IT202000002266A1

IT202000002266A1 - Macchina elettrica rotante con rotore alleggerito

Info

Publication number: IT202000002266A1
Application number: IT102020000002266A
Authority: IT
Inventors: Davide Ferrara; Luca Poggio; Paolo Faverzani
Original assignee: Ferrari Spa
Priority date: 2020-02-05
Filing date: 2020-02-05
Publication date: 2021-08-05
Also published as: CN113224866A; JP2022047470A; US11658528B2; US20210242735A1; EP3872965A3; EP3872965A2

Description

D E S C R I Z I O N E

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

?MACCHINA ELETTRICA ROTANTE CON ROTORE ALLEGGERITO?

SETTORE DELLA TECNICA

La presente invenzione ? relativa ad una macchina elettrica rotante.

La presente invenzione trova vantaggiosa applicazione ad una macchina elettrica rotante per autotrazione che viene installata a bordo di un veicolo e pu? venire utilizzata come motore (assorbendo energia elettrica e generando una coppia motrice meccanica) oppure come generatore (convertendo energia meccanica in energia elettrica).

ARTE ANTERIORE

Una macchina elettrica rotante per autotrazione comprende un albero, il quale ? montato girevole per ruotare attorno ad un asse di rotazione centrale, un rotore generalmente a magneti permanenti calettato all?albero per ruotare assieme all?albero stesso, ed uno statore di forma tubolare cilindrica disposto attorno al rotore per racchiudere al proprio interno il rotore stesso.

Da molti anni ? stato proposto di realizzare l?avvolgimento statorico con barre rigide: le barre rigide vengono inizialmente conformate ad ?U? e quindi vengono infilate assialmente nelle cave di statore formando un lato di ingresso, in cui si dispongono le cuspidi delle barre conformate ad ?U?, ed un lato di uscita, in cui si dispongono le gambe (cio? le porzioni diritte) delle barre conformate ad ?U?; una volta infilate le barre nelle cave di statore le gambe nel lato di uscita vengono piegate e quindi le estremit? libere delle gambe vengono tra loro collegate mediante saldatura per costituire i percorsi elettrici dell?avvolgimento statorico.

DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE

Scopo della presente invenzione ? di fornire una macchina elettrica rotante che presenti una maggiore efficienza energetica ed una maggiore prestazione (potenza e/o coppia) specifica.

Secondo la presente invenzione viene fornita una macchina elettrica rotante, secondo quanto rivendicato dalle rivendicazioni allegate.

Le rivendicazioni descrivono forme di realizzazione preferite della presente invenzione formando parte integrante della presente descrizione.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

La presente invenzione verr? ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo:

la figura 1 ? una vista schematica ed in sezione longitudinale di una macchina elettrica rotante realizzata in accordo con la presente invenzione;

la figura 2 ? una vista prospettica di uno statore della macchina elettrica rotante della figura 1;

la figura 3 ? una vista in scala ingrandita di un particolare della figura 2;

la figura 4 ? una vista in sezione trasversale di una cava di statore dello statore della figura 2;

la figura 5 ? una vista in sezione trasversale di una barra di un avvolgimento di statore dello statore della figura 2;

la figura 6 ? una vista prospettica di un rotore della macchina elettrica rotante della figura 1;

la figura 7 ? una vista prospettica del rotore della figura 6 con l?asportazione di alcune parti per chiarezza;

la figura 8 ? una vista in sezione trasversale del rotore della figura 6;

la figura 9 ? una vista schematica ed in sezione longitudinale della macchina elettrica rotante della figura 1 con in evidenza dei percorsi di flussi di aria durante il funzionamento; e

la figura 10 ? una vista schematica ed in sezione longitudinale di una variante della macchina elettrica rotante della figura 1 con in evidenza dei percorsi di flussi di aria durante il funzionamento.

FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL?INVENZIONE

Nella figura 1, con il numero 1 ? indicata nel suo complesso una macchina elettrica sincrona per autotrazione di tipo reversibile (cio? che pu? funzionare sia come motore elettrico assorbendo energia elettrica e generando una coppia meccanica motrice, sia come generatore elettrico assorbendo energia meccanica e generando energia elettrica).

La macchina 1 elettrica comprende un albero 2, il quale ? montato girevole per ruotare attorno ad un asse 3 di rotazione centrale, un rotore 4 a magneti permanenti calettato all?albero 2 per ruotare assieme all?albero 2 stesso, ed uno statore 5 di forma tubolare cilindrica disposto attorno al rotore 4 per racchiudere al proprio interno il rotore 4 stesso.

Tra il rotore 4 e lo statore 5 ? definito un traferro in aria di forma anulare ed avente uno spessore ridotto (normalmente il minimo indispensabile per consentire in piena sicurezza la rotazione del rotore 4 all?interno dello statore 5).

Secondo quanto illustrato nelle figure 2 e 3, lo statore 5 comprende un nucleo 6 magnetico che ? formato da una serie di lamierini (costituiti di materiale ferromagnetico) serrati a pacco (ovvero impaccati tra di loro) e presenta una forma tubolare centralmente forata; il nucleo 6 magnetico ? attraversato longitudinalmente (assialmente) da una pluralit? di cave 7 di statore che sono uniformemente distribuite lungo il lato interno del nucleo 6 magnetico ed alloggiano un avvolgimento 8 statorico trifase.

L?avvolgimento 8 statorico trifase comprende una serie di barre 9 rigide in rame conformate ad ?U?, ciascuna delle quali comprende due gambe 10 collegate tra loro da una cuspide 11; le due gambe 10 di una stessa barra 9 costituiscono due corrispondenti conduttori dell?avvolgimento 8 statorico. Le barre 9 conformate ad ?U? sono inserite attraverso le cave 7 di statore definendo un lato di ingresso, in cui si dispongono le cuspidi 11 delle barre 9 conformate ad ?U?, ed un lato di uscita, in cui si dispongono le gambe 10 delle barre 9 conformate ad ?U?. In particolare e secondo quanto meglio illustrato nella figura 4, in ciascuna cava 7 di statore sono disposte otto gambe 10 (cio? otto conduttori dell?avvolgimento 8 statorico) appartenenti a otto corrispondenti barre 9 rigide conformate ad ?U?. Secondo quanto illustrato nella figura 2, le estremit? delle gambe 10 delle barre 9 conformate ad ?U? sono piegate e quindi tra loro elettricamente collegate (saldate) per costituire i percorsi elettrici dell?avvolgimento 8 statorico. Di conseguenza, considerando una singola cava 7 di statore, ciascuna barra 9 presenta una porzione centrale diritta inserita nella corrispondente cava 7 di statore e due porzioni di estremit? che sono piegate rispetto alla porzione centrale.

Secondo quanto illustrato nella figura 5, ciascuna barra 9 presenta una sezione trasversale rettangolare presentante un lato 12 maggiore ed un lato 13 minore ed ? ricoperta esternamente da un rivestimento 14 isolante.

Secondo quanto illustrato nella figura 4, ciascuna cava 7 di statore presenta una sezione trasversale rettangolare avente un lato 15 maggiore disposto radialmente ed un lato 16 minore disposto circonferenzialmente.

Come detto in precedenza e come illustrato nella figura 4, ciascuna cava 7 di statore alloggia otto barre 9 disposte una di seguito all?altra in fila indiana; inoltre, ciascuna barra 9 presenta una sezione trasversale rettangolare avente il lato 12 maggiore parallelo al lato 16 minore della corrispondente cava 7 di statore ed il lato 13 minore parallelo al lato 15 maggiore della corrispondente cava 7 di statore. Inoltre, e come meglio illustrato nella figura 5, in ciascuna barra 9 il rapporto tra il lato 12 maggiore ed il lato 13 minore della sezione trasversale rettangolare ? maggiore di 2 e preferibilmente maggiore di 3; in particolare secondo una preferita forma di attuazione, in ciascuna barra 9 il rapporto tra il lato 12 maggiore ed il lato 13 minore della sezione trasversale rettangolare ? compreso tra 3 e 3,7. Questa disposizione e questa conformazione delle barre 9 combinate insieme permettono di ridurre in modo significativo le perdite di potenza per effetto pelle all?interno delle barre 9 aumentando l?efficienza energetica ed aumentano anche la prestazione (potenza e/o coppia) specifica.

Secondo una preferita forma di attuazione illustrata nelle figure 2 e 3, ciascuna barra 9 ? piegata attorno al lato 13 minore della sezione trasversale rettangolare, ovvero ciascuna barra 9 ? piegata ?di costa?. In altre parole, la piegatura di ciascuna barra 9 avviene rispetto al lato 13 minore (lungo il lato 13 minore) della sezione trasversale rettangolare.

Secondo la forma di attuazione illustrata nella figura 4, in ciascuna cava 7 di statore sono disposte le gambe 10 di otto barre 9 disposte in fila indiana ed un elemento 17 di riempimento (non indispensabile) che presenta una certa deformabilit? elastica ed ha la funzione di riempire lo spazio residuo all?interno della cava 7 di statore compattando le gambe 10 delle otto barre 9.

Secondo quanto illustrato nella figura 4, ciascuna cava 7 di statore ? del tutto priva di un elemento isolante interposto tra il materiale ferromagnetico che costituisce i lamierini del nucleo 6 magnetico e le corrispondenti barre 9 in modo tale che una superficie 18 esterna delle corrispondenti barre 9 sia a diretto contatto con una superficie 19 interna della cava 7 di statore costituita di materiale ferromagnetico della cava 7 di statore. Questa soluzione obbliga ad aumentare lo spessore del rivestimento 14 isolante di ciascuna barra 9, ma complessivamente permette di aumentare il coefficiente di riempimento delle cave 7 di statore (ovvero il rapporto tra l?area della sezione trasversale complessiva del rame presente in ciascuna cava 7 di statore e l?area della sezione trasversale della cava 7 di statore stessa) aumentano la prestazione (potenza e/o coppia) specifica.

Secondo quanto illustrato nella figura 5, il rivestimento 14 isolante che ricopre esternamente ciascuna barra 9 presenta uno spessore superiore a 0,30 mm (ad esempio pari a 0,35-0,40 mm). Inoltre, secondo una possibile ma non limitativa forma di attuazione, il rivestimento 14 isolante che ricopre esternamente ciascuna barra 9 presenta uno strato 20 interno che ? a diretto contatto con il rame e presenta uno spessore di circa 0,20-0,25 mm ed uno strato 21 esterno che ? disposto sopra allo strato 20 interno, presenta uno spessore di circa 0,10-0,15 mm, ed ? a diretto contatto con il materiale ferromagnetico che costituisce i lamierini del nucleo 6 magnetico. Lo strato 20 interno ? costituito da un primo materiale (uno smalto o una resina) e lo strato 21 esterno ? costituito da un secondo materiale (uno smalto o una resina) che ? diverso dal primo materiale. In particolare, il secondo materiale ? meccanicamente pi? resistente ed elettricamente meno isolante del primo materiale; ovvero lo strato 20 interno ha essenzialmente la funzione di garantire l?isolamento elettrico mentre lo strato 21 esterno ha essenzialmente la funzione di proteggere meccanicamente lo strato 20 interno dallo sfregamento con la superficie 19 interna della cava 7 di statore quando la gamba 10 della barra 9 viene infilata nella cava 7 di statore stessa.

Secondo quanto illustrato nella figura 7, il rotore 4 comprende una pluralit? di colonne 22 di magneti permanenti, le quali sono orientate assialmente e sono disposte una di fianco all?altra attorno all?asse 3 di rotazione per formare un anello chiuso. Nella forma di attuazione illustrata nella figura 7 sono previste dodici colonne 22 di magneti permanenti disposte per formare un anello chiuso, ma secondo altre forme di attuazione non illustrate il numero complessivo di colonne 22 di magneti permanenti potrebbe essere diverso; ad esempio potrebbero essere previste da otto a ventiquattro colonne 22 di magneti permanenti.

Ciascuna colonna 22 di magneti permanenti ? formata da una successione di magneti 23 permanenti disposti in fila indiana uno di seguito all?altro, ovvero ciascuna colonna 22 di magneti permanenti ? formata da una pluralit? di magneti 23 permanenti che sono disposti assialmente uno di seguito all?altro; in particolare, in ciascuna colonna 22 di magneti permanenti sono generalmente previsti da venti a sessanta magneti 23 permanenti disposti in fila indiana uno di seguito all?altro.

Ciascuna colonna 22 di magneti permanenti ? formata da una pluralit? di magneti 23 permanenti che sono disposti assialmente uno di seguito all?altro secondo uno schieramento Halbach per annullare il campo magnetico radialmente all?interno dei magneti 23 permanenti e per massimizzare il campo magnetico radialmente all?esterno dei magneti 23 permanenti. In altre parole, i magneti 23 permanenti in ciascuna colonna 22 di magneti permanenti sono disposti per annullare il campo magnetico radialmente all?interno dei magneti 23 permanenti (verso l?albero 2) e per massimizzare il campo magnetico radialmente all?esterno dei magneti 23 permanenti (verso il nucleo 6 magnetico dello statore 5).

Uno schieramento Halbach ? una particolare unione (disposizione) dei magneti 23 permanenti disposta in modo da rafforzare il campo magnetico lungo una faccia dello schieramento (la faccia radialmente pi? esterna nella presente forma di attuazione) e nel contempo nel cancellare (annullare) per interferenza il campo magnetico nella faccia opposta (la faccia radialmente pi? interna nella presente forma di attuazione). Come illustrato nella figura 7, lo schieramento Halbach prevede di ripetere ciclicamente delle quaterne di magneti 23 permanenti: un magnete 23 permanente avente una orientazione Sud-Nord disposta assialmente verso destra, un successivo magnete 23 permanente avente una orientazione Sud-Nord disposta radialmente verso l?esterno (ovvero allontanandosi dall?asse 3 di rotazione centrale), un successivo magnete 23 permanente avente una orientazione Sud-Nord disposta assialmente verso sinistra, ed un successivo magnete 23 permanente avente una orientazione Sud-Nord disposta radialmente verso l?interno (ovvero avvicinandosi dall?asse 3 di rotazione centrale).

Nella forma di attuazione illustrata nelle figure allegate, alternativamente le colonne 22 di magneti permanenti presentano una sezione trasversale rettangolare ed una sezione rettangolare trapezoidale isoscele; secondo una diversa forma di attuazione non illustrata, le colonne 22 di magneti permanenti presentano tutte la stessa sezione rettangolare trapezoidale isoscele.

Secondo quanto meglio illustrato nella figura 8, il rotore 4 ? del tutto privo di materiale ferromagnetico disposto al di fuori dei magneti 23 permanenti (esternamente ai magneti 23 permanenti), ovvero il rotore 4 ? sia privo di materiale ferromagnetico disposto radialmente all?esterno dei magneti 23 permanenti (cio? tra i magneti 23 permanenti ed il nucleo 6 magnetico dello statore 5), sia privo di materiale ferromagnetico disposto radialmente all?interno dei magneti 23 permanenti (cio? tra i magneti 23 permanenti e l?albero 2).

Secondo quanto illustrato nelle figure 6 e 8, il rotore 4 comprende un elemento 24 di contenimento (non illustrato nella figura 7) che ? disposto attorno alle colonne 22 di magneti permanenti per mantenere le colonne 22 di magneti permanenti a contatto con l?albero 2; ovvero elemento 24 di contenimento ricopre esternamente le colonne 22 di magneti permanenti per realizzare un contenimento radiale delle colonne 22 di magneti permanenti stesse in modo da evitare che la forza centrifuga le possa spingere contro il nucleo 6 magnetico dello statore 5. Secondo una possibile forma di attuazione, l?elemento 24 di contenimento ? costituito di un filamento resinato avvolto a spirale attorno alle colonne 22 di magneti permanenti; secondo una alternativa forma di attuazione, l?elemento 24 di contenimento ? costituito da un elemento tubolare in materiale composito, in materiale metallico leggero non ferromagnetico (ad esempio in alluminio), oppure in materiale metallico ferromagnetico.

Secondo una preferita forma di attuazione illustrata nella figura 7, in ciascun colonna 22 di magneti permanenti i singoli magneti 23 permanenti sono incollati uno all?altro mediante l?interposizione di una colla 25 che ? preferibilmente un isolante elettrico in modo da ridurre le perdite di energia per correnti parassite. In altre parole, ciascuna colonna 22 di magneti permanenti viene realizzata incollando uno all?altro i singoli magneti 23 permanenti mediante la colla 25 che ? preferibilmente un isolante elettrico.

Secondo una preferita forma di attuazione illustrata nelle figure 7 e 8, le colonne 22 di magneti permanenti sono direttamente montate su una parete esterna dell?albero 2; in particolare, ciascuna colonna 22 di magneti permanenti ? incollata alla parete esterna dell?albero 2 mediante una colla 26 (illustrata nella figura 8) che ? preferibilmente un isolante elettrico (per evitare di ?cortocircuitare? tra loro i vari magneti 23 permanenti di una stessa colonna 22 di magneti permanenti attraverso la parete esterna dell?albero 2). In altre parole, tra la parete esterna dell?albero 2 e le colonne 22 di magneti permanenti ? interposto uno strato elettricamente isolante costituito dalla colla 26. Secondo una diversa forma di attuazione, la colla 26 potrebbe anche non essere un isolante elettrico; ovvero non ? indispensabile che la colla 26 sia un isolante elettrico.

La colla 26 ha la funzione di isolare elettricamente le colonne 22 di magneti permanenti dalla sottostante parete esterna dell?albero 2 ed ha anche la funzione di collegare le colonne 22 di magneti permanenti alla parete esterna dell?albero 2 durante la costruzione del rotore 4 (il trattenimento meccanico delle colonne 22 di magneti permanenti viene realizzato dall?elemento 24 di contenimento in quanto la colla 26 non ? in grado di resistere alla forza centrifuga quando il rotore 4 ruota ad alta velocit?).

Secondo una preferita forma di attuazione illustrata nelle figure 7 e 8, la parete esterna dell?albero 2 presenta una pluralit? di sedi 27, ciascuna delle quali ? atta ad accogliere una corrispondente colonna 22 di magneti permanenti; ovvero ciascuna sede 27 ? conformata per riprodurre in negativo la forma della corrispondente colonna 22 di magneti permanenti in modo da accogliere ed alloggiare con gioco minimo la colonna 22 di magneti permanenti stessa.

Secondo quanto illustrato nella figura 8, l?albero 2 presenta un mozzo 28 supportato da cuscinetti (non illustrati), un cerchione 29 che ? disposto attorno al mozzo 28 ad una certa distanza dal mozzo 28 stesso e supporta le colonne 22 di magneti permanenti (ovvero costituisce la parete esterna dell?albero 2), ed una pluralit? di raggi 30 che si sviluppano radialmente e collegano il mozzo 28 al cerchione 29 in modo tale che tra il mozzo 28 ed il cerchione 29 ci sia dello spazio vuoto.

Secondo quanto illustrato nella figura 1, la macchina 1 elettrica comprende una carcassa 31 che alloggia al proprio interno lo statore 5 e presenta un corpo 32 centrale cilindrico disposto attorno al nucleo 6 magnetico dello statore 5 e due calotte 33 conformate a tazza (ma potrebbero anche essere piane) che chiudono sui lati opposti il corpo 32 centrale. Tra una superficie 18 esterna del nucleo 6 magnetico dello statore 5 ed una superficie 19 interna del corpo 32 centrale della carcassa 31 ? ricavata una intercapedine 34 anulare atta a permettere la circolazione di un flusso di aria. Nella forma di attuazione illustrata nella figura 1, a ciascuna calotta 33 ? accoppiato uno scambiatore 35 di calore a liquido (ovvero al cui interno circola un liquido di raffreddamento) oppure ad aria (ovvero che viene investito da un flusso di aria fresca); secondo diverse forme di attuazione, ? previsto un unico scambiatore 35 di calore accoppiato ad una sola calotta 33 (come illustrato nella figura 10) oppure non ? previsto alcuno scambiatore 35 di calore (variante non illustrata).

Secondo quanto illustrato nella figura 9, i raggi 30 dell?albero 2 sono conformati (ad esempio ad elica) per impartire all?aria presente dentro all?albero 2 una componente di moto diretta assialmente; in questo modo, quando l?albero 2 ? in rotazione l?aria presenta dentro l?albero 2 (ovvero negli spazi vuoti tra i raggi 30) riceve una spinta assiale che genera un flusso di aria diretto assialmente che attraversa l?albero 2; il flusso di aria che esce dall?albero 2 investendo una calotta 33 (disposta a sinistra nella figura 9) viene deviato verso l?esterno fino ad entrare nella intercapedine 34 anulare che percorre con verso opposto rispetto alla direzione di moto impressa dai raggi 30 dell?albero 2. In questo modo, quando l?albero 2 ? in rotazione, si instaura all?interno della carcassa 31 un flusso continuo di aria che circola in un verso internamente all?albero 2 ed in verso opposto esternamente allo statore 5; questo flusso di aria asporta calore dall?interno dell?albero 2 e lo porta verso la carcassa 31 (cio? verso l?esterno), ovvero sia verso le calotte 33 (che possono essere accoppiate a degli scambiatori 35 di calore pi? meno integrati con le calotte 33), sia verso il corpo 32 centrale (che anche esso pu? essere accoppiato ad uno scambiatore di calore pi? meno integrato con il corpo 32 centrale stesso).

Nella variante illustrata nella figura 10, l?intercapedine 34 anulare non ? prevista e quindi il flusso di aria che esce dall?albero 2 investendo una calotta 33 (disposta a sinistra nella figura 10) viene deviato verso il traferro esistente tra il rotore 4 e lo statore 5 fino ad entrare nel traferro che percorre con verso opposto rispetto alla direzione di moto impressa dai raggi 30 dell?albero 2.

In questo modo, quando l?albero 2 ? in rotazione, si instaura all?interno della carcassa 31 un flusso continuo di aria che circola in un verso internamente all?albero 2 ed in verso opposto internamente al traferro; questo flusso di aria asporta calore dall?interno dell?albero 2 e dall?esterno del rotore 4 e lo porta verso le calotte 33 della carcassa 31 (cio? verso l?esterno). Ovviamente anche nella forma di attuazione illustrata nella figura 9, una piccola parte del flusso d?aria attraversa il traferro invece che l?intercapedine 34; tuttavia, la grande maggioranza del flusso d?aria attraversa l?intercapedine 34 che presenta una sezione trasversale molto pi? grande di una sezione trasversale del traferro.

Grazie alla presenza del flusso continuo di aria internamente all?albero 2 ? possibile raffreddare efficacemente l?albero 2 e quindi tutto il rotore 4 senza ricorrere ad un raffreddamento a liquido del rotore 4 che ? particolarmente complicato (dovendo fare continuamente passare il liquido di raffreddamento da una parte fissa ad una parte rotante).

Secondo una possibile forma di attuazione, internamente alle due calotte 33 sono disposte una pluralit? di alette conformate per guidare un flusso di aria dal centro verso la periferia e viceversa, ovvero da un lato per guidare il flusso di aria proveniente dall?albero 2 verso l?intercapedine 34 anulare e dall?altro lato per guidare il flusso di aria proveniente dall?intercapedine 34 anulare verso l?albero 2.

Secondo una preferita, ma non limitante, forma di attuazione, i raggi 30 sono anche conformati per generare, durante la rotazione dell?albero 2, un suono predeterminato; ovvero la conformazione dei raggi 30 viene studiata per ottenere durante la rotazione dell?albero 2 la generazione di un suono desiderato.

Le forme di attuazione qui descritte si possono combinare tra loro senza uscire dall'ambito di protezione della presente invenzione.

La macchina 1 elettrica sopra descritta presenta numerosi vantaggi.

In primo luogo, la macchina 1 elettrica sopra descritta presenta una elevata efficienza energetica (ovvero un elevato rendimento tra la potenza meccanica o elettrica in ingresso e la potenza elettrica o meccanica in uscita).

Inoltre, la macchina 1 elettrica sopra descritta presenta una elevata prestazione (potenza e/o coppia) specifica, ovvero una elevata prestazione (potenza e/o coppia) per unit? di masso e/o di volume.

Infine, la macchina 1 elettrica sopra descritta ? di facile ed economica realizzazione, in quanto non presenta dei costi di produzione sostanzialmente superiori rispetto ad una macchina elettrica tradizionali di equivalenti prestazioni.

ELENCO DEI NUMERI DI RIFERIMENTO DELLE FIGURE

1 macchina elettrica

2 albero

3 asse di rotazione

4 rotore

5 statore

6 nucleo magnetico

7 cave di statore

8 avvolgimento statorico

9 barre

10 gambe

11 cuspide

12 lato maggiore

13 lato minore

14 rivestimento isolante

15 lato maggiore

16 lato minore

17 elemento di riempimento

18 superficie esterna

19 superficie interna

20 strato interno

21 strato esterno

22 colonne di magneti permanenti

23 magneti permanenti

24 elemento di contenimento 25 colla

26 colla

27 sedi

28 mozzo

29 cerchione

30 raggi

31 carcassa

32 corpo centrale

33 calotte

34 intercapedine anulare 35 scambiatore di calore

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I 1) Macchina (1) elettrica comprendente: un albero (2), il quale ? montato girevole per ruotare attorno ad un asse (3) di rotazione centrale; un rotore (4) a magneti (23) permanenti calettato all?albero (2) per ruotare assieme all?albero (2) stesso; uno statore (5) di forma tubolare cilindrica che ? disposto attorno al rotore (4) per racchiudere al proprio interno il rotore (4) stesso e presenta un nucleo (6) magnetico che ? costituito da una serie di lamierini in materiale ferromagnetico ed ? attraversato longitudinalmente da una pluralit? di cave (7) di statore; ed un avvolgimento (8) statorico comprendente una pluralit? di barre (9) rigide in rame che sono inserite in corrispondenti cave (7) di statore e sono ricoperte esternamente da un rivestimento (14) isolante; la macchina (1) elettrica ? caratterizzata dal fatto che: il rotore (4) comprende una pluralit? di colonne (22) di magneti permanenti, le quali sono orientate assialmente e sono disposte una di fianco all?altra attorno all?asse (3) di rotazione per formare un anello chiuso; e ciascuna colonna (22) di magneti permanenti ? formata da una pluralit? di magneti (23) permanenti che sono disposti assialmente uno di seguito all?altro secondo uno schieramento Halbach.
2) Macchina (1) elettrica secondo la rivendicazione 1, in cui i magneti (23) permanenti in ciascuna colonna (22) di magneti permanenti sono disposti per annullare il campo magnetico radialmente all?interno dei magneti (23) permanenti e per massimizzare il campo magnetico radialmente all?esterno dei magneti (23) permanenti.
3) Macchina (1) elettrica secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il rotore (4) ? del tutto privo di materiale ferromagnetico disposto esternamente ai magneti (23) permanenti.
4) Macchina (1) elettrica secondo la rivendicazione 1, 2 o 3, in cui il rotore (4) ? privo di materiale ferromagnetico disposto radialmente all?esterno dei magneti (23) permanenti.
5) Macchina (1) elettrica secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui il rotore (4) ? privo di materiale ferromagnetico disposto radialmente all?interno dei magneti (23) permanenti.
6) Macchina (1) elettrica secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5, in cui il rotore (4) comprende un elemento (24) di contenimento che ? disposto attorno alle colonne (22) di magneti permanenti.
7) Macchina (1) elettrica secondo la rivendicazione 6, in cui l?elemento (24) di contenimento ? costituito di un filamento resinato avvolto a spirale attorno alle colonne (22) di magneti permanenti.
8) Macchina (1) elettrica secondo la rivendicazione 7, in cui l?elemento (24) di contenimento ? costituito da un elemento tubolare in materiale composito.
9) Macchina (1) elettrica secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8, in cui in ciascun colonna (22) di magneti permanenti i singoli magneti (23) permanenti sono incollati uno all?altro mediante l?interposizione di una prima colla (25) che ? preferibilmente un isolante elettrico.
10) Macchina (1) elettrica secondo una delle rivendicazioni da 1 a 9, in cui le colonne (22) di magneti permanenti sono direttamente montate su una parete esterna dell?albero (2).
11) Macchina (1) elettrica secondo la rivendicazione 10, in cui ciascuna colonna (22) di magneti permanenti ? incollata alla parete esterna dell?albero (2) mediante una seconda colla (26) che ? preferibilmente un isolante elettrico.
12) Macchina (1) elettrica secondo la rivendicazione 10 o 11, in cui la parete esterna dell?albero (2) presenta una pluralit? di sedi (27), ciascuna delle quali ? atta ad accogliere una corrispondente colonna (22) di magneti permanenti.
13) Macchina (1) elettrica secondo la rivendicazione 10, 11 o 12, in cui l?albero (2) presenta un mozzo (28) supportato da cuscinetti, un cerchione (29) che ? disposto attorno al mozzo (28) ad una certa distanza dal mozzo (28) stesso e supporta le colonne (22) di magneti permanenti, ed una pluralit? di raggi (30) che si sviluppano radialmente e collegano il mozzo (28) al cerchione (29) in modo tale che tra il mozzo (28) ed il cerchione (29) ci sia dello spazio vuoto.
14) Macchina (1) elettrica secondo la rivendicazione 13, in cui tra il cerchione (29) e le colonne (22) di magneti permanenti ? interposto uno strato elettricamente isolante.
15) Macchina (1) elettrica secondo la rivendicazione 13 o 14, in cui i raggi (30) sono conformati per impartire all?aria presente dentro all?albero (2) una componente di moto diretta assialmente.
16) Macchina (1) elettrica secondo la rivendicazione 15, in cui: ? prevista una carcassa (31) che alloggia al proprio interno lo statore (5) e presenta un corpo (32) centrale cilindrico disposto attorno al nucleo (6) magnetico dello statore (5) e due calotte (33) che chiudono sui lati opposti il corpo (32) centrale; e tra una superficie (18) esterna del nucleo (6) magnetico dello statore (5) ed una superficie (19) interna del corpo (32) centrale della carcassa (31) ? ricavata una intercapedine (34) anulare atta a permettere la circolazione di un flusso di aria.
17) Macchina (1) elettrica secondo la rivendicazione 15, in cui un flusso di aria generato dalla rotazione dei raggi (30) si richiude attraversando in verso contrario solo ed unicamente un traferro esistente tra il rotore (4) e lo statore (5).
18) Macchina (1) elettrica secondo la rivendicazione 15, 16 o 17, in cui internamente alle due calotte (33) sono disposte una pluralit? di alette conformate per guidare un flusso di aria dal centro verso la periferia e viceversa.
19) Macchina (1) elettrica secondo una delle rivendicazioni da 13 a 18, in cui i raggi (30) sono conformati per generare, durante la rotazione dell?albero (2), un suono predeterminato.
20) Macchina (1) elettrica secondo una delle rivendicazioni da 1 a 19, in cui: ? prevista una carcassa (31) che alloggia al proprio interno lo statore (5) e presenta un corpo (32) centrale cilindrico disposto attorno al nucleo (6) magnetico dello statore (5) e due calotte (33) che chiudono sui lati opposti il corpo (32) centrale; e ad almeno una calotta (33) ? accoppiato uno scambiatore (35) di calore.
21) Macchina (1) elettrica secondo una delle rivendicazioni da 1 a 20, in cui alternativamente le colonne (22) di magneti permanenti presentano una sezione trasversale rettangolare ed una sezione rettangolare trapezoidale isoscele.