BR102021010451A2

BR102021010451A2 - Rotor para máquina elétrica girante, processo de fabricação e máquina elétrica girante correspondentes

Info

Publication number: BR102021010451A2
Application number: BR102021010451-1A
Authority: BR
Inventors: Cassiano Antunes Cezario; Dionei SCOTTINI; Emerson HAMERSCHMITT; Ramon Gomes Da Silva; Rubens Fernando Missio
Original assignee: Weg Equipamentos Elétricos S.a.
Priority date: 2020-06-03
Filing date: 2021-05-28
Publication date: 2021-12-14
Also published as: US11979078B2; CN113765248A; EP3920379A1; US20210384797A1

Abstract

rotor para máquina elétrica girante, processo de fabricação e máquina elétrica girante correspondentes. a presente invenção se refere a um rotor (100) dotado de barras de fixação injetadas com pinos funcionais (400) formados em uma só peça e que compreendem uma barra (410) e dois ou mais pinos funcionais (420), em que os pinos funcionais compreendem uma ou mais regiões de fixação (421) para amarração de um ou mais pacotes de lâminas (300) do rotor (100). a presente invenção se refere também a um processo para fabricação deste rotor (100) e a uma máquina elétrica girante dotada do rotor (100) de acordo com a invenção.

Description

ROTOR PARA MÁQUINA ELÉTRICA GIRANTE, PROCESSO DE FABRICAÇÃO E MÁQUINA ELÉTRICA GIRANTE CORRESPONDENTES

Campo de aplicação

[001] A presente invenção pertence ao campo das máquinas elétricas girantes, em especial aos métodos para fabricação e montagem de máquinas elétricas síncronas dotadas de rotores com ímãs permanentes ou de relutância, notadamente da centralização do rotor dentro do estator, da fixação do pacote de lâminas, de seu balanceamento e de seu arrefecimento ou ventilação.

Fundamentos da invenção

[002] Máquinas elétricas girantes são equipamentos utilizados para a transformação de energia elétrica em mecânica, no caso de motores, e vice-versa, no caso de geradores. Basicamente, são constituídas por quatro estruturas básicas, que são carcaça, estator, rotor e mancais/tampas.

[003] A carcaça é o elemento responsável pela integração das demais estruturas, abrigando estator e rotor.

[004] O estator é o componente ativo (energizado) estático responsável por conduzir o fluxo magnético para rotacionar o rotor, no caso de motores, e para conduzir a energia gerada pelo rotor, no caso de geradores, enquanto o rotor é o componente ativo (energizado) girante da máquina elétrica girante.

[005] Os mancais e tampas são os elementos responsáveis pelo acoplamento das partes estáticas às partes girantes de uma máquina elétrica girante.

[006] Além desses elementos, dependendo de características distintas de cada máquina elétrica girante, podem existir sistemas auxiliares como os de excitação, arrefecimento, lubrificação, dentre outros.

[007] Já o rotor é composto, basicamente, por um eixo no qual é disposto um pacote de lâminas ou chapas, sobre as quais são montados os polos que podem ser lisos ou salientes, no caso de motores síncronos, sendo que em uma ou ambas as extremidades podem ser fixados elementos de arrefecimento e/ou ventilação, como ventoinhas, aletas e afins.

[008] As lâminas do pacote de lâminas são normalmente fixadas entre si por meio de cordões de solda e/ou elementos de fixação como parafusos, pinos, grampos e afins. Isso é necessário para formar um pacote de lâminas suficientemente estruturado para fazer frente a condições de uso de um motor como a força centrífuga, temperatura e demais características que podem influenciar e comprometer a estabilidade dimensional do conjunto rotor.

[009] Os polos que são ímãs permanentes nos motores da natureza aqui tratada, podem ser montados em aberturas passantes ou slots longitudinais e paralelos ao eixo do rotor, podendo estas aberturas serem formadas no próprio pacote de lâminas do rotor ou em elementos dotados de aberturas ou slots acoplados externamente às lâminas.

[010] A centralização do rotor dentro do estator da máquina elétrica girante é dada pelos mancais e/ou tampas e o seu balanceamento pode ser feito tanto pela retirada quanto pela adição de massa em locais específicos.

Estado da técnica

[011] Existem no estado da técnica diversas soluções para a fabricação e montagem de rotores e a fixação das lâminas, assim formando o pacote de lâminas do rotor, todas buscando soluções que aliem robustez e redução de tempo fabril e de custos.

[012] Um exemplo é o documento patentário CN208423973 que revela e descreve uma construção típica de motor da natureza aqui tratada, que utiliza placas de prensagem e parafusos para a fixação do rotor, o que é uma clara desvantagem pois, além de adicionar massa desnecessária ao rotor, interfere nas características elétricas e magnéticas do motor comprometendo, em especial, o seu desempenho. Além disso, representa uma estrutura complexa que demanda várias etapas de montagem e o balanceamento continua sendo uma tarefa onerosa em matéria de tempo.

[013] Outra solução do estado da técnica é a descrita pelo documento patentário CN106487129, que descreve um motor elétrico cujo rotor possui anéis de curto-circuito com função de enrolamento de amortecimento pela gaiola de alumínio formada. Novamente, repetem-se as desvantagens do documento patentário CN208423973 descrito acima.

[014] Já o documento patentário KR101084354 revela e detalha um rotor de motor elétrico em que barras de alumínio são inseridas em fendas (não injetadas) e curto-circuitadas por uma chapa de alumínio soldada, formando uma espécie de gaiola de esquilo que tem a função de amortecimento. Neste caso, mais uma vez se repetem as desvantagens dos documentos anteriormente discutidos, em que estruturas com muitos componentes se juntam a pacotes de lâminas e gaiolas soldadas, sendo o balanceamento ainda uma etapa que demanda tempo e, assim, onera os custos de fabricação, bem como implica no tempo e complexidade de montagem da estrutura. Além disso, o motor de KR101084354 possui uma ventoinha de arrefecimento e ventilação convencional, constituindo-se em mais um componente da já extensa lista de peças e demandando espaço axial na construção do rotor.

[015] Por fim, é importante mencionar que o estado da técnica falha também em descrever elementos de fixação dos ímãs em seus slots que sejam simples, cujo processo de fabricação não interfira termicamente no rotor, cuja disposição e composição (material) não comprometa o desempenho eletromagnético do rotor e cuja construção/montagem não gere etapas onerosas ao processo de fabricação/montagem do rotor.

[016] Como pode ser inferido da descrição acima, existe espaço e demanda para uma solução de rotor de motor elétrico de projeto e montagem simples que supere as desvantagens do estado da técnica.

Objetivos da invenção

[017] Um dos objetivos da presente invenção é, portanto, prover um rotor com barras de fixação injetadas com pinos funcionais de acordo com as características da reivindicação 1 do quadro reivindicatório anexo.

[018] Outro objetivo da presente invenção é prover processo de fabricação correspondente de acordo com as características da reivindicação 12 do quadro reivindicatório anexo.

[019] Outro objetivo ainda da presente invenção é prover uma máquina elétrica girante correspondente de acordo com as características da reivindicação 15 do quadro reivindicatório anexo.

[020] Demais características e detalhamentos das características são representados pelas reivindicações dependentes.

Breve descrição das figuras

[021] Para melhor entendimento e visualização do objeto da presente invenção, a mesma será agora descrita com referência às figuras anexas, representando o efeito técnico obtido por meio de uma modalidade exemplar não limitante do escopo da presente invenção, em que, esquematicamente:

[022] Figura 1: apresenta uma vista em perspectiva de um rotor de acordo com a invenção, com o eixo montado;

[023] Figura 2: apresenta uma vista frontal do rotor da figura 1, sem o eixo;

[024] Figura 3: apresenta uma vista lateral do corte A-A da figura 2;

[025] Figura 3a: apresenta uma vista frontal de um corte parcial de uma barra de fixação e balanceamento da figura 3;

[026] Figura 3b: apresenta uma vista lateral do detalhe B da figura 3;

[027] Figura 3c: apresenta uma vista lateral parcial de uma barra de fixação com pino funcional simples inserido em um pacote de lâminas;

[028] Figura 3d: apresenta uma vista lateral de uma barra de fixação com pino funcional simples de acordo com a invenção;

[029] Figura 4: apresenta uma vista frontal de uma lâmina de rotor de acordo com a invenção;

[030] Figura 5: apresenta uma vista em perspectiva de um rotor de acordo com a invenção, com o eixo montado;

[031] Figura 6: apresenta uma vista frontal do rotor da figura 5, sem o eixo montado;

[032] Figura 7: apresenta uma vista lateral do corte A-A da figura 6;

[033] Figura 8: apresenta uma vista explodida em perspectiva de um rotor com mais de um pacote de lâminas disposto sobre o seu eixo;

[034] Figura 9: apresenta uma vista parcial em perspectiva de um rotor de acordo com a invenção, dotado de pinos funcionais que executam a fixação e amarração das lâminas do pacote, arrefecimento, balanceamento e retenção axial dos ímãs por meio de hastes, com as hastes ainda retas, antes de sua deformação mecânica;

[035] Figura 10: apresenta uma vista frontal parcial do rotor da figura 9, com as hastes já em seu estado final, deformadas mecanicamente; e

[036] Figura 11: apresenta uma vista frontal parcial do rotor da figura 10.

Descrição detalhada da invenção

[037] A presente invenção se refere a um rotor (100) que compreende um eixo (200), um ou mais pacotes de lâminas (300), barras de fixação injetadas com pinos funcionais (400) e ímãs permanentes ou simplesmente ímãs (500).

[038] O eixo (200) do rotor (100) de acordo com a invenção é um eixo (200) conhecido do estado da técnica e do tipo comumente utilizado para aplicação em máquinas elétricas girantes.

[039] O pacote de lâminas (300) do rotor (100) de acordo com a invenção é formado por uma pluralidade de lâminas (310), conforme representado nas figuras 2, 3, 3b, 4 e 6, fabricadas em material apropriado conhecido do estado da técnica para motores elétricos da natureza aqui tratada, por exemplo, metais e suas ligas, sendo cada lâmina (310) dotada, essencialmente e de forma não limitante, de um furo central (320), de furos perimetrais (330) passantes e de furos para os ímãs ou slots (340), igualmente passantes, podendo haver um ou mais pacotes de lâminas (300), iguais ou diferentes entre si, dispostos em um mesmo eixo (200).

[040] O furo central (320) permite a inserção do eixo (200) podendo ser dotado, eventualmente, de aberturas adicionais para passagem sobre chavetas e outros elementos.

[041] Os furos perimetrais (330) são dispostos em posições de baixa densidade de fluxo magnético.

[042] As lâminas (310) são fabricadas por meios e processos conhecidos do estado da técnica e usuais para máquinas elétricas girantes da natureza aqui tratada, podendo ser, por exemplo e não se limitando a estampagem, recorte mecânico, recorte a laser, injeção, fundição, sinterização e outros processos afins, desde que apropriados.

[043] O pacote de lâminas (300) é formado pelo agrupamento e alinhamento em paralelo de uma pluralidade de lâminas (310) com os furos (320, 330, 340) alinhados entre si formando um pacote de lâminas (300), sendo o pacote de lâminas (300) disposto em uma ferramenta de injeção apropriada, dotada de cavidade para receber o pacote de lâminas (300) e cavidades para permitir a formação das barras de fixação injetadas com pinos funcionais (400) a partir dos e nos canais formados pelo alinhamento dos furos perimetrais (330), amarrando o conjunto sem a necessidade de anéis de curto-circuito, soldas, parafusos e demais elementos de fixação.

[044] As barras de fixação injetadas com pinos funcionais (400) de acordo com a invenção são elementos de comprimento total (C), formados em uma só peça, injetados no interior dos furos perimetrais (330), compreendendo um corpo ou barra (410) que preenche completamente os canais formados pelo alinhamento dos furos perimetrais (330) e duas ou mais extremidades ou pinos funcionais (420) que se projetam para além das faces das lâminas (310) do pacote de lâminas (300).

[045] O material usado para injetar as barras de fixação injetadas com pinos funcionais (400) deve ser um material injetável, preferencialmente, mas não se limitando a alumínio e/ou uma ou mais de suas ligas.

[046] As barras de fixação injetadas com pinos funcionais (400) devem ser entendidas como elementos multifuncionais, podendo compreender geometrias e construções para exercer diferentes tarefas e/ou servir de elemento de fixação de acessórios ou peças adicionais.

[047] Os pinos funcionais (420) e as barras (410) exercem primariamente a função de amarração de um ou mais pacotes de lâminas (300), sendo que os pinos funcionais (420), em sua versão simples, podem assumir qualquer formato adequado à retenção das lâminas (310) dos pacotes de lâminas (300), sendo preferencialmente cilíndricos, compreendendo duas ou mais regiões de fixação (421) de altura de fixação (a) e diâmetro de fixação (D) maior ou igual ao diâmetro de corpo (d) da barra (410), conforme representado nas figuras 3, 3a, 3c e 3d. É de se notar que as barras (410), os pinos funcionais (420) e as regiões de fixação (421) podem assumir outras formas além da cilíndrica, como, por exemplo, mas não se limitando a formas poligonais, ovais, oblongas, elípticas e demais afins, sendo que, neste caso, os diâmetros (D, d) deverão ser entendidos como as dimensões externas máximas.

[048] Em uma modalidade não limitante da presente invenção, os pinos funcionais (420) são utilizados para o balanceamento do rotor (100), em que cada pino funcional (420) possui uma altura (A), compreendendo uma ou mais regiões de fixação (421) de diâmetro de fixação (D) e altura de fixação (a), e uma ou mais regiões de balanceamento (422), cujo diâmetro (dc) é menor ou igual ao diâmetro de fixação (D) e diminui na medida em que se afasta do pacote de lâminas (300), conforme representado nas figuras 3 e 3a. É de se notar aqui que as regiões de balanceamento (422) podem assumir diversos formatos apropriados, de acordo com o projeto, como, por exemplo, mas não se limitando a formatos cilíndricos, cônicos, troncônicos, poligonais, ovais, oblongos e demais afins.

[049] A barra (410) possui um comprimento (c) igual ou ligeiramente maior do que o comprimento (medida longitudinal) do pacote de lâminas (300) e um diâmetro de corpo (d) que equivale ao diâmetro dos furos perimetrais (330), pois os preenche integralmente. O diâmetro de corpo (d) é menor ou igual ao diâmetro de fixação (D), sendo preferencialmente menor, formando-se uma superfície de contato (S), que equivale à diferença entre a superfície da seção transversal na região do diâmetro de fixação (D) e a superfície da seção transversal na região do diâmetro de corpo (d), sendo ligeiramente maior e até 10 vezes maior, preferencialmente de 2 a 5 vezes maior, mais preferencialmente de 3 a 4 vezes maior que a superfície total da seção transversal na região do diâmetro de corpo (d). Essa construção permite a fixação e a contenção do pacote de lâminas (300) entre as superfícies de contato (S). Apenas como informação adicional, seja comentado que, mesmo que os diâmetros (d, D) sejam iguais, condição em que não há uma superfície de contato (S), haverá uma amarração mínima das lâminas (310) como consequência da rugosidade interna gerada pelo empilhamento das lâminas (310) nos furos perimetrais (330).

[050] É de se notar que esta relação dimensional poderá variar de acordo com as características do projeto, da quantidade prevista de barras de fixação injetadas com pinos funcionais (400) e de seus diâmetros de corpo (d) para resistir às forças advindas do regime de rotação do motor elétrico e fazer frente às tensões de cisalhamento na região limítrofe entre a barra (410) e o pino funcional (420). Uma relação segura, mas não limitante, entre os diâmetros (D, d) se estabelece quando o diâmetro de fixação (D) não supera o diâmetro de corpo (d) em mais de 3,5 vezes, enquanto o diâmetro de corpo (d) deve representar de 2% a 30%, preferencialmente 5% do diâmetro externo (DR) do rotor (100).

[051] Também é de se notar que a barras (410) e os pinos funcionais (420) não necessitam ser concêntricos, podendo haver excentricidade entre seus eixos longitudinais, de acordo com as demandas do projeto, por exemplo, para possibilitar a disposição dos furos perimetrais (330) mais próximos ao perímetro externo do rotor (100) mantendo a dimensão das superfícies de contato (S) inalteradas, diminuindo, assim, a interferência no fluxo magnético sem comprometer a fixação garantida pelas superfícies de contato (S).

[052] A região de balanceamento (422), por sua vez, permite a adição de massa ao rotor (100). Um exemplo não limitante de adição de massa é a disposição de arruelas ou similares sobre a região de balanceamento (422), sendo uma arruela ou similares deslizada sobre a região de balanceamento (422) até encostar-se à superfície da região de fixação (421). Feito isso, aplica-se pressão sobre a parte livre da região cônica para que ocorra o seu esmagamento e aprisionamento da arruela ou similares.

[053] É de se notar que, dependendo das condições de montagem, esta operação pode não ser necessária ou pode ser necessária com a aplicação de uma única arruela ou similares em uma única posição ou de uma ou mais arruelas ou similares em uma única posição ou em mais de uma posição. As arruelas ou similares podem ser de qualquer material apropriado.

[054] O número de barras de fixação injetadas com pinos funcionais (400) dependerá das características do projeto, das dimensões do rotor (100), da rotação do motor elétrico a que se destina e demais características afins.

[055] Essa formação de pacote do rotor (100) com a injeção de barras de fixação injetadas com pinos funcionais (400), para concomitante fixação e amarração de um ou mais pacotes de lâminas (300) e balanceamento do rotor (100), forma um pacote rígido capaz de suportar todos os esforços previstos para a sua aplicação eliminando os processos de solda e de elementos de fixação externos, bem como eliminando a necessidade de chapas extremas e anéis de curto-circuito para balanceamento do rotor (100).

[056] Uma mesma barra de fixação injetada com pinos funcionais (400) pode exercer funções diferentes por meio de pinos funcionais (420) diferentes. Um exemplo não limitante do escopo da invenção é a utilização, em uma das extremidades da barra (410), de um pino funcional (420) compreendendo uma região de fixação (421) simples para amarração e, na outra extremidade da barra (410), de um pino funcional (420) compreendendo uma região de fixação (421) para amarração e uma região de balanceamento (422) para balanceamento.

[057] Em outra modalidade não limitante da presente invenção, os pinos funcionais (420) são utilizados tanto para amarração e balanceamento quanto para o arrefecimento e/ou ventilação interna do motor, em que, aos pinos funcionais (420), são adicionadas aletas de arrefecimento e/ou ventilação ou simplesmente aletas (430), que possuem formato e dimensões adequadas às condições de arrefecimento e/ou ventilação pretendidas, como representado pelas figuras 5 a 11.

[058] Aqui também vale a condição de multifuncionalidade das extremidades de cada barra (410), ou seja, uma mesma barra (410) pode ter uma extremidade para amarração e balanceamento, enquanto a outra extremidade serve à amarração e ao arrefecimento e/ou ventilação.

[059] Em mais outra modalidade não limitante da presente invenção, os pinos funcionais (420) são de geometria simples e servem apenas e tão somente à fixação de aletas de arrefecimento e/ou ventilação ou simplesmente aletas (430), podendo, com uma mesma barra (410), ser feita a amarração em uma extremidade e a amarração e arrefecimento e/ou ventilação na outra.

[060] Em outra modalidade não limitante da invenção, os pinos funcionais (420), além da região de fixação (421), possuem uma ou mais regiões de conexão (423), servindo como elementos conectores de um ou mais pacotes de lâminas (300, 301, 302) dispostos sobre o eixo (200), como mostrado na figura 8, uma vez que, conforme descrito acima, o rotor (100) pode possuir um ou mais pacotes de lâminas (300), iguais ou diferentes entre si, de acordo com a aplicação da máquina elétrica girante.

[061] Aqui vale igualmente a condição de multifuncionalidade das extremidades de cada barra (410), ou seja, uma mesma barra (410) pode ter uma extremidade para amarração, enquanto a outra extremidade serve à conexão de um ou mais pacotes de lâminas (300).

[062] Em mais uma modalidade não limitante da presente invenção, os pinos funcionais (420) são utilizados tanto para amarração de um ou mais pacotes de lâminas (300, 301, 302) e concomitante arrefecimento e/ou ventilação por meio de aletas (430) quanto para a retenção axial dos ímãs (500), em que, aos pinos funcionais (420), são adicionadas uma ou mais hastes (440) que partem, por exemplo, mas de forma não limitante, da região de fixação (421) estendendo-se radialmente em torno desta na direção dos ímãs (500). As hastes (440) fixam os ímãs (500) dentro dos slots (340) evitando sua translação axial, como especialmente representado nas figuras 10 e 11. Esta retenção é externa ao pacote de lâminas (300) e, assim, não interfere no desempenho eletromagnético do rotor (200), além de eliminar a necessidade de outros métodos de fixação dos ímãs (500), de processos de montagem/fabricação onerosos, bem como agir como uma segurança adicional para casos extremos, por exemplo, de sobretemperatura e afins.

[063] As hastes (440) podem ser fabricadas como elementos que se projetam radialmente a partir, mas de forma não limitante, da região de fixação (421), conforme mostrado especialmente na figura 9 e, após a inserção dos ímãs (500) nos slots (340), serem deformadas mecanicamente até que se sobreponham aos slots (340) em que se encontram os ímãs (500). Para esta modalidade vale igualmente a condição de multifuncionalidade das extremidades de cada barra (410).

[064] Ainda em outra modalidade não limitante da presente invenção, os pinos funcionais (420) são de geometria simples e servem à fixação de acessórios ou peças adicionais como, por exemplo, sensores, marcadores de posição e demais elementos adequados, podendo haver funções diferentes em extremidades diferentes, conforme já descrito acima.

[065] Assim sendo, os pinos funcionais (420) podem exercer uma ou mais das funções acima descritas, isoladamente ou em conjunto, podendo ser a função exercida por ambas as extremidades ou ser diferente entre as extremidades.

[066] A multifuncionalidade dos pinos funcionais (420), além de possibilitar a execução de uma ou mais tarefas em uma mesma barra de fixação injetada com pinos funcionais (400), oferece a inédita possibilidade de se alternar, radialmente ou ao longo do perímetro do rotor (200), o uso de barras de fixação injetadas com pinos funcionais (400) que exercem diferentes funções. Um exemplo não limitante é a alternância de barras de fixação injetadas com pinos funcionais (400) para amarração e balanceamento com barras de fixação injetadas com pinos funcionais (400) para amarração e arrefecimento e/ou ventilação e assim por diante, podendo inclusive haver uma ou mais barras de fixação injetadas com pinos funcionais (400) de funções iguais ou diferentes, adjacentes ou não e/ou agrupadas ou não. Outro exemplo não limitante é a alternância de barras de fixação injetadas com pinos funcionais (400) para amarração e fixação axial dos ímãs com barras de fixação injetadas com pinos funcionais (400) para amarração e arrefecimento e/ou ventilação e assim por diante, podendo inclusive haver uma ou mais barras de fixação injetadas com pinos funcionais (400) de funções iguais ou diferentes, adjacentes ou não e/ou agrupadas ou não.

[067] A multifuncionalidade dos pinos funcionais (420) permite também prover funções diferentes em um ou mais dos pacotes de lâminas (300, 301, 302). O exemplo não limitante da figura 8 mostra o primeiro pacote de lâminas (300) com pinos funcionais (420) dotados de aletas para arrefecimento/ventilação (430), região de fixação (421) e região de balanceamento (422) em uma extremidade e de região de fixação (421) e região de conexão (423) na outra, sendo agrupados dois a dois e alternando-se com pares de furos perimetrais (330) vazios para conexão das regiões de conexão (423) dos pinos funcionais (420) do segundo pacote de lâminas (301) e assim por diante.

[068] Assim sendo, os pinos funcionais (420) podem ser e exercer funções iguais ou diferentes em uma mesma extremidade, ser e exercer funções iguais ou diferentes em extremidades diferentes e ser e exercer funções iguais ou diferentes em um ou mais pacotes de lâminas (300, 301, 302), isoladamente ou em conjunto.

[069] Um processo para fabricação de um rotor (100) de acordo com a invenção é um processo para fabricação de um rotor (100) que compreende um eixo (200), um ou mais pacotes de lâminas (300), barras de fixação injetadas com pinos funcionais (400) e ímãs permanentes ou simplesmente ímãs (500).

[070] Este processo compreende as etapas de processo:

i. Estampagem das lâminas (310) com furo central (320), furos perimetrais (330) e slots (340);
ii. Agrupamento e alinhamento em paralelo de uma pluralidade de lâminas (310) com os furos (320, 330, 340) alinhados entre si formando um pacote de lâminas (300);
iii. Disposição do pacote de lâminas (300) em uma ferramenta de injeção apropriada dotada de cavidade para receber o pacote de lâminas (300) e cavidades para permitir a formação das barras de fixação injetadas com pinos funcionais (400);
iv. Injeção de material injetável para formação das barras de fixação injetadas com pinos funcionais (400), com preenchimento dos furos perimetrais (330);
v. Prensar o eixo (200) em um ou mais pacotes de lâminas (300) através da inserção do eixo (200) pelo furo central (320); e
vi. Inserir os ímãs (500) nos slots (340).

[071] No caso em que os pinos funcionais (420) são utilizados para o balanceamento do rotor (100), o processo de fabricação de acordo com a invenção poderá compreender também uma etapa adicional de processo, como segue:
vii. Balancear o rotor com a eventual adição de massa por disposição de uma ou mais arruelas ou similares sobre a região de balanceamento (422) e esmagamento da parte livre da região de balanceamento (422) para aprisionamento da arruela ou similares.

[072] No caso em que os pinos funcionais (420) são utilizados para a fixação axial dos ímãs (500), o processo de fabricação de acordo com a invenção poderá também compreender uma etapa adicional de processo, como segue:
viii. Promover a deformação mecânica das hastes (440) até que se sobreponham aos slots (340) em que se encontram os ímãs (500).

[073] É de se notar que, no caso em que os pinos funcionais (420) são utilizados tanto para o balanceamento do rotor (100) quanto para a fixação axial dos ímãs (500), o processo contará com as duas etapas adicionais correspondentes acima descritas.

[074] O processo de fabricação de acordo com a invenção possui diferenças importantes e impactantes em relação às etapas equivalentes dos processos para fabricação de rotores do estado da técnica.

[075] Os tempos de execução das etapas ii, iii e iv da invenção são reduzidos em até 90% em relação aos tempos das etapas equivalentes do estado da técnica, uma vez que não há necessidade de prensar e nem de soldar o pacote de lâminas (300). Isto posto, o processo da invenção não possui as etapas de prensar e soldar do estado da técnica.

[076] A presença das barras de fixação injetadas com pinos funcionais (400), além de dispensar um anel de curto-circuito adicional, dispensa o uso de discos de balanceamento, de elementos externos para arrefecimento e/ou ventilação e de elementos de fixação do pacote de chapas. Isto posto, o processo da invenção não possui as etapas de montagem e prensagem de anéis de curto-circuito e/ou de discos de balanceamento ou similares, nem da inserção de elementos de fixação no pacote de lâminas ou de dissipadores de calor.

[077] O tempo de execução da etapa vii da invenção é reduzido em aproximadamente 70% em relação aos tempos das etapas equivalentes do estado da técnica, uma vez que basta inserir uma ou mais arruelas ou similares sobre a região de balanceamento (422) e esmagar esta última até que a arruela ou similares fique retida e estabilizada.

[078] Deste modo, o processo de acordo com a invenção para fabricação de um rotor (100) de acordo com a invenção diminui drasticamente os tempos de fabricação de rotores da natureza aqui tratada, diminui custos de material e mão de obra, aumenta a produtividade, demanda menos etapas e otimiza a capacidade fabril por dispensar o uso de maquinário de solda, robôs etc. É de se notar que o processo de acordo com a invenção pode possuir outras etapas acessórias, antes e depois das acima descritas, de acordo com os conhecimentos técnicos e práticas fabris necessárias à construção de rotores para máquinas elétricas girantes.

[079] Uma máquina elétrica girante de acordo com a invenção é um motor elétrico dotado de um rotor (100) de acordo com a invenção fabricado de acordo com um processo de acordo com a invenção.

Conclusão

[080] Será facilmente compreendido por aqueles versados na técnica que modificações podem ser realizadas na presente invenção sem com isso se afastar dos conceitos expostos na descrição acima. Essas modificações devem ser consideradas como compreendidas pelo escopo da presente invenção. Consequentemente, as concretizações particulares descritas em detalhe anteriormente são somente ilustrativas e exemplares e não limitativas quanto ao escopo da presente invenção, ao qual deve ser dada a plena extensão das reivindicações em anexo e de todos e quaisquer equivalentes da mesma.

Claims

Rotor para máquina elétrica girante, caracterizado pelo fato de ser dotado de barras de fixação injetadas com pinos funcionais (400) formadas em uma só peça e que compreendem uma barra (410) e dois ou mais pinos funcionais (420), em que os pinos funcionais compreendem duas ou mais regiões de fixação (421) para fixação e amarração de um ou mais pacotes de lâminas (300) do rotor (100).
Rotor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de os pinos funcionais (420) serem e exercerem funções iguais ou diferentes em uma mesma extremidade e/ou serem e exercerem funções iguais ou diferentes em extremidades diferentes e/ou serem e exercerem funções iguais ou diferentes em um ou mais pacotes de lâminas (300, 301, 302), isoladamente ou em conjunto.
Rotor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de os pinos funcionais (420) compreenderem, além das regiões de fixação (421), uma ou mais regiões de balanceamento (422) para adição de massa para balanceamento do rotor (100).
Rotor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de os pinos funcionais (420) compreenderem, além da região de fixação (421), uma ou mais aletas de arrefecimento e/ou ventilação (430).
Rotor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de os pinos funcionais (420) compreenderem, além da região de fixação (421), uma ou mais regiões de conexão (423) para conectar um ou mais pacotes de lâminas (300, 301, 302) dispostos sobre o eixo (200).
Rotor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de os pinos funcionais (420) compreenderem, além das regiões de fixação (421), uma ou mais hastes (440) para retenção axial dos ímãs (500).
Rotor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de os pinos funcionais (420) compreenderem, além das regiões de fixação (421), uma ou mais regiões de balanceamento (422) e/ou uma ou mais aletas de arrefecimento e/ou ventilação (430) e/ou uma ou mais regiões de conexão (423) e/ou uma ou mais hastes (440) para retenção dos ímãs (500), isoladamente ou em conjunto.
Rotor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a região de fixação (421) possui um diâmetro de fixação (D) e que as barras (410) possuem um diâmetro de corpo (d), menor ou igual ao diâmetro de fixação (D), formando-se uma superfície de contato (S) que equivale à diferença entre a superfície da seção transversal na região do diâmetro de fixação (D) e a superfície da seção transversal na região do diâmetro de corpo (d).
Rotor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a barra (410) preencher completamente os canais formados pelo alinhamento de furos perimetrais (330) de lâminas (310) de um pacote de lâminas (300) do rotor (100).
Rotor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de os pinos funcionais (420) se projetam para além das faces das lâminas (310) do pacote de lâminas (300).
Rotor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de os furos perimetrais (330) serem dispostos em posições de baixa densidade de fluxo magnético das lâminas (310) do pacote de lâminas (300).
Processo para fabricação de um rotor (100) conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de:
- i. Estampagem das lâminas (310) com furo central (320), furos perimetrais (330) e slots (340);
- ii. Agrupamento e alinhamento em paralelo de uma pluralidade de lâminas (310) com os furos (320, 330, 340) alinhados entre si formando um pacote de lâminas (300);
- iii. Disposição do pacote de lâminas (300) em uma ferramenta de injeção apropriada dotada de cavidade para receber o pacote de lâminas (300) e cavidades para permitir a formação das barras de fixação injetadas com pinos funcionais (400);
- iv. Injeção de material injetável para formação das barras de fixação injetadas com pinos funcionais (400), com preenchimento dos furos perimetrais (330);
- v. Prensar o eixo (200) em um ou mais pacotes de lâminas (300) através da inserção do eixo (200) pelo furo central (320); e
- vi. Inserir os ímãs permanentes ou simplesmente ímãs (500) nos slots (340).
Processo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de, no caso em que os pinos funcionais (420) são utilizados para o balanceamento do rotor (100), compreender também uma etapa adicional de processo:
vii. Balancear o rotor com a eventual adição de massa por disposição de uma ou mais arruelas ou similares sobre a região de balanceamento (422) e esmagamento da parte livre da região de balanceamento (422) para aprisionamento da arruela ou similares.
Processo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de, no caso em que os pinos funcionais (420) são utilizados para a fixação axial dos ímãs (500), compreender também uma etapa adicional de processo:
viii. Promover a deformação mecânica das hastes (440) até que se sobreponham aos slots (340) em que se encontram os ímãs (500).
Máquina elétrica girante, caracterizada pelo fato de compreender um rotor (100) conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11 e fabricado pelo processo definido em qualquer uma das reivindicações 12 a 14.