IT201800010777A1 - Rotore multibarriera di flusso con magneti permanenti per macchina elettrica a riluttanza sincrona - Google Patents

Description

"Rotore multibarriera di flusso con magneti permanenti per macchina elettrica a riluttanza sincrona"

"Multi flux barriere permanent magnet assisted rotor for a synchronous reluctance electric machine"

DESCRIZIONE

CAMPO TECNICO

La presente invenzione si riferisce a un rotore multibarriera di flusso con magneti permanenti per una macchina elettrica a riluttanza sincrona sia rotativa che lineare. STATO DELL'ARTE

Magneti permanenti sono alloggiati nelle barriere di flusso in macchine elettriche a riluttanza sincrone sia per compensare la reazione di indotto che per impattare positivamente sulle fluttuazioni di coppia.

E' noto progettare la geometria dei magneti, e.g. il rapporto base / altezza quando la sezione traversale è rettangolare, per ciascuna barriera di flusso e ciò, malgrado abbia portato a un incremento delle prestazioni, presenta un impatto non trascurabile sulla produzione in serie del rotore. Infatti ciascun rotore è associato a un numero relativamente grande di magneti permanenti diversi, in particolare un magnete permanente per ciascuna geometria di barriera di flusso. Ciò comporta un numero relativamente elevato di componenti diversi per realizzare un rotore, con conseguenti inefficienze nella gestione dei processi di qualità, del magazzino etc.

Inoltre, gli attuali magneti permanenti potrebbero avere uno spessore non ottimizzato e, in particolare, eccessivo. Ciò comporta uno scarso sfruttamento dei magneti e un conseguente aumento di costo.

SCOPI E RIASSUNTO DELL'INVENZIONE

Lo scopo della presente invenzione è di realizzare un rotore multibarriera di flusso con magneti permanenti per una macchina elettrica a riluttanza sincrona esente dall'inconveniente sopra specificato.

Lo scopo della presente invenzione è raggiunto tramite un rotore per una macchina elettrica a riluttanza sincrona comprendente:

Un corpo principale definente una pluralità di barriere di flusso ciascuna della quali comprende un settore centrale e una coppia di settori laterali contrapposti rispetto al settore centrale;

Un gruppo a magneti permanenti alloggiato nel settore centrale di una o più barriere di flusso, in cui

Il gruppo a magneti permanenti comprende, in due o più settori centrali relativi a un polo della macchina elettrica, almeno tre magneti permanenti complessivi aventi la medesima sezione trasversale rettangolare.

I magneti permanenti sono modulari e presentano la medesima sezione trasversale rettangolare e, in ciascuna barriera di flusso, sono alloggiati in uno o più esemplari all' occorrenza per ottenere l'effetto desiderato sulla reazione di indotto e sulla fluttuazione di coppia. Ad esempio, un numero maggiore di magneti permanenti modulari è presente, e.g. in una macchina elettrica a quattro poh magnetici, nehe quattro barriere di flusso più vicine all'asse di rotazione e un numero uguale o inferiore di magneti è ahoggiato nehe barriere di flusso più periferiche.

La modularità di almeno alcuni magneti permanenti alloggiati nehe barriere e, preferibilmente, di tutti i magneti permanenti montati nel rotore consente di aumentare la standardizzazione dei componenti del rotore e ciò ha impatti positivi sia sui prezzi di acquisto dei magneti permanenti che suha gestione del magazzino, dehe scorte di produzione e, in alcuni casi, dei pezzi di ricambio.

Inoltre, la forma rettangolare consente il montaggio senza possibilità di inversione polare di ciascun magnete permanente.

Inoltre, la sezione trasversale modulare dei magneti permanenti può essere più agevolmente oggetto di ottimizzazione deh' altezza per diminuire la quantità di materiale magnetico a parità di prestazioni deha macchina elettrica e, quindi, ridurre i costi di produzione.

Secondo una forma preferita di realizzazione, è previsto un ponticello disposto in modo tale da definire, ai proprio fianchi, un primo e un secondo alloggiamento allungato lungo la direzione deh' asse di rotazione del rotore per rispettivi magneti permanenti.

Il ponticello definisce un riscontro per il montaggio dei magneti permanenti adiacenti e, allo stesso tempo, è allungato almeno in un caso lungo una direzione radiale; ad esempio quando la barriera di flusso è simmetrica lungo un asse radiale è possibile disporre due magneti permanenti dell' invenzione da parti opposte di un ponticello allungato radialmente lungo l'asse di simmetria, come illustrato nelle figure. Ciò consente di poter ridurre, compatibilmente con le tecnologie produttive dei lamierini, la larghezza in direzione circonferenziale di tale ponticello e, quindi, di ridurre i relativi impatti negativi sulla coppia generata dal motore. Le tecnologie di lavorazione dei lamierini variano e comprendono la tranciatura e l'elettroerosione, ma nella produzione di serie la tranciatura è quella più adottata ed è anche quella che comporta il maggior margine meccanico per la realizzazione del ponticello.

L'alloggiamento allungato è sia rettilineo e parallelo all'asse di rotazione del rotore che elicoidale intorno all'asse di rotazione del rotore e alloggia magneti permanenti modulari aventi lo stesso sviluppo longitudinale.

Secondo una forma preferita di realizzazione, all'interno di almeno una barriera di flusso si protende un risalto a sbalzo disposto da parte opposta di un ponticello rispetto al relativo magnete permanente per definire almeno un alloggiamento allungato.

Il risalto a sbalzo, disposto preferibilmente in ciascuna estremità circonferenziale della pluralità di magneti permanenti in una barriera di flusso, fornisce un riscontro meccanico, e.g. una battuta, per il montaggio del magnete permanente di estremità circonferenziale nella relativa barriera di flusso. Per consentire una resistenza meccanica adeguata del rotore all'accelerazione centrifuga e, allo stesso tempo, ridurre l'impatto negativo dei ponticelli, sono preferibilmente disposti uno o più ponticelli fra due risalti a sbalzo di estremità nella medesima barriera di flusso.

Secondo una forma di realizzazione preferita, il settore centrale di almeno una barriera di flusso è definita da un risalto di base configurato in modo che l'altezza massima di entrambi i settori laterali sia maggiore dell'altezza massima del settore centrale; e disposto da una parte prossimale della barriera di flusso rispetto all'asse di rotazione del rotore ovvero da una parte distale della barriera di flusso da un traferro fra rotore e statore.

Il risalto di base, che contatta preferibilmente un lato lungo dei magneti permanenti alloggiati nella barriera di flusso, costituisce un rinforzo meccanico in contrasto all'accelerazione centrifuga e consente, poiché disposto dalla parte della barriera di flusso rivolta verso l'asse di rotazione, di avvicinare a quest'ultimo le barriere di flusso, con effetti benefici sulle prestazioni della macchina elettrica.

Secondo una forma di realizzazione preferita, i ponticelli e/o i risalti a sbalzo si protendono a partire dal risalto di base. Ciò consente di ridurre il carico meccanico sui lamierini dovuto all'accelerazione centrifuga.

Secondo una forma di realizzazione alternativa, i magneti permanenti possono essere più alti rispetto alle porzioni laterali della barriera di flusso definendo una configurazione duale rispetto a quanto illustrato nelle figure. In tale caso, e per il medesimo motivo indicato nel paragrafo precedente, un recesso della porzione centrale in cui alloggiare i magneti si protende verso lo statore, i.e. dalla parte della barriera di flusso distale dall'asse di rotazione del rotore. Un esempio applicativo di magneti permanenti più alti rispetto alle porzioni laterali della barriera di flusso è riscontrato quando il motore è progettato per lavorare spesso in condizioni di sovraccarico e si intende prevenire la smagnetizzazione.

Secondo una forma di realizzazione preferita, la sezione trasversale rettangolare presenta un rapporto fra base e altezza compreso fra 1.5 e 3.

In questo modo, ciascun magnete permanente modulare presenta una sufficiente robustezza per i processi di spedizione, stoccaggio e montaggio.

BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE

La presente invenzione verrà descritta qui di seguito mediante alcune forme di realizzazione preferite, fornite a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati. Questi disegni illustrano differenti aspetti ed esempi della presente invenzione e, dove appropriato, strutture, componenti, materiali e/o elementi simili in differenti figure sono indicati da numeri di riferimento simili.

In particolare:

- la figura 1 si riferisce alla vista frontale di un lamierino che, impaccato ad altri lamierini identici ottenuti per tranciatura, definisce un rotore secondo la presente invenzione per una macchina elettrica a riluttanza sincrona con due paia di poli; e - la figura 2 si riferisce alla vista frontale di un lamierino che, impaccato ad altri lamierini identici ottenuti per tranciatura, definisce un rotore ovvero un cursore di un motore lineare a riluttanza secondo la presente invenzione (i magneti permanenti non sono illustrati).

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL'INVENZIONE

In figura 1 è indicato con 1 un lamierino metallico che, impaccato con altri lamierini metallici, definisce un corpo principale di un rotore per una macchina a riluttanza sincrona assistita tramite un gruppo di magneti permanenti. Il corpo principale definisce, secondo una forma di realizzazione non limitativa, almeno tre barriere di flusso 2 per ciascun polo della macchina e, al loro interno, sono alloggiati magneti permanenti 3 modulari aventi, ciascuno, la medesima sezione trasversale rettangolare. E' possibile che a bordo dello stesso rotore siano montati magneti permanenti aventi sezioni trasversali differenti fra loro ma, secondo l'invenzione, per almeno un polo sono previsti almeno tre magneti permanenti 3 aventi la medesima sezione trasversale rettangolare disposti su due barriere di flusso differenti.

Nella forma di realizzazione della figura, la barriera di flusso 2 più vicina a un asse di rotazione del rotore alloggia tre magneti permanenti 3 e ciascun magnete è montato in un relativo alloggiamento allungato delimitato, lungo una direzione circonferenziale, da un ponticello 4 oppure da un risalto a sbalzo 5. Preferibilmente, il o i magneti permanenti 3 più interni con riferimento alla direzione circonferenziale di ciascuna barriera di flusso sono circondati da ponticelli 4 e solamente i magneti permanenti più esterni sono a contatto con i risalti a sbalzo 5 tramite la rispettiva faccia laterale di estremità in direzione circonferenziale, come illustrato in figura.

Secondo una forma di realizzazione preferita, le barriere di flusso 2 definiscono, ciascuna, una forma sostanzialmente concava verso lo statore (non illustrato) tramite un settore centrale 6 e rispettivi settore laterali 7 aventi, ciascuno, almeno una porzione inclinata per definire la concavità rivolta verso lo statore.

Secondo tale forma di realizzazione, il settore centrale 6 presenta un'altezza massima inferiore all'altezza massima dei settori laterali 7 per via di un rilievo di base 8 disposto preferibilmente dalla parte del settore centrale 6 rivolta verso l'asse di rotazione del rotore. Come illustrato in figura, i ponticelli 4 e i risalti a sbalzo 5 si protendono a partire dal rilievo di base 8 e quest'ultimo è a contatto con i magneti permanenti 3.

La figura illustra inoltre che, preferibilmente, il rapporto da base e altezza di ciascun magnete permanente 3 è circa 2.

Inoltre, la barriera di flusso 2 più prossima allo statore, delimita l' alloggiamento allungato per il relativo magnete permanente 3 tramite due risalti a sbalzo 5 e non sono presenti ponticelli 4.

Per consentire un montaggio anche a mano dei magneti permanenti 3 nei relativi alloggiamenti allungati, è previsto un gioco di circa 1 decimo di millimetro.

Quando in una barriera di flusso 2 i magneti permanenti 3 sono in numero pari, almeno un ponticello 4 è disposto in direzione radiale e, allo stesso tempo, lungo un asse di simmetria della barriera di flusso 2, se la barriera è anche simmetrica.

Risulta infine chiaro che al rotore qui descritto e illustrato è possibile apportare modifiche o varianti senza per questo uscire dall'ambito di tutela come definito dalle rivendicazioni allegate.

In particolare, quanto illustrato in figura 1 e descritto nei paragrafi precedenti per un motore elettrico rotativo è applicabile anche a un motore elettrico lineare, come illustrato in figura 2. In tale forma di realizzazione, il rotore e lo statore hanno raggio di curvatura infinito e il rotore può essere anche denominato cursore e traslare. Inoltre, secondo la forma di realizzazione di figura 2, la direzione circonferenziale e quella radiale diventano, a causa del raggio di curvatura infinito, rispettivamente due direzioni rettilinee ortogonali. Nella figura 2, la direzione circonferenziale diventa una direzione rettilinea parallela al traferro fra rotore e statore e alla direzione di traslazione del rotore/ cursore; e la direzione radiale è perpendicolare alla direzione del traferro.

Secondo una forma di realizzazione, il rotore o cursore può essere realizzato con le barriere di flusso sprovviste dei magneti permanenti. Ciò può ad esempio capitare quando la medesima geometria delle barriere di flusso sopra descritta è adottata per ottenere i vantaggi dell'economia di scala sia a bordo di un modello di motore senza i magneti 3 che a bordo di un modello di motore secondo le figure. In questo modo, infatti, viene prodotto un unico rotore / cursore per modelli differenti. Secondo tale modalità di sfruttamento dell'invenzione, la modularità della sezione trasversale dei magneti permanenti 3 è comunque conservata dalla corrispondente modularità della sezione trasversale delle scanalature che alloggiano i magneti permanenti. Infatti la sezione trasversale modulare di ciascuna scanalatura del rotore / cursore approssima per eccesso la sezione trasversale modulare del corrispondente magnete permanente 3.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Un rotore per un motore sincrono a rotazione o lineare a riluttanza comprendente: - Un corpo principale (1) definente una pluralità di barriere di flusso (2) ognuna delle quali presenta un settore centrale (6) e una coppia di settori laterali contrapposti (7); - il settore centrale (6) di una o più barriere di flusso (2) essendo configurato per alloggiare un'unità di magneti permanenti (3); in cui: - due o più settori centrali diversi (6) comprendono, nel complesso, almeno tre scanalature aventi la stessa sezione trasversale modulare atta ad alloggiare corrispondenti magneti permanenti modulari (3).
2. 2. Rotore secondo la rivendicazione 1, in cui almeno un settore centrale definisce almeno un ponticello (4) allungato lungo ima direzione radiale del rotore in modo da definire, su entrambi i lati del ponticello (4), una rispettiva prima e seconda delle dette scanalature atte ad alloggiare il relativo magnete (3).
3. 3. Rotore secondo la rivendicazione 2, in cui un lato della scanalatura è definito da una sporgenza a sbalzo (5) affacciata al ponticello (4).
4. 4. Rotore secondo la rivendicazione 3, in cui la sporgenza a sbalzo (5) in una barriera di flusso è all'estremità delle scanalature per i magneti permanenti (3) lungo la direzione circonferenziale.
5. 5. Rotore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il settore centrale (6) di almeno una barriera di flusso (2) è definito da una sporgenza di base (8) configurata in modo tale che un'altezza massima di entrambi i settori laterali (7) è maggiore di un'altezza massima del settore centrale (6); detta sporgenza di base essendo situata su un lato distale della barriera di flusso (2) rispetto ad un traferro tra il rotore e uno statore.
6. 6. Rotore secondo le rivendicazioni 3 o 4 e 5, in cui il ponticello (4) e la sporgenza a sbalzo (5) sono portate dalla sporgenza di base (8).
7. 7. Rotore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui il settore centrale (6) di almeno una barriera di flusso (2) è definito da una rientranza configurata in modo tale che un'altezza massima di entrambi i settori laterali (7) è minore di un'altezza massima del settore contrale considerando detto recesso; detto recesso essendo situato su un lato prossimale della barriera di flusso (2) ad un traferro tra uno statore e il rotore.
8. 8. Rotore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la sezione trasversale è rettangolare e ha un rapporto tra base e altezza tra 1,5 e 3.
9. 9. Rotore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui tutte le scanalature per i magneti (3) hanno la stessa sezione trasversale.
10. 10. Rotore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente i magneti permanenti (3) modulari alloggiati nelle dette scanalature.