IT9022064A1 - Motore elettrico senza spazzole e rotore relativo. - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE dell'invenzione industriale
La presente invenzione riguarda un motore elettrico senza spazzole ed il relativo rotore perfezionato ,
Sono ben noti motori elettrici privi di spazzole e provvisti di rotore. In questi motori lo statore presenta un certo numero di elettromagneti reversibili, mentre il rotore ha numerosi magneti permanenti. Gli elettromagneti reversibili dello statore sono collegati ad un dispositivo di comando. Questo ultimo fa sì che gli elettromagneti reversibili producano un campo rotante. Questo campo magnetico si accoppia con i magneti permanenti del rotore e provoca la rotazione del rotore.
Nella tecnica nota i magneti permanenti sono trattenuti sul rotore per mezzo di fascette di ritenuta e/o collanti organici come resine epossidiche.
Le fascette aumentano in modo indesiderato l'inerzia del rotore e la distanza di traferro. Precedenti tentativi di eliminare queste fascette non hanno avuto successo a causa, tra l'altro, della poca affidabilità dei collanti organici. Inoltre la resistenza di queste colle è influenzata negativamente dalle alte temperature e dalle grandi forze centrifughe che si generano allorché il rotore ruota a velocità elevata. Se un magnete del rotore si distacca da questo, esso può danneggiare l'intero motore.
Di conseguenza è uno scopo della presente invenzione fornire un motore elettrico senza spazzole perfezionato che sia sostanzialmente esente da uno o più degli svantaggi dei motori tradizionali.
Un altro scopo della presente invenzione è quello di fornire un rotore perfezionato che non richieda fascette di ritenuta.
Ancora un altro scopo della presente invenzione è quello di fornire un rotore perfezionato che non impieghi colle.
Ancora un altro scopo della presente invenzione è quello di fornire un rotore perfezionato in cui i magneti siano fissati al rotore in modo permanente e sicuro.
E' pure un altro scopo della presente invenzione quello di fornire un procedimento perfezionato per produrre rotori.
Un ulteriore scopo è quello di fornire un rotore perfezionato avente una superficie dei magneti maggiorata .
Altri scopi e vantaggi della presente invenzione risulteranno evidenti agli esperti del ramo facendo riferimento alla descrizione seguente ed ai disegni in cui:
la FIGURA 1 è una rappresentazione schematica di un motore secondo la presente invenzione;
la FIGURA 2 è una vista ingrandita in sezione di un rotore della presente invenzione preso lungo la linea II-II di figura 1;
la FIGURA 3 è una vista laterale presa lungo la linea III-III di figura 2; e
la FIGURA 4 è una fotomicrografia che mostra lo strato di legante metallico tra un magnete permanente e l'albero di un rotore secondo la presente invenzione .
Secondo la presente invenzione viene fornito un motore elettrico senza spazzole perfezionato avente un rotore perfezionato. Il rotore ha un albero ed almeno un magnete metallico permanente fissato all ’albero da un sottile strato di legante metallico tra il magnete permanente e l'albero stesso. In una prima forma realizzativa il rotore presenta un certo numero di magneti permanenti separati tra loro. In un’altra forma realizzativa il magnete permanente è in un unico pezzo.
I magneti permanenti possono essere prodotti da particelle ferromagnetiche sinterizzate. In una forma realizzativa preferita ciascuna particella è un singolo dominio magnetizzato. Per la produzione di magneti permanenti può essere impiegata un'ampia varietà di metalli come SmCo5 e Sm2Co17 gli stessi composti legati con ferro, nonché XFeB in cui X è un metallo delle terre rare. Composizioni particolarmente preferite delle terre rare comprendono NdFeB e PrFeB. Il metallo maggiormente preferito è Sm1Co17. Naturalmente possono essere usate leghe di questi composti intermetallici fra di loro e con altri metalli.
I magneti permanenti della presente invenzione sono preferibilmente in metallo poroso. Questi magneti permanenti possono essere prodotti mediante tecniche convenzionali di sinterizzazione. Queste tecniche producono magneti permanenti con una porosità dall'1 al 20% e preferibilmente del 2-10%. In altre parole la densità del metallo dei magneti è da 80 a 99 e preferibilmente dal 90 al 98% della densità teorica se non vi fossero pori.
Nella presente invenzione il metallo legante ha preferibilmente un punto di fusione inferiore alla temperatura di Curie dei magneti permanenti, ed in generale almeno 50°C al di sotto di questa. Facendo ora riferimento ai disegni in generale e particolarmente alle figure 1 e 2, viene mostrato un motore 10 secondo la presente invenzione. Il motore 10 comprende un telaio 12 ed un anello 14 di elettromagneti reversibili, come gli elettromagneti 16, 17, 18 che sono portati dal telaio 12. Un rotore 20 è montato girevole all'interno del telaio 12. Gli elettromagneti reversibili come 16, 17, 18 che circondano il rotore 20 sono collegati ad un regolatore 26 del motore attraverso conduttori 22, 24. Come è ben noto nella tecnica il regolatore 26 inverte alternativamente la polarità degli elettromagneti reversibili 16, 17, 18 facendo ruotare il rotore 20.
Facendo ora riferimento alle figure 2 e 3 viene mostrato il rotore 20 della presente invenzione comprendente un albero 28 di ferro dolce. Magneti metallici permanenti come i magneti 30, 31, 32 sono fissati all'albero 28 mediante un sottile strato di un legante metallico come lo strato 34 tra il magnete 30 ed il rotore 28. Strati analoghi sono previsti tra il rotore 20 e ciascuno dei magneti 31, 32. Il rotore 20 presenta in modo convenzionale un certo numero di fori, come il foro 36, che alleggeriscono il rotore 28 e riducono in tal modo la sua inerzia rotazionale.
Il raggio RS dell'albero deve essere sostanzialmente uguale al raggio interno R del magnete permanente 30. Inoltre il raggio esterno Ro del magnete deve essere circa 1-5 mm in meno rispetto al raggio interno Ri dei magneti reversibili, come per esempio il magnete reversibile 17· Questa differenza (Ri - R ) viene indicata talvolta come il traferro .
Come mostrato in figura 4 si può vedere che lo strato di legante metallico 34 che unisce in modo rigido e sicuro il magnete poroso 30 ha riempito alcuni pori di quest'ultimo diffondendosi nel metallo dell'albero 28 durante la fusione dello strato intermedio .
Esempi di metalli adatti comprendono tra gli altri zinco, stagno ed alluminio. Una lega dell'85% in peso di zinco e 15% in peso di alluminio viene preferita per la sua resistenza, costo, disponibilità ed inerzia chimica, oltre il fatto di avere un punto di fusione di circa 400°C, bene all'interno del campo di valori desiderato.
Il legante metallico può essere applicato mediante un'ampia varietà di tecniche, come per esempio la spruzzatura del metallo fuso o utilizzando una lamina. Il legante metallico può essere applicato all'albero 28, ai magneti permanenti 30, 31, 32 o ad entrambi.
Dopo che è stato applicato il legante metallico il rotore 20 con l'albero 28 e i magneti permanenti 30, 31, 32 viene denominato gruppo rotore. Il gruppo rotore con lo strato legante non fuso viene posto in un forno e riscaldato per la fusione dello strato legante. In una forma realizzativa viene adottata una temperatura al di sopra del punto di fusione del legante metallico ed al di sotto della temperatura di Curie del metallo di cui sono fatti magneti. In un'altra forma realizzativa il riscaldamento viene effettuato ad una temperatura al di sopra del punto di fusione dello strato legante ma al di sotto della temperatura alla quale la struttura microcristallina dei magneti permanenti viene influenzata negativamente .
Il rotore 20 viene tolto dal forno non appena il legante metallico si è fuso. In tal modo il legante viene a permeare i pori del metallo poroso in quantità sufficiente ad unire i magneti all'albero ma non tale da ridurre il magnetismo del magnete permanente.
In quella speciale forma realizzativa preferita in cui l'albero è di ferro ed i magneti permanenti sono di una lega a rivestimento di cobalto, il legante metallico diffonde nell'albero e nei magneti permanenti. Inoltre il ferro dell'albero diffonde nello stesso strato legante. Oltre a ciò il cobalto del magnete permanente diffonde nello strato legante .
Si comprenderà che varianti e/o modifiche potranno essere apportate dagli esperti del ramo senza allontanarsi dall'ambito dell'invenzione come sopra descritta e definita nelle rivendicazioni che seguono.
Claims (4)
- RIVENDICAZIONI 1. Motore elettrico senza spazzole comprendente un telaio (12), un anello (14) di magneti reversibili (16, 17, 18) portati dal telaio (12) ed un rotore (20) girevole all'interno di detto anello e comprendente a sua volta un albero (28) ed almeno un magnete permanente metallico (30, 31, 32) caratterizzato dal fatto che detto almeno un magnete permanente è fissato all'albero (28) mediante un sottile strato (3*0 di legante metallico tra il magnete e l'albero.
- 2. Rotore per il motore della rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i magneti permanenti (30, 31» 32) sono costituiti da un sinterizzato poroso di particelle ferromagnetiche in polvere.
- 3. Rotore secondo la rivendicazione 2, in cui ciascuna particella è un singolo dominio magnetizzato.
- 4. Rotore secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui le particelle sono SmCo 5 5- Rotore secondo la rivendicazione 2 o 3 in cui le particelle sono Sm2Co17 6. Rotore secondo la rivendicazione 2 o 3 in cui le particelle sono XFeB dove X è un metallo delle terre rare. 7. Rotore secondo la rivendicazione 6, in cui le particelle sono NdFeB. 8. Rotore secondo la rivendicazione 6 in cui le particelle sono PrFeB. 9. Rotore per il motore secondo la rivendicazione 1, in cui il legante metallico ha un punto di fusione inferiore alla temperatura di Curie propria del metallo dei magneti permanenti (30, 31, 32). 10. Rotore secondo la rivendicazione 9, in cui il legante metallico ha un punto di fusione di almeno 50°C inferiore alla temperatura di Curie del metallo che costituisce i magneti permanenti (30, 31, 32). 1 1. Rotore secondo la rivendicazione 9, in cui il legante metallico è alluminio. 12. Rotore secondo la rivendicazione 9, in cui il legante metallico è una lega costituita dal 15% in peso di alluminio,il resto essendo essenzialmente zinco. 13- Motore elettrico senza spazzole, comprendente: A. un telaio (12); B. un anello (14) di magneti reversibili (16, 17, 18) portati dal telaio (12); e C. un rotore (20) girevole all'interno di detto anello (14); detto rotore comprendendo: D. un albero (28) in ferro dolce; e E. una molteplicità di magneti permanenti (30, 31, 32) in metallo poroso costituito da Sm2Co1 fissati all'albero (28) da un sottile strato (34) di legante metallico tra detti magneti e l'albero stesso ; in cui il legante metallico permea i pori del magnete metallico permanente poroso di quanto sufficiente a legare il magnete all'albero ma insufficiente ad influenzare in modo negativo il magnetismo del magnete stesso; in cui il legante metallico diffonde nel materiale dell'albero (28) e dei magneti permanenti (30, 31, 32) ; in cui il ferro dell'albero (28) diffonde nello strato legante (34); e in cui il Co dei magneti permanenti diffonde nello strato legante (34). 14. Rotore per il motore secondo la rivendicazione 13, in cui il legante metallico è una lega costituita dal 15% in peso di alluminio, con la parte restante zinco. 15- Procedimento per produrre un rotore da usare con un motore elettrico senza spazzole, caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di: I. assemblare un gruppo rotore comprendente : A. un albero; B. uno o più magneti permanenti metallici che circondano l'albero; e C. uno strato di legante metallico non fuso fra l'albero ed i magneti permanenti . II. riscaldare il gruppo rotore fondendo in tal modo il legante metallico solido e fissando così i magneti permanenti all'albero stesso. 16. Procedimento secondo la rivendicazione 15, in cui il gruppo rotore viene riscaldato ad una temperatura inferiore alla temperatura di Curie del metallo dei magneti permanenti ma superiore al punto di fusione del legante metallico. 17. Procedimento secondo la rivendicazione 15, in cui il rotore viene riscaldato ad una temperatura superiore al punto di fusione del legante metallico ma inferiore a quella temperatura in corrispondenza della quale la mìcrostruttura dei magneti permanenti viene influenzata negativamente. 18. Procedimento secondo la rivendicazione 15, in cui il legante metallico è una lega formata dal 15% in peso di alluminio, con la parte restante essenzialmente di zinco, avente un punto di fusione di circa 400°C. 19. Procedimento secondo la rivendicazione 18, in cui il gruppo rotante viene riscaldato ad una temperatura di circa 420°C per circa 10 minuti.
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