BRPI0405850B1 - Coupling device between a rotor of a permanent magnet synchronous motor and a workpiece - Google Patents
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Abstract
"dispositivo de acoplamento entre um rotor de um motor síncrono de imã permanente e uma peça de trabalho". um dispositivo de acoplamento (11) entre um rotor de um motor síncrono de imã-permanente e uma peça de trabalho (17), estando vantajosamente capaz de garantir um silencio incomum compreendendo um membro de acionamento (22), estando excêntrico com relação ao eixo de rotação do rotor e integrado com um primeiro componente de transmissão de movimento, e um elemento acionado (24), estando também excêntrico com relação ao eixo de rotação do rotor e integrado com um segundo componente de transmissão de movimento o qual está cinematicamente posicionado em série com o primeiro, referidos membro acionado (24) e membro de acionamento (22) estando situados em planos paralelos diferentes que não se interferem em uma câmara vedada (18), referido membro de acionamento (22) e membro acionado (24) estão operativamente conectados através de meios de conexão cinemática (25) cuja dimensão axial interfere com os referidos planos paralelos na referida câmara vedada (18) referidos meios de conexão cinemática (25) compreendem pelo menos um elemento elástico (25a) estando comprimido na referida câmara (18) entre uma parede inferior (19a) e uma tampa de fechamento de vedação (19b).
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para “DISPOSITIVO DE ACOPLAMENTO ENTRE UM ROTOR DE UM MOTOR SÍNCRONO DE IMÃ PERMANENTE E UMA PEÇA DE TRABALHO.” CAMPO DE APLICAÇÃO A presente invenção está relacionada em seu aspecto mais amplo, a um dispositivo de acoplamento entre um rotor de um motor síncrono de imã permanente e uma peça de trabalho.
Em particular, esta invenção se relaciona a um dispositivo de acoplamento, entre um rotor de um motor síncrono de imã permanente e uma peça de trabalho, do tipo que compreende um membro de acionamento, estando excêntrico com relação ao eixo de rotação do rotor e integrado com primeiro componente de transmissão de movimento, e pelo menos um elemento acionado, estando também excêntrico com relação ao eixo de rotação do rotor e integrado com um segundo componente de transmissão de movimento o qual está cinematicamente posicionado em série com o anterior, referido membro acionado e membro de acionamento estando situados em posições axiais que não interferem com uma área de percurso dos referidos membro acionado e membro de acionamento estando posicionado em planos paralelos não interferentes em uma câmara vedada.
TÉCNICA ANTERIOR É bem conhecido que motores elétricos de imã permanente tem um esquema estrutural que compreende um estator, com eletroímãs agrupados por laminação e correspondentes enrolamentos, e um rotor de imã permanente colocado entre pelos menos dois pólos do estator definidos pelo estator. O rotor é axialmente cortado em seu eixo, integrado com este, conectado rotacionalmente a uma estrutura de suporte. É também conhecido que a partida de um motor síncrono é tão difícil quanto maior é a inércia da carga aplicada neste.
Realmente, a partida é um processo transiente em que a direção de rotação, velocidade e corrente mudam até que o sincronismo seja alcançado.
Neste processo transiente, uma oscilação do rotor é determinada como efeito do campo magnético alternado gerado pelo estator, o qual pela indução de um torque no rotor de imã permanente, tende a trazer este para uma posição em que o próprio campo magnético do rotor esteja alinhado com o campo do estator.
Se, durante esta oscilação “hunting”, o rotor adquire energia cinética suficiente para continuar em movimento, mesmo que seja por uma ligeira mudança da sua posição de alinhamento, ele é submetido a uma aceleração adicional, forçando este a realizar outra porção de rotação e então continuar até que o estado de sincronismo seja alcançado.
No presente, acoplamentos mecânicos inseridos entre a carga e o rotor são largamente empregados de modo a permitir que o rotor oscile livremente para um certo ângulo de rotação na etapa de partida.
Este é o caso dos assim denominados acoplamentos dentados, em que um primeiro dente, o qual é denominado de dente de acionamento e excêntrico com relação ao eixo de rotação, é integrado com a extremidade do eixo do rotor, enquanto um segundo dente, o qual é acionado e também excêntrico com relação ao eixo de rotação, é integrado com a carga.
Deste modo, durante o transiente de partida o rotor é aliviado de uma carga de inércia, auxiliando então em alcançar o estado de sincronismo.
Uma rotação livre através de um dado ângulo (tipicamente de 180 graus sexagesimais) ocorre então antes do impacto entre o dente quando a carga está acoplada: deste modo ocorre uma conexão direta entre a carga e o rotor, o qual em movimento, são substancialmente tomados integrados.
Deste modo, o transiente de rotação livre, habilita o motor a alcançar o estado de sincronismo e a desenvolver um torque tal que seja capaz de sobrepor o momento de inércia da carga na partida.
Um dispositivo de acoplamento entre o rotor de um motor síncrono de imã permanente e a peça de trabalho é conhecido, o qual é revelado na patente Européia No. 0 983 630 cujo titular é o depositante desta. Este dispositivo compreende pelo menos dois acoplamentos de acionamento o quais cooperam mutuamente cinematicamente em série.
Cada acoplamento compreende um membro de acionamento o qual está excêntrico com relação ao eixo de rotação e integrado com o componente de transmissão de movimento e um membro acionado, o qual também está excêntrico com relação ao eixo de rotação, integrado com um componente que está disposto cinematicamente em série com o anterior. O membro de acionamento e membro acionado são colocados em posições axiais diferentes, e que não se interferem, e um componente de transmissão intermediário, incorporando ambos o membro de acionamento e o membro acionado, está interposto para realizar a conexão cinemática: este componente intermediário possui uma dimensão axial que é adequada para interferir com os percursos de ambos os membros.
Na realização prática, o componente interposto entre o membro de acionamento e o membro acionado é composto por um simples elemento elástico de borracha.
Embora vantajoso sobre vários pontos de vista, o dispositivo de acoplamento entre um rotor de um motor síncrono de imã permanente e uma peça de trabalho, estando estruturado no modo descrito anteriormente, possui desvantagens conhecidas.
Por exemplo, um grande problema decorre do fato de que acelerações muito altas do rotor (em torno de 16.000 rad/seg2) provocam choques entre o membro de acionamento, o elemento elástico e o membro acionado. A onda de choque se propaga por dentro do elemento elástico provocando a falha prematura deste.
Outra desvantagem dos dispositivos de acoplamento conhecidos é que estes envolvem um nível de eficiência acústica, isto é, um nível sem silêncio, o qual é muitas vezes não adequado aos usuários, e isto tanto na partida do motor quanto durante seu funcionamento.
RESUMO DA INVENÇÃO O problema fundamental da presente invenção é conceber um dispositivo de acoplamento entre um rotor de um motor síncrono de imã permanente e uma peça de trabalho, sendo capaz de atender os requisitos acima mencionados, enquanto supera, de uma forma simples e econômica, todas as desvantagens mencionadas com referência ao estado da técnica.
Este problema é solucionado, de acordo com a presente invenção, por um dispositivo, como mencionado acima e caracterizado pelo fato de que os referidos membro de acionamento e membro acionado, estão conectados operatívamente através de meios de conexão cinemática, cuja dimensão axial interfere com os referidos planos paralelos na referida câmara e em que os referidos meios de conexão cinemática compreendem pelo menos um elemento elástico estando comprimido na referida câmara entre uma parede inferior e uma tampa de fechamento de vedação.
Características adicionais e vantagens do dispositivo de acoplamento entre um rotor de um motor síncrono de ímã permanente e uma peça de trabalho de acordo com a presente invenção serão melhor compreendidos a partir da descrição de uma concretização deste, feita daqui por diante com referencia aos desenhos anexados dados de uma maneira indicativa e de exemplo não límitativo.
BREVE DESCR|CaQ DQS DESENHOS Â Figura 1 é uma vista esquemática explodida de um dispositivo de acoplamento entre um rotor de um motor síncrono de imã permanente e uma peça de trabalho de acordo com a invenção. A Figura 2 é uma vista em seção diametral esquemática (ao longo da linha II-II da Figura 3) do dispositivo da Figura 1. A Figura 3 é uma vista em corte seccional esquemática (ao longo da linha III-III da Figura 2) do dispositivo da Figura 1. DESCRIÇÃO DETALHADA DA CONCRETIZAÇÃO PREFERIDA.
Com referência as figuras, de acordo com a presente invenção, um dispositivo de acoplamento, indicado por um todo por 11, entre um rotor de um motor síncrono de imã permanente e uma peça de trabalho, por exemplo, um impelidor de bomba centrífuga 17, é apresentada. O rotor, não mostrado nas figuras, genericamente compreende imã permanente do tipo de um anel cilíndrico em que um elemento de material plástico definindo um pino interno e flanges de extremidade são sobre-fixados. O rotor tem deste modo uma forma genérica cilíndrica, com um orifício axial em que um eixo é integralmente inserido. O dispositivo de acoplamento 11 de acordo com a invenção está entre o rotor, e conseqüentemente entre o eixo estando integral com este, e o impelidor de bomba centrífuga 17. O dispositivo de acoplamento 11 compreende um acionador ou membro de acionamento 22 e pelo menos um membro acionado 24, alojado em uma câmara vedada 18, feita em um impelidor 17 e fechada por uma tampa de fechamento de vedação 19b.
Mais particularmente, o membro acionado compreende um primeiro 24a e um segundo 24b dente, sendo formado integrado com o impelidor 17 e projetando a partir de uma parede inferior 19a da câmara 18 em uma posição diametralmente oposta. A câmara 18 se desenvolve a partir do impelidor em direção ao rotor e esta define uma área de percurso 18a substancialmente cilíndrica estando compreendida entre a parede inferior 19a e a tampa 19b a qual é genericamente circular.
Um anel de vedação 20, alojado em uma sede 21a da tampa 19b, em tomo de um furo central 21 da própria tampa 19b, assegura a vedação da câmara 18. O eixo do rotor passa através do furo central 21. O membro de acionamento 22 é excêntrico com relação ao eixo de rotação do rotor e compreende um primeiro dente 22a desenvolvido a partir de um pino chavetado 23 na extremidade do eixo do rotor dentro da câmara vedada 18. O primeiro dente 22a está deste modo integrado com um primeiro componente de transmissão de movimento formado pelo rotor. O membro acionado 24, o qual também está excêntrico com relação ao eixo de rotação, compreende o dente 24a e o dente 24b se desenvolve monoliticamente a partir da parede inferior 19a da câmara 18, estando então integrado com um segundo componente de transmissão cinematicamente colocado em série com o anterior, o qual é formado no exemplo pelo impelidor.
Os dentes 22a, 24a e 24b estão dispostos em planos paralelos diferentes não interferentes. Mais particularmente, os dentes 22a, 24a e 24b estão operativamente conectados somente através do meio de conexão 25 cuja dimensão axial interfere com os referidos planos paralelos na referida área de percurso 18a.
Em particular, de acordo com um aspecto da presente invenção, este meio de conexão cinemática 25 compreende pelo menos um elemento elástico 25a, preferivelmente feito de borracha ou material plástico sintético, colocado na referida área de percurso 18a dos referidos dentes 22a, 24a e 24b do membro de acionamento 22 e membro acionado 24. Além disso, o elemento elástico 25a é comprimido na câmara 18 entre a parede inferior 19a e a tampa 19b. O elemento elástico 25a está preferivelmente alojado em uma porção de coroa cilíndrica 24c entre o dente 24a e 24b (no caso mostrado nas figuras, a amplitude angular da referida porção é ligeiramente maior do que o ângulo reto). Este elemento elástico 25a, também possui arestas arredondadas, como pode ser visto na Figura 1). A dimensão angular dos dentes 22a, 24a e 24b está limitada de modo a deixar um espaço adequado para o posicionamento do elemento elástico 25a. Mais precisamente, o elemento elástico 25a está disposto na câmara 18, em uma porção de coroa cilíndrica 24c com uma amplitude angular maior do que a dimensão do elemento elástico 25a.
Em uma concretização alternativa, não apresentada nas figuras, a amplitude angular de duas porções de coroas cilíndricas 24c, 24d estando delimitadas entre os dentes 24a, 24b podem ser diferentes, por exemplo a porção 24d pode ter uma amplitude angular maior do que a porção oposta 24c alojando o elemento elástico 25a.
No exemplo das figuras, um lubrificante, preferivelmente óleo, por exemplo, óleo de silicone com uma fluidez de 5000 cST, é convenientemente aplicado na porção 24d.
Com relação a compressão do elemento elástico 25a na referida área de percurso 18a entre a referida parede inferior 19a e a referida tampa 19b, é especificado que, no exemplo mostrado nas figuras, a tampa 19b é inserida por encaixe rápido em um recesso circunferencial 30 disposto em uma extremidade da câmara 18 a uma altura, com relação a parede inferior 19a, estando mais baixo do que o desenvolvimento axial do elemento elástico 25 a, de modo a exercer uma ligeira compressão deste. A tampa 19b é integrada com o impelidor.
Adiante estão especificadas, uma montagem e a operação do dispositivo de acoplamento entre um rotor de um motor síncrono de imã permanente e uma peça de trabalho, de acordo com a presente invenção. O elemento elástico 25a é primeiramente alojado em uma das duas porções de coroa cilíndrica 24c e 24d definidas entre os dois dentes 24a e 24b. Se uma das duas porções possui uma amplitude angular menor, o elemento 25a é alojado nesta porção. O pino 23 é inserido livremente na câmara 18 com o primeiro dente 22a estando livre para girar acima dos dentes 24a e 24b.
Neste ponto a tampa 19b é inserida por encaixe rápido no recesso 30, o elemento elástico 25a estando deste modo ligeiramente comprimido, como mostrado na Figura 2. O pino 23 pode ser acessado através do furo central 21 da tampa 19b por uma montagem seguinte na extremidade livre do eixo de acionamento, por exemplo, por enchavetamento.
Com relação a operação, é suficiente mencionar que a rotação do eixo do rotor coloca em contato o primeiro dente 22a com o elemento elástico 25a, após a rotação livre do qual também poderá exceder 180 graus sexagesimais. Após o impacto, o elemento elástico 25a pode abranger, devido ao atrito provocado pela compressão, uma pequena seção angular antes de contatar um dos dentes 24a, 24b. Na prática, um sistema elástico é produzido, o qual está capacitado para progressivamente amortecer o choque entre os dentes 22a, 24a e 24b, os dois últimos destes estando inicialmente paralisados. O elemento elástico 25 a, suportando uma força compressiva e o esforço cortante dos dentes 22a, 24a e 24b, distribuem a energia de impacto no assim comprimido volume deste. Os resultados dos testes apresentam que esta energia de impacto é distribuída por uma melhor maneira com relação a técnica conhecida e, enquanto isso, também a reflexão da onda de choque é amortecida de uma maneira mais eficiente. A principal vantagem alcançada pelo dispositivo de acoplamento entre um rotor de um motor síncrono de imã permanente e uma peça de trabalho de acordo com a presente invenção é que os limites não convencionais de possíveis falhas do elemento elástico, asseguram deste modo um padrão de confiabilidade muito alta.
Outra vantagem do dispositivo de acoplamento entre o rotor de um motor síncrono de imã permanente e uma peça de trabalho de acordo com a presente invenção é assegurar um excelente nível de silencio, tanto na partida quanto durante a operação do motor por toda a sua vida.
Outra vantagem do dispositivo de acoplamento entre o rotor de um motor síncrono de imã permanente e uma peça de trabalho de acordo com a presente invenção é que é de simples construção e tamanho reduzido.
Uma vantagem adicional do dispositivo de acoplamento entre o rotor de um motor síncrono de imã permanente e uma peça de trabalho de acordo com a presente invenção é permitir que o eixo do rotor, antes de alcançar o elemento elástico, possuir uma liberdade de rotação para um ângulo que excede 180 graus sexagesimais sendo usualmente utilizados na técnica anterior, deste modo diminuindo definitivamente o torque de partida requerido pelo motor, conseqüentemente permitindo o uso de um motor menos potente.
Uma outra vantagem adicional do dispositivo de acoplamento entre o rotor de um motor síncrono de imã permanente e uma peça de trabalho de acordo com a presente invenção é permitir que um óleo comum possa ser usado com lubrificante, e este não requer o emprego de graxa com ocorre com os dispositivos da técnica anterior.
Obviamente, que de modo a obter eventuais requisitos específicos, um técnico no assunto podería realizar diversas alterações no dispositivo de acoplamento entre o rotor de um motor síncrono de imã permanente e uma peça de trabalho acima mencionado, que de qualquer forma estariam compreendidos no escopo de proteção da presente invenção, como definido das reivindicações seguintes.
REIVINDICAÇÕES
Claims (19)
1. Dispositivo de acoplamento (11) entre um rotor de um motor síncrono de imã permanente e uma peça de trabalho (17), do tipo que compreende um membro de acionamento (22), estando excêntrico com relação ao eixo de rotação do rotor e integrado com um primeiro componente de transmissão de movimento, e pelo menos um elemento acionado (24), estando também excêntrico com relação ao eixo de rotação do rotor e integrado com um segundo componente de transmissão de movimento o qual está cinematicamente posicionado em série com o primeiro, referido membro acionado (24) e membro de acionamento (22) estando situados em planos paralelos não interferentes em uma câmara vedada (18), em que o referido membro de acionamento (22) e membro acionado (24) estão operativamente conectados através do meio de conexão cinemática (25) cuja dimensão axial interfere com os referidos planos paralelos na referida câmara vedada (18) e em que o meio de conexão cinemática (25) compreende pelo menos um elemento elástico, caracterizado pelo fato de que um elemento elástico (25a) é comprimido na referida câmara vedada (18) entre uma parede inferior (19a) e uma tampa de fechamento de vedação (19b).
2. Dispositivo de acoplamento (11) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a referida câmara vedada (18) se desenvolve a partir da peça de trabalho (17) em direção ao rotor e esta define uma área de percurso (18a) substancialmente cilíndrica estando compreendida entre a parede inferior (19a) e a tampa (19b) a qual é circular.
3. Dispositivo de acoplamento (11) de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que um anel de vedação (20) alojado em uma sede (21a) da tampa (19b), em torno de um furo central (21) da tampa (19b), assegura vedação a câmara (18), um eixo estando integrado com o rotor passando através do furo (21).
4. Dispositivo de acoplamento (11) de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o referido membro de acionamento (22) compreende um primeiro dente (22a) desenvolvido a partir de um pino de chaveta (23) na extremidade do eixo do rotor dentro da câmara vedada (18).
5. Dispositivo de acoplamento (11) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido primeiro componente de transmissão de movimento é formado pelo rotor.
6. Dispositivo de acoplamento (11) de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o referido membro acionado (24) compreende um primeiro (24a) e um segundo dente (24b) estando formados incorporados a peça de trabalho (17) e projetados a partir da referida parede inferior (19a) da câmara (18) em uma posição diametralmente oposta
7. Dispositivo de acoplamento (11) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido segundo componente de transmissão de movimento é formado por um impelidor de bomba centrífuga (17).
8. Dispositivo de acoplamento (11) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido elemento elástico (25a) é feito de borracha.
9. Dispositivo de acoplamento (11) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido elemento elástico (25a) é feito de um material plástico sintético.
10. Dispositivo de acoplamento (11) de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o referido elemento elástico (25a) está alojado em uma porção de coroa cilíndrica (24c) entre o dente (24a, 24b) do referido membro acionado (24).
11. Dispositivo de acoplamento (11) de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a amplitude angular da referida porção de coroa cilíndrica (24c) é maior do que o ângulo reto.
12. Dispositivo de acoplamento (11) de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o referido elemento elástico (25a) possui as arestas arredondadas.
13. Dispositivo de acoplamento (11) de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o referido elemento elástico (25a) está colocado na câmara (18) em uma porção de coroa cilíndrica (24c) com uma amplitude angular maior do que a dimensão do elemento elástico (25a).
14. Dispositivo de acoplamento (11) de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a amplitude angular de duas porções de coroas cilíndricas (24c,24d) estando delimitadas entre o dente (24a, 24b) do referido membro acionado (24) é diferente.
15. Dispositivo de acoplamento (11) de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o elemento elástico (25a) está alojado na porção de coroa cilíndrica (24c) possuindo uma amplitude angular menor do que aquela da outra porção de coroa cilíndrica (24d).
16. Dispositivo de acoplamento (11) de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que um lubrificante é aplicado dentro de uma das porções de coroa cilíndricas (24c) delimitada pelo dente (24a, 24b) do referido membro acionado (24).
17. Dispositivo de acoplamento (11) de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o referido lubrificante é óleo.
18. Dispositivo de acoplamento (11) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a tampa (19b) é inserida por encaixe rápido em um recesso circunferencial (30) disposto em uma extremidade da câmara (18) a uma altura, com relação a parede inferior (19a), estando mais baixo do que o desenvolvimento axial do elemento elástico (25a), de modo a exercer uma compressão deste.
19. Dispositivo de acoplamento (11) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o rotor compreende um imã permanente do tipo de um anel cilíndrico em que um elemento de material plástico definindo um pino interno e flanges de extremidade são sobre-fixados.
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