IT202100014567A1

IT202100014567A1 - Rotore di macchina elettrica e relativa macchina elettrica

Info

Publication number: IT202100014567A1
Application number: IT102021000014567A
Authority: IT
Inventors: Francesco LELI; Marco Magri; Salvatore Stamato; Greco Stefano Del
Original assignee: Marelli Europe Spa
Priority date: 2021-06-04
Filing date: 2021-06-04
Publication date: 2022-12-04
Also published as: EP4099543A1; CN115441614A; JP2022186675A; US20220393533A1

Description

DESCRIZIONE

CAMPO DI APPLICAZIONE

[0001] La presente invenzione riguarda un rotore di una macchina elettrica e la relativa macchina elettrica comprendente detto rotore.

STATO DELLA TECNICA

[0002] Nel settore dei rotori delle macchine elettriche, ad esempio dei motori elettrici, viene richiesta una forte connessione tra l'albero del rotore e i relativi lamierini magnetici a loro volta impilati assialmente lungo l?asse di rotazione del rotore; tale connessione deve infatti garantire la trasmissione della coppia tra i componenti in tutte le gamme di velocit? e coppia in cui lavora il motore elettrico.

[0003] Questo collegamento pu? essere realizzato attraverso l'accoppiamento meccanico per interferenza delle suddette parti.

[0004] Le forze centrifughe dovute all'alta velocit? di rotazione (che pu? arrivare fino a circa 20.000 ? 25.000 rpm) causano deformazioni radiali sul diametro di accoppiamento dei lamierini con il rotore, differenti tra albero e lamierini: pertanto, al fine di garantire una forte e sicura connessione meccanica, ? necessaria un'elevata interferenza tra le parti.

[0005] L'assemblaggio tra le parti pu? essere ottenuto tramite ?press-fit?, ossia per piantaggio a freddo (a temperatura ambiente) dei lamierini sull?albero o per ?shrink-fit?, ossia previo riscaldamento del lamierino e calettamento dell?albero oppure previo raffreddamento dell?albero e calettamento del pacco di lamierini.

[0006] Il press-fit ? sempre preferito, ma non ? applicabile quando le interferenze necessarie sono elevate, perch? si creerebbero problemi dovuti alla plasticit? dei materiali con conseguente formazione di bave).

[0007] Il calettamento a caldo pu? effettivamente garantire alte interferenze in fase di assemblaggio, ma ha costi di lavorazione pi? elevati e risultati di qualit? inferiore, perch? pu? comportare lo scolorimento delle parti e l?insorgere di tolleranze di posizionamento approssimative.

[0008] L'operazione di press-fit, associata ad alti valori di interferenza tra le parti, porta ad alte forze di pressatura e alla generazione di trucioli e bave tra l'albero e i lamierini.

[0009] Durante il processo di piantaggio dell'albero, i trucioli, che aumentano gradualmente man mano che l'albero viene pressato attraverso i lamierini, possono causare una saldatura a freddo tra l'albero e i lamierini medesimi: in questo modo, se da un lato si aumenta la forza di piantaggio, e dunque la capacit? di trasmettere coppia anche ad elevati regimi di rotazione, dall?altro si danneggiano i lamierini del rotore e/o la parete laterale dell'albero.

[0010] Pertanto le soluzioni note non riescono a garantire, al tempo stesso, un accoppiamento sicuro, saldo e preciso, che possa consentire la trasmissione di alte coppie e/o potenze, senza danneggiare i lamierini e/o l?albero.

PRESENTAZIONE DELL'INVENZIONE

[0011] E? quindi sentita l?esigenza di risolvere gli inconvenienti e limitazioni citati in riferimento all?arte nota.

[0012] Tale esigenza ? soddisfatta da un rotore di una macchina elettrica in accordo con la rivendicazione 1 e da una macchina elettrica in accordo con la rivendicazione 16.

DESCRIZIONE DEI DISEGNI

[0013] Ulteriori caratteristiche ed i vantaggi della presente invenzione risulteranno maggiormente comprensibili dalla descrizione di seguito riportata di suoi esempi preferiti e non limitativi di realizzazione, in cui:

[0014] la figura 1 rappresenta una vista prospettica, in parti separate, di un pacco di lamierini in fase di calettamento su un albero motore di una macchina elettrica, in accordo con una forma di realizzazione della presente invenzione;

[0015] la figura 2 rappresenta una vista prospettica, in configurazione assemblata, di un albero motore di macchina elettrica in accordo con una forma di realizzazione della presente invenzione;

[0016] la figura 3 rappresenta una vista prospettica di un pacco di lamierini sfalsati angolarmente per il rotore di una macchina elettrica in accordo con una forma di realizzazione della presente invenzione;

[0017] la figura 4 rappresenta una vista laterale schematica di una fase di calettamento di un pacco lamierini su un albero motore di una macchina elettrica in accordo con una forma di realizzazione della presente invenzione;

[0018] la figura 5 rappresenta una vista in sezione di un particolare di accoppiamento tra un lamierino e un albero motore in accordo con una forma di realizzazione della presente invenzione;

[0019] le figure 6-7 rappresentano particolari di viste in sezione di lamierini in accordo con possibili varianti di realizzazione della presente invenzione.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA

[0020] Con riferimento alle suddette figure, con 4 si ? globalmente indicata una vista schematica complessiva di una macchina elettrica comprendente un rotore 6 avente un albero motore 8 su cui sono calettati una pluralit? di lamierini 12, secondo la presente invenzione.

[0021] E? da premettere che per macchina elettrica si intende sia un motore elettrico sia un generatore elettrico.

[0022] L?albero motore 8 si estende lungo un asse di rotazione X-X, e supporta in maniera solidale alla propria rotazione, una pluralit? di lamierini 12, realizzati in materiale ferromagnetico, in maniera nota.

[0023] Detti lamierini 12 sono muniti ciascuno di una sede di inserimento 16 in corrispondenza della quale sono calettati coassialmente all?albero motore 8 in corrispondenza di una porzione di calettamento 20 dell?albero motore 8 che comprende una superficie laterale 24 che si interfaccia con la sede di inserimento 16 dei lamierini 12.

[0024] I lamierini 12 hanno complessivamente la forma di un settore circolare che si estende da un bordo esterno 22, corrispondente ad un diametro esterno del rotore 6, e un bordo interno 23, corrispondente ad un diametro minimo o interno che delimita detta sede di inserimento 16 che si interfaccia con la porzione di calettamento 20 dell?albero motore 8.

[0025] In accordo con una possibile forma di realizzazione, detta superficie laterale 24 della porzione di calettamento 20 ha una pluralit? di creste 28 e gole 32.

[0026] Ad esempio, in corrispondenza della porzione di calettamento 20, il diametro delle creste 28 eccede il diametro delle gole 32 di una percentuale compresa tra il 5% e il 15% del diametro delle gole 32, in cui detti diametri sono misurati rispetto all?asse di rotazione X-X.

[0027] La porzione di calettamento 20 pu? essere realizzata in vari modi e pu? ad esempio comprendere una zigrinatura.

[0028] In accordo con una possibile forma di realizzazione, la porzione di calettamento 20 comprende un profilo scanalato avente una pluralit? di scanalature 34 parallele a detto asse di rotazione X-X.

[0029] La sede di inserimento 16 comprende porzioni di bloccaggio 36, che si interfacciano con le creste 28 della porzione di calettamento 20: l?attrito tra le porzioni di bloccaggio 36 e le creste 28 della porzione di calettamento 28 determina la solidarizzazione, sia in traslazione sia in rotazione rispetto all?asse di rotazione X-X, tra il lamierino 12 e l?albero motore 8.

[0030] Le porzioni di bloccaggio 36 sono alternate a recessi 40 che individuano giochi con dette creste 28 della porzione di calettamento 20: la presenza di detti giochi riduce le forze di attrito scambiate tra i lamierini 12 e l?albero motore 8 e facilita la fase di calettamento dei lamierini 12.

[0031] Vantaggiosamente, i lamierini 12, in corrispondenza con dette porzioni di bloccaggio 36 (ossia in allineamento angolare con dette porzioni di bloccaggio 36 rispetto all?asse di rotazione X-X), da parte opposta alla porzione di calettamento 20, comprendono alleggerimenti 44 che conferiscono un?elasticit? alle porzioni di bloccaggio 36 in una direzione radiale R-R, perpendicolare all?asse di rotazione X-X.

[0032] Detti alleggerimenti 44 comprendono cavit? definite da polilinee chiuse, rispetto ad un piano di sezione perpendicolare a detto asse di rotazione X-X.

[0033] Dette cavit? 44 possono essere passanti attraverso uno spessore assiale di ciascun lamierino 12, detto spessore essendo misurato parallelamente all?asse di rotazione X-X dell?albero motore 8.

[0034] In accordo con una possibile forma di

realizzazione, dette cavit? 44 presentano un andamento

triangolare, avente base B rivolta verso dette porzioni

di bloccaggio 36.

[0035] Le cavit? 44 possono avere forme differenti da

quelle triangolare, e, in generale, dette cavit? 44

definiscono un profilo a polilinea chiusa.

[0036] Preferibilmente la base B di detta polilinea

costituisce il bordo o tratto maggiore della polilinea

chiusa ed ? sempre disposta dal lato del diametro

interno, affacciato alle porzioni di bloccaggio 36.

Preferibilmente, la base B ? disposta in corrispondenza

e al di sopra delle porzioni di bloccaggio 36.

[0037] Si definisce ?T? la minima distanza in direzione

radiale R-R tra il bordo interno 23 del lamierino 12 e

la base B o bordo maggiore della polilinea chiusa.

[0038] Si definisce ?Ri? il raggio interno del lamierino

12 che definisce detto bordo interno 23 del lamierino

12 medesimo; si definisce ?B? la larghezza o base

dell?alleggerimento o cavit? 44 in direzione

tangenziale S-S, ortogonale a detta direzione radiale

R-R.

[0039] Si definisce ?C? l?arco di contatto tra le

porzioni di bloccaggio 36 e la superficie laterale 24

della porzione di calettamento 20 dell?albero motore 8.

[0040] Preferibilmente, al fine di ottenere la corretta

elasticit? e funzionalit? della connessione tra i

lamierini 12 e l?albero motore 8 ? previsto che: 0.15 <

T/Ri < 0.8.

[0041] Preferibilmente, al fine di ottenere la corretta

elasticit? e funzionalit? della connessione tra i

lamierini 12 e l?albero motore 8 ? previsto che: 0.2 <

C/B < 0.9.

[0042] Secondo una possibile forma di realizzazione, le

porzioni di bloccaggio 36 presentano estensione

angolare inferiore rispetto ai recessi 40, rispetto

all?asse di rotazione X-X.

[0043] Preferibilmente, le porzioni di bloccaggio 36 e

gli alleggerimenti 44 sono disposti secondo una

disposizione assialsimmetrica rispetto all?asse di

rotazione X-X.

[0044] Secondo una possibile forma di realizzazione,

lamierini 12 adiacenti tra loro presentano recessi 40

sfalsati angolarmente rispetto all?asse di rotazione X-

X, in modo da non sovrapporsi o sovrapporsi solo

parzialmente tra loro.

[0045] Secondo una possibile forma di realizzazione,

lamierini 12 adiacenti tra loro presentano porzioni di

bloccaggio 36 sfalsate angolarmente rispetto all?asse

di rotazione X-X, in modo da non sovrapporsi o sovrapporsi solo parzialmente.

[0046] Preferibilmente, lamierini 12 adiacenti tra loro sono sfalsati angolarmente tra loro, lungo l?asse di rotazione X-X, in modo che le porzioni di bloccaggio 36 di un primo lamierino 12? si sovrappongono ai recessi 40 di un secondo lamierino 12??, adiacente al primo lamierino 12?.

[0047] Come si pu? apprezzare da quanto descritto, la presente invenzione consente di superare gli inconvenienti presentati nella tecnica nota.

[0048] Vantaggiosamente la soluzione descritta consente di limitare le forze di contatto/attrito in fase di piantaggio a freddo dei lamierini sull?albero motore grazie alla riduzione della superficie di contatto tra i lamierini del rotore e l'albero motore.

[0049] A questo scopo ? stata infatti introdotta una geometria speciale comprendente porzioni di bloccaggio, sporgenti che si interfacciano per attrito con la porzione di calettamento dell?albero motore, e gli alleggerimenti o tasche che realizzano aree senza contatto in modo da ridurre la forza complessiva di calettamento dei lamierini sull?albero motore.

[0050] Al fine di facilitare ulteriormente detto calettamento, in corrispondenza delle porzioni di bloccaggio, i lamierini presentano gli alleggerimenti che aumentano l?elasticit? radiale delle porzioni di bloccaggio: in altre parole, grazie a detti alleggerimenti, in fase di calettamento dei lamierini sull?albero motore, le porzioni di bloccaggio possono arretrare radialmente, in allontanamento della porzione di calettamento dell?albero motore e, in questo modo, si riduce la forza necessaria per il calettamento stesso.

[0051] Inoltre, grazie allo sfalsamento angolare tra le porzioni di bloccaggio e i recessi dei lamierini tra loro adiacenti, eventuali sfridi/trucioli che si formano durante il calettamento possono venire alloggiati all?interno dei recessi senza per questo accumularsi tra loro.

[0052] L?assenza di accumuli di trucioli/sfridi consente non solo di ridurre le forza di attrito ma anche di evitare disallineamenti e/o sbilanciamenti tra i lamierini e l?albero motore.

[0053] Inoltre, soprattutto nel caso in cui vengano utilizzate delle creste e gole sulla porzione di calettamento dell?albero ? possibile ottenere, in caso di calettamenti con elevata interferenza, delle deformazioni plastiche localizzate sulla sede di inserimento dei lamierini.

[0054] Inoltre l?alternanza di creste e gole riduce ulteriormente le forza di attrito con le porzioni di bloccaggio dei lamierini e facilita le deformazioni plastiche localizzate delle porzioni di bloccaggio riducendo le forze complessive di calettamento.

[0055] Un tecnico del ramo, allo scopo di soddisfare esigenze contingenti e specifiche, potr? apportare numerose modifiche e varianti alle soluzioni sopra descritte, tutte peraltro contenute nell?ambito dell?invenzione quale definito dalle seguenti rivendicazioni.

Claims

RIVENDICAZIONI

1. Rotore (6) di macchina elettrica (4) comprendente: - un albero motore (8) che si estende lungo un asse di rotazione (X-X),

- una pluralit? di lamierini (12) muniti di una sede di inserimento (16) in corrispondenza della quale sono calettati coassialmente all?albero motore (8) in corrispondenza di una porzione di calettamento (20) dell?albero motore (8),

- i lamierini (12) avendo complessivamente la forma di un settore circolare che si estende da un bordo esterno (22), corrispondente ad un diametro esterno del rotore (6), e un bordo interno (23), corrispondente ad un diametro minimo o interno che delimita detta sede di inserimento (16) che si interfaccia con la porzione di calettamento (20) dell?albero motore (8),

- in cui detta porzione di calettamento (20) comprende una superficie laterale (24) che si interfaccia con la sede di inserimento (16) dei lamierini (12),

- in cui la sede di inserimento (16) comprende porzioni di bloccaggio (36), che si interfacciano con detta superficie laterale (24) della porzione di calettamento (20),

- in cui i lamierini (12), in corrispondenza, di dette porzioni di bloccaggio (36), da parte opposta alla porzione di calettamento (20), comprendono alleggerimenti (44) che conferiscono un?elasticit? alle porzioni di bloccaggio (36) in una direzione radiale (R-R), perpendicolare all?asse di rotazione (X-X).

2. Rotore (6) di macchina elettrica (4) secondo la rivendicazione 1, in cui una superficie laterale (24) della porzione di calettamento (20) comprende una pluralit? di creste (28) e di gole (32), e in cui la sede di inserimento (16) comprende porzioni di bloccaggio (36), che si interfacciano con le creste (28) della porzione di calettamento (20), alternate a recessi (40) che individuano giochi con dette creste (28).

3. Rotore (6) di macchina elettrica (4) secondo la rivendicazione 2, in cui, in corrispondenza della porzione di calettamento (20), il diametro delle creste (28) eccede il diametro delle gole (32) di una percentuale compresa tra il 5% e il 15% del diametro delle gole (32).

4. Rotore (6) di macchina elettrica (4) secondo la rivendicazione 1, 2, o 3, in cui detti alleggerimenti (44) comprendono cavit? definite da polilinee chiuse, rispetto ad un piano di sezione perpendicolare a detto asse di rotazione (X-X).

5. Rotore (6) di macchina elettrica (4) secondo la rivendicazione 4, in cui dette cavit? (44) presentano un andamento triangolare, avente base (B) rivolta verso dette porzioni di bloccaggio (36), ossia verso il bordo interno (23).

6. Rotore (6) di macchina elettrica (4) secondo la rivendicazione 5, in cui la base (B) ? disposta in corrispondenza e al di sopra delle porzioni di bloccaggio (36).

7. Rotore (6) di macchina elettrica (4) secondo la rivendicazione 5 o 6, in cui definita T, la minima distanza in direzione radiale (R-R), tra il bordo interno (23) del lamierino (12) e la base (B) o bordo maggiore della polilinea chiusa, e definito ?Ri? il raggio interno del lamierino (12) che definisce detto bordo interno (23), ? previsto che:

0.15 < T/Ri < 0.8.

8. Rotore (6) di macchina elettrica (4) secondo la rivendicazione 5, 6 o 7, in cui definito ?C? l?arco di contatto tra le porzioni di bloccaggio (36) e la superficie laterale (24) della porzione di calettamento (20) dell?albero motore (8), e definita ?B? l?ampiezza della base di detta cavit? (44) rispetto ad una direzione tangenziale (S-S), ? previsto che:

0.2 < C/B < 0.9.

9. Rotore (6) di macchina elettrica (4) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 8, in cui le porzioni di bloccaggio (36) presentano un?estensione angolare inferiore all?estensione angolare dei recessi (40), rispetto all?asse di rotazione (X-X).

10. Rotore (6) di macchina elettrica (4) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 9, in cui le porzioni di bloccaggio (36) e gli alleggerimenti (44) sono disposti secondo una disposizione assialsimmetrica rispetto all?asse di rotazione (X-X).

11. Rotore (6) di macchina elettrica (4) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 10, in cui lamierini (12) adiacenti tra loro presentano recessi (40) sfalsati angolarmente rispetto all?asse di rotazione (X-X), in modo da non sovrapporsi o sovrapporsi solo parzialmente tra loro.

12. Rotore (6) di macchina elettrica (4) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 11, in cui lamierini (12) adiacenti tra loro presentano porzioni di bloccaggio (36) sfalsate angolarmente rispetto all?asse di rotazione (X-X), in modo da non sovrapporsi o sovrapporsi solo parzialmente.

13. Rotore (6) di macchina elettrica (4) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 12, in cui lamierini (12) adiacenti tra loro sono sfalsati angolarmente tra loro, lungo l?asse di rotazione (X-X), in modo che le porzioni di bloccaggio (36) di un primo lamierino (12?) si sovrappongono ai recessi (40) di un secondo lamierino (12??), adiacente al primo lamierino (12?).

14. Rotore (6) di macchina elettrica (4) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 13, in cui detta porzione di calettamento (20) comprende una zigrinatura.

15. Rotore (6) di macchina elettrica (4) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 14, in cui detta porzione di calettamento (20) comprende un profilo scanalato avente una pluralit? di scanalature (34) parallele a detto asse di rotazione (X-X).

16. Macchina elettrica (4) comprendente un rotore (6) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 15.