PT96214B - Processo para a producao em massa de uma maquina rotativa com imas interiores e maquina rotativa com imas interiores produzida por este processo - Google Patents

Processo para a producao em massa de uma maquina rotativa com imas interiores e maquina rotativa com imas interiores produzida por este processo Download PDF

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Frederick Bradford Reiter Jr
Brad Claud Koelblinger
Daniel Wayne Mcgee
Vamaraju Sree Rama Murthy
John Stephen Draper
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American Motion Syst Inc
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Description

AMERICAN MOTION SYSTEMS, INC
PROCESSO PARA A PRODUÇÃO EM MASSA DE UMA MÁQUINA ROTATIVA COM
IMÃS INTERIORES E MÁQUINA ROTATIVA COM IMÃS INTERIORES PRODUZIDA POR ESTE PROCESSO
Campo da invenção
A presente invenção diz respeito a máquinas rotativas com imãs internos, tais como motores e geradores, e, mais particularmente, a um processo de baixo custo para a produção em massa de uma máquina rotativa com imãs internos, e à máquina rotativa com imãs internos produzida por este processo.
Fundamento da invenção
As máquinas rotativas com imãs internos são bem conhecidas na técnica e incluem motores e geradores com imãs internos. As máquinas rotativas com imãs internos constituem um tipo de máquinas rotativas com imas permanentes e compreendem geralmente um rotor que tem integrados no seu interior imãs. Podem encontra-se exemplos de máquinas com imãs interiores nas patentes de invenção norte-americanas N9 4 700 097 e N9 4 486 678.
As máquinas com imãs interiores têm sido objecto de amplas investigações, devido à sua estrutura de rotor única que combina caracteristicas síncronas e de indução num rotor maciço que utiliza imãs permanentes. As máquinas com imãs permanentes podem ser usadas em diversos ambientes, com corrente alternada
-2e com corrente contínua, e proporcionam um binário de saída geralmente constante em toda a sua gama de velocidades, que pôde incluir velocidades muito elevadas, devido à construção do rotor com imas interiores. As máquinas com imãs interiores são também preferidas devido ao seu trajecto do fluxo entre o rotor e o estator, sem contacto e bidimensional (perpendicular ao eixo do rotor).
Antes do desenvolvimento das máquinas com imãs interiores, as máquinas rotativas eram caracterizadas por possuírem enrolamentos eléctricos num rotor, pela utilização de anéis colectores ou escovas para adaptação à rotação dos enrolamentos ou para comutar o sentido da corrente eléctrica e pela manutenção de uma ligaçao eléctrica rotativa. Este tipo de máquina da técnica anterior exige que o rotor esteja em contacto elêctrico com o estator. Assim, são necessários anéis colectores e escovas, apesar de eles diminuirem o rendimento operacional, como consequência de perdas de potência devidas à resistência eléctrica do contacto das escovas, e como resultado das perdas de atrito devido à força de arrasto das escovas no rotor. Os enrolamentos do rotor também aumentam de maneira significativa a massa do rotor, exigindo menores velocidades de rotação ou mais energia fornecida pelo motor primário. Além disso, a rotação constante, o aquecimento e as forças magnéticas exercidas nas bobinas e no seu isolamento provocam nos mesmos fadiga, fissuras, degradaçao e, com o tempo, finalmente avarias.
As máquinas com imãs interiores resolvem estes problemas χ
è' .»
-3mediante a montagem de imas permanentes, em vez de electroimãs, no rotor. Isso elimina a necessidade de ligações eléctricas rotativas, economiza a energia eléctrica, de outro modo gasta para formar o campo indutor, diminui a quantidade de calor gerado internamente e aumenta a densidade de potência.
Não obstante as vantagens anteriores, as máquinas com imãs interiores não têm sido muito usadas devido ao facto de não se dispor ainda de um processo de produção em massa de uma máquina com imas interiores a baixo custo, até ao presente. Ver, por exemplo, a patente de invenção norte-americana N2 4 725 750, que descreve um rotor com imãs permanentes interiores que possui uma carcaça que inclui um grupo de aberturas de passagem em torno da sua periferia, estendendo-se paralelamente ao eixo da carcaça do rotor, no interior da sua parte central. Um imã permanente de passagem correspondente é inserido em cada uma das aberturas da carcaça do rotor.
Infelizmente, o rotor da máquina da referida patente de invenção norte-americana N2 4 725 750 é difícil de produzir eficazmente em massa, devido à necessidade de proporcionar aberturas de passagem na parte central do rotor. Em particular, as carcaças do rotor têm de ser feitas ao mesmo tempo por uma operação. de moldação, ou então cada uma das aberturas de passagem tem de ser cortada individualmente da parte central da carcaça do rotor. A moldaçao ou o corte são inerentemente operações lentas e caras, de modo que estes rotores não podem ser . produzidos em massa de maneira eficiente.
-4Por outro lado, além de ser ineficiente do ponto de vista da produção em massa, a máquina descrita na referida patente de invenção norte-americana N9 4 725 750 ê ineficiente devido ao facto de se verificarem trajectos de dispersão do fluxo associados aos imãs de passagem situados na zona central. Como é bem conhecido dos especialistas na matéria, as dispersões do fluxo provocam perdas por histerese, por correntes de Foucault, produção de calor e trajectos das linhas de força magnéticas que funcionam abaixo da saturação completa, resultando daí uma densidade de energia baixa e um aumento do volume e do peso. Além disso, é muito difícil, se nao impossível, magnetizar uniformemente esses imãs de passagem, em particular nas respectivas extremidades.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
Portanto, constitui um objecto da presente invenção proporcionar uma máquina rotativa com imãs interiores aperfeiçoada.
Outro objecto da presente invenção consiste em proporcionar um processo aperfeiçoado para o fabrico de uma máquina rotativa com imãs interiores.
Ainda um outro objecto da presente invenção é proporcionar uma máquina rotativa com imas interiores eficiente, de baixo custo e susceptível de ser produzida em massa.
Ainda outro objecto da presente invenção consiste em proporcionar uma máquina rotativa com imãs interiores que não exige a formação individual de aberturas de passagem na parte central da carcaça do rotor para receber imãs permanentes moldados de
-5maneira correspondente.
Outro objecto da presente invenção é proporcionar uma máquina rotativa com imãs interiores que não exige o corte indi vidual de aberturas de passagem na parte central da carcaça do rotor para receber imãs permanentes moldados de maneira correspondente.
Outro objecto ainda da presente invenção é proporcionar uma máquina rotativa com imas permanentes interiores que minimiza a dispersão do fluxo, a perda por histerese, a perda por corrente de Foucault e a produção do calor.
Outro objecto ainda da presente invenção consiste em proporcionar uma máquina rotativa com imãs interiores que utiliza imãs baratos, susceptíveis de ser produzidos em série, que podem ser magnetizados uniformemente.
Estes e outros objectos da presente invenção são propor cionados por um processo para a fabricação de um rotor pela for mação de uma estrutura alongada que possui canais na sua periferia e estendendo-se paralelamente ao eixo longitudinal da estrutura. A estrutura alongada é cortada em carcaças de rotor individuais com um comprimento pré-determinado estendendo-se os canais desde uma sua extremidade até à extremidade oposta. Os imanes são colocados nos canais. Podem colocar-se peças polares nos imanes nos canais. Os canais, as peças polares e os imãs po dem ter as formas de U, de V ou outras. A face exterior de um ima pode adaptar-se à superfície de um canal, e uma peça polar pode adaptar-se à face interior de um imã.
-6Ver-se-á que o processo segundo a presente invenção permite a formação contínua, de preferência por extrusão, de um grande número de rotores, com canais já incorporados de uma extremidade até à extremidade oposta. Não ê necessário moldar ou cortar individualmente cavas nas partes centrais das carcaças do rotor. Podem usar-se ferramentas convencionais de extrusão e de corte para formar os rotores. Por conseguinte, proporciona-se um rotor de baixo custo e que pode ser produzido em massa.
Pela aplicação prática do processo segundo a presente invenção, produz-se uma máquina com imãs interiores com uma estrutura do rotor eficiente. Em particular, esta estrutura do rotor tem uma carcaça do rotor com canais que se estendem de uma extremidade até à extremidade oposta na carcaça do rotor. Cada canal pode incluir um ou mais imãs com formas diferentes.
Proporcionando canais e imãs que se estendem de uma extremidade à outra da carcaça do rotor, e não simplesmente na porção central da caracaça, o rotor segundo a presente invenção encaminha de maneira eficiente o fluxo para evitar perdas de fluxo indesejáveis e obter uma densidade de energia muito elevada. Nao há virtualmente quaisquer perdas por histerese nem por correntes de Foucault e reduz-se muito o aquecimento. Substancialmente todos os trajectos permeáveis magneticamente estão completamente saturados em todos os instantes, reduzindo-se a quantidade de ferro, o volume e o peso e aumentando-se a relaçao potência/peso.
-ΊBreve descrição dos desenhos
Tendo sido descritas algumas das características e vantagens da presente invenção, outras ainda surgirão no decurso da descrição seguinte, feita com referência aos desenhos anexos, cujas figuras representam:
A fig. 1, uma vista em perspectiva do processo de fabricação de uma estrutura alongada com cavas, segundo a presente invenção;
A fig. 2, uma vista em planta de uma parte da estrutura alongada representada na fig. 1 depois de ter sido cortada para formar carcaças de rotores segundo a presente invenção;
A fig. 3, uma vista em perspectiva com as peças separadas, ampliada, de uma carcaça de rotor segundo a fig. 2, mostrando uma forma de realizaçao da maneira como se posicionam nas cavas os imãs e as peças polares, segundo a presente invenção;
A fig. 4, uma vista em planta da carcaça do rotor com os imãs e as peças polares nas cavas da fig. 3, com tampas terminais colocadas nas extremidades da carcaça do rotor, segundo a presente invenção;
A fig. 5, uma vista em planta de uma máquina rotativa com a carcaça do rotor encaixada com imãs e peças polares nas cavas da fig. 4, posicionados num conjunto de estator anular convencional, segundo a presente invenção;
A fig. 6, uma vista em corte transversal da máquina rotativa, feito pela linha (6-6) da fig. 5, incluindo um circuito eléctrico de comando para o conjunto do estator;
-8A fig. 7, uma vista ampliada em corte de uma parte da carcaça do rotor da fig. 3 de uma segunda forma de realização da presente invenção, na qual as cavas e os imãs têm a forma de V;
A fig. 8, uma vista ampliada em corte transversal de uma parte da carcaça do rotor da fig. 3 de uma terceira forma de realização da presente invenção, na qual as cavas e os imãs têm a forma de um U;
A fig. 9, uma vista ampliada em corte transversal de uma parte da carcaça do rotor da fig. 3 de uma quarta forma de realizaçao da presente invenção, na qual se colocam dois imas em cada cava;
A fig. 10, uma vista ampliada em corte transversal de uma parte da carcaça do rotor da fig. 3 de uma quinta forma de realização da presente invenção, na qual se colocam três imãs em cada cava;
A fig. 11, uma vista ampliada em corte transversal de uma parte da carcaça do rotor da fig. 3 de uma sexta forma de realização da presente invenção na qual as cavas e os imãs são mantidos mutuamente com um aperto moderado e há coberturas não magnéticas fixadas junto da periferia da carcaça do rotor nas pontas de cada imã; e
A fig. 12, uma vista em corte transversal de uma máquina rotativa com imãs magnéticos interiores bipolar, com um imã entre duas carcaças do rotor.
-9Descrigao pormenorizada da forma de realização preferida
Embora a presente invenção seja a seguir descrita com particular referência aos desenhos anexos, deve entender-se no início desta descrição que podem ser introduzidas pelos especialistas na matéria modificações das disposições específicas aqui descritas e representadas, desde que se continuem a atingir os objectivos desejados da presente invenção. Por conseguinte, as descrições e as ilustrações devem ser tomadas como descrições alargadas e pedagógicas dirigidas aos entendidos na matéria e não limitam o escopo da presente invenção.
A fig. 1 ilustra uma estrutura monolítica alongada (15) que está a ser formada por uma máquina de extrusão convencional (20), através da matriz (30). A máquina de extrusão (20) pode ser de tipo convencional, tal como a fabricada pela Sutton EnginQering Company. De preferência, pode utilizar-se um processo de estiramento a quente ou a frio na máquina de extrusão (20). Conforme o processo de extrusão usado, pode ser necessário algum trabalho de maquinagem para dar à estrutura (15) as tolerâncias apropriadas.
A matriz de extrusão (30) tem uma forma tal que, quando se faz a extrusão da estrutura (15), se formam as cavas (16) na periferia da estrutura (15) paralelamente ao seu eixo longitudinal (12). A matriz de extrusão (30) pode ser feita de aço de ferramentas. A Plymouth Tube Company fabrica uma matriz de extrusão (30) apropriada, dimensionada para cem toneladas. Podem usar-se matrizes com formas diferentes para variar a forma das
-109 «fc cavas (16) (ou, em particular, o seu número) e a estrutura (15). O comprimento preferido para extrudir a estrutura (15) é de 0,3048 m (12”) a 9,144 m (30 pês).
Em vez de ser extrudida por técnicas de extrusão convencionais, a estrutura alongada (15) poderia antes ser formada por forjamento, por maquinagem de um material em barra, por estampagem, por moldação em areia, moldação por revestimento (cera perdida) ou moldação por matrizes. A estrutura (15) pode ser cilíndrica ao longo da periferia (11) ou ter qualquer outra forma.
Por exemplo, tendo diferentes aplicações em mente, a estrutura (15) pode ter a forma de salsicha, da panqueca (pancake) ou quadrada.
De preferência, esta estrutura (15) seria feita de ferro macio, de aço com baixo teor de carbono ou de qualquer outro tipo de composição ferromagnética macia com elevada permeabilidade magnética. A estrutura (15) pode ter uma abertura ao longo do eixo (12) (não representada) para um veio destinado a fixar-se na mesma. Porém, a estrutura (15) pode também ser maquinada em determinados sítios para formar, a partir da mesma, o veio (42).
Com referência â fig. 2, a estrutura alongada (15), depois de um arrefecimento suficiente, é cortada, ou dividida em fatias ou em cubos, em pontos de serração (45), perpendicularmente ao eixo longitudinal (12), para formar várias carcaças de rotor (40) com um comprimento pré-determinado. Podem ser usadas técnicas de corte convencionais, tais como serras de fita, ou
serras horizontais com folhas de serra circular para cortar metal, como as fabricadas pela LeBlond, Mazak e Makino Co. 0 comprimento dos cortes depende do tipo de máquina rotativa necessária para cada tipo de motor ou gerador em que se aplica esta estrutura de rotor.
A fig. 3 mostra uma carcaça de rotor (40), com as suas cavas (16) estendendo-se de um extremo ao outro. Um imã (17) é colocado numa cava (16). É bem conhecido dos especialistas na matéria que cada um dos imãs (17) pode ser formado por dois ou mais imãs e que os imãs (17) podem ter a mesma extensão que as cavas. De preferência, pode colocar-se uma peça polar (18) permeável magneticamente na face interior (17b) do imã (17) em cada cava (16), sendo além disso a peça polar (18) alinhada cilindricamente com a carcaça do rotor (40) ao longo da periferia (11) . Os imãs (17), as cavas (16) e as peças polares (18) podem ser fixadas de maneira amovível entre si, para maior conveniência na montagem e desmontagem. Em alternativa, os imãs (17) e as peças polares (18) podem ser colocadas em cada cava respectiva depois da formação da estrutura (15) mas antes de ser cortada em carcaças de rotor (40) individuais.
As cavas (16) têm superfícies laterais (16b) junto da periferia (11) e uma superfície inferior (16a) junto do eixo (12) . A variedade de formas das cavas (16), como se representa nas fig. 3 e 7 a 11, pode modificar um tanto a forma das superfícies (16a) e (16b). Compreender-se-á que os termos lateral e inferior sao usados apenas para fins de identificação, para
-12descrever as variações das formas das cavas (16).
As cavas (16) podem ter partes alargadas (16c) junto das superfícies laterais (16b). Em vez de partes (16c), pode haver uma certa variedade de outras formas das cavas (16), como se ilustra nas fig. 3, 9 e 11. As cavas (16) podem também incluir saliências (96), como se descreve adiante.
As peças polares (18) podem ser feitas separadamente por um processo de extrusão, de laminação ou outros. Estas peças polares (18) sao permeáveis magneticamente e podem ser feitas de ferro macio, de aço de baixo teor de carbono ou de qualquer outra composição ferromagnética macia.
As formas e as configurações dos imas (17) serão discutidas com referência às fig. 3 e 7 a 11. Os imãs (17) podem ser feitos a partir de grupos conhecidos de ferrites, imãs de terras raras, imãs de aço, de ALNICO, de ligas de ferro-crómio-cobalto, de Lodex (imãs de ferro-cobalto electrodepositado) ou outros idênticos. Os imãs de ferrites e de metais das terras raras são produzidos por um processo de sinterização que forma uma massa homogénea por aquecimento, sem fusão. A maneira preferida para magnetizar uniformemente o imã (17) ê ter polaridades diferentes nas faces interior e exterior (17a) e (17b). Por outras palavras, a face exterior (17a) pode ter uma polaridade orientada sul e seria colocada em contacto com a cava (16) para formar um circuito permeável magneticamente entre estes dois materiais (16) e (17). A face interior (17b) do imã (17) seria orientada magneticamente com a polaridade norte e tipicamente
-13-V5 seria colocada em contacto com a peça polar permeável magneticamente (18) para formar um circuito permeável magneticamente entre estes dois materiais (17) e (18). Assim, a forma de realizaçao preferida tem as peças polares (>18) como polos norte e a carcaça do rotor (40) como polos sul. Mas as polaridades poderiam ser precisamente as opostas, obtendo-se o mesmo comportamento da máquina.
Uma intensidade de campo substancialmente constante, juntamente com a utilização de partes permeáveis com forma e espaçamento apropriados do rotor conduzem a um binário de saída, ou a uma tensão de saída, mais uniformes, isto ê, isentos de distorção de harmónicas superiores. Preferem-se áreas das superfícies polares norte e sul iguais ao longo da periferia (11) da carcaça do rotor montada (40).
Fazendo agora referência à fig. 4, a carcaça do rotor (40) com os imãs (17) e as peças polares (18) neles fixadas (com forma cilíndrica nesta forma de realização montada) mostra as tampas terminais (50) fixadas nas extremidades opostas da carcaça do rotor (40). As tampas terminais (50), ou placas terminais, podem ser fixadas na carcaça do rotor (40) Qou nas peças polares (18 )J por meio de parafusos de fixação (51). Os parafusos de fixação (51) podem ser recebidos em ranhuras roscadas (82). As tampas terminais (50) são feitas de um material substancialmente não permeável. As tampas terminais (50) permitem velocidades mais elevadas, carcaças do rotor (40) maiores e montagem e desmontagem mais fáceis. Os motores de velocidade ele-
-1 4vada podem também necessitar de um anel de retenção em torno da periferia da carcaça do rotor (40). 0 veio (42) pode ser fixado nas tampas terminais (50), introduzido e fixado numa abertura (não representada) ao longo do eixo (12) da carcaça do rotor (40), ou maquinado a partir da carcaça do rotor (40), como se mencionou anteriormente.
A fig. 5 mostra a carcaça da armação do rotor (40) da fig. 4 completa, envolvida por um conjunto de estator (60) convencional e colocado na carcaça (65) da máquina (70). 0 rotor ê suportado em chumaceiras (59) no veio (42), rotativamente.
A fig. 6 mostra uma vista em corte transversal da carcaça do rotor (40) e do conjunto do estator (60) montados. Este conjunto do estator (60) envolve a carcaça do rotor (40) de modo a formar-se entre os dois um pequeno entreferro de ar (80).
O entreferrro (80) pode isolar termicamente a carcaça do rotor (40) montada em relação ao conjunto do estator (60) para minimizar a degradação dos imãs (17) com o aumento da temperatura.
Os dentes do estator (85) são incluídos no estator e em torno deles podem enrolar-se as bobinas (86) (só uma está representada). Adicionalmente, liga-se um circuito de comando (87) apropriado às bobinas eléctricas (86) da maneira bem conhecida pelos especialistas na matéria. Um circuito de comando (87) apropriado, como o usado convencionalmente na técnica, fabricado pela Reliance, do modelo AC 2105, pode aqui ser usado. Como é sabido, este circuito (87) pode ser usado para aumentar ou diminuir o fluxo magnético conforme for necessário. Este circuito de co-15mando (87) pode ser usado selectivamente para ajudar a suprimir picos ou variações bruscas de tensão. Além disso, este circuito de comando (87), juntamente com enrolamentos amortecedores, pode melhorar o binário de arranque e eliminar oscilações indesejadas, durante as variações de carga. Além disso, o circuito de comando (87), ligando-o a um inversor, pode bloquear a carcaça do rotor (40) no sincronismo com velocidade nula e levar a carcaça do rotor (40) ãs velocidades elevadas, como se desejar.
Isso proporciona uma máquina rotativa com velocidade variável. Além disso, o circuito de comando (87) pode ser ligado numa disposição monofásica ou numa disposição polifásica, para o tornar mais versátil para aplicações sofisticadas, incluindo a co-geração.
A fig. 7 é uma vista em corte transversal ampliada de uma parte da carcaça do rotor (40) pronta, da fig. 3. Em particular, a cava (16) tem uma superfície inferior com um vértice (16a) e superfícies laterais (16b). A face exterior (17a) do imã (17) está encostada às superfícies (16a) e (16b) da cava. Nesta forma de realização, as superfícies (16a) e (16b) da cava e a face exterior do imã (17a) têm a forma de V e ajustam-se mutuamente. Podem também usar-se dois ou mais imãs para formar o imã (17) em forma de V. Além disso, a peça polar (18) está em alinhamento cilíndrico com a carcaça do rotor (40) ao longo da periferia (11). Há entreferros (90) entre as pontas do imã (17) e a periferia (11) da carcaça do rotor (40). Esse entreferro é um isolante para a dispersão: de fluxo (isto ê, tem permeabilidade
-16magnética baixa e portanto não constitui qualquer circuito magnético) e ajuda a orientar o fluxo através dos componentes apropriados do rotor e do estator. Daí resulta uma maior densidade de energia.
A fig. 8 ê uma vista em corte transversal ampliada de uma parte da carcaça do rotor pronta (40) da fig. 3. Para esta forma de realização, o imã (17) e a cava (16) têm a forma de um U e as superfícies respectivas ajustam-se, como se ilustra genericamente na fig. 7.
A fig. 9 é uma vista em corte transversal ampliada de uma parte da carcaça do rotor completa (40) da fig. 3. Dois imãs (17w) e (17x) estão colocados respectivamente encostados às superfícies laterais da cava (16b). Em particular, em vez de imãs maciços em forma de U, esta forma de realizaçao utiliza dois imas de pequenas dimensões convencionalmente com a forma de barra ou rectangular. Assim, o entreferro (32) fica na superfície inferior (16a) da cava.
A fig. 10 é uma vista emicorte transversal ampliada de uma parte da carcaça do rotor completa (40) da fig. 3, na qual se colocam três imãs em cada cava (16). Designadamente, dois imãs laterais (17y) e um imã inferior (17z). O imã inferior (17z) fica assente na superfície inferior (16a) da cava e os imãs (17y) assentam nas superfícies laterais (16b) da cava. Os imãs (17y) e (17z) podem ter qualquer forma, desde que se ajustem à cava (16).
A fig. 11 é uma vista em corte transversal ampliada de /?
//
-17uma parte da carcaça do rotor completa (40) da fig. 3, na qual a cava (16), o imã (17) e a peça polar (18) são mantidas unidas com um aperto ligeiro e tampas não magnéticas (95) são fixadas entre as pontas do imã (17) e a periferia (11). As saliências (96) da carcaça do rotor (40) e as saliências (97) da peça polar (18) ajustam-se de maneira correspondente com as tampas não magnéticas (95) com forma apropriada, para reter os imãs (17) e as tampas (95) na carcaça do rotor (40). Assim, a força centrífuga, tal como a que se gera durante a rotação da carcaça do rotor (40), não provocara o deslocamento das peças, prejudicando o funcionamento.
Estas tampas não magnéticas (95) podem não ser necessárias para máquinas de velocidades baixas. Isto porque os entreferros (90) são um isolador do fluxo de dispersão tão bom como as tampas não magnéticas (95). Contudo, para as aplicações de velocidades elevadas, preferem-se as tempas não magnéticas (95) para impedir trajectos de dispersão de fluxo indesejados ou circuitos magnéticos indesejados e para evitar a destruição física da estrutura do rotor devido à força centrífuga que nela actua. Estas tampas (95) são feitas de material não magnético ou com baixa permeabilidade magnética, por exemplo de alumínio ou de madeira.
De preferência, os imãs (17) podem adaptar-se â superfície das cavas (16), como se mostra pelos imãs modelados das fig. 7, 8, 10 e 11. Como a carcaça do rotor (40) e os imas (17) estão em contacto, ou formam de outro modo um circuito de baixa
-18V.
relutância, obtém-se um desenho sólido com o mínimo de dispersão de fluxos. Portanto, é necessário menos material magnético para produzir um motor. Resulta daí um motor mais barato.
A carcaça do rotor (40) pode também ter muitas configurações diferentes dos polos. Um desenho do rotor com oito polos tem peças polares (18) (de preferência os polos norte ou polos N) a 0°, 90°, 180° e 270° de arco da carcaça do rotor (40), enquanto os polos opostos (de preferência os polos sul ou polos S) estão nas arestas exteriores da carcaça do rotor f40) nas posições que correspondem aproximadamente aos arcos de 45°, 135°, 225° e 315°. Numa disposição apropriada, como atrás se mencionou, os imãs (17) são magnetizados de tal modo que as faces interiores (17b) dos imãs se encostam a peças polares (18) com orientação de fluxo norte (N), enquanto as faces exteriores dos imas (17a) têm a orientação sul (S).
Em contraste com uma máquina de oito polos, uma máquina com quatro polos, teria polos N nas posições de 0° e 180°, enquanto teria polos S nas posições de 90° e 270°. Como é compreendido pelos especialistas na matéria, poderiam proporcionar-se configurações de dois polos, quatro polos, oito polos, dezasseis polos, trinta e dois polos ou outras, para a máquina rotativa com imãs interiores.
Fazendo agora referência à fig..12, nela está representada uma forma de realização de .um motor com imãs interiores com dois polos. Com referência à fig. 12, o rotor (110) inclui uma carcaça superior e outra inferior do rotor (111) e (112), res-19pectivamente, e entre elas um imà (114). A periferia (113) das carcaças (111) e (112) do rotor, respectivamente, ê de preferência circular, embora possam formar-se outras configurações periféricas. Numa forma de realização preferida, o imã (114) tem faces superior e inferior (117) e (118), respectivamente, polarizadas com polaridades opostas, sendo de preferência faces planas. Dando às faces (115) e (116) a forma plana, nas carcaças superior e inferior (111) e (112), respectivamente, forma-se um circuito magnético de permeabilidade elevada. 0 imã permanente (114) também inclui faces (119) e (120) que podem ser cavadas a partir da periferia (113) para formar entreferros (121) e (122), respectivamente. Em alternativa, os lados (119) e (120) do imã (114) podem estender-se até à periferia (113). A forma de realizaçao ilustrada na fig. 12 mostra carcaças do rotor superior e inferior (111) e (112), respectivamente idênticas. Mas compreender-se-á que as carcaças do rotor podem ser assimétricas, de modo que uma das carcaças (111) ou (112) pode incluir um furo para um veio (nãõ representado). Em alternativa, podem tampas terminais (não representadas) incluir em si um veio.
Compreender-se-á que o rotor da fig. 12 pode ser formado como atrás se referiu relativamente às fig. 1 a 5. Por outras palavras, pode formar-se uma primeira e uma segunda estruturas alongadas,utilizando um processo de extrusao ou outro, cortar-se as estruturas em comprimentos pré-determinados e colocar-se imãs entre os mesmos para formar o rotor. Compreender-se-á que, enquanto na fig. 12 se referem carcaças de rotor superior e infeζ
rior, estas carcaças funcionam da mesma maneira que a carcaça do rotor e as peças polares das outras formas de realização.
Em funcionamento, o fluxo magnético passa do polo N mais próximo para o polo S mais próximo, como se ilustra no trajecto bidimensional do fluxo (100) da fig. 6. Um trajecto bidimensional do fluxo significa que o fluxo passa no plano da máquina perpendicular ao eixo longitudinal (12) e não paralelamente ao eixo (12). Por conseguinte, o fluxo magnético origina-se no polo N da peça polar (18), atravessa o entreferro (80), entra e sai dos dentes (85) do estator e das bobinas eléctricas (86), atravessa de novo o entreferro (80) e chega ao polo S mais próximo na carcaça do rotor (40). Com efeito, o fluxo interactua com as bobinas eléctricas (86) para produzir energia (isto é, num gerador) ou o fluxo proveniente das bobinas (86) excitadas actua na carcaça do rotor (40) para forçar a sua rotação (isto é, como motor - - nao está representado o percurso do fluxo). A carcaça do rotor (40) roda de uma posição circular para outra, dentro do conjunto fixo do estator (60), conforme for operado o motor/gerador.
Nos desenhos e na descrição, apresentaram-se formas de realização preferidas do processo para a produção em massa de uma máquina rotativa com imãs interiores e a máquina rotativa com imãs interiores produzida por esse processo. Esta máquina com imas interiores pode ser do tipo síncrono com polos salientes de imas permanentes, do tipo do motor de corrente contínua com imãs permanentes e sem escovas ou qualquer outro motor/ge-21 -
rador com trajecto bidimensional .do fluxo entre a carcaça do rotor (40), o entreferro (80) e o estator (60). O conjunto do estator (60), as bobinas (86) associadas e o circuito de comando (87) podem ser dos tipos que têm sido usados nas máquinas de .. indução e síncronas mono-, di- ou trifásicas, mas não se limitam de modo nenhum a esses tipos.
Embora se tenham usado termos específicos, eles são usados num sentido genérico e descritivo apenas e não com fins de limitaçao, sendo o escopo da presente invenção o definido nas reivindicações anexas.

Claims (17)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1.- Estrutura de rotor para uma máquina rotativa que compreende:
    uma carcaça de rotor. (40) com canais (16), que se esten dem de uma sua extremidade ã extremidade oposta; e pelo menos um imã (17) num dos referidos canais respectivo.
  2. 2.- Estrutura de rotor de acordo com a reivindicação
    1, na qual a referida carcaça de rotor (40) á monolítica.
  3. 3.- Estrutura de rotor de acordo com qualquer das reivindicações 1 e 2, na qual a referida carcaça de rotor (40) é uma carcaça de rotor genericamente cilíndrica e magneticamente permeável.
    .
  4. 4,- Estrutura de rotor de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 3, na qual os referidos canais (16) e o imã ou os imãs (17) são escolhidos do grupo formado por:
    a) , canais e imã ou imãs em forma de U;
    b) canais e imã ou imãs em forma de V;
    c) canais de forma arbitrária e dois imãs (17w, 17x) em cada canal; estando um.dos imãs de cada par de imãs colocado ao longo do lado respectivo do canal, afastado do fundo do canal (16a) para formar um entreferro de ar (32) no fundo do canal (16a); e
    d) canais de. forma arbitrária e três imãs (17y, 17z) em cada canal, estando o primeiro imã (17z) colocado.no fundo de cada canal (16a) e os outros dois imãs (17y) colocados nos lados respectivos de cada canal (16b).
  5. 5.- Estrutura de rotor de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 4, na qual o imã ou os imãs (17) incluem uma superfície interior e uma superfície exterior (17a, 17b). estan do a referida superfície exterior do imã (17a). adaptada para ser recebida contra o referido canal (16), e compreendendo ain
    Ζ-24- da:
    pelo menos uma peça polar (18) colocada coextensivamente na referida superfície interior do imã (17b).
  6. 6. - Estrutura de rotor de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 5, que compreende ainda:
    pelo menos uma tampa terminal (50) colocada em pelo menos uma das extremidades da carcaça do rotor (40).
  7. 7. - Estrutura de rotor de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 6, em combinação com:
    um conjunto de estator (60) que envolve a referida carcaça de rotor (40) com o referido imã ou os referidos imãs nos referidos canais (16),. para desse modo formar uma máquina rota tiva.
  8. 8. - Estrutura de rotor de acordo com a reivindicação 7, numa outra combinação com:
    um circuito de comando (87) eléctrico ligado ao referido conjunto de estator (60).
  9. 9. - Processo para a fabricação de um rotor para uma mã quina rotativa que compreende as fases de:
    formar uma estrutura alongada com canais (16), na sua periferia, paralelos ao eixo longitudinal (12) da mesma;
    .-25ί cortar a estrutura alongada (15) para formar carcaças de rotor (40) com um comprimento pré-determinado com canais que se estendem de uma extremidade até à extremidade oposta das mesmas ; e colocar imãs (17) nos canais.
  10. 10. - Processo para a fabricação de um rotor de acordo com a reivindicação 9, na qual a referida fase de formação compreende a fase de:
    extrudir uma estrutura alongada (15) com canais (16) na sua periferia, paralelos ao seu eixo longitudinal (12) .
  11. 11. - Processo para a fabricação .de um rotor de acordo com qualquer das reivindicações 9 e 10, no qual a referida fase de colocação, compreende a fase de:
    colocar imãs (17)· coextensivamente nos canais (16) da es trutura alongada (15).
  12. 12. - Processo para a fabricação de um rotor de acordo com qualquer das reivindicações 9 e 10, no qual a referida fase de colocação compreende a fase de:
    colocar imãs (17) coextensivamente nos canais (16) das carcaças de rotor (40).
  13. 13.- Processo para a fabricação de um rotor de acordo com qualquer das reivindicações 9 a 12, no qual os imãs (17) incluem uma superfície, interior e uma superfície exterior (17a,17b), estando a superfície exterior (17a) do imã adapta da para ser recebida contra os canais e compreendendo ainda a fase de:
    colocar pelo menos uma peça polar (18) na superfície interior (17b) do imã.
  14. 14. - Processo para a fabricação de um rotor de acordo com qualquer das reivindicações 9 a 13, compreendendo ainda a fase de:
    colocar pelo menos uma tampa terminal (50) em pelo menos uma das extremidades da carcaça de rotor (40).
  15. 15. - Processo para., a fabricação de um rotor de acordo com qualquer das reivindicações 9 a 14, que compreende ainda a fase de:
    posicionar a armação de rotor (40). com imãs (17) nos ca nais (16) do mesmo num conjunto de estator (60) para desse modo formar uma máquina rotativa.
  16. 16. - Processo para a fabricação de um rotor para uma máquina rotativa, que compreende as fases de:
    formar uma primeira e uma segunda estruturas alongadas com um eixo longitudinal;
    cortar a primeira e a segunda estruturas alongadas em comprimentos pré-determinados para formar carcaças superior e inferior (111,112) de rotor;.e colocar um imã (114) entre as referidas primeira e se gunda estruturas alongadas (111,112).
  17. 17.- Rotor para uma máquina rotativa que compreende:
    carcaças superior e inferior (111,112); e um imã (114) entre as referidas carcaças de rotor superior e inferior (111,112).
    Lisboa, 14 de Dezembro de 1990 O Agente Oficial da Propriedade Industrial
    RESUMO.
    PROCESSO PARA A PRODUÇÃO EM MASSA DE UMA MÁQUINA ROTATIVA COM IMÃS INTERIORES E MÁQUINA ROTATIVA COM IMÁS INTERIORES PRODUZI
    DA POR ESTE PROCESSO
    A invenção refere-se a um processo para a produção em massa de uma máquina rotativa com imãs interiores.
    Um rotor para uma tal máquina, tal· como um motor ou um gerador, é produzido em massa formando uma estrutura alongada. Esta estrutura tem canais, na sua periferia que são paralelos ao eixo longitudinal da estrutura. A estrutura alongada é cortada para formar carcaças de rotor com um comprimento pré-determinado com canais que se estendem de uma extremidade até â sua outra extremidade. .Nos canais são colocados imãs.' Podem colocar-se peças polares nos imãs nos canais.
    A máquina rotativa com imãs interiores produzida por este processo tem um rotor com uma estrutura feita de uma carca ça de rotor com canais que se estende de uma extremidade até à outra extremidade oposta e pelo menos um imã num dos canais res. pectivo. Assim, proporciona-se um rotor eficiente, de baixo cus to, susceptível de ser produzido em massa e fácil de montar, pa ra uma máquina rotativa com imãs interiores.
PT96214A 1989-12-15 1990-12-14 Processo para a producao em massa de uma maquina rotativa com imas interiores e maquina rotativa com imas interiores produzida por este processo PT96214B (pt)

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