BR102016003073B1

BR102016003073B1 - Rotor de motor elétrico e motor elétrico

Info

Publication number: BR102016003073B1
Application number: BR102016003073-0A
Authority: BR
Inventors: Andry RANDRIA; Bruno Raguin
Original assignee: Alstom Transport Technologies
Priority date: 2015-02-16
Filing date: 2016-02-15
Publication date: 2022-08-02
Also published as: US10270302B2; CN105896769A; US20160241095A1; EP3057201B1; EP3057201A1; FR3032839B1; FR3032839A1; CN105896769B; BR102016003073A2; JP2016152771A; JP6799923B2

Abstract

ROTOR DE MOTOR ELÉTRICO E MOTOR ELÉTRICO. A presente invenção refere-se a um rotor (2) de motor elétrico (1), que compreende um corpo substancialmente cilíndrico (6), que conduz um campo magnético, que define pelo menos um alojamento (12) que recebe um grupo de ímãs (4) que compreende pelo menos dois ímãs permanentes (4), em que os dois ímãs circunferencialmente adjacentes (4) do alojamento (12) são separados um do outro por uma faca de ar (24).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a um rotor de motor elétrico que compreende um corpo substancialmente cilíndrico, que conduz um campo magnético, que define pelo menos um alojamento que recebe um grupo de ímãs que compreende pelo menos dois ímãs permanentes.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] O documento EP 2.264.860 descreve um rotor de motor elétrico que compreende um conjunto foliado tubular e ímãs "enterrados", isto é, não estendidos sobre a periferia do rotor. Cada um dos alojamentos formados nesse conjunto recebe um grupo de ímãs permanentes, cada grupo de ímãs permanentes forma um polo magnético do rotor. Todos os ímãs em um mesmo grupo são cobertos, em cada uma de suas faces, com material isolante eletricamente projetado para isolar os ímãs um do outro e em relação ao conjunto foliado.

[003] Tal rotor não é completamente satisfatório. Realmente, a adição de um material isolante que circunda os ímãs individualmente em cada uma de suas faces aumenta o custo de fabricação do rotor e torna o método de montagem mais complexo.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[004] Um objetivo da invenção é propor um rotor de motor elétrico que tem propriedades magnéticas satisfatórias enquanto tem a capacidade de ser montado de modo fácil e rápido.

[005] Para essa finalidade, a invenção se refere a um rotor de motor elétrico conforme descrito acima, no qual os dois ímãs circunferencialmente adjacentes do alojamento são separados um do outro por uma faca de ar.

[006] A invenção torna possível evitar a adição de um material isolante em cada uma das faces do ímã permanente, que torna o método de montagem do rotor mais fácil, e torna possível implantar um rotor menos dispendioso do que um rotor que bloqueia elementos magnéticos colados e isolados em relação uns aos outros.

[007] O rotor, de acordo com a invenção, pode compreender um ou mais dentre os recursos a seguir, considerados sozinhos ou de acordo com qualquer combinação tecnicamente possível: - a faca de ar tem uma espessura maior que ou igual a 0,01 mm; - o alojamento define entalhes para receber ímãs permanentes, sendo que cada ímã é inserido em um entalhe respectivo por uma de suas extremidades longitudinais, e sendo que os entalhes são configurados de modo que os dois ímãs circunferencialmente adjacentes de um mesmo alojamento sejam separados um do outro pela faca de ar quando suas extremidades estão engatadas em seus entalhes respectivos; - dois ímãs circunferencialmente adjacentes, respectivamente inseridos em um entalhe do alojamento, são desviados radialmente; - o ajuste entre o entalhe e o ímã é pelo menos um ajuste deslizante de modo a permitir o posicionamento do ímã em seus entalhes manualmente, uma imobilização do ímã em seus entalhes e uma desmontagem do ímã a partir de seus entalhes sem danificar o ímã; - o ímã tem um formato de bloco elementar único que tem um chanfro em cada uma de suas bordas; - a periferia do corpo é formada por uma matriz de metal do dito corpo, em que o alojamento se estende para longe da dita periferia; - o eixo geométrico principal do alojamento forma um ângulo diferente de zero com uma direção radial do corpo; - dois alojamentos circunferencialmente adjacentes e simétricos na direção radial do corpo formam um polo magnético em formato de V ou um polo magnético substancialmente plano; - diversos polos distribuídos de modo simétrico de acordo com uma simetria rotacional; - o corpo compreende uma face substancialmente plana que se estende na periferia do dito corpo entre dois polos circunferencialmente adjacentes; - o mesmo compreende uma pilha de corpos que forma um conjunto foliado.

[008] A invenção também se refere a um motor elétrico que compreende um rotor conforme definido acima.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[009] A invenção será mais bem compreendida mediante a leitura da descrição a seguir, fornecida apenas como um exemplo e produzida em referência às Figuras anexas, nas quais: - a Figura 1 é uma vista em corte radial de um rotor de acordo com a invenção; - a Figura 2 é uma vista em detalhes em corte de um polo do rotor da Figura 1; e - a Figura 3 é uma vista em corte radial simplificada de um rotor de acordo com uma segunda realização da invenção.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[010] No restante deste documento, a direção "axial" deve ser entendida como a direção que se estende ao longo do eixo geométrico de rotação do motor 1, e a direção "radial" se refere a uma direção perpendicular àquela do eixo geométrico de rotação.

[011] Conforme mostrado na Figura 1, um motor elétrico 1 compreende um estator preso a um invólucro (não mostrado) e um rotor 2 preso a um eixo e giratório ao redor de um eixo geométrico em relação ao estator.

[012] O rotor 2 compreende um cubo (não mostrado) preso em rotação com o uso de meios de acionamento (não mostrados) no eixo, um conjunto tubular foliado substancialmente cilíndrico que se estende ao longo do eixo geométrico de rotação, que circunda o cubo e é ajustado de modo apertado na periferia do cubo em cada uma de suas extremidades axiais, e elementos magnéticos 4, por exemplo, ímãs permanentes, distribuídos no perímetro interno do conjunto foliado.

[013] Os elementos magnéticos 4 são ímãs permanentes, sendo que cada um é feito na forma de um único bloqueio elementar, por exemplo, substancialmente em formato de paralelepípedo e têm um chanfro em cada uma de suas bordas, para facilitar sua inserção no conjunto foliado, conforme será descrito posteriormente.

[014] Os ímãs permanentes 4 são, por exemplo, produzidos a partir de cobalto samário (SmCo) ou boro de ferro de neodímio (NdFeB). Para um ímã permanente 4 produzido a partir de boro de ferro de neodímio, a superfície externa do ímã permanente 4 compreende de maneira vantajosa um revestimento de superfície que protege a mesma de corrosão.

[015] O conjunto foliado é formado por uma pilha de corpos 6 na forma de uma folha de metal maquinada ou cortada, que é magneticamente condutiva, sendo que o conjunto foliado é coberto sobre suas superfícies radiais externas por uma placa isolante magnética (não mostrada) projetada para manter os ímãs permanentes 4 alojados dentro da pilha. Em outras palavras, as folhas de metal situadas nas extremidades axiais da pilha são cobertas por uma placa isolante, por exemplo, formada a partir de uma folha de material isolante.

[016] A placa isolante magnética tem a capacidade de bloquear o movimento axial dos ímãs permanentes 4. A placa isolante magnética tem a capacidade de evitar curtos-circuitos de fluxo magnético.

[017] A placa isolante compreende uma placa não ferromagnética, de maneira vantajosa produzida a partir de uma liga de alumínio. A placa isolante é aparafusada no cubo.

[018] Os corpos 6 são empilhados ao longo do eixo geométrico de rotação para formar o conjunto foliado. Os corpos 6 são formados a partir de uma matriz de metal.

[019] Cada um dos corpos 6 se estende ao longo do eixo geométrico de rotação do rotor 2. O corpo 6 tem um formato substancialmente cilíndrico e tem um formato anular.

[020] O corpo 6 compreende uma primeira e segunda superfícies principais planas 8, que se estendem em um plano radial, isto é, substancialmente perpendicular ao eixo geométrico de rotor 2, e uma superfície periférica 10 que conecta a primeira e a segunda superfícies principais 8 às extremidades radiais externas das superfícies principais 8 e que se estendem na direção axial.

[021] Conforme ilustrado na Figura 1, o conjunto foliado define os alojamentos 12, que atravessam através do conjunto ao longo de um eixo geométrico que se estende na direção axial, que forma polos magnéticos 14, sendo que cada polo é formado por um par de alojamentos 12. De acordo com a realização mostrada nas Figuras, o conjunto foliado, por exemplo, compreende doze alojamentos 12 que formam seis polos magnéticos 14.

[022] A superfície periférica 10 do corpo compreende faces 16, em que cada face 16 se estende ao longo de dois polos circunferencialmente adjacentes 14. As faces 16, por exemplo, substancialmente planas, são conectadas umas às outras por segmentos curvos que têm um arco de seção de círculo com um raio igual ao raio do conjunto, em que cada segmento curvado que se estende através dos dois alojamentos adjacentes 12. A superfície periférica 10 e as faces 16 definem a aparência do fluxo magnético gerado.

[023] Cada alojamento 12 do corpo é projetado para receber uma pluralidade de ímãs permanentes 4 que tem uma mesma polaridade.

[024] Cada alojamento 12 é substancialmente um orifício oblongo que atravessa através do rotor 2 e que emerge axialmente nas superfícies externas principais do conjunto foliado. Os alojamentos 12 estão em uma distância a partir da superfície periférica 10 do corpo. O alojamento 12 se estende, em corte transversal, isto é, em um plano radial, ao longo de um eixo geométrico principal D, entre uma primeira extremidade 18 próxima à superfície periférica 10 e uma segunda extremidade 20 que se estende em uma distância a partir da superfície periférica 10 e mais próxima ao eixo geométrico de rotação.

[025] O eixo geométrico principal D do alojamento 12 é substancialmente perpendicular à direção axial e forma um ângulo diferente de zero θ com um eixo geométrico radial D' que passa entre esse alojamento e um alojamento adjacente, conforme mostrado na Figura 2.

[026] Dois alojamentos circunferencialmente adjacentes e substancialmente simétricos 12 em relação ao eixo geométrico radial D' passam entre esses dois alojamentos 12 a partir de um polo 14. Esses dois alojamentos 12, portanto, formam um V. De acordo com a realização mostrada nas Figuras, seis polos 14 são distribuídos de modo simétrico na superfície principal 8 do corpo. Os alojamentos 12 de cada polo 14 têm ímãs permanentes 4 com uma mesma polaridade. Dois polos circunferencialmente adjacentes 14 têm sucessivamente uma polaridade alternada dos ímãs permanentes 4.

[027] Alternativamente, conforme ilustrado pela Figura 3, o alojamento 12 se estende ao longo de um eixo geométrico principal E, substancialmente perpendicular a um eixo geométrico radial que passa através de um eixo geométrico de simetria do alojamento 12.

[028] A primeira extremidade 18 do alojamento, por exemplo, tem substancialmente o contorno de um semicírculo a partir do qual um raio se estende ao longo do eixo geométrico principal D do alojamento 12.

[029] A segunda extremidade 20 do alojamento tem o contorno de um semicírculo não deformado. A segunda extremidade 20 tem um contorno disposto de maneira vantajosa para distribuir de modo homogêneo as tensões internas relacionadas à remoção do material nos alojamentos 12.

[030] O alojamento 12 tem adicionalmente uma disposição de entalhes 22 e zonas intermediárias 23 de modo que dois entalhes sucessivos 22 ao longo do eixo geométrico principal D do alojamento 12 sejam separados por uma zona intermediária 23, e um entalhe 22, em uma direção perpendicular à direção principal e axial do alojamento 12, está através de uma zona intermediária 23 em um mesmo alojamento 12.

[031] Os entalhes 22 são projetados para receber uma extremidade longitudinal do ímã permanente 4, de modo que dois ímãs circunferencialmente adjacentes 4 do alojamento 12 sejam separados um do outro por uma faca de ar 24.

[032] Os entalhes 22 se estendem paralelos ao eixo geométrico de rotação do rotor 2 e formam uma parte de extremidade do alojamento 12 ao longo de um eixo geométrico perpendicular ao eixo geométrico principal D do alojamento 12 e à direção axial. Dois entalhes adjacentes e/ou opostos 22 ao longo de uma direção perpendicular ao eixo geométrico principal D do alojamento 12 são desviados circunferencialmente.

[033] O entalhe 22 está substancialmente em um formato de recipiente de encaixe para facilitar a inserção dos ímãs permanentes 4. Conforme ilustrado na Figura 2, o entalhe 22 tem um fundo plano 26 que se estende longitudinalmente ao longo do eixo geométrico de rotação do rotor 2 e transversalmente ao longo do eixo geométrico principal D do alojamento 12, conectado à zona intermediária 23 por duas faces que se estendem ao longo de um eixo geométrico substancialmente perpendicular ao eixo geométrico principal D.

[034] O entalhe 22 também tem um ângulo de saída 28 na interseção entre o fundo 26 e as faces que se conectam à zona intermediária 23.

[035] O fundo 26 tem uma largura, ao longo do eixo geométrico principal D, maior que a largura do ímã permanente 4. O vão entre a largura do fundo 26 e aquela do ímã permanente 4 é de aproximadamente 0,1 mm.

[036] A zona intermediária 23 forma a outra parte de extremidade do alojamento 12 ao longo de um eixo geométrico perpendicular até o eixo geométrico principal D do alojamento 12 e a direção axial e tem ambas faces, e uma face intermediária 29 que se estende entre dois entalhes sucessivos 22 ao longo do eixo geométrico principal D do alojamento 12.

[037] A face intermediária 29 tem uma largura maior que a largura do fundo 26, com capacidade de formar a faca de ar isolante. O desvio entre a largura da face intermediária 29 e aquela do fundo 26 é de aproximadamente 0,1 mm.

[038] A interseção entre as duas faces e as faces intermediárias 29 é arredondada de maneira vantajosa.

[039] Cada entalhe 22 e cada zona intermediária 23, portanto, tem um formato adequado para separar cada ímã permanente 4 de outro ímã permanente 4 circunferencialmente adjacente ao mesmo, de modo a produzir isolamento pela faca de ar 24 entre cada ímã permanente circunferencialmente adjacente 4, isto é, os ímãs permanentes adjacentes não estão em contato um com o outro.

[040] Os entalhes 22 são configurados de modo que dois ímãs circunferencialmente adjacentes 4 no mesmo alojamento 12 sejam separados um do outro pela faca de ar 24 quando as extremidades dos ímãs permanentes 4 estão engatadas nos entalhes respectivos 22.

[041] A faca de ar 24 se estende em um plano substancialmente perpendicular ao eixo geométrico principal D do alojamento 12.

[042] A faca de ar 24, portanto, se estende entre as faces laterais de dois ímãs permanentes circunferencialmente adjacentes 4. A faca de ar 24 tem, de maneira vantajosa, uma espessura maior que 0,01 mm, por exemplo, igual a 0,1 mm.

[043] Adicionalmente, o entalhe 22 tem um formato adequado para minimizar o contato entre o ímã permanente 4 e o corpo 6 do rotor.

[044] O ajuste do ímã permanente 4 entre as faces do fundo 26 e a face intermediária 29 é um ajuste deslizante, de modo a permitir o posicionamento manual, imobilização e desmontagem do ímã 4 a partir de seu entalhe 22, sem danificar o ímã 4. A presença de um chanfro nas bordas do ímã facilita esse posicionamento, conforme descrito previamente.

[045] Os ímãs permanentes 4 são, portanto, montados de modo deslizante nos entalhes 22 do alojamento, e os mesmos são removíveis individualmente a partir dos entalhes 22 do alojamento. Os ímãs permanentes 4 podem se mover mediante o efeito das vibrações e/ou variações em velocidade e campo magnético, mas não podem entrar em contato.

[046] Os ímãs permanentes 4 estão livres para se mover com uma folga definida pelo ajuste entre o ímã 4 e o alojamento 12 do corpo. Esse ajuste, definido entre o alojamento 12 e os ímãs permanentes 4, impede qualquer contato entre os dois ímãs circunferencialmente adjacentes 4.

[047] Tal rotor 2 torna possível, devido às facas de ar 24 que separam os ímãs 4, evitar a adição de um material isolante para garantir que os ímãs permanentes 4 estejam isolados uns dos outros. Tal rotor 2 tem a vantagem de ter a capacidade de usar ímãs permanentes 4 inseridos nos entalhes 22, o que é menos dispendioso que blocos dos elementos magnéticos colados e isolados em relação uns aos outros.

[048] Tal rotor 2 tem a vantagem de ter a capacidade de facilitar o posicionamento dos ímãs permanentes 4 no assim chamado alojamento “enterrado” 12, versus um assim chamado alojamento de "superfície”.

[049] O rotor 2 tem a vantagem de impedir que os ímãs permanentes 4 se toquem entre si devido ao formato dos entalhes 22 do corpo. Se ocorrer contato entre os dois ímãs circunferencialmente adjacentes 4 ou entre os ímãs permanentes 4 e o corpo 6, o mesmo é localizado e regulado. Consequentemente, o aumento em perdas nos ímãs permanece muito pequeno, e o desempenho do motor permanece muito alto.

Claims

1. ROTOR (2) DE MOTOR ELÉTRICO (1), que compreende um corpo substancialmente cilíndrico (6), que conduz um campo magnético, que define pelo menos um alojamento (12) que recebe um grupo de ímãs (4) que compreende pelo menos dois ímãs permanentes (4), caracterizado pelos dois ímãs circunferencialmente adjacentes (4) do alojamento (12) serem separados um do outro por uma faca de ar (24), em que o alojamento (12) tem adicionalmente uma disposição de uma pluralidade de entalhes (22) e uma pluralidade de zonas intermediárias (23), dois entalhes sucessivos (22) ao longo de um eixo geométrico principal (D) do alojamento (12) sejam separados por uma zona intermediária (23), e um entalhe (22), em uma direção perpendicular ao eixo geométrico principal (D) do alojamento, voltado para uma zona intermediária correspondente (23) em um mesmo alojamento (12), em que cada zona intermediária (23) compreende uma face intermediária (29) que se estende entre dois entalhes sucessivos (22) ao longo do eixo geométrico principal (D) do alojamento (12), a face intermediária (29) tendo uma largura maior que uma largura do fundo (26) do entalhe (22) voltado para a zona intermediária correspondente (23) que compreende a dita face intermediária (29), capaz de formar a faca de ar (24).

2. ROTOR (2), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela faca de ar (24) ter uma espessura maior que ou igual a 0,01 mm.

3. ROTOR (2), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelo alojamento (12) definir entalhes (22) para receber ímãs permanentes (4), sendo que cada ímã (4) é inserido em um entalhe respectivo (22) por uma de suas extremidades longitudinais, e sendo que os entalhes (22) são configurados de modo que os dois ímãs circunferencialmente adjacentes (4) de um mesmo alojamento (12) sejam separados um do outro pela faca de ar (24) quando suas extremidades estão engatadas (22) em seus entalhes respectivos (22).

4. ROTOR (2), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelos dois ímãs circunferencialmente adjacentes (4), inseridos respectivamente em um entalhe (2) do alojamento (12), serem radialmente deslocados.

5. ROTOR (2), de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 4, caracterizado pelo ajuste entre o entalhe (22) e o ímã (4) ser, pelo menos, um ajuste deslizante de modo a permitir o posicionamento do ímã (4) em seus entalhes (22) manualmente, uma imobilização do ímã (4) em seus entalhes (22) e uma desmontagem do ímã (4) a partir de seus entalhes (22) sem danificar o ímã (4).

6. ROTOR (2), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo ímã (4) ter um formato de bloco elementar único que tem um chanfro em cada uma de suas bordas.

7. ROTOR (2), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pela periferia (10) do corpo (6) ser formada por uma matriz de metal do dito corpo (6), em que o alojamento (12) se estende para longe da dita periferia (10).

8. ROTOR (2), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo eixo geométrico principal do alojamento (12) formar um ângulo diferente de zero com uma direção radial do corpo (6).

9. ROTOR (2), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelos dois alojamentos circunferencialmente adjacentes e simétricos (12) na direção radial do corpo (6) formarem um polo magnético em formato de V (14) ou um polo magnético substancialmente plano (14).

10. ROTOR (2), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo corpo (6) compreender muitos polos (14) distribuídos simetricamente de acordo com a simetria rotacional.

11. ROTOR (2), de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 10, caracterizado pelo corpo (6) compreender uma face substancialmente plana (16) que se estende na periferia (10) do dito corpo (6) entre dois polos circunferencialmente adjacentes (14).

12. ROTOR (2), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo mesmo compreender uma pilha de corpos (6) que forma um conjunto foliado.

13. MOTOR ELÉTRICO (1), caracterizado por compreender um rotor (2), conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 12.