BRPI0306765B1 - Air compressor with synchronous electric motor with permanent magnet on rotor - Google Patents

Abstract

"compressor de ar com motor elétrico síncrono com imã permanente no rotor". mais particularmente trata de compressor de ar (1) do tipo aplicado a aparelhos de pequeno porte e portáteis, tais como inaladores, ou ainda para micro nebulizadores, micro pinturas e trabalhos equivalentes, entre outros, dito compressor de ar (1) acionado por motor síncrono (m) e que, numa construção preferencial, compreende um gabinete originalmente paralelepipedal de pequenas dimensões, composto por tampa (2) e base (3) dotada, em sua face posterior, de uma pluralidade de orifícios (4) para entrada de ar, sendo que na face interna junto aos ditos orifícios é aplicado um filtro (5); o compressor de ar (1) invado apresenta acionamento através de motor síncrono (m) com imã (17) de polarização permanente segundo orientação passível de permitir uma partida suave e com pico de giro alto, com acionamento para qualquer dos lados do eixo motor; dito gabinete comporta uma estrutura única (6) moldada em termoplástico, com conformação similar a um 'l', fixada à base do gabinete por meio de coxins de apoio (c); dita estrutura (6) apresentando ramificação horizontal como compartimento tubular (7), preferencialmente de seção circular, posicionado na porção mediana inferior do gabinete e obedecendo ao eixo axial (e) horizontal do mesmo, compartimento (7) que é alojamento do motor síncrono (m) e serve de apoio para instalação das bobinas (25) e do estator (26); dito motor síncrono apresenta imã permanente (17) de pólos orientados com especificação adequada à função; a ramificação vertical da estrutura única (6) compreende um tubular (8) desenvolvido para alojar o conjunto (9) de entrada e saída do ar, conjunto (9) este formado por biela (10), camisa (1 1) e respectivas válvulas de entrada (v1) e saída (v2) do ar.

Description

“COMPRESSOR DE AR COM MOTOR ELÉTRICO SÍNCRONO COM IMÃ PERMANENTE NO ROTOR”.

CAMPO TÉCNICO

Trata a presente invenção de um compressor de ar equipado com motor elétrico com imã permanente, especialmente desenvolvido para ser aplicado a equipamentos ou dispositivos de pequeno porte, tais como inaladores a ar comprimido, ou ainda para micro nebulizadores, para micro-pinturas, entre outras aplicações que apresentam como um dos requisitos comerciais o fato de ser portável, pois uma das características do presente invento é a drástica redução de peso em relação aos demais compressores com as mesmas aplicabilidades.

FUNDAMENTOS DA TÉCNICA

Conforme é de conhecimento, os motores em geral são máquinas elétricas que se classificam em: Máquinas de coletor, do tipo máquinas de corrente contínua, geradores (dínamos), motores de corrente contínua, de corrente alternada e outros, em Máquinas assíncronas (motores de indução) e em Máquinas síncronas (motores síncronos e geradores (alternadores)).

Nas máquinas elétricas pode-se distinguir duas partes principais: o estator (parte fixa) e o rotor (a parte girante). Nos motores de indução e síncrono trifásicos o estator tem a mesma forma construtiva. Os enrolamentos do estator são alojados em sulcos existentes na periferia do núcleo de ferro laminado e é alimentado por uma fonte trifásica, que forma o campo girante. Entretanto, os rotores são bem diferentes. No motor de indução podem ser encontras duas soluções para tipos de rotor: rotor em curto-circuito, ou gaiola de esquilo (ou simplesmente gaiola) e rotor bobinado, e em ambos os tipos os núcleos magnéticos são laminados.

No motor síncrono o rotor é constituído por bobinas enroladas convenientemente nos núcleos magnéticos (denominados de pólos) e alimentados por uma fonte de corrente contínua. Sendo que os seguintes fenômenos são facilmente observáveis: a) Dois ímãs permanentes tendem a se alinhar com os pólos opostos se defrontando; e b) Dois reatores de formas convenientes (eletroímãs), quando excitados, tendem a alinhar-se de modo que os eixos longitudinais tomem a direção do campo, com os pólos opostos se defrontando, lembrando que o eletroímã produz os mesmos efeitos magnéticos de um ímã permanente, apresentando igualmente um pólo norte e um pólo sul.

Quando se processam tais realinhamentos de elementos excitados, o sistema produz um trabalho mecânico e a energia necessária é fornecida pela fonte elétrica que mantém o campo magnético. Se o for imposto determinado desalinhamento aos elementos excitados, então se estará fornecendo trabalho mecânico ao sistema, que devolve a energia correspondente em forma de energia elétrica. Em ambos os casos o dispositivo se torna um transdutor, isto é, converte uma forma de energia em outra. Construindo-se convenientemente este transdutor tem-se, então, as máquinas elétricas que nada mais são que equipamentos rotativos que convertem a energia elétrica em mecânica (motores) ou a energia mecânica em energia elétrica (geradores).

No motor síncrono o rotor é constituído por um imã permanente ou bobinas alimentadas em corrente contínua mediante anéis coletores. Neste caso o rotor gira com uma velocidade diretamente proporcional à freqüência da corrente do estator e inversamente proporcional ao número de pólos magnéticos do motor. Necessita de corrente-contínua ou retificada para sua excitação. Sua principal aplicação é que são motores de velocidade constante, sendo utilizados somente para grandes potências devido ao seu alto custo de fabricação.

Sempre que possível, a partida de um motor trifásico, tipo gaiola, deve ser direta (a plena tensão), por meio de um dispositivo de controle - geralmente um contator - entretanto, este método, exige da rede elétrica uma corrente muito elevada, elevando o consumo de energia, tal como por exemplo um motor convencional de 127V consome 1,2 A, além do gráfico de sua partida, quando tomado em velocidades de 0 a 3.600 RPM, se desenvolve através de uma linha reta obliquada, o que significa dizer que a velocidade é alcançada de modo gradual, ao passo que motores síncronos apresentam consumo reduzido, ou seja com alimentação de 127V CA, o consumo é de 0,50A, além do gráfico obtido se dar através de linha vertical, com a velocidade de 0 a 3.600 RPM alcançada em pico, ou seja, no momento da partida; no motor síncrono de corrente alternada, qualquer oscilação ocorrida na rede elétrica não oscila a velocidade, ou seja, a mesma é mantida diferentemente dos motores convencionais.

Por suas características o motor síncrono é bastante utilizado, sendo mais particularmente relacionado ao dimensionamento dos aparelhos elétricos tratados no presente descritivo, pode se dizer que o motor síncrono é convencionalmente utilizado em aparelhos de utilidade doméstica, tais como em liquidificadores, espremedores de frutas, bombas d’água de aquários, etc. ou ainda, por exemplo, a compressores de médio e grande porte tais como compressores herméticos, de refrigeração para produzir movimento reciprocante de um pistão em um cilindro para comprimir gás refrigerante, etc..

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO É objetivo da presente invenção prover um compressor de ar equipado com um motor síncrono com imã permanente cilíndrico no rotor munido de características construtivas especialmente desenvolvidas para ser acoplado a aparelhos do tipo portáteis, até então não utilizado nestes dispositivos ou aparelhos, pois a construtividade apresentada e descrita a seguir visa, principalmente, reduzir o peso, o tamanho e principalmente o custo do compressor, visto que com as características aperfeiçoadas foram reduzidas as matérias primas utilizadas, ou seja, são reduzidas as dimensões do estator, do filamento de cobre para enrolamento da bobina, além das próprias dimensões do gabinete do aparelho, reduzindo custos em materiais termoformadores, entre outros.

Outro objetivo alcançado, decorrente da construtividade desenvolvida, reside no fato de que o peso de um aparelho, por exemplo, do tipo inalador, é reduzido à metade frente aos convencionais de mercado, tomando-se ainda mais portátil até mesmo por pessoas debilitadas, idosos, crianças, entre outros.

De acordo com os aperfeiçoamentos ora desenvolvidos, outro objetivo alcançado no presente invento se refere ao fato da partida do motor síncrono montado no compressor de ar estar vinculada a um sistema de hélice livre. Como o motor síncrono pode partir para qualquer direção (direita ou esquerda), a hélice não oferece qualquer resistência ao giro inicial do rotor até que seu sentido tenha sido determinado, antes de completar sua primeira volta, a hélice passa a atuar como elemento de refrigeração do motor a freio aérodinamico, garantindo que a frequência imposta pelo campo magnético do estator não ~,eja ultrapassada pela inércia do rotor.

Numa construção preferencial, desenvolvida para ser aplicada a um aparelho do tipo inalador a ar comprimido, por exemplo, tem-se um gabinete originalmente paralelepipedal de pequenas dimensões, composto por tampa e base dotada de orifícios de entrada de ar munida de filtro, sendo que xio interior do gabinete é prevista estrutura única moldada em termoplástico e cuja conformação estrutural corresponde a um “L", ou seja a ramificação vertical da estrutura em “L” compreende um compartimento para alojar o conjunto de movimentação de ar (entrada e saída) do compressor, conjunto este formado pela biela, camisa e respectivas válvulas de entrada e saída do ar, enquanto que a ramificação horizontal compreende um compartimento cilíndrico posicionado na porção mediana inferior do gabinete e obedecendo o eixo axial horizontal do mesmo e serve de alojamento para o motor síncrono, o qual é formado por um imã permanente estruturalmente cilíndrico e com os pólos orientados de maneira especial, sendo vazado centralmente para compor extremidades onde se apoiam os pinos de ancoragem do motor, sendo um pino acoplado ao excêntrico de acionamento da biela e outro pino acoplado ao corpo do motor e onde são montados os dispositivos de partida, quais sejam a hélice e o anel de acionamento. O aperfeiçoamento desenvolvido na montagem do rotor, esta na fixação do eixo axial utilizando a orientação intrínseca ao magnetismo do imã, de forma a garantir, o posicionamento da chaveta (rebaixo no eixo) de acoplamento à biela, seja feito de forma a sempre que o motor desligado, esta permaneça na posição reinicio de ciclo.

Desta feita, é objetivo principal desta invenção que os pólos do imã permanente integrado ao motor obedeçam a uma orientação determinada para tornar possível a partida do motor e, conseqüentemente, o funcionamento da biela, fato este que permitiu alcançar os objetivos pré-estabelecidos, quais sejam a redução de peso e custo.

Com a alimentação via corrente alternada aplicada às bobinas do estator, o campo magnético que acerca o rotor passa a ter sua polarização alternada pelo ciclo da corrente elétrica, ou seja, no Brasil 60 ciclos por segundo (60Hz), provocando assim o movimento do rotor em seu eixo axial. O movimento de rotação do rotor obedece às leis do magnetismo de atração de pólos opostos e repulsão de pólos iguais. A porção inferior da base prevê uma câmara abafadora de ruído, configurada por uma câmara de ar com a tampa elevada em relação à face inferior da base.

Os aperfeiçoamentos aplicados com base nesta construtividade revelam um compressor de ar movimentado por motor síncrono passível de ser aplicado a aparelhos portáteis, particularmente inaladores a ar comprimido, trazendo todas as vantagens até então não obtidas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A complementar a presente descrição de modo a obter uma melhor compreensão das características do presente invento e de acordo com uma preferencial realização prática do mesmo, acompanha a descrição, em anexo, um conjunto de desenhos, onde, de maneira exemplificada, embora não limitativa, se representou o seguinte. a figura 1 mostra uma vista lateral de um compressor de ar com o motor síncrono de acordo com os aperfeiçoamentos inovados; a figura 2 é uma vista superior do aparelho ilustrado na figura anterior; as figuras 3 e 4 são vistas em corte transversal e vista posterior, respectivamente; e a figura 5 ilustra uma vista esquemática da biela, as bobinas, o estator e o imã com a orientação da polarização permanente idealizada no presente aperfeiçoamento.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Com referências aos desenhos ilustrados, a presente invenção “COMPRESSOR DE AR COM MOTOR ELÉTRICO SÍNCRONO COM IMÃ PERMANENTE NO ROTOR”, mais particularmente trata de compressor de ar (1) aplicado a aparelhos de pequeno porte, do tipo portáteis, tais como inaladores, micronebulizadores, para dispositivos de micro pinturas e trabalhos equivalentes, entre outros, sendo dito compressor de ar (1) confeccionado com construtividade de baixo peso e acionamento através de motor síncrono (M) com imã (17) de polarização permanente segundo orientação preferencial, passível de permitir uma partida suave e com acionamento para qualquer dos lados do eixo motor; numa construção preferencial, o compressor de ar (1) compreende um gabinete originalmente paralelepipedal de pequenas dimensões, composto por tampa (2) e base (3) dotada, em sua face posterior, de uma pluralidade de orifícios (4) para entrada de ar, sendo que na face interna junto aos ditos orifícios é aplicado um filtro (5).

Segundo a presente invenção, o interior do gabinete prevê a instalação de uma estrutura única (6) moldada em termoplástico e cuja conformação estrutural corresponde a um “L”, tendo a base inferior fixada à base do gabinete por meio de coxins de apoio (C); a ramificação vertical da estrutura única (6) compreende um compartimento (8) especialmente desenvolvido para alojar o conjunto (9) de entrada e saída do ar, conjunto (9) este formado por biela (10), camisa (11) e respectivas válvulas de entrada (V1) e saída (V2) do ar; a biela (10) tem sua extremidade inferior transpassada por pino de acionamento (13) que tem uma extremidade montada em bucha (14) e elemento de lubrificação (15), enquanto que a outra extremidade do pino (13) é acoplada ao elemento virabrequim (16) de acionamento proporcionado pelo motor síncrono (M). A ramificação horizontal compreende um compartimento tubular (7), preferencialmente de seção circular, posicionado na porção mediana inferior do gabinete e obedecendo o eixo axial (E) horizontal do mesmo, compartimento tubular (7) que configura alojamento para o motor síncrono (Μ), o qual é formado por um imã permanente (17) estruturalmente cilíndrico e com os pólos orientados de maneira especial, sendo vazado (18) central e longitudinalmente para compor extremidades onde se apoiam os pinos de ancoragem do motor; um pino (19) acoplado ao centro do virabrequim (16) de acionamento da biela (10) mancalizado em rolamento (20), enquanto que o outro pino (21) é apoiado em mancai formado pelo corpo do motor (22), devidamente fixado ao compartimento (7) através de tampa e parafusos (P); dito pino (21) recebe a montagem dos dispositivos de partida do motor (M), quais sejam um anel espaçador (S) posicionado entre a hélice (23) e o compartimento (7) e um anel de acionamento (24).

Ortogonalmente ao centro da face superior do compartimento tubular (7) são montadas as bobinas (25) e o estator (26) de dimensões reduzidas. A polarização permanente do imã (17) corresponde ao fato dos pólos N e S, serem orientados para próximo da borda do dito imã, permanecendo atraídos aos seus polos opostos gerados pelas bobinas, mantendo-se permanentes nesta polarização, de maneira a manter a biela (10), quando em repouso, em posição centralizada segundo eixo vertical (E1), apta a girar para qualquer lado, quando da energização das bobinas por corrente alternada e partida do motor. A porção inferior da base (3) prevê uma câmara abafadora de ruído (27), configurada por uma câmara de ar formada por paredes estruturais (28) que mantém a sobre-tampa (29) elevada em relação à face inferior da referida base. 0 compartimento tubular (7) configura elemento de proteção para o imã permanente (17), uma vez que evita agregação de partículas ferrosas.

Os aperfeiçoamentos aplicados com base nesta construtividade revelam um compressor de ar movimentado por motor síncrono passível de ser aplicado a aparelhos portáteis, particularmente inaladores a ar comprimido, trazendo as vantagens de portabilidade, pouco peso, baixo custo de montagem e produção, entre outras.

Apesar de detalhada a invenção, é importante entender que a mesma não limita sua aplicação aos detalhes e etapas aqui descritos. A invenção é capaz de outras modalidades e de ser praticada ou executada em uma variedade de modos. Deve ficar entendido que a terminologia aqui empregada é para a finalidade de descrição e não de limitação.

REIVINDICAÇÕES

Claims (3)

1. “COMPRESSOR DE AR COM MOTOR ELÉTRICO SÍNCRONO COM IMÃ PERMANENTE NO ROTOR”, mais particularmente trata de um compressor de ar (1) do tipo aplicado a aparelhos de pequeno porte e portáteis, tais como inaladores, ou ainda para micro nebulizadores, micro pinturas, sendo dito compressor de ar (1) acionado por motor síncrono (M) e dotado de um gabinete paralelepipedal, composto por tampa (2) e base (3) dotada, em sua face posterior, de uma pluralidade de orifícios (4) para entrada de ar, sendo que na face interna junto aos ditos orifícios é aplicado um filtro (5); caracterizado pelo compressor de ar (1) compreender dito gabinete paralelepipedal comportando uma estrutura única (6) moldada em termoplástico, com conformação similar a um “L”, fixada à base do gabinete por meio de coxins de apoio (C); dita estrutura única (6) apresentando ramificação horizontal como compartimento tubular (7), preferencialmente de seção circular, posicionado na porção mediana inferior do gabinete e obedecendo um eixo axial (E) horizontal do mesmo, compartimento (7) que é alojamento do motor síncrono (M) e apoio para instalação de bobinas (25) e de um estator (26); a ramificação vertical da estrutura única (6) compreende um tubular (8) desenvolvido para alojar um conjunto (9) de entrada e saída do ar, conjunto (9) este formado por uma biela (10), uma camisa (11) e respectivas válvulas de entrada (V1) e saída (V2) do ar, o compressor de ar (1) apresenta, ainda, acionamento através do motor síncrono (M), dito motor síncrono (M) sendo formado por: a) um imã (17) de polarização permanente estruturalmente cilíndrico e com polos magnéticos (N e S) orientados para próximo de uma borda do dito imã (17), sendo vazado (18) central e longitudinalmente para compor extremidades onde se apoiam pinos de ancoragem do motor (Μ), o imã (17) tendo acionamento em qualquer dos sentidos de rotação do eixo motor; e b) um pino (19) acoplado ao centro de um virabrequim (16) de acionamento da biela (10) e que é mancalizado em rolamento (20), enquanto que um outro pino (21) é apoiado em mancai formado pelo corpo do motor (22) fixado ao compartimento (7) através de parafusos (P); dito pino (21) recebe a montagem dos dispositivos de partida do motor (M), quais sejam um anel espaçador entre a hélice (23) e o compartimento (7) e um anel de acionamento (24); o acoplamento do eixo axial (E) ao imã (17) obedece a orientação dos polos magnéticos (N e S), mantendo uma chaveta ou rebaixo de acoplamento da biela sempre em uma mesma posição em relação aos polos magnéticos, mantendo a biela (10), quando em repouso, em posição centralizada segundo um eixo vertical (E1) e apta a girar para qualquer lado, quando da energização e partida do motor (M).

2. “COMPRESSOR DE AR COM MOTOR ELÉTRICO SÍNCRONO COM IMÃ PERMANENTE NO ROTOR”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela porção inferior da base (3) prever pelo menos uma câmara abafadora de ruído (27), configurada por uma câmara de ar formada por paredes estruturais (28) que mantém a sobretampa (29) elevada em relação à face inferior da referida base.

3. “COMPRESSOR DE AR COM MOTOR ELÉTRICO SÍNCRONO COM IMÃ PERMANENTE NO ROTOR”, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo compartimento tubular (7) configurar elemento que evita agregação de partículas ferrosas no imã permanente (17).