(73) Titular(es): (72) Inventor(es): (74) Mandatário:

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1 (11) Número de Publicação: PT (51) Classificação Internacional: H02K 17/12 (2006) (12) FASCÍCULO DE PATENTE DE INVENÇÃO (22) Data de pedido: (30) Prioridade(s): (43) Data de publicação do pedido: (73) Titular(es): JOÃO MIGUEL VIEIRA CAEIRO DIAS ANTUNES RUA COMANDANTE COSTEAU, E, 2º DIREITO STA MARIA DOS OLIVAIS LISBOA PT (72) Inventor(es): JOÃO MIGUEL VIEIRA CAEIRO DIAS ANTUNES PT (74) Mandatário: (54) Epígrafe: MOTOR ELÉTRICO TRIFÁSICO COM NUTAÇÃO E OSCILAÇÃO E SEU PROCESSO DE FABRICO POR MANUFATURA ADITIVA (57) Resumo: A PRESENTE INVENÇÃO DESCREVE UM MOTOR ELÉTRICO TRIFÁSICO COM NUTAÇÃO E OSCILAÇÃO E SEU PROCESSO DE FABRICO POR MANUFATURA ADITIVA, PARA PODER SER INTEGRADO EM PRODUTOS FABRICADOS POR MANUFATURA ADITIVA. O ESTATOR TRIFÁSICO (1) CONTÉM TRÊS BOBINES (5) COM DESFASAMENTO DE 30 GRAUS. O ROTOR (2), O FOLE ESFÉRICO (3) E A RODA DENTADA (6) FABRICADOS NUMA ÚNICA PEÇA SÃO EMBUTIDOS NO ESTATOR TRIFÁSICO (1) ATRAVÉS DE MANUFATURA ADITIVA TENDO UM MEIO DE ROTAÇÃO (8) ENTRE ELES. OS IMANES PERMANENTES (4) SÃO MONTADOS ATRAVÉS DOS ORIFICIOS DE ACESSO (7) E INTERAGEM MAGNETICAMENTE COM O ESTATOR TRIFÁSICO (1) NO SEGMENTO ESFÉRICO ONDE SE DESLOCAM. O FOLE ESFÉRICO (3) É UM MEIO DE OSCILAÇÃO ENTRE O ROTOR (2) E A RODA DENTADA (6) QUE OSCILA E SUPORTA OS IMANES PERMANENTES (4).

2 RESUMO "Motor elétrico trifásico com nutação e oscilação e seu processo de fabrico por manufatura aditiva" A presente invenção descreve um motor elétrico trifásico com nutação e oscilação e seu processo de fabrico por manufatura aditiva, para poder ser integrado em produtos fabricados por manufatura aditiva. O estator trifásico (1) contém três bobines (5) com desfasamento de 30 graus. O rotor (2), o fole esférico (3) e a roda dentada (6) fabricados numa única peça são embutidos no estator trifásico (1) através de manufatura aditiva tendo um meio de rotação (8) entre eles. Os imanes permanentes (4) são montados através dos orificios de acesso (7) e interagem magneticamente com o estator trifásico (1) no segmento esférico onde se deslocam. O fole esférico (3) é um meio de oscilação entre o rotor (2) e a roda dentada (6) que oscila e suporta os imanes permanentes (4).

3 DESCRIÇÃO "Motor elétrico trifásico com nutação e oscilação e seu processo de fabrico por manufatura aditiva" Campo Técnico da invenção A invenção refere-se ao motor elétrico trifásico com nutação e oscilação e ao seu processo de fabrico por manufatura aditiva. A forma inovadora como são implementados e montados os componentes conduz a uma solução mais eficiente e compacta destes dispositivos. Permite ainda que produtos fabricados através de manufatura aditiva possam integrar estes motores elétricos trifásicos com nutação e oscilação moldados dentro das próprias peças do produto, sendo manufaturados de uma só vez. O motor trifásico é fabricado por manufatura aditiva, permitindo a construção simultânea do estator trifásico (1), do rotor (2), do fole esférico (3) e da roda dentada (6) com nutação e oscilação. Esta técnica conduz a uma melhoria da eficiência eletromagnética porque o movimento e posicionamento dos imanes permanentes (4) relativamente às bobines (5) é controlado eficazmente e dimensionado para o produto final. Em simultâneo obtém-se simplicidade de fabrico e maior compactação dos componentes reduzindo custos de fabrico e melhorando a eficiência global do motor que fica adaptado às especificações do produto desejado. Permite ainda que o motor seja embutido nas próprias peças do produto eletromecânico, sendo este parcial ou totalmente fabricado através de manufatura aditiva. Exemplo disso é a sua

4 aplicação no campo da robótica, de servomecanismos, de atuadores mecânicos ou na àrea da medicina de reabilitação através do fabrico personalizado de proteses de membros do corpo com movimento eletromecânico (mãos, braços, pés). O estator trifásico (1) do motor com nutação e oscilação contém três bobines (5) dispostas de forma inovadora, e que não existe em tecnologias anteriores, tal como representado na figura 3, sendo controladas através de alimentação por corrente elétrica trifásica (i1, i2, i3) gerada por controladores eletrónicos trifásicos convencionais. A ligação das bobines à alimentação pode ser realizada em estrela ou triângulo (delta). A sua disposição permite o controlo da oscilação da roda dentada (6). Técnica anterior O estado da técnica anterior referente a motores eletricos com nutação e oscilação é ineficiente do ponto de vista eletromagnético. A disposição dos imanes e bobines do rotor e estator encontra-se mal concebida, a distância dos entreferros varia com o ângulo do rotor perdendo eficiência eletromagnética. O desenho e disposição das bobines obriga a utilizar controladores eletrónicos muito especificos, resultando em soluções dispendiosas. Além disso o fabrico do rotor e do estator são complexos, dificeis de compactar e de dimensionar para cada aplicação. A eficiência e custo dos motores utilizando a ténica anterior ficam assim comprometidos. Exemplo destes sistemas são descritos na patente nacional; PT No em 17 de Fevereiro de 2006, atribuída a João Caeiro Antunes e pedido PCT WO/2007/ do mesmo inventor.

5 Sumário do invento O presente pedido de patente tem como objetivo descrever o motor elétrico trifásico com nutação e oscilação e seu processo de fabrico por manufatura aditiva. O invento resolve o problema da eficiência eletromagnética do dispositivo minimizando as distâncias dos entreferros, tornando-as constantes e independentes do ângulo do rotor. Para isso é desenhado para que a interação eletromagnética entre as bobines (5) e os imanes permanentes (4) seja realizada no segmento esférico onde os imanes se deslocam. O invento simplifica e reduz os custos no processo de fabrico do motor ganhando em flexibilidade de dimensionamento e adaptação ao produto. Para isso está concebido para ser fabricado através de manufatura aditiva numa única impressão de duas peças. O estator trifásico (1) como primeira peça, onde são montadas as bobines (5) e o rotor (2) com o fole esférico (3) e a roda dentada (6) numa segunda peça, onde são montados os imanes permanentes (4) através dos orificios de acesso (7). Ganha-se assim em compactação e simplificação do dispositivo através de manufatura de baixo custo conduzindo a uma solução de fabrico de motores elétricos com nutação e oscilação inovadora, tornando-os mais eficientes e menos onerosos quando comparada com tecnologias anteriores. Numa descrição mais pormenorizada, o estator trifásico (1) e o rotor (2) são impressos simultâneamente através de manufatura aditiva de material plastico flexivel, ou outro semelhante, com tecnologia de sinterização laser, extrusão de plastico ou outra, formando o rotor (2) embutido no estator trifásico (1) com meios de rotação e guiamento (8). O plastico flexivel permite o fabrico do fole esférico

6 (3) que transmite a nutação e oscilação da roda dentada (6) ao rotor (2). A roda dentada (6) é fabricada com reentrancias onde são montados os imanes permanentes (4) através de orificios de acesso (7) existentes no estator trifásico (1). As bobines (5) são enroladas com o número de espiras desejadas sendo depois agrupadas sob a forma de quatro anéis em torno do estator trifásico (1), como mostra a figura 3. Apenas é representada uma espira por cada bobine para tornar as figuras 2 e 3 mais legiveis. As três bobines (5) são dispostas em torno do estator trifásico (1) após a montagem dos imanes permanentes (4), estando desfasadas entre si de um ângulo de 30 graus, formando cada uma delas quatro anéis em torno do estator trifásico (1) e cobrindo cada anel 180 graus do segmento esférico superior ou inferior do estator trifásico (1). Cada bobine cria os seus campos magnéticos B e B' induzindo oscilação na roda dentada (6) em função da fase da alimentação por corrente trifásica (i1, i2, i3). Opcionalmente as bobines (5) podem ser embutidas em resina e serem adicionados dissipadores de calor em torno do estator trifásico (1). A invenção não está limitada ao processo descrito anteriormente, outras configurações e modificações são possíveis mantendo-se ainda dentro do âmbito das reivindicações seguintes; Lisboa, dia 24 de janeiro de 2012

7 REIVINDICAÇÕES 1. Um motor elétrico com nutação e oscilação, caracterizado por: a) compreender um estator trifásico (1); b) o estator trifásico (1), o rotor (2), o fole esférico (3) e a roda dentada (6) terem um processo de fabrico por manufatura aditiva; c) o rotor (2), o fole esférico (3) e a roda dentada (6) serem fabricados numa única peça, estando embutidos dentro do estator trifásico (1); d) o estator trifásico (1) conter três bobines (5) ligadas em estrela ou triângulo (delta); e) o estator trifásico (1) e o rotor (2) terem um meio de rotação (8) entre eles; f) os imanes permanentes (4) poderem ser montados através de orificios de acesso (7); g) os imanes permanentes (4) interagirem magneticamente com o estator trifásico (1) deslocando-se num segmento esférico; h) o rotor (2) e a roda dentada (6) terem um fole esférico (3) como meio de oscilação entre eles;

8 2. Um motor elétrico com nutação e oscilação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: a) as bobines (5) estarem desfasadas entre si de 30 graus; b) as bobines (5) formarem cada uma delas quatro anéis em torno do estator trifásico (1), cobrindo cada anel 180 graus do segmento esférico superior ou inferior do estator trifásico (1); 3. Um motor elétrico com nutação e oscilação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o estator trifásico (1) e o rotor (2) ter um meio de rotação (8) entre eles através de pelo menos um rolamento de esferas ou semelhante; 4. Um motor elétrico com nutação e oscilação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o estator trifásico (1) estar equipado com meio de dissipação do calor provocado pelas bobines (5); Lisboa, dia 24 de janeiro de 2012

9 DESENHOS Figura 1 Figura 2

10 Figura 3

11 Relatório de Pesquisa de Portugal Ref. do pedido: CLASSIFICAÇÃO DA MATÉRIA H02K17/12 De acordo com a Classificação Internacional de Patentes DOCUMENTAÇÃO E BASES DE DADOS ELETRÓNICAS PESQUISADAS EPODOC, WPI DOMÍNIOS TÉCNICOS PESQUISADOS H02K17/12 De acordo com a Classificação Internacional de Patentes DOCUMENTOS CONSIDERADOS RELEVANTES Categoria* Citação do documento, com indicação, sempre que apropriado, das passagens relevantes Relevante para a reivindicação A EP A2, HUNTER FAN CO [US], , resumo, figura 1; 1-4 A JP A, MITSUBISHI ELECTRIC CORP, , resumo, figura para publicação; 1-4 * Categorias dos documentos citados: A X Y E L Estado da técnica; Documento de particular relevância quando considerado isoladamente; Documento de particular relevância quando combinado com um ou mais deste tipo de documentos; Pedido de patente anterior publicado na mesma data ou em data posterior à do pedido; Documento citado por qualquer outra razão; Data do termo da pesquisa Data de elaboração do Relatório de Pesquisa T & P D O Princípio ou teoria subjacente à invenção; Documento membro da mesma família de documentos de patente; Documento publicado antes da data de pedido mas depois da data de prioridade; Documento citado no pedido; Documento que se refere a uma divulgação oral, uso, exibição ou qualquer outro meio. Técnico examinador: Miguel Moura Telefone: INPI, Campo das Cebolas, LISBOA Fax: Assinatura M /2

12 Anexo ao Relatório de Pesquisa de Portugal Informação sobre os membros da família de documentos de patente Ref. do pedido: Documento de patente citado no relatório Data de publicação Membro(s) da família EP A US A1 TW A MX A CN A US A1 Data de publicação M /2