BR102014023763B1 - Sistema de fabricação de rotores e estatores de motores elétricos - Google Patents

Abstract

SISTEMA DE FABRICAÇÃO DE ROTORES E ESTATORES DE MOTORES ELÉTRICOS, apresenta uma invencão referente a um sistema de fabricação de rotores e estatores, quesão partes de motores elétricos, geradores de energia elétrica entre outros equipamentos similares. Sendo que, o referido sistema de fabricacão utiliza como matéria-prima bobinas de aço, e emprega um sistema de corte a laser galvanométrico (óptica móvel) onde a deflexão do feixe de luz é realizada por espelhos que se movimentam em altíssimas velocidades; além de berços de recepção das Iâminas cortadas à partir das bobinas; sendo que as referidas lâminas são empilhadas organizadamente sob a área de corte da bobina; sendo os referidos berços dotados de recursos para rotacionar as lâminas cortadas com o intuito de corrigir variações de espessura da chapa; e sendo que, posteriormente a pilha formada de lâminas é enviada para prensagem e, se necessário, solda.

Description

Campo da invenção

[001] A presente invenção se refere a um sistema de fabricação de rotores e estatores, que são partes de motores elétricos, geradores de energia elétrica entre outros equipamentos similares. Sendo que, o referido sistema de fabricação tem como destaque sobre o estado da técnica: aumentar a qualidade das peças geradas sem que haja decaimento da produtividade ou até mesmo com aumento de produtividade; proporcionar uma considerável redução dos custos de fabricação; necessitar de menor área para instalação e operação; necessitar de menor quantidade de mão-de-obra, e as peças geradas proporcionam um significativo aumento da eficiência dos motores elétricos resultantes.

Estado da técnica

[002] Sabe-se que a indústria de motores elétricos, geradores de energia elétrica, e outros equipamentos similares têm grande importância para o desenvolvimento da indústria atual e para esta civilização de modo geral, visto que estes equipamentos são amplamente empregados nos mais diversos segmentos, fazendo parte de aparelhos industriais, domésticos, hospitalares, veículos entre outros. Sendo assim, é de grande interesse a busca por novas tecnologias que venham de alguma forma aperfeiçoar o funcionamento ou a fabricação de estatores e rotores de motores e geradores elétricos, principalmente quando isto os toma mais eficientes, mais acessíveis ou mais econômicos.

[003] Por sua vez, sabe-se que os estatores e rotores são constituídos por uma pluralidade de lâminas metálicas delgadas - com espessura em tomo de 0,5mm - com recorte de formato particular, e que são empilhadas organizadamente, proporcionando assim um volume geométrico virtualmente sólido. As referidas lâminas são, de modo geral, recortadas de uma chapa primária maior, para só então serem empilhadas de modo a dar forma aos estatores e/ou rotores, conforme o caso. O método até então mais tradicionalmente empregado para a realização do recorte das chapas primárias para a obtenção das lâminas dos estatores e rotores é por meio do conjunto prensa e matriz de corte, as quais proporcionam uma grande produtividade. Por outro lado, algumas indústrias que fabricam estatores e rotores sob encomenda, e por isso em menor quantidade, utilizam máquinas de corte a laser com sistemas de pontes de movimentação e óptica fixa, e podem cortar chapas metálicas de maior espessura, no entanto, a produtividade fica limitada devido à menor velocidade do sistema, limitada pela grande massa deslocada na estrutura de movimentação. Sendo que, as máquinas a laser não executam o corte da mesma forma como a prensa, onde o corte é realizado em toda a superfície simultaneamente, mas o cabeçote de corte a laser percorre a superfície da chapa fundindo o metal que é expelido através de gases do processo, portanto, a movimentação e dinâmica descreve o desenho de corte linha por linha, sendo que, o corte a laser é realizado com velocidades de 8 a 10 metros por minuto, no entanto, ficam muito aquém da produtividade de uma prensa. Deste modo, verifica-se que o recorte das lâminas pelo processo de prensa ainda é o mais viável, no entanto, ao serem golpeadas pela prensa, as lâminas resultantes, muitas vezes, apresentam rebarbas e conformações que prejudicam a montagem e o desempenho do estator ou rotor resultante. Além disso, a montagem das lâminas para se formar um rotor ou estator é geralmente realizada manualmente ou por processos semiautomáticos, que demandam considerável mão-de-obra.

[004] Por outro lado, sabe-se que, para se obter uma melhora significativa do desempenho dos estatores e rotores, uma das possibilidades é a redução da espessura da chapa metálica utilizada, no entanto, não se viabiliza com a tecnologia disponível atualmente. Sendo que, no caso das prensas, o corte de chapas com espessuras de 0,5 mm ou 0,25 mm levam praticamente o mesmo tempo, portanto, não se torna viável a fabricação de estatores e rotores a partir de chapas de 0,25 mm de espessura, pois demandaria o dobro de prensas para manter a produção do mesmo número de estatores e rotores no mesmo turno. No caso do corte a laser utilizado atualmente, por ser um processo muito mais lento que o corte por prensa, não atende a demanda por grandes volumes e, por consequência, não justifica os investimentos, uma vez que as chapas metálicas possuem hoje sempre a mesma dimensão.

[005] Por sua vez, no estado dá técnica são conhecidos alguns documentos de patente que propõem métodos para a fabricação de rotores e estatores de motores elétricos. Destacando-se, entre outros, o objeto do documento EP2481495A1, o qual revela um método no qual as lâminas delgadas que compõem os rotores ou estatores são obtidas a partir do puncionamento de uma chapa delgada, o que impossibilita a mudança em tempo real da geometria de corte, já que para isso seria necessário a troca de ferramentas; e inviabiliza também o empilhamento de lâminas com geometria distinta. Essas limitações inviabilizam a fabricação de rotores e estatores com geometria variável, o que confere novas propriedades eletromagnéticas ao produto e aumento de eficiência. O mesmo ocorre com o objeto do documento de patente PT2279808. Já o documento de patente US2002005056A1 revela um método no qual as lâminas dos rotores e estatores são obtidas por meio de um sistema de corte a laser com óptica fixa, onde o cabeçote de corte que contém as lentes de focalização é movimentado fisicamente nos eixos X, Y e Z. isso impacta negativamente na produtividade e também na qualidade final do produto. Por fim, o objeto do documento de patente US2004111851propõe um método no qual as lâminas dos rotores e estatores podem ser obtidas tanto por meio de um sistema de corte a laser com óptica fixa, como também por meio de puncionamento, acumulando as limitações dos métodos revelados nos dois documentos citados anteriormente.

Objetivos da invenção

[006] Com o objetivo de resolver estes inconvenientes, foi que se desenvolveu a presente invenção. Sendo que é apresentado um sistema de fabricação de estatores e rotores a partir do corte das lâminas à laser, porém combina a tecnologia laser sem contato mecânico de alta precisão e flexibilidade com a alta produtividade das prensas utilizadas atualmente. Para isso, o equipamento desenvolvido para a realização do processo não utilizará o sistema de corte a laser com pontes de movimentação e óptica fixa utilizado até então, mas sim um sistema galvanométrico (óptica móvel) onde a deflexão do feixe de luz é realizada por espelhos que se movimentam em altíssimas velocidades; além de berços de recepção das lâminas cortadas, onde as referidas lâminas são empilhadas organizadamente; sendo os referidos berços dotados de recursos para rotacionar as lâminas com o intuito de corrigir variações de espessura da chapa; e sendo que, posteriormente a pilha formada de lâminas é enviada para prensagem e, se necessário, solda.

Descrição dos desenhos

[007] Para melhor compreensão da presente invenção é feita em seguida uma descrição detalhada da mesma, fazendo-se referências aos desenhos anexos, onde a: FIGURA 1 ilustra de forma esquemática a forma de realização mais básica do presente sistema de fabricação, destacando que a plataforma magnética se encontra elevada; FIGURA 2 ilustra de forma esquemática a forma de realização mais básica do presente sistema de fabricação, destacando que a plataforma magnética se encontra em seu nível inferior; FIGURA 3 ilustra de forma esquemática uma forma de realização do presente sistema de fabricação com múltiplos berços coletores de lâminas cortadas montados num magazine; FIGURA 4 ilustra de forma esquemática uma forma de realização do sistema de fabricação com múltiplos conjuntos de cabeçotes de corte a laser e respectivos berços coletores de lâminas cortadas; e a FIGURA 5 ilustra de forma esquemática uma visão superior da realização do sistema de fabricação com múltiplos berços coletores de lâminas cortadas montados no magazine.

Descrição detalhada da invenção

[008] De acordo com estas ilustrações, mais particularmente com referência às FIGs 1 e 2, a presente invenção: SISTEMA DE FABRICAÇÃO DE ROTORES E ESTATORES DE MOTORES ELÉTRICOS compreende o posicionamento horizontalizado de uma bobina (N) de chapa de aço, cuja extremidade se desenrola horizontalmente na forma de uma chapa planificada (E), sendo aí desempenada por meio de recursos convencionais e amplamente conhecidos no estado da técnica, sendo que, contiguamente à saída da bobina (N) são montados - entre as faces da chapa (E) já desempenada - sensores (S) de espessura de chapa. Sendo que, após os sensores (S), sobre a chapa (E) é montado o cabeçote galvanométrico (K) de um sistema de corte a laser, onde a deflexão do feixe de laser é realizada por espelhos que se movimentam em altíssimas velocidades, o qual projeta seu feixe de laser sobre a referida chapa horizontalizada (E) nesta região; enquanto que sob a chapa horizontalizada (E), e nesta mesma região, é montado um berço (B) dotado de uma base rotativa (R), a qual é dotada de guias verticais superiores (G), sendo que a referida base (R) é dotada de recursos de motorização para realizar a rotação axial no seu eixo vertical, e sobre a referida base (R) é montada uma plataforma (M) magnetizável por eletroímã, a qual realiza movimento controlado de sobe/desce por meio de um fuso inferior (F) motorizado independentemente da motorização da base rotativa (R).

[009] Por sua vez, de acordo com as FIGs 3 e 5, múltiplos berços (B) podem ser montados operativamente num magazine (Z) disposto perpendicularmente sob a chapa horizontalizada (E) da bobina (N), alternando- se para receber as lâminas (L) recortadas da chapa (E).

[010] De acordo com a FIG 4, o sistema pode ser configurado por múltiplos conjuntos de cabeçotes galvanométricos (K) e correspondente número de berços (B) dispostos em linha ao longo da chapa (E) da bobina (N), multiplicando proporcionalmente a produção de lâminas (L).

[011] O funcionamento do presente SISTEMA DE FABRICAÇÃO DE ROTORES E ESTATORES DE MOTORES ELÉTRICOS é simples e prático. Sendo que, por meio do feixe de laser - representado pela sua área de atuação (A) - o cabeçote galvanométrico (K) realiza o corte das lâminas (L) de estator ou rotor, de modo que as lâminas (L) recortadas caem por gravidade, orientadas pelas guias (G) laterais não magnéticas do berço (B) e fixam-se na base magnética (M) do berço (B) que fica posicionado alguns milímetros abaixo da chapa (E) metálica; as lâminas (L) seguintes caem sobre as lâminas (L) anteriores, que permanecem magnetizadas, e portanto, a pilha de lâminas (L) permanece fixa sobre a base magnética (M), a qual - por meio do acionamento do seu fuso (F) e correspondente motor elétrico de precisão (não ilustrado) - desce a cada nova lâmina (L) que é cortada. Por sua vez, a partir de comandos provenientes de um computador, o berço (B) realiza um movimento rotativo axial por meio da sua motorização, de modo que assim, o berço (B) é rotacionado sempre que devido a falhas de fabricação por meio dos sensores (S) o computador detecte diferenças de espessura na chapa (E), e que necessitem ser corrigidas durante a montagem dos estatores ou rotores. Sendo que a rotação do berço (B) também é utilizada para obter as ranhuras inclinadas comuns em rotores. Ao ser completada a pilha de lâminas (L) do rotor ou estator, o berço (B) é movimentado para fora da posição de queda das lâminas (L), sendo removido por meio de robôs, sendo que nesse momento os eletroímãs da plataforma (M) do berço (B) são desligados, e a pilha de lâminas (L) é encaminhada para realizar a prensagem e/ou soldagem a laser para fixação definitiva dos blocos de lâminas (L) que compõem o estator ou rotor.

[012] O sistema permite o corte simultâneo tanto das lâminas (L) do rotor quanto das lâminas (L) do estator, de forma que ao final do processo se obtêm ambos os blocos de lâminas (L) montados.

[013] Outra possibilidade da tecnologia é a marcação a laser das peças para identificação e/ou necessidades de rastreabilidade.

[014] O resultado é um sistema totalmente automatizado para alimentação, corte, empilhamento e marcação empregados na fabricação de rotores e estatores.

[015] O equipamento reduzirá drasticamente os custos, a necessidade de mão-de-obra e aumentará muito a qualidade e a produtividade na fabricação de rotores e estatores.

[016] Além de não apresentar contato mecânico de ferramentas de corte, por utilizar apenas a luz como processo de corte, permite inclusive o corte de chapas sem paradas, ou seja, o corte é realizado com a chapa em movimento - no desenrolar da bobina - aumentando ainda mais a produtividade. Além disso, o corte a laser não cria deformações na peça e a geometria do corte pode ser alterada a qualquer momento, permitindo a fabricação de rotores e estatores de melhor qualidade e com lâminas de diferentes geometrias e menor espessura para melhorar o seu desempenho.

Claims (6)

1) SISTEMA DE FABRICAÇÃO DE ROTORES E ESTATORES DE MOTORES ELÉTRICOS, compreende o posicionamento horizontalizado de uma bobina (N) de chapa de aço, cuja extremidade se desenrola horizontalmente na forma de uma chapa planificada (E), sendo aí desempenada por meio de recursos convencionais e amplamente conhecidos no estado da técnica, sendo caracterizado pelo fato de que, contiguamente à saída da bobina (N) são montados - entre as faces da chapa (E) já desempenada - sensores (S) de espessura de chapa, e sendo que, após os sensores (S), sobre a chapa (E) é montado o cabeçote galvanométrico (K) de um sistema de corte a laser, onde a deflexão do feixe de laser é realizada por espelhos, sendo que o feixe de laser é projetado sobre a referida chapa horizontalizada (E) nesta região, enquanto que sob a chapa horizontalizada (E), e nesta mesma região, é montado um berço (B) dotado de uma base rotativa (R), a qual é dotada de guias verticais superiores (G), sendo que a referida base (R) é dotada de recursos de motorização para realizar a rotação axial no seu eixo vertical, e sobre a referida base (R) é montada uma plataforma (M) magnetizável por eletroimã, a qual realiza movimento controlado de sobe/desce por meio de um fuso inferior (F) motorizado independentemente da motorização da base rotativa (R).

2) SISTEMA DE FABRICAÇÃO DE ROTORES E ESTATORES DE MOTORES ELÉTRICOS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que múltiplos berços (B) são montados operativamente num magazine (Z) disposto perpendicularmente sob a chapa horizontalizada (E) da bobina (N), alternando-se para receber as lâminas (L) recortadas da chapa (E).

3) SISTEMA DE FABRICAÇÃO DE ROTORES E ESTATORES DE MOTORES ELÉTRICOS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema é configurado por múltiplos conjuntos de cabeçotes galvanométricos (K) e correspondente número de berços (B) dispostos em linha ao longo da chapa (E) da bobina (N).

4) SISTEMA DE FABRICAÇÃO DE ROTORES E ESTATORES DE MOTORES ELÉTRICOS, de acordo com a reivindicação 1, 2 e 3, caracterizado pelo fato de que, por meio do feixe de laser (A) o cabeçote galvanométrico (K) realiza o corte das lâminas (L) de estator ou rotor, de modo que as lâminas (L) recortadas caem por gravidade, orientadas pelas guias (G) laterais não magnéticas do berço (B) e fixam-se na base magnética (M) do berço (B) que fica posicionado alguns milímetros abaixo da chapa (E) metálica, sendo que, as lâminas (L) seguintes caem sobre as lâminas (L) anteriores, que permanecem magnetizadas, e portanto, a pilha de lâminas (L) permanece fixa sobre a base magnética (M), a qual - por meio do acionamento do seu fuso (F) e correspondente motor elétrico de precisão - desce a cada nova lâmina (L) que é cortada, e sendo que, à partir de comandos provenientes de um computador, o berço (B) realiza um movimento rotativo axial por meio da sua motorização, de modo que assim, o berço (B) é rotacionado sempre que - devido a falhas de fabricação - por meio dos sensores (S) o computador detecte diferenças de espessura na chapa (E), e que necessitem ser corrigidas durante a montagem dos estatores ou rotores.

5) SISTEMA DE FABRICAÇÃO DE ROTORES E ESTATORES DE MOTORES ELÉTRICOS, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que, a rotação do berço (B) também é utilizada para obter as ranhuras inclinadas comuns em rotores.

6) SISTEMA DE FABRICAÇÃO DE ROTORES E ESTATORES DE MOTORES ELÉTRICOS, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que, ao ser completada a pilha de lâminas (L) do rotor ou estator, o berço (B) é movimentado para fora da posição de queda das lâminas (L), sendo removido por meio de robôs, e sendo que nesse momento os eletroímãs da plataforma (M) do berço (B) são desligados, e a pilha de lâminas (L) é removida do berço (B).

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