BRPI0411909B1 - dispositivo, sistema e método para a montagem de motor industrial compreendendo um eixo de rotor ventilado - Google Patents
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Abstract
"montagem de motor industrial compreendendo um eixo de rotor ventilado". a presente invenção refere-se a um dispositivo e/ou um motor elétrico compreendendo um eixo de rotor substancialmente rígido alongado, o eixo de rotor definindo uma pluralidade de calhas longitudinais, e/ou um método compreendendo: para um motor elétrico, a formação de um eixo de rotor substancialmente rígido alongado, o eixo de rotor definindo uma pluralidade de calhas longitudinais; e a montagem do eixo de rotor com um estator do motor elétrico.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITIVO, SISTEMA E MÉTODO PARA A MONTAGEM DE MOTOR INDUSTRIAL COMPREENDENDO UM EIXO DE ROTOR VENTILADO".
Referências Cruzadas a Pedidos Relacionados [001] Este pedido reivindica prioridade em relação a e incorpora como referência aqui em sua totalidade o Pedido de Patente Provisória dos Estados Unidos N° de Série 60/482.622 (Protocolo Legal N° 2003P9183US), depositado em 26 de junho de 2003.
Antecedentes [002] A Patente U.S. N° 4.409.506 (Ito), a qual é incorporada como referência aqui em sua totalidade, alegadamente cita que "quando um motor de indução é de velocidade controlada com um suprimento de potência de frequência variável, incluindo inversores de tiristor, a perda derivação de operação devido a componentes harmônicas é aumentada em um rotor do motor de indução. De modo a se desviar a perda de operação adicional para uma profundidade apreciável do rotor para, desse modo se suprimir o aumento na perda de operação, o rotor compreende um membro cilíndrico que tem uma resistividade cir-cunferencial a qual é maior do que as resistividades axial e radial e uma permeabilidade circunferencial a qual é menor do que as perme-abilidades axial e radial, e um núcleo disposto no membro cilíndrico e tendo uma permeabilidade axial a qual é menor do que as permeabili-dades circunferencial e radial". Veja o Resumo.
[003] A Patente U.S. N° 4.751.417 (Krinicas), a qual é incorporada como referência aqui em sua totalidade, alegadamente recita que "de modo a se melhorar o rendimento de máquinas elétricas, pela redução das perdas causadas por correntes parasitas induzidas por altos fluxos de frequência, a superfície externa do rotor, incluindo a face de pólo de rotor, tem uma pluralidade de ranhuras circunferenciais. As ranhuras são providas em relação axialmente espaçada ao longo do rotor. Preferencialmente, o método de redução de perdas inclui a etapa de formação das ranhuras por corte com laser, o que permite que a largura e o espaçamento das ranhuras sejam minimizados, de modo a se maximizar a redução de perda pelo aumento da resistência a correntes parasitas." Veja o Resumo.
[004] A Patente U.S. N° 5.861.700 (Kim), a qual é incorporada como referência aqui em sua totalidade, alegadamente recita que um "rotor para um motor de indução inclui um núcleo que tem um orifício central que se estende axialmente através dele para recebimento de um eixo. Uma pluralidade de espaços grandes é formada no núcleo radialmente para fora do orifício central. Os espaços são preenchidos com um metal não ferroso, e os orifícios de sopro se estendem através do metal não ferroso para condução de ar de resfriamento através do núcleo". Veja o Resumo.
[005] A Patente U.S. N° 6.483.210 (Soderberg), a qual é incorporada como referência aqui em sua totalidade, alegadamente recita que "a invenção refere-se a um método de melhoria do desempenho de uma máquina elétrica rotativa através de um resfriamento melhorado, por meio do que um fluido de resfriamento é conduzido através de canais de resfriamento axiais (15) no rotor, radialmente para dentro das ranhuras de enrolamento de rotor (14), por meio do que o fluido de resfriamento sendo principalmente ativo no resfriamento da máquina é conduzido através de canais de resfriamento axiais (15) ou, alternativamente, grupos de canais de resfriamento, que são providos de forma essencialmente simétrica com referência aos percursos de fluxo magnéticos no rotor, para a obtenção de uma simetria no circuito magnético e, desse modo, boas propriedades elétricas para a máquina. A invenção também é dirigida a uma máquina elétrica rotativa, um rotor para isso e um uso da mesma". Veja o Resumo.
Sumário [006] Certas modalidades de exemplo compreendem um dispositivo e/ou um motor elétrico que compreende um eixo de rotor substan-cialmente rígido alongado, o eixo de rotor definindo uma pluralidade de canaletas alongadas; e/ou um método que compreende: para um motor elétrico, a formação de um eixo de rotor substancialmente rígido alongado que define uma pluralidade de canaletas longitudinais; e a montagem do eixo de rotor com um estator do motor elétrico.
Breve Descrição dos Desenhos [007] Uma ampla variedade de modalidades potenciais será mais prontamente compreendida através da descrição detalhada a seguir de certas modalidades de exemplo, com referência aos desenhos em anexo, nos quais: [008] a Figura 1 é uma vista lateral de uma modalidade de exemplo de um motor 1000;
[009] a Figura 2 é uma vista em seção transversal tomada na linha de corte A-A da Figura 1;
[0010] a Figura 3 é uma vista em seção transversal tomada na linha de corte B-B da Figura 2;
[0011] a Figura 4 é uma vista em seção transversal tomada na linha de corte C-C da Figura 2; e [0012] a Figura 5 é um fluxograma de uma modalidade de exemplo de um método 5000.
Definições [0013] Quando os termos a seguir são usados aqui, as definições associadas se aplicam: [0014] corrente alternada - uma corrente elétrica que inverte de direção em um circuito em intervalos regulares.
[0015] poder - ser capaz de, pelo menos em algumas modalidades.
[0016] compreendendo - incluindo, mas não limitado a.
[0017] núcleo - uma pluralidade de laminações finas empilhadas em conjunto para a formação de um cilindro oco longo. O núcleo pode incluir uma pluralidade de enrolamentos, cada um dos quais sendo construído de um fio isolado de enrolamento, os enrolamentos residentes em fendas nas laminações empilhadas.
[0018] velocidade crítica - uma velocidade na qual ocorre ressonância mecânica.
[0019] motor elétrico - um motor acionado por eletricidade. Um motor elétrico pode compreender dois membros, um estacionário, denominado o estator, e o outro rotativo denominado o rotor. Qualquer um dos membros pode utilizar um ou mais ímãs, eletroímãs e/ou componentes ferro magnéticos.
[0020] alonoado - que tem mais comprimento do que largura.
[0021] esperado - previsto.
[0022] canaleta - uma ranhura alongada [0023] profundidade de canaleta - uma profundidade radial de uma ranhura que se estende longitudinal mente em um eixo de rotor.
[0024] longitudinal - de ou relativo à longitude ou ao comprimento.
[0025] poder - ser permitido, pelo menos em algumas modalidades.
[0026] motor - alguma coisa que converte eletricidade em movimento linear e/ou angular.
[0027] velocidade de operação - uma velocidade de operação, a qual tipicamente está entre uma velocidade síncrona e uma velocidade a plena carga.
[0028] fase - várias porções de um ciclo rotativo completo de uma máquina. Também, uma fração de um ciclo completo decorrido, como medido a partir de um ponto de referência especificado e frequentemente expresso como um ângulo.
[0029] polo - uma de duas ou mais regiões em um corpo magneti-zado no qual a densidade de fluxo magnético está concentrada.
[0030] predeterminado - estabelecido de antemão.
[0031] rígido - substancial mente i nflexível.
[0032] rotor - uma parte rotativa de uma máquina.
[0033] eixo - uma barra gerai mente cilíndrica longa que gira e à qual um rotor pode ser acoplado.
[0034] velocidade - uma velocidade linear ou rotativa.
[0035] estator - uma parte estacionária na ou em torno da qual uma outra parte (o rotor) revolve.
[0036] substancial mente - até uma grande extensão ou grau.
[0037] sistema - uma coleção de mecanismos, dispositivos e/ou instruções, a coleção projetada para a realização de uma ou mais funções específicas.
[0038] motor resfriado a ventilador totalmente fechado ÍTEFÇ] -uma máquina substancial mente fechada equipada com um resfriamento auto-externo por meio de um ventilador ou de ventiladores integrais com a máquina, mas externos às partes de fechamento. A maior parte dos motores TEFC tem aletas externas para aumento da dissipação de calor das superfícies externas.
Descrição Detalhada [0039] Certas modalidades de exemplo provêem um conjunto de motor que compreende um eixo de rotor com canaleta longitudinal. O eixo de rotor com canaleta pode prover um diâmetro de eixo equivalente que é grande o bastante para a provisão de uma velocidade crítica bem acima de uma velocidade de operação definida do motor, Para a área de ventilação em seção transversal que eles provêem, as fendas grandes profundas do eixo com canaleta podem prover perdas por atrito relativamente baixas e/ou um fluxo de ar geral relativamente bom. A largura das canaletas pode ser uma largura de cortador de Ia- minação padrão.
[0040] A Figura 1 é uma vista lateral de uma modalidade de exemplo de um motor 1000, o qual pode compreender um eixo de rotor com canaleta 1100, um núcleo de rotor 1200 e um núcleo de estator 1300. O motor 1000 pode ser de qualquer estilo, tal como de corrente alternada, de corrente contínua, à prova de gotejamento, resfriado a ventilador, ventilado internamente, totalmente fechado, etc. O motor 1000 pode operar com qualquer número de fases, tais como 1, 2, 3, etc. O motor 1000 pode ter qualquer número de pólos, tais como 1, 2, 3, 4, etc. O motor 1000 pode ter qualquer classificação de potência mecânica nominal, tal como de aproximadamente 0,075 kW a aproximadamente 1491 kW, incluindo todas as subfaixas e os valores entre isso.
[0041] A Figura 2 é uma vista em seção transversal tomada na linha de corte A-A da Figura 1. Como mostrado, o núcleo de rotor 1200 tem um diâmetro DRC, e o núcleo de estator 1300 tem um diâmetro DSc- O núcleo de rotor 1200 e o núcleo de estator 1300 têm um comprimento L. Uma relação de L para DSc pode variar de aproximadamente 1,25 a aproximadamente 2,0, incluindo todas as subfaixas e valores entre isso.
[0042] A Figura 3 é uma vista em seção transversal de uma modalidade de exemplo de um eixo de rotor 1100 tomada na linha de corte B-B da Figura 2. Como mostrado, o eixo de rotor 1100 pode compreender uma pluralidade de setores de rotor igualmente espaçados 1110 separados por uma pluralidade de canaletas de eixo de rotor, que se estendem longitudinalmente, igualmente espaçadas 1120, que podem ser formadas pela usinagem do eixo de rotor 1100 com uma ferramenta de usinagem de uma largura apropriada. O eixo de rotor 1100 pode definir um diâmetro Ds, e as canaletas de eixo de rotor 1120 podem definir uma profundidade Q, que é adicionalmente definida por fundos de canaleta de eixo de rotor 1130. Uma relação de Q para Ds pode variar de aproximadamente 0,15 a aproximadamente 0,35, incluindo todos os valores e subfaixas entre isso, tal como de aproximadamente 0,185 a aplicativo 0,3; de aproximadamente 0,2 a aproximadamente 0,28, de aproximadamente 0,25 a aproximadamente 0,32, etc.
[0043] As canaletas de eixo de rotor 1120 podem se estender ao longo do eixo de rotor por pelo menos um comprimento L de núcleo de rotor 1200 (mostrado na Figura 2), e podem gradualmente diminuir de profundidade e/ou aumentar de largura até serem indistinguíveis do eixo de rotor 1100, desse modo se permitindo uma transição suave para o ar entrando nas canaletas 1120 para resfriamento do eixo de rotor 1100 e/ou do núcleo 1200. Um rasgo de chaveta de eixo 1140 pode permitir que o eixo de rotor 1100 se acople a um núcleo de rotor 1200 (mostrado na Figura 4).
[0044] A Figura 4 é uma vista em seção transversal tomada na linha de corte C-C da Figura 2, mostrando uma modalidade de exemplo de uma pilha de laminação de rotor e/ou núcleo de rotor 1200, o qual pode compreender uma pluralidade de setores de núcleo de rotor igualmente espaçados 1210 separados por uma pluralidade de fendas de núcleo de rotor, que se estendem longitudinalmente, igualmente espaçadas 1220, as quais podem conter enrolamentos de núcleo (não mostrados). O núcleo de rotor 1200 pode definir um diâmetro de núcleo Drc e um comprimento de núcleo L (mostrado na Figura 2). Um rasgo de chaveta de núcleo 1240 pode permitir que o núcleo de rotor 1200 se acople a um eixo de rotor 1100 (mostrado na Figura 3).
[0045] A Figura 5 é um fluxograma de uma modalidade de exemplo de um método 5000. Na atividade 5100, um eixo de rotor substancialmente rígido alongado definindo uma pluralidade de canaletas longitudinais pode ser formado. Uma relação de uma profundidade de cada canaleta para um diâmetro do eixo pode ser maior do que aproximadamente 0,15. Na atividade 5200, o eixo de rotor pode ser acoplado a um núcleo de rotor para a formação de um rotor. Na atividade 5300, o rotor pode ser montado com um estator do motor elétrico. Na atividade 5400, um motor funcional pode demonstrar uma velocidade crítica que é de pelo menos 115% de uma velocidade de operação plena esperada e/ou real do rotor, Na atividade 5500, um motor funcional pode demonstrar uma saída de potência mecânica aumentada e/ou uma classificação nominal, se comparado com um motor de outra forma equivalente, que define uma relação de Q para Ds de menos de 0,15, O aumento de potência mecânica pode ser de aproximadamente 15% a aproximadamente 50%, incluindo todos os valores e subfaixas entre eles.
[0046] As Tabelas 1 a 8 a seguir refletem valores de projeto e de desempenho para um motor de 2 pólos de exemplo compreendendo um eixo de rotor com canaleta substancialmente rígido alongado, como descrito aqui. O motor de exemplo tinha um diâmetro de eixo de rotor de 21,59 cm, um diâmetro de núcleo de rotor de 30,43 cm, e um comprimento de núcleo de rotor de 81,28 cm. O motor de exemplo também tinha 6 canaletas no eixo de rotor, cada uma das quais tendo 5,08 cm de profundidade e 2,54 cm de largura. O motor de exemplo também tinha um diâmetro externo de núcleo de estator de 54,97 cm e um comprimento de núcleo de estator de 81,28 cm, para uma relação de L/D de aproximadamente 1,5.
Tabela 1. Classificação Nominal de Placa de Dados Tabela 2. Teste de Temperatura Tabela 3. Características de Teste Tabela 4. Torque e Corrente de Partida Tabela 5. Rendimento e Fator de Potência Tabela 6. Testes de Isolamento Tabela 7. Níveis de Vibração Sem Carga - não-filtrados Tabela 8. Níveis de Vibração Sem Carga - não filtrados [0047] Ainda outras modalidades tornar-se-ão evidentes para aqueles versados nesta técnica a partir da leitura da descrição detalhada recitada acima e dos desenhos de certas modalidades de exemplo. Deve ser compreendido que numerosas variações, modificações e modalidades adicionais são possíveis, e, assim sendo, todas estas variações, modificações e modalidades devem ser consideradas como estando no espírito e no escopo deste pedido. Por exemplo, independentemente do conteúdo de qualquer porção {por exemplo, título, campo, antecedentes, sumário, resumo, figura de desenho, etc.) deste pedido, a menos que claramente especificado ao contrário, não há nenhuma exigência para a inclusão em qualquer reivindicação de qualquer prioridade de reivindicação de pedido aqui de qualquer atividade ou elemento em particular descrito ou ilustrado, qualquer sequência em particular dessas atividades, ou qualquer inter-relação em particular destes elementos. Mais ainda, qualquer atividade pode ser repetida, qualquer atividade pode ser realizada por múltiplas entidades, e/ou qualquer elemento pode ser duplicado. Ainda, qualquer atividade ou elemento pode ser excluído, a sequência de atividades pode variar e/ou a inter-relação de elementos pode variar. Assim sendo, as descrições e os desenhos devem ser considerados como de natureza ilustrativa e não como restritivos. Mais ainda, quando qualquer número ou faixa é descrito aqui, a menos que claramente declarado de outra forma, aquele número ou faixa é aproximado. Quando qualquer faixa é descrita aqui, a menos que claramente declarado de outra forma, aquela faixa inclui todos os valores ali e todas as subfaixas ali. Qualquer informação em qualquer material (por exemplo, uma patente dos Estados Unidos, um pedido de patente dos Estados Unidos, um livro, artigo, etc.) que tenha sido incorporado como referência aqui é apenas incorporada como referência até a extensão em que não exista um conflito entre tal informação e as outras declarações e desenhos estabelecidos aqui. No caso de tal conflito, incluindo um conflito que tornaria qualquer reivindicação buscando prioridade aqui inválida, então, qualquer informação conflitante como essa incorporada por tal material de referência especificamente não é incorporada como referência aqui.
REIVINDICAÇÕES
Claims (24)
1. Dispositivo para a montagem de motor industrial compreendendo um eixo de rotor ventilado, que compreende um eixo de rotor (1100) rígido alongado para um motor elétrico (1000), o referido eixo de rotor (1100) definindo uma pluralidade de canaletas longitudinais (1120), caracterizado pelo fato de que uma relação entre uma profundidade de cada canaleta (1120) e um diâmetro do eixo é maior do que 0,15 e menor do que 0,35, cada uma da pluralidade de canaletas longitudinais (1120) gradualmente diminuindo em profundidade e aumentando em largura ao longo do comprimento do eixo do rotor até serem indistintas do eixo do rotor (1100).
2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a relação é maior do que 0,20.
3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a relação é maior do que 0,25.
4. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a relação é maior do que 0,30.
5. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a relação é menor do que 0,35.
6. Sistema para a montagem de motor industrial compreendendo um eixo de rotor ventilado, que compreende um motor elétrico (1000) que compreende um eixo de rotor (1100) rígido alongado para um motor elétrico (1000), o referido eixo de rotor (1100) definindo uma pluralidade de canaletas longitudinais (1120), caracterizado pelo fato de que uma relação entre uma profundidade de cada canaleta (1120) e um diâmetro do eixo é maior do que 0,15 e menor do que 0,35, cada uma da pluralidade de canaletas longitudinais (1120) gradualmente diminuindo em profundidade e aumentando em largura ao longo do comprimento do eixo do rotor (1100) até serem indistintas do eixo do rotor (1100).
7. Sistema, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a relação é maior do que 0,20.
8. Sistema, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a relação é maior do que 0,25.
9. Sistema, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a relação é maior do que 0,30.
10. Sistema, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a relação é menor do que 0,35.
11. Sistema, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o motor (1000) é um motor fechado.
12. Sistema, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o motor (1000) é um motor resfriado com ventilador.
13. Sistema, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o motor (1000) é um motor de dois pólos.
14. Sistema, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o motor é um motor (1000) de pólo múltiplo.
15. Sistema, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o motor (1000) é um motor monofásico.
16. Sistema, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o motor (1000) é um motor multifásico.
17. Sistema, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que uma relação de um comprimento de um núcleo de estator (1300) do motor para um diâmetro externo do núcleo de estator (1300) é de 1,25 a 2,0.
18. Sistema, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que uma velocidade crítica do referido eixo de rotor (1100) é de pelo menos 115 por cento de uma velocidade de operação esperada do referido eixo de rotor (1100).
19. Sistema, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que uma classificação de potência mecânica nominal do referido motor é de pelo menos 115 por cento de um outro tipo de motor (1000) equivalente definindo uma relação de menos de 0,15.
20. Sistema, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que uma classificação de potência mecânica nominal do referido motor (1000) é de pelo menos 120 por cento de um outro tipo de motor equivalente definindo uma relação de menos de 0,15.
21. Sistema, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que uma classificação de potência mecânica nominal do referido motor (1000) é de pelo menos 125 por cento de um outro tipo de motor (1000) equivalente definindo uma relação de menos de 0,15.
22. Método para a montagem de motor industrial compreendendo um eixo de rotor ventilado, que compreende as etapas: formação (5100) de um eixo de rotor (1100) rígido alongado que define uma pluralidade de canaletas longitudinais (1120) para um motor elétrico (1000), acoplamento (5200) do eixo de rotor (1100) a um núcleo de rotor (1200) do motor elétrico (1000), para a formação de um rotor, caracterizado pelo fato de que uma relação entre uma profundidade de cada canaleta (1120) e um diâmetro do eixo é maior do que 0,15 e menor do que 0,35, cada uma da pluralidade de canaletas longitudinais (1120) gradualmente diminuindo em profundidade e aumentando em largura ao longo do comprimento do eixo do rotor (1100) até serem indistintas do eixo do rotor (1100).
23. Método, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que ainda compreende a montagem (5300) do rotor (1100) com um estator (1300) do motor elétrico.
24. Método, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que uma velocidade crítica do referido rotor (1100) é de pelo menos 115 por cento de uma velocidade de operação esperada do referido rotor (1100).
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