BR112019011425A2

BR112019011425A2 - método para a produção de um rotor para uma máquina de relutância síncrona, rotor para uma máquina de relutância síncrona e máquina de relutância síncrona

Info

Publication number: BR112019011425A2
Application number: BR112019011425A
Authority: BR
Inventors: Janjic Boris; Schaab Jochen; Koenen Michael
Original assignee: Ksb Se & Co Kgaa
Priority date: 2016-12-06
Filing date: 2017-12-05
Publication date: 2019-11-26
Also published as: WO2018104269A1; EP3552301B1; EP3552301A1; DE102016224249A1; CN110024261A; JP2020501500A

Abstract

a presente invenção se refere a um método para a produção de um rotor para uma máquina de relutância síncrona, o método possui as etapas de empilhamento de um núcleo de rotor produzido de múltiplas lâminas (10), que cada uma é fornecida com aberturas para formas as barreiras de fluxo (11), injetando um material plástico que contém as partículas magnéticas para preencher, pelo menos, uma porção das barreiras de fluxo (11) e orientando as partículas magnéticas contidas através da aplicação de um campo magnético externo.

Description

“MÉTODO PARA A PRODUÇÃO DE UM ROTOR PARA UMA MÁQUINA DE RELUTÂNCIA SINCRONA, ROTOR PARA UMA MÁQUINA DE RELUTÂNCIA SINCRONA E MÁQUINA DE RELUTÂNCIA SINCRONA”

Campo da Invenção [001]A presente invenção se refere a um método para a produção de um rotor para uma máquina de relutância sincrona.

Antecedentes da Invenção [002]Um rotor para uma máquina de relutância sincrona convencionalmente é fabricado a partir de um material magneticamente macio, em que as folhas eletromagnéticas individuais com uma geometria de laminação correspondente são empilhadas umas em cima das outras na direção axial. Para formar, pelo menos um par de mastros ou um par de lacunas, o elemento magneticamente macio compreende as porções de condução de fluxo e barreira ao fluxo, que diferem umas das outras devido aos seus diferentes níveis de permeabilidade magnética. A porção com uma condutividade magnética elevada é referida como o eixo d do rotor, a porção com uma condutividade comparativamente inferior é referida como o eixo q. Através da otimização da taxa de permeabilidade entre os eixos d e q, a eficiência do motor de relutância sincrona e, por conseguinte, o rendimento de torque alcançável podem ser aumentados.

[003]As barreiras de fluxo são realizadas através de fendas de material nas laminações individuais do núcleo do rotor. Em especial, uma pluralidade de fendas é fornecida na direção q para cada mastro, pelo que a condutividade magnética é reduzida e o fluxo magnético na direção q é inibido. As barreiras de fluxo, em geral, são preenchidas com ar.

[004]Uma geometria de laminação eficiente é conhecida, por exemplo, a partir da patente US 5.818.140, que é referida na sua totalidade neste momento. Para otimizar ainda mais a proporção entre os eixos d e q, também é

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2/10 conhecido o fato de equipar, de maneira adicional, as fendas ou barreiras de fluxo com ímãs permanentes, que possibilitam uma inibição aprimorada do fluxo magnético na direção q, como resultado de suas saturações magnéticas. Em especial, a introdução de ímãs sinterizados é conhecida neste contexto. No entanto, isso exige uma geometria de laminação especial.

Descrição da Invenção [005] Por conseguinte, o objeto é encontrar uma solução simplificada para a produção de um rotor genérico para uma máquina de relutância síncrona, em que os ímãs permanentes são introduzidos em suas fendas ou barreiras de fluxo.

[006] Este objeto é alcançado através do método, de acordo com as características da reivindicação 1. As realizações vantajosas do método são o assunto das reivindicações dependentes.

[007]De acordo com a presente invenção, é proposto no presente, em primeiro lugar, empilhar uma multiplicidade de laminações na direção axial para formar um núcleo de rotor. As laminações individuais são fornecidas com as fendas para formar as barreiras de fluxo. Em uma etapa posterior, pelo menos, algumas das barreiras de fluxo do núcleo do rotor são preenchidas por injeção com um material plástico contendo as partículas magnéticas. A introdução simples e descomplicada dos ímãs pode ser alcançada através do processo de preenchimento por injeção. Além disso, esta etapa do método não requer uma geometria de laminação especial ou configuração especial das barreiras de fluxo. Em vez disso, o método pode ser aplicado a qualquer geometria de laminação concebível de um rotor para uma máquina de relutância síncrona. O material plástico endurecedor garante que os ímãs ou partículas magnéticas sejam adequadamente fixados nas barreiras de fluxo. As partículas magnéticas são as partículas magnéticas permanentes.

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3/10 [008]Após o processo de preenchimento por injeção, é necessário, em primeiro lugar, alinhar as partículas magnéticas contidas no material plástico através da aplicação de um campo magnético definido. Em especial, o arranjo desejado das partículas magnéticas individuais, por conseguinte, é alcançado de maneira que o efeito de barreira de fluxo na direção q seja aumentado. O alinhamento dos constituintes magnéticos do material plástico, de maneira conveniente, ocorre no estado líquido ou solidificante do material plástico.

[009]De maneira ideal, todas as barreiras de fluxo do rotor são preenchidas por injeção; de maneira alternativa, apenas algumas das barreiras de fluxo para cada mastro do rotor saliente são preenchidas por injeção. Além disso, é concebível que as barreiras de fluxo individuais sejam apenas parcialmente preenchidas por injeção, isto é, que determinadas sub-regiões de uma barreira de fluxo permaneçam vazias neste caso ou são preenchidas com um material diferente. No entanto, o preenchimento por injeção completo de, pelo menos, uma barreira de fluxo também pode ser possível e conveniente, de maneira que esta barreira de fluxo seja completamente preenchida por injeção com o material plástico contendo as partículas magnéticas.

[010]A ferrita e/ou uma liga de neodímio, ferro e boro (NdFeB) e/ou uma liga de samário (Sm) com o metal de cobalto (Co), por exemplo, são concebíveis como as partículas magnéticas para o material plástico.

[011]O preenchimento por injeção das barreiras de fluxo individuais, de maneira ideal, ocorre em uma máquina de moldagem por injeção, que recebe o núcleo do rotor após o empilhamento das laminações individuais. Neste caso, o núcleo do rotor pode ser frouxamente montado, por exemplo, e transferido para a máquina de moldagem por injeção neste estado. De maneira alternativa, o núcleo laminado pode ser previamente preso, de maneira axial, por exemplo, colocando no veio do rotor ou preso por meio de placas de extremidade que estão anexadas às faces de extremidade axiais do núcleo.

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4/10 [012]O preenchimento das barreiras de fluxo individuais não necessariamente ocorre por meio de moldagem por injeção, mas pode ocorrer por meio de um método alternativo, mas similar, que pode introduzir um material plástico com as partículas magnéticas correspondentes nas barreiras de fluxo de maneira adequada.

[013]As vantagens de um método de moldagem por injeção, no entanto, consistem em que o material plástico ou o material magnético contido nele, de maneira ideal, pode ser distribuído dentro das barreiras de fluxo para assegurar o preenchimento completo da barreira de fluxo. Isso também simplifica o procedimento de alinhamento posterior das partículas magnéticas. Além disso, este processo de produção é consideravelmente mais simples do que o processo de produção conhecido até o momento do estado da técnica para a introdução de ímãs sinterizados. Em especial, não é necessário um perfil especial do rotor; em vez disso, a aplicação dos ímãs permanentes por meio de moldagem por injeção pode ocorrer para qualquer tipo concebível de geometria de laminação.

[014]O empilhamento das folhas antecipadamente pode ocorrer, por exemplo, por meio de um dispositivo auxiliar, o núcleo laminado totalmente empilhado, em seguida, é introduzido na máquina de moldagem por injeção de plásticos. Conforme foi brevemente abordado acima, após o empilhamento, o núcleo laminado pode ser preso e grampeado na direção axial por meio de placas de extremidade. Neste caso, o núcleo laminado com as placas de extremidade é introduzido na máquina de moldagem por injeção de plásticos. De maneira evidente, é conveniente anexar, pelo menos, duas placas de extremidade axiais, isto é, uma para cada face da extremidade do rotor. No entanto, a utilização de uma única placa de extremidade axial, de maneira essencial, é também concebível.

[015]De acordo com uma realização da presente invenção, antes ou após ser fixada ao núcleo do rotor, as placas de extremidade utilizadas são

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5/10 fornecidas com um ou mais canais de injeção que passam através das placas de extremidade na direção axial do rotor e, por conseguinte, formam um canal de injeção a partir da parte externa para a barreira de fluxo do núcleo do rotor por trás deles.

[016] Pelo menos, um canal de injeção, de preferência, é fornecido na placa de extremidade para cada barreira de fluxo a ser preenchida. Por exemplo, é concebível que uma pluralidade de canais de injeção esteja localizada em um eixo comum na direção radial; estes estão, de maneira ideal, localizados deslocados um do outro no eixo q no espaçamento das barreiras de fluxo.

[017]Um estreitamento de, pelo menos, um canal de injeção na direção da injeção, além disso, provou ser vantajoso. Um formato cônico de, pelo menos, um canal de injeção é especialmente de preferência; em especial, o canal de injeção afunila na direção da injeção. No curso do procedimento de preenchimento por injeção, um reforço do núcleo laminado pode ser alcançado através do formato de estreitamento ou de cone. O material injetado, consequentemente, atua na maneira de um parafuso ou parafuso embebido que ocorre através do núcleo na direção axial, em que melhor prender de maneira axial o núcleo laminado empilhado pode ser alcançada. É concebível que o reforço do núcleo laminado ocorra através da introdução de um material que é diferente do material plástico.

[018] Para prender as placas de cobertura, é concebível que, pelo menos, um canal de injeção, de maneira simultânea, forme um ponto de fixação da placa de extremidade no núcleo laminado ou que seja fornecido um ponto de fixação correspondente na vizinhança imediata do canal de injeção. A placa de extremidade, de maneira alternativa ou adicional, pode ser conectada ao núcleo do rotor por meio de mais pontos de retenção, em especial, por meio de uma

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6/10 pluralidade de pontos de retenção dispostos distribuídos ao redor do orifício do veio.

[019]Conforme indicado acima anteriormente, as barreiras de fluxo individuais também podem ser apenas parcialmente preenchidas por injeção com o material plástico contendo as partículas magnéticas, o que possibilita as modificações especiais do rotor. Por exemplo, é possível um preenchimento por injeção parcial de uma ou mais barreiras de fluxo, de maneira que, pelo menos, uma das extremidades radialmente externas da barreira de fluxo seja aberta de maneira ideal. Ambas as extremidades radialmente externas da barreira de fluxo, de preferência, permanecem vazias. Isso se aplica a todas ou, pelo menos, a maioria das barreiras de fluxo; uma região anular externa do rotor, por conseguinte, é formada, em que as regiões de barreira de fluxo localizadas nelas não são preenchidas por injeção com o material contendo as partículas magnéticas. Se a região de barreira de fluxo aberto da região anular externa for preenchida com um material eletricamente condutor e não magnético, uma gaiola de partida para o rotor, por conseguinte, pode ser simulada, uma vez que os elementos condutores que se estendem na direção axial são formados através do preenchimento das regiões de barreira de fluxo na região anular externa com o material eletricamente condutor e não magnético. Esta realização vantajosa também possibilita que o rotor seja operado como um motor de relutância síncrono de partida de linha.

[020]Também é concebível preencher as regiões de barreira de fluxo na região anular externa com o alumínio fundido da matriz. O preenchimento da região externa das barreiras de fluxo pode ocorrer antes da introdução do material plástico ou, de maneira alternativa, após a introdução do material plástico.

[021]Além do método da presente invenção, a presente invenção também se refere a um rotor para uma máquina de relutância síncrona, que é

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7/10 formada através do empilhamento de laminações individuais para formar um núcleo laminado. As laminações individuais possuem uma ou mais fendas para formar as barreiras de fluxo. De acordo com a presente invenção, uma ou mais barreiras de fluxo do núcleo laminado são, pelo menos, parcialmente preenchidas, em especial, preenchidas por injeção, com um material plástico contendo as partículas magnéticas. As partículas magnéticas, neste caso, estão alinhadas de tal maneira que a permeabilidade na direção q é reduzida em comparação com as barreiras de fluxo que não foram preenchidas por injeção. O rotor, de uma maneira especialmente de preferência, é produzido de acordo com o método da presente invenção.

[022]Além disso, a presente invenção também se refere a uma máquina de relutância síncrona que possui o rotor, de acordo com a presente invenção. As vantagens e propriedades do rotor ou da máquina de relutância síncrona são reveladas em conformidade na descrição acima do método, de acordo com a presente invenção. A descrição repetitiva, por conseguinte, é evitada.

Breve Descrição dos Desenhos [023] Outras vantagens e propriedades da presente invenção serão explicadas em maiores detalhes abaixo com referência a uma realização exemplar ilustrada nas Figuras, que mostram:

- Figura 1: uma vista plana de uma ilustração esquemática de uma laminação do rotor, de acordo com a presente invenção, com as barreiras de fluxo preenchidas;

- Figura 2: uma vista lateral do núcleo do rotor, de acordo com a presente invenção, com as placas de extremidade dispostas nas extremidades; e

- Figura 3: uma vista planas das placas de extremidade, anexadas de maneira axial, com o núcleo do rotor por trás delas.

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Descrição de Realizações da Invenção [024]A Figura 1 mostra uma laminação (10) do núcleo de rotor, de acordo com a presente invenção, que compreende uma folha eletromagnética com um formato das barreiras de fluxo (11) que é conhecida perse. A geometria selecionada a partir do rotor fornece um total de três barreiras de fluxo em formato de banana para cada mastro saliente. As barreiras de fluxo, em primeiro lugar, são formadas através de fendas no material de folha eletromagnética. O núcleo de rotor (100) em seguida, é formado empilhando uma multiplicidade de laminações (10), de maneira axial,. Uma vista lateral do núcleo (100) é revelada na Figura 2.

[025]De acordo com o método da presente invenção, após o empilhamento do núcleo (100), as fendas (11) são preenchidas por injeção com o material plástico (12) através da moldagem por injeção em uma máquina de moldagem por injeção. Neste caso, o material plástico utilizado compreende uma multiplicidade de partículas magnéticas, as quais são consequentemente injetadas nas barreiras de fluxo (11) em conjunto com o material plástico. As barreiras de fluxo que estão preenchidas por injeção são indicadas através do sinal de referência (11') na Figura 1. Após o material de plástico ser injetado nas barreiras de fluxo (11), as partículas magnéticas contidas no mesmo são alinhadas aplicando um campo magnético externo de maneira a reduzir a permeabilidade do rotor na direção q tanto quanto possível e, consequentemente, otimizar a proporção entre os eixos d e q.

[026]A Figura 2 mostra uma vista lateral do núcleo de rotor (100), de acordo com a presente invenção, em que as placas de extremidade (13) para prender, de maneira axial, o núcleo laminado (100), de maneira adicional, são fornecidas nas faces de extremidade do núcleo laminado (100). As placas de extremidade (13) possuem os canais de injeção individuais (14) que passam através das placas de extremidade (13) na direção axial e, consequentemente,

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9/10 formam um canal de entrada nas barreiras de fluxo (11) do núcleo de rotor (100) por trás delas.

[027]Neste caso, os canais de injeção são de concepção cônica, a abertura ampla do tipo de funil (15) sendo acessível no presente a partir da parte externa. A abertura estreita (16) conduz à barreira de fluxo (11) imediatamente atrás dela (vide Figura 3). A Figura 3 mostra uma vista plana da placa de extremidade (13), em que o núcleo laminado (100) atrás dela, ou a laminação (10) imediatamente adjacente a esta, é indicado através de linhas tracejadas. Em cada caso, os três canais de injeção (14) para cada mastro do rotor podem ser observados no presente, cujos canais de injeção estão localizados em um eixo, deslocados um do outro na direção radial. Na realização da Figura 3, os canais de injeção (14) neste caso estão localizados deslocados um do outro no eixo q de cada mastro do rotor. O material plástico pode ser injetado através destes canais de injeção (14) na geometria de laminação por trás deles. O reforço do núcleo laminado (100), de maneira adicional, pode ser alcançado através da configuração cônica.

[028]Estes canais individuais de injeção (14), além disso, podem formar os pontos de retenção adicionais para prender a placa de extremidade (13) no núcleo do rotor. Outros pontos de retenção (17) podem ser fornecidos distribuídos ao redor do orifício do veio (18).

[029]Em uma outra realização, não ilustrada, as barreiras de fluxo (11) poderíam, cada uma, ser apenas parcialmente preenchidas por injeção com o material plástico (12), de maneira que, para cada barreira de fluxo (11), as regiões de extremidade radialmente externas permanecessem vazias. Isso resulta em uma região anular externa com as sub-regiões de barreira de fluxo que permanecem vazias, isto é, o material plástico magnético é diretamente injetado apenas nas regiões internas das barreiras de fluxo (11). A região anular externa permanece vazia ou, de maneira adicional, é preenchida com o alumínio

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10/10 fundido da matriz. Devido à condutividade elétrica do alumínio, uma gaiola de partida pode ser simulada na região anular externa, de maneira que um rotor deste tipo possa ser operado como um motor de relutância síncrono de partida de linha. O preenchimento da região externa também pode ocorrer em um momento antes da injeção do material plástico magnético.

Claims

Reivindicações

1. MÉTODO PARA A PRODUÇÃO DE UM ROTOR PARA UMA MÁQUINA DE RELUTÂNCIA SÍNCRONA, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:

(a) o empilhamento de uma multiplicidade de laminações (10) para formar um núcleo de rotor, cujas laminações são formadas com as fendas para formar as barreiras de fluxo (11), (b) o preenchimento por injeção de, pelo menos, algumas das barreiras de fluxo (11) com um material de plástico (12) contendo as partículas magnéticas, (c) o alinhamento das partículas magnéticas contidas aplicando um campo magnético externo.
2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, como as partículas magnéticas, o material plástico (12) contém a ferrita e/ou uma liga de neodímio, ferro e boro (NdFeB) e/ou uma liga de samário (Sm) com o cobalto de metal (Co).
3. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a

2, caracterizado pelo fato de que as barreiras de fluxo (11) são preenchidas por injeção por meio de uma máquina de moldagem através da injeção, em que o núcleo de rotor (100) em primeiro lugar, é empilhado e, em seguida, introduzido na máquina de moldagem por injeção.
4. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a

3, caracterizado pelo fato de que o núcleo laminado (100) é fornecido de uma ou mais placas de extremidade axiais (13), pelo menos, um canal de injeção que se estende de maneira axial, (14) sendo introduzido no presente para injetar o material plástico (12) através da placa de extremidade (13) nas barreiras de fluxo (11) por trás delas.

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5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que, pelo menos, um canal de injeção (14) se estreita na direção da injeção para alcançar um reforço do núcleo laminado (100) como resultado do processo de preenchimento por injeção, especialmente de preferência, pelo menos um canal de injeção (14) sendo cônico e afunilado na direção da injeção.
6. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que um material diferente do material plástico (12) é utilizado para o reforço do núcleo laminado (100).
7. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a

6, caracterizado pelo fato de que uma pluralidade de canais de injeção (14), de preferência, para cada mastro de rotor, é introduzida em, pelo menos, uma placa de extremidade (13) de tal maneira que sejam localizados em um eixo na direção radial.
8. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a

7, caracterizado pelo fato de que, pelo menos, um canal de injeção (14) forma um ponto de fixação da placa de extremidade (13) no núcleo laminado (100), em que os pontos de retenção adicionais são opcionalmente fornecidos.
9. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 8, caracterizado pelo fato de que, pelo menos, uma das barreiras de fluxo (11) é apenas parcialmente preenchida por injeção com o material plástico (12) contendo as partículas magnéticas, em especial, de tal maneira que uma subregião externa da barreira de fluxo (11), conforme observado na direção radial, permanece vazia ou, em vez disso, pode ser preenchida por injeção com um material eletricamente condutor, mas não magnético.
10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a sub-região externa da barreira de fluxo (11), conforme observado na direção radial, é preenchida com o alumínio fundido da matriz, em que o preenchimento das sub-regiões radialmente externas ocorre antes ou após o

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3/3 preenchimento por injeção parcial da barreira de fluxo (11) com o material plástico (12).
11. ROTOR PARA UMA MÁQUINA DE RELUTÂNCIA SÍNCRONA, caracterizado pelo fato de ser produzido de acordo com um método conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10, que compreende um núcleo laminado (100) que possui uma ou mais fendas para formar as barreiras de fluxo (11) dentro da geometria do rotor, em que uma ou mais barreiras de fluxo (11) são, pelo menos, parcialmente preenchidas com um material de plástico (12) contendo as partículas magnéticas.
12. MÁQUINA DE RELUTÂNCIA SÍNCRONA caracterizado pelo fato de compreender um rotor, conforme definido na reivindicação 11.