BR112016002662B1 - máquina elétrica girante aplicada em veículos elétricos - Google Patents

Abstract

MÁQUINA ELÉTRICA GIRANTE APLICADA EM VEÍCULOS ELÉTRICOS. A presente invenção revela uma máquina elétrica girante prevendo no plano médio da carcaça um sistema de fixação solidário à esta última e modificações construtivas na tampa traseira de modo a permitir a saída de cabeamento principal e auxiliares. A máquina ora pleiteada visa facilitar operações de instalação e manutenção durante a implementação das especificações de projeto de veículos elétricos. Tal objetivo é plenamente alcançado devido à possibilidade de montagem preferencialmente longitudinal nos chassis dos veículos com assento adequado para os coxins. Um outro aspecto vem a ser o fato do invólucro da carcaça ser completamente fechado, o que garante maior robustez ao conjunto frente às condições operacionais de cada veículo e/ou hábitos do usuário. Opcionalmente, prevê-se a existência de flanges e demais meios de acoplamento para montagem em caixas de marcha.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção revela uma máquina elétrica girante prevendo no plano médio da carcaça um sistema de fixação solidário à esta última e modificações construtivas na tampa traseira de modo a permitir a saída de cabeamento principal e auxiliares. A máquina ora pleiteada visa facilitar operações de instalação e manutenção durante a implementação das especificações de projeto de veículos elétricos. Tal objetivo é plenamente alcançado devido à possibilidade de montagem preferencialmente longitudinal nos chassis dos veículos com assento adequado para os coxins. Um outro aspecto vem a ser o fato do invólucro da carcaça ser completamente fechado, o que garante maior robustez ao conjunto frente às condições operacionais de cada veículo e/ou hábitos do usuário. Opcionalmente, prevê-se a existência de flanges e demais meios de acoplamento para montagem em caixas de marcha .

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] De maneira geral, projetos de veículos elétricos devem prever a ligação do motor elétrico ao seu sistema' de tração, consistindo na maioria das vezes em motores elétricos industriais adaptados .

[003] Estes últimos em seu modo de operação usual funcionam sob condições estacionárias, e consequentemente menos complexas. Para a instalação dos mesmos em veículos elétricos, não raro exigem-se modificações no projeto original de forma a atender às demandas relacionadas aos parâmetros de torque e modo de operação (vibração e variações de temperatura) .

[004] O dimensionamento dos motores depende ainda da especificação do veiculo elétrico a ser fabricado; o sistema de tração pode compreender um motor acoplado a uma transmissão e diferencial, prever mais de um motor elétrico e mais de um conjunto de transmissão e diferencial, dentre outras topologias. No caso de veículos pesados, por exemplo, a forma de fixação é efetuada por meio de pés; esta construção dificulta a instalação e manutenção do sistema de tração. Uma segunda limitação se relaciona às dimensões reduzidas do vão livre entre o solo e o motor, devido à montagem do mesmo. Uma das principais consequências neste caso vem a ser a impossibilidade do veículo transpor obstáculos sem causar danos ao motor.

[005] Finalmente, a utilização dos pés exige grandes modificações estruturais no chassi e na carenagem, encarecendo a montagem e a prestação de serviços de manutenção do sistema de tração; torna-se claro então, que as exigências mencionadas previamente afetam diretamente a viabilização de uma linha de veículos elétricos competitivos.

DESCRIÇÃO DO ESTADO DA TÉCNICA

[006] Diversas propostas tentam contornar as limitações construtivas do chassi e os efeitos resultantes do funcionamento dos motores elétricos em condições mais rigorosas. Uma abordagem mais complexa consiste em modificar o perfil do chassi tal como é proposto no documento DE102010010786; cumpre observar que a viabilização desta técnica exige grandes modificações estruturais no chassi e na carenagem o que a torna pouco factível em termos de custos.

[007] Uma construção relativamente tradicional para a otimização da arquitetura do motor é apresentada no documento US4975613 no qual se descreve uma máquina elétrica compreendendo um meio de suspensão elástico aplicado ao núcleo do estator, visando reduzir a deformação deste e consequentemente, minimizar os efeitos dos ruídos magnéticos e vibrações. Nesta concepção, a carcaça do núcleo de estator laminado contempla um suporte superior e inferior, cujos pés laterais externos são montados sobre fundações. Neste caso, a implementação deste conjunto não elimina os problemas descritos anteriormente, como a pouca acessibilidade nas etapas de instalação e manutenção do sistema de tração de veículos elétricos.

[008] Uma alternativa para minimizar os ruídos dos motores em veículos automotivos é prevista na patente US5696360 na qual se descreve um envoltório concêntrico montado sobre a carcaça do motor elétrico; sobre este envoltório, dispõe-se uma camada intermediária de material elastomérico e externamente a esta última, uma armação dotada de receptáculos laterais. De maneira análoga, o modelo de utilidade CN201797404 contempla uma base da qual se projetam placas laterais, e um invólucro dotado de aletas soldadas, concêntrico à carcaça do motor elétrico. O sistema é unido por meio de meios de fixação entre as aletas e as placas de cada componente. Uma variante deste conceito é relatada no documento CN202455209 em que se descreve um motor elétrico compreendendo um invólucro concêntrico alojado no eixo do rotor, dotado externamente de um par de abas laterais munidas de orifícios e fabricadas por estampagem. As principais limitações pertinentes às patentes US5696360, CN201797404 e CN202455209 estão relacionadas ao método de fabricação destas configurações demandando etapas adicionais de produção de cada um dos elementos dos conjuntos citados.

[009] O documento EP0029263 expõe uma alternativa voltada especificamente à turbogeradores, prevendo uma construção em bloco, a partir da qual tem-se uma primeira camada aletada e uma segunda camada dotada de perfurações radiais internas e suportes reforçados. Estes últimos por sua vez se comunicam à aletas de fixação nas fundações. Embora este sistema seja robusto, torna-se óbvio que a implementação do mesmo em outras aplicações demanda extensas modificações construtivas no mesmo.

[0010] Um aperfeiçoamento construtivo montado diretamente entre o estator e a carcaça é exposto no documento EP2378630, consistindo em uma placa dotada de uma série de projeções concêntricas e uma pluralidade de aberturas, de modo a proporcionar uma espécie de efeito mola no conjunto. Uma limitação desta solução é o fato da mesma exigir extensas etapas de usinagem da placa.

[0011] Diante do exposto anteriormente, a maioria das soluções apontadas no estado da técnica são dirigidas aos problemas decorrentes dos efeitos de vibração e ruídos como é o caso das patentes US4975613, CN201797404 e EP0029263. O uso de estruturas acessórias tal como revelado em US5696360 demandam componentes extras, elevando tanto o custo de fabricação devido à produção separada de cada componente deste sistema como a complexidade construtiva envolvida na fabricação do produto final. Cumpre enfatizar que no caso dos veículos elétricos, a existência de um pequeno vão livre entre a instalação do motor e o solo, limita a operação do veiculo, devido à possibilidade de solavancos e outros obstáculos. Uma tentativa de se contornar as desvantagens mencionadas se encontra no documento CZ14693 em que revela-se um motor elétrico assíncrono compreendendo uma carcaça dotada de regiões planas e paralelas entre si, na qual são montadas duas abas de fixação equidistantes entre si. Uma terceira aba é unida à parte superior da carcaça por meio de suportes de fundação, dotados de uma abertura com canto vivo para a passagem dos cabos. Estes últimos originam-se a partir de uma caixa externa à carcaça, e circundam pela parte dianteira até a traseira. A exposição dos cabos durante a operação, montagem e aos efeitos de vibração durante o funcionamento eleva a possibilidade de danificar o cabeamento. Na mesma linha, a proximidade da aba superior em relação à carroceria dificulta quaisquer operações de instalação e manutenção do sistema de tração assim como das regiões adjacentes dos cabos que perpassam as ditas aberturas. Apesar de não ser especificado no documento tcheco, o contorno angular das abas sugere que as mesmas são obtidas separadamente, sendo posteriormente soldadas à carcaça. Esta conjectura é amparada pelo fato da fabricação da carcaça prevendo as três abas em uma única etapa de fundição não ser viável pela demanda de machos transversais e longitudinais específicos. Vale mencionar que quaisquer desvios na etapa de soldagem impactam diretamente na resistência das citadas abas, e consequentemente, na fixação do conjunto no chassi do veículo. Outro ponto em relação ao documento CZ14693 reside na melhoria substancial obtida pela invenção ora pleiteada no que concerne à distribuição do centro de massa. A disposição das abas localizadas excêntricas ao plano central médio CZ14693 contribui com a ruptura das mesmas, devido à aplicação de torques de maior intensidade. Finalmente no que concerne às superfícies planas longitudinais, observa-se ainda a necessidade de etapas adicionais de conformação das chapas para obter o perfil desejado da carcaça.

[0012] Existe assim, uma carência por propostas viáveis em termos de agilidade nas etapas de instalação e manutenção em veículos elétricos, associados a um grau de proteção adequado à especificação do projeto.

OBJETIVO DA INVENÇÃO

[0013] Neste sentido, visando contornar as limitações pertinentes ao estado da técnica, revela-se uma máquina elétrica girante compreendendo uma carcaça prevendo em seu plano médio um sistema de fixação solidário à mesma, modificações construtivas na tampa traseira de modo a permitir a saída de cabeamento principal e auxiliares, facilitando assim, operações de instalação e manutenção durante a implementação das especificações de projeto de veículos elétricos. Tal objetivo é plenamente alcançado devido à possibilidade de montagem preferencialmente longitudinal nos chassis dos veículos com assento adequado para os coxins. Um outro aspecto vem a ser o fato do invólucro da carcaça ser completamente fechado, o que garante maior robustez ao conjunto frente às condições operacionais de cada veículo e/ou hábitos do usuário.

[0014] Opcionalmente em uma variação construtiva, prevê- se a existência de flanges e demais meios de acoplamento para montagem em caixas de marcha.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0015] A Figura la ilustra uma vista lateral da máquina elétrica sem flanges.

[0016] A Figura lb ilustra uma vista lateral da máquinaelétrica em uma construção com flanges.

[0017] A Figura 2 ilustra uma vista superior da máquinaelétrica.

[0018] A Figura 3a ilustra uma vista em perspectiva domáquina elétrica.

[0019] A Figura 3b ilustra uma vista em perspectiva damáquina elétrica em uma construção com flanges.

[0020] A Figura 4 ilustra uma vista traseira do motorelétrico.

[0021] A Figura 5 ilustra uma representação esquemáticada montagem do motor no chassi do veiculo (fora de escala).

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS FIGURAS

[0022] As Figuras lb, 2, 3b e 4 a seguir ilustram umapossibilidade construtiva prevendo a existência de flanges de acoplamento à caixa de marcha, permitindo maior flexibilidade no projeto da máquina elétrica. As Figuras la e 3a por sua vez, apresentam uma construção sem os ditos flanges de acoplamento.

[0023] 0 termo "elemento de estabilização (4)" utilizadopode se referir não somente, mas também a tripés, pés, flanges ou mesmo uma base planar. Da mesma forma, o termo "elemento de fixação" (6) se refere a uma aba de perfil parabólico, não se restringindo somente a esta - outras geometrias são possíveis sem existir fuga do escopo. As concretizações preferenciais de cada termo serão apresentadas a seguir.

[0024] Nas Figuras la, e lb a máquina elétrica (1)compreende uma carcaça (5) dotada de um par de estruturas de reforço (3) contínuas, dispostas no plano médio em relação ao eixo longitudinal e simetricamente opostas em relação à superfície externa da carcaça (5) . A previsão das estruturas (3) confere maior resistência mecânica na região de fixação da máquina elétrica, e contribuindo para aumento da rigidez mecânica visando a eliminação das vibrações e ruídos provenientes do estator (não mostrado nas figuras) .

[0025] As Figuras la e lb ilustram ainda o elemento de estabilização (4) da carcaça (5). Em sua concretização preferencial, o dito elemento (4) consiste em uma base inferior plana determinando um apoio estável para a montagem do motor tanto em sua produção quanto na aplicação. O invólucro da carcaça (5) é completamente fechado proporcionando um maior grau de proteção, o que por sua vez é complementado por uma saída (8) do cabeamento, disposto na tampa traseira (9) da máquina elétrica (1), tal como pode ser visto na Figura 4. Cabe ressaltar que mais de uma saída (8) pode ser prevista, o que acarreta em maior flexibilidade no projeto ao permitir a adição de cabeamentos auxiliares de equipamentos de alarmes sonoros ou lâmpadas, por exemplo.

[0026] Considerando a Figura 2, em uma vista superior, observa-se que a partir das extremidades de cada uma das estruturas de reforço (3) projeta-se um elemento de fixação (6) da máquina elétrica girante (1). O dito elemento (6) é dotado de um furo (2) e apresenta em sua concretização preferencial, um perfil parabólico. Tais características permitem a obtenção em uma única etapa de fabricação da carcaça (5) já contemplando os ditos elementos (6), diretamente por meio de componente fundido ou injetado, e abreviando assim, a produção de lotes de máquinas elétricas em termos de custos e tempo. Em uma construção preferencial, o conjunto de estruturas de reforço (3) e elementos de fixação (6) fornece quatro pontos de fixação, simétricos entre si. Por estes pontos estarem alocados no plano médio da máquina (1), tem-se uma elevação do ponto mais baixo do sistema de tração e aumento do vão livre entre o veiculo e o solo, possibilitando o vencimento de obstáculos mais rigorosos. Ainda, a geometria permite que se possa disponibilizar assento para diferentes modelos de coxins automotivos disponíveis no estado da técnica. Configurações adicionais podem ser realizadas em relação ao número e ao posicionamento de elementos de fixação (6). Um exemplo prático consiste em modificar o perfil da estrutura de reforço (3) de maneira que esta projete um único elemento de fixação (6) centralizado ou mesmo por toda a extensão do comprimento da estrutura de reforço (3).

[0027] Considerando a Figura 3a, de maneira a contribuir com a sustentação do conjunto dos elementos de fixação (6) é prevista a existência de ao menos um suporte (7) comunicando as superfícies superior (6a) e inferior (6b) de cada elemento de fixação (6), à superfície externa da carcaça (5). Os suportes (7) são obtidos diretamente a partir da fundição ou injeção da própria carcaça (5), o que contribui com uma maior economia processual.

[0028] A Figura 4 ilustra uma concretização preferencial, no qual é apresentado um par de suportes (7) disposto sobre a superfície superior e inferior dos ditos elementos (6). Possíveis modificações no posicionamento e/ou na quantidade dos suportes (7) também são previstas como por exemplo um único suporte (7) disposto na superfície superior (6a) ou superfície inferior (6b) do elemento (6), ou ainda mais de um par de suportes (7) sobre cada elemento (6) .

[0029] Conforme pode ser observado na Figura 5, apresenta-se esquematicamente a forma preferencial de posicionamento no chassi do veículo. Uma das principais dificuldades frente à eventual manutenção dos cabos (presente por exemplo no documento CZ14693) vem a ser devidamente contornada por esta construção, visto que a fixação da máquina se dá de maneira longitudinal em relação ao eixo do chassi do veículo; os elementos de fixação (6) se posicionam sobre os suportes (10) da fundação do chassi (11) e fixados na mesma enquanto o cabeamento se comunica por meio da saída (8) , evitando tanto a exposição indevida das mesmas durante ciclos de funcionamento, como facilitando o acesso em operações de manutenção.

[0030] Obviamente será percebido que outras modificações e variações são consideradas dentro do escopo desta invenção, não se restringindo ao que foi exposto anteriormente.

Claims (5)

1. MÁQUINA ELÉTRICA GIRANTE APLICADA EM VEÍCULOS ELÉTRICOS dotada de uma carcaça (5) e uma tampa traseira (9), a dita máquina (1) caracterizada por compreender: a) um par de estruturas de reforço (3) continuas, moldados a partir da fundição ou injeção da carcaça (5), dispostas longitudinalmente e simetricamente opostas no plano médio em relação ao eixo longitudinal da carcaça (5) ; b) ao menos um elemento de fixação (6) projetada a partir de cada uma da estrutura de reforço (3) , c) ao menos um suporte (7) moldado a partir da fundição ou injeção da carcaça (5) , comunicando cada elemento (6) em suas respectivas superficies superior (6a) e inferior (6b) à superfície externa da carcaça (5) ; d) ao menos uma saida de cabos (8) localizada na tampa traseira (9); e) ao menos um elemento de estabilização (4) localizada na parte inferior da carcaça (5).

2. "Máquina elétrica girante", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do elemento (6) consistir em uma aba dotada de ao menos um furo (2).

3. "Máquina elétrica girante", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do elemento de estabilização (4) ser selecionado dentre tripés, pés, flanges ou uma base inferior planar.

4. "Máquina elétrica girante", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de cada estrutura de suporte (3) projetar a partir de cada extremidade um elemento de fixação (6).

5. "Máquina elétrica girante", de acordo com as reivindicações 1 e 4, caracterizado pelo fato de cada um dos elementos de fixação (6) serem posicionados de modo simétrico entre si.

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