico. Como os indutores do rotor estão em curto, é então possível observar que as colunas metálicas têm suas extremidades unificadas através de anéis de curto.Also generally, an electric motor rotor (squirrel cage type) is basically integrated by a metal core in which radially inductors are arranged. Said inductors, which are shorted, are usually comprised of metal columns extending the full axial extension of the metal core. As the rotor inductors are shorted, it can then be seen that the metal columns have their ends unified by shorting rings.
Conforme anteriormente comentado, a constituição básica de motores elétricos e, i em especial, motores elétricos de indução, é de conhecimento dos técnicos versados no assunto. É também do conhecimento dos técnicos versados no assunto que a condutividade elétrica dos indutores do rotor do motor compreende um dos aspectos que determina a eficiência energética do motor como um todo. Isto porque existe uma razão i diretamente proporcional entre a interação eletromagnética estabelecida entre estator e rotor e a condutividade elétrica dos indutores do estator e rotor.As previously commented, the basic constitution of electric motors, and especially induction electric motors, is well known to those skilled in the art. It is also well known to those skilled in the art that the electrical conductivity of the motor rotor inductors comprises one aspect that determines the energy efficiency of the motor as a whole. This is because there is a directly proportional ratio i between the electromagnetic interaction established between stator and rotor and the electrical conductivity of the stator and rotor inductors.
No entanto, sabe-se ainda que existe uma relação entre o custo-benefício do material de confecção dos indutores do rotor e a condutividade elétrica deste mesmo material. Ou seja, sabe-se que é economicamente inviável fabricar rotores de motores elétricos cujo material de confecção dos indutores seja um material fundamentalmente nobre, como por exemplo, a prata ou o cobre.However, it is still known that there is a relationship between the cost-benefit of the rotor inductor material and the electrical conductivity of this material. That is, it is known that it is economically unfeasible to manufacture electric motor rotors whose inductor-making material is a fundamentally noble material, such as silver or copper.
Portanto, e visando alcançar uma excelente relação entre o custo-benefício e a condutividade elétrica, sabe-se que os indutores de rotores de motores elétricos são confeccionados em alumínio. É evidente notar que a escolha deste material, além de ser economicamente interessante, é extremamente vantajosa do ponto de vista fabril, afinal, é de conhecimento geral que o alumínio trata-se de um material de fácil manipulação industrial.Therefore, and aiming to achieve an excellent cost-benefit ratio, it is known that electric motor rotor inductors are made of aluminum. It is evident to note that the choice of this material, besides being economically interesting, is extremely advantageous from the factory point of view, after all, it is well known that aluminum is a material of easy industrial handling.
Neste sentido, o atual estado da técnica prevê diversos processos de confecção de rotores de motores elétricos. Dentre estes diversos processos, destaca-se aquele descrito no documento patentário PI 0106597-1. O referido documento descreve um processo de confecção de rotores onde é prevista a injeção e centrifugação de alumínio, no núcleo metálico de um rotor, resultando na conformação dos indutores em curto (colunas e anéis de curto).In this sense, the current state of the art foresees various processes for making electric motor rotors. Among these various processes, the one described in patent document PI 0106597-1 stands out. This document describes a rotor fabrication process where injection and centrifugation of aluminum is foreseen in the metallic core of a rotor, resulting in the conformation of shorted inductors (columns and short rings).
No mais, o processo de confecção de rotores descrito no supracitado documento patentário PI 0106597-1 prevê ainda meios inéditos de finalização do processo e, consequentemente, meios inéditos responsáveis pela otimização do acabamento dos rotores confeccionados.In addition, the rotor making process described in the above-mentioned patent document PI 0106597-1 further provides unprecedented means of process completion and, consequently, unprecedented means responsible for optimizing the finishing of the manufactured rotors.
Muito embora o processo de confecção de rotores de motores elétricos revelado no documento patentário PI 0106597-1 alcance todos os objetivos a que se propõe, é possível verificar que o mesmo não objetiva otimizar ou melhorar qualquer aspecto relacionado a condutividade elétrica dos indutores de alumínio (colunas e anéis de curto). É evidente que o processo revelado no documento patentário PI 0106597-1 pode utilizar outros materiais cuja condutividade elétrica é superior à do alumínio, entretanto, e conforme anteriormente mencionado, a simples alteração de materiais é economicamente inviável. É então com base nessas premissas que surge a presente patente de invenção.Although the process of making electric motor rotors disclosed in patent document PI 0106597-1 achieves all its intended purposes, it can be seen that it is not intended to optimize or improve any aspect related to electrical conductivity of aluminum inductors ( columns and short rings). It is evident that the process disclosed in patent document PI 0106597-1 may use other materials whose electrical conductivity is higher than aluminum, however, and as mentioned above, simply changing materials is economically unviable. It is then based on these premises that the present invention patent arises.
Objetivos da Invenção Desta forma, é um dos objetivos da presente invenção apresentar um rotor de motor elétrico cujos indutores em curto (barramentos e anéis de curto) sejam confeccionados em alumínio ou liga metálica equivalente, e que mesmo assim, possuam elevada condutividade elétrica se comparados aos indutores em curto de rotores de motores elétricos pertencentes ao atual estado da técnica. É então um dos objetivos da invenção em questão prover um rotor de motor elétrico cujos indutores em curto e, especialmente os barramentos, apresentem microestrutura melhorada. É, portanto, um dos objetivos da invenção em questão que os barramentos em curto do rotor do motor elétrico possuam cristais lineares alinhados com o sentido de fluxo da corrente elétrica que por ali circula. Neste sentido, é também um dos objetivos da invenção em questão que os cristais lineares definidos nas colunas (ou barramentos) dos indutores em curto do rotor do motor elétrico sejam macrométricos. É outro objetivo da invenção em questão revelar pelo menos um processo de confecção de rotor de motor elétrico hábil de alcançar as especificações acima brevemente citadas, isto é, capaz de confeccionar um rotor de motor elétrico cujas colunas (ou barramentos) dos indutores em curto do rotor do motor elétrico possuam cristais lineares conformados no sentido de fluxo da corrente elétrica que por ali circula, sendo os referidos cristais lineares de constituição macrométrica. É então outro objetivo da invenção em questão que o citado processo de confecção de rotor de motor elétrico alcance tais especificações através do controle térmico da solidificação do alumínio ou liga metálica equivalente que compõe os indutores em curto do rotor do motor elétrico. É ainda um dos objetivos da invenção em questão que o citado processo de confecção de rotor de motor elétrico, através do controle térmico da solidificação do alumínio ou liga metálica equivalente que compõe os indutores em curto do rotor do motor elétrico, seja hábil de expulsar as impurezas do referido alumínio ou liga metálica equivalente para as zonas de contorno de grão que delimitam e definem o contorno dos cristais lineares presentes nas colunas (ou barramentos) dos indutores em curto do rotor do motor elétrico.OBJECTS OF THE INVENTION Thus, it is an object of the present invention to provide an electric motor rotor whose shorted inductors (busbars and short rings) are made of aluminum or equivalent alloy, and yet have high electrical conductivity when compared. to shorted inductors of electric motor rotors belonging to the current state of the art. It is therefore an object of the present invention to provide an electric motor rotor whose shorted inductors, and especially the busbars, have improved microstructure. It is therefore one of the objects of the present invention that the shorted rotors of the electric motor rotor have linear crystals aligned with the direction of flow of the electric current flowing therein. In this sense, it is also an object of the present invention that the linear crystals defined in the columns (or busbars) of the electric motor rotor shorted inductors be macrometric. It is another object of the present invention to disclose at least one process for making an electric motor rotor capable of meeting the above-cited specifications, that is, capable of making an electric motor rotor whose columns (or busbars) of the inductors short of the rotor of the electric motor have linear crystals shaped in the direction of flow of the electric current that circulates there, being said linear crystals of macrometric constitution. It is therefore another object of the present invention that the said electric motor rotor making process achieve such specifications by thermally controlling the solidification of the aluminum or equivalent alloy that makes up the shorted inductors of the electric motor rotor. It is a further object of the present invention that the said process of making an electric motor rotor, by thermally controlling the solidification of aluminum or equivalent alloy that makes up the shorted inductors of the electric motor rotor, is capable of expelling the motors. impurities from said aluminum or equivalent alloy to the grain boundary zones which delimit and define the contour of the linear crystals present on the shorted inductor columns (or busbars) of the electric motor rotor.
Por último, é um dos objetivos da invenção em tela revelar um sistema de confecção de rotor de motor elétrico hábil de executar o processo de confecção de rotor de motor elétrico.Finally, it is one of the objects of the present invention to disclose an electric motor rotor making system capable of performing the electric motor rotor making process.
Sumário da Invenção Estes e outros objetivos da invenção ora revelada são totalmente alcançados por meio do rotor de motor elétrico ora revelado, o qual compreende pelo menos um núcleo metálico e uma pluralidade de indutores em curto, onde os referidos indutores em curto são fundamentalmente conformados por barramentos e por anéis de curto.SUMMARY OF THE INVENTION These and other objects of the present invention are fully achieved by means of the presently disclosed electric motor rotor, which comprises at least one metal core and a plurality of shorted inductors, wherein said shorted inductors are fundamentally shaped by buses and by short rings.
De acordo com a invenção em questão, o rotor de motor elétrico prevê pelo menos um cristal linear conformado em sentido análogo ao sentido funcional de fluxo de corrente elétrica, sendo o referido cristal linear disposto em pelo menos um barramento de pelo menos um indutor em curto, e possuindo uma dimensão alinhada ao fluxo de corrente elétrica de pelo menos duas vezes maior que as demais dimensões dos grãos em relação a extensão axial do referido barramentos em que se encontra disposto.According to the present invention, the electric motor rotor provides at least one linear crystal shaped in a sense analogous to the functional direction of electric current flow, said linear crystal arranged in at least one busbar of at least one shorted inductor. and having a dimension aligned with the flow of electric current of at least twice greater than the other dimensions of the grains in relation to the axial extension of said busbar in which it is arranged.
Opcionalmente, podem ser previstos cristais lineares de extensão análoga à pelo menos um terço da extensão axial do referido barramentos em que se encontram dispostos, ou ainda, de extensão equivalente à extensão axial do referido barramentos em que se encontram dispostos.Optionally, linear crystals of extension analogous to at least one third of the axial extension of said busbar on which they are arranged may be provided, or of extension equivalent to the axial extension of said busbar on which they are arranged.
De acordo com a invenção em questão, é particularmente interessante que sejam previstos múltiplos cristais lineares em um mesmo barramento. Além disto, é também particularmente interessante que seja previsto pelo menos um cristal linear em cada um dos barramentos do rotor.According to the present invention, it is particularly interesting that multiple linear crystals are provided on the same busbar. In addition, it is also particularly interesting that at least one linear crystal is provided on each rotor busbar.
Também opcionalmente, é possível prever pelo menos um cristal linear disposto em pelo menos um anel de curto, sendo que neste caso, o cristal linear disposto em pelo menos um anel de curto pode ser estendido em pelo menos um trecho de pelo menos um barramento.Also optionally, it is possible to provide at least one linear crystal arranged in at least one short ring, in which case the linear crystal arranged in at least one short ring may be extended over at least a portion of at least one bus.
Além do rotor de motor elétrico propriamente dito, a invenção em questão também alcança os objetivos a que se propõem através do processo de confecção do rotor de motor elétrico, o qual compreende pelo menos uma etapa de conformação do núcleo metálico e pelo menos uma etapa de conformação dos indutores em curto através da introdução de material metálico fundido no núcleo metálico. Como diferencial frente ao estado da técnica, o processo em questão destaca-se pelo fato de promover, ao longo da etapa de conformação dos indutores em curto, a solidificação controlada do material metálico fundido introduzido no núcleo metálico, solidificação esta que é efetivada através do resfriamento orientado do material metálico fundido.In addition to the electric motor rotor itself, the present invention also achieves its intended purpose through the process of making the electric motor rotor, which comprises at least one step of forming the metal core and at least one step of shorting of the inductors by introducing molten metal material into the metal core. As a differential in relation to the state of the art, the process in question stands out because it promotes, during the step of conformation of the shorted inductors, the controlled solidification of the molten metallic material introduced in the metallic core, which is achieved through the oriented cooling of the molten metal material.
Em linhas gerais, e de acordo com os conceitos e objetivos da invenção em questão, o referido resfriamento orientado do material metálico fundido é realizado no sentido axial do núcleo metálico e, mais particularmente, de baixo para cima.Generally speaking, and in accordance with the concepts and objects of the present invention, said oriented cooling of the molten metal material is carried out axially of the metal core and more particularly from the bottom up.
Além do rotor de motor elétrico e do processo de confecção do rotor de motor elétrico, a invenção em questão também alcança os objetivos a que se propõem através do sistema de confecção de rotor de motor elétrico, o qual compreende pelo menos um molde de contenção do rotor de motor elétrico. Como diferencial frente ao estado da técnica, o sistema de confecção de rotor de motor elétrico compreende ainda pelo menos um meio de aquecimento vinculado à pelo menos um trecho da extensão axial do molde e pelo menos um meio de resfriamento vinculado à pelo menos uma das extremidades axiais do molde.In addition to the electric motor rotor and the electric motor rotor making process, the present invention also achieves its objectives through the electric motor rotor making system, which comprises at least one containment mold of the electric motor rotor. electric motor rotor. As a differential with the prior art, the electric motor rotor making system further comprises at least one heating means attached to at least a portion of the axial extension of the mold and at least one cooling means attached to at least one end. mold thrust.
De acordo com a invenção em questão, verifica-se que o referido meio de aquecimento é hábil de manter fundamentalmente constante a temperatura do citado material metálico fundido introduzido no molde através do meio de introdução de material metálico fundido. No mais, verifica-se também que o referido meio de resfriamento é hábil de promover resfriamento orientado, em sentido axial, do citado material metálico fundido introduzido no molde através do meio de introdução de material metálico fundido. Em linhas gerais, o mencionado sistema de confecção de rotor de motor elétrico prevê um gradiente térmico ajustável entre o meio de aquecimento e o meio de resfriamento.According to the present invention, it is found that said heating means is capable of fundamentally maintaining the temperature of said molten metal material introduced into the mold by means of the molten metal material introduction means. Furthermore, it is also found that said cooling means is capable of promoting axially oriented cooling of said molten metal material introduced into the mold by means of introducing molten metal material. Generally speaking, said electric motor rotor making system provides for an adjustable thermal gradient between the heating medium and the cooling medium.
Preferencialmente, o meio de aquecimento compreende uma resistência elétrica cooperante à parede externa do molde.Preferably, the heating means comprises a cooperative electrical resistance to the outer wall of the mold.
Adicionalmente, o sistema da presente invenção pode compreender um meio para diminuir a perda de calor de forma gradual e, ainda, referido meio para diminuir a perda de calor pode ser uma parede isolante termicamente que envolve o referido molde.O meio de resfriamento compreende um sistema de circulação de fluido refrigerado, e mais particularmente, um sistema de circulação de fluido refrigerado definido no interior da porção inferior do molde.Additionally, the system of the present invention may comprise a means for gradually decreasing heat loss and further said means for decreasing heat loss may be a thermally insulating wall surrounding said mold. refrigerant circulation system, and more particularly, a refrigerant circulation system defined within the lower portion of the mold.
Descrição Resumida dos Desenhos A presente invenção será pormenorizadamente detalhada com base nas figuras abaixo relacionadas, as quais: A figura 1 ilustra um convencional rotor de motor elétrico, de acordo com o atual estado da técnica; A figura 2 ilustra os indutores em curto de um convencional rotor de motor elétrico, bem como um detalhe ampliado de sua composição granular, de acordo com o atual estado da técnica; A figura 3 ilustra os indutores em curto de um rotor de motor elétrico, bem como um detalhe ampliado de sua composição granular, de acordo com a presente invenção; e Afigura 4 ilustra, de forma esquemática, o sistema de confecção de rotor de motor elétrico, de acordo com a presente invenção.Brief Description of the Drawings The present invention will be further detailed based on the following related figures, which: Figure 1 illustrates a conventional electric motor rotor according to the current state of the art; Figure 2 illustrates the shorted inductors of a conventional electric motor rotor as well as an enlarged detail of their granular composition according to the current state of the art; Figure 3 illustrates the shorted inductors of an electric motor rotor as well as an enlarged detail of their granular composition in accordance with the present invention; and Figure 4 schematically illustrates the electric motor rotor making system according to the present invention.
Descrição Detalhada da Invenção Preliminarmente, e antes de entrar em detalhes profundos da invenção em questão, entende-se ser interessante pontuar e descrever alguns dos detalhes técnicos pertencentes ao arcabouço do campo tecnológico em questão.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Preliminarily, and before going into deep detail of the invention in question, it is considered interesting to point out and describe some of the technical details pertaining to the framework of the technological field in question.
Sendo assim, verifica-se que a terminologia “cristais”, como é de conhecimento dos especialistas versados em metalurgia, refere-se a “grãos” isolados na matéria em estado sólido.Thus, it can be seen that the terminology "crystals", as is well known to those skilled in metallurgy, refers to "grains" isolated in solid state matter.
Em relação ao mecanismo de formação de “cristais”, sabe-se que durante a solidificação, os metais sofrem um rearranjo de seus átomos que determina a estrutura cristalina dos mesmos. Dependendo do modo com que o líquido transforma-se em sólido, podem ocorrer defeitos no empilhamento e/ou na organização dos átomos resultando em imperfeições estruturais. Os átomos, de um metal sólido, vibram em torno de posições geométricas definidas em função do arranjo cristalino, característica esta específica para cada metal. No estado líquido, os átomos, possuem também movimentos de translação. Durante este movimento, os átomos entram em colisão. Em uma colisão é possível haver um agrupamento de átomos em estado de equilíbrio, nos quais irão formar um núcleo, com um dado arranjo cristalino. O núcleo é um sólido que pode crescer ou se dissolver, dependendo da energia (térmica, eletromagnética, etc.) absorvida pelo sistema. O crescimento do sólido ocorre por migração de átomos do estado liquido para o estado sólido, arranjando átomos em posições de equilíbrio do reticulado, formando arranjos cristalinos.Regarding the mechanism of formation of "crystals", it is known that during solidification, the metals undergo a rearrangement of their atoms that determines the crystal structure of them. Depending on how the liquid turns to solid, defects in stacking and / or organization of atoms may occur resulting in structural imperfections. Atoms of a solid metal vibrate around defined geometric positions as a function of the crystalline arrangement, which is specific for each metal. In the liquid state, atoms also have translational motions. During this movement, atoms collide. In a collision it is possible to have a group of atoms in equilibrium, in which they will form a nucleus, with a given crystalline arrangement. The core is a solid that can grow or dissolve, depending on the energy (thermal, electromagnetic, etc.) absorbed by the system. Solid growth occurs by migrating atoms from the liquid state to the solid state, arranging atoms at equilibrium positions of the lattice, forming crystalline arrangements.
Na solidificação controlada ou nucleação controlada, a principal característica é a quantidade e tamanho do arranjo cristalino obtido. Neste contexto, e de acordo com a presente invenção, os “cristais lineares” são aqueles que podem ser idealizados como aqueles grãos cujas orientações cristalográficas são fundamentalmente similares, apresentando baixo teor de discordância entre suas zonas de contorno.In controlled solidification or controlled nucleation, the main characteristic is the amount and size of the crystalline arrangement obtained. In this context, and according to the present invention, the "linear crystals" are those that can be idealized as those grains whose crystallographic orientations are fundamentally similar, presenting low disagreement between their boundary zones.
Com o resfriamento controlado, a energia imposta ao sistema produz a passagem de líquido para sólido proporcionando tempo suficiente para que os átomos durante suas colisões façam um arranjo e entrem em estado de equilíbrio, consequentemente, formem núcleos cristalinos. Quando o material, inicialmente em estado líquido possui átomos de impureza (resfriamento em condições de não equilíbrio, átomos com raio atômico diferente, estrutura cristalina diferente ou valência diferente do metal que se deseja solidificar) podem provocar desalinhamento ou ruptura entre os átomos, em função de substituir algum átomo ou produzir vazios, imperfeições ou interrupções na formação da rede cristalina. Estes tipos de defeitos formam na maioria das vezes os contornos do cristal (contorno de grão), no qual delimita dois cristais sólidos de mesma fase.With controlled cooling, the energy imposed on the system produces the passage of liquid to solid allowing sufficient time for atoms during their collisions to make an arrangement and to come into equilibrium, thereby forming crystalline nuclei. When the initially liquid material has impurity atoms (cooling under unbalanced conditions, atoms with a different atomic radius, different crystalline structure, or different valence than the metal to be solidified) can cause misalignment or rupture between atoms, depending on to replace some atom or produce voids, imperfections or interruptions in the formation of the crystal lattice. These types of defects most often form the contours of the crystal (grain boundary), which delimits two solid crystals of the same phase.
Portanto e, em linhas gerais, o processo de confecção de rotor de motor elétrico, compreende um processo de solidificação unidirecional controlada, objetiva solidificar um material inicialmente em estado líquido a partir de uma das extremidades, efetuando uma taxa de solidificação lenta em uma única direção possibilitando a obtenção de um sólido com alta perfeição cristalina.Therefore, and generally, the electric motor rotor making process comprises a controlled unidirectional solidification process aimed at solidifying an initially liquid material from one end, performing a slow solidification rate in one direction only. making it possible to obtain a solid with high crystalline perfection.
Neste sentido, o referido processo de confecção do rotor de motor elétrico, segundo a presente invenção, além de prever as etapas sabidamente convencionais (etapa de conformação do núcleo metálico 2 do rotor 1 e etapa de conformação dos indutores em curto 3 através da introdução de material metálico fundido no núcleo metálico 2), compreende ainda - ao longo da etapa de conformação dos indutores em curto 3 - a solidificação controlada do material metálico fundido introduzido no núcleo metálico 2, sendo a referida solidificação controlada efetivada através do resfriamento orientado do material metálico fundido.In this sense, said process of making the electric motor rotor according to the present invention, besides providing the known conventional steps (step of forming the metallic core 2 of the rotor 1 and step of forming the inductors in short 3 by introducing molten metal material in the metal core 2) further comprises - throughout the step of forming the inductors in short 3 - controlled solidification of the molten metal material introduced into the metal core 2, said controlled solidification being effected by the oriented cooling of the metal material cast.
Mais particularmente, e sempre de acordo com a presente invenção, verifica-se que o resfriamento orientado do material metálico fundido é realizado no sentido axial do núcleo metálico 2, de baixo para cima. O acima mencionado processo de confecção do rotor de motor elétrico é preferencialmente realizado no sistema de confecção de rotor de motor elétrico, sistema este que também integra o escopo da invenção em questão.More particularly, and always in accordance with the present invention, it is found that the oriented cooling of the molten metal material is carried out axially from the metal core 2 from the bottom up. The aforementioned process of making the electric motor rotor is preferably carried out in the electric motor rotor making system, which system also falls within the scope of the present invention.
De acordo com uma concretização preferencial do sistema de confecção de rotor de motor elétrico, a qual é esquematicamente ilustrada na figura 4, verifica-se què o mesmo compreende um molde de contenção do rotor 1 de motor elétrico formado por uma porção superior 6 e uma porção inferior 7, pelo menos um meio de aquecimento 8 vinculado à pelo menos um trecho da extensão axial do molde, e pelo menos um meio de resfriamento 9 vinculado à pelo menos uma das extremidades axiais do molde.According to a preferred embodiment of the electric motor rotor making system, which is schematically illustrated in Figure 4, it is found that it comprises an electric motor rotor 1 retaining mold formed by an upper portion 6 and a lower portion 7, at least one heating means 8 attached to at least one portion of the axial extension of the mold, and at least one cooling means 9 attached to at least one of the axial ends of the mold.
Preferencialmente, o meio de aquecimento 8 compreende uma resistência elétrica cooperante à parede externa do molde, e o meio de resfriamento 9 compreende um sistema de circulação de fluido refrigerado preferencialmente disposto na porção inferior 7 do referido molde.Preferably, the heating means 8 comprises a cooperative electrical resistance to the outer wall of the mold, and the cooling means 9 comprises a refrigerant circulating system preferably disposed in the lower portion 7 of said mold.
Ainda preferencialmente, é importante ressaltar que tanto o meio de aquecimento 8 quanto o meio de resfriamento 9 podem ser integrados a sub-sistemas e/ou equipamento de controle e ajuste de faixa de operação de temperatura. Isto significa que, preferencialmente, o sistema de confecção de rotor de motor elétrico pode prever um gradiente térmico ajustável entre o meio de aquecimento 8 e o meio de resfriamento 9. A função básica do referido meio de aquecimento 8 consiste em manter fundamentalmente constante a temperatura do citado material metálico fundido introduzido no molde através de um meio de introdução de material metálico fundido (não ilustrado), enquanto a função básica do referido meio de resfriamento 9 consiste em promover resfriamento orientado, em sentido axial, do citado material metálico fundido introduzido no molde através do meio de introdução de material metálico fundido.Most preferably, it is important to note that both heating medium 8 and cooling medium 9 may be integrated with subsystems and / or temperature operating range control and adjustment equipment. This means that preferably the electric motor rotor making system can provide an adjustable thermal gradient between the heating medium 8 and the cooling medium 9. The basic function of said heating medium 8 is to keep the temperature essentially constant. said molten metal material introduced into the mold by means of a molten metal material introducing means (not shown), while the basic function of said cooling medium 9 is to provide axially oriented cooling of said molten metal material introduced into the mold mold by means of introducing molten metal material.
Ainda, de acordo com uma concretização alternativa da presente invenção, e com a finalidade de aumentar a eficiência do sistema, é possível dispor um meio para diminuir a perda de calor de modo gradual e, para isso, o referido sistema pode compreender uma parede isolante termicamente que envolve o molde (6, 7).Further, according to an alternative embodiment of the present invention, and for the purpose of increasing system efficiency, it is possible to provide a means for gradually decreasing heat loss and for that purpose said system may comprise an insulating wall. thermally surrounding the mold (6, 7).
Sendo assim, e durante o processo de confecção de rotor de motor elétrico, de acordo com a presente invenção, uma determinada quantidade de alumínio, em estado líquido, é derramado no interior do molde 7 (que abriga e mantém o posicionamento do núcleo metálico 2 do rotor 1).Accordingly, and during the process of making an electric motor rotor according to the present invention, a certain amount of liquid aluminum is poured into the mold 7 (which houses and maintains the positioning of the metal core 2). rotor 1).
Durante todo o período de enchimento do molde, o referido alumínio tende a manter seu estado líquido em função do meio de aquecimento 8.Throughout the mold filling period, said aluminum tends to maintain its liquid state as a function of the heating medium 8.
Durante ou após o enchimento do molde, o meio de resfriamento 9 é acionado e cria uma zona de “baixa temperatura” (sempre em relação à temperatura do molde e do alumínio liquido, a qual é somente mantida em função da existência do meio de aquecimento 8) na extremidade inferior do referido molde.During or after mold filling, cooling medium 9 is triggered and creates a “low temperature” zone (always relative to mold temperature and liquid aluminum, which is only maintained as a function of the heating medium 8) at the lower end of said mold.
Esta zona de “baixa temperatura” promove, então, a solidificação controlada do material metálico fundido introduzido no núcleo metálico 2, e esta solidificação controlada, conforme anteriormente descrito, acaba por definir “cristais lineares” 4 e, mais particularmente, acaba por definir “cristais lineares” 4 dispostos nos barramento 31 dos indutores em curto 3 do rotor 1.This "low temperature" zone then promotes controlled solidification of the molten metal material introduced into the metallic core 2, and this controlled solidification, as described above, ultimately defines "linear crystals" 4 and, more particularly, defines " linear crystals ”4 arranged on the busbar 31 of the shorted 3 inductors of rotor 1.
Neste contexto, e já fazendo referência à figura 3, verifica-se que o processo de confecção de motor elétrico, este sendo executado no sistema de confecção de rotor de motor, resulta na fabricação de um rotor de motor elétrico, o qual figura como o principal objeto da patente em tela.In this context, and referring to Figure 3, it can be seen that the electric motor making process, which is being performed in the motor rotor making system, results in the manufacture of an electric motor rotor, which figures as the main subject of the patent on screen.
Sendo assim, e conforme esquematicamente ilustrado na figura 3, o rotor 1 ora idealizado compreende um núcleo metálico 2 e uma pluralidade de indutores em curto 3 confeccionados a partir da solidificação de alumínio. Os referidos indutores em curto 3 são, por sua vez, fundamentalmente conformados por barramentos 31 e por anéis de curto 32.Accordingly, and as schematically illustrated in Figure 3, the ideally rotor 1 now comprises a metal core 2 and a plurality of shorted inductors 3 made from aluminum solidification. Said shorted inductors 3 are in turn mainly formed by busbars 31 and shorted rings 32.
Conforme anteriormente mencionado, o referido rotor 1 tem seu grande diferencial no que diz respeito à sua microestrutura e, mais particularmente, à microestrutura de seus indutores em curto 3.As previously mentioned, said rotor 1 has its great differential with respect to its microstructure and, more particularly, to the microstructure of its shorted inductors 3.
Tal microestrutura prevê pelo menos um cristal linear 4 conformado em sentido análogo ao sentido funcional de fluxo de corrente elétrica 5, sendo o referido cristal linear 4 disposto em pelo menos um barramento 31 de pelo menos um indutor em curto 3, e possuindo uma dimensão alinhada ao fluxo de corrente elétrica de pelo menos duas vezes as demais dimensões do grão do referido barramento 31 em que se encontra disposto Opcionalmente, um ou mais cristais lineares 4 podem ainda prever uma extensão análoga à pelo menos um terço da extensão axial do referido barramentos 31 em que se encontra disposto, ou ainda, equivalente à extensão axial do referido barramentos 31 em que se encontra disposto.Such a microstructure provides for at least one linear crystal 4 shaped in a sense analogous to the functional direction of electric current flow 5, said linear crystal 4 arranged on at least one bus 31 of at least one shorted inductor 3, and having an aligned dimension. at the flow of electric current of at least twice the other grain dimensions of said busbar 31 in which it is optionally disposed, one or more linear crystals 4 may further provide an extension analogous to at least one third of the axial span of said busbar 31 which is arranged or equivalent to the axial extension of said busbar 31 to which it is arranged.
Vale destacar que o sistema de confecção de rotor de motor elétrico anteriormente detalhado permite que um único rotor 1 possua múltiplos cristais lineares 4 em um mesmo barramento 31, ao mesmo tempo em que garante a existência de menos um cristal linear 4 em cada um dos barramentos 31 do rotor 1.It is noteworthy that the previously detailed electric motor rotor making system allows a single rotor 1 to have multiple linear crystals 4 on the same bus 31, while ensuring that there is one less linear crystal 4 on each busbar. 31 of rotor 1.
Eventualmente, são também definidos cristais lineares 4 nos anéis de curto 32, sendo que nestas ocorrências, é normal verificar que o cristal linear 4 disposto em um anel de curto encontra-se também estendido em pelo menos um trecho de pelo menos um barramento 31. O rotor 1 ora revelado, devido à sua melhoria microestrutural onde são definidos cristal linear 4 em sentido análogo ao sentido funcional de fluxo de corrente elétrica 5, apresenta baixíssima degradação de corrente elétrica, e esta é uma das maiores vantagens da invenção em questão.Eventually, linear crystals 4 are also defined in the short rings 32, and in these instances it is normal to see that the linear crystal 4 disposed in a short ring is also extended at least one portion of at least one bus 31. The rotor 1 now disclosed, due to its microstructural improvement where linear crystal 4 in the sense analogous to the functional direction of electric current flow 5 is defined, exhibits very low electric current degradation, and this is one of the major advantages of the present invention.
Isto porque sabe-se que regiões de contorno de grão formam um mecanismo de degradação da corrente elétrica (movimento de elétrons por unidade de volume). A corrente elétrica total, dada pelo movimento de elétrons e lacunas (cargas positivas) acelerados por um campo elétrico, produz um campo elétrico através de vibrações, neste caso, vibrações eletromagnéticas, sendo que este campo acelera os portadores de carga (elétrons e lacunas) até uma velocidade máxima na qual permanece constante depois de certo intervalo de tempo. Os portadores de carga sofrem colisões ao longo de sua trajetória, e tais colisões ocorrem nos chamados centros de espalhamento, desta forma os portadores transferem energia para a rede cristalina. O mecanismo de espalhamento, pode então ser descrito como uma força resistiva que se opõe ao movimento dos portadores de carga. A eficiência do movimento dos portadores (corrente total), é mensurada através da sensibilidade com que estes respondem ao campo elétrico, esta grandeza é conhecida como mobilidade eletrônica. A mobilidade eletrônica é a "facilidade” com que os portadores respondem a um campo elétrico, e será tanto maior quanto menor a massa das partículas e menor a densidade e efetividade dos centros de espalhamento. O contorno de grão, ou superfície de grão, é uma das propriedades que geram o espalhamento dos portadores de carga e é o objeto desta invenção. Quanto menor a densidade dos contornos de grão, menor a influência dos centros de espalhamento.This is because grain boundary regions are known to form a mechanism of electrical current degradation (electron movement per unit volume). The total electric current, given by the movement of electrons and gaps (positive charges) accelerated by an electric field, produces an electric field through vibrations, in this case electromagnetic vibrations, which this field accelerates the charge carriers (electrons and gaps). to a maximum speed at which it remains constant after a certain time interval. The charge carriers suffer collisions along their trajectory, and such collisions occur in the so-called scattering centers, so the carriers transfer energy to the crystal lattice. The spreading mechanism can then be described as a resistive force that opposes the movement of the load carriers. The efficiency of the movement of the carriers (total current) is measured by the sensitivity with which they respond to the electric field, this magnitude is known as electronic mobility. Electronic mobility is the "ease" with which carriers respond to an electric field, and the larger the particle mass and the density and effectiveness of the scattering centers, the smaller the grain boundary, or grain surface, is. It is one of the properties that generate the spreading of the load carriers and is the object of this invention.The lower the density of the grain outlines, the less the influence of the spreading centers.
Vale ressaltar que, embora tenha sido mostrada apenas uma forma construtiva do sistema de confecção de rotor de motor elétrico, bem como uma única concretização preferencial do rotor de motor elétrico propriamente dito, fica entendido que eventuais omissões, substituições e alterações construtivas podem ser feitas por um técnico versado no assunto, sem que este se afaste do espírito e escopo da proteção requerida. É também expressamente previsto que todas as combinações dos elementos que desempenham a mesma função, substancialmente da mesma forma, para alcançar os mesmos resultados, estão dentro do escopo da invenção. Substituições de elementos de uma modalidade descrita por outros são também totalmente pretendidos e contemplados.It is noteworthy that although only one constructive form of the electric motor rotor making system has been shown, as well as a single preferred embodiment of the electric motor rotor itself, it is understood that any omissions, substitutions and constructive changes can be made by a skilled technician, without departing from the spirit and scope of the protection required. It is also expressly provided that all combinations of elements that perform the same function in substantially the same way to achieve the same results are within the scope of the invention. Substitutions of elements of one embodiment described by others are also fully intended and contemplated.
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