Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a um dispensador de gelo motorizado para refrigeradores, sendo este dispensador provido de um motor elétrico com diferentes velocidades de uso.

Fundamentos da Invenção

Os eletrodomésticos tem agregado diversas comodidades devido ao avanço tecnológico, ao constante processo de inovação dos fabricantes e às exigências dos consumidores. Dentre os vários exemplos existentes, destaca-se os dispensadores de gelo em refrige- radores e geladeiras. Estes dispensadores fornecem gelo, em cubo ou em outra forma pertinente, sem que o consumidor precise abrir a porta da geladeira, como ocorre nos refrigeradores ou geladeiras tradicionais. Desta forma, a geladeira, além de sua importante função de armazenar alimentos, aumentando a sua vida útil, também possui uma comodidade que a diferencia e a destaca.

Normalmente, estes dispensadores possuem um elemento de ativação que serve para abrir uma porta, através da qual o gelo cai. Este elemento de ativação é normalmente uma espécie de um braço prolongado, sendo que quando o consumidor pressiona este braço com um copo, por exemplo, uma peça de gelo cai dentro do copo, pela abertura da porta. A mencionada porta previne que o ar ambiente entre em contato com o ar do interior de refrigerador, evitando a transferência de calor e de umidade desnecessárias.

No que diz respeito aos detalhes técnicos de concretização destes dispensadores, o estado da técnica possui muitos exemplos. Na maioria dos casos os dispensadores compreendem solenóides ou motores elétricos que realizam a abertura da porta que libera a peça de gelo.

Os dispensadores providos com solenóide possuem uma série de desvantagens, sendo as principais: o ruído gerado quando o dispensador está sendo usado e o consumo alto de energia elétrica. Neste aspecto, várias soluções foram apresentadas visando a substituição da solenóide por um dispositivo capaz de realizar as mesmas funções, porém, com menor gasto de energia. Uma das soluções que visa a substituição da solenóide é encontrada no documento US 2007/0256442 que descreve uma porta de dispensador de gelo motorizada que compreende um eixo acoplado à dita porta, um motor acoplado ao dito eixo e um elemento resiliente associado à porta. Desta forma, o motor gira o eixo, e este gira a porta, realizando sua abertura. O elemento resiliente, que, na concretização preferida descrita neste documento norte-americano, é uma mola, tem por finalidade manter a porta fechada. O motor é acionado através de uma chave elétrica, que pode ser um botão ou outro dispositivo apropriado. O motor utilizado é um motor de corrente alternada assíncrono.

Um outro exemplo do estado da técnica para a substituição de solenóide em dis- pensadores de gelo é encontrado no documento US 2006/0201193. De acordo com a descrição deste documento, quando o usuário pressiona um braço com um copo ou outro obje- to similar, um motor elétrico é acionado fazendo com que uma pequena engrenagem disposta em seu eixo gire. Assim, um eixo solidário a esta pequena engrenagem também gira, fazendo com que uma segunda engrenagem também gire. Esta segunda engrenagem está operativamente ligada à porta que libera o cubo de gelo. Assim, o objeto deste documento do estado da técnica usa da associação de engrenagens e eixos para abrir a porta e disponibilizar a peça de gelo ao usuário.

Estes dois exemplos citados possuem a desvantagem de empregar um aparato mecânico relativamente complexo. Neste sentido, foi desenvolvido um dispensador de gelo para geladeiras que compreende um motor de passo, mais precisamente um motor de passo de imã permanente, bipolar e de passo inteiro. Desse modo, como pode ser visto através da figura 1 , duas bobinas são ativadas (ou ligadas) ao mesmo tempo de tal maneira que o rotor tenha passos de 90° e seus pólos magnéticos fiquem posicionados entre as bobinas. A vantagem deste dispensador sobre os citados anteriormente é o fato do motor de passo propiciar o controle da posição da porta de maneira mais precisa e sem complexidade de implementação de hardware e software.

Além disso, a utilização de um motor de passo bipolar de passo inteiro é particularmente interessante tendo em vista que a ativação de duas bobinas simultaneamente aumenta o torque, uma vez que o campo eletromagnético resultante será a soma dos campos eletromagnéticos de cada bobina. A figura 2 exemplifica este comportamento do campo magnético e da corrente elétrica.

Os dispensadores que empregam um motor de passo usualmente possuem a porta unida ao seu eixo, de modo que o giro do eixo do motor seja transformado diretamente no giro da porta, sem a necessidade de utilizar elementos intermediários (engrenagens, por exemplo).

Apesar do emprego do motor de passo se mostrar um avanço em relação aos outros exemplos do estado da técnica citados, a sua utilização ainda possui uma desvantagem considerável, qual seja: alto consumo de energia. Esta desvantagem acarreta em outras desvantagens, uma vez que o alto consumo de energia se converte diretamente em aumento de custo, pelo fato de ser necessário utilizar grandes suprimentos de energia. Além disso, este excesso de consumo de energia faz com que o dispensador não seja classificado como um produto de baixa potência para algumas aplicações. Assim sendo, pelo fato de não ser classificado como um produto de baixa potência, o dispensador precisa passar por tes- tes para ser homologado, o que encarece ainda mais o produto, além de, em alguns casos, o dispensador ter que incorporar materiais isolantes específicos, que também encarecem o produto final.

Assim sendo, é imperioso que exista um dispensador de gelo para geladeiras e/ou refrigeradores que compreenda um mecanismo simples e, ao mesmo tempo, um motor que gaste pouca energia. Aliado a estas características, ainda é desejável que este dispensador possua baixo custo, através da otimização de seu mecanismo e dispositivos relacionados.

Objetivos da Invenção

Tendo em vista os problemas do estado da técnica, é um objetivo desta invenção prover um dispensador de gelo para refrigeradores que compreenda um mecanismo sim- pies de abertura de porta e, ao mesmo tempo, de custo reduzido.

Sumário da Invenção

Os objetivos desta invenção são atingidos por um dispensador de gelo para refrigeradores que compreende: uma porta que sela o ambiente interno do refrigerador do ambiente externo ao refrigerador, a porta sendo capaz de liberar peças de gelo mediante sua aber- tura; um motor elétrico operativamente conectado à porta, sendo o motor elétrico responsável pelo movimento de abertura da dita porta.

O motor elétrico é capaz de iniciar a abertura da porta em velocidade baixa e em torque alto e terminar a abertura da porta em velocidade alta e em torque baixo.

Descrição Resumida dos Desenhos

As figuras mostram:

Figura 1 - Ilustra os enrolamentos e a sequência de movimentos do motor empregado em dispensadores do estado da técnica;

Figura 2 - Ilustra de forma esquemática o comportamento do campo magnético em um motor de passo de imã permanente do tipo bipolar de passo inteiro, utilizado em dispensadores de gelo do estado da técnica;

Figura 3 - Ilustra uma vista em perspectiva esquemática da concretização preferida da presente invenção;

Figura 4 - Ilustra uma vista lateral esquemática da concretização preferida da pre- sente invenção;

Figura 5 - ilustra os enrolamentos e a sequência de movimentos do motor de passo empregado na presente invenção; e

Figura 6 - Ilustra uma curva que representa o comportamento geral do torque em função da velocidade em motores de passo.

Descrição Detalhada da Invenção

O dispensador de gelo da presente invenção está representado de forma esquemática através das figuras 3 e 4. Nestas figuras estão suprimidas algumas partes do dispensador, pois o objetivo é mostrar de forma facilmente inteligível os elementos mais relevantes para a presente invenção.

O dispensador de gelo da presente invenção é preferencialmente utilizado em refrigeradores e produtos similares, ou seja, em refrigeradores, congeladores, geladeiras, entre outros. Outras aplicações, entretanto, não podem ser descartadas, desde que cobertas pelo escopo de proteção das reivindicações apensas.

Assim como os dispensadores do estado da técnica o dispensador de gelo da pre- sente invenção possui, de preferência, um espaço para que o consumidor possa colocar um copo ou outro recipiente similar, com o objetivo de adicionar peças de gelo ao interior do dito recipiente ou copo. Além disso, o dispensador de gelo da presente invenção pode estar localizado em qualquer região da porta do refrigerador, ou, até mesmo, junto às suas super- fícies laterais, não sendo este um aspecto limitante do escopo da presente invenção.

Quanto ao meio de acionamento deste dispensador, os mais variados mecanismos podem ser empregados. Sendo assim, a peça de gelo 2 pode ser disponibilizada ao consumidor através do acionamento de uma alavanca, através de um botão ou através de um braço que pode ser empurrado por um copo que o consumidor esteja utilizando. A caracte- rística importante deste meio de acionamento é que ele deve estar em conexão elétrica com o motor elétrico 3, de modo que seu atuação ative o motor 3 e, consequentemente, abra a porta 1 para que a peça de gelo 2 seja liberada.

O dispensador da presente invenção compreende uma porta 1 , já mencionada, que tem a função de selar o ambiente interno do refrigerador do ambiente externo do refrigera- dor. Em outras palavras, a porta 1 é a interface entre o ar ambiente e o ar que está no interior do refrigerador e deve possuir meios de selagem, pois o ar ambiente pode interferir na umidade do ar de dentro do refrigerador. Quaisquer meios de selagem aplicáveis podem ser empregados no dispensador de gelo da presente invenção, desde materiais poliméricos até mesmo o uso das proporções da porta 1 em relação à abertura pela qual a peça de gelo 2 é disponibilizada ao consumidor.

Como pode ser visto a partir das figuras 3 e 4 a porta 1 possui um formato substancial de "L" ou de "meia cruz". Este formato consiste em duas projeções paralepipédicas tendo um vértice em comum, sendo espaçadas 90° graus entre si. Obviamente, a porta 1 pode assumir outras formas, como, por exemplo, um formato de cruz compreendendo qua- tro projeções em formato de paralelepípedo com um vértice em comum, sendo cada proje- ção espaçada em cerca de 90° umas das outras. Ainda, a presente invenção pode prever a utilização de uma porta que possua 3 projeções que compartilham um mesmo vértice e estão espaçadas em cerca de 120° uma em relação à outra.

Como pode ser notado, a porta 1 pode assumir diversas formas, sem que a sua funcionalidade no contexto da presente invenção seja prejudicada em função disso. A característica relevante que a porta 1 deve compreender é um ponto em comum para todas as projeções, isto é, um vértice em comum a partir do qual as projeções são oriundas, visto que são as projeções que irão efetivamente realizar a função de selar o ambiente intero do refrigerador do ambiente externo ao refrigerador.

Ainda com referência às figuras 3 e 4, o dispensador de gelo da presente invenção compreende um motor elétrico 3 responsável pelo movimento de abertura da porta 1. Este motor elétrico 3 é de preferência um motor de passo, sendo desejável que seja um motor de passo de imã permanente, unipolar e de passo inteiro.

O motor elétrico 3 é, ainda, conectado operativamente à porta 1 , isto é, o eixo do motor elétrico 3 está acoplado ao vértice comum das projeções 4. Assim, o motor elétrico 3 tem o movimento de seu eixo diretamente transmitido à porta 1 , sem a necessidade de um sistema mecânico para a transmissão desse movimento, como ocorre no objeto do documento US 2006/0201193.

Com relação ao funcionamento do motor elétrico 3, faz-se referência à figura 5, que ilustra a sequência de movimento do motor 3. Na figura 5 estão representados esquematicamente as bobinas do estator do motor elétrico 3 e a direção do pólo norte do rotor. Como também pode ser visto, uma só bobina 5 é ativada, ou energizada, por vez.

Por outro lado, a concretização do estado da técnica, ilustrada na figura 1 , utiliza um motor de passo ativa duas bobinas por vez, o que, como já dito, gasta uma quantidade maior de energia. Assim, a presente invenção possui a vantagem de gastar pouca energia através da ativação de somente uma bobina por vez. Entretanto, não de pode desconsiderar que a ativação de apenas uma bobina 5 por vez para executar o giro do motor elétrico 3 possui menos torque em comparação à concretização do estado da técnica que utiliza um motor de passo.

Para compensar esta característica da construção do motor elétrico 3, os inventores criaram um esquema de operação diferenciado para a abertura da porta 1 pelo motor elétrico 3. Considerando a curva de torque em função da velocidade de um motor de passo, ilustrada na figura 6, é possível notar que uma diminuição da velocidade, em pulsos por se- gundo (PPS), implica no aumento do torque. Valendo-se desta premissa os inventores reduziram a velocidade do motor elétrico 3 para realizar a abertura da porta 1. Assim, a ativação de apenas uma bobina por vez teria a sua perda de torque compensada pela diminuição da velocidade.

Entretanto, para que a abertura da porta não se tornasse tão lenta, a ponto de causar insatisfação dos consumidores, os inventores desenvolveram a seguinte metodologia: o motor elétrico 3 é programado para iniciar a abertura da porta 1 em velocidade baixa e em torque alto e terminar a abertura da porta 1 em velocidade alta e em torque baixo. Esta metodologia pode ser mais bem observada através das indicações presentes na figura 4.

Além disso, foi observado que o torque maior somente era necessário no início da abertura da porta 1 , pois é neste momento em que o motor elétrico 3 tem que superar a inércia para realizar o movimento. Uma vez tirado do repouso, o motor elétrico 3 pode realizar o restante da abertura da porta 1 com um torque reduzido e uma velocidade maior.

Em uma concretização alternativa da presente invenção, pode haver a utilização deste torque maior no início do fechamento da porta para garantir que a inércia seja vencida com mais facilidade.

Em síntese, quando o consumidor aciona o motor elétrico através de um meio de acionamento qualquer (botão, braço, chave, alavanca, etc.) um sistema de controle aciona e envia pulsos ao motor elétrico 3, acarretando no giro de seu eixo, o que implica no giro da porta 1. No início da abertura, isto é, para tirar a porta 1 do repouso, o torque decorrente do movimento do eixo do motor elétrico 3 é maior, sendo a sua velocidade menor. Depois de um período pré-determinado o torque passa a ser menor e a sua velocidade maior, terminando assim o movimento de abertura. O movimento de abertura abrange, preferencialmente 90° e depois de terminado o consumidor possuirá uma peça de gelo 2 em seu copo ou em outro recipiente.

O sistema de controle da presente invenção é, preferencialmente, um sistema que realiza o acionamento e o desligamento do motor, além do fato de controlar as velocidades que o motor adota durante a operação de abertura e fechamento da porta 1 do dispensador da presente invenção. Ainda, preferencialmente, este sistema de controle compreende um microcontrolador ou um microprocessador associado a um circuito para acionar o motor diretamente ("driver"), uma vez que muitos microcontroladores e microprocessadores não possuem potência suficiente para realizar o acionamento direto de um de seus pinos de saída. Apesar de a presente invenção compreender esta concretização preferencial, deve- se ter em mente que outras possibilidades de implementação de um sistema de controle para controlar o dispensador podem ser empregadas sem prejuízo ao escopo de proteção da invenção.

Em uma concretização preferencial, no trecho de início da abertura da porta 1 , o motor elétrico 3 opera a 50 PPS (pulsos por segundo), efetuando 100 passos e tendo um torque que pode chegar a 0,330 Nm. No trecho de término da abertura da porta 1 , o motor elétrico 3 opera a 800 PPS, efetuando 700 passos e tendo um torque que pode chegar a 0,200 Nm. Os valores citados são preferenciais e não representam qualquer restrição ao escopo de proteção da presente invenção, uma vez que outros valores podem ser utilizados desde que as características essenciais da invenção atendam às definições das reivindicações apensas.

O valor, em graus, correspondente ao início da abertura da porta 1 e ao término de abertura da porta, varia de acordo com os outros valores (velocidade, torque e número de pulsos por segundo), sendo que, para cada combinação de valores existe um arco correspondente ao movimento no início e no término da abertura da porta. Os arcos ilustrados na figura 4, correspondentes ao início e ao término da abertura, são meramente ilustrativos e visam representar o conceito da presente invenção.

Desse modo, pelo fato da presente invenção empregar um motor elétrico 3 que ati- va uma bobina por vez, ao invés de duas como ocorre em dispensadores do estado da técnica é gerada uma considerável economia de energia. Além disso, a compensação do tor- que através da escolha de dois modos de velocidade de abertura da porta 1 (início e término) resulta em uma otimização do uso do motor elétrico 3 como fonte de economia de energia, em comparação aos exemplos do estado da técnica. Cabe lembrar que a redução de consumo de energia está diretamente relacionada à redução de custos, que é mais um benefício que a presente invenção traz. Ainda, com a redução do consumo de energia, o dispensador da presente invenção pode ser considerado um produto de baixa potência, ou seja, um produto que despende menos de 15 W de potência em sua operação. Preferencialmente, o dispensador da presente invenção despende uma potência média de 4,6 W. Por fim, não se pode deixar de notar a estrutura simples e eficiente que o dispensador da presente invenção possui, fato este que pode ser notado pela associação direta em que o motor elétrico 3 se apresenta em relação à porta 1 , sem a necessidade de utilizar eixos e engrenagens adicionais para realizar a transmissão do movimento gerado pelo motor 3.