BRPI1010376A2

BRPI1010376A2 - Motor elétrico

Info

Publication number: BRPI1010376A2
Application number: BRPI1010376-7A
Authority: BR
Inventors: James Ching Sik Lau; xiao jun Yang; Chun Kei Yu
Original assignee: Johnson Electric Sa
Priority date: 2009-12-29
Filing date: 2010-12-29
Publication date: 2015-01-27
Also published as: CN102111037A; JP2011139631A; US20110156511A1; CN102111053B; US8471430B2; US20110156526A1; CN102111037B; JP5762012B2; BRPI1005464A2; JP2011155831A; US8593022B2; DE102010056315A1; DE102010056430A1; JP5918468B2; CN102111053A

Abstract

MOTOR ELÉTRICO Um motor elétrico tem um estator e um rotor montado rotativarnente no estator. O rotor tem um eixo e uma ventoinha montada no eixo. Uma estrutura de guia de ar com urna porção de extensão axial é disposta em uma extremidade do estator adjacente à ventoinha. O interstício entre a porção de extensão axial e a ventoinha na direção axial e/ou direção radial do motor é estreita a fim de reduzir redemoinho de ar gerado por ar escoando da saída da ventoinha para a entrada da ventoinha através do mterstício. Preferivelmente, a largura do interstício é superior a 0,05 mm e inferior a 2,0 mm. A eficiência da ventoinha é aumentada e o desempenho do motor é melhorado.

Description

“MOTOR ELÉTRICO” CAMPO DA INVENÇÃO

Esta invenção se refere a um motor elétrico e, em particular, a um pequeno motor elétrico com uma ventoinha de refrigeração. ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Geralmente, pequenos motores elétricos, tais como os motores PMDC e motores de CC comutados eletronicamente compreendem um estator e um rotor instalado no estator. Duas tampas de extremidade são dispostas nas extremidades axiais do estator. As duas tampas de extremidade têm mancais nos quais o eixo é apoiado. Para remover calor a partir do motor, uma ventoinha é fixada ao eixo e posicionada no lado interno de uma tampa de extremidade entre o núcleo de estator e a tampa de extremidade.

Todavia, para aumentar a potência de motor enquanto reduz o tamanho físico do motor, o problema de dissipação de calor toma-se mais proeminente.

Por conseguinte, existe um desejo de um motor elétrico com refrigeração melhorada.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Assim, em um aspecto, a presente invenção provê um motor elétrico compreendendo: um estator; um rotor montado rotativamente no estator e tendo um eixo; uma ventoinha montada no eixo, a ventoinha tendo uma entrada e uma saída; uma estrutura de guia de ar com uma porção de extensão axial é disposta em uma extremidade do estator adjacente à ventoinha; e um interstício é formado entre a porção de extensão axial e a ventoinha (44), em que o interstício tem uma largura que é suficientemente estreita para restringir ar escoando da saída da ventoinha para a entrada da ventoinha através do interstício.

Preferivelmente, a largura do interstício é superior a 0,05 mm e inferior a 2,0 mm.

Preferivelmente, o estator compreende ainda um núcleo de estator, enrolamcntos enrolados em tomo do núcleo de estator e um protetor de extremidade para isolar o núcleo de estator em relação aos enrolamentos, o protetor de extremidade sendo integralmente formado com a porção de extensão axial da estrutura de guia de ar.

Preferivelmente, o estator compreende ainda um núcleo de estator, enrolamentos enrolados em tomo do núcleo de estator, e um protetor de extremidade para isolar o núcleo de estator em relação aos enrolamentos, e em que o protetor de extremidade compreende ainda uma porção de extremidade estendendo-se radialmente e cobrindo pelo menos parcialmente uma extremidade axial de dentes do núcleo de estator.

Preferivelmente, o estator compreende duas tampas de extremidade posicionadas em extremidades axiais do mesmo, e a ventoinha é posicionada adjacente a um lado externo de uma das duas tampas de extremidade.

Preferivelmente, o estator compreende ainda um núcleo de estator e uma pluralidade de elementos de travamento estendendo-se através do interior do núcleo de estator para fixar as duas tampas de extremidade ao núcleo de estator.

Preferivelmente, o estator compreende duas tampas de extremidade posicionadas em extremidades axiais do mesmo, e a ventoinha é posicionada adjacente a um lado interno das duas tampas de extremidade.

Preferivelmente, a ventoinha é uma ventoinha centrífuga posicionada na extremidade da porção de extensão axial da estrutura de guia de ar e o interstício é formado entre a porção de extensão axial e a ventoinha na direção axial do motor.

Preferivelmente, uma extremidade da porção de extensão axial, adjacente à ventoinha, é em forma de trombeta.

Preferivelmente, a ventoinha tem uma pluralidade de palhetas e um chanfro é formado em uma extremidade das palhetas, adjacente à porção de extensão axial.

Preferivelmente, a ventoinha é uma ventoinha axial posicionada adjacente a um lado interno da porção de extensão axial, e o interstício é formado entre a porção de extensão axial e a ventoinha na direção radial do motor.

Preferivelmente, a ventoinha é uma ventoinha axial posicionada no lado externo da extremidade da porção de extensão axial da estrutura de guia de ar e o raio externo da ventoinha é maior que o raio externo da porção de extensão axial da estrutura de guia de ar.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Uma modalidade preferida da invenção será agora descrita, apenas a título de exemplo, com referência às figuras dos desenhos anexos. Nas figuras, estruturas, elementos ou partes idênticas que aparecem em mais de uma figura são geralmente designados com os mesmos números de referência em todas as figuras em que eles aparecem. Dimensões de componentes e características mostradas nas figuras são geralmente escolhidas por conveniência e clareza de apresentação e não estão necessariamente mostrados em escala. As figuras são listadas abaixo. A figura 1 é uma vista em perspectiva de um motor de acordo com uma primeira modalidade preferida da presente invenção; a figura 2 é uma vista seccional axial do motor da figura 1; a figura 3 é uma vista em perspectiva de uma estrutura de guia de ar, sendo uma parte do motor na figura 1; a figura 4 é uma vista seccional axial da porção de extensão axial da estrutura de guia de ar de acordo com uma segunda modalidade da presente invenção; a figura 5 é uma vista seccional axial da porção de extensão axial da estrutura de guia de ar de acordo com outra modalidade da presente invenção; as figuras 6 a 8 são vistas seccionais axiais esquemáticas da ventoinha em diferentes modalidades; as figuras 9 e 10 são vistas esquemáticas de posições relativas entre uma ventoinha do tipo centrífugo e a estrutura de guia de ar em diferentes modalidades; as figuras 11 e 12 são vistas esquemáticas de posições relativas entre uma ventoinha do tipo centrífugo e a estrutura de guia de ar em diferentes modalidades; e a figura 13 é uma vista seccional axial de um motor de acordo com outra modalidade.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS

As figuras 1, 2 e 3 mostram um motor de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção. O motor compreende um estator 10 e um rotor 40 rotativo em relação ao estator. O rotor 40 compreende um eixo 42. Uma ventoinha 44 é montada em uma extremidade do eixo 42. A ventoinha 44 é posicionada no lado externo axial da tampa de extremidade 22. O estator 10 compreende um núcleo de estator 12 f eito de material magnético permeável, como ferro, e enrolamentos 14. O núcleo de estator 12 compreende um jugo 16 e uma pluralidade de dentes que se estendem para dentro a partir do jugo. Os enrolamentos 14 são enrolados em tomo dos dentes. Uma pluralidade de fendas (não designadas) é axialmente formada na superfície externa do jugo 16 para aumentar as áreas de dissipação de calor do jugo 16. O estator 10 compreende ainda duas tampas de extremidade 20, 22 e uma pluralidade de elementos de travamento 24 para fixar as tampas de extremidade 20, 22. Os elementos de travamento 24 se estendem através de respectivas fendas formadas entre os dentes adjacentes no lado interno do jugo 16. O estator 10 compreende ainda dois protetores de extremidade 26, 27 dispostos nas extremidades axiais do núcleo de estator 12, respectivamente, para proteger os enrolamentos contra as bordas agudas do núcleo de estator e para isolar o núcleo de estator 12 em relação aos enrolamentos 14.

Cada tampa de extremidade 20, 22 compreende uma porção de extremidade 202, 222 para suportar um eixo 42 do rotor 40 e uma porção de extensão axial 204, 224 estendendo-se axialmente a partir da porção de extremidade 202, 222. Porções internas das duas extremidades axiais dos dentes do núcleo de estator são rebaixadas em relação às outras porções dos dentes, de modo que os degraus 19 são formados. As extremidades das porções de extremidade axiais 204, 224 das tampas de extremidade 20, 22 encostam-se contra os degraus 19 para posicionar as porções de extensão axial 204, 224 nas direções axial e radial. Opcionalmente, se as superfícies cilíndricas internas dos protetores de extremidade 26, 27 tiverem precisão suficiente, as extremidades das porções de extensão axial 204, 224 podem ser radialmente posicionadas pelas superfícies cilíndricas internas dos protetores de extremidade 26, 27 e axialmente posicionadas pelas extremidades das porções de extensão axial 204, 224 das tampas de extremidade 20, 22. O protetor de extremidade 27, adjacente à ventoinha 44, é integralmente formado com uma estrutura de guia de ar 28. O protetor de extremidade tem uma porção de extremidade 282 e uma porção de extensão axial 284 que se estende axialmente a partir da periferia externa da porção de extremidade 282. A porção de extremidade 282 compreende várias porções de extensão radial correspondendo aos dentes do núcleo de estator. As porções de extensão radial são estreitamente afixadas a uma extremidade axial dos dentes do núcleo de estator para isolar os enrolamentos 14 em relação ao núcleo. A porção de extensão axial 284, que forma a estrutura de guia de ar 28, é tubular e envolve a periferia externa da tampa de extremidade 22. Embora a porção tubular da estrutura de guia de ar preferivelmente tenha uma seção transversal circular reta, outros formatos de seção transversal, como elípticos, quadrados, retangulares, etc., são possíveis, de forma a se ajustar geralmente ao formato do núcleo de estator. Por exemplo, se o estator for quadrado, a porção de extensão axial 284 pode ser um tubo com seção transversal quadrada. A extremidade da porção de extensão axial 284, remota à porção de extremidade 282, estende-se para fora em direções radiais de forma que uma extremidade alargada ou em formato de trombeta é formada. A ventoinha 44 é uma ventoinha centrífuga compreendendo várias palhetas 46 que se estendem para fora na direção radial. As palhetas 46 estão voltadas para a estrutura de guia de ar 28. Um interstício axial estreito é formado entre as extremidades das palhetas 46 e a extremidade da porção de extensão axial 284 da estrutura de guia de ar 28. Preferivelmente, a largura do interstício é superior a 0,05 mm e inferior a 2,0 mm. Quando o motor está em operação, fluxo de ar gerado pela ventoinha 44 escoa para dentro das fendas formadas entre os dentes adjacentes do estator e o espaço entre o estator e o rotor, então escoa para fora a partir da extremidade do motor adjacente à ventoinha e através da passagem de fluxo de ar formada entre as palhetas 46 da ventoinha 44 para refrigerar assim o núcleo de rotor, ímãs (não mostrados), e os enrolamentos de estator 14. Altemativamente, o ar pode escoar na direção oposta. O interstício axial estreito formado entre as extremidades das palhetas 46 e a extremidade da porção de extensão axial 284 da estrutura de guia de ar 28 pode impedir que o ar escoe a partir da região de pressão mais alta no lado de saída da ventoinha 44 para a região de pressão mais baixa no lado de entrada da ventoinha 44. Deve existir um interstício entre a ventoinha e a guia de ar para permitir que a ventoinha gire sem contatar a guia de ar. Todavia, usualmente existe considerável recirculação ou fluxo cruzado de ar desde a saída da ventoinha para a entrada da ventoinha, o qual reduz o volume de ar escoando através do motor. Pela restrição deste fluxo cruzado de ar, mais ar é puxado através do motor. Assim, a eficiência de refrigeração da ventoinha 44 é aumentada e o desempenho do motor é melhorado.

Opcionalmente, a estrutura de guia de ar 28 pode ser formada separadamente a partir do protetor de extremidade 27 e compreender uma porção de extremidade axial que se estende radialmente e uma porção de extensão axial que se estende axialmente a parir da periferia da porção de extremidade axial. A porção de extremidade axial é afixada ao protetor de extremidade. A extremidade em forma de trombeta da estrutura de guia de ar 28 pode também ser formada por tais meios como corte da superfície interna da extremidade da porção de extensão axial 284 da estrutura de guia de ar 28 em uma configuração de chanfro que pode ser uma superfície convexa, côncava ou uma superfície retilínea, como mostrado na figura 4 e na figura 5. A extremidade em forma de trombeta formada na estrutura de guia de ar 28 pode ajudar a reduzir a geração de redemoinho de ar.

As extremidades das palhetas 46 da ventoinha 44, adjacentes à porção de extensão axial 284 da estrutura de guia de ar 28, podem também ser cortadas em uma configuração de chanfro que pode ser uma superfície retilínea, convexa ou côncava, como mostrado nas figuras 6 a 8. A ventoinha 44 e a estrutura de guia de ar 28 podem ter várias posições de montagem. Por exemplo, a ventoinha 44 pode estar totalmente posicionada fora da porção de extensão axial 284 da estrutura de guia de ar 28, como mostrado na figura 9. A ventoinha 44 pode estar parcialmente posicionada na porção de extensão axial 284 da estrutura de guia de ar 28, como mostrado na figura 10.

Opcionalmente, a ventoinha 44 pode ser uma ventoinha axial. A ventoinha inteira pode estar totalmente posicionada fora da porção de extensão axial 284 da estrutura de guia de ar 28. Um interstício axial é formado entre a extremidade axial da ventoinha 44 e a face de extremidade axial da porção de extensão axial 284. O raio externo da ventoinha 44 é maior que o raio externo do núcleo de estator, como mostrado na figura 11. Assim, do fluxo de ar gerado pela ventoinha 44, algum ar escoa através dos interstícios entre os dentes adjacentes do estator, enquanto algum ar escoa sobre o lado externo do núcleo de estator 12 para refrigerar o núcleo de estator. Quando a ventoinha 44 é uma ventoinha axial, ela pode estar posicionada dentro da porção de extensão axial 284 da estrutura de guia de ar 28 com um interstício radial formado entre a periferia externa da ventoinha 44 e a superfície interna da porção de extensão axial 284, como mostrado na figura 12.

Opcionalmente, a ventoinha 44 e a estrutura de guia de ar 28 podem ser dispostas no lado interno da tampa de extremidade 22, como mostrado na figura 13.

Opcionalmente, ambos os interstícios radial e axial podem ser formados entre a porção de extensão axial 284 e a estrutura de guia de ar 28 e a ventoinha.

Deve ser notado que a porção de extensão axial 284 da estrutura de guia de ar 28 não é limitada a se estender somente na direção axial do motor. Ela pode se estender em uma direção inclinada em relação ao eixo do motor.

Na descrição e reivindicações do presente pedido, cada um dos verbos “compreender”, “incluir”, “conter” e “ter” e suas variações são usados em um sentido inclusivo para especificar a presença do item mencionado, mas não excluem a presença de itens adicionais. Não obstante a invenção seja descrita com referência a uma ou mais modalidades preferidas, deve ser apreciado por aqueles especializados na arte que várias modificações são possíveis. Por conseguinte, o escopo da invenção deve ser determinado pela referência às reivindicações que seguem.

Por exemplo, deve ser entendido que a presente invenção não é limitada a motores comutados eletronicamente. A presente invenção é também aplicável a outros tipos de motores, como motores universais, motores PMDC e similares.

Claims

1. Motor elétrico, compreendendo: um estator (10); um rotor (40) montado rotativamente no estator e tendo um eixo (42); uma ventoinha (44) montada no eixo (42), a ventoinha tendo uma entrada e uma saída; uma estrutura de guia de ar (28) com uma porção de extensão axial (284) disposta em uma extremidade do estator adjacente à ventoinha; e um interstício é formado entre a porção de extensão axial (284) e a ventoinha (44), caracterizado pelo fato de que o interstício tem uma largura que é suficientemente estreita para restringir ar escoando da saída da ventoinha para a entrada da ventoinha através do interstício.

2. Motor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a largura do interstício é superior a 0,05 mm e inferior a 2,0 mm.

3. Motor de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o estator (10) compreende ainda um núcleo de estator (12), enrolamentos (14) enrolados em tomo do núcleo de estator e um protetor de extremidade (27) para isolar o núcleo de estator em relação aos enrolamentos, o protetor de extremidade (27) sendo integralmente formado com a porção de extensão axial (28) da estrutura de guia de ar (28).

4. Motor de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um núcleo de estator (12), enrolamentos (14) enrolados em tomo do núcleo de estator, e um protetor de extremidade (26, 27) para isolar o núcleo de estator em relação aos enrolamentos, e em que o protetor de extremidade (26, 27) compreende ainda uma porção de extremidade (282) estendendo-se radialmente e cobrindo pelo menos parcialmente uma extremidade axial dos dentes do núcleo de estator (12).

5. Motor de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o estator (10) compreende duas tampas de extremidade (20, 22) posicionadas em extremidades axiais do mesmo, e a ventoinha (44) é posicionada adjacente a um lado externo de uma das duas tampas de extremidade (22).

6. Motor de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a ventoinha (44) é uma ventoinha centrífuga posicionada na extremidade da porção de extensão axial (284) da estrutura de guia de ar (28) e o interstício é formado entre a porção de extensão axial (284) e a ventoinha (44) na direção axial do motor.

7. Motor de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que uma extremidade da porção de extensão axial (284), adjacente à ventoinha (44), é em forma de trombeta.

8. Motor de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que a ventoinha (44) tem uma pluralidade de palhetas (46) e um chanffo é formado em uma extremidade das palhetas, adjacente à porção de extensão axial (284).

9. Motor de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a ventoinha (44) é uma ventoinha axial posicionada adjacente a um lado interno da porção de extensão axial (284), e o interstício é formado entre a porção de extensão axial (284) e a ventoinha (44) na direção radial do motor.

10. Motor de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a ventoinha (44) é uma ventoinha axial posicionada no lado externo da extremidade da porção de extensão axial (284) e o raio externo da ventoinha (44) é maior que o raio externo da porção de extensão axial (284) da estrutura de guia de ar (28).