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(22) O.la dl Oapd•IO IMIIWIflEPÚll.lCA FEDERATIVA DO BAA.5IL
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lrllúslna.oo
Comilrcio e cb T urisloolnsliluto NaclOflal da Propriooade Industrial
(43) O.la dl Publk:aç6o:
13/04/93
(RPI 11671llll'IHI' ,i ' · · 1
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(54) Título: Mancais mapllcol palllllllkllll CIUIIUIIIC*> 01
enrolamentos do aslatcil
(71) Deoositante(s): Ulllveraldade F1c11ra1 do Rio 111
.111-""'º
tBRJffJ}(72) lnventor(esl: Richard Magdallna s,,,.,11111, Ed10n HI· 1okazu Walanabe, Mcds Or11z 5alazai
(7 4) Procurador: Maurlc;io da va11C011G11o1 ouec111 Pereira
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7 FIG. 3 ... ft li fl' ,,. 1 a1t1 •1Li1,..,(57) Resumo: Plllanll dl lnvençlo da mancais ~ 0 0 1
para IIKIIDIII CA canvtni:lonals que aproveitam a 11tublra • 111ro-lamtMII do molDI pari PIO(Wlr tanto I llvltaç6o qu111101 rollçio
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1
-Relatório Descritivo de Patente de Invenção "MANCAIS MAGN~TICOS
PARA MOTORES CA UTILIZANDO OS DmOUMENTOS DO ESTATOR"
A proposta relaciona-se a mancais magnéticos para motores elétricos. Os motores com mancais aagnéticos, devidos às suas
5 caracter is t i ca s de atrito aecãnico nulo, ausência de
lubrificação e sustentação ea altas velocidades de rotação, encontram aplicações na indústria espacial, nas indústrias leve e pesada e ea llâqulnas-ferramenta, sempre que o eaprego de mancais mecânicos convencionais torna-se inaceitável.
10 Conhecem-se algumas patentes (por exemplo, US 4381875, US
4337981, US 4634191, US 3845995, US 4611863), bea coao os
trabalhos do consórcio francês S2M sobre o assunto. Poréa, ea
todos esses casos, utilizam-se enrolamentos e projetos de máquinas especiais para garantir a levitação, ou ainda, os 15 mancais aagnétlcos são Independentes da úqulna rotativa.
Os sistemas convencionais que usam mancais magnéticos em máquinas rotativas constituem-se basicamente por quatro partes
tal como é mostrado na Flg. 1, onde (1) são os mancais de
posicionamento radial, (2) é a iúquina rotativa, e (3) é o
20 mancal de posicionamento longltudlnal.
Esta patente se diferencia das demais justamente por
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m:!iqulna. Estas correr,tes são controladas por malhas de controle de corrente, que recebem seus sinais de referência provenientes de uma malha externa de controle de posição.
Pelo método apresentado a seguir, o espaço ocupado pelo
5 motor e pelos mancais fica reduzido, uma vez que o pr6prio motor
faz o papel de 11ancal. O uso dos mancais magnéticos é
otimizado, utlllzando-se o motor elétrico para duas funçlles,
slmultanea11ente: posicionamento e rotação. Desta foraa,
reduz-se o tamanho do sistema, dada a não existência do motor
10 intermediãrio, como se vê na Fig. 2, onde (1) são os mancais e
motores radiais e (2) é o 11ancal de posicionamento longitudinal.
As forças que atuam sobre o rotor de um motor CA, para propiciar a rotação do mesmo, alo predominantemente tangenciais e formam forças blnãrlas. Por outro lado, as forças que devei 15 atuar sobre o rotor para 11&nt6-lo afastado do estator são essencialmente radlals. Aléa disso, os sinais elétricos para a
produção do aovlaento de rotação do aotor são coauaente
perl6dicos de frequência 60 Hz ou 50 Hz. Jã as correntes
necessãrias para a produção de forças de levitação lêa ua
20 comportamento de sinal continuo. Estes fatos propiciaa \Ili fraco
acoplamento entre os efeitos de rotação e levitação. Assia, os efeitos de circuitos de controle e atuação para o aoviaento de rotação e levitação podem ser superpostos.
O principio de funcionaaento do sistema pode ser aals
25 facilmente entendido para o caso de um motor blfãslco de
indução, conforme apresentado na Fig. 1. No entanto, o
prlnciplo aqui apresentado é vUldo para o caso de motores
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•Para atingir-se o objetivo desejado, tem-se que superpor dois sinais de corrente aos enrolamentos do estator:
(1) Correntes alternas pollfâslcas (neste caso, blfãsica),
tais que:
1
(tl
= I sen (wt +w/21
2 ...
5 (2) Correntes continuas no tempo ( I
1, I2, I3, I4), que serão
função da posição do rotor.
Uma forma de aliaentar as bobinas do estator é •ostrada na
Fig. 3, onde (l) é o rotor, (2) é o entreferro, e as injeç&es de
corrente são (3) (1 + I
l,
(4) (1 + I ) , (5) (1 + I1,
1 1 2 4 1 3
10 (6) (1
2+ I2) e o retorno de corrente 6 (7) (11 + 12 - 13-I4).
As correntes alternadas 1
1(t) e 12(t) vão gerar ua capo
B
de amplitude constante e slrando à velocidade w , onde w 69lr • •
a frequência angular slncrona.
Assia, tambéa, as correntes I
1, I2, 13 e 14 vão gerar
15 densidades de caapo B
1, B2, B3 e B,, respectivamente. Estas
densidades não dependerão do teapo, s6 da posição do rotor,
e terão pontos de úxima intensidade sobre os eixos •x• e •y•,
20
A densidade do campo ea cada ponto do entreferro do rotor
se reduz à soma dos efeitos do campo slrante variante no te•po
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(B (t)) e do campo de posição independente do tempo (B ),
9 Ir CC
ambos de direção radial, resultando:
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B(t,u) = B (t,cd + B (u)
4
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•O sistema de controle para proplclar a levitação ea uma
direção e a rotação encontra-se na Flg. 4 onde (1) é o slnal de
referência, (2) é o controlador, (3) 6 o estator, (4) é o rotor,
(5) é o sensor de posição, (6) é a referência de corrente para
5 levitação (1 ), (7) são as referências de corrente senoldals
1
para rotação (1 ), (8) são os controladores de corrente, (9) são
1
as correntes impostas ao estator da úqulna ( 1
1 e 12) e (10) é
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REIVINDICAÇÕES1. "MANCAIS MAGNtncos PARA l«>TORES CA UTILIZANOO C!i
ENROLAMENTOS DO ESTATOR", caracterizado pelo rato dos
enrolamentos do aotor CA serea usados tanto para produzir a
5 rotação quanto a levitação do rotor.
2."MANCAIS HAGNtrICOS PARA MOTORES CA UTILIZANDO C!i
ENROLAMENTOS DO ESTATOR" coníorae a reivindicaçlo 1,
caracterizado por o referido aotor ser \UI aotor de indução.
3. "MANCAIS HAGNtncos PARA !«)TORES CA UTILIZANDO C!i
10 ENROLAMENTOS D O ESTATOR" conforme a reivindicaçlo 1,
caracterizado por o referido aotor ur ua aotor slncrono.
4. "MANCAIS MAGNtl'ICOS PARA l«>TORES CA UTILIZANOO C!i
ENROLAMENTOS D O ESTATOR" coníorae a reivindicaçlo 1,
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.Patente de Invenção: "MANCAIS MAGNtrICX>S PARA MOTORES CA UTILIZANDO OS ENROLAMENTOS DO ESTATIII"
Patente de invenção de mancais Jllllnêticos para aotores CA
5 convencionais que aproveita• a estrutura e enrolamentos do aotor
para produzir tanto a levitação quanto a rotação do rotor. Estes efeitos são atingidos pela injeção de correntes adequadas
nos enrolamentos do estator da úquina. Estas correntes são
controladas por aalhas de controle de corrente, que recebe• seus 10 sinais de r eíe r ência provenientes de uma 111alha externa de controle de posição. Dessa íoraa,o espaço ocupado pelo aolor e
pelos mancais fica reduzido, 11118 vez que o pr6prio aolor faz o
