IT201600110564A1

IT201600110564A1 - SYNCHRONOUS SELF-STARTING MOTOR MOTOR

Info

Publication number: IT201600110564A1
Application number: IT102016000110564A
Authority: IT
Inventors: Francesco Cirulli; Marco Santececca
Original assignee: Bonfiglioli Riduttori Spa
Priority date: 2016-11-03
Filing date: 2016-11-03
Publication date: 2018-05-03

Description

“MOTORE SINCRONO A RILUTTANZA AUTOAVVIANTE” "SYNCHRONOUS MOTOR WITH SELF-STARTING RELUCTANCE"

La presente invenzione è relativa ad un motore sincrono a riluttanza autoavviante. The present invention relates to a self-starting synchronous reluctance motor.

In particolare, la presente invenzione è relativa ad un motore sincrono a riluttanza comprendente un rotore montato per ruotare attorno ad un asse di rotazione; ed uno statore montato attorno al rotore coassialmente all’asse di rotazione stesso. In particular, the present invention relates to a synchronous reluctance motor comprising a rotor mounted to rotate around an axis of rotation; and a stator mounted around the rotor coaxially to the rotation axis itself.

Il rotore e lo statore comprendono rispettivi pacchi di lamierini di acciaio ferromagnetico fra loro sovrapposti. The rotor and the stator comprise respective packs of laminations of ferromagnetic steel superimposed on each other.

Ciascun lamierino del rotore presenta una pluralità di prime aperture distribuite all’interno di una prima corona circolare coassiale all’asse di rotazione ed una pluralità di seconde aperture distribuite all’interno di una seconda corona circolare concentrica alla prima corona circolare. Each rotor sheet has a plurality of first openings distributed within a first circular ring coaxial to the rotation axis and a plurality of second openings distributed within a second circular ring concentric to the first circular ring.

Le prime aperture di ciascun lamierino del rotore sono uniformemente distribuite attorno all’asse di rotazione, e presentano rispettivi piani di simmetria radiali contenenti l’asse di rotazione stesso. The first openings of each lamination of the rotor are uniformly distributed around the rotation axis, and have respective radial planes of symmetry containing the rotation axis itself.

Ciascuna prima apertura presenta un’area uguale ad un’area delle altre prime aperture. Each first opening has an area equal to an area of the other first openings.

Le prime aperture di ciascun lamierino del rotore definiscono, unitamente a corrispondenti prime aperture degli altri lamierini del rotore, una pluralità di prime cave del rotore stesso. The first openings of each lamination of the rotor define, together with corresponding first openings of the other laminations of the rotor, a plurality of first slots of the rotor itself.

Il rotore è provvisto, inoltre, di una gabbia di scoiattolo, che è realizzata tramite un processo di pressofusione di alluminio o rame, e comprende una pluralità di barre alloggiate all’interno delle prime cave e due anelli di estremità ricavati da bande opposte dei relativi lamierini coassialmente all’asse di rotazione. The rotor is also provided with a squirrel cage, which is made by means of an aluminum or copper die-casting process, and comprises a plurality of bars housed inside the first slots and two end rings obtained from opposite bands of the relative laminations coaxially to the rotation axis.

Le seconde aperture di ciascun lamierino del rotore definiscono, unitamente a corrispondenti seconde aperture degli altri lamierini del rotore, una pluralità di seconde cave del rotore stesso. The second openings of each lamination of the rotor define, together with corresponding second openings of the other laminations of the rotor, a plurality of second slots of the rotor itself.

Le seconde cave sono vuote, e definiscono relative barriere di flusso, che consentono di generare una coppia di riluttanza capace di mantenere in rotazione il rotore. The second slots are empty, and define relative flow barriers, which allow to generate a reluctance torque capable of keeping the rotor in rotation.

Benchè offrano rendimenti relativamente elevati, i motori sincroni a riluttanza noti del tipo sopra descritto presentano alcuni inconvenienti principalmente discendenti dal fatto che tali motori sono da un lato capaci di avviarsi se collegati direttamente alla rete elettrica ma dall’altro lato incapaci di movimentare carichi con inerzia relativamente elevata. Although they offer relatively high efficiencies, known synchronous reluctance motors of the type described above have some drawbacks mainly due to the fact that these motors are on the one hand capable of starting if connected directly to the electrical network but on the other hand unable to move loads with inertia. relatively high.

Scopo della presente invenzione è di realizzare un motore sincrono a riluttanza autoavviante che sia esente dagli inconvenienti sopra descritti e che sia di semplice ed economica attuazione. The object of the present invention is to provide a self-starting synchronous reluctance motor which is free from the drawbacks described above and which is simple and economical to implement.

Secondo la presente invenzione viene realizzato un motore sincrono a riluttanza autoavviante come rivendicato nelle rivendicazioni allegate. According to the present invention, a self-starting synchronous reluctance motor is provided as claimed in the attached claims.

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui: The present invention will now be described with reference to the attached drawings, which illustrate a non-limiting example of embodiment, in which:

la figura 1 è una vista schematica in pianta, con parti asportate per chiarezza, di una preferita forma di attuazione del motore sincrono Figure 1 is a schematic plan view, with parts removed for clarity, of a preferred embodiment of the synchronous motor

a riluttanza della presente invenzione; reluctantly of the present invention;

La figura 2 è una vista prospettica schematica, con parti asportate per chiarezza, di un particolare del motore sincrono a riluttanza della figura 1; Figure 2 is a schematic perspective view, with parts removed for clarity, of a detail of the synchronous reluctance motor of Figure 1;

la figura 3 è una sezione secondo la linea III-III della figura 2; e Figure 3 is a section along the line III-III of Figure 2; And

la figura 4 è una vista in pianta di un particolare delle figure 2 e 3. Figure 4 is a plan view of a detail of Figures 2 and 3.

Con riferimento alle figure 1 e 2, con 1 è indicato, nel suo complesso, un motore sincrono a riluttanza, nella fattispecie un motore sincrono a riluttanza a quattro poli magnetici, comprendente un rotore 2 ed uno statore 3. With reference to Figures 1 and 2, 1 indicates, as a whole, a synchronous reluctance motor, in this case a synchronous reluctance motor with four magnetic poles, comprising a rotor 2 and a stator 3.

Il rotore 2 presenta una forma anulare, è montato per ruotare attorno ad un proprio asse 4 longitudinale, e si estende in una direzione 5 parallela all’asse 4. The rotor 2 has an annular shape, is mounted to rotate around its own longitudinal axis 4, and extends in a direction 5 parallel to axis 4.

Il rotore 2 comprende una pluralità di lamierini 6 anulari (figure 3 e 4), i quali sono realizzati in acciaio ferromagnetico, e sono sovrapposti fra loro coassialmente all’asse 4. The rotor 2 comprises a plurality of 6 annular laminations (Figures 3 and 4), which are made of ferromagnetic steel, and are superimposed on each other coaxially to axis 4.

Secondo quanto illustrato nella figura 4, ciascun lamierino 6 presenta una pluralità di prime aperture 7, le quali sono ricavate attraverso il lamierino 6 nella direzione 5, e sono distribuite attorno all’asse 4 all’interno di una corona 8 circolare esterna del lamierino 6 stesso. According to what is illustrated in Figure 4, each lamination 6 has a plurality of first openings 7, which are formed through the lamination 6 in the direction 5, and are distributed around the axis 4 inside an outer circular ring 8 of the lamination 6 same.

Dal momento che il motore 1 comprende, nella fattispecie, quattro poli magnetici, ciascun lamierino 6 è suddiviso in quattro settori 9 fra loro sostanzialmente identici separati uno dall’altro da due assi 10 interpolari sostanzialmente perpendicolari fra loro. Since the motor 1 comprises, in this case, four magnetic poles, each lamination 6 is divided into four substantially identical sectors 9 separated from each other by two interpolar axes 10 substantially perpendicular to each other.

Le aperture 7 di ciascun settore 9 comprendono una apertura centrale 7a ed una pluralità di apertura laterali 7b (nella fattispecie sei aperture laterali 7b) disposte tangenzialmente da bande opposte dell’apertura centrale 7a. The openings 7 of each sector 9 include a central opening 7a and a plurality of side openings 7b (in this case six side openings 7b) arranged tangentially from opposite bands of the central opening 7a.

L’apertura centrale 7a presenta sostanzialmente la forma di un trapezio isoscele, è limitata da un contorno laterale chiuso ad anello, e presenta, inoltre, un piano P1 di simmetria radiale contenente l’asse 4. The central opening 7a substantially has the shape of an isosceles trapezoid, is limited by a closed lateral contour in a ring, and also has a plane P1 of radial symmetry containing axis 4.

Ciascuna apertura laterale 7b presenta un piano P2 di simmetria non contenente l’asse 4 e parallelo ai piani P2 delle altre aperture laterali 7b (nella fattispecie delle altre due aperture laterali 7b) disposte sul medesimo lato dell’apertura centrale 7a. Each side opening 7b has a plane P2 of symmetry not containing the axis 4 and parallel to the planes P2 of the other side openings 7b (in this case the other two side openings 7b) arranged on the same side of the central opening 7a.

Ciascuna apertura laterale 7b presenta una forma sostanzialmente rettangolare, è limitata tangenzialmente da due fianchi 11 laterali paralleli fra loro ed al relativo piano P2, ed è, inoltre, aperta verso l’esterno in corrispondenza di una superficie 12 esterna del lamierino 6. Each side opening 7b has a substantially rectangular shape, is tangentially limited by two lateral sides 11 parallel to each other and to the relative plane P2, and is also open outwards at an external surface 12 of the sheet 6.

Ciascuna apertura centrale 7a presenta un’area maggiore, in particolare pari ad almeno il triplo, dell’area di ciascuna apertura laterale 7b. Each central opening 7a has a greater area, in particular equal to at least three times the area of each side opening 7b.

Ciascun lamierino 6 presenta, inoltre, una pluralità di seconde aperture 13, le quali sono ricavate attraverso il lamierino 6 nella direzione 5, e sono distribuite attorno all’asse 4 all’interno di una corona 14 circolare interna del lamierino 6 stesso. Each sheet 6 also has a plurality of second openings 13, which are obtained through the sheet 6 in the direction 5, and are distributed around the axis 4 within an internal circular crown 14 of the sheet 6 itself.

Le aperture 13 di ciascun settore 9 sono pari in numero alla metà delle aperture laterali 7b del settore 9 stesso, presentano il piano P1 di simmetria della relativa apertura centrale 7a, e comprendono, nella fattispecie, tre aperture 13a, 13b, 13c radialmente allineate fra loro a partire dall’asse 4. The openings 13 of each sector 9 are equal in number to half of the side openings 7b of the sector 9 itself, have the plane P1 of symmetry of the relative central opening 7a, and include, in this case, three openings 13a, 13b, 13c radially aligned between them starting from axis 4.

L’apertura 13c si estende attorno all’asse 4, è radialmente affacciata alla relativa apertura centrale 7a, e presenta due estremità libere affacciate alle estremità libere di due relative aperture laterali 7b. The opening 13c extends around the axis 4, is radially facing the relative central opening 7a, and has two free ends facing the free ends of two relative side openings 7b.

Ciascuna apertura 13a, 13b comprende due tratti 15 di estremità, ciascuno dei quali è affacciato all’estremità libera di una relativa apertura laterale 7b, e si estende parallelamente al piano P2 della relativa apertura laterale 7b, ed un tratto 16 centrale, che è ricavato tra i due tratti 15, e si estende attorno all’asse 4. Each opening 13a, 13b comprises two end portions 15, each of which faces the free end of a relative side opening 7b, and extends parallel to the plane P2 of the related side opening 7b, and a central portion 16, which is obtained between the two sections 15, and extends around axis 4.

A causa della forma e della disposizione delle aperture laterali 7b e delle aperture 13a, 13b, 13c, la distanza D tra le estremità libere delle aperture laterali 7b e le corrispondenti aperture 13a, 13b, 13c, misurata parallelamente ai relativi piani P2 di simmetria, è sostanzialmente costante. Due to the shape and arrangement of the side openings 7b and the openings 13a, 13b, 13c, the distance D between the free ends of the side openings 7b and the corresponding openings 13a, 13b, 13c, measured parallel to the relative symmetry planes P2, it is essentially constant.

Con riferimento alle figure 2 e 3, le aperture 7a, 7b di ciascun lamierino 6 definiscono, unitamente alle corrispondenti aperture 7a, 7b degli altri lamierini 6, una pluralità di prime cave 17 del rotore 2. With reference to Figures 2 and 3, the openings 7a, 7b of each lamination 6 define, together with the corresponding openings 7a, 7b of the other laminations 6, a plurality of first slots 17 of the rotor 2.

Il rotore 2 è provvisto, inoltre, di una gabbia 18 di scoiattolo, la quale è realizzata tramite un processo di pressofusione di alluminio o rame, e comprende una pluralità di barre 19 alloggiate, ciascuna, all’interno di una relativa cava 17 e due anelli 20 di estremità ricavati da bande opposte dei lamierini 6 coassialmente all’asse 4. The rotor 2 is also provided with a squirrel cage 18, which is made by means of an aluminum or copper die-casting process, and comprises a plurality of bars 19 each housed inside a relative slot 17 and two end rings 20 obtained from opposite bands of the laminations 6 coaxially to the axis 4.

Ciascun lamierino 6 presenta, inoltre, una pluralità di cavità 21, le quali sono pari in numero al numero di poli magnetici del motore 1, sono uniformemente distribuite attorno all’asse 4, e sono ricavate sulla superficie 12 del lamierino 6 stesso. Each lamination 6 also has a plurality of cavities 21, which are equal in number to the number of magnetic poles of the motor 1, are uniformly distributed around the axis 4, and are obtained on the surface 12 of the lamination 6 itself.

Ciascuna cavità 21 ha una forma semicircolare, presenta il piano P1 di simmetria di una relativa apertura 7a, e definisce, unitamente alle corrispondenti cavità 21 degli altri lamierini 6, un canale 22 allungato, il quale presenta una forma semicilindrica, e si estende nella direzione 5. Each cavity 21 has a semicircular shape, has the plane P1 of symmetry of a relative opening 7a, and defines, together with the corresponding cavities 21 of the other laminations 6, an elongated channel 22, which has a semi-cylindrical shape, and extends in the direction 5.

I canali 22 consentono di collegare fra loro i lamierini 6 tramite un processo di saldatura in modo da consentire la corretta esecuzione del successivo processo di pressofusione della gabbia 18. The channels 22 allow the laminations 6 to be connected to each other by means of a welding process so as to allow the correct execution of the subsequent die-casting process of the cage 18.

Le aperture 13a, 13b, 13c di ciascun lamierino 6 definiscono, unitamente a corrispondenti aperture 13a, 13b, 13c degli altri lamierini 6, una pluralità di seconde cave 23 del rotore 2. The openings 13a, 13b, 13c of each lamination 6 define, together with corresponding openings 13a, 13b, 13c of the other laminations 6, a plurality of second cavities 23 of the rotor 2.

Le cave 23 sono vuote per definire rispettive barriere di flusso capaci di generare una coppia di riluttanza atta a porre in rotazione il rotore 2 attorno all’asse 4. The slots 23 are empty to define respective flow barriers capable of generating a reluctance torque capable of rotating the rotor 2 around the axis 4.

Lo statore 3 comprende una pluralità di lamierini 24 anulari di tipo noto (uno solo dei quali illustrato nella figura 1), i quali sono realizzati in acciaio ferromagnetico, sono sovrapposti fra loro coassialmente all’asse 4, e si estendono attorno al rotore 2. The stator 3 comprises a plurality of annular laminations 24 of known type (only one of which is shown in Figure 1), which are made of ferromagnetic steel, are superimposed on each other coaxially to the axis 4, and extend around the rotor 2.

Ciascun lamierino 24 presenta una pluralità di aperture 25, le quali sono ricavate attraverso il lamierino 24 nella direzione 5, e sono distribuite attorno all’asse 4. Each sheet 24 has a plurality of openings 25, which are obtained through the sheet 24 in the direction 5, and are distributed around the axis 4.

La separazione tra le due corone 8 e 14 consente di realizzare la gabbia 18 di scoiattolo in maniera relativamente semplice ed economica e con un consumo di materiale relativamente ridotto. The separation between the two crowns 8 and 14 allows the squirrel cage 18 to be made relatively simply and economically and with a relatively low consumption of material.

Dal momento che la coppia motrice responsabile dell’avvio del motore 1 viene originata in larga parte dalle correnti indotte nelle barre 19 alloggiate nelle cave 17 definite dalle aperture centrali 7a, le aperture centrali 7a garantiscono prestazioni del motore 1 relativamente elevate in fase di avvio e consentono, quindi, al motore 1 stesso di avviare carichi aventi una inerzia relativamente elevata. Since the driving torque responsible for starting the motor 1 is largely originated by the currents induced in the bars 19 housed in the slots 17 defined by the central openings 7a, the central openings 7a guarantee relatively high performance of the motor 1 in the starting phase and therefore, they allow the motor 1 itself to start loads having a relatively high inertia.

Dal momento che i piani P2 di simmetria delle barre 19 alloggiate nelle cave 17 definite dalle aperture laterali 7b sono fra loro paralleli e non contengono l’asse 4, la larghezza dei lamierini 6 tra ciascuna apertura laterale 7b e ciascuna apertura laterale 7b adiacente è sostanzialmente costante e consente di mantenere costante la densità di flusso incrementando le prestazioni a regime del motore 1. Since the planes P2 of symmetry of the bars 19 housed in the slots 17 defined by the lateral openings 7b are parallel to each other and do not contain the axis 4, the width of the laminations 6 between each lateral opening 7b and each adjacent lateral opening 7b is substantially constant and allows to keep the flux density constant, increasing engine speed performance 1.

Dal momento che le aperture laterali 7b di ciascun lamierino 6 sono aperte in corrispondenza della sua superficie 12 esterna e chiuse in corrispondenza delle estremità libere delle relative aperture 13a, 13b, 13c, le linee di flusso scorrono al di sotto delle aperture laterali 7b incrementando il flusso concatenato con le barre 19 della gabbia 18 di scoiattolo e migliorando le prestazioni del motore 1 in fase di avviamento. Since the side openings 7b of each lamination 6 are open at its outer surface 12 and closed at the free ends of the relative openings 13a, 13b, 13c, the flow lines slide underneath the side openings 7b, increasing the flow concatenated with the bars 19 of the squirrel cage 18 and improving the performance of the motor 1 in the starting phase.

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I 1.- Self-starting synchronous reluctance motor comprising a rotor (2) mounted to rotate around a rotation axis (4); and a stator (3) mounted around the rotor (2) coaxially to the rotation axis (4); the rotor (2) comprising a plurality of laminations (6) superimposed on each other, each of which has a plurality of first openings (7) distributed inside a first circular ring (8) coaxial to the rotation axis (4) and a plurality of second openings (13) distributed inside a second circular ring (14) concentric to the first circular ring (8); the first openings (7) of each lamination (6) comprising, for each magnetic pole of the synchronous reluctance motor, a central opening (7a) and at least two side openings (7b) arranged on opposite bands of the central opening (7a); and characterized by the fact that each side opening (7b) has a plane of symmetry (P2) not containing the axis of rotation (4). 2.- Self-starting synchronous reluctance motor according to claim 1, wherein each lateral opening (7b) has a substantially rectangular shape, and is limited by two lateral sides (11) substantially parallel to the relative plane of symmetry (P2). 3.- Self-starting synchronous reluctance motor according to claim 1 or 2, wherein the plane of symmetry (P2) of each side opening (7b) is substantially parallel to the plane of symmetry (P2) of each adjacent side opening (7b). 4.- Self-starting synchronous reluctance motor according to any one of the preceding claims, wherein each second opening (13) of at least part of the second openings (13) has two end portions (15) substantially parallel to the symmetry planes (P2) of corresponding side openings (7b), and also comprises a central portion (16), which is formed between the two end portions (15), and extends around the axis of rotation (4). 5.- Self-starting synchronous reluctance motor according to any of the preceding claims, in which each side opening (7b) opens outwards at an external surface (12) of the relative lamination (6). 6.- Self-starting synchronous reluctance motor according to any one of the preceding claims, in which the first openings (7) of each lamination (6) define, together with corresponding first openings (7) of the other laminations (6), a plurality of first slots (17) of the rotor (2); the rotor (2) including a squirrel cage (18) housed at least in part inside the first cavities (17). 7.- Self-starting synchronous reluctance motor according to any of the preceding claims, in which each central opening (7a) has a greater area, in particular at least triple, than an area of each side opening (7b) 8.- Self-starting synchronous reluctance motor according to any one of the preceding claims, in which each central opening (7a) is closed by an annular contour. 9.- Self-starting synchronous reluctance motor according to any of the previous claims, in which each central opening (7a) has a radial plane of symmetry (P1) containing the rotation axis (4). 10. A self-starting synchronous reluctance motor according to Claim 9, in which each central opening (7a) has a substantially trapezoidal shape. 11.- Self-starting synchronous reluctance motor according to any one of the preceding claims, wherein the second openings (13) of each lamination (6) comprise, for each magnetic pole of the synchronous reluctance motor, an equal number of second openings (13) in number to the half of the lateral openings (7b) of the magnetic pole itself. 12.- Self-starting synchronous reluctance motor according to any of the previous claims, in which each second opening (13) extends around the rotation axis (4), and has two free ends facing two corresponding side openings (7b). 13.- Self-starting synchronous reluctance motor according to any of the previous claims, in which each second opening (13) has a radial plane of symmetry (P1) containing the rotation axis (4). 14.- Self-starting synchronous reluctance motor according to any one of the preceding claims, wherein the second openings (13) of each lamination (6) define, together with corresponding second openings (13) of the other laminations (6), a plurality of second slots (23) of the rotor (2); the second slots (23) of the rotor (2) being empty to define respective flow barriers and generate a reluctance torque suitable to rotate the rotor (2) around the rotation axis (4). 15.- Self-starting synchronous reluctance motor according to any one of the preceding claims, in which each lamination (6) has, for each magnetic pole of the synchronous reluctance motor, a respective cavity (21), which is formed on an external surface ( 12) of the lamination (6), and has a radial plane of symmetry (P1) coinciding with the plane of symmetry (P1) of a relative central opening (7a). 16.- Self-starting synchronous reluctance motor according to claim 15, wherein each cavity (21) of each lamination (6) defines, together with corresponding cavities (21) of the other laminations (6), a welding channel (22) for connect the laminations (6) to each other by welding.