BR102016013181A2

BR102016013181A2 - alojamento extrusado, motor elétrico, métodos de fabricação de um alojamento extrusado e de um motor elétrico

Info

Publication number: BR102016013181A2
Application number: BR102016013181A
Authority: BR
Inventors: Harris Charles; H A Claycomb Chris; Graham Charles Pocock Edward
Original assignee: Goodrich Actuation Systems Ltd
Priority date: 2015-07-29
Filing date: 2016-06-08
Publication date: 2017-01-31
Also published as: EP3125409A1; BR102016013181B1; JP2021045045A; US20170033639A1; JP2017034977A; US10811928B2; CA2928847C; CA2928847A1

Abstract

um alojamento extrusado 12 para um motor elétrico compreende: um corpo cilíndrico extrusado para reter partes elétricas do motor, aletas axiais extrusadas 18 formadas em torno do exterior do corpo cilíndrico, e cortes radiais 20 usinadas através das aletas axiais 18.

Description

“ALOJAMENTO EXTRUSADO, MOTOR ELÉTRICO, MÉTODOS DE FABRICAÇÃO DE UM ALOJAMENTO EXTRUSADO E DE UM MOTOR ELÉTRICO” [001] A invenção refere-se a um alojamento extrasado para um motor elétrico e a um método relacionado de fabricar um alojamento para um motor elétrico, por exemplo, para um motor elétrico aeroespacial.

[002] Motores elétricos, em termos gerais, consistem em partes móveis e estacionárias que formam um rotor e estator de uma máquina elétrica, com essas partes sendo encerradas em um alojamento. O alojamento atua para proteger as partes móveis e, além disso, pode ter a função de dissipar calor que é produzido pelo motor. A dissipação de calor é de importância específica em motores de alto desempenho e/ou em motores que são destinados a serem usados onde haja restrições sobre espaço e orientação exigida para instalação do motor. Também é de importância específica quando estruturas em volta do motor são sensíveis a calor, por exemplo, se houver estruturas compostas de materiais compósitos (que frequentemente necessitam de uma temperatura máxima de 120°C). Frequentemente, todos esses fatores se aplicarão, por exemplo, no caso de motores para uso aeroespacial.

[003] A figura 1 mostra um alojamento de motor estilo “balde” conhecido 12 incluindo um suporte de mancai 14 em uma extremidade, para sustentar um mancai do motor, e com um número de aletas radiais 18 no exterior do alojamento para dissipação de calor. Nesse dispositivo da técnica anterior de exemplo o corpo principal do alojamento 12 tem uma seção circular para encaixar nas partes rotativas do motor de forma eficiente, porém as aletas radiais 16 são formadas de modo a preencher um espaço com uma seção quadrada. Isso ocorre uma vez que o motor é destinado a encaixar em um local de instalação com um formato quadrado. O alojamento 12 da figura 1 fornece bom desempenho em termos de dissipação de calor, porém é caro visto que uma grande quantidade de tempo de usinagem é necessária para produzir as aletas radiais, e uma vez que a operação de usinagem gera uma quantidade significativa de material de refugo.

[004] Um arranjo conhecido alternativo é mostrado na figura 2. Para produzir um alojamento 12 com baixo custo a parte cilíndrica do alojamento 12 é extrusada. O processo de extrusão inclui a produção de aletas axiais 18 em tomo do exterior do alojamento 12. Será reconhecido que com esse tipo de alojamento extmsado uma área superficial similar para transferência de calor pode ser produzida para aquela vista no alojamento usinado da figura 1, e em um custo consideravelmente mais baixo.

[005] Vista a partir de um primeiro aspecto, a invenção provê um alojamento extmsado para um motor elétrico, o alojamento compreendendo: um corpo cilíndrico extmsado para conter partes elétricas do motor, aletas axiais extmsadas formadas em torno do exterior do corpo cilíndrico, e cortes radiais usinados através das aletas axiais.

[006] Os inventores perceberam que embora o arranjo extmsado da figura 2 forneça benefícios substanciais em custos em comparação com o alojamento usinado com aletas radiais mostradas na figura 1, há também uma desvantagem significativa quando é necessário usar o alojamento de motor em uma orientação horizontal. As aletas axiais foram verificadas serem altamente ineficientes em dissipar calor por convecção natural nessa orientação. As figuras 3 e 4 mostram uma comparação do desempenho térmico para os desenhos de aleta axial e aleta radial. A diferença em desempenho é muito mais elevada do que poderia ser esperado. A temperatura do alojamento de aleta radial tem pico em 105°C, enquanto o alojamento de aleta axial elevada em um valor adicional de 115°C para um pico de 220°C. Por incorporar cortes radiais através de usinagem após a extrusão então as eficiências perdidas com aletas axiais podem ser recuperadas. Desse modo, os inventores verificaram que um processo de usinagem após extrusão relativamente simples resulta em um aumento surpreendentemente grande em desempenho. O ganho de desempenho excede muito qualquer desvantagem que se origina do custo da usinagem adicional. O custo para fabricação de um alojamento como no primeiro aspecto será aproximadamente 10-25% do custo de fabricação para um alojamento totalmente usinado de desempenho térmico similar. O alojamento proposto pode ser também usado em uma orientação vertical ou horizontal com bom desempenho térmico.

[007] Embora muitos tipos de dissipadores de calor, incluindo aqueles usando uma combinação de usinagem de extrusão e após extrusão, sejam conhecidos em outros campos, por exemplo, para aplicações de computação, não foi proposto anteriormente produzir um alojamento de motor cilíndrico incorporando aletas axiais extrusadas juntamente com um corpo cilíndrico do alojamento de motor e cortes radiais usinados após o processo de extrusão. Dissipadores de calor conhecidos tendo aletas formadas através de uma combinação de usinagem de extrusão e após extrusão, por exemplo, os dissipadores de calor de US 2012/0279040 ou US 6138488, estão em campos técnicos distintos e não relacionados, e são produzidos em modos incompatíveis com a produção de elementos cilíndricos com cortes radiais.

[008] Os cortes podem estender em tomo de toda ou uma parte maior de uma circunferência do alojamento. Desse modo, pode haver uma pluralidade de cortes radiais que passam, individualmente, através de uma pluralidade das aletas axiais, como através de três ou mais aletas, preferivelmente através de uma maior parte das aletas axiais, e opcionalmente através de todas as aletas axiais em tomo de uma circunferência do alojamento.

[009] Os cortes radiais podem ser cortes formados por girar a parte extmsada em relação a uma ferramenta de usinagem. A parte pode ser girada através de pelo menos 180°C para cada corte radial, ou através de 360°C ou múltiplos do mesmo. Por exemplo, os cortes podem ser usinados em um tomo, ou usando uma máquina de laminação com uma montagem rotativa para o corpo cilíndrico. O alojamento pode ser rotacionalmente simétrico. O processo de usinar cortes radiais em um alojamento rotacionalmente simétrico permite que um alojamento de desempenho significativamente aumentado seja obtido sem uma desvantagem significativa em termos do custo de produção. Em um arranjo de exemplo as aletas axiais são formadas para encher um espaço tendo uma seção quadrada.

[0010] Os cortes radiais podem ter uma largura entre 5 e 15 mm, por exemplo, uma largura de 5 a 10 mm. As porções de aleta axial que restam entre cortes podem ser pelo menos a mesma largura que a largura de corte e em alguns exemplos são maiores que a largura de corte. Desse modo, o passo entre cortes pode ser duas vezes a largura de corte, ou maior. Em exemplos típicos o passo entre cortes está na faixa de 5 a 50 mm, por exemplo, um passo de 20 a 40 mm. Em um arranjo de exemplo a largura de corte é aproximadamente 10 mm e o passo entre os cortes é aproximadamente 30 mm.

[0011] A largura de corte e o passo podem ser variados dependendo do tamanho do motor e do espaçamento das aletas axiais extrusadas. Por exemplo, as porções de aleta axial que resta entre cortes podem ter uma largura que é aproximadamente igual ao espaçamento entre as aletas axiais, por exemplo, uma largura que é 75% a 125% do espaçamento entre aletas axiais. O espaçamento entre as aletas axiais pode estar na faixa de 5 a 40 mm, por exemplo. Diâmetros típicos de motor poderíam exigir um corpo cilíndrico com um diâmetro na faixa de 100 a 150 mm, e as larguras de corte e passos discutidos acima podem ser aplicadas a tais corpos cilíndricos. O passo pode ser 10 a 30% do diâmetro do corpo cilíndrico. A largura de corte pode ser 2 a 20% do diâmetro do corpo cilíndrico. Em um arranjo de exemplo com a largura de corte de aproximadamente 10 mm e um passo de aproximadamente 30 mm então o diâmetro de motor pode estar na faixa acima, por exemplo, um diâmetro de aproximadamente 115 mm.

[0012] A largura de corte e/ou o passo podem ser iguais em tomo da circunferência do corpo cilíndrico e ao longo do comprimento do corpo cilíndrico. Isso pode permitir transferência de calor otimizado e fluxo de ar em torno da totalidade do corpo cilíndrico. Alternativamente, em algumas situações pode ser vantajoso ter uma largura e/ou passo variável, consequentemente permitindo desempenho variável de transferência de calor em partes diferentes da circunferência e/ou partes diferentes do comprimento do corpo cilíndrico.

[0013] O alojamento pode ser formado de qualquer material adequado, por exemplo, ligas de alumínio podem ser usadas.

[0014] Em modalidades de exemplo um motor elétrico é dotado de um alojamento como descrito acima. O motor elétrico pode ser um motor aeroespacial. O alojamento pode incluir um suporte de mancai em uma extremidade do corpo cilíndrico para reter elementos de mancai do motor.

[0015] Vista a partir de um segundo aspecto, a invenção fornece um método de fabricação de um alojamento extrusado para um motor elétrico, o método compreendendo: extrusar um corpo cilíndrico para reter elétricas do motor a extrusão incluindo aletas axiais formadas em tomo do exterior do corpo cilíndrico; e usinar cortes radiais através das aletas axiais.

[0016] A etapa de usinagem de cortes radiais através das aletas axiais pode compreender usinagem por girar o corpo cilíndrico em um tomo ou usar uma máquina de laminação como discutido acima. O alojamento e as várias partes do mesmo podem ser fabricados com aspectos como descrito acima.

[0017] O método pode ser um método de fabricar um motor elétrico, como um motor aeroespacial, o método compreendendo fabricar um alojamento como acima, e então instalar as partes elétricas do motor no alojamento.

[0018] Certas modalidades preferidas da invenção serão descritas agora como exemplo apenas e com referência aos desenhos em anexo, nos quais: A figura 1 é uma vista em perspectiva de um alojamento de motor elétrico da técnica anterior; A figura 2 mostra uma parte de um alojamento extrusado da técnica anterior;

As figuras 3 e 4 ilustram os resultados de modelagem do desempenho térmico dos alojamentos das figuras 1 e 2; A figura 5 é uma vista em perspectiva de um alojamento de motor extrusado com cortes radiais; e A figura 6 ilustra os resultados de modelagem do desempenho térmico do alojamento da figura 5.

[0019] Os alojamentos da técnica anterior das figuras 1 e 2 e os desempenhos térmicos mostrados nas figuras 3 e 4 foram discutidos acima. A figura 5 mostra um alojamento de motor extrusado proposto 12 com aletas axiais 18 tendo cortes radiais 20 estendendo circunferencialmente em tomo da superfície externa do alojamento 12. Esse alojamento de motor extrusado 12 pode ser formado por um processo de extmsão similar àquele usado para o alojamento 12 da figura 2, seguido por uma etapa de usinagem onde os cortes radiais 20 são usinados utilizando um torno ou outra ferramenta de usinagem. O uso de um tomo permite usinagem rápida e eficaz de cortes radiais em um componente rotacionalmente simétrico como o alojamento de motor 12. O alojamento de motor 12 também inclui um suporte de mancai 14, que pode ser separadamente fabricado e então montado no corpo cilíndrico do alojamento 12 através de qualquer meio adequado, por exemplo, via encaixe por fricção brasagem ou soldagem.

[0020] Como pode ser visto por uma comparação do desempenho térmico mostrado na figura 6 com o desempenho térmico mostrado nas figuras 3 e 4, a adição de cortes radiais reduz a temperatura de pico do alojamento consideravelmente comparado com a extrasão axial sem cortes radiais. Com cortes radiais a temperatura de alojamento atinge um máximo de 114°C, em comparação com um máximo de 220°C quando os cortes não estão presentes. Na realidade, a temperatura de alojamento é comparável com o design bem mais caro com aletas radiais usinadas, que atinge uma temperatura máxima de 105°C. O design proposto obtém, portanto, vantagens significativas em desempenho e custo quando comparado com a técnica anterior das figuras 1 e 2.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Alojamento extrasado para um motor elétrico, o alojamento caracterizado pelo fato de que compreende: um corpo cilíndrico extrasado para reter partes elétricas do motor, aletas axiais extrasadas formadas em tomo do exterior do corpo cilíndrico, e cortes radiais usinadas através das aletas axiais.

2. Alojamento extrasado de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os cortes radiais estendem em tomo de toda ou uma parte principal de uma circunferência do alojamento.

3. Alojamento extrasado de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os cortes radiais são cortes formados por girar a parte extrusada em relação a uma ferramenta de máquina.

4. Alojamento extrasado de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que os cortes são cortes que foram usinados em um tomo.

5. Alojamento extrasado de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o alojamento é rotacionalmente simétrico.

6. Alojamento extrasado de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que os cortes radiais têm uma largura entre 2 e 15 mm, por exemplo, uma largura entre 5 e 10 mm.

7. Alojamento extrasado de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que as porções de aleta axial que resta entre os cortes são pelo menos da mesma largura que a largura de corte.

8. Alojamento extrasado de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o passo entre os cortes é pelo menos duas vezes a largura de corte.

9. Alojamento extrasado de acordo com das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o passo entre cortes está na faixa de 5 a 50 mm, por exemplo, um passo de 20 a 40 mm.

10. Alojamento extrusado de acordo com das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que as porções de aleta axial que resta entre cortes podem ter uma largura que é aproximadamente igual ao espaçamento entre as aletas axiais, por exemplo, uma largura que é 75% a 125% do espaçamento entre aletas axiais.

11. Alojamento extrusado de acordo com das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que o passo entre cortes é 10% a 30% do diâmetro do corpo cilíndrico.

12. Alojamento extrusado de acordo com das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que a largura dos cortes radiais é 2 a 20% do diâmetro do corpo cilíndrico.

13. Motor elétrico, caracterizado pelo fato de que inclui um alojamento como definido em qualquer das reivindicações 1 a 12, por exemplo, um motor aeroespacial.

14. Método de fabricação de um alojamento extrusado para um motor elétrico, o método caracterizado pelo fato de que compreende: extrusar um corpo cilíndrico para reter partes elétricas do motor a extrusão incluindo aletas axiais formadas em torno do exterior do corpo cilíndrico; e usinar cortes radiais através das aletas axiais.

15. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende a fabricação do alojamento com aspectos como definidos em qualquer uma das reivindicações 1 a 12.

16. Método de fabricação de um motor elétrico, como um motor aeroespacial, o método caracterizado pelo fato de que compreende fabricar um alojamento como definido na reivindicação 14 ou 15 e, então, instalar partes elétricas do motor no alojamento.