BR102016002632A2

BR102016002632A2 - motor elétrico

Info

Publication number: BR102016002632A2
Application number: BR102016002632A
Authority: BR
Inventors: Andry Randria; Bruno Raguin
Original assignee: Alstom Transp Tech
Priority date: 2015-02-06
Filing date: 2016-02-05
Publication date: 2016-08-09
Also published as: US20160233743A1; EP3054568B1; JP6723020B2; JP2016146740A; FR3032568A1; CN105871123B; ES2877518T3; US9768667B2; EP3054568A1; FR3032568B1; CN105871123A; BR102016002632B1

Abstract

motor elétrico a presente invenção refere-se a um motor (10) compreende: uma armação (12) que define um volume interno em que estão alojados um rotor (14) e um estator (16); pelo menos um circuito de resfriamento (30), que compreende uma entrada primária (32) e uma saída primária (34) em comunicação fluida com o exterior da armação (12); pelo menos um dispositivo de resfriamento (20) no exterior da armação (12) que compreende uma entrada de ar secundária (22) e uma saída de ar secundária (24), um conduto (26); e pelo menos um circuito de resfriamento secundário (40), separado do circuito primário (30), que cruza o rotor (14) e em comunicação fluida com a entrada secundária e a saída secundária do dispositivo de resfriamento (20). o circuito de resfriamento secundário (40) é cruzado por um canal (36) do circuito de resfriamento primário (30) que supre o estator (16) com o fluido gasoso a partir do exterior da armação (12).

Description

“MOTOR ELÉTRICO” Campo da Invenção [001] A presente invenção refere-se a um motor elétrico, que inclui um circuito de resfriamento primário para resfriar um estator e um circuito de resfriamento secundário para resfriar um rotor.

Antecedentes da Invenção [002] Geralmente, o circuito de resfriamento primário está em comunicação fluida com o exterior da armação do motor com a finalidade de permitir o resfriamento do estator fazendo-se com que o ar do ambiente circule no circuito de resfriamento primário. De modo geral, o circuito secundário está, no que se refere à comunicação fluida com o exterior da armação do motor elétrico a fim de evitar que poeira e outros materiais obstruam ou sujem a porção móvel do motor. Consequentemente, o circuito secundário é conectado a um dispositivo de resfriamento que se estende no exterior do motor, com a finalidade de permitir uma troca de calor entre o gás fluido que circula em um circuito fechado no circuito secundário e ar externo através da parede do dispositivo de resfriamento.

[003] Tal motor elétrico é, por exemplo, descrito no documento US 6.891.290.

[004] Entretanto, a arquitetura de tal motor elétrico implica que o circuito de resfriamento secundário do rotor cruza o circuito de resfriamento primário do estator. O cruzamento de ambos os circuitos prejudica a eficácia de resfriamento do circuito de resfriamento primário do estator visto que o volume total do circuito de resfriamento primário deve ser limitado para deixar atravessar o circuito de resfriamento secundário.

Descrição da Invenção [005] Um dos objetivos da invenção é propor um motor elétrico que compreende circuitos de resfriamento que permitem o resfriamento eficaz e simples do estator e do rotor do motor elétrico.

[006] Para esse propósito, o objetivo da invenção é um motor elétrico, de acordo com a reivindicação 1.

[007] As vantagens desse motor elétrico são múltiplas e são resumidas de modo não exaustivo abaixo.

[008] O circuito do resfriamento primário do estator proporciona a possibilidade de resfriar o estator do motor elétrico de forma eficaz, o que permite um aumento na vida útil do motor e/ou faz com que o mesmo funcione em uma potência superior visto que não é mais necessário interromper o circuito de resfriamento primário para deixar passar o circuito de resfriamento secundário. O volume total do circuito de resfriamento primário é, portanto, maior de modo que a quantidade de fluido gasoso para o resfriamento seja maior.

[009] O circuito primário de acordo com a invenção também proporciona a possibilidade de aprimorar o resfriamento do circuito secundário proporcionando-se a possibilidade de ter uma segunda área de troca de calor entre o ar externo e o fluido gasoso que circula no circuito de resfriamento secundário além da área de troca de calor que se estende no exterior da armação do motor. De fato, uma troca de calor é estabelecida entre o ar do exterior que circula no circuito de resfriamento primário e o fluido gasoso que circula no circuito de resfriamento secundário no canal do circuito de resfriamento primário que cruza o circuito de resfriamento secundário.

[010] Vantajosamente, um motor elétrico de acordo com a invenção pode incluir um ou vários dos recursos de acordo com as reivindicações dependentes, tomadas sozinhas ou de acordo com todas as combinações tecnicamente concebíveis.

Breve Descrição dos Desenhos [011] A invenção será mais bem compreendida mediante a leitura da descrição a seguir, somente dada como um exemplo e feita com referência aos desenhos em que: - A Figura 1 é uma vista em corte parcial ao longo da direção do eixo geométrico de rotação X-X’ do rotor; e - A Figura 2 é uma vista em corte parcial ao longo do plano B-B da Figura 1.

Descrição de Realizacãoes da Invenção [012] Um motor elétrico 10 de acordo com uma primeira realização da invenção é ilustrado nas Figuras 1 e 2, O motor elétrico 10 compreende uma armação 12 que define um volume interno para o motor 10 em que é alojado um rotor 14 e um estator 16. O rotor 14 é montado com a finalidade de girar com o mesmo em um eixo rotacional 18 dentro da armação 12 e montado com a finalidade de ser giratório em torno de um eixo geométrico de rotação X-X’ relativamente ao estator 16. O estator 16 circunda o rotor 14 paralelo ao eixo geométrico de rotação X-X’ dentro da armação 12. Convencionalmente, o rotor 14 e o estator 16 dão a possibilidade de transformar energia elétrica em uma energia mecânica entregue pelo eixo 18 do rotor 14.

[013] De acordo com uma realização, um circuito de resfriamento primário 30 inclui uma entrada primária 32 e uma saída primária 34, sendo que cada uma está em comunicação fluida com o exterior da armação 12. Por isso, entende-se que o ar do ambiente tem a capacidade de penetrar no interior do circuito de resfriamento primário 30 através da entrada primária 32 e de retornar para o exterior através da saída primária 34. A entrada primária 32 e a saída primária 34 são conectadas juntas por pelo menos um conduto primário 37 que cruza o estator 16 e, por exemplo, que se estende ao longo de um eixo geométrico substancialmente paralelo ao eixo geométrico de rotação X-X’.

[014] O circuito de resfriamento primário 30, ilustrado na Figura 1, permite que um fluido gasoso, isto é, ar do ambiente, a partir do exterior da armação 12 vá para o interior da entrada primária 32. O fluido gasoso externo EF é orientado pelo circuito de resfriamento primário 30 através do volume interno da armação 12 e mais particularmente através do estator 16 a fim de resfriar o anterior. O conduto primário 37 permite, na verdade, a troca de calor entre o fluido gasoso externo EF e o estator 16. A saída primária 34 finalmente permite a descarga do fluido gasoso externo aquecido EF para o exterior da armação 12. Portanto, a armação 12 e o estator 16 são resfriados pelo ar do ambiente a partir das cercanias do motor 10.

[015] Na presente descrição, os termos de “a montante” e “a jusante” são definidos relativamente à direção de circulação de um fluxo de fluido gasoso no motor 10.

[016] Um circuito de resfriamento secundário 40, ilustrado na Figura 1, compreende pelo menos um túnel 28. Esse túnel 28 é conectado a suas extremidades através de duas passagens radiais à entrada 22 e à saída 24 do dispositivo de resfriamento 20. O túnel 28 se estende, substancialmente, paralelo ao eixo geométrico de rotação X-X’, e, portanto, forma pelo menos uma abertura através do rotor 14.

[017] O circuito 40 é isolado do circuito de resfriamento primário 30, isto é, não há comunicação fluida entre o circuito de resfriamento primário e o circuito de resfriamento secundário. Um fluido gasoso interno IF preenche o circuito de resfriamento secundário 40. Esse fluido gasoso, por exemplo, ar, é isolado do ar do ambiente visto que não há comunicação fluida entre o circuito de resfriamento secundário e o exterior da armação.

[018] Um dispositivo de resfriamento 20 no exterior da armação 12 é conectado através de uma entrada de ar secundária 22 e uma saída de ar secundária 24 ao circuito de resfriamento secundário que se estende no volume interno da armação. A entrada de ar secundária 22 e a saída de ar secundária 24 estão em comunicação fluida entre si e são conectadas através de um conduto secundário 26, [019] O eixo 18 do rotor 14 é equipado com um ventilador 50 que incluir pelo menos duas pás secundárias 54 para ter a capacidade de fazer com que o fluido gasoso interno IF circule dentro do circuito secundário 40 e do dispositivo de resfriamento 20, A circulação do fluido gasoso é chamada de fluxo de gás secundário. As pás secundárias 54 estão, por exemplo, localizadas a montante da entrada secundária 22 do dispositivo de resfriamento 20 e a jusante da saída secundária 24 do dispositivo de resfriamento 20. O ventilador 50 é, por exemplo, um ventilador radial que se estende no volume interno da armação 12 do motor 10. Portanto, um fluxo de gás interno é gerado, o qual conduz o fluido gasoso interno IF a partir do rotor 14 até o dispositivo de resfriamento 20 e a partir do dispositivo de resfriamento 20 até o rotor 14.

[020] A circulação do fluido gasoso entre o circuito de resfriamento secundário 40 e o dispositivo de resfriamento 20 permite que o fluido gasoso interno IF seja resfriado no dispositivo de resfriamento 20 por troca de calor entre o interior do dispositivo de resfriamento 20 e o ar do ambiente e seja circulado no rotor 14 a fim de resfriar o anterior. O fluido gasoso interno aquecido IF durante sua passagem através do pelo menos um túnel do rotor 14 é, então, enviado em direção ao dispositivo de resfriamento externo 20 em que é resfriado novamente por troca de calor com o ar do ambiente mediante sua passagem através do conduto secundário 26 do dispositivo de resfriamento 20. Portanto, o rotor 14 é resfriado pelo fluido gasoso interno IF.

[021] De acordo com uma realização, o ventilador 50 também é arranjado para promover a circulação do ar no circuito de resfriamento primário, por exemplo, por meio de pelo menos uma pá primária 52 para ter a capacidade de gerar um fluxo de gás primário destinado a circular no circuito de resfriamento primário 30. A pá primária 52 está, por exemplo, localizada a jusante da entrada primária 32 e a montante do conduto primário 37 do circuito de resfriamento primário 30. Portanto, o ventilador 50 proporciona a possibilidade de gerar, simultaneamente, um fluxo de gás no circuito de resfriamento primário 30 e um fluxo de gás no circuito de resfriamento secundário 40.

[022] Cada uma das pás secundária 54 tem um diâmetro maior do que aquele da pá primária 52. Portanto, a pressão dentro do circuito de resfriamento secundário 40 é maior do que a pressão dentro do circuito de resfriamento primário 30. Nesse caso, a vedação é garantida entre o circuito de resfriamento primário 30 e o circuito de resfriamento secundário 40.

[023] De acordo com a invenção, o circuito de resfriamento secundário 40 é cruzado por um canal 36 do circuito de resfriamento primário 30 que alimenta o estator 16 com o fluido gasoso externo. O canal 36 é, por exemplo, interposto entre a entrada primária 32 e o conduto 37 que cruza o estator 16, isto é, o canal 36 está em comunicação fluida, com a entrada primária 32 do circuito de resfriamento primário 30 por um lado e com o conduto 37 que cruza o estator 16 por outro lado. Tal canal 36 proporciona a possibilidade de fazer com que o circuito de resfriamento secundário 40 cruze o circuito de resfriamento primário 30 sem ter de interromper ou reduzir o diâmetro do circuito de resfriamento secundário 40. Adicionalmente, o canal 36 forma uma área de troca de calor adicional entre o fluido gasoso externo EF que circula no dito canal 36 do circuito de resfriamento primário 30, e o fluido gasoso interno IF que circula no circuito de resfriamento secundário 40 além da área de troca de calor que se estende no dispositivo de resfriamento 20.

[024] De acordo com a realização descrita, o canal 36 tem um diâmetro maior do que um conduto primário 37 do circuito de resfriamento primário 30. Isso proporciona a possibilidade de suprir vários condutos primários 37 do circuito de resfriamento primário 30 com o fluido gasoso externo, simultaneamente. O diâmetro do conduto primário 37 está, por exemplo, compreendido entre 10 e 50 mm. Por exemplo, quarenta condutos primários 37 são alimentados pelo canal 36 do circuito de resfriamento primário 30.

[025] Nesse caso, o canal 36 permite um suprimento suficiente de fluido gasoso externo a fim de resfriar de forma eficaz o estator 16 do motor 10.

[026] Como isso é ilustrado na Figura 2, o canal 36 cruza o circuito de resfriamento secundário 40 com a finalidade de separar um fluxo do fluido gasoso interno em dois fluxos que passam, respectivamente, em um lado do canal 36. Ambos os fluxos separados do fluido gasoso interno são, então, resfriados pelo canal 36.

[027] O canal 36 cruza o circuito de resfriamento secundário 40 principalmente em uma direção substancialmente paralela ao eixo geométrico de rotação X-X’ do eixo 18 do motor 10.

[028] O canal 36 está localizado a jusante da entrada primária 32 e a montante de pelo menos um conduto primário 37 do circuito de resfriamento primário. Portanto, é garantido que o fluido gasoso externo que cruza o canal 36 não seja aquecido novamente pelo estator 16 do motor 10. Nesse caso, o fluido gasoso externo pode resfriar o fluido gasoso interno através do conduto primário 37.

[029] O canal 36 reduz localmente o volume do circuito de resfriamento secundário 40 e, portanto, gera um efeito de Venturi no circuito de resfriamento secundário 40. Através desse efeito, o fluxo fluido gasoso interno IF é acelerado no canal 36, o que permite um aumento na troca de calor entre o canal 36 e o fluido gasoso interno IF.

[030] O canal 36 do circuito de resfriamento primário 30 cruza o circuito de resfriamento secundário 40 a montante do dispositivo de resfriamento 20 do circuito de resfriamento secundário 40. Isso permite o resfriamento do fluido gasoso interno IF do circuito de resfriamento secundário 40 pelo canal 36.

[031] De acordo com uma realização, o canal 36 tem uma seção de formato cônico com um ápice 38 que se estende em direção à porção a montante do fluido gasoso interno IF do circuito de resfriamento secundário 40 e uma base 39 que se estende em direção à porção jusante desse fluido gasoso interno IF, conforme ilustrado na Figura 2. Portanto, as perturbações do fluxo de gás pelo canal 36 são reduzidas. Vários outros formatos aerodinâmicos da seção do canal 36 podem ser contemplados, para, por exemplo, aumentar a troca de calor entre o circuito de resfriamento secundário 40 e o circuito de resfriamento primário 30 e/ou para modificar o fluxo secundário.

[032] Em uma segunda realização não mostrada, diversos dispositivos de resfriamento 20 são dispostos ao redor da armação 12 do motor 10. Cada dispositivo de resfriamento 20 está em comunicação fluida com o dito ou um circuito de resfriamento secundário 40. Todos os circuitos de resfriamento secundários 40 cruzam o rotor 14 do motor 10. Portanto, o resfriamento do motor 10, em particular do rotor 14, é maior. Isso proporciona a possibilidade de aumentar o nível de desempenho do motor 10, enquanto garantir o resfriamento simples, eficaz e ótimo.

[033] O resfriamento total do motor 10 produzido pelo circuito de resfriamento primário 30 e pelo circuito de resfriamento secundário 40 tem uma potência de pelo menos 12 kW.

[034] A potência mecânica entregue pelo eixo 18 do motor 10 é de pelo menos 400 kW.

Reivindicações

Claims

1. MOTOR ELÉTRICO (10), que compreende: - uma armação (12) que define um volume interno em que estão alojados um rotor (14) e um estator (16), - pelo menos um circuito de resfriamento primário (30) que cruza o estator (16), que compreende uma entrada primária (32) e uma saída primária (34) em comunicação fluida com o exterior da armação (12), um fluido gasoso a partir do exterior da armação (12) que penetra através da dita entrada primária que é destinado a circular no dito circuito de resfriamento primário e para deixar o dito circuito de resfriamento primário através da dita saída primária, - pelo menos um dispositivo de resfriamento (20) no exterior da armação (12) que compreende uma entrada de ar secundária (22) e uma saída de ar secundária (24), sendo que a dita entrada de ar secundária e a dita saída de ar secundária estão em comunicação fluida com o volume interno da armação (12), um conduto (26), que conecta a dita entrada de ar secundária e a dita saída de ar secundária, se estende pelo menos parciaimente no exterior da armação (12), - pelo menos um circuito de resfriamento secundário (40), separado do circuito de resfriamento primário (30), cruzando o rotor (14) e em comunicação fluida com a entrada de ar secundária e a saída de ar secundária do dispositivo de resfriamento (20), em que um fluido gasoso interno ao circuito de resfriamento secundário (40) é destinado a circular no dito circuito de resfriamento secundário e no dito dispositivo de resfriamento, caracterizado pelo fato de que o circuito de resfriamento secundário (40) é cruzado por um canal (36) do circuito de resfriamento primário (30) que supre o estator (16) com o fluido gasoso a partir do exterior da armação (12).

2. MOTOR ELÉTRICO (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o canal (36) cruza o circuito de resfriamento secundário (40) transversalmente com a finalidade de separar o fluxo de gás que circula no circuito de resfriamento secundário em dois fluxos que passam ao redor do canal (36).

3. MOTOR ELÉTRICO (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o canal (36) cruza o circuito de resfriamento secundário (40) principalmente em uma direção substancialmente paralela a um eixo geométrico de rotação (X-X’) de um eixo (18) do motor elétrico (10).

4. MOTOR ELÉTRICO (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o canal (36) é arranjado entre a entrada primária (32) e uma porção do circuito de resfriamento primário (30) que cruza o estator (16).

5. MOTOR ELÉTRICO (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o canal (36) inclui uma seção com um formato cônico com um ápice (38) virado a montante do fluxo de ar e uma base (39) virada a jusante.

6. MOTOR ELÉTRICO (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o canal (36) inclui um diâmetro entre 10 e 50 mm.

7. MOTOR ELÉTRICO (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que vários dispositivos de resfriamento (20) no exterior da armação (12) são dispostos ao redor da armação.

8. MOTOR ELÉTRICO (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que um ventilador radial (50) é montado no eixo (18) do motor elétrico (10) a fim de acelerar um fluxo de gás no circuito de resfriamento secundário (40).

9. MOTOR ELÉTRICO (10), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o ventilador radial (50) permite a aceleração simultânea de um fluxo de gás no circuito de resfriamento primário (30) e de um fluxo de gás no circuito de resfriamento secundário (40).

10. MOTOR ELÉTRICO (10), de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que o ventilador (50) é configurado com a finalidade de gerar uma pressão no circuito de resfriamento secundário (40) que é maior do que uma pressão no circuito de resfriamento primário (30).