BR112018068264B1

BR112018068264B1 - Aparelho e conjunto de motor para acionar um dispositivo giratório ou bomba

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Publication number: BR112018068264B1
Application number: BR112018068264-0A
Authority: BR
Inventors: Dean P. Williams; Mark A. Playford; Daniel J. Kernan; Lee Empringham; Liliana V. De Lillo; Christopher J. F. Tighe
Original assignee: Itt Manufacturing Enterprises Llc
Priority date: 2016-03-11
Filing date: 2017-03-13
Publication date: 2023-04-11
Also published as: CN108781018B; JP7395250B2; KR102358278B1; RU2018130979A3; AU2024200585A1; BR112018068264A2; CN108781018A; US20210152060A1; RU2018130979A; US10855146B2; AU2017230115A1; BR122022019292B1; KR20180122369A; US20210376695A1; AU2022200281A1; US11489418B2; BR122022019305B1; JP2022119787A; US20170264171A1; JP7455893B2

Abstract

A presente invenção refere-se a um conjunto de motor para acionar uma bomba ou dispositivo giratório que apresenta um plano de alimentação com uma geometria circular para ser montado dentro de um envelope de espaço tendo uma geometria circular similar formada em uma placa de extremidade entre uma porção de parte central interna e uma porção periférica que se estende circunferencialmente ao redor do envelope de espaço da placa de extremidade. O plano de alimentação é um conjunto ou placa de circuito de múltiplas camadas tendo: uma camada de alimentação com módulos de potência de temperatura mais alta para fornecer potência a um motor, uma camada de controle com módulos de componentes eletrônicos de controle de temperatura mais baixa para controlar a potência fornecida ao motor e uma barreira térmica e uma camada de placa de circuito impresso entre a camada de alimentação e a camada de controle que fornece trajetórias de conexão elétrica entre os módulos de potência do plano de alimentação e os módulos de componentes eletrônicos de controle da camada de controle e fornece também isolamento entre a camada de alimentação e a camada de controle.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDO RELACIONADO

[001] O pedido reivindica o benefício do pedido de patente provisório n° 62/307.037, depositado em 11 de março de 2016, que está aqui incorporado, por referência.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO 1. Campo da invenção

[002] Este pedido refere-se a uma técnica para aumentar a densidade de potência do circuito eletrônico de uma unidade de frequência variável e reduzir a sensibilidade do circuito eletrônico de uma unidade de frequência variável a altas temperaturas com o propósito de instalação do circuito eletrônico de velocidade variável dentro de um conjunto de motor; e mais particularmente a uma técnica para redução da sensibilidade do circuito eletrônico de uma unidade de frequência variável a altas temperaturas, por exemplo, usando uma placa de extremidade e placa média projetadas de modo inequívoco.

2. Breve descrição da técnica relacionada

[003] Na técnica anterior, sabe-se que circuito eletrônico de uma unidade de frequência variável é tipicamente sensível a altas temperaturas, e pode operar inadequadamente ou falhar prematuramente se operado em sua classificação máxima quando combinado com um conjunto de motor, e que o circuito eletrônico necessita de um invólucro selado contido dentro do envelope de motor que protege o circuito eletrônico contra os ambientes agressivos e calor excessivo. O motor opera normalmente a uma temperatura muito superior à da operação eletrônica segura. Quando se combina esses dois dispositivos, as perdas (calor) criadas a partir da operação do motor causarão uma condição de alta temperatura, que é prejudicial para a operação da unidade de frequência variável.

[004] Para colocar isto em alguma perspectiva, um motor com eficiência excepcional pode ser 94 a 95% eficiente. Dessa forma, 5 a 6% de sua classificação são desperdiçados a partir de uma perda de calor medida em relação à perda de watts ou calor. Para uma unidade de frequência variável, pode ser 96 a 97% eficiente. Portanto, em um sistema de 37.300 W (50 HP), o cálculo de perda de calor pode assumir a forma de: 37.300 W (50 HP) x 746 watts/HP =37.300 watts e 37.300 watts x 10% = 3.730 watts de calor residual. Especificamente, as perdas de acionamento geral de 4% seriam divididas da seguinte forma: aproximadamente 85% nos módulos de potência contidos na placa de extremidade, 10% no filtro de qualidade de potência e 6% no restante do motor.

[005] Em vista disso, existe uma necessidade na técnica de fornecer uma maneira melhor de reduzir a sensibilidade do circuito eletrônico da unidade de frequência variável a altas temperaturas, de modo a eliminar ou reduzir substancialmente a operação inadequada ou falha prematura de tal circuito eletrônico de tal acionamento de tal unidade de frequência variável, se operada em sua classificação máxima.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[006] Um objetivo da presente invenção é instalar uma unidade de frequência variável eletrônica dentro do envelope de mesmo tamanho como um motor padrão classificado pela National Electrical Manufacturers Association (NEMA) ou Comissão Eletrotécnica Internacional (IEC, ou International Electrotechnical Commission) da mesma classificação de potência, possibilitando, assim, a operação de velocidade variável do motor e qualquer bomba ou dispositivo giratório que esse controla.

O aparelho básico

[007] De acordo com algumas modalidades, a presente invenção pode assumir a forma de aparelho, por exemplo, como um conjunto de motor para acionar uma bomba ou dispositivo giratório, tendo ao menos uma placa tendo dois lados, um lado tendo uma porção central, uma porção intermediária e uma porção periférica.

[008] A porção central pode incluir, ou ser configurada com, uma abertura para receber e dispor a ao menos uma placa em relação a um rotor, por exemplo, de um motor que aciona a bomba ou o dispositivo giratório.

[009] A porção intermediária pode ser configurada entre uma circunferência interna da porção central e a porção periférica e pode incluir uma multiplicidade de aletas de resfriamento radiais internas estendendo-se a partir da circunferência interna da porção central e desviando para fora em direção à porção periférica para transferir calor da porção central para a porção periférica, possibilitando a capacidade de calor de condução interna.

[0010] A porção periférica pode incluir uma superfície circunferencial externa tendo uma multiplicidade de aletas de resfriamento radiais externas desviando para fora na direção oposta à placa para transferir o calor para o ar circundante, possibilitando a capacidade de calor de convecção externa.

[0011] A ao menos uma placa pode ser, ou assumir a forma de, uma placa média, uma placa de extremidade ou uma combinação das mesmas, que formam parte da bomba ou dispositivo giratório, consistente com aquela aqui apresentada.

Modalidades de placa média

[0012] Por exemplo, a ao menos uma placa pode incluir, ou assumir a forma de, uma placa média tendo uma porção de flange que abriga o rolamento configurada para receber um conjunto de rolamentos de motor e também configurada com a abertura para receber o eixo de acionamento do rotor do motor.

[0013] As modalidades de placa média podem incluir, também, um ou mais dos recursos apresentados a seguir:

[0014] O aparelho pode ser, ou assumir a forma do, conjunto de motor para acionar a bomba ou dispositivo giratório, por exemplo, tendo uma combinação do rotor e do conjunto de rolamentos de motor tendo um conjunto de rolamentos disposto no rotor.

[0015] O outro dos dois lados pode ser um lado liso tendo uma porção intermediária correspondente sem aletas de resfriamento internas ou externas.

[0016] O conjunto de motor pode incluir uma camada de isolamento disposta em relação à placa média e configurada para reduzir a taxa de transferência de calor, incluindo todas as formas de transferência de calor de condução, convecção e radiação. A título de exemplo, a camada de isolamento pode ser feita de mica.

[0017] O conjunto de motor pode incluir um plano de alimentação tendo componentes elétricos, incluindo circuito eletrônico de uma unidade de frequência variável e a placa média pode ser configurada de modo que o lado liso esteja voltado para o plano de alimentação

[0018] Em funcionamento, o calor pode ser transferido via condução do rotor através da placa média e as aletas de resfriamento radiais internas para as aletas de resfriamento radiais externas e pode também, então, ser transferido através de convecção das aletas de resfriamento radiais externas para o ar circundante. A placa média pode ser configurada para absorver o calor tanto via condução do rotor através do conjunto de rolamentos como por convecção através das aletas de resfriamento radiais externas situadas na câmara de ar do motor, incluindo o calor gerado a partir do motor de perdas mecânicas e elétricas, incluindo a partir de enrolamentos de extremidade do motor, correntes resistivas ou parasitas, ou ambos, que fazem com que o rotor conduza diretamente o calor, bem como para liberar o calor para dentro de uma câmara de ar do motor.

[0019] A placa média pode ser configurada para fornecer uma trajetória térmica a partir dos enrolamentos de extremidade do motor para o fluxo de ar no exterior de um estator, ou a partir do rotor para o ambiente através do conjunto de rolamentos, ou ambos.

[0020] O conjunto de motor pode incluir retentor de graxa frontal e traseiro configurados em cada lado da carcaça do rolamento do motor.

[0021] O conjunto de motor pode incluir um conjunto de guarnição isolante configurado na placa média para minimizar o contato térmico entre a placa média e uma placa de extremidade.

[0022] A título de exemplo, a placa média pode ser feita de cobre, alumínio ou ferro fundido.

[0023] A placa média pode incluir uma camada de isolamento externa que limita o fluxo de calor de um dissipador de calor de placa média para uma área de conversão de energia tendo um plano de alimentação e limita o calor em uma área eletrônica de placa de extremidade que faz parte da placa de extremidade.

[0024] As aletas de resfriamento radiais internas da placa média podem ser configuradas sobre e em redor da porção intermediária espaçadas de modo substancialmente uniforme e equidistante umas em relação às outras.

[0025] As aletas de resfriamento radiais externas da placa média podem ser configuradas sobre e em redor da porção periférica espaçadas de modo uniforme e equidistante umas em relação às outras.

[0026] A título de exemplo, a placa média pode ter mais aletas de resfriamento radiais externas do que as aletas de resfriamento radiais internas, incluindo mais que o dobro.

Modalidades de placa de extremidade

[0027] A título de exemplo adicional, a ao menos uma placa pode incluir, ou assumir a forma de, uma placa de extremidade, em que a abertura da porção central é configurada para receber e engatar o eixo de acionamento de rotor do motor.

[0028] As modalidades de placa de extremidade podem incluir também um ou mais dos recursos apresentados a seguir:

[0029] O outro dos dois lados pode ser um lado liso tendo uma porção intermediária correspondente sem aletas de resfriamento internas ou externas.

[0030] O aparelho pode incluir um conjunto de motor tendo um plano de alimentação com componentes elétricos, incluindo circuito eletrônico de uma unidade de frequência variável, a placa de extremidade pode ser configurada com uma câmara de carcaça de circuito eletrônico e o plano de alimentação pode ser configurada dentro da câmara de carcaça de circuito eletrônico de modo que o lado liso esteja voltado para o plano de alimentação.

[0031] O conjunto de motor pode incluir um módulo de circuito eletrônico disposto entre o plano de alimentação e o lado liso da placa de extremidade dentro da câmara de carcaça de circuito eletrônico.

[0032] As aletas de resfriamento radiais externas da placa de extremidade podem ser configuradas sobre e em redor da porção intermediária espaçadas de modo substancialmente uniforme e equidistante umas em relação às outras.

[0033] As aletas de resfriamento radiais externas da placa de extremidade podem ser configuradas sobre e em redor da porção periférica espaçadas de modo uniforme e equidistante umas em relação às outras.

Modalidades de plano de alimentação

[0034] O aparelho, por exemplo, como um conjunto de motor para acionar uma bomba ou dispositivo giratório, pode incluir um plano de alimentação com uma geometria circular a ser montada dentro de um envelope de espaço tendo uma geometria circular similar formada em uma placa de extremidade entre uma porção de parte central interna e uma porção periférica que se estende circunferencialmente ao redor do envelope de espaço da placa de extremidade. O plano de alimentação pode ser uma placa de circuito de múltiplas camadas ou conjunto tendo:

[0035] uma camada de alimentação com ao menos um módulo de potência de temperatura mais alta para fornecer potência a um motor,

[0036] uma camada de controle com ao menos um módulo eletrônico de controle de temperatura mais baixa para controlar a potência fornecida ao motor e

[0037] uma barreira térmica e uma camada de placa de circuito impresso entre a camada de alimentação e a camada de controle que fornece trajetórias de conexão elétrica entre os módulos de potência do plano de alimentação e os módulos de componentes eletrônicos de controle da camada de controle e também fornece isolamento entre a camada de alimentação e a camada de controle.

[0038] As modalidades do plano de alimentação podem incluir também um ou mais dos recursos apresentados a seguir:

[0039] O plano de alimentação pode ser configurado para fazer ao menos o seguinte:

[0040] possibilitar a montagem do ao menos um módulo de potência e do ao menos um módulo de componentes eletrônicos de controle em lados opostos de uma barreira térmica,

[0041] fornecer as trajetórias de conexão elétrica para interconectar juntos o ao menos um módulo de potência e o ao menos um módulo de componentes eletrônicos de controle, bem como para interconectar conexões de potência de entrada/saída e o ao menos um módulo de potência e o ao menos um módulo de componentes eletrônicos de controle e

[0042] isolar e/ou direcionar calor emitido de um ou mais dentre o ao menos um módulo de potência, o ao menos um módulo de componentes eletrônicos de controle e um eixo de acionamento do motor até o diâmetro externo do plano de alimentação onde há um fluxo de ar mais alto.

[0043] O plano de alimentação pode ser configurado como um conjunto ou placa de circuito impresso de plano de alimentação em formato de rosca, para se encaixar no envelope de espaço da placa de extremidade para fornecer um espaço máximo para montar a camada de alimentação e a camada de controle e para possibilitar que o eixo de acionamento do rotor do motor passe através para acionar um ventilador de resfriamento.

[0044] A camada de alimentação pode ser configurada com módulos de potência de temperatura mais alta; a camada de controle pode ser configurada com componentes e módulos eletrônicos de controle de temperatura mais baixa e componentes de filtro de qualidade de potência; e a barreira térmica e a camada de placa de circuito impresso podem ser configuradas de um material tendo uma espessura e resistência estruturais para montar a camada de controle em um lado e a camada de alimentação em um lado oposto, o material configurado para fornecer isolamento para reduzir a transferência de calor entre a camada de alimentação e a camada de controle.

[0045] A barreira térmica e a camada de placa de circuito impresso podem ser construídas de um material laminado, incluindo fibra de vidro, que fornece resistência estrutural e atua como um isolante para separar semicondutores de potência mais quentes da camada de alimentação a partir dos componentes eletrônicos de controle sensíveis e mais frios e capacitores de qualidade de potência da camada de controle.

[0046] A camada de alimentação pode incluir uma disposição circular de módulos de potência configurada em um lado da barreira térmica e da camada de placa de circuito impresso para se acoplar à entrada de baixa indutância do plano de alimentação e conexões de saída integradas, por exemplo, fixadas a uma porção intermediária da placa de extremidade.

[0047] O ao menos um módulo de potência pode incluir módulos de potência do conversor de matriz configurados como parte de um conversor de matriz para receber a sinalização de entrada CA tendo uma forma de onda CA com uma tensão e frequência e fornecer sinalização CA convertida tendo uma forma de onda CA convertida com uma tensão e frequência convertidas para acionar o motor.

[0048] A camada de controle pode incluir ao menos um componente de filtro de qualidade de potência configurado para reduzir o nível de ruído elétrico e distorções harmônicas.

[0049] O ao menos um componente de filtro de qualidade de potência pode ser fixado diretamente sobre a barreira térmica e a camada de placa de circuito impresso e configurado fisicamente próximo ou ao lado do conversor de matriz para reduzir a quantidade de distorções emitidas do circuito eletrônico do conversor de matriz no conversor de matriz.

[0050] O ao menos um módulo de potência pode incluir módulos de semicondutor de potência; o ao menos um módulo de componentes eletrônicos de controle pode incluir capacitores de qualidade de potência; e o plano de alimentação pode incluir entradas de baixa indutância e resistência configuradas entre os módulos de semicondutor de potência e os capacitores de qualidade de potência para reduzir o estresse de chaveamento e interferência eletromagnética.

[0051] O plano de alimentação pode incluir um ou mais filtros de qualidade de potência compactos integrados à mesma.

[0052] O plano de alimentação pode incluir um filtro de qualidade de potência embutido configurado para produzir distorção harmônica mínima e proteger a unidade de velocidade variável contra a maioria das anormalidades de qualidade de potência.

[0053] O plano de alimentação pode ser configurado para combinar circuitos ou circuito de controle e potência em uma configuração de placa de circuito impresso para facilidade de montagem e a compacidade em tamanho.

[0054] O plano de alimentação pode incluir uma combinação de um ou mais dentre os seguintes: sensores de corrente, ao menos um acionador de porta, uma fonte de alimentação, um circuito de aperto, módulos de semicondutores de potência e capacitores de qualidade de potência; e as trajetórias de conexão elétrica podem ser configuradas para interconectar conexões de potência de entrada/saída e a combinação de um ou mais dos sensores de corrente, o ao menos um acionador de porta, a fonte de alimentação, o circuito de aperto, os módulos de semicondutores de potência e os capacitores de qualidade de potência.

[0055] O conjunto de motor pode incluir a placa de extremidade; a porção de parte central interna pode ser configurada para receber o eixo de acionamento do rotor do motor; e a porção periférica pode incluir aletas de aquecimento configuradas para dissipar na direção oposta à placa de extremidade o calor gerado pelo ao menos um módulo de potência e pelo ao menos um módulo eletrônico de controle.

[0056] O conjunto de motor pode incluir um compartimento do motor configurado para ser utilizado como um dissipador de calor para possibilitar um tamanho compacto e uma operação termicamente otimizada do plano de alimentação.

[0057] O conjunto de motor pode incluir, ou assumir a forma de, um dispositivo giratório ou bomba, por exemplo, tendo a placa de extremidade com o plano de alimentação disposta no mesmo.

Vantagem

[0058] De modo geral, a presente invenção fornece uma forma melhor de aumentar a densidade de potência do circuito eletrônico de frequência variável e reduzir a sensibilidade do circuito eletrônico de uma unidade de frequência variável a altas temperaturas com o propósito de instalar o circuito eletrônico de velocidade variável dentro de um conjunto de motor; de modo a eliminar ou reduzir substancialmente a operação inadequada ou falha prematura de tal circuito eletrônico de tal unidade de frequência variável, se operado em sua classificação máxima.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0059] O desenho inclui as seguintes Figuras, que não estão necessariamente desenhadas em escala:

[0060] A Figura 1 é uma vista explodida do aparelho, por exemplo, sob a forma de um conjunto de motor para acionar uma bomba ou dispositivo giratório, de acordo com algumas modalidades da presente invenção.

[0061] As Figuras 2A e 2B são vistas em seção transversal de parte de um conjunto de motor, por exemplo, similar a ou similar àquele mostrado na Figura 1.

[0062] A Figura 3 mostra uma placa média de acordo com algumas modalidades da presente invenção - incluindo a Figura 3A mostrando uma vista em perspectiva de um lado do motor da placa média e a Figura 3B mostrando uma vista em perspectiva de um lado do plano de alimentação da placa média mostrada na Figura 3A, por exemplo, para configuração no conjunto de motor mostrado nas Figuras 1 ou 2, de acordo com algumas modalidades da presente invenção.

[0063] A Figura 4 mostra uma placa de extremidade de acordo com algumas modalidades da presente invenção - incluindo a Figura 4A, mostrando uma vista em perspectiva de um lado de ventilador da placa de extremidade e a Figura 4B mostrando uma vista em perspectiva de um lado da placa média da placa de extremidade mostrada na Figura 4A, por exemplo, para configuração no conjunto de motor mostrado nas Figuras 1 ou 2, de acordo com algumas modalidades da presente invenção.

[0064] A Figura 5 inclui a Figura 5A mostrando uma fotografia de um conjunto de motor tendo identificada com número e identificada uma estrutura de motor, uma placa média, uma placa de extremidade, uma caixa de terminais e um ventilador; a Figura 5B mostrando uma vista em perspectiva de um conjunto de motor que inclui uma vista explodida parcial da caixa de terminais; a Figura 5C mostrando uma vista em perspectiva de um conjunto de motor que inclui uma vista explodida parcial de uma combinação de motor e placa média, uma placa de extremidade, um ventilador e um envoltório; e a Figura 5D mostrando uma vista explodida de um conjunto de módulo de acionamento de uma peça única, por exemplo, tudo de acordo com algumas modalidades da presente invenção.

[0065] A Figura 6 inclui a Figura 6A que mostra um diagrama de uma chave bidirecional para implementar alguma parte da funcionalidade de potência, por exemplo, do plano de alimentação, de acordo com algumas modalidades da presente invenção e inclui também a Figura 6B que mostra uma fotografia de um exemplo de um módulo de potência de chave bidirecional para implementar alguma parte da funcionalidade de potência, de acordo com algumas modalidades da presente invenção.

[0066] A Figura 7 mostra uma fotografia de uma placa de extremidade do motor tendo um plano de alimentação com um conversor de matriz disposto na mesma, por exemplo, configurado com um exemplo de uma fonte de alimentação principal, um controlador, uma camada de acionamento de porta, capacitores de aperto (CC) e capacitores de filtro de entrada (IFC), de acordo com algumas modalidades da presente invenção.

[0067] A Figura 8 mostra um gráfico típico de um DME de 40 HP (também conhecido como uma "unidade de velocidade ou frequência variável) de tensão de entrada e forma de onda de corrente.

[0068] A Figura 9 inclui a Figura 9A mostrando um diagrama de uma vista superior de uma placa de extremidade tendo um envelope de espaço formado no mesmo entre uma porção de parte central interna e uma porção periférica, que inclui setas representando calor que flui na direção oposta à porção de parte central interna e em direção à porção periférica, por exemplo, ao operar de acordo com algumas modalidades da presente invenção; e inclui a Figura 9B mostrando um diagrama de uma vista em seção transversal lateral da placa de extremidade da Figura 9A tendo setas correspondentes que representam calor fluindo na direção oposta à porção de parte central interna e em direção à porção periférica da placa de extremidade ao operar de acordo com algumas modalidades da presente invenção.

[0069] A Figura 10 inclui as Figuras 10A e 10B, onde a Figura 10A é uma fotografia de uma placa de extremidade tendo um exemplo de uma possível implementação de resistor de aperto, de acordo com algumas modalidades da presente invenção; e a Figura 10B é uma fotografia de uma camada de placa de circuito impresso de plano de alimentação em formato de rosca, por exemplo, incluindo um exemplo de conexões com três resistores de derivação e conexões de acionador de porta, de acordo com algumas modalidades da presente invenção.

[0070] A Figura 11 é uma vista explodida do aparelho, por exemplo, sob a forma de um conjunto de motor para acionar uma bomba ou dispositivo giratório, de acordo com algumas modalidades da presente invenção.

[0071] As Figuras 12A e 12B são vistas em seção transversal de parte de um conjunto de motor, por exemplo, similar a ou similar àquele mostrado na Figura 11.

[0072] A Figura 13 mostra uma placa média de acordo com algumas modalidades da presente invenção - incluindo a Figura 13A(1) mostrando uma vista em perspectiva de um lado do motor da placa média e a Figura 13A(2) mostrando uma vista em perspectiva de um lado de plano de alimentação da placa média mostrada na Figura 3A(1), por exemplo, para configurar no conjunto de motor mostrado nas Figuras 11 ou 12A e 12B, de acordo com algumas modalidades da presente invenção; e a Figura 13B mostrando uma fotografia de um lado de uma placa média, por exemplo, para configuração no conjunto de motor mostrado nas Figuras 11 ou 12A e 12B, de acordo com algumas modalidades da presente invenção.

[0073] A Figura 14 mostra uma placa de extremidade de acordo com algumas modalidades da presente invenção - incluindo a Figura 14A mostrando uma vista em perspectiva de um lado de ventilador da placa de extremidade e a Figura 14B mostrando uma vista em perspectiva de um lado da placa média da placa de extremidade mostrada na Figura 14A, por exemplo, para configuração no dispositivo de conjunto de motor mostrado nas Figuras 11 ou 12A e 12B, de acordo com algumas modalidades da presente invenção.

[0074] A Figura 15 mostra uma fotografia de um conjunto de motor tendo identificado com o número e identificado uma estrutura de motor, uma placa média, uma placa de extremidade e um ventilador, por exemplo, de acordo com algumas modalidades da presente invenção.

[0075] A Figura 16 mostra uma fotografia de uma placa de extremidade do motor tendo um plano de alimentação disposto na mesma e configurado com uma placa de circuito impresso (PCB) e um conversor de matriz, de acordo com algumas modalidades da presente invenção.

[0076] A Figura 17 inclui a Figura 17A mostrando um diagrama de uma vista superior de uma placa de extremidade tendo um envelope de espaço formado na mesma entre uma porção de parte central interna e uma porção periférica, que inclui setas representando calor que flui na direção oposta à porção da parte central interna e em direção à porção periférica, por exemplo, ao operar de acordo com algumas modalidades da presente invenção; a Figura 17B mostrando um diagrama de uma vista em seção transversal lateral da placa de extremidade na Figura 17A tendo setas correspondentes representando calor fluindo na direção oposta à porção de parte central interna e em direção à porção periférica da placa de extremidade, ao operar de acordo com algumas modalidades da persente invenção; e a Figura 17C mostrando um diagrama de uma vista em seção transversal lateral da placa de extremidade na Figura 17B tendo vários módulos e componentes dispostos no envelope de espaço, incluindo uma disposição circular de módulos de potência, entrada de indutância baixa de plano de alimentação e conexões de saída integradas, componentes eletrônicos de temperatura baixa, por exemplo, montados no plano de alimentação e capacitores de filtro de qualidade de potência, de acordo com algumas modalidades da presente invenção.

[0077] A Figura 18A mostrando um layout de módulos de potência que faz parte de um conjunto de motor, tudo de acordo com algumas modalidades da presente invenção.

[0078] A Figura 18B mostra uma fotografia de um conjunto final de um conversor de matriz disposto em uma placa de extremidade, por exemplo, tendo uma placa de circuito de plano de alimentação com uma fonte de alimentação de acionador de porta, um controle de circuito de aperto, capacitores de filtro de entrada capacitores de aperto e cartões de controle montados no mesmo, de acordo com algumas modalidades da presente invenção.

[0079] O desenho inclui exemplos de implementações possíveis; e o escopo da invenção não se destina a limitar-se às implementações ali mostradas. Por exemplo, o escopo da invenção destina-se a incluir e modalidades são previstas com o uso, outras implementações além de, ou em adição a, aquela mostrada no desenho, que podem ser configuradas dentro do espírito da invenção subjacente revelada no presente pedido como um todo.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO O aparelho básico 10

[0080] As Figuras 1 e 11 mostram um aparelho indicado em geral como 10, 10', por exemplo, que pode incluir, ou assumir a forma de, um conjunto de motor 10 para acionar uma bomba ou dispositivo giratório (não mostrado). O conjunto de motor 10 inclui um motor M tendo uma estrutura de motor MF com um estator J (vide a Figura 2A, 2B; 12A, 12B) disposto na mesma, um rotor R acoplado ao motor M, uma placa média E tendo uma porção de flange que abriga o rolamento (vide a Figura 2A, 2B; 12A, 12B), um conjunto de rolamento de motor traseiro indicado em geral como H tendo um conjunto de rolamento BA, retentores de graxa frontal B e traseiro C, um ventilador F, uma camada isolante integrada G, um conjunto de guarnição GA (Figura 11), uma placa de extremidade D, um plano de alimentação P (Figura 2A, 2B, 11, 12A, 12B) e um envoltório S. A estrutura de motor MF inclui também uma caixa de terminais TB, por exemplo, conforme mostrado nas Figuras 1 e 11. O plano de alimentação P pode ser configurado para incluir componentes eletrônicos, por exemplo, incluindo um acionamento de frequência variável, configurado para controlar a operação do motor M que, por sua vez, é usado para acionar a bomba ou outro dispositivo giratório. O plano de alimentação P é descrito em mais detalhes, por exemplo, em relação àquele mostrado nas Figuras 6 a 10B, bem como nas Figuras 16, 17C, 18A e 18B.

[0081] A título de exemplo, e de acordo com algumas modalidades da presente invenção, o conjunto de motor 10 pode apresentar, ou ser configurado com, uma placa média nova e exclusiva E, uma placa de extremidade D, ou uma combinação das mesmas, por exemplo, consistente com aquela apresentada abaixo em relação às Figuras 3 a 4.

Figuras 3 e 13: A placa média E

[0082] Por exemplo, as Figuras 3 e 13 mostram a placa média E, E', E", cada placa média tendo dois lados S1, S2, incluindo um lado do motor S1 tendo uma porção central E1, uma porção intermediária E2 e uma porção periférica E3.

[0083] A porção intermediária E2 pode ser configurada entre a circunferência interna E1 da porção central E1 e a porção periférica E3, consistente com aquela mostrada em 3A e 13A(1). A porção intermediária E2 pode incluir uma multiplicidade de aletas de resfriamento radiais internas E2’ estendendo-se a partir da circunferência interna E1' da porção central E1 e desviando para fora (por exemplo, na direção oposta uma da outra) em direção à porção periférica E3 para transferir calor da porção central E1 à porção periférica E3, possibilitando a capacidade de calor de condução interna.

[0084] A porção periférica E3 pode incluir uma superfície circunferencial externa E3' tendo uma multiplicidade de aletas de resfriamento radiais externas E3" desviando na direção oposta à porção periférica E3 para transferir o calor para o ar circundante, possibilitando a capacidade de calor por convecção externa.

[0085] A porção central E1 pode incluir a porção de flange que abriga o rolamento A (vide também as Figuras 1 a 2A, 2B; 11, 12A, 12B) configurada para receber o conjunto de rolamento do motor H, e também configurada com a abertura O para receber e engatar o rotor R. O conjunto de motor 10 pode incluir uma combinação do rotor R e do conjunto de rolamento de motor H (Figuras 1 a 2A, 2B; 11, 12A, 12B) disposta no rotor R.

[0086] A Figura 3B, 13A(2) mostra um lado do plano de alimentação S2 dos dois lados, por exemplo, que pode ser um lado liso tendo uma porção intermediária correspondente E2, 2 sem aletas de resfriamento.

[0087] O conjunto de motor 10 pode incluir o isolante térmico TI (Figura 1), ou a camada de isolamento G (Figuras 12A a 12B), disposta em relação à placa média E e à placa de extremidade D e configurada para reduzir a taxa de transferência de calor, incluindo todas as formas de transferência de calor de condução, convecção e radiação.

[0088] A Figura 13B mostra uma modalidade alternativa de uma placa média indicada em geral como E". Elementos similares nas Figuras 13A, 13B são identificados com o número com marcadores de referência similares. A título de exemplo, uma diferença entre as placas médias E’ e E" nas Figuras 13A, 13B, respectivamente, é que a placa média E’ inclui a porção de flange que abriga o rolamento A, por exemplo, também mostrada na Figura 3A, enquanto a placa média E" não inclui. Modalidades são previstas e o escopo da invenção destina- se a incluir placas médias tendo tal porção de flange que abriga o rolamento A, bem como modalidades que não.

[0089] Consistente com aquela mostrada na Figura 3, as aletas de resfriamento radiais internas E2' podem ser configuradas sobre e em redor da porção intermediária E2 espaçadas de modo substancialmente uniforme e equidistante umas em relação às outras. As aletas de resfriamento radiais externas E3" podem ser configuradas sobre e em redor da porção periférica E3 espaçadas de modo substancialmente uniforme e equidistante umas em relação às outras. A título de exemplo e consistente com aquela mostrada na Figura 3, a placa média E pode ser configurada com mais aletas de resfriamento radiais externas E3" que as aletas de resfriamento radiais internas E2', por exemplo, incluindo mais de duas vezes mais. Na Figura 3A, a placa média E é mostrada com 30 (por exemplo, compare a placa média E’ na Figura 13A(1) com 36) aletas de resfriamento radiais internas E2' que são espaçadas de modo substancialmente uniforme e equidistante umas em relação às outras. Na Figura 3A, a placa média E(1) é mostrada com 48 (por exemplo, compare a placa média E’ na Figura 13A(1) com 94) aletas de resfriamento radiais externas E3" que são espaçadas de modo substancialmente uniforme e equidistante umas em relação às outras. Entretanto, o escopo da modalidade não se destina a ser limitado ao número das aletas de resfriamento radiais internas E2', ao número das aletas de resfriamento radiais externas E3", ou a relação numérica entre o número das aletas de resfriamento radiais internas E2' e o número das aletas de resfriamento radiais externas E3". Por exemplo, modalidades são previstas e o escopo da invenção destina-se a incluir implementações nas quais o número de aletas de resfriamento radiais internas E2’ e o número de aletas de resfriamento radiais externas E3" é maior ou menor que aquele mostrado na Figura 3. Modalidades também são previstas e o escopo da invenção destina-se a incluir implementações nas quais a relação numérica entre o número das aletas de resfriamento radiais internas E2' e o número de aletas de resfriamento radiais externas E3" é diferente daquela mostrada na Figura 3.

[0090] Nas Figuras 3 e 13A(1), as placas médias E’ e E" incluem outros recursos que podem não fazer parte da invenção subjacente por si, incluindo elementos de restrição externos E5 configurados com aberturas E5' para receber prendedores (não mostrados), por exemplo, para acoplar as placas médias E’ e E’ com alguma outra parte do conjunto de motor, como a estrutura do motor MF (Figuras 1 e 11), bem como incluindo dois ou três elementos de restrição externos E6 configurados com aberturas E6’ para receber prendedores (não mostrados), por exemplo, para acoplar as placas médias E’ e E" a alguma outra parte do conjunto de motor, como a estrutura de motor MF (Figuras 1 e 11).

[0091] De fato, as modalidades de placa média de acordo com a presente invenção aqui apresentadas consistem em um sistema tendo vários elementos altamente manipulados:

[0092] A título de exemplo, o conjunto de motor 10 pode ser configurado com um compartimento de motor especialmente projetado para melhorar a eficiência térmica consistindo nos seguintes elementos:

[0093] 1) A placa média E, também chamada e conhecida como placa de extremidade do motor, pode ser feita de cobre, alumínio ou ferro fundido, com o rolamento de motor traseiro ou carcaça de rolamento H incorporado à placa média E. A placa média E pode ser otimizada para conduzir calor na direção oposta ao rolamento de extremidade de não acionamento da bomba, ao estator do motor S e ao rotor R e isolar o circuito eletrônico que forma parte do plano de alimentação P ao mesmo tempo. Essa configuração inovadora, de acordo com a presente invenção, colocaria a porção de flange que abriga o rolamento A dentro da placa média E ou E ', conforme mostrado nas Figuras 1 e 11 e como tal, a placa média E ou E' se tornaria então eficazmente o suporte estrutural para o rotor R.

[0094] 2) As aletas do dissipador de calor especiais E2', E3" podem ser projetadas para baixo ruído audível e área superficial aumentada, possibilitando maior eficiência térmica.

[0095] 3) A geometria exclusiva de design circular pode ser implementada para fornecer espaço otimizado e facilidade de fabricação.

[0096] 4) A geometria circular pode ser implementada que possibilita a configuração de módulos eletrônicos de potência (Figuras 1 e 11) e circuito eletrônico (Figuras 2 e 12A), que possibilita que o rotor/eixo de acionamento R passe através para ligar o ventilador de resfriamento F (Figuras 1 e 11).

[0097] A placa média E ou E' pode incluir um ou mais dos seguintes:

[0098] A placa média E ou E' pode ser configurada para abrigar o rolamento do motor traseiro H;

[0099] A placa média E ou E' pode ser configurada em relação ao componente de plano de alimentação P;

[00100] A placa média E ou E' pode ser configurada ou incorporada com tubos de graxa/óleo de rolamento.

[00101] A placa média E ou E' pode ser configurada de modo que o calor possa ser redirecionado radialmente versus axialmente. A placa média E ou E’ pode também ser configurada para usar as aletas de resfriamento radiais E2' para redirecionar o calor dos enrolamentos de extremidade de motor do motor M para as bordas ou porção periféricas E3 da placa média E ou E'.

[00102] A placa média E ou E’ pode ser configurada para fornecer trajetórias térmicas dos enrolamentos de extremidade do motor para o fluxo de ar no exterior do estator J.

[00103] A placa média E ou E' pode ser configurada para fornecer uma trajetória térmica para o rotor R para o ambiente através do conjunto de rolamento H.

[00104] A placa média E ou E' pode ser configurada para criar e fornecer o suporte estrutural para o rotor R.

[00105] Os retentores de graxa frontal B e traseiro C podem também ser usados em conjunto com a placa média E ou E'.

[00106] Uma camada isolante integrada G no lado externo dessa placa média E ou E' limita o fluxo de calor do dissipador de calor da placa média até a área do conversor de energia e limita o calor para dentro da área de circuito eletrônico da placa de extremidade.

[00107] O contato térmico minimizado pode ser implementado entre a placa média E ou E' e a placa de extremidade D por meio de uma guarnição isolante G que faz parte do conjunto de guarnição GA.

Placa média: Teoria de operação

[00108] A placa média E ou E’ é configurada com um design exclusivo que incorpora uma geometria circular com aletas de dissipador de calor internas e externas E2', E3", por exemplo, consistente com aquela mostrada nas Figuras 1 e 11. As aletas internas E2’ estão localizadas ao longo da circunferência interna E1' da placa média E ou E', deixando espaço no centro para a carcaça do rolamento de rotor H. As aletas externas E3" são espalhadas através de todo o diâmetro externo/circunferência da placa média E ou E', possibilitando a capacidade de convecção externa, por exemplo, consistente com aquela mostrada nas Figuras 1 e 11.

[00109] A placa média E ou E' também apresenta uma camada de isolamento fina G no lado de circuito eletrônico da placa média E, que é lisa e não tem aletas, por exemplo, conforme mostrado na Figura 2. Essa camada de isolamento fina G possibilitará várias configurações para módulos eletrônicos de potência e circuito eletrônico enquanto ainda possibilita que o eixo de acionamento/rotor R passe através para ligar o ventilador de resfriamento F. A função principal desse design é tripla. A placa média E ou E' atua como um suporte estrutural para o motor M e o rotor do motor R, um dissipador de calor para a extremidade de não acionamento e um isolante térmico para a câmara de circuito eletrônico, por exemplo, que forma parte da placa de extremidade D.

[00110] Os condutores térmicos são normalmente feitos de metal, devido aos seus níveis mais altos de condutividade térmica e capacidade para absorver calor. Portanto, a título de exemplo, a placa média E ou E' pode ser feita de alumínio, cobre ou ferro fundido. Esses metais têm níveis mais altos de condutividade térmica, boa rigidez estrutural e são de baixo custo em comparação com outros materiais exóticos.

[00111] Em funcionamento, a placa média E ou E' obtém sua função através de condução e convecção, em que a condução é entendida como sendo a transferência de calor entre sólidos que estão em contato uns com os outros e em que a convecção é entendida como sendo a transferência de calor entre um sólido e um fluido. A condução ocorrerá entre o eixo de acionamento/rotor R e a placa média E ou E’ através da carcaça de rolamento H, enquanto a convecção ocorre entre as aletas do dissipador de calor E2', E3" e o ar.

[00112] Em funcionamento, os dissipadores de calor resfriados a ar, por exemplo, como o elemento E3" podem agir como mecanismos de resfriamento. Os mesmos conduzem o calor do objeto com o qual estão em contato e transferem calor para o ar através da convecção. Para funcionar adequadamente, o dissipador de calor tem de ser mais quente que a temperatura ambiente e o contato da área superficial deve ser maximizado para assegurar uma transferência térmica eficiente. No contexto do presente design do compartimento de motor, a placa média E ou E' conduzirá o calor gerado das perdas elétricas e mecânicas do motor M para o ar ambiente externo.

[00113] As perdas do rotor R podem ser atribuídas às perdas elétricas (por exemplo, corrente parasita e resistiva) causadas pelo fluxo de corrente, por exemplo, através de barras de alumínio localizadas no rotor R. Estas perdas fazem com que o rotor R libere calor para dentro da câmara de ar do motor bem como conduza diretamente para dentro do eixo de acionamento/rotor R. A placa média E ou E’ absorverá esse calor tanto através de condução a partir do eixo de acionamento/rotor R através do conjunto de rolamento H para dentro da placa média E ou E’ e por meio de convecção através das aletas do dissipador de calor E2' ou E3" localizadas na câmara de ar interna do motor.

[00114] O propósito do isolante térmico G é reduzir a taxa de transferência de calor entre dois sólidos/fluidos. Como o versado na técnica entenderia, os isolantes reduzem todas as formas de transferência de calor, que são, ou podem assumir a forma de: condução, convecção e radiação. Isolantes térmicos são normalmente feitos de material com alta resistência à condutividade térmica, devido à sua capacidade de rejeitar calor. Portanto, a camada de isolamento será feita de mica, fibra de vidro, termoplástico ou algum material de baixo custo com um baixo nível de condutividade térmica e boa rigidez estrutural.

[00115] Esse design é incorporado na placa média E ou E’ através de uma camada adicional que é fixada à placa média E ou E', por exemplo, conforme mostrado na Figura 2. Essa camada de isolamento G pode ser compreendida de mica, ou algum outro isolante ótimo, que atua como um isolante térmico para os componentes eletrônicos que formam parte do plano de alimentação P. O isolamento atua como uma barreira contra as perdas provenientes do motor M para redirecionar calor em direção às aletas do dissipador de calor E2' ou E3". A placa média E ou E' também abriga a carcaça do rolamento H, que, por sua vez, suporta o rotor e o eixo de acionamento do motor R.

[00116] O design geral da placa média E ou E' torna a mesma um elemento inovador que serve a uma grande variedade de funções simultaneamente. A placa média E suporta mecanicamente a extremidade de não acionamento do motor M e possibilita que o rotor R gire devido à fixação do rolamento de eixo de acionamento contido no centro da placa média E ou E'. A placa média E ou E' conduz eficientemente o calor do motor para o exterior do corpo do motor, possibilitando que o motor M funcione com segurança em uma temperatura eficiente. Em terceiro lugar, o isolante G isola o circuito eletrônico da temperatura elevada do motor e possibilita que os componentes operem a temperaturas abaixo de sua classificação máxima.

Vantagens

[00117] As vantagens da presente invenção podem incluir um ou mais dos seguintes:

[00118] 1) Possibilita a fabricação de uma unidade de motor eletrônico embutido (por exemplo, uma unidade de frequência variável) em níveis de potência maiores que atualmente produzidos na técnica anterior.

[00119] 2) Possibilita a fabricação de um motor de velocidade variável na mesma área de projeção que os motores industriais atuais em níveis de potência maiores que atualmente produzidos na técnica anterior.

[00120] 3) Através de ambas as aletas do dissipador de calor internas e externas E2' ou E3", a placa média E fornece uma rota termicamente condutiva para o calor do enrolamento do motor e para o calor do rolamento de extremidade não de acionamento.

[00121] 4) Através do isolamento integrado, a placa média E ou E’ fornece uma barreira para evitar que o calor do motor passe através do circuito eletrônico sensível.

[00122] 5) Devido ao seu tamanho compacto, a placa média E ou E' possibilita que, por exemplo, um conversor de matriz seja projetado para ser instalado em locais perigosos contendo corrosivos, umidade e locais perigosos de Classe 1, Divisão 2 também.

Figuras 4 e 14: A placa de extremidade D, D'

[00123] A Figura 4 mostra a ao menos uma placa sob a forma de uma placa de extremidade D, D' tendo dois lados, um lado do ventilador FS tendo uma porção central D1, uma porção intermediária D2, uma porção periférica D3.

[00124] A porção central D1 pode ser configurada com uma abertura O para receber e dispor a placa de extremidade D, D’ em relação ao rotor R (Figuras 1 e 11).

[00125] A porção intermediária D2 pode ser configurada entre uma circunferência interna D1' da porção central D1 e a porção periférica D3. A porção intermediária D2 pode incluir aletas de resfriamento radiais internas D2’ estendendo-se a partir da circunferência interna D1' da porção central D1 e desviando para fora em direção à porção periférica D3 para transferir calor da porção central D1 para a porção periférica D3, possibilitando a capacidade de calor de condução interna.

[00126] A porção periférica D3 pode incluir uma superfície circunferencial externa D3' (melhor mostrada conforme indicado na Figura 4B e 14B) tendo aletas de resfriamento radiais externas D3" desviando para fora da placa de extremidade D para transferir o calor para o ar circundante, possibilitando a capacidade de calor por convecção externa.

[00127] As Figuras 4B e 14B mostram um lado de placa média MPS do lado dois, por exemplo, que pode ser um lado liso tendo uma porção intermediária correspondente D2, 2 sem aletas de resfriamento.

[00128] O plano de alimentação P pode incluir componentes elétricos, incluindo circuito eletrônico de uma unidade de frequência variável e a placa de extremidade D, D' pode ser configurada de modo que o lado liso MPS esteja voltado para o plano de alimentação P, por exemplo, conforme mostrado na Figura 2. O módulo de circuito eletrônico EM pode ser disposto entre o plano de alimentação P e o lado liso MPS, por exemplo, conforme mostrado na Figura 2A.

[00129] Consistente com aquilo mostrado nas Figuras 4 e 14, as aletas de resfriamento radiais internas D2' podem ser configuradas sobre e em redor da porção intermediária D2 espaçadas de modo substancialmente uniforme e equidistante umas em relação às outras. As aletas de resfriamento radiais externas D3" podem ser configuradas sobre e em redor da porção periférica E3 espaçadas de modo substancialmente uniforme e equidistante umas em relação às outras. A título de exemplo, e consistente com aquilo mostrado na Figura 4, a placa de extremidade D, D’ pode ser configurada de modo que as aletas de resfriamento radiais internas D2' se estendem e desviam para fora em direção a e se conectam às aletas de resfriamento radiais externas D3", conforme mostrado nas Figuras 4A e 14A. Entretanto, o escopo da modalidade não se destina a ser limitado ao número das aletas de resfriamento radiais internas D2', o número das aletas de resfriamento radiais externas D3", ou a relação física ou numérica entre as aletas de resfriamento radiais internas D2' e as aletas de resfriamento radiais externas D3". Por exemplo, modalidades são previstas e o escopo da invenção destina-se a incluir implementações nas quais o número de aletas de resfriamento radiais internas D2' e o número de aletas de resfriamento radiais externas D3" é maior ou menor que aquele mostrado nas Figuras 4A e 14A. Modalidades são também previstas e o escopo da invenção destina-se a incluir implementações nas quais a relação física entre as aletas de resfriamento radiais internas D2’ e as aletas de resfriamento radiais externas D3" é diferente daquela mostrada nas Figuras 4 e 14, por exemplo, incluindo onde as aletas de resfriamento radiais internas D2' e as aletas de resfriamento radiais externas D3" não são conectadas, bem como onde o número de aletas de resfriamento radiais internas D2' é maior ou menor que o número das aletas de resfriamento radiais externas D3", quando comparado com aquele mostrado nas Figuras 4A e 14A.

[00130] Nas Figuras 4 e 14, a placa de extremidade D, D’ pode incluir outros recursos que podem não fazer parte da invenção subjacente por si só, incluindo elementos de restrição externos D5 configurados com aberturas D5’ para receber prendedores (não mostrados), por exemplo, para acoplar as placas de extremidade D, D’ a alguma outra parte do conjunto de motor, como a estrutura do motor MF (Figuras 1 e 11), bem como incluindo dois ou três elementos de restrição externos D6 configurados com aberturas D6' para receber prendedores (não mostrados), por exemplo, para acoplar as placas de extremidade D, D’ a alguma outra parte do conjunto de motor, como a estrutura do motor MF (Figuras 1 e 11).

[00131] Além do apresentado acima, e a título de exemplo adicional, os vários outros elementos altamente manipulados do conjunto de motor 10 podem incluir também a placa de extremidade D, D'; e o compartimento do motor especialmente projetado para conter o circuito eletrônico e melhorar a eficiência térmica podem incluir também:

[00132] A placa de extremidade do motor D, D’, por exemplo, pode ser feita de um metal como alumínio. A placa de extremidade D, D’ pode ser otimizada para conduzir calor na direção oposta ao circuito eletrônico P e/ou EM contido no interior do envelope da placa de extremidade, por exemplo, tendo uma guarnição isolante GA para minimizar o contato térmico entre a placa média E e a placa de extremidade D, D'.

[00133] As aletas de dissipador de calor especiais D2', D3" podem ser projetadas para baixo ruído audível e área superficial aumentada, possibilitando maior eficiência térmica.

[00134] A geometria exclusiva projetada circular pode ser implementada para fornecer espaço otimizado e facilidade de fabricação.

[00135] A geometria circular pode ser implementada que possibilita uma configuração de módulos eletrônicos de potência e circuito eletrônico (Figuras 2 e 17C) que possibilita que o eixo de acionamento R passe através para ligar o ventilador de resfriamento F.

Placa de extremidade: Teoria de operação

[00136] O design da placa de extremidade D, D’ incorpora uma geometria circular, que consiste em formar uma câmara que abriga o circuito eletrônico indicada em geral como D7 no lado da placa média e aletas de dissipador de calor D2', D3" no lado do ventilador da placa de extremidade D. (Conforme mostrado na Figura 4B, a câmara que abriga o circuito eletrônico D7 é formada como uma porção intermediária oca entre a porção central D1 e a porção periférica D3 da placa de extremidade D, D’.) Esse design possibilita que componentes eletrônicos P, EM (Figura 2) estejam contidos dentro da câmara de alojamento de circuito eletrônico D7 da placa de extremidade D e fornece resfriamento amplo devido às aletas do dissipador de calor D2', D3". A câmara da carcaça de circuito eletrônico D7 é integrada em um lado da placa média lisa da placa de extremidade D, D', onde o diâmetro interno é oco, conforme mostrado na Figura 4B, para possibilitar que os módulos eletrônicos de potência e placas de circuito impresso sejam instalados. As aletas do dissipador de calor D2', D3" são formadas no lado do ventilador da placa de extremidade D, D’ em uma disposição radial estendendo-se a partir do centro do eixo de acionamento do motor ou porção central D1, estendendo-se para fora e através da superfície axial externa. As aletas do dissipador de calor D2', D3" compartilham o mesmo padrão básico que aquelas criadas na placa de suporte de rolamento denominada a "placa média" E, E'. (Figuras 3 e 13). A placa de extremidade D, D' também tem espaço no centro para possibilitar que o eixo de acionamento/rotor R passe através de modo a ligar o ventilador de resfriamento F (Figuras 1 a 2). A função da placa de extremidade D, D’ é dupla: agir como um dissipador de calor para calor residual emitindo a partir do circuito eletrônico e um invólucro selado para possibilitar aos componentes eletrônicos um lugar para serem montados e protegidos contra ambientes agressivos.

[00137] A placa de extremidade D, D' funciona através tanto de condução como convecção. Como o versado na técnica entenderia, e consistente com aquilo apresentado acima, a condução é a transferência de calor entre sólidos que estão em contato uns com os outros e a convecção é a transferência de calor entre um sólido e um fluido. A condução ocorrerá devido aos módulos de potência, por exemplo, EM, montados na face interna da placa de extremidade D, D'. As placas de circuito impresso eletrônicas e os componentes, produzirão calor residual durante o funcionamento. Esse calor será absorvido pela característica de dissipador de calor da placa de extremidade. Todo o calor será então liberado por convecção através das aletas D2', D3" e o ventilador de resfriamento F. Convecção ocorrerá principalmente entre as aletas do dissipador de calor D2', D3" e o ar ambiente.

[00138] Como condutor térmico, este design pode funcionar melhor quando construído de metal. Isso se deve a seus níveis mais altos de condutividade térmica e capacidade de absorver calor. Portanto, a placa de extremidade D, D' será tipicamente feita de um metal como alumínio. A título de exemplo, esse material foi escolhido devido a sua rigidez estrutural, capacidade de conduzir calor extremamente bem, e eficácia de custo em relação a outras considerações, embora o escopo da invenção se destine a incluir outros tipos ou espécie de metais agora conhecidos ou desenvolvidos posteriormente no futuro.

[00139] A placa de extremidade D, D’ pode ser montada entre a placa média E, E' e o ventilador de resfriamento F, conforme mostrado nas Figuras 1 a 2 e 5. O contato térmico entre a placa média E, E ' e a placa de extremidade D, D’ é limitado através do isolante térmico G, conforme mostrado na Figura 2. Isso protege o circuito eletrônico do calor residual proveniente do motor e do rolamento. A placa de extremidade D, D' como um todo atua como um invólucro para os componentes e protege os mesmos contra ambientes agressivos e calor excessivo.

[00140] Além de proteger os componentes eletrônicos contra o calor, este design também é capaz de expelir esse calor para o ar ambiente e manter temperaturas operacionais viáveis. Essa função é obtida por ambas as aletas do dissipador de calor D2', D3" e o ventilador de resfriamento F. Uma vez que as aletas D2', D3" são espalhadas ao longo da grande área superficial da placa de extremidade D, D; elas têm a capacidade de conduzir calor a partir dos módulos de potência e a câmara de ar para o exterior da câmara da placa de extremidade. Uma vez fora da câmara da placa de extremidade, o calor é removido por convecção. O ventilador de resfriamento F fornece fluxo de ar adequado sobre toda a superfície das aletas de metal (por exemplo, alumínio) da placa de extremidade D, D’ e auxilia na manutenção da temperatura dos componentes abaixo de sua classificação máxima.

[00141] Dissipadores de calor agem D2', D3" como mecanismos de resfriamento. Os mesmos conduzem o calor do objeto com o qual estão em contato e transferem calor para o ar através da convecção. Para funcionar adequadamente, a aleta do dissipador de calor D2', D3" tem de ser mais quente que a temperatura ambiente e o contato da área superficial deve ser maximizado para assegurar uma transferência térmica eficiente. Em termos da placa de extremidade D, D', a mesma absorverá o calor gerado tanto dos módulos de potência quanto da câmara de ar da unidade de frequência variável (VFD) e transferirá o mesmo para o ar ambiente externo.

[00142] De modo geral, o design da placa de extremidade D, D' possibilita que a mesma sirva múltiplas funções durante o funcionamento. Primeiro, fornece um invólucro protetor para conter todos o circuito eletrônico. Em segundo lugar, age como um dissipador de calor para remover o calor gerado pelas perdas nos componentes, protegendo, assim, os componentes contra temperaturas excessivas. A geometria exclusiva da placa de extremidade D, D' possibilita que esses componentes sejam colocados no mesmo envelope que um motor elétrico padrão classificado para áreas normalmente perigosas. Por último, as aletas do dissipador de calor D2', D3" e ventilador de resfriamento F auxiliam no manuseio da distribuição de calor ao longo da placa de extremidade D, D'. Com todos esses recursos, a placa de extremidade D, D' possibilita que o circuito eletrônico funcione suavemente durante a operação e mantenha sua temperatura abaixo da classificação máxima.

Vantagens:

[00143] As vantagens desta invenção podem incluir as seguintes:

[00144] Através das aletas de dissipador de calor externas D2', D3", a placa de extremidade D, D' fornece uma rota termicamente condutiva para o calor do módulo de potência.

[00145] Possibilita que a unidade de velocidade variável eletrônica seja contida dentro da área de projeção de um motor elétrico atual M.

[00146] Devido ao tamanho compacto, possibilita que o circuito eletrônico de energia seja instalado em locais perigosos contendo corrosivos ou umidade

[00147] Possibilita a fabricação de uma unidade de motor eletrônico incorporada em níveis de potência maiores que atualmente produzidos

[00148] O circuito eletrônico de energia será alojado na placa de extremidade do motor D, D’ e selado entre a placa média E, E'.

[00149] O design da placa de extremidade D, D' permitirá uma fácil remoção do motor e desconexão fácil das conexões de potência e comunicação.

[00150] O design de placa de extremidade/placa média combinadas terá uma proteção IP66. Toda a fiação/cabo passa através para ser vedada, vedações estáticas na placa média E ao motor M, placa de extremidade D, D’ à placa média E, E', circuito eletrônico de energia de placa de extremidade a ser selado no diâmetro externo (OD) e no diâmetro interno (ID). Vedação dinâmica no eixo de acionamento/placa média.

Figuras 5A a 5D

[00151] As Figuras 5A e 5B mostram o conjunto de motor 10 tendo a caixa de terminais principais TB disposta sobre o mesmo, que fornece um ponto de junção vedada para o motor, o acionamento de motor, a interface de acionamento e fiação de energia externa, bem como uma carcaça de caixa de terminais tendo indutores de potência PI dispostos ali, conforme mostrado. A caixa de terminais principal TB inclui uma tampa de caixa de terminais TBC, uma guarnição de caixa de terminais TBG e parafusos da caixa de terminais para afixar a tampa da caixa de terminais sobre a carcaça da caixa de terminais TBH.

[00152] A Figura 5C mostra o conjunto de motor em uma vista explodida, que ilustra a simplicidade da conexão elétrica e mecânica da placa de extremidade (D) à estrutura do motor (MF). A Figura 5C mostra, também, que a placa de extremidade (D) é um módulo de acionamento completo em uma peça única, conforme mostrado em 5D, que fornece portabilidade para o serviço em um ambiente adequado ou para uma rápida substituição em um novo módulo de acionamento de placa de extremidade (D), se a placa de extremidade antiga quebrar, que fornece ao design do conjunto de motor total um estilo de "Plug and Play" que é exclusivo da técnica de conjunto de motor. A título de exemplo, a Figura 5C mostra os fios conectores da caixa de terminais CW (por exemplo, que podem ser mais ou menos fios que aqueles especificamente mostrados), uma tampa de conector CC, ferragens de conector CH, uma vedação contra poeira DS e ferragens de montagem de placa de extremidade MH.

[00153] A Figura 5D mostra o conjunto de módulo de acionamento de uma peça única, por exemplo, que inclui a placa de extremidade D, a caixa de terminais TB, os canais de fio WC, a tampa de conector CC, as ferragens da tampa do conector CCH, um módulo de circuito eletrônico EM (vide também as Figuras 7 e 10B), a guarnição de tampa da placa de extremidade/isolante GI, a tampa da placa de extremidade EC e as ferragens de tampa da placa de extremidade ECH.

[00154] Em resumo, consistente com aquele mostrado nas Figuras 5C e 5D, o processo para desmontagem da placa de extremidade D é conforme da seguinte forma:

[00155] 1) remover as ferragens de envoltório (não mostradas) e o envoltório S (Figura 5C),

[00156] 2) remover o parafuso de pressão de ventilador/ferragens (não mostradas) e o ventilador F (Figura 5C),

[00157] 3) remover as ferragens da tampa do conector CCH e a tampa do conector CC,

[00158] 4) desconectar o conector da placa de extremidade (não mostrado) dos fios conectores da caixa de terminais TBCW,

[00159] 5) remover as ferragens de montagem da placa de extremidade ECH e o módulo da placa de extremidade de acionamento em uma peça única (D) EM.

[00160] O módulo da placa de extremidade de acionamento em uma peça única (D) EM pode ser substituído e a placa de extremidade D pode ser remontada usando as mesmas etapas.

Figuras 6 a 10B: O plano de alimentação P

[00161] De acordo com algumas modalidades, a presente invenção aqui revelada pode consistir em um sistema ou aparelho, por exemplo, tendo, ou sob a forma de, plano de alimentação P configurado para fornecer potência e funcionalidade de controle, por exemplo, para operar o conjunto de motor para acionar uma bomba ou dispositivo giratório. O plano de alimentação P apresenta vários elementos altamente manipulados, da seguinte forma:

[00162] A título de exemplo, o plano de alimentação P pode ter uma geometria circular a ser montada dentro de um envelope de espaço SE (Figuras 5D e 9B) tendo uma geometria circular similar formada sobre a placa de extremidade D, D'(por exemplo, consulte as Figuras 1, 4, 9, 11, 14) entre a porção de parte central interna D1 e a porção periférica D3 que se estende circunferencialmente ao redor do envelope de espaço SE (também conhecido como a câmara de carcaça de circuito eletrônico D7 (consulte as Figuras 4B, 5D e 14B)) da placa de extremidade D, D'. O plano de alimentação P pode ser um conjunto ou placa de circuito de múltiplas camadas, por exemplo, tendo: uma camada de alimentação, uma camada de controle e uma barreira térmica e uma camada de placa de circuito impresso P (1). A camada de alimentação inclui módulos de potência de temperatura mais alta, como módulos de potência circulares P/CM (por exemplo, consulte a Figura 17C) para fornecer potência ao motor M, por exemplo, da bomba ou dispositivo giratório. A camada de controle inclui módulos de componentes eletrônicos de controle de temperatura mais baixa como capacitores de filtro de qualidade de potência IFC (por exemplo, consulte a Figura 17C) para controlar a potência fornecida ao motor M. A barreira térmica e a camada de placa de circuito impresso P (1) na Figura 10B estão configuradas entre a camada de alimentação e a camada de controle e fornecem trajetórias de conexão elétrica entre os módulos de potência do plano de alimentação e os módulos de componentes eletrônicos de controle da camada de controle e fornecem, também, isolamento térmico entre a camada de alimentação e a camada de controle.

[00163] A título de exemplo, o plano de alimentação P pode ser configurado para fazer ao menos o seguinte:

[00164] 1) possibilitar a montagem dos módulos de potência como os elementos P/CM (por exemplo, consulte as Figuras 10B e 17C) e os módulos de componentes eletrônicos de controle como os elementos IFC (por exemplo, consulte as Figuras 10B e 17C) em lados opostos da barreira térmica, por exemplo, como o elemento P (1) mostrado na Figura 10B;

[00165] 2) fornecer as trajetórias de conexão elétrica (por exemplo, consulte as conexões C1, C2, C3 e conexões de camada ou acionador de porta GDC nas Figuras 7 e 18B) para interconectar juntos os módulos de potência como o elemento P/CM e os módulos de componentes eletrônicos de controle como o elemento IFC, bem como para interconectar conexões de potência de entrada/saída (consulte a Figura 18A referente a suportes PEEK PS(2), referente à conexão de fase de entrada e referente ao fio de fase de entrada com conexão) e os módulos de potência como o elemento P/CM (por exemplo, consulte a Figura 17C) e os módulos de componentes eletrônicos de controle como o elemento IFC (por exemplo, consulte a Figura 17C) e

[00166] 3) isolar e/ou direcionar o calor emitido a partir de um ou mais dos módulos de potência como o elemento P/CM (por exemplo, consulte a Figura 17C), os módulos de componentes eletrônicos de controle como o elemento IFC (por exemplo, consulte a Figura 17C) e um eixo de acionamento ou rotor R do motor M para o diâmetro externo do plano de alimentação onde há um fluxo de ar mais alto, por exemplo, consistente com aquele mostrado nas Figuras 9A e 9B.

[00167] O plano de alimentação P pode ser configurado como uma placa de circuito impresso em formato de rosca ou conjunto como o elemento P (1) na Figura 10B. para se encaixar no envelope de espaço SE da placa de extremidade D, D' para fornecer um espaço máximo para montagem da camada de alimentação e a camada de controle, e possibilitar que o eixo de acionamento ou rotor R passe através para ligar o ventilador de resfriamento F (consulte as Figuras 1 e 11).

[00168] A camada de alimentação pode ser configurada com uma disposição de módulos de potência de temperatura mais alta, por exemplo, como os elementos P/CM (Figura 17C). A camada de controle pode ser configurada com uma disposição de componentes eletrônicos de controle de temperatura mais baixa e componentes de filtro de qualidade de potência, por exemplo, como os elementos IFC (Figuras 7 e 17C). A barreira térmica e a camada de placa de circuito impresso P (1) podem ser configuradas de um material tendo uma espessura e resistência estruturais para montar a camada de controle em um lado e a camada de alimentação em um lado oposto. O material de fibra de vidro é configurado para fornecer isolamento para reduzir a transferência de calor entre a camada de alimentação e a camada de controle.

[00169] Deve-se compreender que a camada de alimentação e a camada de controle podem incluir outros módulos ou componentes dentro do espírito da presente invenção, por exemplo, consistentes com aqueles aqui revelados, incluindo um ou mais cartões de controle, capacitores de aperto, uma fonte de alimentação de acionador de porta etc., por exemplo, conforme mostrado nas Figuras 10B e 18B.

Teoria de operação:

[00170] De fato, o plano de alimentação P (consulte também as Figuras 1 e 11) é um componente que será montado dentro do envelope de espaço SE (por exemplo, consulte a Figura 17B) da placa de extremidade D, D' (Figuras 1 e 17B). O mesmo compartilha a geometria circular igual, que possibilitará que o eixo de acionamento ou o rotor R passe através para ligar o ventilador de resfriamento F (Figuras 1 e 11). A título de exemplo, a geometria circular pode assumir a forma de, ou ser caracterizada como, em formato de rosca, ou similar a disco, por exemplo, consistente com aquele aqui revelado. Isso também possibilitará facilidade de fabricação e instalação de seus componentes. O plano de alimentação P consiste em vários elementos, por exemplo, que são mostrados e descritos em relação às Figuras 6 a 10B. Os elementos podem incluir módulos de potência do conversor de matriz, componentes eletrônicos de controle do conversor de matriz, capacitores de filtro de qualidade de potência e uma placa de circuito impresso, por exemplo, consistentes com aqueles aqui revelados. A função do plano de alimentação P é tripla:

[00171] (1) fornecer uma geometria inovadora que possibilite a montagem de módulos de potência e componentes eletrônicos de controle,

[00172] (2) fornecer uma trajetória de conexão elétrica para todos os módulos e componentes, incluindo módulos de potência e componentes eletrônicos de controle montados na mesma, e

[00173] (3) isolar/direcionar calor emitido de todos os módulos de potência eletrônica, componentes eletrônicos de controle e eixo de acionamento do motor R (Figuras 1 e 11).

[00174] O conversor de matriz é o sistema principal configurado no plano de alimentação P, por exemplo, que é representado conforme mostrado na Figura 6, que inclui a Figura 6A mostrando um diagrama de uma chave bidirecional, por exemplo, com o uso da tecnologia IGBT para implementar a funcionalidade de potência desejada (Figura 6A), e também inclui a Figura 6B mostrando uma fotografia de um exemplo de um módulo de potência de chave bidirecional para implementar a funcionalidade de potência desejada. (Como o versado na técnica entenderia, um transistor bipolar de porta isolada (IGBT) é um dispositivo semicondutor de potência de três terminais utilizado principalmente como uma chave eletrônica que, à medida que foi desenvolvida, veio a combinar alta eficiência e chaveamento rápido. Por exemplo, a Infineon Technologies AG distribuiu vários produtos utilizando essa tecnologia IGBT.) O propósito de ter esse circuito mostrado na Figura 6A é possibilitar que o conversor de matriz converta uma entrada CA de tensão fixa e frequência em uma forma de onda de saída de CA desejada. Tradicionalmente, na técnica anterior a energia CA de entrada teria que ser convertida em uma forma de onda CC antes de ser sintetizada em uma saída CA. De acordo com algumas modalidades da presente invenção, o conversor de matriz pode ser configurado para executar esse processo em menos etapas e com menos componentes. Entre os módulos eletrônicos, o filtro de qualidade de potência IFC pode ser configurado como um componente proeminente (consulte a Figura 7). Nesse caso, sua função é reduzir o nível de ruído elétrico e distorções harmônicas, por exemplo, consistente com aquele mostrado na Figura 8. Em algumas modalidades de acordo com a presente invenção, esse componente de filtro de qualidade de potência pode ser, de preferência, fixado diretamente sobre a placa de circuito impresso, como o elemento P (1) para estar tão próximo quanto possível do conversor de matriz. Isso melhora muito sua capacidade de reduzir a quantidade de distorções emitidas a partir do circuito eletrônico do conversor de matriz. A geometria total e o tamanho do plano de alimentação P possibilita facilidade de fabricação e instalação para módulos de potência e componentes eletrônicos de controle.

[00175] Nessa porção do plano de alimentação do conjunto de motor total mostrada nas Figuras 1 e 11, o calor será emitido a partir de ao menos duas fontes: os módulos de semicondutor de potência e o eixo de acionamento ou rotor R (Figuras 1 e 11). Consistente com aquilo aqui apresentado, os módulos de semicondutores de potência podem incluir um ou mais dentre os seguintes: a disposição dos módulos de potência circular mostrada na Figura 17C ou o layout dos módulos de potência mostrado nas Figuras 18A, módulos de potência e layout do módulo de aperto na Figura 10B ou o layout dos módulos de aperto/potência na Figura 10B. Embora a placa média E, E ' (por exemplo, consulte as Figuras 1, 2A, 2B e 3; 11, 12A, 12B, 13) possa ser configurada com uma camada de isolamento protegendo o circuito eletrônico, conforme descrito acima, provavelmente ainda haverá calor residual do eixo de acionamento ou rotor R. Isso se deve à diferença de temperatura entre o lado do ventilador e a porção de placa média do conjunto de motor (Figuras 1 e 11). Entende-se, também, que os semicondutores no plano de alimentação P gerarão naturalmente calor durante o funcionamento. O desafio é manter uma temperatura de operação para que o circuito eletrônico opere adequadamente, por exemplo, abaixo do ponto de falha do circuito eletrônico.

[00176] Portanto, o isolamento e a dissipação de calor são duas funções que o plano de alimentação P precisa executar. O primeiro em relação ao isolamento é obtido através da implementação da placa de circuito em múltiplas camadas aqui revelada. A placa de circuito em múltiplas camadas pode ser construída de material laminado como fibra de vidro, a título de exemplo, o que aumenta sua espessura e resistência. Fibra de vidro é conhecida e entendida como sendo um material forte e leve que foi usado para aplicações de isolamento. Isso possibilita que o plano de alimentação P atue como uma barreira térmica entre módulos de potência mais quentes, os capacitores de qualidade de potência e os componentes eletrônicos de controle.

[00177] Para este último, o calor será dissipado através das aletas de dissipador de calor D2'e/ou D3" (Figuras 4 e 14) localizadas na placa de extremidade D, D'. As aletas do dissipador de calor D2' e/ou D3" serão resfriadas por ar e atuam como mecanismos de resfriamento. As mesmas operam através de condução e convecção, duas formas de transferência de calor, em que a condução é entendida como sendo a transferência de calor entre sólidos que estão em contato uns com os outros, enquanto a convecção é entendida como sendo a transferência de calor entre um sólido e um fluido. A transferência de calor ocorrerá primeiro entre a placa de circuito impresso e os semicondutores. A mesma deslocar-se-á para dentro da placa de extremidade D, D’ e das aletas do dissipador de calor D2' e/ou D3". Por último, a convecção ocorre entre as aletas de calor D3" e o ar ambiente, por exemplo, circundando o conjunto de motor total 10 (Figura 1) dispersando o calor. Para funcionar adequadamente, as aletas D3" têm de ser resfriadas para absorver calor e ser elevadas a uma temperatura suficientemente quente para difundir o mesmo no ar ambiente. Como o plano de alimentação P também compartilha uma geometria similar com a porção intermediária D2 da placa de extremidade D, o calor será distribuído uniformemente ao longo da superfície.

[00178] A configuração geral desse plano de alimentação de múltiplos propósitos P torna o mesmo uma contribuição importante para o estado da técnica. O envelope de espaço SE (Figuras 4B, 5D, 17B) a partir da placa de extremidade D, D’ aloca espaço para o plano de alimentação total P e possibilita que o mesmo suporte ambos os módulos de potência e componentes eletrônicos de controle. Além disso, o plano de alimentação P tem acesso às aletas do dissipador de calor D2' e/ou D3" a partir da placa de extremidade D, permitindo que as mesmas resfriem o circuito eletrônico a uma temperatura operável. A construção da placa de circuito de fibra de vidro da camada ou elemento P(1) age como um excelente isolante; separando semicondutores de potência mais quentes dos componentes eletrônicos de controle e capacitores de qualidade de potência. Esses componentes combinados possibilitam que o plano de alimentação P facilite as condições de operação e mantenha a temperatura dos componentes eletrônicos de controle muito abaixo dos níveis de temperatura máxima.

Vantagens

[00179] As vantagens dessa modalidade de plano de alimentação podem incluir um ou mais dos seguintes:

[00180] A camada de placa de circuito impresso P(1) pode ser configurada para agir como uma barreira térmica entre módulos de potência mais quentes para os componentes eletrônicos de controle mais frios e a área de capacitores de qualidade de potência.

[00181] A implementação do plano de alimentação total pode ser configurada de modo a direcionar o calor para o diâmetro externo onde há um fluxo de ar mais alto e na direção oposta aos circuitos de controle, por exemplo, conforme melhor representado por aquela mostrada na Figura 9.

[00182] O conjunto de placa de circuito impresso total fornece uma baixa indutância e entrada de resistência entre os capacitores de qualidade de potência e os módulos de semicondutor de potência, reduzindo, assim, o estresse de chaveamento e a interferência eletromagnética, por exemplo, consistente com aquele mostrado no gráfico na Figura 8.

[00183] A implementação do plano de alimentação total pode ser configurada com uma disposição de filtro de qualidade de potência compacta exclusiva que é integrada ao plano de alimentação P.

[00184] A implementação do plano de alimentação total pode ser configurada com um filtro de qualidade de potência embutido que produz distorção harmônica mínima e protege o circuito eletrônico de frequência variável contra a maioria das anormalidades de qualidade de potência.

[00185] A implementação do plano de alimentação total pode ser configurada com ou como uma placa de circuito impresso de plano de alimentação em formato de rosca, exclusiva (PCB), por exemplo, formatado como o elemento P(1), para encaixar no envelope de espaço SE da placa de extremidade do motor D fornecendo máxima utilização do espaço, e simplificando a construção e fabricação. (A título de exemplo, consulte aquela mostrada nas Figuras 1 e 11, bem como aquela mostrada nas Figuras 7, 16 e 18B).

[00186] O formato de rosca possibilita que o eixo de acionamento do motor ou o rotor R (Figuras 1 e 11) passe através para ligar o ventilador de resfriamento F.

[00187] A implementação do plano de alimentação total combina ambos os módulos de potência e controle, circuitos ou componentes em um conjunto de placa de circuito impresso integrado, por exemplo, conforme mostrado na Figura 18B, para facilidade de montagem e compacidade em tamanho.

[00188] A implementação do plano de alimentação total fornece interconexões para energia de entrada/saída, sensores de corrente, acionador de porta GDPS, circuito de controle de aperto CCs, módulos de semicondutor de aperto/potência, capacitores de qualidade de potência IFC, por exemplo, com conectores e fiação limitados necessários, possibilitando, assim, uma operação robusta e confiável.

[00189] A implementação do plano de alimentação total possibilita a fabricação de uma unidade de motor eletrônico incorporada em níveis de potência maiores que aquela atualmente produzida no mercado e no envelope de espaço de um motor elétrico.

[00190] A estrutura ou compartimento do motor MF (Figuras 5A e 15) é eficazmente utilizada como um dissipador de calor para possibilitar o tamanho compacto e a operação termicamente otimizada do plano de alimentação P e da configuração do conversor de matriz.

O escopo da invenção

[00191] Deve-se compreender que, exceto onde especificado em contrário na presente invenção, qualquer um dos recursos, características, alternativas ou modificações descritas em relação a uma modalidade específica da presente invenção pode também ser aplicada, utilizada ou incorporada a qualquer outra modalidade aqui descrita. Também, o desenho da presente invenção não está desenhado em escala.

[00192] Embora a invenção tenha sido descrita e ilustrada em relação às modalidades exemplificadoras da mesma, o supracitado e várias outras adições e omissões podem ser feitas na mesma e para este efeito sem que se desvie do caráter e âmbito da presente invenção.

Claims

1. Aparelho, caracterizado pelo fato de que compreende: um plano de alimentação configurado com uma geometria circular em torno de um eixo central e configurado para ser montado dentro de um envelope de espaço tendo uma geometria circular substancialmente similar formada em uma placa de extremidade entre uma porção de parte central interna e uma porção periférica que se estende circunferencialmente ao redor do envelope de espaço da placa de extremidade, o plano de alimentação incluindo circuito eletrônico de uma unidade de frequência variável e configurado como um conjunto ou placa de circuito de múltiplas camadas tendo ao menos: uma camada de alimentação compreendendo uma pluralidade de módulos de potência, a pluralidade de módulos de potência dispostos em um padrão circular em torno de um eixo central e incluindo um circuito configurado para fornecer potência a um motor, uma camada de controle compreendendo ao menos um módulo de componentes eletrônicos de controle, o ao menos um módulo de componentes eletrônicos de controle compreendendo circuito configurado para controlar a potência fornecida ao motor, e uma barreira térmica e uma camada de placa de circuito impresso entre a camada de alimentação e a camada de controle que fornece trajetórias de conexão elétrica entre a pluralidade de módulos de potência da camada de alimentação e o ao menos um módulo de componentes eletrônicos de controle da camada de controle, e também que fornece isolamento entre a camada de alimentação e a camada de controle, a pluralidade de módulos de potência e o ao menos um módulo de componentes eletrônicos de controle fixados à lados opostos da barreira térmica e da camada de placa de circuito impresso.

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o plano de alimentação é configurado para fazer ao menos o seguinte: fornecer as trajetórias de conexão elétrica para interconectar juntos à pluralidade de módulos de potência e o ao menos um módulo de componentes eletrônicos de controle, bem como para interconectar conexões de potência de entrada/saída e a pluralidade de módulos de potência e o ao menos um módulo de componentes eletrônicos de controle e direcionar calor emitido de um ou mais dentre a pluralidade de módulos de potência, o ao menos um módulo de componentes eletrônicos de controle e um eixo de acionamento do motor até um diâmetro externo do plano de alimentação.

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o plano de alimentação tem uma forma de rosca dimensionado para se encaixar no envelope de espaço da placa de extremidade para possibilitar espaço para montar a camada de alimentação e a camada de controle e para possibilitar que um eixo de acionamento do rotor do motor passe através para acionar um ventilador de resfriamento.

4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o circuito da pluralidade de módulos de potência da camada de alimentação gera mais calor que o circuito do ao menos um módulo de componentes eletrônicos de controle da camada de controle; e a barreira térmica e a camada da placa de circuito impresso compreendem um material tendo espessura e resistência estruturais suficientes para montar a camada de controle em um lado e a camada de alimentação em um lado oposto, o material configurado para fornecer isolamento para reduzir a transferência de calor entre a camada de alimentação e a camada de controle.

5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a barreira térmica e a camada de placa de circuito impresso compreendem um material laminado, incluindo fibra de vidro, que fornece resistência estrutural e atua como um isolante entre semicondutores de potência da camada de alimentação e componentes eletrônicos de controle e capacitores de qualidade de potência da camada de controle.

6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de módulos de potência se acoplam, via barreira térmica e camada de placa de circuito impresso, à entrada de baixa indutância e conexões de saída integradas.

7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o plano de alimentação implementa um conversor de matriz configurado para receber a sinalização de entrada CA tendo uma forma de onda CA com uma tensão e frequência e fornecer uma sinalização CA convertida tendo uma forma de onda CA convertida com uma tensão e frequência convertidas para acionar o motor.

8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o circuito do ao menos um módulo de componentes eletrônicos de controle da camada de controle compreende ao menos um componente de filtro de qualidade de potência configurado para reduzir ruído elétrico e distorções harmônicas.

9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o ao menos um componente de filtro de qualidade de potência compreende uma pluralidade de componentes de filtro de qualidade de potência, e em que a pluralidade de componentes de filtro de qualidade de potência e a pluralidade de módulos de potência são montadas em lados opostos da barreira térmica e da camada de placa de circuito impresso.

10. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de módulos de potência compreende módulos de semicondutor de potência; o ao menos um módulo de componentes eletrônicos de controle compreende capacitores de qualidade de potência; e o plano de alimentação compreende entradas de baixa indutância e resistência posicionadas entre os módulos de semicondutor de potência e os capacitores de qualidade de potência e configurado para reduzir o estresse de chaveamento e a interferência eletromagnética.

11. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o plano de alimentação compreende um filtro de qualidade de potência compacto integrado ao mesmo.

12. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o plano de alimentação compreende um filtro de qualidade de potência embutido.

13. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende a placa de extremidade, em que o aparelho compreende uma montagem de módulo de acionamento que inclui a placa de extremidade, o plano de alimentação montado dentro do envelope de espaço da placa de extremidade e uma ou mais conexões configuradas para permitir a montagem removível do conjunto do módulo de acionamento em um motor.

14. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o plano de alimentação compreende uma combinação de um ou mais dentre sensores de corrente, ao menos um acionador de porta, uma fonte de alimentação, um circuito de aperto, módulos de semicondutor de potência e capacitores de qualidade de potência; e as trajetórias de conexão elétrica são configuradas para interconectar conexões de potência de entrada/saída e a combinação de um ou mais dentre os sensores de corrente, o ao menos um acionador de porta, a fonte de alimentação, o circuito de aperto, os módulos de semicondutor de potência e os capacitores de qualidade de potência.

15. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o aparelho compreende a placa de extremidade; a porção de parte central interna é configurada para receber um eixo de acionamento de um rotor do motor; e a porção periférica inclui aletas de aquecimento configuradas para dissipar na direção oposta à placa de extremidade o calor gerado pela pluralidade de módulos de potência e pelo ao menos um módulo eletrônico de controle.

16. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, sendo que o aparelho é caracterizado pelo fato de que compreende um compartimento do motor configurado para operar como um dissipador de calor para prover uma operação termicamente melhorada do plano de alimentação.

17. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, sendo que o aparelho é caracterizado pelo fato de que é, ou assume a forma de um conjunto de motor compreendendo ainda um motor para acionar um dispositivo giratório ou bomba.

18. Conjunto de motor para acionar um dispositivo giratório ou bomba caracterizado pelo fato de que compreende: uma placa de extremidade definindo um envelope de espaço, o envelope de espaço tendo uma geometria de rosca e sendo formada entre uma porção de parte central interna da placa de extremidade que recebe um eixo de acionamento de um motor ao longo de um eixo de acionamento central e uma porção periférica da placa de extremidade que se estende circunferencialmente ao redor do envelope de espaço, a porção periférica tendo aletas de aquecimento configuradas para dissipar calor na direção oposta à placa de extremidade; e um plano de alimentação tendo uma geometria de rosca correspondente similar à geometria de rosca do envelope de espaço e sendo montado dentro do envelope de espaço, o plano de alimentação incluindo um circuito eletrônico de uma unidade de frequência variável e configurado como um conjunto ou placa de circuito de múltiplas camadas tendo ao menos: uma camada de alimentação compreendendo uma pluralidade de módulos de potência, os módulos de potência dispostos em um padrão circular em torno do eixo de acionamento central e configurados para fornecer potência ao motor, uma camada de controle compreendendo ao menos um módulo de componentes eletrônicos de controle configurado para controlar a potência fornecida ao motor, e uma barreira térmica e uma camada de placa de circuito impresso entre a camada de alimentação e a camada de controle que fornece trajetórias de conexão elétrica entre a pluralidade de módulos de potência do plano de alimentação e o ao menos um módulo de componentes eletrônicos de controle da camada de controle, e também que fornece isolamento entre a camada de alimentação e a camada de controle, a pluralidade de módulos de potência e o pelo menos um módulo de componentes eletrônicos de controle fixado em lados opostos da barreira térmica e da camada de placa de circuito impresso.