BRPI0904776A2 - Sistema e método para correção do sentido de rotação de um motor de dois pólos aplicado a uma bomba de duas vias - Google Patents

Abstract

Sistema e método para correção do sentido de rotação de um motor de dois pólos aplicado a uma bomba de duas vias. Sistema e método de identificação e correção do sentido de rotação de um motor (10) de dois pólos de fase única associado a uma bomba (10) de duas vias, aplicado em máquinas de lavar, utilizado para identificação e correção do sentido de rotação do propulsor (5) de acordo com a programação selecionada para uma lavadora permitindo também o controle da velocidade de rotação da dita bomba (10).

Description

RELATÓRIO DESCRITIVO

Sistema e método para correção do sentido de rotação de um MOTOR DE DOIS PÓLOS APLICADO A UMA BOMBA DE DUAS VIAS Campo da invenção A presente invenção pertence ao campo da engenharia eletromecânica, mais especificamente dos dispositivos eletromecânicos, comumente conhecidos por eletrodomésticos, especificamente um sistema contemplando uma bomba acoplada a um motor de dois pólos síncrono e um método de identificação e correção do sentido de rotação associado, aplicados a máquinas de lavar roupas.

Histórico da invenção A rotação inerente aos motores elétricos é base de funcionamento de muitos eletrodomésticos. Por vezes, esse movimento de rotação é óbvio, como nos ventiladores ou batedeiras de bolos, mas, freqüentemente, permanece um tanto disfarçado, como nos agitadores das máquinas de lavar roupas ou nos vidros elétricos das janelas de certos automóveis, por estar oculto no mecanismo de funcionamento desses equipamentos.

Motores elétricos são encontrados nas mais variadas formas e tamanhos, cada qual apropriado à sua tarefa e à função a que se destina. O rotor do motor precisa de um torque inicial para começar o seu giro. Este torque, também conhecido como momento, comumente é produzido por forças magnéticas desenvolvidas entre os pólos magnéticos do rotor e aqueles do estator. Forças de atração ou de repulsão, desenvolvidas entre estator e rotor, puxam ou empurram os pólos móveis do rotor, produzindo o torque, que faz o rotor girar mais e mais rapidamente, até que os atritos ou cargas ligadas ao eixo reduzam o torque, chegando a uma resultante de valor mínimo. Neste ponto, o rotor passa a girar com velocidade angular constante, mantendo o giro.

Tanto o rotor como o estator do motor devem ser magnéticos, pois são as forças entre os pólos que produzem o torque necessário para fazer o rotõr girar. O rotor é um ímã permanente que gira entre dois eletroímãs estacionários. Como os eletroímãs são alimentados por corrente alternada, seus pólos invertem suas polaridades conforme o sentido da corrente também se inverte. Assim, o rotor gira enquanto seu pólo norte é puxado primeiramente para um primeiro eletroímã - sul - e empurrado por um segundo eletroí-mã - norte. Cada vez que o pólo norte do rotor está a ponto de alcançar o pólo sul de um eletroímã estacionário, a corrente inverte e esse pólo sul transforma-se um pólo norte, alternando as forças que ‘empurram’ e ‘puxam’ o rotor. O rotor gira continuamente, terminando uma volta para cada ciclo da corrente alternada. Como sua rotação é perfeitamente sincronizada com as reversões da corrente alternada, este motor é denominado motor elétrico síncrono de corrente alternada. Tal processo pode ser mais bem compreendido com o auxílio da Figura 1. Os motores de bombas d'água com uma entrada e uma saída, aplicados a máquinas de lavar roupa, por exemplo, são desse tipo.

As bombas d’água usadas em máquinas de lavar têm como objetivo executar a drenagem do líquido presente durante a lavagem e frequentemente também são utilizadas para recircular o líquido, ou seja, deslocar continuamente a água que está presente no fundo da máquina para o topo. Existem maneiras de aperfeiçoar a tarefa de drenagem e recirculação, evitando a utilização de duas bombas d’água. Uma delas é a utilização de uma bomba comum, acoplada a uma válvula direcionadora de fluxo. Outra, menos comum, é utilizar-se de uma bomba de uma entrada e duas saídas, também conhecida por bomba Y, que utiliza uma saída para drenagem e outra para recirculação. Por meio do controle do sentido de rotação da bomba se comanda a direção do fluxo da água para uma das citadas saídas. Via de regra, o motor utilizado para esta finalidade possui mais de dois pólos, podendo, deste modo, criar um deslocamento do rotor menor que 180°, possi- bilitando, com esse deslocamento mais curto, forçar um sentido de rotação específico para o eixo. O inconveniente de tais motores é sua complexidade construtiva, fato que leva a um custo mais elevado.

Os motores de bombas d’água, comumente utilizados em máquinas de lavar roupas, possuem somente dois pólos, podendo, deste modo, alinhar os pólos somente em dois pontos, em ângulo de 180° entre eles. Isto impossibilita a geração de um controle eficaz para designar o sentido de rotação do motor. Tais motores são usados em bombas de uma entrada e uma saída, nas quais não importa o sentido de rotação, pois para qualquer dos sentidos a água é bombeada para a mesma saída. A dificuldade está no fato de como controlar uma bomba que possui duas saídas com operação simplificada, na qual não é possível controlar o sentido inicial de rotação. Não há solução econômica e simples conhecida para combinar os processos. É necessário saber para que lado o rotor esteja girando, pois em algumas bombas pode haver um elemento de derivação (comumente chamado de ‘flap’) que comuta de acordo com o sentido de rotação do rotor.

Para sanar este problema desenvolveu-se um sistema dotado de um motor de dois pólos de fase única, aplicado a uma bomba de duas vias, comumente aplicada à descarga de máquinas de lavar roupas, associado a um método de identificação e correção do sentido de rotação do motor.

Análise do estado da técnica A patente US3773432, de 13 de julho de 1971 descreve uma bomba de turbina bi-direcional para escoamento seletivo de fluidos por meio de duas diferentes descargas, dependente do sentido de rotação do propulsor. Este documento apresenta uma bomba com uma entrada e duas saídas, sem, no entanto, definir um método associado para perceber o sentido de rotação do motor. A invenção US4091644, de 08 de abril de 1977, relata uma bomba de turbina reversível que permite o escoamento seletivo de fluidos em duas diferentes direções. Apresenta uma bomba com uma entrada e duas saídas, sem, no entanto, definir um método associado para perceber o sentido de rotação do motor. O documento US5493745 descreve uma máquina de lavar roupas que re-circula e drena água por meio de uma bomba reversível e duas válvulas de duas vias que determinam o fluxo do fluido bombeado, para recirculação ou para escoamento. A patente GB 1218724, de 02 de março de 1968 relata uma bomba acionada por um motor, preferencialmente de dois pólos, sem comutação e cujo rotor é montado em uma câmara selada de uma bomba e possui sensores de posição que percebem a posição do magneto permanente para controle do circuito de comutação, porém, o documento não adianta a aplicação deste motor em uma bomba Y, com uma entrada e duas saídas. A invenção WO 2007/053042 descreve uma lavadora de roupas com recirculação, ressaltando um controle da velocidade, muito embora se refira a um motor trifásico aplicado a uma bomba de duas saídas.

Descrição resumida da invenção Esta invenção descreve um sistema e um método para identificação e correção do sentido de rotação de um motor síncrono que impulsiona uma bomba de duas vias aplicada a máquinas de lavar roupas, método este que possibilita o uso de um motor mais barato em lavadoras de roupas. O controle de velocidade do motor também proporciona maior acuracidade no processo, evitando desperdícios de água. A solução se utiliza de um motor de dois pólos associado a um método i-novador para detecção do sentido de rotação e controle da velocidade do motor, reduzindo desta maneira os custos pela simplificada construção de tais motores.

Adicionalmente, a etapa de controle da velocidade do motor evita o escoa- mento desnecessário de água, evitando desperdício. A solução apresenta também um sistema provido de uma bomba de uma entrada e duas saídas, provida de sensores e impulsionada pelo motor de dois pólos de fase única que utiliza o método proposto, proporcionando simplicidade construtiva e conseqüentemente um menor custo. O sistema ainda contempla um circuito eletro-eletrônico provido de microprocessador programado com valores de referência.

Descrição das figuras A Figura 1 revela um esquema de funcionamento de motores síncronos de dois pólos, onde se identificam os núcleos de ferro (6) que influenciam o ímã permanente (7) preso a um eixo (8) central para girar livremente quando da atuação da fonte (9) de corrente alternada. A Figura 2 revela uma vista esquemática superior em perspectiva da bomba com seus componentes: duto de entrada de líquidos (1), duto de saída para recirculação (2), duto de descarga (3), válvula (4), propulsor (5) e motor (11). A Figura 3 mostra uma vista esquemática em perspectiva da bomba Y com seus componentes: duto de entrada de líquidos (1), duto de saída para recirculação (2), duto de descarga (3), válvula (4), propulsor (5) e motor (11). A Figura 4 prevê uma vista esquemática da aplicação da bomba Y (10) em uma máquina de lavar roupas, destacando duto de recirculação (12), duto de descarga (13) e líquido de lavagem (14). A Figura 5 demonstra o fluxograma do método de correção do sentido de rotação do motor síncrono. A Figura 6 mostra um fluxograma do método de controle de velocidade, aplicado consecutivamente ao método de correção do sentido de rotação. Descrição detalhada da invenção Esta invenção compreende um sistema composto por um circuito eletro-eletrônico (não ilustrado), meios de detecção do sentido de rotação do mo- tor (11) e por uma bomba síncrona (10) de duas vias, também conhecida como bomba Y, dotada de um motor (11) de dois pólos de fase única, associada a um método para identificação e correção do sentido de rotação do propulsor (5). A bomba (10) é comumente aplicada em máquinas de lavar roupas com â finalidade de descarga para uma das vias da bomba Y (10) e recirculação para a outra via da mesma bomba Y (10).

Assim, quando acionada a bomba (10), o propulsor (5) se movimenta, impulsionando o líquido admitido pelo duto de entrada (1) à saída, que pode ser através do duto de saída para recirculação (2) ou do duto de descarga (3), separados fisicamente pela válvula (4) que direciona o fluxo de líquido de acordo com o sentido de rotação do rotor (5).

Quando do acionamento da bomba (10), o motor (11) de dois pólos gira num sentido qualquer e imprevisível. Sensores específicos alocados em quaisquer posições em que possam perceber o sentido da rotação, como, por exemplo, nas saídas (2 e 3) da bomba Y (10), na carcaça da bomba (10) , no eixo do rotor, no propulsor ou mesmo na parede da bomba (10), associados a um programa de computador específico, percebem o sentido de rotação impresso ao propulsor (5). Se o sentido de giro do propulsor (5) é percebido pelo sensor como o sentido inverso ao programado na máquina, a tensão fornecida ao motor (11) é interrompida, impedindo o funcionamento da bomba Y (10). Em seguida, nova carga é aplicada ao motor (11) , retomando-se o processo desde o início, repetidamente, até que sentido de giro esteja de acordo com a programação da máquina de lavar. Se o sentido estiver de acordo com o previamente ajustado na máquina, a bomba (10) segue seu funcionamento normalmente. O método pode ser sucintamente resumido pelas seguintes etapas: fornecimento de energia ao motor (11); o sensor percebe o sentido de rotação do motor (10) e verifica se o sentido é igual ao programado na máquina de la- var roupas. Em caso negativo, interrompe o fornecimento de energia e reinicia o ciclo. Em caso positivo continua a operação conforme programação da lavadora de roupas. O método é esclarecido pelo fluxograma da lógica do método explícito na Figura 5.

Esta primeira modalidade configura um método simplificado para detecção e correção do sentido de rotação de uma bomba Y (10), aplicável a quaisquer bombas para detecção do sentido de rotação.

Em uma modalidade preferencial, o método descrito se utiliza de um sistema eletro-eletrônico (não ilustrado), composto por sensores e um conjunto eletrônico digital, gerenciado por um microprocessador, que contenha um programa previamente definido para essas funções, com os valores de referência, que executa toda a lógica de funcionamento do método, conectado a atuadores que fazem a interface com o motor (11) da bomba (10).

Numa modalidade adicional, o método previamente abordado incorpora o controle da velocidade de rotação do motor (11) e, conseqüentemente, o controle da vazão de água impelida pela bomba Y (10). Este controle de velocidade do motor (11) da bomba (10) evita desperdícios de água, uma vez que, identificando-se previamente o sentido de rotação, evita-se o desnecessário escoamento de água. O funcionamento do programa pode ser sucintamente descrito como: solicitar escoar água por um duto (12 ou 13); ligar a bomba (10) em baixa rotação e verificar se o sentido de rotação é o desejado. Em caso negativo, desligar a bomba (10), aguardar o retomo da água e reiniciar o ciclo. Em caso positivo, acelerar a bomba (10) para entrar no intervalo de fluxo de água e indicar ao software que a posição está adequada para executar o escoamento. O funcionamento do controle de velocidade pode ser mais bem compreendido por meio da Figura 6.

Durante a fase de detecção do sentido de rotação, a vazão da bomba Y (10) é insuficiente para ocasionar a vazão de água, uma vez que a pressão gera- da pela bomba (10) é inferior à coluna de água nos dutos, mas é suficiente para permitir a detecção do sentido de rotação. A Figura 4 esclarece a posição da bomba (10) em relação aos dutos e às alturas de colunas de água. Altemativamente, pode-se utilizar somente o controle de sentido de rotação, sem a utilização do controle da velocidade do propulsor (5). Adicionalmente, o método possibilita uma leitura constante do motor (11) a fim de possibilitar a percepção da continuidade de rotação, visando identificar a perda de funcionamento devida à entrada de corpos estranhos na bomba (10) ou à perda de sincronismo da bomba (10), com isto, identificando se a bomba (10) se encontra em funcionamento adequado.

Esta invenção não se limita às representações aqui comentadas ou ilustradas, devendo ser compreendida em seu amplo escopo. Muitas modificações e outras representações da invenção virão à mente daquele versado na técnica à qual essa invenção pertence, tendo o benefício do ensinamento apresentado nas descrições anteriores e desenhos anexos. Além disso, é para ser entendido que a invenção não está limitada à forma específica revelada, e que modificações e outras formas são entendidas como inclusas dentro do escopo das reivindicações anexas. Embora termos específicos sejam empregados aqui, eles são usados somente de forma genérica e descritiva e não como propósito de limitação.

Claims (7)

1. Método para identificação e correção do sentido de rotação de um motor de dois pólos aplicado a uma bomba com uma entrada e duas saí- das caracterizado por identificar e corrigir o sentido de rotação do propulsor (5) da referida bomba (10) por meio da análise da informação de sensores que percebem o sentido de rotação do dito propulsor (5) e por interromper o fornecimento de tensão ao dito motor (11) de dois pólos quando o dito sentido de rotação é diferente daquele programado na máquina, retomando-se o processo repetidamente até que sentido de giro esteja de acordo com a programação da citada máquina de lavar.

2. Método para identificação e correção do sentido de rotação de um motor de dois pólos aplicado a uma bomba com uma entrada e duas saí- das, conforme reivindicação 1, caracterizado por apresentar as seguintes etapas: fornecimento de energia ao motor (11); análise da informação do sentido de rotação do motor (11), enviada pelo sensor; verificação do sentido de rotação em relação ao programado na máquina de lavar roupas; em caso negativo, interrupção do fornecimento de energia e reinicio do ciclo; em caso positivo, continuação da operação conforme programação da lavadora de roupas.

3. Método para controle da velocidade de rotação de um motor de dois pólos aplicado a uma bomba de duas vias caracterizado por apresentar as seguintes etapas: solicitar escoar água por um duto; ligar a bomba (10) em baixa rotação; verificar o sentido de rotação em relação ao desejado; em caso negativo, desligar a bomba (10), aguardando o retomo da água e reiniciando o ciclo; em caso positivo, acelerar a rotação da bomba (10) até o regime de fluxo de água constante.

4. Método para controle da velocidade de rotação de um motor de dois pólos aplicado a uma bomba de duas vias, conforme quaisquer das reivindicações 1 a 3, caracterizado por apresentar meios de identificação de perda de sincronismo do motor (11) através da leitura de o-peração do motor (11).

5. Sistema para identificação e correção do sentido de rotação de um motor de dois pólos aplicado a uma bomba com uma entrada e duas saídas caracterizado por possuir bomba (10) fisicamente dotada de uma entrada (1) e duas saídas (2 e 3) acoplada a um motor (11) de dois pólos tipo fase única, meios de identificação do sentido de rotação do dito motor (11) e ainda, um circuito eletro-eletrônico, conectado ao dito motor (11) e aos ditos meios de identificação, provido de microprocessador programado com valores de referência, para controle de operação.

6. Sistema para identificação e correção do sentido de rotação de um motor de dois pólos aplicado a uma bomba com uma entrada e duas saí- das, conforme reivindicação 5, caracterizado por apresentar meios de identificação de sincronismo do motor (11) através da leitura da rotação motor (11).

7. Sistema para identificação e correção do sentido de rotação de um motor de dois pólos aplicado a uma bomba com uma entrada e duas saí- das, conforme reivindicação 5, caracterizado por apresentar propulsor (5) com velocidade de rotação variável.