BRPI0007247B1

BRPI0007247B1 - “máquina elétrica, particularmente gerador para um automóvel, com um sistema de excitação composto por uma pluralidade de pólos individuais”

Info

Publication number: BRPI0007247B1
Application number: BRPI0007247A
Authority: BR
Inventors: Alexander Shendi; Jerome Debard; Sylvian Briand
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 1999-10-23
Filing date: 2000-09-07
Publication date: 2016-08-16
Also published as: EP1145407B1; ES2365992T3; JP2003513597A; JP4617046B2; EP1145407A1; DE19951115A1; US6548935B1; WO2001031762A1; MXPA01006432A; BR0007247A

Abstract

patente de invenção: "máquina elétrica". a invenção propõe uma máquina elétrica, particularmente um gerador para um automóvel, com um sistema de excitação com uma pluralidade de pólos individuais excitados eletricamente no estator ou rotor. o estator (40) ou rotor (39) apresenta, nesse caso, a forma de pólos (37, 38) excitados eletromagneticamente, com polaridade alternada em direção circunferencial, alinhados axialmente no perímetro, na qual estão inseridos ímãs permanentes (43) em espaços intermediários (42) entre os pólos (37, 38) alternados, para diminuição do fluxo difuso magnético. a fixação dos ímãs permanentes (43) no estator (40) ou no rotor (39) está caracterizada pelo fato de que os ímãs permanentes (43) estão respectivamente sustentados por meio de um elemento de suporte (44) não excitável magneticamente, sendo que esses elementos de suporte são sustentados nos dois lados em ranhuras polares (46, 47) e uma ranhura polar (46) está inserida longitudinalmente em um pólo (37) e uma ranhura polar (47), longitudinalmente, em um antipolo, o (38).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÁQUINA ELÉTRICA, PARTICULARMENTE GERADOR PARA UM AUTOMÓVEL, COM UM SISTEMA DE EXCITAÇÃO COMPOSTO POR UMA PLURALIDADE DE PÓLOS INDIVIDUAIS".

ESTADO DA TÉCNICA

[001] A invenção refere-se a uma máquina elétrica, particularmente gerador para um automóvel, com um sistema de excitação composto por uma pluralidade de pólos individuais excitados eletricamente no estator ou no rotor, na forma de pólos excitados eletromag-neticamente, polarizados alternadamente na direção circunferencial, alinhados axialmente no perímetro, e com ímãs permanentes, inseridos nos espaços intermediários entre os pólos alternados, para diminuição do fluxo magnético disperso. Os ímãs permanentes estão sustentados, respectivamente, por meio de um elemento de suporte não excitável magneticamente, que é suportado nos dois lados em ranhuras polares, sendo que uma ranhura polar está inserida longitudinalmente em um pólo e uma ranhura polar está inserida longitudinalmente em um anti-polo, o pólo contíguo.

[002] Máquinas elétricas da espécie mencionada, particularmente, geradores de pólos de garras, são em geral conhecidas. Do documento US-PS 57 47 913 é conhecida uma máquina elétrica na forma de um gerador, com um rotor em modo de construção de pólos de garras com ímãs permanentes. Os ímãs permanentes ali descritos estão alojados em espaços intermediários de dois pólos em forma de garras contíguos, de polaridade oposta. O alojamento dos ímãs permanentes é de tal modo que os pólos em forma de garras apresentam em direção axial um perfil substancialmente em forma de T, com saliências. No estado montado, os ímãs permanentes encontram-se abaixo das saliências das secções transversais em forma de T dos pólos, de modo que uma carga centrífuga, que sai dos ímãs permanentes na rotação do rotor, atua nas saliências dos pólos e ali é absorvida pelos mesmos.

[003] A desvantagem do alojamento para os ímãs permanentes, alí descrita, é que a distância entre dois pólos sucessivos, de polaridade oposta, é diminuída pelas saliências das secções transversais em forma de T e, desse modo, o fluxo disperso entre duas saliências contíguas, de polaridade oposta, está aumentado. O aumento do fluxo disperso está em oposição à aplicação de ímãs permanentes, que devem repelir fluxos dispersos.

VANTAGENS DA INVENÇÃO

[004] Na máquina elétrica de acordo com a invenção, particularmente, gerador ou gerador de pólos de garras, para automóveis, é, por outro lado, possível introduzir ímãs permanentes nos espaços intermediários entre dois pólos em forma de garras, de polaridade oposta, contíguos, sem diminuir a distância entre dois pólos de polaridade oposta. Para obter isso, nos espaços intermediários entre os pólos alternados estão inseridos ímãs permanentes, que estão sustentados, respectivamente, por meio de um elemento de suporte, particularmente não excitável magneticamente. O elemento de suporte, por sua vez, está sustentado nos dois lados em ranhuras, sendo que uma ranhura está inserida longitudinalmente em um pólo norte magnético e uma ranhura, longitudinalmente em um pólo sul magnético contíguo.

[005] Pelo uso de um elemento de suporte relativamente fino, que, devido a isso, pode deformar-se facilmente, a pressão de superfícies entre ímã permanente e elemento de suporte é pequena, sob carga de rotação. Além disso, o elemento de suporte fixa o ímã permanente tanto em sua posição radial como também em sua posição axial no rotor.

[006] Uma possibilidade de fixar axialmente os ímãs permanentes em relação ao respectivo elemento de suporte, consiste no fato de que de uma região de base do elemento de suporte estão dobradas talas, que limitam o movimento axial. Nesse caso, é possível que as talas dobradas exerçam uma força de aperto sobre superfícies frontais do ímã permanente inserido. Se regiões terminais das talas dobradas forem dobradas de tal modo que o ímã permanente esteja pelo menos parcialmente circundado, é possível fixar o ímã permanente pelas talas em direção axial e, por outro lado, entre a região de base e as regiões terminais.

[007] Outra possibilidade consiste no fato de colar o ímã permanente por meio de um adesivo em uma região de base, apenas substancialmente plana, do elemento de suporte. Também desse modo é obtida uma fixação tanto axial como também radial do ímã permanente.

[008] Uma inserção da região de base com o ímã permanente nas ranhuras é simplificada se a região de base do elemento de suporte estiver estreitada em pelo menos uma extremidade axial. Uma fixação da posição axial do elemento de suporte com o ímã permanente no rotor é possível de modo simples pelo fato de que em cada extremidade axial da unidade estrutural pelo menos uma das ranhuras estiver estreitada em sua secção transversal por encalcamento. Os dois flancos de cada pólo de garra devem ser trabalhados de tal modo que as ranhuras assumam uma posição fixada precisamente.

[009] O processo de trabalho dos flancos de pólo norte e pólo sul dos pólos de garra de pólo norte e pólo sul, que saem de cada disco de roda polar, é simplificado pelo fato de que o estator ou rotor apresenta em lados frontais do disco de roda polar, dirigidos axialmente para fora, elementos de referência distanciados com uma mesma distância angular. Esses elementos de referência possibilitam um alinhamento dos pólos em relação a uma ferramenta, por exemplo, uma ferramenta de ranhurar.

DESENHOS

[0010] A invenção é explicada mais detalhadamente a seguir em exemplos de realização, por meio dos desenhos correspondentes. Mostram: figura 1 - uma representação em perspectiva de um rotor de um gerador de pólos de garras, figura 2 - uma representação em perspectiva de um elemento de suporte de acordo com a invenção, em um primeiro exemplo de realização, figura 3 - um ímã permanente, tal como está previsto para o elemento de suporte mostrado na Figura 2, figura 4 - a unidade estrutural pré-montada, formada por elemento de suporte e imã permanente, figura 5 - a unidade estrutural mostrada na Figura 4, em uma ligeira modificação, figura 6 - a unidade estrutural da Figura 4, em vista lateral, figura 7 - uma representação em perspectiva de um segundo exemplo de realização de uma unidade estrutural, figura 8 - um terceiro exemplo de realização da unidade estrutural, figura 9 - uma representação em perspectiva da unidade estrutural de acordo com o primeiro exemplo de realização e a disposição às ranhuras polares, imediatamente antes da montagem e figura 10 - depois da montagem completada, figura 11 - um corte de acordo com a linha XI-XI na Figura 10, figura 12 - uma representação em perspectiva de um gerador de pólos de garras conhecido.

DESCRIÇÃO DOS EXEMPLOS DE REALIZAÇÃO

[0011] Componentes idênticos ou com a mesma função estão designados com números de referência iguais.

[0012] Para melhor entendimento da invenção, é mostrada na Figura 12 a estrutura geral de um gerador de pólos de garras conhecido, sendo que são descritos apenas os componentes essenciais. O gerador de pólos de garras 20 apresenta uma carcaça 22, na qual está disposto um eixo de acionamento 24. Na extremidade do eixo de acionamento 24 situada fora da carcaça 22 está instalada uma polia 26, através da qual o eixo de acionamento 24 é acionado com um núcleo polar 28, por exemplo, através de uma correia em V. Dentro da carcaça 22, um enrolamento de excitação 30 está montado à prova de torção sobre o eixo de acionamento 24, e carregado de corrente, com uma corrente de excitação relativamente pequena, através de anéis de fricção 32, igualmente montados sobre o eixo de acionamento 24. O enrolamento de excitação 30 está circundado lateral mente por uma metade de roda polar 34 do lado do acionamento e uma metade de roda polar 35 do lado da escova. A metade de roda polar 34 do lado do acionamento está composta por um disco de roda polar 36 estendido verticalmente ao eixo de acionamento 24 e pólos 37 em forma de garra, estendidos longitudinalmente ao eixo de acionamento 24. A metade de roda polar 35 do lado da escova está composta igualmente por um disco de roda polar 36, estendido verticalmente ao eixo de acionamento 24, e pólos 38 em forma de garras, estendidos longitudinalmente ao eixo de acionamento 24. Cada uma das metades de roda polar 34 e 35 apresenta uma pluralidade desses pólos 37, 38 distanciados uniformemente um do outro em direção circunferencial, sendo que o número depende da finalidade de aplicação do gerador.

[0013] O eixo de acionamento 24 forma com as metades de roda polar 34 e 35, o núcleo polar 38 e o enrolamento de excitação 30, um rotor 39.

[0014] Da Figura 12 pode ser visto que os pólos 37 e 38 das metades de roda polar 34 e 35 opostas uma à outra estão engatados um no outro, de modo que, vistos na direção circunferencial da roda polar, a enrolamento de excitação 30 carregado de corrente, formam-se, alter- nadamente, pólos sul e pólos norte magnéticos.

[0015] Distanciado radialmente dos pólos 37 e 38 das duas metades de roda polar 34 e 35, está disposto um estator 40 estacionário, que apresenta, por exemplo, um enrolamento de estator 41 trifásico. O estator 40 consiste em chapas dotadas de ranhuras, isoladas uma em relação à outra, que estão comprimidas para um pacote de chapas compacto. Nas ranhuras estão embutidas espiras do enrolamento de estator 41, parcialmente visíveis na Figura 1. No funcionamento, forma-se um fluxo magnético, que se estende do núcleo do enrolamento de excitação 30, o chamado núcleo polar 28, sobre o disco de roda polar 36 e os pólos 38 de uma metade de roda polar 34 para o estator 40 e, de lá, para os pólos 37 contíguos da outra metade de roda polar 35 e sobre o disco de roda polar 36, para o núcleo polar 28, com o que o circuito magnético se fecha novamente. Em geradores convencionais apresenta-se, nesse caso, um considerável fluxo disperso nos espaços intermediários 42 entre dois pólos 37 e 38 contíguos.

[0016] Para evitar ou diminuir esse fluxo disperso, está previsto introduzir ímãs permanentes 43 nesse espaço intermediário, que repelem o fluxo disperso.

[0017] Na Figura 1, as duas metades de roda polar 34 e 35 estão representadas em sua posição de montagem no gerador de pólos de garras 20 uma em relação à outra. Nesse caso, são visíveis os dois discos de roda polar 36 coaxialmente opostos, com seus, respectivamente nesse caso, seis, pólos 37 e 38, no total. Os pólos 37 de uma metade de roda polar 34 encontram-se nos vãos entre dois pólos 38 da metade de roda polar 35.

[0018] Nos espaços intermediários 42, que se formam, nesse caso, entre respectivamente um pólo 37 da metade de roda polar 34 e um pólo 38 da metade de roda polar 35, são dispostos ímãs permanentes 43, através de elementos de suporte 44 não excitáveis magnética- mente, veja também Figura 10. Os elementos de suporte 44 são inseridos, nesse caso, em ranhuras polares 46 e 47, que estão opostas uma à outra no perímetro. As ranhuras polares 46 e 47 estão recortadas, nesse caso, de flancos 48 dos pólos 37 e 38, tal como é bem visível na Figura 1.

[0019] Para que todos os flancos 48 do lado esquerdo ou do lado direito de cada metade de roda polar 34 ou 35 tenham a mesma distância angular entre si, depois de os flancos 48 terem sido trabalhados por uma ferramenta, é de vantagem se o estator 40 da máquina elétrica ou, tal como na Figura 1, cada metade de roda polar 34 ou 35 apresenta em seus lados frontais dirigidos axialmente para fora elementos de referência 50, distanciados com a mesma distância angular. Nesses elementos de referência 50, que são, preferivelmente, cavidades, as metades de roda polar 34 e, desse modo, os pólos 37 e 38 em forma de garra podem ser orientados em relação à ferramenta que está trabalhando os flancos. A distância dos elementos de referência 50 é, preferivelmente de um tamanho tal como o quociente de 360 graus angulares e o número dos pólos 37 ou 38, em cada lado frontal de uma metade de roda polar 34 ou 35. Os elementos de referência 50 podem ser, por exemplo, os chamados furos oblongos.

[0020] Na Figura 2 está representado um primeiro exemplo de realização do elemento de suporte 44. O elemento de suporte 44 é formado por uma região de base 52, que apresenta uma tala 54 em cada extremidade axial. Cada tala 54 está, nesse caso, dobrada ou curvada da região de base 52. Em cada extremidade das talas 54 afastada da região de base 52 encontra-se uma região terminal 56, dobrada ou curvada do mesmo modo. As regiões terminais 56 das talas 54 apresentam, nesse caso, superfícies, que estão voltadas para a região de base 52. O elemento de suporte 44 representado na Figura 2 apresenta uma região de base 52, que está estreitada nas duas extremidades axiais. Esses estreitamentos facilitam a inserção do elemento de suporte 44 nas ranhuras polares 46 e 47 dos pólos 37 e 38. Vantajosamente, a região de base 52 do elemento de suporte 44 está estreitada em pelo menos uma extremidade axial.

[0021] Na Figura 3 está representado o ímã permanente 43 quadri-forme, que pode ser alojado pelo elemento de suporte 44 de acordo com a Figura 2.

[0022] Na Figura 4 está representada uma unidade estrutural 58 pré-montada, constituída do elemento de suporte 44 e do ímã permanente 43 de acordo com o primeiro exemplo de realização. Nessa unidade estrutural 58 pré-montada, o ímã permanente 43 está circundado em sua maior parte pela região de base 52, pelas duas talas 54 e igualmente pelas duas regiões terminais 56. Nesse caso, o ímã permanente 43 está fixado em uma direção axial, por um lado, pelas duas talas 54, por outro lado, o ímã permanente 43 está fixado entre a região de base 52 e as duas regiões terminais 56.

[0023] Na Figura 5 está representada a montagem, em princípio, já descrita na Figura 4, da unidade estrutural 58 de elemento de suporte 44 e do ímã permanente 43. Diferente mente da Figura 4, embora a região de base 52 também apresente estreitamentos nas duas extremidades axiais, as mesmas, porém, contrariamente à Figura 4, são obtidas pelo fato de que em dois cantos diagonalmente opostos da região de base 52 estão previstas chanfraduras.

[0024] Na Figura 6 está representada uma vista lateral de uma unidade estrutural 58 de um elemento de suporte 44 e um ímã permanente 43. Em relação ao que já foi mencionado, o importante aqui é que entre as talas 54 e a região de base 52 estão formados, respectivamente, ângulos agudos. Pelo menos o momento que atua no ângulo entre a região de base 52 e as talas 54 precisa fixar o ímã permanente 43. Se a unidade estrutural 58, em estado montado, for submetida a uma aceleração centrífuga arot, então o ímã permanente 43 é adicionalmente fixado contra a região de base 52 pelas duas regiões terminais 56.

[0025] Na Figura 7 está representado um segundo exemplo de realização de uma unidade estrutural 58, formada por um elemento de suporte 44 e um ímã permanente 43. Nesse caso, o imã permanente 43 está colado por meio de um adesivo 60 na região de base 52 do elemento de suporte 44.

[0026] Na Figura 8 está representado um terceiro exemplo de realização de uma unidade estrutural 58. Tal como já conhecido do primeiro exemplo de realização, da região de base 52 saem talas 54 dobradas, que nas duas extremidades do ímã permanente 43 exercem uma força de aperto axial sobre o mesmo. Pela força de aperto axial e a fricção que atua entre o imã permanente 43 e as duas talas 54, a posição do imã permanente 43 é fixada em relação à região de base 52.

[0027] Na Figura 9 é visível como uma unidade estrutural 58, constituída de elemento de suporte 44 e ímã permanente 43, é inserida em um espaço intermediário 42 entre os pólos 37 e 38 alternados. Nesse caso, as bordas 61 laterais da região de base 52, axialmente alinhadas, que se salientam em forma de nervura, são inseridas nas ranhuras polares 46 e 47 e, nesse caso, alinhadas paralelamente às mesmas.

[0028] Na Figura 10 está representado como a unidade estrutural 58, formada pelo elemento de suporte 44 e o ímã permanente 43, se encontra em posição montada em um espaço intermediário 42 entre dois pólos 37 e 38. A região de base 52 do elemento de suporte 44 está inserida com suas duas bordas 61 em forma de nervura nas ranhuras polares 46 e 47, que se encontram em frente. Para que, no funcionamento, as unidades estruturais 58 não possam desprender-se das metades de roda polar 34 e 35, dispostas fixamente uma em relação à outra, a posição axial da unidade estrutural 58 no espaço intermediário 42 entre um pólo norte e um pólo sul está fixada pelo fato de que em cada extremidade axial da unidade estrutural 58 pelo menos uma das ranhuras polares 46 e 47 está estreitada em sua secção transversal por respectivamente um estreitamento 62. O ímã permanente 43 está, nesse caso, coberto em direção radial para o estator 40 por uma região de base 52.

[0029] Na Figura 11, está finalmente representado um corte transversal por uma unidade estrutural 58, tal como ela se encontra, depois da montagem, no rotor 39, entre dois pólos 37 e 38, depois da montagem. A carga de força centrífuga, que sai do ímã permanente 43, é transmitida, nesse caso, tal como é facilmente visível, sobre a região de base 52 do elemento de suporte 44, que cobre o ímã permanente. A força centrífuga, que sai do elemento de suporte 44 e do ímã permanente 43, é, por sua vez, transmitida através das bordas 61 em forma de nervura da região de base 52 às ranhuras polares 46 e, desse modo, aos pólos 37 e 38 das metades de roda polar 34 ou 35.

[0030] Tal como é facilmente visível para um técnico, uma fixação desse tipo de ímãs permanentes 43 através de um elemento de suporte 44 não é possível apenas - tal como apresentado - em um rotor 39, mas também em um estator 40, que apresenta um modo de construção com pólos excitados eletromagneticamente, alinhados axialmente no perímetro e com polaridade alternada em direção circunferencial.

Claims

1. Máquina elétrica, particularmente gerador para um automóvel, com um sistema de excitação composto por uma pluralidade de pólos individuais excitados eletricamente no estator (40) ou no rotor (39), na forma de pólos (37, 38) excitados eletromagneticamente, polarizados alternadamente na direção circunferencial, alinhados axialmen-te no perímetro, e com ímãs permanentes (43), inseridos nos espaços intermediários (42) entre os pólos (37, 38) alternados, onde os ímãs permanentes (43) estão sustentados, respectivamente, por meio de um elemento de suporte (44) não excitável magneticamente, que é suportado nos dois lados em ranhuras polares (46, 47), sendo que uma ranhura polar (46) está inserida longitudinalmente em um pólo (37) e uma ranhura polar (47) está inserida longitudinalmente em um antipolo, o pólo (38) contíguo, sendo que o elemento de suporte (44) cobre o ímã permanente (43) correspondente em um rotor (39) em direção radial ao estator (40) com uma região de base (52), caracterizado pelo fato de que nas duas extremidades opostas uma à outra da região de base (52) apresenta talas (54) dobradas, as talas dobradas (54) sendo mais estreitas que a região de base (52) e exercendo uma força de aperto sobre superfícies frontais axiais do ímã permanente (43) inserido.

2. Máquina elétrica, particularmente gerador para um automóvel, com um sistema de excitação composto por uma pluralidade de pólos individuais excitados eletricamente no estator (40) ou no rotor (39), na forma de pólos (37, 38) excitados eletromagneticamente, polarizados alternadamente na direção circunferencial, alinhados axialmen-te no perímetro, e com ímãs permanentes (43), inseridos nos espaços intermediários (42) entre os pólos (37, 38) alternados, onde os ímãs permanentes (43) estão sustentados, respectivamente, por meio de um elemento de suporte (44) não excitável magneticamente, que é supor- tado nos dois lados em ranhuras polares (46, 47), sendo que uma ranhura polar (46) está inserida longitudinalmente em um pólo (37) e uma ranhura polar (47) está inserida longitudinalmente em um antipolo, o pólo (38) contíguo, sendo que o elemento de suporte (44) cobre o ímã permanente (43) correspondente em um estator (40) em direção radial ao rotor (39), com uma região de base (52), caracterizado pelo fato de que nas duas extremidades opostas uma à outra da região de base (52) apresenta talas (54) dobradas, as talas dobradas (54) sendo mais estreitas que a região de base (52) e exercendo uma força de aperto sobre superfícies frontais axiais do ímã permanente (43) inserido.

3. Máquina elétrica de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que as talas (54) dobradas apresentam em sua extremidade, respectivamente, uma região terminal (56), que está dobrada em ângulo das talas (54) e circunda parcialmente um ímã permanente (43), sendo que os ímãs permanentes (43) estão fixados, por um lado, em direção axial, pelas talas (54) e, por outro lado, entre região de base (52) e regiões terminais (56).

4. Máquina elétrica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que a região de base (52) do elemento de suporte (44) está estreitada em pelo menos uma extremidade axial.

5. Máquina elétrica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que a posição axial de cada unidade estrutural, formada por elemento de suporte (44) e pelo ímã permanente (43), no espaço intermediário (42) está fixada entre um pólo (37) e um antipolo, o pólo (38), pelo fato de que em cada extremidade axial da unidade estrutural (58) pelo menos uma das ranhuras polares (46, 37) apresenta um estreitamento (62) em sua secção transversal.

6. Máquina elétrica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que o estator (40) ou o rotor (39) apresenta em lados frontais dirigidos axialmente para fora elementos de referência (50) distanciados com a mesma distância angular, preferivelmente, cavidades, que possibilitam um alinhamento dos pólos (37, 38) em relação a uma ferramenta, sendo que a distância angular dos elementos de referência (50) é preferivelmente do tamanho do quociente de 360 graus angulares e do número de pólos (37, 38), por lado frontal.