BR112018007078B1

BR112018007078B1 - Estator de motor elétrico, respectivo método de montagem e conector elétrico

Info

Publication number: BR112018007078B1
Application number: BR112018007078-5A
Authority: BR
Inventors: Scott Dawson; Anthony Nozzi
Original assignee: Kollmorgen Corporation
Priority date: 2015-10-09
Filing date: 2016-10-07
Publication date: 2023-04-11
Also published as: GB2557561B; CA3001308C; US10468930B2; KR102625792B1; KR20180090788A; JP6875388B2; JP2018530302A; CN208754093U; CA3001308A1; GB201807408D0; WO2017062824A1; US20170104378A1; GB2557561A; BR112018007078A2; MX2018004270A

Abstract

SISTEMA DE INTERCONEXÃO PARA ESTATOR SEGMENTADO SEM ESCOVAS. É revelado um estator de motor elétrico. O estator inclui vários segmentos, cada um dos quais inclui um dente com material magneticamente permeável, uma bobina elétrica circundando o dente e ao menos um isolamento. O estator também inclui vários conectores, cada um dos quais inclui terminais primeiro e segundo, o primeiro terminal adaptado para ser inserido no ao menos um isolamento e se acoplar à bobina elétrica de cada um dos vários segmentos, e uma placa de circuito acoplada a linhas de alimentação de entrada e com aberturas adaptadas para receber os segundos terminais dos vários conectores. A placa de circuito se acopla às bobinas elétricas de cada um dos vários segmentos quando os segundos terminais são recebidos nas aberturas.

Description

RELATÓRIO DESCRITIVO REFERÊNCIA REMISSIVA A PEDIDOS RELACIONADOS

[001] O presente Pedido de patente é depositado, de acordo com o Código dos Estados Unidos (USC), Título 35, Parágrafo 111(a), e reivindica o benefício de prioridade, de acordo com o Código dos Estados Unidos (USC), Título 35, Parágrafo 119(e), do Pedido de Patente Provisório dos EUA 62/239.370, depositado no dia 9 de outubro de 2015, o qual se incorpora por referência ao presente documento na íntegra para qualquer propósito que seja.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO 1. Campo da Invenção

[002] A matéria revelada neste documento refere-se, em termos gerais, à tecnologia dos motores e, mais especificamente, a um sistema de interconexão e método para montar um estator de motor segmentado.

2. Descrição do Estado da Técnica

[003] Nos motores rotativos sem escova, o rotor normalmente inclui um material magnético permanente posicionado em seções estendidas chamadas de “polos”. O estator do motor pode incluir segmentos separados (chamados de “dentes”), cada um deles sendo enrolado com uma bobina de fio. As bobinas nos segmentos do estator são alimentadas com corrente para produzir campos eletromagnéticos. Os campos eletromagnéticos gerados nas bobinas do estator interagem com os ímãs permanentes do rotor para induzir o torque e rotação do motor. Ao controlar a polaridade das correntes geradas nas bobinas dos dentes do estator, o rotor pode girar continuamente.

[004] O estator pode ser construído a partir de segmentos laminados com um só dente cada. Cada um dos segmentos pode ser individualmente isolado e, então, enrolado. Segmentos identicamente enrolados são então tipicamente organizados em um formato circular à maneira de um estator de induzido completo. A montagem pode ser mantida permanentemente nesse formato circular quando instalada em um alojamento de motor.

[005] Antes da instalação no alojamento, o estator montado pode ser temporariamente contido por um prendedor ou dispositivo de fixação mecânico enquanto as interconexões elétricas são feitas. A bobina enrolada em torno de cada segmento de estator tipicamente possui uma extremidade de fio inicial e uma extremidade de fio final (coletivamente “terminais de bobina”). Dependendo da localização específica do segmento no estator montado, os terminais de bobina são conectados ou em série ou em paralelo a outra bobina, a um condutor neutro ou a um condutor de alimentação.

[006] A fiação dos terminais de bobina é complicada porque, para produzir um movimento apropriado, as polaridades dos campos eletromagnéticos produzidos nos estatores são alternadas no tempo. A complexidade da fiação, por sua vez, afeta a maneira como as bobinas são enroladas nos segmentos de estator. Em geral, a fiação de cada segmento de estator é feita individualmente, e não de uma maneira uniforme de consistente. A fiação individual acrescenta complexidade e custo ao produto de motor final, além de afetar os parâmetros de desempenho. Em particular, ao usar os métodos de interconexão atuais, é difícil otimizar a quantidade de enchimento de cobre, que é a quantidade de cobre inserida nos espaços entre os segmentos de estator.

[007] Faz-se necessário um sistema e método que permitam fazer a interconexão entre as bobinas de um estator segmentado em um motor sem escovas, que melhorem a eficiência de montagem e que otimizem o enchimento de cobre.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[008] Em uma concretização, é proposto um estator de motor elétrico. O estator inclui vários segmentos, cada um dos quais inclui um dente com material magneticamente permeável, uma bobina elétrica circundando o dente e ao menos um isolamento; vários conectores, cada um dos quais inclui terminais primeiro e segundo, o primeiro terminal adaptado para ser inserido no ao menos um isolamento e para acoplar-se à bobina elétrica de cada um dos vários segmentos; e uma placa de circuito acoplada a linhas de alimentação de entrada e com aberturas adaptadas para receber os segundos terminais dos vários conectores. A placa de circuito acopla-se às bobinas elétricas de cada um dos vários segmentos quando os segundos terminais são recebidos nas aberturas.

[009] As bobinas elétricas de todos os vários segmentos podem ser enroladas no mesmo sentido. As bobinas elétricas de todos os vários segmentos podem ser enroladas em carretel. Além disso, os segundos terminais dos vários conectores podem incluir um elemento elástico. O elemento elástico pode ser adaptado para comprimir-se quando inserido em uma abertura da placa de circuito e garantir uma conexão mecânica e elétrica firmes entre o conector e a placa de circuito. A placa de circuito pode incluir circuitos para conectar as linhas de alimentação de entrada a bobinas elétricas específicas dos vários segmentos para propiciar comutação. Em particular, os circuitos podem acoplar as linhas de alimentação de entrada a bobinas elétricas específicas dos vários segmentos para comutar um motor trifásico. A placa de circuito pode ser em formato anelar. O ao menos um isolamento dos vários segmentos pode incluir um bolso para receber os primeiros terminais dos vários conectores. Os primeiros terminais dos vários conectores podem incluir pinos adaptados para fazer incisões nas as bobinas elétricas dos vários segmentos e formar uma conexão elétrica com elas. Os dentes dos vários segmentos do estator podem ser compostos por seções laminadas.

[0010] Em outra concretização, é proposto um método para montar um estator de motor que inclui vários segmentos, cada um dos vários segmentos com bobinas elétricas enroladas. O método compreende dispor os vários segmentos espacialmente para montagem; acoplar os primeiros terminais de vários conectores aos vários segmentos, ao menos um conector sendo acoplado por segmento, cada conector formando uma conexão elétrica com a bobina elétrica do respectivo segmento ao qual se acopla; e encaixar por pressão uma placa de circuito sobre os segundos terminais dos vários conectores, a placa de circuito acoplando as bobinas elétricas dos vários segmentos a linhas de alimentação através dos vários conectores.

[0011] O método pode compreender enrolar as bobinas elétricas de todos os vários segmentos no mesmo sentido. Por exemplo, as bobinas elétricas podem ser enroladas em carretel. A placa de circuito pode incluir aberturas para receber os segundos terminais dos vários conectores. Os segundos terminais dos vários conectores podem incluir um elemento elástico. O método pode incluir ainda inserir os primeiros terminais dos vários conectores em bolsos formados em isolamentos nos vários segmentos. Incisões podem ser feitas nas bobinas elétricas dos vários segmentos pela introdução dos primeiros terminais dos vários conectores nos bolsos dos isolamentos, as incisões provendo uma conexão elétrica entre as bobinas elétricas e os vários conectores. A placa de circuito pode incluir circuitos para conectar as linhas de alimentação de entrada a bobinas elétricas específicas dos vários estatores para propiciar a comutação.

[0012] O estator segmentado para um motor de CC sem escovas revelado neste documento pode ser usado em motores em uma ampla variedade de aplicações e setores. Os setores podem incluir qualquer um dentre: processamento de alimentos e bebidas; embalagem e conversão; farmacêutica; formação de materiais; laboratório médico e automação; robótica; impressão; rotulagem; aeroespaço; pneumáticos e borracha; organização postal; veículos autônomos; e indústria do petróleo e gás.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0013] As características e vantagens da invenção transparecerão pela leitura da descrição a seguir tomando como referência os desenhos anexos, dentre os quais:

[0014] a FIG. 1 é uma vista explodida de um estator segmentado exemplificativo e de um sistema de montagem de acordo com os ensinamentos deste documento;

[0015] a FIG. 2 é uma vista em perspectiva de um estator na forma montada de acordo com os ensinamentos deste documento;

[0016] a FIG. 3 é uma vista em corte transversal de um conector por deslocamento de isolamento (CDI) exemplificativo inserido em um bolso de um isolamento de acordo com os ensinamentos deste documento;

[0017] a FIG. 4A é uma vista em corte transversal de um terminal de CDI e de uma abertura de uma PCI encaixada por pressão antes da introdução do terminal na abertura de acordo com os ensinamentos deste documento;

[0018] a FIG. 4B é uma vista em corte transversal de um terminal de CDI e de uma abertura de uma PCI encaixada por pressão depois da introdução do terminal na abertura de acordo com os ensinamentos deste documento;

[0019] a FIG. 5 é um diagrama esquemático ilustrando os segmentos de um estator e um circuito elétrico exemplificativo da PCI encaixada por pressão de acordo com os ensinamentos deste documento;

[0020] a FIG. 6A é uma vista superior da PCI encaixada por pressão 130 ilustrando uma configuração exemplificativa das conexões elétricas com as aberturas de acordo com os ensinamentos deste documento;

[0021] a FIG. 6B é uma vista superior da PCI encaixada por pressão 130 ilustrando a PCI encaixada por pressão da FIG. 6A posicionada em uma orientação diferente da ilustrada na FIG. 6A;

[0022] a FIG. 7 é um fluxograma de um método para montar um motor segmentado de acordo com os ensinamentos deste documento.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0023] São revelados neste documento um estator de motor de CC (corrente contínua) sem escovas e um método associado para montar o estator. No método de montagem, os segmentos enrolados individualmente de um estator são interconectados eletricamente usando uma placa de circuito impresso de interconexão encaixada por pressão (“PCI encaixada por pressão”) para fechar o circuito de estator. Uma vantagem específica da PCI encaixada por pressão é que a montagem é simplificada, resultando em redução no trabalho, tempo e custos. O uso da PCI encaixada por pressão elimina a necessidade de soldar as várias conexões dos terminais de bobina do estator. Além disso, problemas de qualidade associados à soldagem, tais como juntas fraturadas ou juntas frias, também são reduzidos ou eliminados.

[0024] Com referência à FIG. 1, é ilustrada uma vista explodida de um estator 100 e sistema de montagem. O estator 100 inclui vários segmentos distintos, tais como o segmento 102 e o segmento 104. Embora o estator exemplificativo 100 ilustrado na FIG. 1 inclua doze segmentos, outros números de segmentos podem ser usados. Para facilitar a descrição, os componentes de cada segmento serão descritos com referência a um único segmento 102. O segmento 102 inclui um elemento em forma de dente (“dente”) 106 feito de um material magneticamente permeável. O dente 106 pode ser construído a partir de seções de material laminadas para reduzir as perdas por calor. A extremidade superior do dente 106 é revestida com um isolamento superior 110 e a extremidade inferior do dente 106 é revestida com um isolamento inferior 112. Os isolamentos 110 e 112 podem ser formados no dente 106 por moldagem por injeção ou técnicas de montagem semelhantes. Tanto o isolamento superior 110 como o isolamento inferior 112 definem recessos que provêm espaço onde uma bobina de fio 115 pode ser envolvida em torno do dente 106. A bobina de fio geralmente é feita de cobre enrolado, mas outros metais, ligas e materiais condutores podem ser usados ou adicionados. Além disso, o isolamento superior 110 inclui bolsos 116 e 118, ambos adaptados para receber um terminal de conector por deslocamento de isolamento (“CDI”). Conectores por deslocamento de isolamento (CDIs) exemplificativos 122 e 124 são ilustrados suspensos sobre os respectivos bolsos 116 e 118 para fins de ilustração. Conforme ilustrado, um primeiro terminal de CDI 122 é adaptado para ser recebido no bolso 116 do isolamento superior 110, e um primeiro terminal de CDI 124 é adaptado para ser recebido no bolso 118 do isolamento superior 110. Um fio inicial (não ilustrado) da bobina 115 é roteado ao terminal de CDI 122 e um fio final (também não ilustrado) da bobina 115 é roteado ao terminal de CDI 124.

[0025] Uma placa de circuito de interconexão anelar encaixada por pressão (doravante “PCI encaixada por pressão”) 130 é ilustrada suspensa acima do estator 100. A PCI encaixada por pressão 130 é projetada para corresponder ao formato do estator 100, quando montado, que, no exemplo ilustrado na FIG. 1, é circular. A PCI encaixada por pressão 130 inclui aberturas, por exemplo, aberturas 132 e 134, que são adaptadas para receber os segundos terminais de CDI 122 e CDI 124. Ou seja, o CDI 122 e o CDI 124 acoplam-se, em um primeiro terminal, ao segmento de estator 102 e, em um segundo terminal, à PCI encaixada por pressão 130 e, assim, são adaptados para interconectar o segmento de estator 102 à PCI encaixada por pressão 130. Em termos gerais, a PCI encaixada por pressão 130 inclui aberturas adicionais para receber CDIs acoplados a todos os segmentos do estator 100. As aberturas, por exemplo, 132 e 134, têm superfícies internas que incluem material condutor.

[0026] Conforme descrito em mais detalhes abaixo, os segundos terminais dos CDIs, tais como CDI 122 e CDI 124, podem ser configurados na forma de uma mola complacente. A PCI encaixada por pressão 130 inclui circuitos internos que acoplam as aberturas 132 e 134 a condutores elétricos de entrada 142, 144, 146 que alimentam energia elétrica e controlam sinais para o estator 100. Note-se que outros tipos de terminais compatíveis podem ser usados e a PCI encaixada por pressão 130 pode ser modificada de acordo com o necessário para respeitar os requisitos dos terminais e/ou o tamanho e formato do estator 100.

[0027] A FIG. 2 é uma vista em perspectiva do estator 100 na forma montada. Durante o processo de montagem, a PCI encaixada por pressão 130 pode ser pressionada sobre os terminais dos conectores por deslocamento de isolamento (PCIs) com um único gesto. Conforme ilustra a FIG. 2, um segmento de estator 152 inclui CDIs com terminais 156 e 158 que se estendem através de respectivas aberturas 162 e 164 na PCI encaixada por pressão 130. À medida que a PCI encaixada por pressão 130 é pressionada terminais 156 e 158 abaixo, estes são inseridos nas paredes das aberturas 162 e 164 e comprimidos lateralmente por elas. Devido à compressão dos terminais 156 e 158 dentro das aberturas 162 e 164, um contato elétrico e retenção mecânica firmes são obtidos. Ao garantir um contato elétrico firme graças à combinação das propriedades mecânicas dos terminais 162 e 164 e da PCI encaixada por pressão 130, elimina-se a necessidade por contatos soldados individuais. Além disso, a PCI encaixada por pressão 130 sobre os segmentos de estator e CDIs requer menos tempo de trabalho do que a soldagem de várias conexões e elimina os problemas de qualidade associados à soldagem, tais como juntas fraturadas ou juntas frias. A PCI encaixada por pressão130 pode ser instalada, ou antes, ou depois de posicionar o estator dentro do alojamento, de acordo com o necessário.

[0028] Além disso, a eliminação das conexões soldadas simplifica outras opções de montagem. Por exemplo, quando fios de cobre são usados, os fios de todos os segmentos de estator individuais podem ser “enrolados em carretel”, o que significa dizer que as bobinas de todos os segmentos podem ser enroladas no mesmo sentido (ou no sentido horário ou no sentido anti-horário), usando o mesmo processo de enrolamento. O enrolamento em carretel permite maior utilização do “enchimento de cobre” no espaço entre os segmentos de estator, chamados de “lacuna de espaçamento”. Para dada lacuna de espaçamento, o enrolamento em carretel permite usar um fio de cobre de diâmetro maior do que seria possível em outros contextos. O maior diâmetro dos fios aumenta o volume geral das bobinas de cobre nas lacunas de espaçamento. O maior enchimento de cobre, por sua vez, melhora o desempenho geral do motor porque, para dada quantidade de corrente ou torque, a resistência por espira da bobina cai, assim como o aumento na temperatura da bobina por unidade de corrente. Logo, um maior enchimento de cobre permite menos aquecimento das bobinas para dado nível de torque do motor ou, inversamente, um maior torque do motor para dado nível de aquecimento das bobinas.

[0029] Com referência à FIG. 3, é ilustrada uma vista em corte transversal ampliada de um conector por deslocamento de isolamento (CDI) 202 inserido em um bolso 206 de um isolamento de estator 210. Um primeiro terminal inferior 212 do CDI 202 inclui pinos separados 214 e 216 feitos de ou incluindo um material condutor. Um terminal (inicial ou final) de uma bobina 220 é ilustrado posicionado entre os pinos 214 e 216. As dimensões e acabamento dos pinos 214 e 216 são projetados para que, quando da introdução do CDI 202 no bolso 206, as bordas dos pinos 214 e 216 rasguem qualquer isolamento que esteja revestindo o terminal de bobina 220 e cortem (incisem) até certa profundidade o metal subjacente (geralmente cobre) do terminal de bobina 220. O contato entre os pinos 214 e 216 e o metal subjacente da bobina 220 gera uma conexão elétrica entre eles. A conexão elétrica direta produzida pela perfuração dos pinos 214 e 216 elimina a necessidade por uma conexão soldada do terminal 212 com a bobina 220. Essa técnica de conexão é mais rápida, mais fácil de reproduzir durante a montagem e mais confiável do que a soldagem. A introdução do terminal 212 no bolso 206 e a aparagem de quaisquer extremidades de fio excedentes podem ser automatizadas em um processo de montagem.

[0030] O CDI 202 também inclui um segundo terminal superior 230 adaptado para ser inserido em uma abertura de uma PCI encaixada por pressão. O terminal 230 pode ser configurado conforme ilustrado em formato de ponta de lança incluindo dois braços tipo mola flexíveis 232 e 234 que são comprimíveis para dentro nos sentidos ilustrados na FIG. 3. A largura do terminal 230 é estreita em uma parte superior 235 (a “ponta” do terminal) e aumenta a um valor maximal (W) na ou próximo a uma seção média 236 do terminal 230.

[0031] As FIGs. 4A e 4B são vistas em corte transversal que ilustram o processo de encaixe por pressão de uma abertura 162 da PCI encaixada por pressão 130 sobre um terminal superior 230 de um CDI de acordo com os ensinamentos deste documento. Na FIG. 4A, a abertura 162 é ilustrada alinhada sobre a ponta 235 do terminal 230 com a PCI encaixada por pressão 130 prestes a ser movida no sentido ilustrado e pressionada contra o terminal de CDI 230. Note-se que o sentido de pressionamento para cima ilustrado não passa de um exemplo e que, em várias implementações, a relação direcional entre a PCI encaixada por pressão 130 e o terminal de CDI 230 (acoplado ao estator) pode ser oposta à ilustrada (PCI pressionada para baixo), horizontal ou orientada em ângulos em relação à vertical ou horizontal. À medida que a PCI 130 é pressionada contra o terminal, e a ponta 230 penetra a certa profundidade na abertura 162, a largura variante do terminal entra em jogo. Visto que a largura (W) da seção média 236 é projetada para ser levemente maior do que o diâmetro da abertura 162, a seção média 236 não encaixa na abertura sem se deformar. Em resposta à pressão exercida pela PCI 130 à medida que ela é pressionada contra o terminal 230, os braços tipo mola 232 e 234 comprimem-se para dentro para encaixar dentro da abertura 162. A FIG. 4B ilustra o terminal de CDI 230 inserido na abertura 162 após a PCI encaixada por pressão 130 ter sido pressionada e instalada sobre o CDI 230. Na posição ilustrada na FIG. 4B, o terminal 230 é inserido praticamente por inteiro no canal da abertura 162. A compressão dos braços 232 e 234 garante um contato mecânico firme entre os braços e a superfície interna da abertura 162. Além disso, visto que a superfície interna da abertura também inclui contatos elétricos, um acoplamento elétrico firme é formado entre o terminal 230 e a PCI encaixada por pressão 130. Conforme ilustra a FIG. 4B, a ponta 235 do terminal pode emergir da abertura 162 no lado oposto da PCI encaixada por pressão 130.

[0032] A FIG. 5 é um diagrama esquemático ilustrando os segmentos de um estator, vistos alinhados linearmente, e um circuito elétrico exemplificativo da PCI encaixada por pressão para conectar linhas de alimentação de entrada às bobinas dos segmentos de estator. No exemplo ilustrado na FIG. 5, o circuito é configurado para energizar as bobinas dos segmentos de estator para provocar uma rotação no sentido anti-horário do rotor. Em motores de CC sem escovas, as linhas de alimentação de entrada alimentam sinais em fases escalonadas, que energizam as bobinas dos segmentos de estator em um padrão rotativo. As bobinas energizadas geram polos eletromagnéticos que interagem com os ímãs permanentes do rotor e, com isso, induzem torque no rotor. No exemplo ilustrado na FIG. 5, o estator inclui doze dentes de estator, cada um dos quais com uma bobina circundante. As doze bobinas são numeradas em três grupos, U1, U2, U3 e U4, V1, V2, V3 e V4, e W1, W2, W3 e W4. Todas as doze bobinas U1-U4, V1-V4 e W1-W4 podem ser enroladas em carretel no mesmo sentido. Cada bobina U1- U4, V1-V4, W1-W4 inclui um primeiro terminal (indicado por S para “Inicial”) e um segundo terminal (indicado F para “Final”). As linhas de alimentação de entrada, indicadas por U, V e W, se acoplam aos terminais S e F das bobinas de segmento em um padrão específico conforme determinado pelas interconexões com a PCI encaixada por pressão. As linhas U, V e W proporcionam uma alimentação trifásica, na qual os sinais transmitidos em U, V e W são mutuamente 120 graus afastados em fase entre si. O padrão de ativação das bobinas é adaptado para gerar oito polos eletromagnéticos no estator.

[0033] A PCI encaixada por pressão inclui circuitos para acoplar as linhas de alimentação U, V e W às bobinas U1-U4, VI -V4 e W1-W4 de tal modo a permitir a comutação, que é a mudança no sentido de corrente e troca de entradas de tensão que permitem que torque contínuo seja gerado no rotor. Conforme ilustra a FIG. 5, o fio U se acopla ao terminal F da bobina U1 e ao terminal F da bobina U3. O terminal S de U1 se acopla ao terminal F de U2, e o terminal S de U3 se acopla ao terminal F de U4. O terminal S de U2 e o terminal S de U4 se acoplam a uma tensão de referência neutra. O fio V se acopla ao terminal F de V1 e ao terminal F de V3. O terminal S de V1 se acopla ao terminal F de V2, e o terminal S de V3 se acopla ao terminal F de V4. Os terminais S de V2 e V4 se acoplam à referência neutra. À semelhança, o fio W se acopla ao terminal F de W1 e ao terminal F de W3. O terminal S de W1 se acopla ao terminal F de W2, e o terminal S de W3 se acopla ao terminal F de W4. Os terminais S de W2 e W4 se acoplam à referência neutra.

[0034] Se nota que as bobinas U1-U4, V1-V4, W1-W4 não correspondem a segmentos de estator ou bobinas específicos. Em implementações em que todas as bobinas de estator são similarmente enroladas em carretel, todas as bobinas “afiguram-se” equivalentes em relação à PCI encaixada por pressão. São os circuitos da PCI encaixada por pressão e as conexões com os fios de entrada que geram as diferenças e relações entre as bobinas do estator.

[0035] A base da FIG. 5 ilustra a ativação de tensões elétricas positivas e negativas em pares de fios U, V e W e a ativação correspondente das bobinas U3, V2 e W1 do estator. Conforme ilustrado, em operação, quando uma tensão positiva é transmitida no fio U e uma tensão negativa é transmitida no fio V (com W mantido neutro), uma grande corrente em sentido anti-horário representada por duas setas circuladas para baixo 502 é alimentada à bobina U3. A mesma corrente também é alimentada às bobinas U1, U2 e U4, posicionadas a três fendas de distância de U3 (isto é, três fendas correspondem a 360 graus, sendo duas fendas imediatamente adjacentes afastadas em 120 graus). As bobinas U1, U2, U3 e U4 induzem torque nos ímãs permanentes do rotor. À medida que o rotor gira, o torque no rotor é mantido por comutação. Quando o fio é desativado e trocado para neutro (uma mudança de 120 graus do motor trifásico), uma tensão positiva é transmitida no fio V e uma tensão negativa é transmitida no fio W, uma grande corrente em sentido anti- horário 504 é alimentada às bobinas V1, V2, V3 e V4, que são adjacentes às bobinas U1, U2, U3 e U4. À semelhança, após uma mudança de fase de mais 120 graus, quando o fio V é desativado e trocado para neutro, uma tensão positiva é transmitida no fio W e uma tensão negativa é transmitida no fio U, uma grande corrente no sentido anti-horário 506 é alimentada às bobinas W1, W2, W3 e W4. Na FIG. 5, se pode observar, por exemplo, que a bobina V2 é adjacente à esquerda da bobina U1, e que a bobina W1 é adjacente à esquerda da bobina V2. Sendo assim, ao ativar as bobinas U, as bobinas V e as bobinas W sucessivamente, o padrão de ativação das bobinas vai da direita para a esquerda e segue o sentido de rotação do rotor. Dessa forma, um torque contínuo pode ser aplicado ao rotor à medida que a ativação dos polos eletromagnéticos é mantida em sincronia com o padrão de polos dos ímãs magnéticos permanentes do rotor em rotação.

[0036] A FIG. 6A é uma vista superior da PCI encaixada por pressão 130 ilustrando uma configuração exemplificativa de conexões elétricas com as aberturas de acordo com os ensinamentos deste documento. Cada abertura, por exemplo, 162 e 164, é adaptada para se acoplar a um terminal inicial ou final de uma bobina de estator. Fora da PCI encaixada por pressão 130, uma série de números de 1 a 12 visa a indicar posições físicas de referência. Por exemplo, 1 pode corresponder aproximadamente a norte-nordeste, e V2 pode corresponder aproximadamente a sul sudoeste. Quando a PCI encaixada por pressão é instalada no estator de um motor de tal modo que a PCI encaixada por pressão seja orientada da maneira ilustrada, a bobina na posição 1 é ativada como bobina V4, a bobina na posição 2 é ativada como bobina U1, a bobina na posição 3 é ativada como bobina W4, a bobina na posição 4 será ativada como bobina V1, e assim por diante. No entanto, conforme ilustra a FIG. 6B, se a PCI encaixada por pressão 130 for instalada em uma orientação diferente, a posição absoluta das várias bobinas muda, mas as posições relativas das bobinas (conforme ativadas) não muda. Ou seja, a comparação das FIGs. 6A e 6B demonstra que, por exemplo, apesar de a bobina V4 mover-se da posição 1 (FIG. 6A) para a posição 2 (FIG. 6B), a bobina U1 continua adjacente a V4 no sentido horário, e a bobina W3 continua adjacente a V4 no sentido anti-horário. Em outras palavras, a relação entre as duas bobinas, e a maneira como as bobinas são ativadas pelos fios de entrada, permanece igual em qualquer orientação absoluta da PCI encaixada por pressão 130 em relação ao estator.

[0037] Com referência à FIG. 7, é ilustrado um fluxograma de um método para montar um motor segmentado. Na primeira etapa 300, o método tem início. Em uma segunda etapa 310, os segmentos de um estator segmentado são reunidos espacialmente para montagem (por exemplo, em um círculo). Na etapa 320, os primeiros terminais dos conectores, tais como CDIs, são acoplados a cada um dos segmentos de estator, respectivamente. Os primeiros terminais dos CDIs formam uma conexão elétrica com as bobinas de cada um dos segmentos de estator. Na etapa 330, uma placa de circuito é encaixada por pressão sobre os segundos terminais dos conectores; os segundos terminais sendo encaixados nas aberturas na placa de circuito. A placa de circuito é acoplada às bobinas dos segmentos do estator através dos conectores. Na etapa 340, o método acaba.

[0038] Tendo, portanto, introduzido os aspectos da invenção, algumas características, concretizações e considerações adicionais serão agora definidas.

[0039] Se tenciona que os ensinamentos neste documento se apliquem a qualquer estator de CC sem escovas com qualquer número de segmentos. Além disso, embora uma concretização exemplificativa neste documento seja uma implementação trifásica, os ensinamentos neste documento aplicam-se igualmente a implementações com outros números de fases, tais como um motor de quatro fases.

[0040] Deve-se ter em mente que algumas das terminologias usadas neste documento podem estar de acordo ou apenas parcialmente de acordo com as terminologias usadas no pedido de patente provisório anterior relacionado. Os versados na técnica reconhecerão os vários usos dos termos e serão capazes de fazer as devidas distinções. No entanto, em caso de conflito, a terminologia usada neste documento prevalecerá. Deve-se ter em mente que alguns ajustes e terminologias foram usados para simplificar a explicação. Nenhum conflito de terminologia deve ser interpretado ou deduzido.

[0041] Termos de orientação são usados neste documento somente para fins de convenção e referência, não devendo ser interpretados de maneira exaustiva.

[0042] Padrões para desempenho, materiais e montagem ou outros parâmetros do tipo devem ser avaliados por um engenheiro, fabricante, usuário, proprietário, operador ou outra parte similarmente interessada. Nenhum requisito específico para nenhum padrão está implícito ou deve ser deduzido da revelação neste documento.

[0043] Todas as declarações neste documento que relatam princípios, aspectos e concretizações da invenção, bem como exemplos específicos da invenção, devem abranger equivalentes tanto estruturais como funcionais dos mesmos. Além disso, tenciona-se que esses equivalentes incluam tanto equivalentes atualmente conhecidos como equivalentes que venham a ser desenvolvidos no futuro, isto é, quaisquer elementos desenvolvidos futuramente que desempenhem a mesma função, não obstante a estrutura.

[0044] Vários outros componentes podem ser incluídos e empregados para concretizar os aspectos dos ensinamentos neste documento. Por exemplo, materiais adicionais, combinações de materiais e/ou omissão de materiais podem ser usados para praticar concretizações adicionais dentro do âmbito dos ensinamentos neste documento.

[0045] Ao introduzir os elementos da presente invenção ou de uma ou mais concretizações dela, os artigos “um”, “uma”, “o” e “a” visam a indicar que existem um ou mais dos elementos. À semelhança, o adjetivo “outro”, quando usado para introduzir um elemento, visa a significar um ou mais elementos. Os termos “incluir”, “conter” e “ter” visam a ser inclusivos, o que significa que podem existir elementos adicionais aos listados. O uso do termo “exemplificativo” deve ser interpretado no sentido de uma de muitas concretizações possíveis. O termo “exemplificativo” não deve ser interpretado como necessariamente indicativo de uma concretização superior ou superlativa, embora, em alguns casos, esse venha a ser o caso.

[0046] Embora se tenha descrito a presente invenção com referência a concretizações exemplificativas, os versados na técnica perceberão que várias mudanças podem ser feitas e que os elementos podem ser substituídos por elementos equivalentes sem divergir do âmbito da invenção. Além disso, muitas modificações serão divisadas pelos versados na técnica para adaptar um instrumento, situação ou material específico aos ensinamentos da invenção sem divergir do âmbito essencial da mesma. Logo, tenciona-se que a invenção não se limite à concretização específica revelada como o melhor modo contemplado para praticar a presente invenção, mas que a invenção inclua todas as concretizações que se enquadrem no âmbito das Reivindicações apensas.

Claims

1. Estator, (100), de Motor Elétrico, compreendendo: segmentos (102, 104), cada um dos segmentos (102, 104) incluindo um dente (106) com material magneticamente permeável, uma bobina elétrica circundando o dente (106) e pelo menos um isolamento; conectores, cada conector incluindo um primeiro terminal que fornece dois braços adaptados para perfurar uma cobertura de isolamento (110, 112) de um fio elétrico e se conectar eletricamente ao mesmo e um segundo terminal que fornece um elemento alongado, caracterizado por que o primeiro e o segundo terminais (156, 158) são formados integralmente a partir de um material condutor; e uma placa de circuito acoplada a linhas de alimentação de entrada e incluindo aberturas (132, 134) adaptadas para receber os segundos terminais (156, 158) dos conectores por ajuste de compressão; em que a placa de circuito é acoplada às bobinas elétricas de cada um dos segmentos (102, 104), quando os segundos terminais (156, 158) forem recebidos nas aberturas (132, 134).

2. Estator, (100), de Motor Elétrico, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que o dente (106) de cada um dos segmentos (102, 104) é composto por seções laminadas.

3. Estator, (100), de Motor Elétrico, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que as bobinas elétricas de todos os segmentos (102, 104) são enroladas no mesmo sentido.

4. Estator, (100), de Motor Elétrico, de acordo com a Reivindicação 3, caracterizado por que as bobinas elétricas de todos os segmentos (102, 104) são enroladas em carretel.

5. Estator, (100), de Motor Elétrico, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que os segundos terminais (156, 158) dos conectores incluem um elemento elástico.

6. Estator, (100), de Motor Elétrico, de acordo com a Reivindicação 5, caracterizado por que o elemento elástico é adaptado para se comprimir, quando inserido numa abertura da placa de circuito, e garantir uma conexão mecânica e elétrica firmes entre o conector e a placa do circuito.

7. Estator, (100), de Motor Elétrico, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que a placa de circuito inclui circuitos para conectar as linhas de alimentação de entrada a bobinas elétricas específicas dos segmentos (102, 104) para propiciar comutação.

8. Estator, (100), de Motor Elétrico, de acordo com a Reivindicação 7, caracterizado por que os circuitos acoplam as linhas de alimentação de entrada a bobinas elétricas específicas dos segmentos (102, 104) para comutar um motor trifásico.

9. Estator, (100), de Motor Elétrico, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que a placa de circuito é de formato anelar.

10. Estator, (100), de Motor Elétrico, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que pelo menos um isolamento (110, 112) dos segmentos (102, 104) inclui um bolso (116, 118) para receber os primeiros terminais (156, 158) dos conectores.

11. Estator, (100), de Motor Elétrico, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que os primeiros terminais (156, 158) dos conectores incluem pinos adaptados para fazer incisões e formar uma conexão elétrica com as bobinas elétricas dos segmentos (102, 104).

12. Método Para Montar Estator, (100), de Motor, conforme definido na Reivindicação 1 e suas dependentes 2-10, que inclui segmentos (102, 104), cada um dos segmentos (102, 104) com bobinas elétricas enroladas, o método compreendendo: dispor os segmentos (102, 104) espacialmente para montagem; acoplar conectores aos segmentos (102, 104), pelo menos um conector sendo acoplado por segmento (102, 104), cada um dos conectores compreendendo um primeiro terminal que fornece dois braços adaptados para perfurar uma cobertura de isolamento (110, 112) da bobina elétrica e se conectar eletricamente a mesma e um segundo terminal que fornece um elemento alongado, caracterizado por que o primeiro e o segundo terminais (156, 158) são formados integralmente a partir de um material condutor; e encaixar por pressão (130) uma placa de circuito sobre os segundos terminais (156, 158) dos conectores, a placa de circuito acoplando as bobinas elétricas dos segmentos (102, 104) às linhas de alimentação de entrada através dos conectores.

13. Método Para Montar Estator, (100), de Motor, de acordo com a Reivindicação 12, caracterizado por que compreende ainda: enrolar as bobinas elétricas de todos os segmentos (102, 104) no mesmo sentido.

14. Método Para Montar Estator, (100), de Motor, de acordo com a Reivindicação 13, caracterizado por que as bobinas elétricas são enroladas em carretel.

15. Método Para Montar Estator, (100), de Motor, de acordo com a Reivindicação 12, caracterizado por que a placa de circuito inclui aberturas (132, 134) para receber os segundos terminais (156, 158) dos conectores.

16. Método Para Montar Estator, (100), de Motor, de acordo com a Reivindicação 15, caracterizado por que os segundos terminais (156, 158) dos conectores incluem um elemento elástico.

17. Método Para Montar Estator, (100), de Motor, de acordo com a Reivindicação 12, caracterizado por que compreende ainda: inserir os primeiros terminais (156, 158) dos conectores em bolsos (116, 118) formados em isolamentos nos segmentos (102, 104).

18. Método Para Montar Estator, (100), de Motor, de acordo com a Reivindicação 17, caracterizado por que incisões são feitas nas bobinas elétricas dos segmentos (102, 104) pela introdução dos primeiros terminais (156, 158) dos conectores nos bolsos (116, 118) dos isolamentos, as incisões provendo uma conexão elétrica entre as bobinas elétricas e os conectores.

19. Método Para Montar Estator, (100), de Motor, de acordo com a Reivindicação 12, caracterizado por que a placa de circuito inclui circuitos para conectar as linhas de alimentação de entrada às bobinas elétricas específicas de estatores (100) para propiciar comutação.

20. Método Para Montar Estator, (100), de Motor, de acordo com a Reivindicação 12, caracterizado por que os segmentos (102, 104) do estator (100) são compostos por seções laminadas.

21. Conector Elétrico, compreendendo: um primeiro terminal que fornece dois braços adaptados para perfurar uma cobertura de isolamento (110, 112) de um fio elétrico e se conectar eletricamente ao mesmo; um segundo terminal que fornece um elemento alongado que fornece um ajuste de compressão com um receptáculo eletricamente condutor; caracterizado por que o primeiro e o segundo terminais (156, 158) são formados integralmente a partir de um material condutor.

22. Conector Elétrico, de acordo com a Reivindicação 21, caracterizado por que o segundo terminal é adaptado para ser inserido num isolamento, em que o isolador compreende uma abertura adaptada para suportar o fio elétrico.