CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção refere-se ao campo das máquinas elétricas girantes que possuem um circuito de ventilação em que o fluxo de ar de arrefecimento escoa radialmente pelo pacote de chapas do rotor em direção ao estator.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0002] Máquinas elétricas são equipamentos utilizados para a transformação de energia elétrica em mecânica, no caso de motores, e vice-versa, no caso de geradores. São constituídas por quatro estruturas básicas, à saber: o rotor, que é o componente energizado girante, um elemento estático chamado estator, igualmente energizado, mancais responsáveis por unir as partes estática e girante, e por fim a carcaça que constitui não apenas o papel de invólucro dos sistemas já mencionados, mas promove a integração com outros sistemas auxiliares. São considerados sistemas auxiliares os de excitação, arrefecimento, lubrificação entre outros que podem coexistir com os principais, dependendo da construção e exigências técnicas do equipamento.

[0003] Tanto rotores quanto estatores são compostos essencialmente por um núcleo férrico, chamado de pacote de chapas. Este, por sua vez, é obtido a partir do empilhamento de um determinado número de chapas de aço, contendo ranhuras ou simplificadamente alojamentos dispostos na extremidade da chapa, que serão preenchidos pelos condutores, sendo esses fios ou barras de elemento condutor, como cobre, por exemplo. [0004] Em se tratando do pacote de chapas, como já descrito, estes são obtidos pelo empilhamento consecutivo de chapas chamadas principais até um comprimento determinado em projeto. Porém, em alguns casos, durante a montagem do pacote de chapas, algumas chapas, chamadas de chapas distanciadoras, são intercaladas às ditas chapas principais. [0005] Essas chapas distanciadoras diferenciam-se das chapas principais por conterem perfis distanciadores entre dois pacotes de chapas adjacentes. Os perfis distanciadores são projeções no sentido axial da chapa, responsáveis por criar vias radiais por onde o fluxo de ar advindo do circuito de ventilação pode passar do rotor para o estator, ou do estator para a carcaça. Essa construção é largamente aplicada tanto em rotores quanto em estatores de máquinas elétricas girantes.

[0006] Tradicionalmente existem dois tipos de circuito de ventilação de máquinas elétricas girantes que utilizam os canais radiais formados pelas chapas distanciadoras, são eles o circuito misto e o circuito bilateral.

[0007] O circuito misto consiste na admissão do fluido de arrefecimento por um lado da máquina e saída pelo lado oposto, sendo que o caminho percorrido pelo fluido é em parte axial e em parte radial. A parcela axial consiste na passagem do fluido pelos dutos axiais formados entre o pacote de chapas do rotor e o eixo, pelo espaço formado entre o diâmetro externo do rotor e interno do estator, conhecido como entreferro, e ainda pelos dutos axiais de ventilação formados entre o estator e a carcaça. Já a parcela radial é realizada como já descrito, pela passagem do fluido de arrefecimento pelos canais radiais do pacote do rotor e do estator.

[0008] O circuito bilateral é semelhante ao circuito misto, porém nesse caso o fluido de arrefecimento é admitido em ambas as extremidades da máquina, sendo conduzido axialmente para o interior da máquina em sua porção central, e então conduzido radialmente para a porção de saída do fluxo, compreendida ainda nessa porção central.

[0009] São conhecidas do estado da técnica diferentes disposições e formas construtivas de perfis distanciadores. Uma variação possível é relacionada à fabricação das chapas distanciadoras, que podem ser obtidas por meio da soldagem dos perfis distanciadores diretamente em uma chapa base sendo possível aplicar processos diversos como solda de projeção, solda ponto ou ainda formas alternativas como a colagem do perfil distanciadora na chapa base, recorte e subsequente dobra do perfil distanciador a partir da chapa base, não limitado a esses processos.

[0010] Uma das formas construtivas de rotor aplicada a máquinas elétricas girantes é chamada de rotor laminado de polos lisos. Nessa configuração os enrolamentos do condutor são dispostos dentro das ranhuras da chapa principal do rotor formando o que se chama de bobina. [0011] Os enrolamentos formam bobinas, que por sua vez delimitam cada um dos polos da máquina elétrica. Conforme esquematicamente ilustrado na figura 1 , a região compreendida pelo polo é chamada de eixo direto, por outro lado a região entre polos adjacentes é chamada de eixo em quadratura.

[0012] Em máquinas elétricas com rotor do tipo laminado o arranjo mais comum para os perfis distanciadores é na direção radial de modo equidistante. Nessa configuração tem-se uma substancial parcela da vazão de ar dos canais radiais escoando na região central do eixo direto. Isso ocorre devido à ausência de bobinas nessa região, que faz com que a área de passagem de ar seja maior, resultando em menor perda de carga. [0013] Apesar do escoamento na região central do eixo direto contribuir no resfriamento do pacote do rotor e estator, resulta em pouca influência no resfriamento do bobinado. Como consequência, tem-se ainda a geração de perdas adicionais por ventilação como resultado da elevada vazão de ar nessa região, reduzindo assim a eficiência do arrefecimento do bobinado do rotor.

OBJETIVOS DA INVENÇÃO

[0014] É um dos objetivos da presente invenção proporcionar uma solução técnica que resolva o problema relacionado à elevada vazão de fluido de arrefecimento na região central do eixo direto de rotores laminados e do consequente elevado nível de perdas mecânicas gerado.

[0015] É mais um dos objetivos da presente invenção proporcionar um rotor para uma máquina elétrica girante que permita o direcionamento do fluxo de ar de arrefecimento para as bobinas do rotor.

[0016] É ainda outro dos objetivos da presente invenção proporcionar um rotor para uma máquina elétrica girante que aumente a troca térmica da bobina e reduza as perdas por ventilação da máquina.

[0017] É mais um dos objetivos da presente invenção proporcionar um rotor para uma máquina elétrica girante, em que os perfis distanciadores da chapa distanciadora sejam capazes de direcionar o fluido de arrefecimento para as porções que contém enrolamento no rotor.

[0018] É ainda outro dos objetivos da presente invenção proporcionar um rotor para uma máquina elétrica girante, em que os perfis distanciadores da chapa distanciadora possibilitem um aumento da vazão de ar nas regiões que contém o enrolamento em detrimento da região central do polo que não possui enrolamentos.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0019] A presente invenção atinge os objetivos acima por meio de um rotor compreendendo um pacote de chapas montado em um eixo, em que o dito pacote de chapas é composto por uma pluralidade de chapas principais montadas em alternância com uma outra pluralidade de chapas distanciadoras, cujas ditas chapas distanciadoras compreendem uma chapa base com uma pluralidade de perfis distanciadores.

[0020] A chapa distanciadora compreende uma região de coroa próxima ao eixo e uma região periférica onde são formadas ranhuras, e pelo menos um perfil distanciador da pluralidade de perfis distanciadores é um perfil distanciador direcionador que compreende:

[0021] uma primeira parte de extremidade disposta radialmente em relação ao eixo na região de coroa da chapa distanciadora;

[0022] uma segunda parte de extremidade disposta radialmente em relação ao eixo na região periférica da chapa distanciadora;

[0023] em que a segunda parte de extremidade é angularmente deslocada em relação à primeira parte de extremidade.

[0024] Em concretizações da presente invenção, a segunda parte de extremidade do pelo menos um perfil distanciador direcionador é disposta em uma região formada entre duas ranhuras consecutivas da região periférica da chapa distanciadora.

[0025] A pluralidade de perfis distanciadores pode compreender uma primeira subpluralidade de perfis distanciadores de formato reto dispostos radialmente em relação ao eixo na região de coroa da chapa distanciadora, uma segunda subpluralidade de perfis distanciadores de formato reto dispostos radialmente em relação ao eixo na região periférica da chapa distanciadora, e pelo menos um par de perfis distanciadores direcionadores.

[0026] Em concretizações da presente invenção, o par de perfis distanciadores direcionadores é um par simétrico disposto em relação um eixo direto do rotor, e a segunda extremidade de um dos perfis distanciadores direcionadores é disposta em uma região adjacente a uma primeira caída de bobina do rotor.

[0027] Em uma concretização da presente invenção, as primeira e segunda partes extremidades do pelo menos um perfil distanciador são dispostas com um deslocamento angular a entre si, o deslocamento angular a sendo correspondente a pelo menos a distância angular b entre duas ranhuras consecutivas da região periférica da chapa distanciadora. [0028] Em uma concretização da invenção, o pelo menos um perfil distanciador direcionador compreende ainda uma parte de conexão que se estende entre a primeira parte de extremidade e a segunda parte de extremidade.

[0029] A primeira parte de extremidade, a segunda parte de extremidade e a parte de conexão do pelo menos um perfil distanciador direcionador podem ser formadas por uma peça única conformada. Alternativamente, a primeira parte de extremidade, a segunda parte de extremidade e a parte de conexão do pelo menos um perfil distanciador direcionador podem ser formadas por partes de perfil individuais adjacentes.

[0030] Em concretizações da presente invenção, a primeira parte de extremidade do pelo menos um perfil distanciador direcionador se estende até a segunda parte de extremidade do pelo menos um perfil distanciador direcionador.

[0031] A presente invenção também se refere a uma máquina elétrica girante compreendendo o rotor da presente invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0032] A presente invenção será descrita a seguir com mais detalhes, com referências aos desenhos anexos, nos quais:

[0033] Figura 1 - é uma vista frontal de um rotor conhecido do estado da técnica;

[0034] Figura 2 - é uma vista em perspectiva de um rotor de acordo com uma concretização da presente invenção;

[0035] Figura 3a - é uma vista frontal de um rotor de acordo com uma concretização da presente invenção;

[0036] Figura 3b - é uma vista lateral de um rotor de acordo com uma concretização da presente invenção, mostrando o corte seccional AA da figura 3a;

[0037] Figura 4 - é uma vista em perspectiva de uma chapa distanciadora de um rotor de acordo com uma concretização da presente invenção;

[0038] Figura 5 - é uma vista frontal de uma chapa distanciadora de um rotor de acordo com uma concretização da presente invenção;

[0039] Figura 5a - é uma vista ampliada do detalhe D mostrado na figura 5;

[0040] Figura 6 - é uma vista frontal de uma chapa distanciadora de um rotor de acordo com uma concretização da presente invenção, a chapa distanciadora sendo mostrada em conjunção com uma chapa principal do pacote de rotor;

[0041] Figura 7 - é uma vista ampliada de um perfil distanciador direcionador de uma chapa distanciadora de um rotor de acordo com uma segunda concretização da presente invenção;

[0042] Figura 8 - é uma vista frontal de uma chapa distanciadora de um rotor de acordo com uma terceira concretização da presente invenção; e

[0043] Figura 8a - é uma vista ampliada do detalhe D mostrado na figura 8.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0044] A presente invenção será descrita a seguir com base em concretizações preferidas mostradas nas figuras 2 a 8.

[0045] A figura 2 mostra um rotor (1 ) de uma máquina elétrica girante, seja ela um motor ou um gerador, composto por pelo menos, mas não exclusivamente, um eixo (2) sobre o qual é montado um pacote de chapas (3). A construção e função desse tipo de rotor é conhecida pelos técnicos no assunto, de modo que serão detalhados nessa descrição apenas os elementos e características necessários à plena compreensão da invenção por um técnico no assunto.

[0046] Como melhor ilustrado na figura 3, o pacote de chapas (3) compreende uma pluralidade de chapas principais (4) intercaladas a cada comprimento predeterminado por chapas distanciadoras (5). Tanto as chapas principais (4) quanto as chapas distanciadoras (5) podem ser fabricadas a partir de chapas de aço carbono, podendo ou não ter elementos de liga como por exemplo o silício.

[0047] Como sabido pelos técnicos no assunto, cada chapa principal possui uma região periférica com ranhuras nas quais são inseridos os condutores e uma região de coroa próxima ao furo do eixo.

[0048] As figuras 4 a 6 mostram uma primeira concretização da chapa distanciadora (5) de acordo com a presente invenção.

[0049] Como pode ser visto nessa figura, a chapa distanciadora (5) compreende uma chapa base (6) que compreende uma pluralidade de perfis distanciadores (7). Essa chapa base (6) pode possuir geometria simplificada quando comparada à chapa principal (4), ou seja, a geometria de corte da chapa base (6) não precisa ser idêntica à chapa principal (4). [0050] Do mesmo modo que nas chapas principais, ainda que possivelmente em uma geometria simplificada, a chapa distanciadora (5) compreende uma região de coroa (51) próxima ao eixo e uma região periférica (52) com ranhuras (53).

[0051] Os perfis distanciadores (7) podem ter um arranjo distinto do apresentado nas concretizações ilustradas da presente invenção, podendo variar em quantidade em função da variação da quantidade de ranhuras do rotor. Ainda, admite-se variação tanto no tamanho quanto na disposição dos perfis distanciadores (7) tanto no eixo direto quanto no eixo em quadratura, nas regiões de cora (51 ) e periférica (52). Dessa forma, admite- se ainda variação na disposição, tamanho e quantidade dos distanciadores (7) e ranhuras (53).

[0052] Os perfis distanciadores (7) podem ser obtidos por meios diversos de fabricação, sendo um dos possíveis a utilização de perfis comerciais do tipo I de abas largas, que por sua vez são laminadas a quente a partir de lingotes de aço carbono SAE 1010/1020. Porém essa configuração não é mandatória para o alcance da solução técnica da presente invenção.

[0053] Os perfis distanciadores (7) podem ser fixados à chapa base (6) por soldagem (qualquer uma de suas variações incluindo a solda por projeção e a solda ponto, mas não limitado a esses processos), por colagem ou por qualquer outro meio conhecido.

[0054] Na concretização da presente invenção, a pluralidade de perfil distanciadores (7) compreende uma primeira subpluralidade (7a) de perfis distanciadores (7) de formato reto dispostos radialmente em relação ao eixo (2) na região de coroa (51 ) da chapa distanciadora (5); e uma segunda subpluralidade (7b) de perfis distanciadores (7) de formato reto dispostos radialmente em relação ao eixo (2) na região periférica (52) da chapa distanciadora (5).

[0055] De acordo com a presente invenção, a pluralidade de perfis distanciadores (7) inclui ainda pelo menos um perfil distanciador direcionador (71 ) que compreende uma primeira parte de extremidade (701 ) com um formato reto disposta na região de coroa (51 ) da chapa distanciadora (5), e uma segunda parte de extremidade (702) com um formato reto disposta na região periférica (52) da chapa distanciadora (5). A segunda parte de extremidade é angularmente deslocada em relação à primeira parte de extremidade.

[0056] Como mostrado nas figuras, em concretizações preferidas da presente invenção, a segunda parte de extremidade (702) do perfil (71) é disposta em uma região disposta entre ranhuras (53) consecutivas.

[0057] Ressalta-se que as extremidades (701 ) e (702) devem estar angularmente deslocadas uma em relação a outra. Assim, conforme melhor ilustrado na figura 5, na primeira concretização da presente invenção, há um deslocamento angular (a) entre as extremidades (701 ) e (702), sendo que esse deslocamento (a) é igual a pelo menos o deslocamento angular de uma ranhura (b).

[0058] O deslocamento angular (a) entre as extremidades (701 ) e (702) pode variar de acordo com a quantidade de ranhuras do rotor e com a quantidade de caídas do enrolamento principal (8).

[0059] Na concretização mostrada nas figuras 4 a 6, tem-se um rotor com 6 caídas e 72 ranhuras, ou seja, um deslocamento angular entre as ranhuras (b) de 5°.

[0060] Conforme melhor ilustrado na figura 6, em uma concretização da presente invenção, o perfil distanciador direcionador (71 ) é posicionado com sua segunda extremidade (702) adjacente a uma região de primeira caída da bobina (81 ), enquanto que a sua primeira extremidade (701) deve ser posicionada próxima a uma costela (11 ) do eixo rotor (10) ou à região correspondente, em outras geometrias de eixo, a porção central de entrada de ar no eixo direto do polo em questão, sendo o termo próximo aqui definido nesse contexto como uma distância inferior à espessura da costela (11). Isso permite que o fluxo de ar de ventilação impelido pelos ventiladores (não mostrados) para a região (12) compreendida entre o pacote do rotor (10) e o eixo (2) seja direcionado para a região com bobinas (8), e não na região central do eixo direto.

[0061] Como melhor visualizado na visão ampliada do detalhe D, mostrada da figura 5a, conectando as primeira e segunda extremidades (701 , 701 ) do perfil (71) existe uma parte de conexão (703) com formato reto partindo da primeira extremidade (701 ) em direção à segunda extremidade (702).

[0062] Na concretização da invenção mostrada nas figuras 4 a 6, as três partes (701 , 702 e 703) do perfil distanciador direcionador (71 ) compõe um único corpo. Assim, essa concretização pode ser obtida pela conformação do perfil nas dimensões desejadas.

[0063] A conformação do perfil distanciador direcionador (71 ) forma a existência de regiões de dobra (703a) e (703b). O raio de dobra deve ser tal que permita a dobra do material no ângulo (a) desejado.

[0064] Alternativamente, na concretização mostrada na figura 7, o perfil distanciador direcionador (710) é formado por partes de perfil individuais (711 , 712, 713) unidas por soldagem ou processo similar. Assim, nessa segunda concretização da presente invenção, não existem as regiões de dobra de perfil. Nessa configuração, é necessário que o posicionamento das partes de perfil individuais (711 , 712, 713) seja tal que resulte na menor distância d possível entre eles.

[0065] A figura 8 mostra uma terceira concretização de chapa distanciadora de acordo com a presente invenção, em que o pelo menos um perfil distanciador direcionador (720) compreende apenas uma primeira parte extremidade (721 ) e uma segunda parte de extremidade (722). [0066] Assim, nessa concretização, a primeira parte de extremidade (721 ) estende-se, em um caminho reto, da região de coroa (501 ) da chapa distanciadora (50) até à segunda parte de extremidade (722) disposta na região periférica (502) da chapa distanciadora (50).

[0067] Preferencialmente, a primeira extremidade (721) do perfil direcionador (720) deve ficar à cerca de 10mm da borda interna da chapa base (60), enquanto a segunda extremidade (721 ) do perfil distanciador (720) deve ficar a uma distância ideal de cerca de 5mm da borda externa da chapa base (60). O comprimento do segmento formado pela primeira extremidade estendida (721 ) deve corresponder a metade da dimensão total da coroa da chapa (60), e o comprimento da segunda extremidade (722) deve possuir dimensão equivalente à altura da ranhura (530).

[0068] Ressalta-se que nas demais concretizações da invenção, a primeira extremidade do perfil direcionador deve, preferencialmente, ficar à cerca de 10mm da borda interna da chapa base, enquanto a segunda extremidade do perfil distanciador deve ficar, preferencialmente, a uma distância ideal de cerca de 5mm da borda externa da chapa base.

[0069] Nas concretizações da invenção mostradas nas figuras, a primeira subpluralidade de perfis distanciadoras (7a) é disposta de maneira tal que a área de passagem do fluxo de ar entre os perfis da primeira subpluralidade e o perfil distanciador direcionador (71 , 710, 720) não seja inferior à 75%, limitada a 100%, da dimensão linear entre dois perfis distanciadores da subpluralidade (7a).

[0070] Os perfis distanciadores direcionadores (71 , 710, 720) devem ser posicionados em pares simétricos em relação ao eixo direto de cada polo do rotor. Assim, para máquinas com quatro polos são preferencialmente utilizados 8 perfis distanciadores direcionadores (71 , 710, 720) montados aos pares em cada um dos polos.

[0071] Tendo sido descritos exemplos de concretizações preferidas da presente invenção, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras variações possíveis do conceito inventivo descrito, sendo limitadas tão somente pelo teor das reivindicações apenas, aí incluídos os possíveis equivalentes.