IT9019794A1 - Bobine a stadi multipli, avvolte su forma, per motore a riluttanza commutato - Google Patents

Description

direttamente attorno al primo avvolgimento di bobina. Tutti gli avvolgimenti esterni di bobina sono applicati allo statore prima di inserire gli avvolgimenti interni di bobina entro gli avvolgimenti esterni di bobina e collegare elettricamenti gli avvolgimenti interni di bobina ai medesimi. Vengono aumentati produzione di coppia e tensione di uscita, portando ad un motore altamente efficente.

TESTO DELLA DESCRIZIONE

Questa invenzione riguarda in generale avvolgimenti di bobine di poli di statore per motori a riluttanza commutati. Più particolarmente, questa invenzione riguarda avvolgimenti di bobine avvolti su forma per un motore a riluttanza commutato ciascuno comprendente parecchi stadi di avvolgimenti che sono assiemati sequenzialmente.

Motori a riduttanza commutati (SRM) sono macchine a poli doppiamente salienti, cioè, hanno poli multipli su entrambi lo statore e il rotore. Inoltre, ci sono avvolgimenti di bobine sullo statore, ma nessun avvolgimento o magnete sul rotore. In un SRM, ciascuna fase di motore comprende almeno una coppia di poli di statore diametralmente opposti, ciascun polo di statore avendo un avvolgimento di bobina avvolto sul medesimo. Gli avvolgimenti di bobine di poli di statore comprendenti ciascun avvolgimento di fase di motore sono collegati in serie o in parallelo, in modo che quando un avvolgimento di fase viene eccitato, i flussi magnetici prodotti nella corrispondente coppia (coppie) dei poli di statore si combinano additivamente . A seguito di eccitazione di una fase di motore fornendo corrente ai corrispondenti avvolgimenti di bobine di poli di statore, risulta una forza magnetica di attrazione tra le coppie eccitate di poli di statore e i poli di rotore più vicini, obbligando il rotore a ruotare. La corrente viene interrotta nell'avvolgimento di fase di motore eccitato prima che i poli di rotore ruotino oltre la posizione allineata, altrimenti, la forza magnetica di attrazione produrrebbe una coppia negativa o di frenamento. Una rotazione continua del rotore viene ottenuta colleganedo e scollegando sequenzialmente fasi adiacenti di motore. Per eccitare le fasi di motore, degli impulsi unidirezionali di corrente sincronizzati con il movimento del rotore vengono forniti agli avvolgimenti di fase del motore da un convertitore. Esempi di convertitori per SRM sono illustrati nel brevetto USA NO. 4.684.867, concesso a T.J.E. Miller il 4 Agosto 1987 e ceduto al presente titolare.

In generale, durante la fabbricazione di un motore a riluttanza commutato, gli avvolgimenti di bobina vengono avvolti come sottoassiemi e quindi applicati ai poli di statore. Svantaggiosamente, questo processo convenzionale di assiemamento di statori lascia necessariamente degli spazi non usati in ciascuna regione tra poli. Cioè, affinchè una bobina venga montata su un polo di statore per poter evitare avvolgimenti adiacenti che sono stati assiemati precedentemente, la larghezza della bobina viene ristretta. Come risultato, per un particolare SRM, il flusso massimo ottenibile e quindi la coppia e la tensione di uscita sono limitati.

Perciò uno scopo della presente invenzione è di realizzare avvolgimenti di bobine di polo di statore per un motore a riluttanza commutato che utilizzi una porzione maggiore dello spazio tra poli rispetto a convenzionali avvolgimenti di bobine, consentendo perciò una produzione di un maggior flusso per unità di corrente e, quindi, coppia e uscita di tensione proporzionalmente maggiori. Un'altro scopo della presente invenzione è di realizzare avvolgimenti di bobina di polo di statore per un motore a riduttanza commutato che risulti in minori perdite in conduttori per unità di potenza applicata rispetto ad avvolgimenti convenzionali di bobine.

Ancora un altro scopo della presente invenzione è di realizzare un metodo per fare avvolgimenti di bobine per un motore a riluttanza commutato, ciascuno dei quali utilizzi una porzione maggiore dello spazio tra poli, rispetto a convenzionali avvolgimenti di bobine, arrivando cosi ad un motore più altamente efficace.

I precedenti e altri scopi sono ottenuti in un avvolgimento di bobina a stadi multipli avvolto su forma per un motore a a riluttanza commutato. In particolare, in un avvolgimento di bobina a due stadi avvolto su forma, il primo stadio comprende un avvolgimento interno di bobina che è di sezione rettangolare e si infila direttamente, cioè strettamente, attorno ad un polo di statore del SRM. Il secondo stadio comprende un avvolgimento di bobina esterno che è pure di sezione rettangolare e si infila direttamente attorno al primo avvolgimento di bobina. Gli avvolgimenti di bobina interni ed esterni sono avvolti su forme, cioè avvolti separatamente come sotto assiemi prima di applicazione ai poli di statore.

Durante l'assiemaggio di uno statore SRM, ciascuna bobina esterna è montata attorno al rispettivo polo di statore. Dopo che tutte le bobine esterne sono state assiemate sullo statore, ciascuna bobina interna viene quindi inserita nella corrispondente bobina esterna. Le bobine interne ed esterne di ciascun polo di statore sono collegate in serie tra di loro per conservare la medesima direzione generale di avvolgimento. Infine, gli avvolgimenti di bobina di polo di statore comprendente ciascun avvolgimento di fase di motore sono collegati in serie o in parallelo. Le caratteristiche e i pregi della presente invenzione diventeranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata dell'invenzione letta con gli allegati disegni, nei quali:

la figura 1 è una vista in sezione di un convenzionale motore a riluttanza commutato;

la figura 2 è una vista in sezione di un SRM illustrante il senso di corrente in un esempio di avvolgimento di fase di motore ed illustrante inoltre la direzione di flusso magnetico risultante dal medesimo;

la figura 3 è una vista in sezione di un motore a riluttanza commutato contenente avvolgimenti di bobine di polo di statore secondo la presente invenzione.

La figura 1 è una vista in sezione di un motore a riluttanza commutato (SRM) 10 avente convenzionali avvolgimenti di bobine di statore. Per esempio, l'SRM 10 è illustrato come una macchina trifase, ciascuna fase di motore comprendendo una coppia di poli diametralmente opposti. Tuttavia si deve capire che i principi della presente invenzione si possono applicare a SRM aventi un numero qualsiasi di fasi e, quindi, un numero qualsiasi di poli di statore.

Come mostrato, l'SRM 10 contiene un rotore 14 rotante in senso in avanti o all'indietro entro uno statore fisso 15. Il rotore 14 ha due coppie di poli di rotore diametralmente opposti 16a-16b e 18a-18b. Lo statore 15 ha tre coppie di poli di statore diametralmente opposti 20a-20b, 22a-22b e 24a-24b. Convenzionali avvolgimenti di bobine di poli di statore 26a, 26b, 28a, 28b, 30a e 30b rispettivamente sono avvolti su poli di statore 20a, 20b, 22a, 22b, 24a e 24b, rispettivamente. Gli avvolgimenti di bobine di poli di statore su ciascuna coppia di coppie opposte o compagne di poli di statore sono collegati in serie o in parallelo a formare un avvolgimento di fase di motore. Come mostrato in figura 2, la corrente I in ciascuna fase produce un concatenamento di flusso magnetico generando flusso nelle direzioni indicate da frecce 32 e 34. Per esempio, come mostrato, gli avvolgimenti 26a e 26b sono collegati in serie in modo che ciascuna corrente I scorra nella direzione indicata.

Come sopra affermato, durante la fabbricazione di un tipico SRM, gli avvolgimenti di bobina di poli di statore sono avvolti come sottoassiemi, qui in avanti indicati avvolgimenti di bobine avvolti su forme e quindi applicati ai rispettivi poli di statore. Il numero di spire e il tipo di conduttori usati per fare gli avvolgimenti di bobina per un particolare SRM dipendono dall'applicazione per la quale sono previsti. Per avvolgimenti formati da un numero relativamente basso di spire di un conduttore di grande diametro, gli avvolgimenti sono ciascuno formati in una predeterminata sagoma di bobina corrispondente alle dimensioni dei rispettivi poli di statore, la rigidità del conduttore di grande diametro mantenendo la forma della bobina dopo che i conduttori sono stati avvolti su forma. I conduttori formanti da bobina avvolta su forma vengono confezionati strettamente.

Alternativamente, a seconda dell'SRM e del suo uso previsto, una bobina avvolta su forma può essere formata da parecchie spire di conduttore di piccolo diametro, a condizione che le spire siano avvolte attorno ad un rocchetto non metallico per mantenere la forma della bobina.

Allo scopo di applicare gli avvolgimenti di bobina avvolti su forma a poli di statore, come sopra descritto, c'è una larghezza massima di bobina W che consente un gioco sufficiente per montaggio degli adiacenti avvolgimenti di bobine. Quindi, una porzione significativa di ciascuno spazio 36 tra poli non viene occupato da avvolgimenti di bobine, come illustrato in figura 1. Questa limitazione sullo spazio tra poli usabile, a sua volta, restringe il flusso massimo ottenibile e, quindi, la copia e la tensione di uscita.

La figura 3 illustra un SRM 38 impiegante gli avvolgimenti di bobina di polo di statore a due stadi della presente invenzione. Ciascun avvolgimento di bobina di polo di statore comprende un avvolgimento di bobina esterna 40a, 40b, 42a, 42b, 44a e 44b, rispettivamente e avvolgimenti interni di bobina 50a, 50b, 52a, 52b, 54a e 54b rispettivamente. Gli avvolgimenti esterni di bobina comprendenti ciascun avvolgimento di bobina di polo di statore sono avvolti separatamente su forme. Per massimizzare l'uso di ciascuno spazio interpolare 36, gli avvolgimenti interni ed esterni hanno preferibilmente ciascuno sezione sostanzialmente rettangolare, come illustrato. Inoltre, per SRM dimensionati in modo equivalente, la larghezza dell'avvolgimento di bobina interna della presente invenzione è di preferenza uguale a quello del convenzionale avvolgimento di bobina mostrato in figura 1. Ancora, come il convenzionale avvolgimento di bobina, la bobina interna è dimensionata per infilarsi direttamente, cioè strettamente, attorno al corrispondente polo di statore. Con le dimensioni di avvolgimenti di bobina interna come sopra descritto, l'altezza H2 dell'avvolgimento di bobina esterna viene richiesta minore dell'altezza dell'avvolgimento di bobina interna come mostrato in figura 3. L'avvolgimento di bobina esterna è dimensionato per infilarsi direttamente attorno al corrispondente avvolgimento di bobina interna e la larghezza Wg dell'avvolgimento di bobina esterna è limitata dai giochi necessari per 1'assiemaggio, da descriversi più avanti in dettaglio.

Secondo la presente invenzione, durante un assiemaggio di statore di SRM, avvolgimenti di bobine 40a, 40b, 42a, 42b, 44a 44b sono applicati a poli di statore 20a, 20b, 22a, 22b, 24a e 24b, rispettivamente, prima che qualsiasi avvolgimento interno di bobina venga applicato al medesimo. Con ciascun avvolgimento esterno di bobina avvolto attorno al corrispondente polo di statore, ciascun avvolgimento interno di bobina 50a, 50b, 52a, 52b, 54a e 54b viene inserito in un avvolgimento esterno di bobina 40a, 40b, 42a, 42b, 44a e 44b rispettivamente, mentre viene infilato direttamente attorno al corrispondente polo di statore. Ciascun avvolgimento esterno di bobina viene quindi collegato in serie al rispettivo avvolgimento interno di bobina per conservare la medesima direzione generale di avvolgimento.

Infine, gli avvolgimenti di bobine di poli di statore diametralmente opposti vengono collegati in serie o in parallelo come desiderato, in modo che i risultanti modelli di flusso magnetici siano simili a quelli del convenzionale SRM, come illustrato in figura 2.

Utilizzando gli avvolgimenti di bobina di polo di statore a due stadi della presente invenzione, viene significativamente aumentata la produzione di flusso magnetico. Quindi, l'uscita di coppia e di tensione per unità di corrente sono aumentate proporzionalmente, portando perciò ad un SRM più efficente. In aggiunta, impiegando avvolgimenti a due stadi secondo la presente invenzione, in modo da utilizzare una porzione significativamente maggiore dello spazio tra i poli, sono diminuite le perdite in conduttori per unità di potenza applicata, migliorando perciò ulteriormente il rendimento dell'SRM.

Benché le realizzazioni preferite della presente invenzione siano state qui mostrate e descritte, sarà ovvio che tali realizzazioni sono fornite solo come esempi. Numerose variazioni, cambiamenti e sostituzioni capiteranno agli esperti nel ramo senza allontanarsi dalla presente invenzione. Per esempio, un avvolgimento di bobina a tre stadi comprendente un avvolgimento interno di bobina, un primo avvolgimento esterno di bobina e un secondo avvolgimento esterno di bobina può essere costruito secondo la presente invenzione. Per assiemare uno statore compredente un avvolgimento di bobina a tre stadi, gli stadi di avvolgimenti sono applicati ai poli di statore in successione come segue : tutti i primi avvolgimenti di bobina esterni; tutti i secondi avvolgimenti di bobina esterni; e infine tutti gli avvolgimenti di bobina interni. In modo simile, i principi della presente invenzione possono essere estesi a quattro stadi di avvolgimenti e cosi via. Di conseguenza, si intende che l'invenzione sia solo limitata dallo spirito e dal campo delle seguenti rivendicazioni.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Avvolgimenti di bobine di poli di statore concentrati per un motore multifase, detto motore contenendo un rotore e uno statore, detto rotore avendo una pluralità di poli di rotore, detto statore avendo una pluralità di coppie di opposti poli di statore, ciascuna fase di detto motore comprendendo almeno una di dette coppie di poli opposti di statore, ciascun polo di detto statore avendo uno di detti avvolgimenti di bobine di poli concentrati di statore avvolti sul medesimo, ciascuno di detti avvolgimenti di bobina di polo di statore comprendendo: un avvolgimento interno di bobina avente sezione sostanzialmente rettangolare e adatto ad infilarsi direttamente attorno ad uno di detti poli di statore ; un avvolgimento esterno di bobina avente sezione sostanzialmente rettangolare e adatto ad infilarsi attorno a detto avvolgimento interno di bobina, detto avvolgimento esterno di bobina essendo inoltre collegato elettricamente in serie a detto avvolgimento interno di bobina.
2. 2. L'avvolgimento di bobina di polo di statore di rivendicazione 1, nel quale l'altezza di detto secondo avvolgimento esterno di bobina è minore dell'altezza di detto avvolgimento interno di bobina.
3. 3. L'avvolgimento di bobina di polo di statore di rivendicazione 1, nel quale detto avvolgimento esterno di bobina si infila direttamente attorno a detto avvolgimento interno di bobina.
4. 4. In un motore a riluttanza commutato multifase avente un rotore e uno statore, detto rotore avendo una pluralità di poli di rotore, detto statore avendo una pluralità di coppie di poli opposti di statore, ciascuna fase di detto motore comprendendo almeno una detta coppia di poli opposti di statore, ciascun polo di detto statore avendo un avvolgimento di bobina di polo concentrato di statore avvolto sul medesimo, ciascun detto avvolgimento di bobina di polo di statore comprendendo: un avvolgimento interno di bobina avente sezione sostanzialmente rettangolare e adatto ad infilarsi direttamente attorno ad uno di detti poli di statore ; un avvolgimento esterno di bobina avente sezione sostanzialmente rettangolare e adatto ad infilarsi attorno a detto avvolgimento interno di bobina, detto avvolgimento esterno di bobina essendo inoltre collegato elettricamente in serie a detto avvolgimento interno di bobina.
5. 5. Il motore a riluttanza commutato di rivendicazione 4, nel quale l'altezza di detto avvolgimento esterno di bobina è inferiore all'altezza di detto avvolgimento interno di bobina.
6. 6. Il motore a riluttanza commutato di rivendicazione 4, nel quale detto avvolgimento esterno di bobina si infila direttamente attorno a detto avvolgimento interno di bobina.
7. 7. Metodo per fare un avvolgimento di bobina di polo concentrato di statore per un motore a riluttanza commutato, detto motore contenendo un rotore e uno statore, detto rotore avendo una pluralità di poli di rotore, detto statore avendo una pluralità di poli opposti di statore, detto metodo comprendendo: avvolgere su forma un avvolgimento interno di bobina, detto avvolgimento interno di bobina avendo sezione sostanzialmente rettangolare ed essendo adatto ad infilarsi direttamente attorno ad uno di detti poli di statore; avvolgere su forma un avvolgimento esterno di bobina, detto avvolgimento esterno di bobina avendo sezione sostanzialmente rettangolare ed essendo adatto ad infilarsi direttamente attorno a detto avvolgimento interno di bobina; piazzare detto avvolgimento esterno di bobina attorno a quello corrispondente di detti poli di statore; inserire detto avvolgimento interno di bobina entro detto avvolgimento esterno di bobina; collegare elettricamente in serie detto avvolgimento interno di bobina e detto avvolgimento esterno di bobina.
8. 8. Il metodo di rivendicazione 7, nel quale l'altezza di detto avvolgimento esterno di bobina è minore dell'altezza di detto avvolgimento interno di bobina.
9. 9. Metodo per assiemare uno statore di un motore multifase a riluttanza commutato, detto statore avendo una pluralità di coppie di poli opposti di statore, ciascun polo di detto statore avendo un avvolgimento di bobina di polo concentrato di statore avvolto sul medesimo, ciascuna fase di detto motore comprendendo almeno una di dette coppie di poli opposti di statore e gli avvolgimenti di bobina di polo di statore avvolti sui medesimi, detto metodo comprendendo le fasi di: avvolgere su forma una pluralità di avvolgimenti interni di bobina, ciascun avvolgimento interno di bobina avendo sezione sostanzialmente rettangolare ed essendo adatto ad infilarsi direttamente attorno ad uno di detti poli di statore; avvolgere su forma una pluralità di avvolgimenti esterni di bobina, ciascun avvolgimento esterno di bobina avendo sezione sostanzialmente rettangolare ed essendo adatto ad infilarsi attorno al corrispondente avvolgimento interno di bobina; piazzare ciascuno di detti avvolgimenti esterni di bobina rispettivamente attorno ad uno di detti poli di statore, rispettivamente; inserire ciascuno di detti avvolgimenti interni di bobina, rispettivamente, nei corrispondenti avvolgimenti esterni di bobina; collegare elettricamente ciascuno di detti avvolgimenti interni di bobina e di corrispondenti avvolgimenti esterni di bobina in serie per formare il rispettivo avvolgimento di bobina di polo di statore; collegare elettricamente assieme gli avvolgimenti di bobina di polo di statore corrispondenti a ciascuna fase di detto motore.
10. 10. Il metodo di rivendicazione 9, nel quale l'altezza di ciascuno di detti avvolgimenti esterni di bobina, rispettivamente, è minore dell'altezza di ciascuno di detti avvolgimenti interni di bobina, rispettivamente.
11. 11. Il metodo di rivendicazione 9, nel quale ciascuno di detti avvolgimenti esterni di bobina si infila direttamente attorno al corrispondente avvolgimento interno di bobina,