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Title:
CENTRIFUGAL SWITCH FOR ACTIVATING A ROTATING SINGLE-PHASE ELECTRICAL MACHINE AND ELECTRICAL MACHINE USING SAME
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/112567
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to a centrifugal switch (100) for activating a single-phase rotating electrical machine, comprising a support (200), an activating disc (300), counterweights (400), and elastic elements (500), wherein each counterweight (400) has at least two levers (440) having closed-state surfaces (450) and open-state surfaces (460) which interact with the contact surfaces (230) of extensions (220) of the support (200), instantaneously varying the counterweight (400) between a closed state and an open state depending on the rotation of the electrical machine.

Inventors:
GONÇALVES DA ROSA, Joel (Rua Heinrich August Lessmann, 435/04-600 Jaraguá do Sul, SC, 89256-600, BR)
RICARDO OLSSON HOPNER, Emerson (Rua Alwin Otto, 246 Centenári, -730 Jaraguá do Sul SC, 89256-730, BR)
Application Number:
BR2016/050345
Publication Date:
June 28, 2018
Filing Date:
December 23, 2016
Export Citation:
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Assignee:
WEG EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS S.A. - MOTORES (Av. Prefeito Waldemar Grubba, 3000-900 Jaraguá do Sul, SC, 89256-900, BR)
International Classes:
H02P1/12; H01H35/10
Foreign References:
CN1601882A2005-03-30
CN1567499A2005-01-19
US20090159418A12009-06-25
Attorney, Agent or Firm:
MÈROLA, Flavia (Avenida Rio Branco, 103 11th and 12th Floor, -004 Rio de Janeiro RJ, 20040-004, BR)
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Claims:
REIVINDICAÇÕES

1 . Chave centrífuga para partida de máquina elétrica girante monofásica, compreendendo suporte (200), disco acionador (300), contrapesos (400) e elementos elásticos (500), sendo caracterizada pelo fato de que cada contrapeso (400) possui pelo menos duas alavancas (440) dotadas de superfícies de estado fechado (450) e superfícies de estado aberto (460) que interagem com superfícies de contato (230) de prolongamentos (220) do suporte (200), variando o contrapeso (400) instantaneamente entre um estado fechado e um estado aberto em dependência da rotação da máquina elétrica.

2. Chave centrífuga, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada pelo fato de cada contrapeso (400) possuir uma massa maior (410) em cuja base se encontra uma protrusão (420) que interage com um canal de deslizamento (221 ) do suporte (200), guiando o movimento do contrapeso (400).

3. Chave centrífuga, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada por cada suporte (200) possuir pelo menos dois prolongamentos (220) dotados, cada um, de um canal de deslizamento (221 ) disposto entre uma parede inclinada (222) e um batente reto (223) do prolongamento (220); em que cada prolongamento (220) possui duas superfícies de contato (230), inclinadas e dispostas uma de cada lado do canal de deslizamento (221 ), de modo que cada suporte (200) possui quatro superfícies de contato (230).

4. Chave centrífuga, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada por cada contrapeso (400) possuir um par de ganchos (430) dispostos em extremidades laterais opostas entre si, mas simétricas em relação à protrusão (420), em que nestes ganchos (300) são fixadas extremidades dos elementos elásticos (500).

5. Chave centrífuga, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada por o suporte (200) possuir uma seção cilíndrica (240) dotada de elevações longitudinais (241 ).

6. Chave centrífuga, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada por o disco acionador (300) ser dotado de uma seção axial

(310) com canais longitudinais (31 1 ) em seu interior, sendo que as elevações longitudinais (241 ) deslizam dentro dos canais longitudinais

(31 1 ) ao acondicionar o suporte (200) em seu interior.

7. Chave centrífuga, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada por a seção axial (310) ser encimada por segmentos de arco (315) que formam uma seção anelar interrompida, em que cada canal longitudinal (31 1 ) coincide com uma interrupção desta seção anelar, de modo a criar alívios internos (316) nas extremidades de segmentos de arco (315) adjacentes; em que a seção axial (310) possui, em cada um de seus vértices, recessos longitudinais (312) dotadas de batentes (313).

8. Chave centrífuga, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada por o disco acionador (300) ser dotado de uma seção radial (320) na qual se encontram pelo menos duas elevações (321 ), diametralmente opostas, que servem de apoio e limita a movimentação dos elementos elásticos (500).

9. Máquina elétrica, caracterizada pelo fato de ser dotada de uma chave centrífuga (100) conforme as reivindicações 1 a 8.

Description:
CHAVE CENTRÍFUGA PARA PARTIDA DE MÁQUINA ELÉTRICA GIRANTE MONOFÁSICA E MÁQUINA ELÉTRICA UTILIZANDO A MESMA

Campo de aplicação

[001 ] A presente invenção se refere a uma chave centrífuga para partida de uma máquina elétrica girante monofásica.

Fundamentos da invenção

[002] Chaves centrífugas (ou simplesmente centrífugos) para partida de máquinas elétricas girantes, quando desligadas, possuem a função de manter acionado o platinado e, assim, a bobina auxiliar durante o procedimento de partida da máquina elétrica, desligando o platinado e, portanto, esse bobinado auxiliar assim que o rotor da máquina atingir uma determinada rotação, na qual o motor obteve seu ponto ideal de torque, e a partir da qual opera somente com o bobinado principal.

[003] O centrífugo atua sobre os contatos do platinado, deslocando-se axialmente em relação aos contatos do platinado, a partir de uma determinada faixa de rotação - normalmente entre 75% e 85% da rotação síncrona do motor - interrompendo o circuito de corrente elétrica ao bobinado auxiliar e, assim, desligando-o.

[004] O funcionamento baseia-se na ação da força centrífuga que, a partir de uma determinada rotação desloca radialmente um par de contrapesos tensionados por molas, formando uma alavanca com um suporte central, fazendo com que o disco centrífugo, mais precisamente o seu disco acionador, desloque-se axialmente.

[005] Quando o motor for desligado, o disco acionador atua comprimindo os braços de acionamento dos contatos do platinado, pela ação das molas, fechando novamente o circuito elétrico, por meio da aproximação de seus contatos, da bobina auxiliar.

[006] Em funcionamento, o deslocamento do disco do centrífugo afasta os braços do platinado, afastando os contatos e desligando o bobinado auxiliar (ou de partida) do motor. [007] Os contrapesos e as molas são dimensionados para que a atuação do disco do centrífugo ocorra dentro dos valores de rotação citados anteriormente. Durante o funcionamento, ocorre o deslizamento do disco sobre o suporte do centrífugo. Este deslocamento deve ocorrer com o mínimo de atrito entre eles e no menor tempo de resposta possível.

Estado da técnica

[008] São conhecidas do estado da técnica diversas soluções para chaves centrífugas de partida de máquinas elétricas girantes.

[009] Um exemplo é o mecanismo centrífugo para motores revelado pelo documento patentário CN103036363, que descreve um centrífugo que compreende um suporte central, um disco de acionamento, um par de contrapesos centrífugos, em que o suporte central está fixamente conectado a um eixo de rotação. O disco de acionamento é disposto de modo deslizante sobre o suporte central, em direção axial, e os contrapesos centrífugo são dispostos no disco de acionamento e ligados ao suporte central, em um modo combinado que configura, ao mesmo tempo, o ponto de ancoragem para o giro de abertura do contrapeso e seu batente no fechamento. Duas molas estão paralelamente ligadas às extremidades dos dois contrapesos centrífugos. A força centrífuga que atua sobre os contrapesos, supera a resistência das molas, permitindo assim que o disco de acionamento deslize na direção axial sobre o suporte assim que a máquina atinja a rotação ideal anteriormente mencionada.

[010] O mecanismo descrito por CN103036363 possui algumas desvantagens aparentes. Seu disco acionador não possui guias internas em número suficiente e seu canal guia para apoio do suporte central tem dimensão axial reduzida, características incapazes de garantir a ausência de folgas entre estes componentes durante a operação do motor.

[01 1 ] Além disso, o suporte central de CN103036363 desliza sobre seus contrapesos com certa rigidez por não possuir rampas de deslizamento que diminuam o atrito entre as peças e melhorem o tempo de resposta do disco centrífugo de partida.

[012] Finalmente, falta ao mecanismo do estado da técnica em análise uma ou mais nervuras em seu suporte central que garantam um alinhamento seguro do suporte com o disco acionador.

[013] Outras soluções propostas pelo estado da técnica dão conta de mecanismos conjugados que, entretanto, repetem os problemas supracitados, apresentando ainda uma tendência ao colamento das extremidades dos contatos na sua posição de desligamento, inutilizando a chave centrífuga e, assim, impedindo a partida do motor, além de não raramente ocasionar a queima do(s) capacitor(es) de partida.

[014] Como pode ser inferido da descrição acima, existe espaço e demanda para uma chave centrífuga de partida que resolva os problemas do estado da técnica, provendo um centrífugo robusto e confiável, de fácil montagem e manuseio e de operação contínua segura e de rápida resposta, mesmo em condições extremas de acionamento e/ou operação. Objetivos da invenção

[015] Um dos objetivos da presente invenção é, portanto, prover uma chave centrífuga de partida de acordo com as características da reivindicação 1 do quadro reivindicatório anexo.

[016] Outro objetivo da presente invenção é prover uma máquina elétrica girante de acordo com as características da reivindicação 9 do quadro reivindicatório anexo.

[017] Demais características e detalhamentos das características são representados pelas reivindicações dependentes.

Breve descrição das figuras

[018] 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:

[019] Figura 1 : apresenta uma vista em perspectiva de um centrífugo de partida de acordo com a invenção;

[020] Figura 1 a: apresenta uma vista ampliada do detalhe "X" da figura 1 ;

[021 ] Figura 1 b: apresenta uma vista ampliada do detalhe Ύ" da figura 1 ;

[022] Figura 2: apresenta uma vista em perspectiva de um contrapeso de acordo com a invenção;

[023] Figura 3: apresenta uma vista em perspectiva de um suporte de acordo com a invenção;

[024] Figura 4: apresenta uma vista em perspectiva de um suporte de acordo com a invenção;

[025] Figura 5: apresenta uma vista lateral do centrífugo da figura 1 , em estado fechado;

[026] Figura 6: apresenta uma vista lateral do centrífugo da figura 1 , em estado aberto;

[027] Figura 7: apresenta uma vista lateral do centrífugo da figura 1 , em estado fechado; e

[028] Figura 8: apresenta uma vista lateral do corte A-A da figura 2. Descrição detalhada da invenção

[029] A presente invenção se refere a um centrífugo (100) que compreende suporte (200), disco acionador (300), contrapesos (400) e elementos elásticos (500).

[030] O suporte (200) é um componente fixo ao eixo girante da máquina elétrica (não representada) por meio de um encaixe (210) que se encaixa em canais do eixo da máquina elétrica. [031 ] O suporte (200) possui dois prolongamentos (220) dotados, cada um, de um canal de deslizamento (221 ) disposto entre uma parede inclinada (222) e um batente reto (223) do prolongamento (220).

[032] Cada prolongamento (220) possui duas superfícies de contato (230), inclinadas e dispostas uma de cada lado do canal de deslizamento (221 ), de modo que cada suporte (200) possui quatro superfícies de contato (230).

[033] O suporte (200) possui ainda uma seção cilíndrica (240) dotada de elevações longitudinais (241 ).

[034] O disco acionador (300) é dotado de uma seção axial (310) com canais longitudinais (31 1 ) em seu interior, sendo que as elevações longitudinais (241 ) deslizam dentro dos canais longitudinais (31 1 ) ao acondicionar o suporte (200) em seu interior, estabelecendo uma conexão positiva ou de forma entre os dois elementos que, assim, giram juntamente com o eixo da máquina elétrica.

[035] A seção axial (310) é encimada por segmentos de arco (315) que formam uma seção anelar interrompida, em que cada canal longitudinal (31 1 ) coincide com uma interrupção desta seção anelar, de modo a criar alívios internos (316) nas extremidades de segmentos de arco (31 5) adjacentes, criando um alívio e facilitando a movimentação relativa entre suporte (200) e disco acionador (300).

[036] A seção axial (31 0) possui, em cada um de seus vértices, recessos longitudinais (312) dotadas de batentes (313).

[037] O disco acionador (300) é dotado de uma seção radial (320) na qual se encontram pelo menos duas elevações (321 ), diametralmente opostas, que servem de apoio e limita a movimentação dos elementos elásticos (500).

[038] A altura do disco acionador (ADA) é formada pela soma de uma distância axial inferior (DAint), da espessura da seção radial (320) e de uma distância axial superior (DA SU p), equivalente, por sua vez, à soma das alturas da seção axial (310) e dos segmentos de arco (31 5). [039] A medida da distância axial superior (DA sup ) equivale a um valor entre 45 e 60%, preferencialmente a 51 % da altura do disco acionador (ADA) .

[040] A relação entre a altura do suporte (As) e a altura do disco acionador (ADA) é tal que a altura inicial (Ai) entre a extremidade superior do suporte (200) e a extremidade superior do disco acionador (300) equivale a um valor entre 35 e 45%, preferencialmente de 38% da altura do disco acionador (ADA) .

[041 ] A relação entre a altura do suporte (As) e a altura do disco acionador (ADA) também é tal que, ao moverem-se relativamente entre si o suporte (200) e o disco acionador (300) e, em especial após o atingimento da rotação de desligamento do bobinado auxiliar (de partida), a altura diferencial (A2) entre a extremidade inferior do suporte (200) e a extremidade inferior do disco acionador (300) equivale a um valor entre 30 e 45%, preferencialmente de no mínimo 32% da altura do disco acionador (ADA) .

[042] A altura diferencial (A2), portanto, equivale ao curso do suporte (200) dentro do disco acionador (300), sendo que a variação desta, que também equivale à variação da distância axial inferior (DAint), deverá ser de 45% a

55%, preferencialmente de 50% de seu valor inicial menor.

[043] Finalmente, a altura do disco acionador (ADA) deve ser pelo menos

60%, preferencialmente pelo menos 70% altura do suporte (As).

[044] Cada contrapeso (400) possui uma massa maior (41 0) em cuja base se encontra uma protrusão (420) que interage com o canal de deslizamento

(221 ) do braço (220) do suporte (200) que, assim, guia o movimento do contrapeso (400).

[045] Aplicações especiais de motores monofásicos requerem componentes que suporte uma rotação superior a 7000 rpm. Nestas aplicações, os componentes do centrífugo (100) estão sujeitos a desmontagem, geradas por forças centrífugas elevadas. A função da protrusão (420) é de limitar o movimento encostando-se à face do batente reto (223) equivalente durante a abertura do centrífugo (100) em rotações elevadas. Concomitantemente, as duas elevações (321 ) do disco acionador (300) servem de apoio para os elementos elásticos (500), evitando sua centrifugação.

[046] Cada contrapeso (400) possui um par de ganchos (430) dispostos em extremidades laterais opostas entre si, mas simétricas em relação à protrusão (420). É nestes ganchos (300) que são fixadas extremidades dos elementos elásticos (500).

[047] Entre cada um os ganchos (430) e a protrusão (420) encontra-se uma alavanca (440), em que o par de alavancas (440) serve de ponto de apoio durante o movimento de giro do contrapeso (400), guiado pelos recessos longitudinais (312) até uma posição final em que se encostam ao batente (313). O fim do curso está, portanto, entre a face do fundo interno (290) do suporte (200) e as faces dos segmentos de arco (315) do disco acionador (300).

[048] Na base de cada alavanca (440) se encontra uma superfície de estado fechado (450) e uma superfície de estado aberto (460), sendo que ambas interagem com as superfícies de contato (230) do braço (220) do suporte (200).

[049] A superfície de estado fechado (450) possui um comprimento (451 ) equivalente ao comprimento (461 ) da superfície de estado aberto (460), sendo o ângulo de mudança (a) o ângulo formado entre as superfícies (450, 460). O ângulo de mudança (a) varia entre 35 Q e 45 Q , sendo preferencialmente de 40 Q .

[050] A passagem da superfície de estado aberto (460) para o corpo da alavanca (440) se dá te tal modo que haja ainda uma inclinação de travamento (β) entre a ponta da alavanca (440) e o plano horizontal. A inclinação de travamento (β) varia entre 0, 1 Q e 1 ,5 Q , sendo preferencialmente de 0,5 Q . [051 ] No momento do atingimento da rotação de trabalho da máquina elétrica, as massas maiores (410) são submetidas à força centrípeta e a uma força resultante radial apontada para longe do centro do disco centrífugo (100), superior à força elástica dos elementos elásticos (500), promovendo, assim, seu pivotamento ao redor das extremidades das superfícies de contato (230) concomitante com uma translação repentina em que o contato das extremidades das superfícies de contato (230) com o contrapeso (400) passa, instantaneamente, da superfície de estado fechado (450) para a superfície de estado aberto (460). Assim de maneira quase que instantânea, o centrífugo (100) passa do estado fechado da superfície de estado fechado (450) para o estado aberto da superfície de estado aberto (460).

[052] Por todo o descrito até aqui, conclui-se que a presente invenção provê um disco centrífugo (100) de elevada estabilidade e confiabilidade, com perfeita condução entre as partes e seu alinhamento em todas as situações entre a posição de contatos fechados (acionamento do bobinado auxiliar de partida) e a posição de contatos abertos (rotação de trabalho), resultando em precisão de acionamento com reduzido tempo de reação, reduzindo a ocorrência de arco elétrico na comutação e, assim, o risco de colamento em qualquer condição e frequência de operação, superando seus equivalentes do estado da técnica e resolvendo os problemas dos dispositivos conhecidos desta natureza.

Considerações finais

[053] É evidente que as medidas e relações entre medidas descritas para a presente invenção podem eventualmente variar de acordo com o dimensionamento da máquina elétrica a que se destina.

[054] Exaustivos testes práticos, porém, demonstraram que as referidas dimensões e suas relações são altamente eficientes e eficazes no incremento da velocidade de reação e confiabilidade de acionamento de discos centrífugos (100), mesmo em condições extremas de acionamento e/ou operação.

[055] Além disso, as referidas medidas e suas relações, mostraram-se altamente confiáveis e reproduzíveis.

[056] Finalmente, é de se notar que a solução apresentada pode ser utilizada em máquinas elétricas girantes de diferentes polaridades.

Conclusão

[057] 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.