Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
LIFTABLE BRUSH HOLDER SYSTEM ABLE TO OPERATE STATICALLY AND CORRESPONDING ROTARY ELECTRIC MACHINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/232516
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to a liftable brush holder (9) system that can operate statically, comprising a motor (1) that drives a reduction gearbox (2) that drives a shaft (3) that moves a disk with an eccentric slot (4), in which the disk with the eccentric slot (4) closes the short-circuit bushing (6) and independently moves the sides (9r, 9l) of the brush holder (9). Furthermore, the present invention relates to a rotary electric machine provided with a system according to the invention.

Inventors:
LUIS PINTER CESAR (BR)
SACHT NILSON (BR)
EMMANUELE GRACINSKI ALINI (BR)
Application Number:
PCT/BR2019/050187
Publication Date:
November 26, 2020
Filing Date:
May 22, 2019
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
WEG EQUIPAMENTOS ELETRICOS S A (BR)
International Classes:
H01R39/42; H02K17/22
Foreign References:
US1392193A1921-09-27
US8558429B22013-10-15
US8674581B22014-03-18
EP0858149B12001-07-11
Attorney, Agent or Firm:
BHERING, Pedro (BR)
Download PDF:
Claims:
REIVINDICAÇÕES

1 . Sistema de porta-escovas levantável apto a operar como fixo, compreendendo um motor (1 ) que aciona um redutor de velocidade (2) que aciona um eixo (3) que movimenta um disco com rasgo excêntrico (4), caracterizado por o disco com rasgo excêntrico (4) movimentar, de modo independente, os lados (9r, 9I) do porta-escovas (9) e fechar a bucha de curto-circuito (6).

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que, quando operado em modo fixo, pode variar a quantidade de escovas (12) remotamente

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por o disco com rasgo excêntrico (4) possuir dois rasgos (4a, 4b) dispostos em lados opostos e defasados em 160Q a 200Q, preferencialmente em 180Q entre si.

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por um lado do porta-escovas (9I) ser conectado por meio de um braço intermediário (10) ao rasgo excêntrico superior (4a) e o outro lado do porta-escovas (9r) ser conectado ao rasgo excêntrico inferior (4b) do disco com rasgo excêntrico (4).

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por cada lado do porta-escovas (9I, 9r) possuir unidades de rolamento (1 1 ) independentes entre si.

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por um eixo intermediário (7) conectado ao disco com rasgo excêntrico (4) e a um braço de movimentação (5) da bucha de curto-circuito (6), em que o giro do disco com rasgo excêntrico (4) promove, sequencialmente, o movimento de fechamento da bucha de curto-circuito (6) e, em seguida, o levantamento das escovas (12).

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por as escovas (12) dispostas no porta-escovas (9) serem dotadas de um batente (12a), para que, quando ocorrer o levantamento das escovas (12), toquem no suporte de escovas (14) e não permaneçam em contato com o anel coletor (13).

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por a bucha de curto-circuito (6) ficar aberta durante a operação com as escovas (12) abaixadas.

9. Máquina elétrica girante, caracterizada por ser dotada de um sistema de porta-escovas levantável apto a operar como fixo conforme as reivindicações 1 a 8.

10. Máquina elétrica girante, caracterizada por ser um motor elétrico trifásico de corrente alternada.

Description:
SISTEMA DE PORTA-ESCOVAS LEVANTÁVEL APTO A OPERAR COMO FIXO E MÁQUINA ELÉTRICA GIRANTE CORRESPONDENTE

Campo de aplicação

[001 ] A presente invenção pertence ao campo dos sistemas de porta- escovas aplicados em motores trifásicos de corrente alternada, em especial aos sistemas de escovas levantáveis e aos sistemas de escovas fixas, notadamente aos elementos que constituem tais sistemas.

Fundamentos da invenção

[002] Porta-escovas, em conjunto com anéis coletores, são aplicados em motores trifásicos de corrente alternada, conhecidos comercialmente como motor de anel ou motor com rotor bobinado. São utilizados, normalmente, em aplicações que necessitam de alto torque de partida ou em casos nos quais ocorre limitação da corrente de partida no sistema de alimentação. Para as aplicações que apresentam torque variável durante a operação, o motor é equipado com um sistema de porta-escovas fixo, ao passo que nas aplicações que necessitam de torque elevado apenas na partida, o motor é dotado de um sistema de porta-escovas levantável.

[003] Em ambos os sistemas existe o conjunto porta-escovas e anel coletor, que é responsável pela ligação da parte estática (reostato) com a parte girante (rotor), sendo que a conexão é feita através da escova de carvão. Estado da técnica

[004] No mercado existem, atualmente, motores com dois tipos de sistema de escovas, podendo ser de escovas fixas ou de escovas levantáveis.

[005] O sistema de escovas fixas é aquele no qual as escovas permanecem em contato com o anel coletor permanentemente pressionadas por molas de pressão constante. Nesse caso as escovas têm vida útil limitada (de 6 a 8 meses) em função do desgaste pelo contato permanente das escovas com o anel coletor, representando, com isso, uma importante desvantagem em termos de custos de operação, material e manutenção, pois é necessário realizar periodicamente a troca das escovas e a limpeza interna do compartimento que as abriga, visando eliminar o pó proveniente do seu desgaste.

[006] Já o sistema de escovas levantáveis é aplicado, por exemplo, para motores que necessitam de alto torque apenas durante a partida, em que o tempo de aplicação das escovas é de alguns segundos e que, no restante do tempo, os motores trabalham como motores de gaiola. O sistema de levantamento, nesse caso, é acionado por meio de um dispositivo motorizado responsável tanto pelo levantamento das escovas quanto pelo fechamento do curto-circuito. Quando o motor atinge a rotação nominal, o sistema de levantamento é acionado, atuando da seguinte forma: o sistema de levantamento é acionado por um motor que, por meio de um redutor, aciona um eixo que movimenta um disco excêntrico. Esse disco excêntrico permite que o sistema realize tanto o levantamento das escovas quanto o fechamento de curto-circuito. Quando o disco excêntrico é movimentado, o braço é movido pelo componente, realizando o movimento de fechamento da bucha de curto-circuito. Após o fechamento do curto-circuito, o sistema de levantamento de escovas é movimentado pelo disco excêntrico, porém através do anel de levantamento, o qual realizará o levantamento das escovas. Quando ocorre o levantamento das escovas, elas perdem contato com o anel coletor, evitando o desgaste. Nesse tipo de solução as escovas têm vida útil de aproximadamente 10 anos e necessitam de limpeza em intervalos maiores, por exemplo, a cada 6 meses.

[007] A desvantagem de tal sistema de escovas levantáveis presente no mercado, entretanto, é a de não permitir o trabalho como sistema de escovas fixas, uma vez que utilizam molas de pressão variável. No caso de molas de pressão variável, a pressão varia de acordo com o alongamento da mola, o que não pode ocorrer em um sistema de escovas fixas, nos quais o controle da pressão da mola sobre a escova é fundamental para seu desempenho, não devendo haver variações de pressão acima de 15% entre as escovas da mesma fase. Além disso, o estado da técnica não prevê a possibilidade de variação do número de escovas e muito menos que isso ocorra remotamente, de acordo com as condições de carga da operação do motor.

[008] Um exemplo do estado da técnica de sistemas levantáveis de escovas da natureza aqui discutida é o documento patentário norte americano de número US20120169178, que revela e descreve sistemas, métodos e dispositivos para anéis deslizáveis de curto-circuito de motores de indução. Dito sistema compreende um eixo em comunicação operacional com um eixo de um motor de indução, vários anéis deslizantes posicionados radialmente em torno do eixo e em comunicação elétrica com os enrolamentos do rotor, além de escovas múltiplas adaptadas para contato seletivo com um ou mais dos anéis deslizantes. Além disso, o sistema pode incluir múltiplos contatos elétricos de ativação seletiva em comunicação elétrica com os respectivos terminais dos enrolamentos do rotor do motor e um mecanismo de acionamento em comunicação operacional com as escovas e os contatos elétricos.

[009] De acordo com o referido documento US20120169178, o rasgo excêntrico (160) serve como posicionador do conjunto completo (não há como utilizar apenas um lado da estrutura, ou seja, não há como variar o número de escovas em ação e muito menos de forma remota) além de executar o levantamento das escovas (130), porém o sistema trabalha com mecanismos independentes ligados por corrente, onde há a possibilidade de perda da conexão, seja por desprendimento da corrente ou por quebra da mesma. Aparentemente, o sistema não possui sensores para indicação de cada parte mecânica independente, sendo possível gerar falha na operação. A operação em modo fixo também não é possível devido à utilização do conceito de molas de pressão variável (320) no sistema.

[010] Sendo assim, conclui-se que no mercado não existe, atualmente, a opção de motor dotado de ambos os sistemas de escovas (levantável e fixo) e que permita ao usuário/cliente a aquisição de um único motor reserva para duas aplicações distintas. Por esse motivo, com as opções apresentadas anteriormente, é preciso adquirir dois motores, cada um dotado de um tipo de sistema de escovas diferente. Além disso, não há como variar o número de escovas em ação em um mesmo sistema de escovas fixo.

[01 1 ] Portanto, conforme pode ser inferido da descrição acima, há espaço para um sistema de escovas levantáveis que trabalhe com mola de pressão constante e que permita utilização como sistema de escovas fixas, superando as desvantagens do estado da técnica dos sistemas de levantamento convencional.

Objetivos da invenção

[012] Um dos objetivos da presente invenção é, portanto, prover um sistema de levantamento de escovas que supere as deficiências do estado da técnica, em especial, provendo uma solução (i) de construção simplificada e reduzido número de componentes, (ii) que possibilita operação com apenas um lado do porta-escovas, otimizando tempo de limpeza do compartimento e consumo de materiais; (iii) capaz de prover ao cliente a opção de obter apenas um motor reserva para duas aplicações distintas; (iv) que possibilita operar o motor com sistema fixo, no caso de falha de qualquer componente do sistema de levantamento; e possibilitar a operação como escovas fixo com possibilidade de variação de escovas remotamente.

[013] Outro objetivo da presente invenção é prover uma máquina elétrica girante dotada de um sistema de levantamento de escovas correspondente. Breve descrição das figuras

[014] 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:

Figura 1 : apresenta uma vista da conexão entre parte estática e parte girante de um sistema de escovas do estado da técnica; Figura 2: apresenta uma vista frontal da mola de pressão constante e uma vista lateral da mola de pressão variável de um sistema de escovas do estado da técnica;

Figura 3: apresenta uma vista de um sistema de porta-escovas fixo, com molas de pressão constante de um sistema de escovas do estado da técnica;

Figura 4: apresenta vistas frontal e lateral do design típico de sistema de levantamento com mola de pressão variável de um sistema de escovas do estado da técnica;

Figura 5: apresenta uma vista frontal de um detalhe ampliado do sistema de levantamento com mola de pressão constante de acordo com a invenção.

Figura 6: apresenta uma vista do lado superior e uma vista do lado inferior do disco de levantamento com rasgo excêntrico de acordo com a invenção;

Figura 7: apresenta uma vista em perspectiva isométrica de um sistema de acordo com a invenção, evidenciando uma unidade de rolamento para articulação do porta-escovas;

Figura 8: apresenta uma vista em perspectiva isométrica de um sistema de acordo com a invenção;

Figura 8a: apresenta uma vista ampliada do disco com rasgo excêntrico, do sensor indutivo e do batente mecânico da figura 8; e

Figura 8b: apresenta uma vista ampliada do detalhe A da figura 8.

Descrição detalhada da invenção

[015] A presente invenção se refere a um sistema de porta-escovas levantável apto a funcionar como fixo. É composto por um motor (1 ) que aciona um redutor de velocidade (2), este acionando um eixo (3) que movimenta um disco com rasgo excêntrico (4). [016] O disco com rasgo excêntrico (4) é responsável por realizar a movimentação de ambos os lados do porta-escovas (9) de modo independente e pelo fechamento da bucha de curto-circuito (6).

[017] O disco com rasgo excêntrico (4) possui dois rasgos (4a, 4b), dispostos em lados opostos do disco com rasgo excêntrico (4) e defasados em 160 Q a 200 Q , preferencialmente em 180 Q , possuindo excentricidade no rasgo (4a, 4b) de 48mm entre o raio interno e o raio externo, sendo que 60% do movimento é realizado no raio interno e 30% entre o caminho entre o raio interno/externo e 10% no raio externo, com a finalidade de garantir que o sistema de curto circuito (8) se mantenha fechado no momento do abaixamento ou levantamento das escovas (12), além de apresentar um ângulo de trabalho de 220 Q a 300 Q , preferencialmente de 260° entre o mesmo abaixamento e levantamento das escovas (12), no rasgo superior (4a) é conectado o porta escovas do lado esquerdo (9I) e no rasgo inferior (4b) é conectado o porta escovas do lado direito (9r), podendo, em alguns casos, somente um braço (9r ou 9I) ser conectado no disco com rasgo excêntrico (4), seja pela presença de apenas de um braço (9r ou 9I) no sistema de levantamento ou como forma de variação da quantidade de escovas (12) no sistema fixo, onde temos a presença de dois braços (9r e 9I), porém apenas um conectado ao disco com rasgo excêntrico (4).

[018] O disco com rasgo excêntrico (4) possui dois pontos de drenagem (4g) para expurgar qualquer material indesejável que possa se depositar no rasgo excêntrico (4a, 4b).

[019] Em adição às funcionalidades acima citadas, o disco excêntrico (4) possui duas saliências (4e) que têm a função de acionamento dos sensores indutivos (16) que, por sua vez, indicam o fim do curso de abaixamento ou levantamento das escovas (12), enviando um sinal ao painel externo para desligamento do motor (1 ). No caso de travamento do sistema no meio do percurso e não acionamento dos sensores de fim de curso, uma proteção externa ao sistema faz o desligamento do mesmo motor através de temporizador ou disjuntor motor. Além dos sensores há um sistema mecânico de fim de curso (4c) presente apenas na parte superior do disco com rasgo excêntrico (4) que, em conjunto com os parafusos de batente mecânico (17), tem a função de parada do sistema em caso de falha dos sensores indutivos (16).

[020] O disco com rasgo excêntrico (4) é acionado através do local de fixação do eixo de acionamento (4d) e do eixo de acionamento (3). O disco com rasgo excêntrico (4) possui um local para fixação do eixo intermediário (4f) que tem a função de movimentação do braço de movimentação da bucha (5) e, consequentemente, o contato de curto circuito (8).

[021 ] Para o levantamento das escovas (12), um lado do porta-escovas (9) é conectado por meio do braço intermediário (10) ao rasgo excêntrico superior (4a) e o outro lado do porta-escovas (9) é conectado ao rasgo excêntrico inferior (4b) do disco com rasgo excêntrico (4).

[022] A fim de realizar o movimento da bucha de curto-circuito (6), o eixo intermediário (7) é conectado ao disco com rasgo excêntrico (4), e o eixo intermediário (7) é conectado ao braço de movimentação (5) da bucha de curto-circuito (6), movimentando-a. Então, quando o disco com rasgo excêntrico (4) gira, são realizados, nessa ordem, o movimento de fechamento da bucha de curto-circuito (6) e, em seguida, o levantamento das escovas (12). As unidades de rolamento (1 1 ) presentes na base de cada lado do porta-escovas (9) permitem que o sistema seja articulado com segurança durante o giro do disco com rasgo excêntrico (4).

[023] Pelo fato de cada lado do porta-escovas (9) ser conectado ao disco com rasgo excêntrico (4) em posições distintas e de a articulação das unidades de rolamento (1 1 ) de cada lado ser independente, é possível utilizar apenas um lado do porta-escovas (9) quando o sistema necessitar de metade ou menos da capacidade nominal de escovas de cada tamanho de sistema, sem prejuízo ao seu funcionamento. [024] Para que esse sistema opere corretamente, as escovas (12) elevem possuir um batente (12a), de modo que, quando ocorrer o levantamento das escovas (12), elas toquem o suporte de escovas (14) e não permaneçam em contato com o anel coletor (13).

[025] Nesse tipo de solução, operando com o sistema de levantamento de acordo com a invenção, as escovas (12) têm vida útil de aproximadamente 10 anos.

[026] Para o sistema operar como porta-escovas fixo, não é necessário realizar qualquer intervenção no sistema, mas sim apenas manter as escovas em contato com o anel coletor e desativar o sistema de acionamento.

[027] O conjunto mola de pressão constante (15) e escova (12) irá garantir o correto desempenho das escovas (12). Quando o sistema trabalhar com as escovas (12) abaixadas, a bucha de curto-circuito (6) ficará aberta durante toda a operação do motor.

[028] Isto posto, resta evidente a importante vantagem que a presente invenção traz em relação ao estado da técnica, qual seja: a de disponibilizar um sistema de levantamento de porta-escovas (9) dotado de mola de pressão constante (15) e capaz de trabalhar como sistema de porta-escovas (9) fixo. Nesse sentido, a criação do conceito utilizando molas de pressão constante (15) no sistema de levantamento, o disco de levantamento (4) com rasgo excêntrico (4a / 4a) e a forma de articulação do porta-escovas (1 1 ) são fundamentais para possibilitar a operação com escovas fixas (12), em que o disco com rasgo excêntrico (4) permite a elevação das escovas (12) e também mantém o posicionamento quando as escovas (12) estão na condição de contato com o anel coletor (13) (escovas fixas).

[029] Além disso, o técnico no assunto entenderá que este conceito cria uma nova opção de produto disponível no mercado, a qual não foi evidenciada até o momento. [030] Todas as conexões entre os elementos são mecânicas e centralizadas no disco com rasgo excêntrico (4), onde os dois lados do porta escovas (9) são conectados de forma independente, podendo ser utilizado apenas uma metade do sistema, sendo o lado direito conectado na parte inferior do carne (4b) e o lado esquerdo conectado na parte superior (4a), além da conexão através do braço intermediário (7) com o braço de movimentação da bucha de curto (5), sem presença de polias ou correntes, sendo cada conjunto mecânico independente monitorado por um par de sensores indutivos (totalizando 8 sensores internos) que avaliam o correto posicionamento de cada mecanismo além de, em conjunto com um sistema de molas com pressão constante (15), ser capaz de operar tanto com sistema levantável quanto como sistema fixo. Outro elemento inovador, para operação em modo fixo, é a possibilidade de operação do sistema com um braço móvel e o outro braço fixo, desta forma é possível variar a quantidade de escovas (9) de acordo com a carga que o motor (1 ) está operando remotamente, garantindo a melhor performance de escovas (9) e anéis coletores (13). Com este artificio é possível aumentar a faixa de carga na qual o motor pode operar sem a necessidade de intervenção manual para remoção ou adição de escovas (9).

[031 ] A solução proposta, portanto, reduz consideravelmente tanto o gasto com peças para montagem do sistema de levantamento quanto o consumo de materiais, se comparada às propostas pelos sistemas de levantamento do estado da técnica.

Conclusão

[032] Como pode ser inferido a partir da descrição acima, o sistema de levantamento de porta-escovas apto a operar como fixo de acordo com a presente invenção supera as soluções do estado da técnica, sendo um sistema de uso prático, perfeitamente suscetível de aplicação industrial, que apresenta novidade, envolvendo ato inventivo e resultando em menor quantidade de peças, menos gasto com manutenção e maior vida útil das escovas.