ITBO20110587A1 - Rotore per macchina elettrica e relativo procedimento di assemblaggio - Google Patents

Description

“ROTORE PER MACCHINA ELETTRICA E RELATIVO PROCEDIMENTO

DI ASSEMBLAGGIOâ€

La presente invenzione ha per oggetto un rotore per una macchina elettrica, in particolare un rotore a magneti permanenti, ed il sistema di bloccaggio dei magneti nelle rispettive sedi; Ã ̈ oggetto della presente invenzione anche il procedimento di assemblaggio di tale rotore.

I rotori dei motori a magneti permanenti di tipo noto, destinati in particolare all’utilizzo in motori brushless, sono normalmente costituiti da un corpo laminato, cioà ̈ formato da un pacco di lamierini, presentante un asse principale che coincide con l’asse di rotazione del motore.

Il rotore à ̈ normalmente provvisto di una pluralità di sedi longitudinali e di un foro centrale, che si sviluppano parallelamente all’asse principale, nei quali sono inseriti, rispettivamente, i magneti ed un albero motore.

Le sedi definiscono nel corpo laminato una sorta di struttura a spicchi, definenti i poli del rotore, dove ciascuno spicchio, che rimane collegato ad una porzione centrale del corpo laminato che circonda il foro dell’albero, separa due sedi adiacenti.

I magneti si sviluppano lungo l’asse del rotore e sono disposti radialmente nello stesso, assestati, in generale, contro una coppia di rispetti riscontri all’estremità esterna della rispettiva sede che à ̈ generalmente aperta sulla superficie esterna del rotore (a meno dei citati riscontri).

Un problema comune in tale tipo di rotore à ̈ legato alle modalità di fissaggio dei magneti nelle rispettive sedi. I magneti, infatti, devono essere assicurati nelle sedi in una precisa posizione sia per il corretto funzionamento elettromagnetico del motore sia per non innescare vibrazioni durante il funzionamento del motore.

Nei rotori di riferimento per la presente invenzione, ovvero con i magneti disposti radialmente, una prima soluzione nota, prevede di incollare i magneti nelle rispettive sedi. I magneti provvisti di colla vengono inseriti nella relativa sede e mantenuti da un apposito utensile attestati contro i riscontri esterni fino alla presa della colla.

In una differente soluzione, i magneti vengono mantenuti in posizione nella sede da un utensile mentre il rotore à ̈ inserito in uno stampo dove viene iniettata plastica. In tal modo i magneti risultano co-stampati con i lamierini e trattenuti in posizione dalla plastica.

Le suddette soluzioni note sono relativamente costose a causa della complessità di assemblaggio.

In una ulteriore soluzione, che risulta essere quella maggiormente diffusa, ciascun magnete à ̈ mantenuto attestato contro i riscontri da una molla a spinta radiale interposta fra il magnete e la porzione centrale del corpo laminato.

Tali molle possono essere singole (una indipendente per ciascun magnete) oppure raggruppate in un unico elemento anulare.

In tale soluzione un importante inconveniente deriva dal fatto che dato un magnete, la corrispondente molla, a causa delle tolleranze meccaniche di inserzione del magnete, può spingere il magnete stesso in direzione non perfettamente radiale mandandolo ad attestarsi contro uno solo dei riscontri predisposti ovvero contro solo uno degli spicchi che delimitano la sede.

In taluni casi possono esserci spicchi che non risultano stabilizzati dai magneti e che pertanto vibrano durante il funzionamento del motore.

Inoltre, à ̈ possibile che il magnete si scheggi in corrispondenza del riscontro a causa della ridotta superficie di contatto di quest’ultimo.

In questo contesto, il compito tecnico precipuo della presente invenzione à ̈ proporre un rotore per macchina elettrica che sia esente dai suddetti inconvenienti.

Uno scopo della presente invenzione à ̈ proporre un rotore che sia relativamente economico e di facile assemblaggio.

Un ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ proporre un rotore non a rischio, in uso, di vibrazioni meccaniche.

Il compito tecnico precisato e gli scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti da un rotore per una macchina elettrica presentante le caratteristiche esposte nella rivendicazione 1.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva di un rotore per macchina elettrica, come illustrato negli uniti disegni, in cui:

- la figura 1 illustra un rotore a otto poli secondo la presente invenzione, in una prima forma di realizzazione, in una vista prospettica schematica parzialmente in esploso;

- la figura 2 illustra un dettaglio in scala ingrandita del rotore di figura 1, in una vista prospettica schematica;

- la figura 3 illustra la sezione III-III del dettaglio di figura 2;

- la figura 4 illustra un particolare del rotore di cui alle figure precedenti, in una vista prospettica schematica;

- la figura 5 illustra un particolare di una seconda forma di realizzazione di un rotore secondo la presente invenzione, in una vista prospettica schematica;

- la figura 6 illustra un rotore a otto poli secondo la presente invenzione, in una terza forma di realizzazione, in una vista prospettica schematica parzialmente in esploso;

- la figura 7 illustra un particolare del rotore di figura 6, in una vista prospettica schematica;

- la figura 8 illustra un rotore a otto poli secondo la presente invenzione, in una quarta forma di realizzazione, in una vista prospettica schematica parzialmente in esploso;

- la figura 9 illustra un particolare del rotore di figura 8, in una vista prospettica schematica.

Con riferimento ai disegni allegati, in particolare alle figure 1, 6 e 8, con il numero 1 à ̈ indicato un rotore per macchina elettrica secondo la presente invenzione. Il rotore 1 comprende un corpo laminato o pacco 2 di lamierini presentante un asse R principale ed una pluralità di poli 3a, 3b delimitanti una pluralità di sedi 4.

I poli o denti 3a, 3b sono sottoforma di spicchi che si sviluppano radialmente da un nucleo centrale del corpo laminare 2.

Le sedi 4 sono anch’esse radiali e si sviluppano (in lunghezza) secondo l’asse principale R e risultano ciascuna delimitata da un primo polo 3a e da un secondo polo 3b.

Il rotore 1 comprende dei magneti 5, otto nell’esempio illustrato, ciascuno inserito in una corrispondente sede 4.

Il rotore 1 comprende dei mezzi elastici di bloccaggio dei magneti 5 nelle sedi 4 che sono operativamente attivi fra ciascun magnete 5 ed il primo polo 3a delimitante la relativa sede 4 per spingere ciascun magnete 5 verso il secondo polo 3b delimitante la stessa sede 4.

Secondo quanto illustrato, ciascun primo polo 3a presenta due facce 6, vantaggiosamente piane, delimitanti sedi 4 adiacenti e ciascun secondo polo 3b presenta due facce 7, vantaggiosamente piane, delimitanti le sedi 4.

In altre parole, ciascuna sede 4 risulta delimitata da una faccia 6 piana di un primo polo 3a e da una faccia 7 piana di un secondo polo 3b.

Data una sede 4, le facce 6 e 7 che delimitano la stessa risultano affacciate e fra loro parallele cosicché i mezzi elastici spingono il corrispondente magnete 5 dal primo polo 3a contro la faccia 7 piana del secondo polo 3b.

I magneti 5 sono parallelepipedi e presentano una coppia di facce 8 e 9 piane parallele. Preferibilmente, inoltre, i magneti 5 hanno le superfici esterne rettificate.

Nelle allegate figure à ̈ indicata con 8 la faccia dei magneti 5 affacciata al polo 3a e con 9 la faccia dei magneti 5 affacciata al polo 3b, in particolare alle rispettive facce 6 e 7.

I mezzi elastici sono conformati per spingere la faccia 9 piana del magnete 5 contro la faccia 7 piana del corrispondente secondo polo 3b delimitante la relativa sede 4.

Nelle preferite forme di realizzazione illustrate, i citati mezzi elastici comprendono una pluralità di molle 10.

In generale, le molle 10 sono a forma di forchetta e sono infilate sui denti uno si ed uno no ovvero sono infilate sui poli 3a nelle allegate rappresentazioni esemplificative.

Ciascuna molla 10 spinge su due magneti 5 adiacenti forzandoli contro le facce 7 dei denti 3b che si trovano da parte opposta alla molla 10 rispetto al magnete 5, come sarà di seguito meglio chiarito.

In tal modo ciascun dente o polo 3a, 3b ferromagnetico à ̈ trattenuto fermo dai magneti 5 che lo circondano.

Entrando maggiormente nel dettaglio relativamente al posizionamento delle molle 10, si osserva che ciascun polo 3a presenta dei mezzi di impegno per i relativi mezzi elastici ovvero per le molle 10.

In particolare, i mezzi di impegno per le molle 10 sono sottoforma di gole 11 sulle facce 6 dei poli 3a.

Le gole 11 si sviluppano parallelamente all’asse principale R e, dato un polo 3a, sono allineate secondo una superficie cilindrica avente asse corrispondente con l’asse principale.

Le molle 10 sono conformate in modo da schiacciarsi nella rispettiva gola 11 una volta inseriti magneti 5 così da riempire completamente la gola 11 stessa ottimizzando il circuito magnetico essendo le molle 10 preferibilmente realizzate in materiale ferromagnetico. In generale quindi i mezzi elastici comprendono una pluralità di molle 10, ciascuna delle quali à ̈ associata ad un polo 3a per spingere i corrispondenti magneti 5 verso i poli 3b delimitanti le relative sedi 4.

Con particolare riferimento alle figure 3, 4, 5, 7 e 9 sono illustrate con maggiore dettaglio delle molle 10 per rotori 1 secondo la presente invenzione.

Le molle 10 presentano un tratto di base 12 da cui si protendono due rebbi 13, 14 sostanzialmente paralleli destinati ad impegnarsi all’interno delle gole 11.

Il tratto di base 12 Ã ̈ preferibilmente curvilineo per abbracciare i poli 3a e collaborare al mantenimento in posizione anche dei rebbi 13 e 14.

Inoltre, il tratto di base 12 si sviluppa secondo una circonferenza concentrica con il rotore 1.

I rebbi 13, 14 si sviluppano parallelamente all’asse principale R e sono allineati secondo una superficie cilindrica avente asse corrispondente con l’asse principale R.

I rebbi 13, 14 presentano un primo tratto rettilineo 15 ed almeno un secondo tratto ondulato 16 elasticamente cedevole.

I tratti ondulati 16 presentano convessità opposte rispetto al polo 3a ciascuna rivolta verso una corrispondente sede 4 e proiettata all’interno della sede 4 stessa.

Il tratto ondulato 16 dei rebbi 13 e 14 Ã ̈ attivo sui magneti 5 inseriti in due sedi 4 fra loro adiacenti.

Il tratto rettilineo 15 dei rebbi 13, 14 consente, una volta posizionata la molla 10 nel rotore, sul rispettivo polo 3a, che non vi sia ingombro nelle sedi 4 da parte della molla 10 per i primi millimetri così da poter posizionare i magneti 5 che vengono poi pressati all’interno delle sedi 4.

I magneti 5 e le rispettive sedi 4 hanno tolleranze di montaggio molto piccole, nell’ordine del decimo di millimetro pertanto à ̈ importante, per un corretto posizionamento dei magneti 5 all’imbocco delle sedi 4, che non vi sia l’ingombro delle molle 10.

Una volta inseriti i magneti 5 nelle sedi 4, le molle 10 risulteranno del tutto distese nella relativa gola 11 (a meno di una porzione decimale della parte convessa 16 che fuoriesce per spingere il magnete) permettendo anche il completamento del circuito magnetico.

In una prima forma di realizzazione, illustrata nelle figure da 1 a 4, destinata preferibilmente a motori con potenze nell’ordine di circa 100-300 watt e rotori con il pacco laminare di lunghezza fino a 20 mm e diametro fino a 100 mm à ̈ sufficiente una molla 10 realizzata con filo armonico e presentante un solo tratto ondulato 16 per ciascun rebbio 13, 14.

Secondo quanto illustrato nella figura 5, in una seconda forma di realizzazione, destinata preferibilmente a motori più lunghi, fino a circa 100 mm, quindi con magneti 5 più pesanti a parità di diametro del rotore 1, i rebbi 13, 14 della molla 10 presentano ciascuno un secondo tratto ondulato 17 che si prolunga dal primo tratto ondulato 16.

I secondi tratti ondulati 17 presentano convessità opposte ciascuna rivolta verso una corrispondente sede 4 per il magnete 5 e proiettata all’interno della sede 4 stessa per esercitare l’azione di spinta sul corrispondente magnete 5.

Per le suddette realizzazioni à ̈ preferibilmente utilizzato un filo di acciaio armonico.

Affinché i rebbi 13, 14 della molla 10, in particolare i tratti rettilinei 15, non ingombrino la sede 4, il diametro del filo à ̈ inferiore alla profondità della relativa gola 11.

In una terza forma di realizzazione, illustrata nelle figure 6 e 7, preferibilmente adottata per rotori con il pacco laminare di lunghezza fino a 20 mm e diametro maggiore o molto maggiore di 100 mm, per i quali i magneti 5 hanno, concordemente, sviluppo radiale maggiore rispetto alle soluzioni precedenti, le molle 10 sono realizzate con piattina opportunamente sagomata in modo da poter esercitare un’adeguata azione di spinta sui magneti 5.

La forma della molla 10 realizzata con la piattina corrisponde alla forma della molla 10 realizzata con filo ovvero la molla 10 presenta una porzione di testa o base 12 e due rebbi 13, 14 che si protendono paralleli dalla base 12.

La molla 10 si sviluppa sostanzialmente per tutta la lunghezza del rotore ed ha lunghezza dello stesso ordine di grandezza del dente 3a corrispondente.

La larghezza della piattina à ̈ selezionata in base alla forza che si desidera applicare al magnete 5 e al peso del magnete stesso.

Analogamente alle realizzazioni precedentemente descritte, i rebbi 13, 14 presentano un primo tratto rettilineo 15 ed almeno un secondo tratto ondulato 16 elasticamente cedevole.

I tratti ondulati 16 presentano convessità opposte, ciascuna rivolta verso una corrispondente sede 4 e proiettata all’interno della sede 4 stessa.

Il tratto ondulato 16 dei rebbi 13 e 14 Ã ̈ attivo sui magneti 5 inseriti in due sedi 4 fra loro adiacenti.

Il tratto rettilineo 15 dei rebbi 13, 14 consente, una volta posizionata la molla 10 nel rotore, sul rispettivo polo 3a, che non vi sia ingombro nelle sedi 4 da parte della molla 10 per i primi millimetri così da poter posizionare i magneti 5 che vengono poi pressati all’interno delle sedi 4.

Alternativamente, in una forma di realizzazione non illustrata, la molla in piattina à ̈ sostituita da due o più molle 10, del tipo precedentemente descritto, opportunamente dimensionate, realizzate in filo e spaziate radialmente lungo il polo 3a.

Secondo quanto illustrato nella figura 8, in una quarta forma di realizzazione, nel caso di motori più lunghi, fino ed oltre 100 mm, e di diametro maggiore, fino ed oltre 100mm di diametro, quindi con magneti più pesanti, i rebbi 13, 14 della molla 10 presentano una pluralità di tratti ondulati 18, 19, 20 che si prolungano dal primo tratto ondulato 16.

Gli ulteriori tratti ondulati 18, 19, 20 presentano convessità opposte ciascuna rivolta verso una corrispondente sede 4 per il magnete 5 e proiettata all’interno della sede 4 stessa per esercitare l’azione di spinta sul corrispondente magnete 5.

Si osservi che anche le molle 10 realizzate in piattina presentano i tratti iniziali rettilinei 15 che consentono il corretto posizionamento (all’imboccatura della corrispondente sede 4) dei magneti 5 prima dell’inserimento degli stessi nelle corrispondenti sedi. I tratti ondulati 16, 17, 18, 19, 20 delle differenti molle 10 sono opportunamente realizzati per imprimere ai corrispondenti magneti 5 una forza di spinta perpendicolare alla superficie del magnete 5 attestata contro la molla 10.

A tale forza di spinta corrisponde una forza tangenziale fra la faccia 9 opposta del magnete 5 e la faccia 7 del polo contro cui à ̈ appoggiata e premuta dalla molla 10. Vantaggiosamente, le molle 10 sono realizzate, come accennato, in materiale ferro magnetico e sono pertanto meno costose delle molle in materiale amagnetico utilizzate nelle soluzioni note per non cortocircuitare magneti adiacenti e perdere flusso magnetico.

L’uso di materiale magnetico per le molle 10 permette sostanzialmente di annullare la dispersione del flusso che si avrebbe nell’aria della sede della molla 10 stessa.

Le molle 10 spingono, in pratica, tangenzialmente alla circonferenza passante per le gole 11, ciascun magnete 5 per accostarlo al corrispondente polo 3b. La forza che spinge il magnete 5 agisce perpendicolarmente al magnete 5 stesso in modo che la forza di attrito che trattiene il magnete 5 nella sede 4 si genera su tutta la faccia 9 del magnete che risulta appoggiata al ferro del pacco 2 di lamierini.

Al fine di distribuire uniformemente la forza delle molle 10 sui corrispondenti magneti, le molle 10 sono posizionate sostanzialmente in corrispondenza di una sezione (considerando lo sviluppo radiale) mediana del corrispondente magnete 5.

Secondo la presente invenzione le molle 10 si snervano, deformandosi plasticamente, una volta posizionati i magneti 5, mantenendo la caratteristica elastica sufficiente a spingere il magnete 5 contro la faccia 7 del polo 3b e adatta ad assecondare le dilatazioni termiche del motore in uso.

Vantaggiosamente, la perdita di parte della caratteristica elastica consente il corretto dimensionamento della molla 10 con valori di pre-carico ammissibili ed idonei alla spinta del magnete 5.

Con riferimento particolare riferimento1, 2, 6 e 8, si osserva che il corpo 2 laminare presenta una pluralità di fori 21 nei poli 3a, 3b che si sviluppano secondo l’asse R.

I fori 21 hanno funzione di alleggerimento e definiscono nel rotore 1 dei mezzi di impegno per gli utensili che, durante l’assemblaggio del motore, movimentano il rotore 1.

Un preferito procedimento di assemblaggio del rotore 1, dato il pacco 2 di lamierini, comprende le fasi di posizionare tutte le molle 10 a cavallo del rispettivo polo 3a ed inserire contemporaneamente tutti i magneti 5.

Alternativamente, volendo inserire un magnete 5 per volta, i poli 3a, 3b vanno mantenuti in posizione reciproca tramite un attrezzo, non illustrato, dotato di una pluralità di spine che impegnano i citati fori 21.

Con particolare riferimento alla figura 2, si osserva che alle estremità periferiche esterne dei poli 3, il corpo 2 laminare presenta dei denti 22 di riscontro dei magneti 5. tali denti 22 si sviluppano longitudinalmente secondo l’asse R e definiscono un riferimento radiale per il posizionamento dei magneti 5; vantaggiosamente, il trattenimento dei magneti 5 nelle rispettive sedi 4 à ̈ imputato, come accennato, all’attrito fra le facce 9 dei magneti 5 e le facce 7 dei poli 3b e non ai citati denti 22.

Claims (15)

1. RIVENDICAZIONI 1. Rotore per macchina elettrica comprendente: un corpo (2) laminato presentante un asse (R) principale ed una pluralità di poli (3, 3a, 3b) delimitanti una pluralità di sedi (4) radiali sviluppantesi lungo detto asse principale (R), ciascuna sede (4) risultando delimitata da un primo ed un secondo di detti poli (3a, 3b), detto rotore comprendendo una pluralità di magneti (5) inseriti in dette sedi (4) e mezzi elastici (10) di bloccaggio di detti magneti (5) in dette sedi (4), detto rotore essendo caratterizzato dal fatto che detti mezzi elastici (10) sono operativamente attivi fra ciascun magnete (5) ed il primo polo (3a) delimitante la relativa sede (4) per spingere ciascun magnete (5) verso il secondo polo (3b) delimitante la stessa sede (4).
2. 2. Rotore per macchina elettrica secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto primo polo (3a) presenta una prima faccia (8) delimitante detta sede (4) e detto secondo polo (3b) presenta una seconda faccia (7) delimitante detta sede (4), dette prima e seconda faccia (6, 7) essendo fra loro parallele, detti mezzi elastici (10) spingendo il corrispondente magnete (5) contro detta seconda faccia (7).
3. 3. Rotore per macchina elettrica secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detti mezzi elastici (10) comprendono una pluralità di molle (10), almeno una di dette molle (10) essendo associata a ciascun primo polo (3a) per spingere ciascun magnete (5) verso il secondo polo (3b) delimitante la relativa sede (4).
4. 4. Rotore per macchina elettrica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi elastici (10) comprendono una pluralità di molle (10) presentanti un tratto di base (12) da cui si protendono due rebbi (13, 14) paralleli, detti rebbi (13, 14) presentando un primo tratto rettilineo (15) ed almeno un secondo tratto (16) ondulato elasticamente cedevole, ciascuna molla (10) essendo calzata su un corrispondente primo polo (3a), detto tratto ondulato (16) di detti rebbi (13, 14) essendo operativamente attivo sui magneti (5) di due di dette sedi (4) fra loro adiacenti.
5. 5. Rotore secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detti rebbi (13, 14) si sviluppano parallelamente a detto asse principale (R) e sono allineati secondo superficie cilindrica avente asse corrispondente con detto asse principale (R).
6. 6. Rotore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che ciascun primo polo (3a) presenta mezzi di impegno (11) per i relativi mezzi elastici (10).
7. 7. Rotore secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di impegno (11) sono sottoforma di gole (11) sulle facce (6) di detto primo polo (3a), detti rebbi (13, 14) essendo inseriti in dette gole (11), detto tratto ondulato (16) avendo la convessità rivolta verso l’adiacente sede (4).
8. 8. Rotore secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che dette gole (11) si sviluppano parallelamente a detto asse principale (R) e giacciono su una superficie cilindrica avente asse corrispondente con detto asse principale (R).
9. 9. Rotore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti magneti (5) sono parallelepipedi e presentano una coppia di facce (8, 9) parallele affacciate a corrispondenti facce (6, 7) parallele della relativa sede (4), detti mezzi elastici (10) essendo conformati per spingere una faccia (9) del magnete (5) contro la faccia (7) del corrispondente secondo polo (3b) delimitante la relativa sede (10).
10. 10. Rotore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi elastici (10) comprendono una pluralità di molle (10) realizzate in materiale ferromagnetico.
11. 11. Rotore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi elastici (10) comprendono una pluralità di molle (10) realizzate in piattina.
12. 12. Rotore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi elastici (10) comprendono una pluralità di molle (10) realizzate in filo armonico.
13. 13. Procedimento di assemblaggio di un rotore per macchina elettrica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere: una fase di posizionamento di detti mezzi elastici a cavallo di ciascun primo polo (3a), una fase di posizionamento di ciascun magnete (5) in corrispondenza della rispettiva sede (4), una fase di inserimento di detti magneti (5) nelle rispettive sedi (4).
14. 14. Procedimento secondo la rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto che detta fase di inserimento avviene contemporaneamente per tutti i magneti (5).
15. 15.Procedimento secondo la rivendicazione 13 o 14, caratterizzato dal fatto di comprendere una fase di bloccaggio relativo di detti primi e secondi poli (3a, 3b) tramite detti fori (21), detta fase di inserimento avvenendo un magnete (5) per volta.