A presente invenção refere-se a um motor de indução monofásico dotado de um enrolamento híbrido. O motor de indução monofásico sendo utilizado em compressores herméticos de refrigeração.

Descrição do estado da técnica

O motor de indução monofásico é o tipo de motor mais utilizado em aplicações de refrigeração doméstica (refrigeradores, freezers e ar condicionados), sendo ainda utilizado em aplicações diversas como máquinas de lavar/secar, ventiladores e bombas. Os motores de indução monofásicos apresentam a vantagem de poderem ser ligados à tensão de fase das redes elétricas, normalmente disponíveis em residências e pequenas propriedades rurais, diferentemente do que ocorre com os motores trifásicos. Adicionalmente, este tipo de motor compreende dois enrolamentos dispostos no estator, um deles é o enrolamento principal e o outro é o enrolamento auxiliar (ou enrolamento de arranque), o enrolamento auxiliar tem como função primária gerar o campo girante do motor de indução monofásico.

Os motores de indução monofásicos conhecidos no estado da técnica possuem, na grande maioria das vezes, o enrolamento principal e auxiliar fabri- cados de cobre, material este que compreende excelentes propriedades térmicas e elétricas, é um excelente condutor elétrico, possuindo desta maneira baixa resistividade elétrica (na faixa de 1 ,673 x 10-6 ohm. cm a 20°C). A aplicação do cobre não se restringe ao uso em enrolamentos de motores de indução monofásicos, devido a sua eficiência, resistência e confiabilida- de, o cobre é o metal mais utilizado em qualquer tipo de aplicação em que a condutividade elétrica ou térmica esteja presente. Isto se deve ao fato de que o cobre tem excelente condutividade elétrica, é compatível com conectores e outros dispositivos elétricos e é de fácil manuseio, o que facilita a sua instalação. Adicionalmente, o cobre atende a especificações elétricas dos mais diversos países.

No entanto, o cobre apresenta como desvantagem o fato de que seu custo vem aumentando drasticamente nos últimos anos, tal fator fez com que a utilização de outras opções de condutores elétricos fosse estudada pelos fabricantes de motores de indução monofásicos. Uma das opções encontradas foi a utilização do alumínio para a fabricação dos enrolamentos dos motores de indução monofásicos. Apesar de possuir 60% da condutividade elé- trica do cobre, a utilização de enrolamentos de alumínio no estator mostra-se vantajosa em termos de custo, já que o alumínio é mais barato que o cobre. Além disso, a densidade do alumínio, por ser aproximadamente 1/3 da densidade do cobre, reduz o peso do enrolamento (para uma dada resistência das bobinas).

Alguns motores de indução monofásicos conhecidos no estado da técnica utilizam enrolamentos de alumínio, sendo o alumínio utilizado tanto na fabricação do enrolamento principal quanto do enrolamento auxiliar. Adicionalmente, é conhecido no estado da técnica motores de indução monofásicos que realizam uma combinação de dois tipos de condutores para a fabricação dos enrolamentos do estator.

Como exemplo pode-se citar a patente norte americana US 7,772,737, que descreve um motor elétrico em que os enrolamentos do estator são formados por um primeiro condutor elétrico e por um segundo condutor elétrico, o primeiro e segundo condutores elétricos sendo conectados em paralelo e fabricados de cobre e alumínio, respectivamente. Ainda, a patente norte americana descreve que o motor possui outro enrolamento dotado de um terceiro condutor elétrico e de um quarto condutor elétrico, estes também conectados em paralelo.

O motor descrito na patente US 7,772,737 apresenta a desvantagem de que o fluxo de corrente nos enrolamentos do motor não é uniforme, proporcionando desta maneira um aquecimento não homogéneo do motor e a geração de torques harmónicos, o que pode acarretar em ruídos e vibrações não desejáveis.

Ainda, em relação ao tipo de condutor utilizado para a fabricação dos enro- lamentos dos motores de indução monofásicos conhecidos no estado da técnica, são conhecidas quatro combinações: A primeira configuração seria a fabricação do enrolamento principal e do enrolamento auxiliar em cobre, tal configuração é utilizada em motores de alta eficiência e/ou alta densidade de potência e possui um custo de fabricação elevado. A segunda configuração faz uso do enrolamento principal em cobre e do enrolamento auxiliar em alumínio, esta configuração é utilizada quando é possível substituir uma pequena parte do volume total de cobre por condutores de alumínio. Já a terceira configuração é utilizada quando existe a possibilidade de substituição da maior parte do volume total de cobre por condutores de alumínio, esta configuração consiste na fabricação do enrolamento principal em alumínio e do enrolamento auxiliar em cobre. A quarta e ultima configuração conhecida no estado da técnica faz uso do enrolamento principal e do enrolamento auxiliar em alumínio, esta configuração é utilizada em motores que não requerem alta eficiência e/ou alta densidade de potência. Descrição do estado da técnica com base nos desenhos

A figura 1 ilustra as quatro configurações elétricas dos enrolamentos de um motor de indução monofásico conhecido no estado da técnica. Tais motores do estado da técnica, conforme já mencionado, apresentam o enrolamento principal e o enrolamento auxiliar fabricados a partir da utilização de um só material condutor (cobre ou alumínio) ou apresentam o enrolamento principal fabricado em cobre (ou alumínio) e o enrolamento auxiliar fabricado em alumínio (ou cobre). Nota-se desta maneira que os motores de indução monofásicos conhecidos no estado da técnica não apresentam condutores de cobre e alumínio em um mesmo enrolamento, conforme proposto na presente invenção. A única exceção conhecida seria a patente norte americana US 7,772,737, porém, esta patente sugere que cada ramo de cada enrolamento seja formado por apenas um tipo de material, o que prejudica o funcionamento do motor, como já descrito anteriormente.

A figura 1 (a) representa a primeira configuração dos enrolamentos de um motor de indução monofásico conhecido no estado da técnica, conforme po- de ser observado, este motor apresenta bobinas dispostas em um dos poios P1 do estator e bobinas dispostas no polo oposto P2 do estator, em que a primeira bobina P1a, a segunda bobina P1 b, a terceira bobina P2a e a quar- ta bobina P2b são compostas de um primeiro material condutor, neste caso o cobre. Adicionalmente, o enrolamento auxiliar A também compreende uma quinta bobina A1 e uma sexta bobina A2 fabricadas de cobre. Este tipo de configuração é utilizada em motores de alta eficiência e apresenta um alto custo de fabricação.

Como alternativa ao alto custo de fabricação da configuração exibida na figura 1 (a), é exibida na figura 1 (b) a configuração dos enrolamentos em que as bobinas localizadas no polo P1 e as bobinas localizadas no polo oposto P2 continuam a ser fabricados de cobre, no entanto, nesta configuração, o enrolamento auxiliar A do motor de indução é fabricado de alumínio. Tal configuração apresenta um custo de fabricação ligeiramente menor se comparado ao custo de fabricação da configuração exibida na figura 1 (b).

Outra configuração possível e conhecida no estado da técnica é a configuração dos enrolamentos exibida na figura 1 (c), esta configuração apresenta as bobinas localizadas no polo P1 e as bobinas localizadas no polo oposto P2 fabricadas em alumínio, já o enrolamento auxiliar A possui suas bobinas A1 e A2 fabricadas em cobre. Em termos de custo, esta configuração apresenta um custo de fabricação menor se comparado ao custo de fabricação da configuração exibida na figura 1 (b).

A figura 1 (d) exibe a configuração em que todos os enrolamentos (bobinas localizadas no polo P1 e as bobinas localizadas no polo oposto P2 e bobinas do enrolamento auxiliar A) do motor de indução monofásico são fabricados em alumínio, em termos de custo, esta configuração é a que apresenta menor custo de fabricação, no entanto, considerando que as bobinas do enro- lamento principal compreendem 75% do volume total dos condutores elétri- cos presentes no enrolamento do motor a quantidade de motores em que é possível a utilização das configurações exibidas nas figuras 1 (c) e 1 (d) é muito pequena, já que a utilização do alumínio é limitada pelo fator de enchimento (razão entre a área ocupada pelos enrolamentos e a área máxima disponível para dispô-los) dos motores de indução monofásicos.

Tal como mencionado acima, apesar de a utilização da maior quantidade de alumínio possível ser sempre vantajosa, a utilização deste tipo de condutor é limitada pelo fator de enchimento, e quando não for possível o aumento das áreas de ranhura da lamina, parte dos condutores deverão permanecer em cobre. O balanço ideal de cobre e alumínio depende também de outras variáveis, como por exemplo diâmetro externo do estator, isto ocorre porque o aumento das ranhuras para a acomodação dos enrolamentos de alumínio exigiria um diâmetro externo do estator maior, neste caso, deve-se calcular o custo do aumento na quantidade total de aço, levando-se em conta o acréscimo das ranhuras para a acomodação dos enrolamentos de alumínio.

Dentre as quatro configurações conhecidas no estado da técnica e mencio- nadas anteriormente, a quarta configuração (enrolamento principal e enrolamento auxiliar em alumínio) é a que apresenta o menor custo, no entanto, e conforme já mencionado, como o enrolamento principal é responsável por até 75% do volume total do condutor, a quantidade de motores em que é possível utilizar esta configuração é muito pequena, desta maneira, na maio- ria dos casos não é possível utilizar o alumínio para a fabricação do enrolamento principal, justamente devido às limitações de enchimento das ranhuras.

Com o objetivo de potencializar a utilização do alumínio nos motores de indução do estado da técnica, a presente invenção faz uso de um motor de indução monofásico dotado de um enrolamento híbrido, tal enrolamento híbrido compreendendo condutores de alumínio em conjunto com condutores de cobre em um mesmo ramo do enrolamento, potencializando a aplicabilidade do alumínio em motores de indução monofásicos, reduzindo desta maneira o custo total do motor.

Ainda, a presente invenção faz uso de motores de indução monofásicos dotados de enrolamentos híbridos, tais motores podendo ser dimensionados para ser alimentados eletricamente por valores de tensão nominal de 115- 127VAC ou 220-240VAC.

Ainda, a presente invenção faz uso de motores de indução monofásicos do- tados de enrolamentos híbridos, tais motores podendo ser dimensionados para ser utilizados em motores bivolt, de modo que um mesmo motor possa ser alimentado eletricamente por valores de tensão nominal de 115-127VAC ou 220-240VAC.

Objetivos da Invenção

A presente invenção tem como objetivo prover um motor de indução mono- fásico dotado de enrolamentos híbridos.

Ainda um objetivo da presente invenção é prover um motor de indução monofásico dotado de enrolamento híbrido e que possa ser alimentado por valores de tensão nominal de 115-127VAC ou 220-240VAC.

É também um objetivo da presente invenção prover um motor de indução monofásico em que a densidade de corrente nos ramos e nas bobinas dos enrolamentos do motor seja homogénea.

Finalmente, é um objetivo da presente invenção prover um motor de indução monofásico que possibilite a utilização de uma bobina de alumínio com um número de espiras diferente da bobina de cobre, sem que isto cause dese- quilíbrio de fluxo de corrente nem a geração de torques harmónicos nem tampouco problemas de aquecimento e vibrações.

Breve descrição da invenção

Os objetivos da invenção são alcançados através da provisão de um motor de indução monofásico compreendendo, um estator, o estator compreen- dendo um enrolamento com uma primeira bobina P1a, uma segunda bobina P1 b, uma terceira bobina P2a e uma quarta bobina P2b. A primeira bobina P1a e a terceira bobina P2a sendo confeccionadas em um primeiro material condutor 2. A segunda bobina P1 b e a quarta bobina P2b sendo confeccionadas em um segundo material condutor 3, com resistividade diferente do primeiro material condutor 2. O motor de indução monofásico sendo configurado de forma que a primeira bobina P1a e a segunda bobina P1b são dispostas em um dos poios P1 do estator. A terceira bobina P2a e a quarta bobina P2b são dispostas no polo oposto P2 ao da primeira bobina P1a e da segunda bobina P1 b. A primeira bobina P1a e a quarta bobina P2b são ele- tricamente conectadas através de uma ligação em série, configurando um primeiro ramo (R1). A segunda bobina P1 b e a terceira bobina P2a são ele- tricamente conectadas através de uma ligação em série, configurando um segundo ramo R2.

Descrição resumida dos desenhos

A presente invenção será descrita mais detalhadamente a seguir, com base nos desenhos em anexo, no qual:

Figura 1 - Ilustra as conexões elétricas de um motor de indução monofásico conhecido no estado da técnica.

Figura 2 - É uma representação da conexão elétrica de um motor de indução monofásico conforme proposto na presente invenção.

Figura 3 - É uma representação da conexão elétrica de um dos enrolamentos de um motor de indução monofásico conforme proposto na presente invenção, com a conexão dos ramos R1 e R2 em série.

Figura 4 - É uma representação da conexão elétrica de um dos enrolamentos de um motor de indução monofásico conforme proposto na presente in- venção, com a conexão dos ramos R1 e R2 em paralelo.

Descrição detalhada da invenção

Conforme pode ser observado a partir da figura 2, é representada a conexão elétrica preferencial do motor de indução monofásico dotado de um estator conforme proposto na presente invenção. Tal motor de indução monofásico compreende um enrolamento principal com quatro bobinas, uma primeira bobina P1a, uma segunda bobina P1 b, uma terceira bobina P2a e uma quarta bobina P2b, sendo que a primeira bobina P1a e a terceira bobina P2a são preferencialmente fabricadas de um primeiro material 2 condutor, sendo este o cobre. Já a segunda bobina P1b e a quarta bobina P2b são preferencial- mente fabricadas de um segundo material condutor 3, sendo este o alumínio.

O enrolamento principal é configurado de modo que a primeira bobina P1a e a segunda bobina P1b estejam em um dos poios P1 do estator e, a terceira bobina P2a e a quarta bobina P2b estejam no polo oposto P2 do estator. A conexão elétrica em série da primeira bobina P1a e da quarta bobina P2b configura um primeiro ramo R1 do motor de indução monofásico objeto da presente invenção, já a conexão elétrica em série da segunda bobina P1b e da terceira bobina P2a configura um segundo ramo R2. Tal forma de conexão elétrica das bobinas dos ramos R1 e R2 configura uma ligação cruzada híbrida do motor de indução descrito na presente invenção e exibida na figura 2.

Ainda, o motor de indução monofásico proposto na presente invenção garante o equilíbrio das indutâncias e resistências e consequentemente garante que a corrente no enrolamento do motor seja a mesma. Adicionalmente, o motor de indução monofásico possibilita a utilização de uma bobina de alumínio com um número de espiras diferente da bobina de cobre sem que isto cause desequilíbrio de fluxo de corrente nem a geração de torques harmónicos.

Conforme pode ser melhor observado na figura 2, o motor de indução monofásico compreende ainda um enrolamento auxiliar A. Neste exemplo preferencial, o enrolamento auxiliar A compreende uma quinta bobina A1 e uma sexta bobina A2 eletricamente conectadas em série e fabricadas a partir de um mesmo material. Cabe salientar que em uma configuração adicional do presente motor de indução monofásico, o enrolamento auxiliar A poderia ter a quinta bobina A1 fabricada de cobre e a sexta bobina A2 fabricada de alumínio, ou vice-versa.

Adicionalmente, a presente configuração pode ser utilizada para a construção de motores de indução monofásicos bivolt, ou seja, configurado para ser alimentado eletricamente por valores de tensão elétrica nominais de 115- 127VAC ou 220-240VAC sem a necessidade de alteração do número de espiras ou diâmetro dos fios. Neste caso, para a tensão nominal mais alta (220-240VAC) deve-se conectar eletricamente os ramos R1 e R2 em série, tal como exibido na figura 3, já para tensão nominal mais baixa (115-127 VAC) deve-se conectá-los em paralelo, tal como exibido na figura 4.

A figura 3 exibe o esquema de conexões elétricas que deve ser realizado no caso de tensão nominal na faixa de 220-240VAC. Como pode ser observa- do, o ramo R1 , compreendido pela primeira bobina P1a e pela quarta bobina P2b, está eletricamente conectado em série com o ramo R2, compreendido pela segunda bobina P1 b e pela terceira bobina P2a. Neste exemplo prefe- rencial do motor de indução, a primeira bobina P1a e a terceira bobina P2a são fabricadas de um primeiro material 2, sendo este o cobre, já a segunda bobina P1b e a quarta bobina P2b são fabricadas de um segundo material 3, sendo este o alumínio.

No caso de alimentação com tensão nominal na faixa de 220-240VAC, a conexão dos ramos R1 e R2 em série possibilita o equilíbrio de tensão entre tais ramos, dividindo a tensão exatamente pela metade.

A figura 4 exibe o esquema de conexões elétricas que deve ser realizado no caso de tensão nominal na faixa de 115-127VAC. Como pode ser observa- do, o ramo R1 , compreendido pela primeira bobina P1a e pela quarta bobina P2b, está eletricamente conectado em paralelo com o ramo R2, compreendido pela segunda bobina P1b e pela terceira bobina P2a. A primeira bobina P1a e a terceira bobina P2a sendo fabricadas de cobre e as bobinas P1b e P2b sendo fabricadas de alumínio.

Tendo sido descrito um exemplo de concretização preferido, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possíveis variações, sendo limitado tão somente pelo teor das reivindicações apensas, aí incluídos os possíveis equivalentes'.