WO2022120443A1 - Rotor para máquina elétrica girante, processo de fabricação e máquinas elétricas girantes correspondentes - Google Patents

Rotor para máquina elétrica girante, processo de fabricação e máquinas elétricas girantes correspondentes Download PDF

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WO2022120443A1
WO2022120443A1 PCT/BR2020/050539 BR2020050539W WO2022120443A1 WO 2022120443 A1 WO2022120443 A1 WO 2022120443A1 BR 2020050539 W BR2020050539 W BR 2020050539W WO 2022120443 A1 WO2022120443 A1 WO 2022120443A1
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blades
rotor
inverted
blade
holes
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PCT/BR2020/050539
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Jacques Roberth RUTHES
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Weg Equipamentos Elétricos S.a.
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    • H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/09—Magnetic cores comprising laminations characterised by being fastened by caulking

Definitions

  • the present invention belongs to the field of rotating electrical machines including their manufacturing and assembly methods, in particular of variable frequency asynchronous induction electrical machines, notably electrical machines equipped with rotors with short-circuited coils and with one or more cages.
  • Rotating electrical machines or simply electric motors are equipment used to transform electrical energy into mechanical energy, in the case of motors, and vice versa, in the case of generators. Basically, they consist of four basic structures, which are housing, stator, rotor and bearings/covers.
  • the housing is the element responsible for the integration of the other structures, housing the stator and rotor.
  • the stator is the active (energized) static component responsible for driving the magnetic flux to rotate the rotor, in the case of motors, and to conduct the energy generated by the rotor, in the case of generators, while the rotor is the active component. (energized) rotating electric machine rotating.
  • Bearings and covers are the elements responsible for coupling the static parts to the rotating parts of a rotating electrical machine.
  • the rotor is basically composed of a shaft on which a pack of blades or plates fixed together to form a pack of blades sufficiently structured to face the conditions of use of a motor such as centrifugal force, temperature and other characteristics that can influence and compromise the dimensional stability of the rotor set.
  • the rotors of the engines of the nature treated here have through openings or holes or longitudinal grooves formed in the blade pack itself and parallel to the rotor axis, in which each set of holes radially equidistant, when filled with conductive material (forming bars) and having the ends joined by conductive material (short circuit ring), it forms a cage, and there may be one or more cages in the same rotor.
  • Double cage rotors basically have a cage closer to the motor shaft or lower and one closer to the outer surface of the blade pack or higher, in which the outer cage takes advantage of the skin effect or skin effect to improve the starting performance, when the frequency of the currents in the rotor bars is equal to or close to the frequency of the supply line.
  • Induction rotating electrical machines can be powered by frequency converters that produce a three-phase voltage system of variable frequency and amplitude, and the start of the electrical machine controlled by a frequency converter does not imply a large starting current. Instead, the stator frequency is reduced to a value close to the rated slip frequency and the voltage amplitude is determined to produce the rated flux. In this way, obtaining the required starting torque does not demand stator currents greater than the rated current.
  • the operating bars directly on the rotor blade package, with the operating bars having a partial coating, which coats a surface of the operating bars located externally, looking in the radial direction of the squirrel-cage rotor, with the material of the operating bars having a higher specific conductivity than that of the partial casing material.
  • the rotor of BR112012003600B1 is a typical squirrel cage construction, but despite having a double cage, the working holes (lower cages) are filled with conductive material by pressure injection method, while the upper cages are also filled with conductive material.
  • the concern of this solution known from the state of the art is, therefore, to improve the starting conditions of the motor and not to reduce the high frequency losses that, despite being mentioned, are not addressed by the document.
  • BR112012003600B1 also does not describe or suggest a way to isolate the holes of the upper and lower cages from each other during the injection process.
  • US20200244150 deals with a rotor with a double cage, the second hole (bottom) can contain injected aluminum (or any other conductive material) and there is a small channel to prevent the conductive material of a cage from not invade the holes of the other during the injection process.
  • the upper cage is also filled with conductive material, acting to reduce fundamental losses and not to reduce losses at high frequency.
  • a back pressure tool is used to retain the material during injection, that is, it does not teach or suggests alternatives to the relevant prior art.
  • One of the objectives of the present invention is, therefore, to provide a rotor for a double-hole rotating electric machine with a decentralized upper hole and inverted extreme blades, according to the characteristics of claim 1 of the attached claim table.
  • Another objective of the present invention is to provide a process for manufacturing a rotor for a double-hole rotating electric machine with decentralized upper hole and inverted extreme blades, according to the characteristics of claim 9 of the attached claim table.
  • Yet another objective of the present invention is to provide a rotating electric machine equipped with a double-hole rotor with decentralized upper hole and inverted extreme blades, according to the characteristics of claim 11 of the attached claim table.
  • Yet another objective of the present invention is to provide a rotating electric machine equipped with a double-hole rotor with decentralized upper hole and inverted extreme blades, according to the characteristics of claim 12 of the attached claim table.
  • Figure 1 presents a perspective view of a rotor according to the invention, with the blade pack mounted on the shaft;
  • Figure 2 presents a front view of a blade of the rotor package of figure 1;
  • Figure 3 presents an enlarged view of detail A of figure 2;
  • Figure 4 presents a front view of a blade pack according to the invention.
  • Figure 5 presents an enlarged view of detail B of figure 4, highlighting the coverage of the upper holes of the package blades by the surface of the inverted blade.
  • the present invention relates to a rotor (100) that comprises a shaft (200) and one or more blade packs (300).
  • the shaft (200) of the rotor (100) according to the invention is a shaft (200) known from the state of the art and of the type commonly used for application in rotating electrical machines.
  • the blade pack (300) of the rotor (100) according to the invention is formed by a plurality of blades (310), made of material suitable for electric motors of the nature treated here, each blade (310) being provided with of a central hole (320), of lower holes (330), through, and of upper holes (340), also through, and there may be one or more packs of blades (300), the same or different from each other, arranged in the same shaft (200) of the rotor (100).
  • the central hole (320) allows the insertion of the shaft (200) and may be provided, eventually, with additional openings for passage over keys and other elements.
  • the material used to inject the bars that will fill the channels through the lower holes (330) of the working cage should be an injectable material, preferably, but not limited to, aluminum and/or one or more of its alloys.
  • the shape of the lower holes (330) of the blades (310) will preferably depend on the design specifications of the electrical machine for which they are intended.
  • the material that will fill the channels through the upper holes (340) should be a suitable material, preferably, but not limited to, air.
  • the shape of the upper holes (340) of the blades (310) will preferably depend on the design specifications of the electrical machine for which they are intended.
  • the blades (310) are manufactured by means and processes known from the state of the art and usual for rotating electrical machines of the nature treated here, which can be, for example and not limited to stamping, mechanical cutting, laser cutting, injection , casting, sintering and other related processes, as appropriate.
  • the blade pack (300) is formed by grouping and aligning in parallel a plurality of blades (310) with the holes (320, 330, 340) aligned with each other forming a blade pack (300).
  • at least one blade (310), at each end of the blade pack (300) will be mounted as an inverted blade (311, 312), inverted in with respect to the other blades (310), which means that the blade pack (300) will have, at both its ends, along the longitudinal axis (200) of the rotor (100), at least one inverted first blade (311) and at least one last inverted blade (312), both inverted in relation to the other blades (310) disposed between them, delimiting the blade pack (300) at both its ends.
  • one end of the blade pack (300) should be understood to be equivalent to an extreme stretch, longitudinal and up to 20%, preferably up to 15%, preferably up to 10% of the total length of the blade pack (300), measured along the longitudinal axis (200) of the rotor (100) from the inward end of the blade pack (300).
  • the inverted blades (311, 312) can be arranged either at the ends or along an extreme stretch as defined above, and there may even be more than one inverted blade (311, 312) along the same extreme stretch.
  • each pack of blades (300) will have at least two end sections, one at each of its ends. In any case, for the purposes of clarity of the present description, the blades that will undergo the inversion will simply be called the first inverted blade (311) and the last inverted blade (312).
  • first (s) and last (s) inverted blades (311, 312) are preferably the same as the other blades (310), differing from these only by the mounting position on the axis (200) of the rotor (100) which, as described above, is an inverted mounting position in relation to the mounting position of the others.
  • the blade pack (300) may have more than one inverted blade (311, 312) at each of its ends or extreme sections, depending on the electrical machine design, dimensions, injection pressure and other related parameters.
  • each of the packs of blades (300) may be equally delimited, at both ends or extreme sections, by at least a first inverted blade (311) and by at least one last inverted blade (312).
  • the upper holes (340) are arranged in the blades (310) in an off-center manner, preferably offset or mirrored in relation to the central radial axes of the lower holes (330), so that the lower holes (330) remain aligned along of the same pack of blades (300), but the plate of an inverted blade (311, 312), mounted upside down, covers the upper holes (340) of the subsequent blade(s) (310). In this way, there will be no alignment of the upper holes (340) of the inverted blades (311, 312) of the ends or extreme stretches with the upper holes (340) of the other blades (310).
  • the inverted blades (311, 312) at the ends will serve as covers or physical stoppers for the channels formed by the upper holes (340) of the internal blades (310) and/or disposed between them and/or before and/or after them.
  • the inverted blades (311, 312) will also serve as covers or physical limits of the channels formed by the upper holes (340) of the blades (310) arranged between them and/or before and/or after them.
  • the blade pack (300) is arranged in an appropriate injection tool, equipped with cavities to receive the blade pack (300) and cavities to allow filling the channels formed by the alignment of the lower holes ( 330) of the lower cage, these channels being physically separated from the channels formed by the alignment of the upper holes (340), increasing the dimensional stability and reliability of the process.
  • the material of the lower cage does not penetrate the upper holes (340), keeping the channels formed by the upper holes (340) free of material, in particular free of conductive material, contributing to the reduction of high frequency losses .
  • the holes (330, 340) of the rotor (100) according to the invention are filled with different materials, the upper hole (340) being filled with air, in order to simulate an equivalent opening of the bridge rotor (100), and the bottom (330) or work hole filled with material conductor through aluminum injection process.
  • the fact that the upper hole (340) is filled with air generates the reduction of high frequency losses in motors fed by a frequency converter, an effect that would not occur if the hole (340) was filled with a conductive material.
  • a process for manufacturing a rotor (100) according to the invention is a process for manufacturing a rotor (100) comprising a shaft (200) and at least one or more packs of blades (300), in that at least one blade (310) from each of the ends or extreme sections of the blade pack (300) will be mounted as an inverted blade (311, 312), inverted with respect to the other blades (310), delimiting one or more times the blade pack (300) at both its ends or extreme stretches.
  • This process comprises the process steps: i. Stamping of the blades (310) with central hole (320), lower holes (330) and upper holes (340); ii. Assembling and aligning in parallel a plurality of blades (310) with the holes (320, 330, 340) aligned with each other forming at least one blade pack (300); iii. Arrangement of one or more inverted blades (311, 312) at each of the ends or extreme sections of the blade pack (300), inverted or mirrored in relation to the other blades (310); iv.
  • Arrangement of the blade pack (300) in an appropriate injection tool provided with cavities to receive the blade pack (300) and cavities to allow filling of the channels formed by the alignment of the lower holes (330) of the lower hole; v. Injection of injectable material to fill the channels formed by the lower holes (330); and saw. Press the shaft (200) into one or more blade packs (300) by inserting the shaft (200) through the central hole (320).
  • step iii. it may further comprise arranging one or more inverted blades (311, 312), alone or together with one or more blades (310), at points other than the ends or extreme stretches of the same blade pack (300).
  • the manufacturing process according to the invention has important and striking differences in relation to the equivalent steps of the processes for manufacturing rotors of the state of the art.
  • the process according to the invention for manufacturing a rotor (100) according to the invention drastically reduces the manufacturing times of rotors of the nature treated here, decreases material and labor costs, increases the productivity, requires fewer steps and optimizes the manufacturing capacity by dispensing with the use of additional machinery or auxiliary devices. It should be noted that the process according to the invention may have other accessory steps, before and after those described above, according to the technical knowledge and manufacturing practices necessary for the construction of rotors for rotating electrical machines.
  • a rotating electric machine according to the invention is an electric motor provided with a rotor (100) according to the invention manufactured according to a process according to the invention.

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Abstract

A presente invenção se refere a um rotor (100) para máquina elétrica girante, em que cada pacote de lâminas (300) do rotor (100) compreende, em ambas as suas extremidades ou trechos extremos, pelo menos uma primeira lâmina invertida (311) e pelo menos uma última lâmina invertida (312), sendo estas invertidas em relação às demais lâminas (310) do pacote de lâminas (300).

Description

ROTOR PARA MÁQUINA ELÉTRICA GIRANTE, PROCESSO DE FABRICAÇÃO E MÁQUINAS ELÉTRICAS GIRANTES CORRESPONDENTES
Campo de aplicação
[001] A presente invenção pertence ao campo das máquinas elétricas girantes incluindo seus métodos de fabricação e montagem, em especial das máquinas elétricas de indução assíncronas de frequência variável, notadamente das máquinas elétricas dotadas de rotores com bobinas curto- circuitadas e com uma ou mais gaiolas.
Fundamentos da invenção
[002] Máquinas elétricas girantes ou simplesmente motores elétricos são equipamentos utilizados para a transformação de energia elétrica em mecânica, no caso de motores, e vice-versa, no caso de geradores. Basicamente, são constituídas por quatro estruturas básicas, que são carcaça, estator, rotor e mancais/tampas.
[003] A carcaça é o elemento responsável pela integração das demais estruturas, abrigando estator e rotor.
[004] O estator é o componente ativo (energizado) estático responsável por conduzir o fluxo magnético para rotacionar o rotor, no caso de motores, e para conduzir a energia gerada pelo rotor, no caso de geradores, enquanto o rotor é o componente ativo (energizado) girante da máquina elétrica girante.
[005] Os mancais e tampas são os elementos responsáveis pelo acoplamento das partes estáticas às partes girantes de uma máquina elétrica girante.
[006] Além desses elementos, dependendo de características distintas de cada máquina elétrica girante, podem existir sistemas auxiliares como os de excitação, arrefecimento, lubrificação, dentre outros. [007] Já o rotor é composto, basicamente, por um eixo no qual é disposto um pacote de lâminas ou chapas fixadas entre si para formar um pacote de lâminas suficientemente estruturado para fazer frente a condições de uso de um motor como a força centrífuga, temperatura e demais características que podem influenciar e comprometer a estabilidade dimensional do conjunto rotor.
[008] Os rotores dos motores da natureza aqui tratada possuem aberturas passantes ou furos ou ranhuras longitudinais formadas no próprio pacote de lâminas e paralelas ao eixo do rotor, em que cada conjunto radialmente equidistante de furos, quando preenchidas com material condutor (formando barras) e tendo as extremidades unidas por material condutor (anel de curto- circuito), forma uma gaiola, podendo haver uma ou mais gaiolas em um mesmo rotor.
[009] Os rotores de gaiola dupla, basicamente, possuem uma gaiola mais próxima ao eixo do motor ou inferior e uma mais próxima à superfície externa do pacote de lâminas ou superior, em que a gaiola externa aproveita o efeito skin ou efeito pelicular para melhorar o desempenho de partida, momento em que a frequência das correntes nas barras do rotor é igual ou próxima à frequência da linha de alimentação.
[010] As máquinas elétricas girantes de indução podem ser alimentadas por conversores de frequência que produzem um sistema de tensão trifásico de frequência e amplitude variáveis, sendo que a partida da máquina elétrica controlada por conversor de frequência não implica em uma grande corrente de partida. Em vez disso, a frequência do estator é reduzida para o valor próximo à frequência de escorregamento nominal e a amplitude da tensão é determinada de modo a produzir o fluxo nominal. Desta forma, a obtenção do torque de partida necessário não demanda correntes do estator superiores à corrente nominal.
[011] Portanto, como as máquinas elétricas de indução com frequência controlada nunca são expostas à tensão nominal na condição de partida, não precisam ter sua indutância de dispersão aumentada, por não ser necessário limitar a corrente de partida, podendo, então, ser dotadas de rotores de gaiola única com furos abertos, que resultam em um fluxo de dispersão menor, indutância de dispersão menor e maior valor de torque máximo.
[012] Entretanto, devido ao número de furos dos circuitos magnéticos ser limitado construtivamente e devido à distribuição não senoidal dos campos em condutores, os enrolamentos de uma máquina de indução contêm forças eletromotrizes com harmônicas de ordem superior. Além destas harmônicas, há também as impostas ao motor pela tensão de alimentação gerada pelo conversor de frequência.
[013] Essas harmônicas causam correntes elétricas de mesma frequência e a amplitude destas correntes no rotor é diretamente proporcional às amplitudes da componente de frequência da força eletromotriz e inversamente proporcional à impedância do enrolamento, lembrando que a impedância do enrolamento em frequências mais altas é determinada predominantemente pela reatância de dispersão. É por isso que a redução da indutância de dispersão provoca a elevação das amplitudes das correntes dos enrolamentos causada pelas harmônicas, fundamental e de ordem superior, aumentando a ondulação de corrente e, consequentemente, das perdas Joule nos enrolamentos.
[014] Os efeitos adversos das perdas de alta frequência podem ser evitados pela utilização de duplas gaiolas com materiais diferentes entre si, moldando os circuitos magnéticos do estator e do rotor, de modo a reduzir as forças eletromotrizes induzidas pelas distorções das harmônicas de ordem superior. [015] Uma solução possível é utilizar um rotor com gaiola única, onde os furos inferiores (de trabalho) são preenchidos com material condutor, por exemplo, por injeção de alumínio, enquanto os furos superiores são preenchidos com ar, isolante, de modo a simular uma abertura equivalente da ponte do rotor.
[016] Esta solução, entretanto, traz alguns inconvenientes como a necessidade de se utilizar ferramentas complexas de injeção com acessórios adicionais e/ou uma ou mais chapas extremas e/ou anéis de curto-circuito em pelo menos uma extremidade ou outras peças adicionais para contenção do alumínio e, em especial, o risco de migração de alumínio para a gaiola externa durante o procedimento de injeção.
Estado da técnica
[017] Existem no estado da técnica diversas soluções de máquinas elétricas assíncronas com rotores de mais de uma gaiola, todas buscando soluções que melhorem os parâmetros de trabalho, em especial as características de partida.
[018] Um exemplo é o documento patentário BR112012003600B1 que revela e descreve um rotor de gaiola para um motor assíncrono, que inclui barras de arranque para melhorar o comportamento de arranque, além de um processo para a produção de um rotor de gaiola desse tipo. O rotor de gaiola desta solução inclui, conforme descrito em seu resumo, um pacote de lâminas de rotor com furos e barras operacionais dispostas nos furos, barras estas que encostam na base do furo situado internamente, olhando-se na direção radial do rotor de gaiola, diretamente no pacote de lâminas de rotor, sendo que as barras operacionais apresentam um revestimento parcial, que reveste uma superfície das barras operacionais localizada externamente, olhando-se na direção radial do rotor de gaiola, sendo que o material das barras operacionais apresenta uma condutividade específica mais alta do que a do material do revestimento parcial.
[019] O rotor de BR112012003600B1 é uma típica construção de gaiola de esquilo, mas, apesar de possuir dupla gaiola, os furos de trabalho (gaiolas inferiores) são preenchidos com material condutor por método de injeção por pressão, enquanto as gaiolas superiores também são preenchidas com material condutor. A preocupação desta solução conhecida do estado da técnica é, portanto, atuar na melhoria das condições de partida do motor e não na redução das perdas em alta frequência que, apesar de mencionadas, não são endereçadas pelo documento. Além de um revestimento na extremidade do furo de trabalho que demanda mais algumas onerosas etapas de fabricação, há um espaço livre entre as gaiolas do rotor, sendo que o espaço livre, apesar de tencionar a redução de perdas adicionais de alta frequência, o faz de forma modesta quando o motor é alimentado diretamente pela rede e de forma quase inócua quando o motor é alimentado por um inversor/conversor de frequência. Além disso, essa disposição aparentemente só é possível para barras de cobre, o que igualmente aumenta os custos de material e de fabricação.
[020] Por fim, BR112012003600B1 também não descreve ou sugere uma forma de isolar os furos das gaiolas superiores e inferiores entre si durante o processo de injeção.
[021] Outra solução do estado da técnica é a descrita pelo documento patentário US20200244150, que revela um método para fabricar um rotor com gaiola injetada de uma máquina elétrica girante, em que o rotor inclui um pacote de lâminas magnéticas definindo furos nos quais barras feitas de um primeiro material eletricamente condutor são injetadas, em cujo método um segundo material eletricamente condutor, diferente do primeiro, é injetado usando uma máquina de injeção, a partir da frente do pacote de lâminas, as barras sendo mantidas em sua extremidade traseira contra a pressão associada com a injeção por uma ferramenta de posicionamento que passa através de uma cavidade usada para formar um anel de curto-circuito na parte traseira do pacote de lâminas.
[022] A invenção descrita por US20200244150 trata de um rotor com dupla gaiola, sendo que o segundo furo (inferior) pode conter alumínio injetado (ou qualquer outro material condutor) e há um pequeno canal para evitar que o material condutor de uma gaiola não invada os furos da outra durante o processo de injeção.
[023] Apesar de possuir dupla gaiola, tendo um material condutor inserido na gaiola inferior (de trabalho), a gaiola superior também é preenchida com material condutor, atuando na redução das perdas fundamentais e não na redução das perdas em alta frequência. Além disso, apesar de detalhar um pequeno canal para evitar que um material condutor ultrapasse o limite do outro material condutor durante o processo de injeção, se utiliza de uma ferramenta de contrapressão para reter o material durante a injeção, ou seja, não ensina e nem sugere alternativas para o estado da técnica pertinente.
[024] Como pode ser inferido da descrição acima, existe espaço e demanda para uma solução de rotor de motor elétrico que supere as desvantagens do estado da técnica, em especial que aumente a confiabilidade dos processos de injeção reduzindo tempo fabril e custos e que, concomitantemente, reduza as perdas de alta frequência, sendo também robusta.
Objetivos da invenção [025] Um dos objetivos da presente invenção é, portanto, prover um rotor para máquina elétrica girante de duplo furo com furo superior descentralizado e lâminas extremas invertidas, de acordo com as características da reivindicação 1 do quadro reivindicatório anexo.
[026] Outro objetivo da presente invenção é prover processo de fabricação de um rotor para máquina elétrica girante de duplo furo com furo superior descentralizado e lâminas extremas invertidas, de acordo com as características da reivindicação 9 do quadro reivindicatório anexo.
[027] Outro objetivo ainda da presente invenção é prover uma máquina elétrica girante dotada de um rotor de duplo furo com furo superior descentralizado e lâminas extremas invertidas, de acordo com as características da reivindicação 11 do quadro reivindicatório anexo.
[028] Ainda outro objetivo da presente invenção é prover uma máquina elétrica girante dotada de um rotor de duplo furo com furo superior descentralizado e lâminas extremas invertidas, de acordo com as características da reivindicação 12 do quadro reivindicatório anexo.
[029] Demais características e detalhamentos das características são representados pelas reivindicações dependentes.
Breve descrição das figuras
[030] Para melhor entendimento e visualização do objeto da presente invenção, a mesma será agora descrita com referência às figuras anexas, representando o efeito técnico obtido por meio de uma modalidade exemplar não limitante do escopo da presente invenção, em que, esquematicamente:
[031] Figura 1: apresenta uma vista em perspectiva de um rotor de acordo com a invenção, com o pacote de lâminas montado no eixo; [032] Figura 2: apresenta uma vista frontal de uma lâmina do pacote do rotor da figura 1;
[033] Figura 3: apresenta uma vista ampliada do detalhe A da figura 2;
[034] Figura 4: apresenta uma vista frontal de um pacote de lâminas de acordo com a invenção; e
[035] Figura 5: apresenta uma vista ampliada do detalhe B da figura 4, destacando a cobertura dos furos superiores das lâminas do pacote pela superfície da lâmina invertida.
Descrição detalhada da invenção
[036] A presente invenção se refere a um rotor (100) que compreende um eixo (200) e um ou mais pacotes de lâminas (300).
[037] O eixo (200) do rotor (100) de acordo com a invenção é um eixo (200) conhecido do estado da técnica e do tipo comumente utilizado para aplicação em máquinas elétricas girantes.
[038] O pacote de lâminas (300) do rotor (100) de acordo com a invenção é formado por uma pluralidade de lâminas (310), fabricadas em material apropriado para motores elétricos da natureza aqui tratada, sendo cada lâmina (310) dotada de um furo central (320), de furos inferiores (330), passantes, e de furos superiores (340), igualmente passantes, podendo haver um ou mais pacotes de lâminas (300), iguais ou diferentes entre si, dispostos em um mesmo eixo (200) do rotor (100).
[039] O furo central (320) permite a inserção do eixo (200) podendo ser dotado, eventualmente, de aberturas adicionais para passagem sobre chavetas e outros elementos.
[040] Os furos inferiores (330), quando alinhados no pacote de lâminas (300), formam canais passantes que serão preenchidos com material condutor, por um processo adequado unindo fusão e injeção sob pressão, preferencialmente por meio de injeção, formando barras passantes de material condutor que têm suas extremidades unidas por um anel de curto- circuito, formando a gaiola inferior ou gaiola de trabalho. O material usado para injetar as barras que preencherão os canais passantes dos furos inferiores (330) da gaiola de trabalho deve ser um material injetável, preferencialmente, mas não se limitando a alumínio e/ou uma ou mais de suas ligas.
[041] O formato dos furos inferiores (330) das lâminas (310) dependerá preferencialmente das especificações de projeto da máquina elétrica a que se destinam.
[042] Já os furos superiores (340), quando alinhados no pacote de lâminas (300), formam canais passantes que serão preenchidos com material isolante. O material que preencherá os canais passantes dos furos superiores (340) deve ser um material adequado, preferencialmente, mas não se limitando a ar.
[043] O formato dos furos superiores (340) das lâminas (310) dependerá preferencialmente das especificações de projeto da máquina elétrica a que se destinam.
[044] As lâminas (310) são fabricadas por meios e processos conhecidos do estado da técnica e usuais para máquinas elétricas girantes da natureza aqui tratada, podendo ser, por exemplo e não se limitando a estampagem, recorte mecânico, recorte a laser, injeção, fundição, sinterização e outros processos afins, desde que apropriados.
[045] O pacote de lâminas (300) é formado pelo agrupamento e alinhamento em paralelo de uma pluralidade de lâminas (310) com os furos (320, 330, 340) alinhados entre si formando um pacote de lâminas (300). [046] No rotor (100) de acordo com a invenção, pelo menos uma lâmina (310), em cada uma das extremidades do pacote de lâminas (300), será montada como lâmina invertida (311, 312), de modo invertido em relação às demais lâminas (310), o que significa que o pacote de lâminas (300) terá, em ambas as suas extremidades, ao longo do eixo longitudinal (200) do rotor (100), pelo menos uma primeira lâmina invertida (311) e pelo menos uma última lâmina invertida (312), ambas invertidas em relação às demais lâminas (310) dispostas entre estas, delimitando o pacote de lâminas (300) em ambas as suas extremidades.
[047] No contexto da presente invenção, uma extremidade do pacote de lâminas (300) deve ser entendida como sendo equivalente a um trecho extremo, longitudinal e de até 20%, preferencialmente de até 15%, preferencialmente de até 10% do comprimento total do pacote de lâminas (300), medido ao longo do eixo longitudinal (200) do rotor (100) a partir da extremidade para o interior do pacote de lâminas (300). Isto significa que as lâminas invertidas (311, 312) podem estar dispostas tanto nas extremidades quanto ao longo de um trecho extremo conforme definido acima, podendo ainda haver mais de uma lâmina invertida (311, 312) ao longo de um mesmo trecho extremo. Assim, cada pacote de lâminas (300) possuirá pelo menos dois trechos extremos, um em cada uma de suas extremidades. De todos os modos, para fins de clareza da presente descrição, as lâminas que sofrerão a inversão serão chamadas simplesmente de primeira lâmina invertida (311) e de última lâmina invertida (312).
[048] É de se notar que a(s) primeira(s) e última(s) lâminas invertidas (311, 312) são preferencialmente iguais às demais lâminas (310), diferenciando-se destas apenas pela posição de montagem sobre o eixo (200) do rotor (100) que, como descrito acima, é uma posição de montagem invertida em relação à posição de montagem das demais.
[049] O pacote de lâminas (300) poderá possuir mais de uma lâmina invertida (311, 312) em cada uma de suas extremidades ou trechos extremos, dependendo do projeto da máquina elétrica, dimensões, pressão de injeção e demais parâmetros afins.
[050] Caso o rotor (100) seja dotado de mais de um pacote de lâminas (300), cada um dos pacotes de lâminas (300) poderá ser igualmente delimitado, em ambas as suas extremidades ou trechos extremos, por pelo menos uma primeira lâmina invertida (311) e por pelo menos uma última lâmina invertida (312).
[051] Os furos superiores (340) são dispostos nas lâminas (310) de forma descentralizada, preferencialmente deslocados ou espelhados em relação aos eixos radiais centrais dos furos inferiores (330), de modo que os furos inferiores (330) permaneçam alinhados ao longo de um mesmo pacote de lâminas (300), porém a chapa de uma lâmina invertida (311, 312), montada de forma invertida, cubra os furos superiores (340) da(s) lâmina(s) (310) subsequentes. Desse modo, não haverá alinhamento dos furos superiores (340) das lâminas invertidas (311, 312) das extremidades ou trechos extremos com os furos superiores (340) das demais lâminas (310). As lâminas invertidas (311, 312) das extremidades servirão como tampas ou limitadores físicos para os canais formados pelos furos superiores (340) das lâminas (310) internas e/ou dispostas entre elas e/ou antes e/ou depois delas.
[052] Assim sendo, é de se notar que também poderá haver a disposição de uma ou mais lâminas invertidas (311, 312), isoladamente ou em conjunto com uma ou mais das demais lâminas (310), em outros pontos além das extremidades ou trechos extremos de um mesmo pacote de lâminas (300), sendo que as lâminas invertidas (311, 312) servirão igualmente como tampas ou limitadores físicos dos canais formados pelos furos superiores (340) das lâminas (310) dispostas entre elas e/ou antes e/ou depois delas.
[053] Uma vez montado, o pacote de lâminas (300) é disposto em uma ferramenta de injeção apropriada, dotada de cavidades para receber o pacote de lâminas (300) e cavidades para permitir o preenchimento dos canais formados pelo alinhamento dos furos inferiores (330) da gaiola inferior, estando estes canais fisicamente separados dos canais formados pelo alinhamento dos furos superiores (340), aumentando a estabilidade dimensional e confiabilidade do processo.
[054] Deste modo, o material da gaiola inferior não penetra os furos superiores (340), mantendo os canais formados pelos furos superiores (340) isentos de material, em especial isentos de material condutor, contribuindo para a redução das perdas de alta frequência.
[055] A disposição diferenciada da(s) primeira(s) e última(s) lâminas invertidas (311, 312) do pacote de lâminas (300), ou de um ou mais grupos de lâminas invertidas (311, 312), por inversão das mesmas na montagem, podendo ter ou não lâminas (310) e até mesmo pacotes de lâminas (300) invertidos no meio do pacote, e em conjunto com a separação do furo superior (340) em relação ao furo inferior (330), auxilia no processo de injeção de alumínio da gaiola inferior ou de trabalho (preenchida com o material), impedindo que o alumínio entre no furo preenchido com ar durante o processo de injeção.
[056] Já os furos (330, 340) do rotor (100) de acordo com a invenção, são preenchidos com materiais diferentes entre si, sendo o furo superior (340) preenchido com ar, de modo a simular uma abertura equivalente da ponte do rotor (100), e o furo inferior (330) ou de trabalho preenchido com material condutor por meio de processo de injeção de alumínio. O fato de o furo superior (340) ser preenchido com ar gera a redução de perdas de alta frequência em motores alimentados por conversor de frequência, efeito que não ocorreria se o furo (340) fosse preenchido por um material condutor.
[057] Um processo para fabricação de um rotor (100) de acordo com a invenção é um processo para fabricação de um rotor (100) que compreende um eixo (200) e pelo menos um ou mais pacotes de lâminas (300), em que pelo menos uma lâmina (310) de cada uma das extremidades ou trechos extremos do pacote de lâminas (300) será montada como lâmina invertida (311, 312), de modo invertido em relação às demais lâminas (310), delimitando uma ou mais vezes o pacote de lâminas (300) em ambas as suas extremidades ou trechos extremos.
[058] Este processo compreende as etapas de processo: i. Estampagem das lâminas (310) com furo central (320), furos inferiores (330) e furos superiores (340); ii. Agrupamento e alinhamento em paralelo de uma pluralidade de lâminas (310) com os furos (320, 330, 340) alinhados entre si formando pelo menos um pacote de lâminas (300); iii. Disposição de uma ou mais lâminas invertidas (311, 312) em cada uma das extremidades ou trechos extremos do pacote de lâminas (300), de modo invertido ou espelhado em relação às demais lâminas (310); iv. Disposição do pacote de lâminas (300) em uma ferramenta de injeção apropriada dotada de cavidades para receber o pacote de lâminas (300) e cavidades para permitir a o preenchimento dos canais formados pelo alinhamento dos furos inferiores (330) do furo inferior; v. Injeção de material injetável para preenchimento dos canais formados pelos furos inferiores (330); e vi. Prensar o eixo (200) em um ou mais pacotes de lâminas (300) através da inserção do eixo (200) pelo furo central (320).
[059] Em uma modalidade preferencial não limitante da invenção, a etapa iii. poderá ainda compreender a disposição de uma ou mais lâminas invertidas (311, 312), isoladamente ou em conjunto com uma ou mais lâminas (310), em outros pontos além das extremidades ou trechos extremos de um mesmo pacote de lâminas (300).
[060] O processo de fabricação de acordo com a invenção possui diferenças importantes e impactantes em relação às etapas equivalentes dos processos para fabricação de rotores do estado da técnica.
[061] Os tempos de execução das etapas da invenção são reduzidos em relação aos tempos das etapas equivalentes do estado da técnica, uma vez que não há necessidade de prensar e nem de soldar o pacote de lâminas (300) e, mais importante, não se faz necessário a utilização de ferramentas adicionais e/ou de contrapressão para isolar as cavidades dos furos superiores (340) durante o processo de injeção.
[062] A utilização de apenas um tipo de lâminas (310), em que as extremas que servem como tampas para as extremidades ou trechos extremos do pacote de lâminas (300) são exatamente iguais às demais lâminas (310), dispensa o uso de peças ou componentes adicionais, reduzindo o número de itens do motor e, assim, melhorando os índices de qualidade na montagem.
[063] Deste modo, o processo de acordo com a invenção para fabricação de um rotor (100) de acordo com a invenção diminui drasticamente os tempos de fabricação de rotores da natureza aqui tratada, diminui custos de material e mão de obra, aumenta a produtividade, demanda menos etapas e otimiza a capacidade fabril por dispensar o uso de maquinário adicional ou dispositivos auxiliares. É de se notar que o processo de acordo com a invenção pode possuir outras etapas acessórias, antes e depois das acima descritas, de acordo com os conhecimentos técnicos e práticas fabris necessárias à construção de rotores para máquinas elétricas girantes.
[064] Uma máquina elétrica girante de acordo com a invenção é um motor elétrico dotado de um rotor (100) de acordo com a invenção fabricado de acordo com um processo de acordo com a invenção.
Conclusão
[065] Será facilmente compreendido por aqueles versados na técnica que modificações podem ser realizadas na presente invenção sem com isso se afastar dos conceitos expostos na descrição acima. Essas modificações devem ser consideradas como compreendidas pelo escopo da presente invenção. Consequentemente, as concretizações particulares descritas em detalhe anteriormente são somente ilustrativas e exemplares e não limitativas quanto ao escopo da presente invenção, ao qual deve ser dada a plena extensão das reivindicações em anexo e de todos e quaisquer equivalentes da mesma.

Claims

REIVINDICAÇÕES
1. Rotor para máquina elétrica girante caracterizado pelo fato de cada pacote de lâminas (300) do rotor (100) compreender, em ambas as suas extremidades ou trechos extremos, pelo menos uma primeira lâmina invertida (311) e pelo menos uma última lâmina invertida (312), sendo estas invertidas em relação às demais lâminas (310) do pacote de lâminas (300).
2. Rotor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de as lâminas (310, 311, 312) possuírem furos inferiores (330) e furos superiores (340), em que os furos superiores (340) das lâminas (310) são dispostos de forma descentralizada, preferencialmente deslocados ou espelhados em relação aos eixos radiais centrais dos furos inferiores (330).
3. Rotor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as lâminas invertidas (311, 312) cobrem os canais formados pelos furos superiores (340) das lâminas (310) dispostas entre as ditas lâminas invertidas (311, 312).
4. Rotor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os furos inferiores (330) das lâminas (310, 311, 312) permanecem alinhados ao longo de um mesmo pacote de lâminas (300).
5. Rotor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as lâminas invertidas (311, 312) são preferencialmente iguais às demais lâminas (310).
6. Rotor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as lâminas invertidas (311, 312) podem ser dispostas, isoladamente ou em conjunto com uma ou mais das demais lâminas (310), em outros pontos além das extremidades ou trechos extremos de um mesmo pacote de lâminas (300).
7. Rotor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de um pacote de lâminas (300) poder possuir mais de uma lâmina invertida (311,
312) em cada uma de suas extremidades ou trechos extremos.
8. Rotor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os furos (330, 340) do rotor (100) são preenchidos com materiais diferentes entre si, sendo o furo superior (340) preenchido com um material isolante e o furo inferior (330) preenchido com um material condutor.
9. Processo para fabricação de um rotor (100) definido nas reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: i. Estampagem das lâminas (310) com furo central (320), furos inferiores (330) e furos superiores (340); ii. Agrupamento e alinhamento em paralelo de uma pluralidade de lâminas (310) com os furos (320, 330, 340) alinhados entre si formando pelo menos um pacote de lâminas (300); iii. Disposição de uma ou mais lâminas invertidas (311, 312) em cada uma das extremidades ou trechos extremos do pacote de lâminas (300), de modo invertido ou espelhado em relação às demais lâminas (310); iv. Disposição do pacote de lâminas (300) em uma ferramenta de injeção apropriada dotada de cavidades para receber o pacote de lâminas (300) e cavidades para permitir o preenchimento dos canais formados pelo alinhamento dos furos inferiores (330) da gaiola inferior; v. Injeção de material injetável para preenchimento dos canais formados pelos furos inferiores (330); e vi. Prensar o eixo (200) em um ou mais pacotes de lâminas (300) através da inserção do eixo (200) pelo furo central (320). 18
10. Processo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a etapa iii. poderá ainda compreender a disposição de uma ou mais lâminas invertidas (311, 312), isoladamente ou em conjunto com uma ou mais das demais lâminas (310), em outros pontos além das extremidades ou trechos extremos de um mesmo pacote de lâminas (300).
11. Máquina elétrica girante, caracterizada pelo fato de compreender um rotor (100) definido nas reivindicações 1 a 8.
12. Máquina elétrica girante, caracterizada pelo fato de ser fabricada pelo processo definido nas reivindicações 9 a 10.
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