IT9053407U1

IT9053407U1 - PERFECT TYPE ELECTRIC TORQUE MOTOR

Info

Publication number: IT9053407U1
Application number: IT5340790U
Authority: IT
Inventors: Domenico Cannone; Carlo Fiorini
Original assignee: Weber Srl
Priority date: 1990-12-07
Filing date: 1990-12-07
Publication date: 1992-06-08
Also published as: DE4140530A1; FR2670341B1; IT220740Z2; IT9053407V0; FR2670341A1; GB2251736A; GB9125479D0; GB2251736B

Description

D E S C R I Z I O N E DESCRIPTION

La presente innovazione è relativa ad un motore elettrico di coppia di tipo perfezionato. The present innovation relates to an improved torque electric motor.

Com’è noto, i motori di coppia sono dispositivi che forniscono per ridotti spostamenti angolari una elevata coppia motrice. Tali motori comprendono uno statore costituito da un elemento anulare sul quale sono definiti uno o più avvolgimenti, ed un rotore costituita da un magnete permanente libero di ruotare all’interno dello statore e reso angolarmente solidale ad un alberino che rappresenta il solo mezzo di accoppiamento meccanico con un carico. La principale caratteristica di tali motori consiste nel fatto che, per l’elevata coppia fornita in funzione di minimi spostamenti angolari, gli stessi possono movimentare direttamente, e quindi senza l’interposizione di cinematismi ad ingranaggi, il carico costituito da un attuatore come per esempio una valvola a farfalla. As is known, torque motors are devices that provide a high drive torque for reduced angular displacements. These motors comprise a stator consisting of an annular element on which one or more windings are defined, and a rotor consisting of a permanent magnet free to rotate inside the stator and made angularly integral with a shaft which represents the only means of mechanical coupling. with a load. The main characteristic of these motors consists in the fact that, due to the high torque supplied as a function of minimum angular displacements, they can move directly, and therefore without the interposition of gear kinematics, the load constituted by an actuator such as for example a throttle valve.

Uno dei principali inconvenienti di tali motori è dovuto alla loro conformazione che consente di sfruttare l'interazione elettromagnetica solamente fra il magnete permanente e la parte delle spire dell'avvolgimento posta affacciata al magnete e quindi interna allo statore. Per supplire a questa inconveniente sono state previste delle espansioni polari conformate sostanzialmente a " U " che in direzioni diametralmente opposte vanno ad abbracciare una rispettiva zona dello statore con lo scopo di interessare all'interazione magnetica un maggior numera di spire dell’avvolgimento. Una rispettiva porzione dell'espansione polare viene meccanicamente collegata al magnete permanente. Attualmente il bloccaggio delle espansioni al magnete viene realizzato o tramite viti di fissaggio o tramite un incollaggio. One of the main drawbacks of these motors is due to their conformation which makes it possible to exploit the electromagnetic interaction only between the permanent magnet and the part of the turns of the winding facing the magnet and therefore internal to the stator. To compensate for this drawback, polar expansions substantially shaped like a "U" have been provided which in diametrically opposite directions embrace a respective area of the stator with the aim of involving a greater number of winding turns in the magnetic interaction. A respective portion of the pole piece is mechanically connected to the permanent magnet. Currently the locking of the expansions to the magnet is carried out either by means of fixing screws or by gluing.

Il fissaggio tramite viti crea dei problemi sia dal punto di vista del fissaggio e sia dal punto di vista dell'ingombro. E’ infatti noto che il materiale del rotore, dato le particolarità magnetiche, è relativamente tenero ed è inoltre noto che i motori normalmente sono realizzati con un dimensionamento relativamente ridotto e quindi non risulta facile definire una zona di fissaggio con relativi fori filettati ed uno spazio di manovra dell'utensile utilizzato per l’avvitamento. In de-finitiva il -fissaggio tramite viti richiede lavorazioni particolari e complessità di assemblaggio con tutti i costi che ne derivano. Fixing with screws creates problems both from the point of view of fixing and from the point of view of overall dimensions. It is in fact known that the rotor material, given its magnetic characteristics, is relatively soft and it is also known that motors are normally made with a relatively small dimensioning and therefore it is not easy to define a fixing area with relative threaded holes and a space of the tool used for screwing. Ultimately, screw fixing requires special machining and assembly complexity with all the resulting costs.

Il sistema di fissaggio tramite un collante supera quest' ultimi inconvenienti ma ne crea un’altro relativo alla sicurezza di tale fissaggio che deve essere di grado elevato soprattutto per certi impieghi del motore; si pensi ad esempio al comando di una valvola di un dispositiva di alimentazione di un motore endotermico di un veicola. Un eventuale guasto del motore elettrico determina infatti il fermo automatico del veicolo. The fixing system using an adhesive overcomes the latter drawbacks but creates another one relating to the safety of this fixing which must be of a high degree especially for certain uses of the engine; think for example of the control of a valve of a supply device of an internal combustion engine of a vehicle. Any failure of the electric motor in fact determines the automatic stop of the vehicle.

Scopo della presente innovazione è quello di realizzare un motore elettrico di coppia di tipo perfezionato che sia privo degli inconvenienti citati e che cioè sia provvisto di un sistema di fissaggio fra il magnete e le espansioni polari che la renda di elevata affidabilità. The object of the present invention is that of realizing an electric torque motor of an improved type which is free of the aforementioned drawbacks, ie which is provided with a fastening system between the magnet and the pole pieces which makes it highly reliable.

Ulteriori scopi e vantaggi della presente innovazione saranno evidenziati nel corso della descrizione che segue. Further objects and advantages of the present invention will be highlighted in the course of the following description.

In base alla presente innovazione viene realizzato un motore elettrico di coppia comprendente: On the basis of the present innovation, an electric torque motor is realized comprising:

uno statore anulare realizzato in materiale ferromagnetico e che porta in posizioni diametralmente opposte due avvolgimenti; an annular stator made of ferromagnetic material and which carries two windings in diametrically opposite positions;

un rotore costituito da un magnete permanente installato coassialmente nel detto statore; e a rotor consisting of a permanent magnet installed coaxially in said stator; And

due espansioni polari in materiale ferromagnetico disposte in posizioni diametralmente opposte e comprendenti una rispettiva prima porzione laterale installata fra il detto magnete ed uno dei detti avvolgimenti, una porzione centrale disposta al di sopra del detto statore, ed una seconda porzione laterale disposta all'esterno del detto statore parallelamente alla detta prima porzione laterale; two pole pieces in ferromagnetic material arranged in diametrically opposite positions and comprising a respective first lateral portion installed between said magnet and one of said windings, a central portion arranged above said stator, and a second lateral portion arranged outside the said stator parallel to said first lateral portion;

caratterizzato dal fatto di comprendere un sistema di fissaggio e centraggio fra il detto magnete e le dette espansioni polari che prevede un impegno di un primo risalto definito sulla faccia interna della detta prima porzione laterale in un primo intaglio definito sulla superficie laterale del detto magnete ed un impegno a scatto di un anello metallico elastico in un secondo intaglia definito sulla faccia esterna della detta prima porzione laterale in modo che la faccia interna di questa prema con forza sulla superficie laterale del detto magnete. characterized in that it comprises a fastening and centering system between said magnet and said pole pieces which provides for engagement of a first projection defined on the internal face of said first lateral portion in a first notch defined on the lateral surface of said magnet and a snap engagement of an elastic metal ring in a second notch defined on the external face of said first lateral portion so that the internal face of this presses with force on the lateral surface of said magnet.

Per una migliore comprensione della presente innovazione viene ora descritta una forma preferita di attuazione, a puro titolo di esempio non limitativa, con riferimento ai disegni allegati, nei quali: For a better understanding of the present invention, a preferred embodiment is now described, purely by way of non-limiting example, with reference to the attached drawings, in which:

la figura 1 è una sezione in elevazione di un motore realizzato secondo i dettami della presente innovaz ione; Figure 1 is an elevation section of an engine made according to the dictates of the present innovation;

la figura 2 6 una vista dal basso verso l’alto del motore della figura 1; e.figure 2 is a bottom-up view of the engine of figure 1; And.

la figura 3 6 una vista esplosa di alcuni componenti del motore della figura 1. Figure 3 is an exploded view of some components of the engine of Figure 1.

Secondo quanto illustrato nella figura 1 è indicato nel suo complesso con 1 un motore elettrico di coppia comprendente: According to what is illustrated in Figure 1, the reference numeral 1 generally indicates an electric torque motor comprising:

uno statore 2 costituito da un elemento anulare 3 realizzata in materiale ferromagnetico e che parta in posizioni diametralmente opposte due avvolgimenti 4; un rotore 5 comprendente un elemento centrale 6> costituito da un magnete permanente, e due espansioni polari 7 in materiale ferromagnet ico disposte in posizioni diametralmente opposte; ed a stator 2 consisting of an annular element 3 made of ferromagnetic material and which starts in diametrically opposite positions two windings 4; a rotor 5 comprising a central element 6 consisting of a permanent magnet, and two pole pieces 7 made of ferromagnetic material arranged in diametrically opposite positions; and

un sistema di fissaggio e centraggio fra l’elemento 6 e le espansioni polari 7. a fastening and centering system between element 6 and pole pieces 7.

Come è noto gli avvolgimenti 4 sono costituiti da una rispettiva pluralità di spire avvolte attorno all’elemento 3. Nel motore 1 ogni avvolgimento 4 nel suo complessa interessa un arco di circonferenza di circa 136° per cui fra le estremità degli avvolgimenti 4 sono definiti due spazi 8 che descrivono ognuno 44° d’arco di circon-ferenza. La creazione degli spazi 8 consente di definire nell’elemento 3 dei punti di riferimento per l’assemblaggio del motore 1; assemblaggio che, come sarà descritto nel seguito per la conformazione particolare del motore 1, potrà essere realizzato anche tramite macchine automatiche. Questi punti di riferimento servono non solo per semplificare l'assemblaggio ma anche per definire una perfetta fasatura angolare fra i vari componenti del motore 1 in modo da assicurare un più corretto funzionamento di questo. As is known, the windings 4 consist of a respective plurality of turns wound around the element 3. In the motor 1 each winding 4 as a whole affects an arc of circumference of about 136 ° so that between the ends of the windings 4 two are defined spaces 8 each describing 44 ° of arc of circumference. The creation of the spaces 8 allows you to define in element 3 some reference points for the assembly of the motor 1; assembly which, as will be described below for the particular conformation of the motor 1, can also be carried out by means of automatic machines. These reference points serve not only to simplify the assembly but also to define a perfect angular timing between the various components of the engine 1 so as to ensure a more correct operation thereof.

I punti di riferimento, in questo esempio di attuazione, sono costituiti, per ogni spazio 8, da un intaglia diametrale 11 realizzato lungo il bordo inferiore dell’elemento 3. Appare evidente che tali intagli 11 possono costituire dei punti di riferimento per il montaggio del motore 1 su una struttura fissa di supporto o meglio ancora possono far parte del sistema di fissaggio dello statore 2 a tale struttura di supporto. Gli spazi 8 possono essere utilizzati per costituire un passaggio prefissata per i connettori ( pref eribi1mente a lamelle ) di alimentazione elettrica degli avvolgimenti 4, così da mantenere un ridotta ingombro assiale. The reference points, in this embodiment example, are constituted, for each space 8, by a diametrical notch 11 made along the lower edge of the element 3. It is evident that these notches 11 can constitute reference points for the assembly of the motor 1 on a fixed support structure or better still they can form part of the fastening system of the stator 2 to this support structure. The spaces 8 can be used to constitute a predetermined passage for the connectors (preferably with blades) for the electrical power supply of the windings 4, so as to maintain a reduced axial bulk.

Con riferimento ai disegni allegati l'elemento 6 presenta una conformazione cilindrica e risulta coassiale allo statore 2 al cui interno viene a disporsi. L'elemento 6 presenta un foro assiale passante 12 nel quale sono definite due facce opposte piane 13 che in uso vengono a risultare ortogonali all'asse diametrale lungo il quale sono realizzati gli intagli 11. La conformazione appena descritta del foro 12 consente un accoppiamento angolarmente solidale fra l'elemento 6 ed un alberino o mozzo di un attuatore. Tale accoppiamento va a prefissare inoltre la posizione angolare dell'elemento 6 rispetto allo statore 2 e di conseguenza la posizione angolare dell’attuatore rispetto alla struttura fissa. In corrispondenza delle due facce curve del foro 12 ad un’altezza intermedia dell’elemento 6 sulla superficie laterale di questo è realizzato un prefissato intaglio 14 definito da una lavorazione di fresatura. Gli intagli 14 sono quindi diametralmente opposti fra loro ed ognuno di essi viene a risultare rivolto verso la zona centrale di un rispettivo avvolgimento 4. Gli intagli 14 sono realizzati con la propria parete di fondo piana ( figura 3 ). With reference to the attached drawings, the element 6 has a cylindrical shape and is coaxial with the stator 2 inside which it is arranged. The element 6 has a through axial hole 12 in which two opposite flat faces 13 are defined which in use are orthogonal to the diametrical axis along which the notches 11 are made. The just described shape of the hole 12 allows an angular coupling integral between the element 6 and a shaft or hub of an actuator. This coupling also prefixes the angular position of the element 6 with respect to the stator 2 and consequently the angular position of the actuator with respect to the fixed structure. In correspondence with the two curved faces of the hole 12 at an intermediate height of the element 6 on the lateral surface of this, a predetermined notch 14 is made defined by a milling process. The notches 14 are therefore diametrically opposed to each other and each of them is turned towards the central area of a respective winding 4. The notches 14 are made with their own flat bottom wall (Figure 3).

Con riferimento ai disegni allegati ogni espansione polare 7 è conformata a U “ in modo da abbracciare la suddetta zona centrale di un rispettivo avvolgimento 4. L'espansione polare 7 presenta una prima porzione laterale 15 che viene a risultare fra l’elemento 6 e l’elemento 3 in corrispondenza della zona centrale del rispettivo avvolgimento 4, una porzione centrale 16 che viene a risultare al di sopra della statore 2, ed una seconda porzione laterale 17 che viene a risultare parallelamente alla porzione 15 all’esterno dello statore 2. With reference to the attached drawings, each pole piece 7 is U-shaped so as to embrace the aforementioned central area of a respective winding 4. The pole piece 7 has a first lateral portion 15 which is between element 6 and element 3 in correspondence with the central area of the respective winding 4, a central portion 16 which is above the stator 2, and a second lateral portion 17 which is parallel to the portion 15 on the outside of the stator 2.

L’estremità inferiore della porzione 15 risulta sostanzialmente a filo con l’estremità inferiore dell’elemento 6. La porzione 15 è definita su un piano che descrive una superficie cilindrica con centro l’asse longitudinale dell’elemento 6. La porzione 15 presenta la propria faccia interna sostanzialmente a contatto con una zona della superficie laterale dell’elemento 6. Su tale faccia della porzione 15 è ricavato, ad un’altezza intermedia, un risalta 18 a faccia piana che va ad impegnare l’intaglio 14. Sopra e sotto il risalto 18 sulla suddetta faccia interna della porzione 16 è ricavata < figura 3 ) una rispettiva coppia di risalti 21 il cui rispettivo asse longitudinale descrive un arco di circonferenza con centro l’asse dell’elemento 6. Le dimensioni dell’intaglio 14, del risalto 18 e dei risalti 21 sono tali da permettere il contatto dei risalti 21 sulla superficie laterale dell’elemento 6. The lower end of the portion 15 is substantially flush with the lower end of the element 6. The portion 15 is defined on a plane which describes a cylindrical surface with the longitudinal axis of the element 6 in the center. The portion 15 has the its own internal face substantially in contact with an area of the lateral surface of the element 6. On this face of the portion 15 there is obtained, at an intermediate height, a flat face protrusion 18 which engages the notch 14. Above and below the projection 18 on the aforesaid internal face of the portion 16 is obtained <figure 3) a respective pair of projections 21 whose respective longitudinal axis describes an arc of circumference with the center axis of the element 6. The dimensions of the notch 14, of the projection 18 and projections 21 are such as to allow contact of projections 21 on the lateral surface of element 6.

In particolare, come illustrato in figura 1, un primo risalto 21 è contatto con il bordo inferiore laterale dell’elemento 6, un secondo risalto 21 è a contatto con la superficie laterale dell’elemento 6 immediatamente al di sotto dell’intaglio 14, un terzo risalto 21 è a contatto con tale superficie immediatamente al di sopra dell'intaglio 14, ed il quarto risalto 21 è a contatto con il bordo superiore laterale dell’elemento 6. Tra le due coppie di risalti 21 e la corrispondente superficie laterale dell’elemento 6 vengono quindi a determinarsi due camere 22. In corrispondenza del risalto 18 sulla faccia esterna della porzione 15 è ricavato un intaglio 23 il cui asse longitudinale descrive un arco di circonferenza con centro l’asse dell'elemento 6. In particular, as illustrated in Figure 1, a first projection 21 is in contact with the lower lateral edge of the element 6, a second projection 21 is in contact with the lateral surface of the element 6 immediately below the notch 14, a third projection 21 is in contact with this surface immediately above the notch 14, and the fourth projection 21 is in contact with the upper lateral edge of the element 6. Between the two pairs of projections 21 and the corresponding lateral surface of the element 6 therefore forms two chambers 22. In correspondence with the projection 18 on the external face of the portion 15 there is a notch 23 whose longitudinal axis describes an arc of circumference with the axis of the element 6 at the center.

La porzione 16 è di spessore maggiore di quello delle porzioni 15 e 17 in modo che la propria faccia superiore risulti ad un livello superiore del bordo superiore dell’elemento 6. L’asse longitudinale della porzione 15 descrive un arco di circonferenza con centro l’asse dell’elemento 6. La porzione 17 è simile alla porzione 15 come conformazione geometrica ma è priva di risalti ed intagli e presenta una estensione longitudinale inferiore. The portion 16 is thicker than that of the portions 15 and 17 so that its upper face is at a higher level than the upper edge of the element 6. The longitudinal axis of the portion 15 describes an arc of circumference with center l ' axis of the element 6. The portion 17 is similar to the portion 15 in geometric conformation but is devoid of projections and notches and has a lower longitudinal extension.

Con riferimento alla figura 1 il sistema di fissaggio fra l’elemento 6 e le sue espansioni polari 7 prevede uno strato di collante da iniettare nelle càmere 22 ed un anello metallico elastico 24 che va ad alloggiarsi negli intagli 23 delle espansioni 7 e che va a premere le porzioni 15 contro l’elemento &. In questo modo i risalti 21 premono sulla superficie laterale dell’elemento 6 ed i1 risalto 18 preme sulla parete di fonda dell’intaglio 14. With reference to Figure 1, the fastening system between the element 6 and its pole pieces 7 provides a layer of glue to be injected into the chambers 22 and an elastic metal ring 24 which fits into the notches 23 of the expansions 7 and which goes to press the portions 15 against the element &. In this way the projections 21 press on the lateral surface of the element 6 and the projection 18 presses on the base wall of the notch 14.

Il funzionamento del motore 1 è noto per cui sarà descritto in forma essenziale. In particolare il flusso magnetico generato dal magnete interagisce con la corrente circolante lungo le spire corrispondenti alla zona dell’avvolgimento 4 interna all’espansione polare 7. Questa interazione genera una forza che determina la rotazione del magnete permanente. The operation of the motor 1 is known and will therefore be described in an essential form. In particular, the magnetic flux generated by the magnet interacts with the current circulating along the coils corresponding to the area of the winding 4 inside the polar expansion 7. This interaction generates a force that determines the rotation of the permanent magnet.

L’assemblaggio del motore 1 risulta di facile esecuzione e può essere realizzato anche tramite macchine automatiche. Per assemblare il rotore 5 dapprima si accoppiano le espansioni polari 7 all’elemento 6 facendo impegnare gli intagli 14 di questo dai risalti 18. Poi si introduce a scatto l’anello 24 nella gola semianulare definita dagli intagli 23 delle espansioni polari 7 e si inietta del collante nelle camere 22. Ora è possibile accoppiare il rotore 5 allo statore 2 semplicemente bloccando lo statore 2 alla suddetta struttura di supporto ed il rotore 2 su un alberino o mozzo del1'attuatore. The assembly of the motor 1 is easy to perform and can also be carried out using automatic machines. To assemble the rotor 5, the pole pieces 7 are first coupled to the element 6 by engaging the notches 14 of the latter by the projections 18. Then the ring 24 is snapped into the semi-annular groove defined by the notches 23 of the pole pieces 7 and injected of the glue in the chambers 22. It is now possible to couple the rotor 5 to the stator 2 simply by locking the stator 2 to the aforesaid support structure and the rotor 2 to a shaft or hub of the actuator.

Da quanto sopra descritto risultano evidenti i vantaggi conseguiti con la realizzazione della presente innovazione. From what has been described above, the advantages obtained with the realization of the present innovation are evident.

In particolare il motore 1, per la conformazione dei suoi elementi componenti, risulta di semplice e rapido montaggio che può essere realizzato anche tramite macchine automatiche. 11 motore 1 presenta dei riferimenti che consentono la determi nazione di una prefissata posizione angolare fra i suoi componenti e fra lo stesso ed una struttura di supporto e l’attuatore. Inoltre si è realizzato un sistema di fissaggio fra le espansioni polari ed il magnete permanente che oltre ad essere di elevata sicurezza risulta facilmente eseguibile. Tutto questo determina una elevata affidabilità del motore 1 e per le considerazioni sopra svolte un ridotto costo di produzione dello stesso. In particular, the motor 1, due to the conformation of its component elements, is simple and quick to assemble which can also be produced by means of automatic machines. The motor 1 has references that allow the determination of a predetermined angular position between its components and between it and a support structure and the actuator. Furthermore, a fastening system has been created between the pole pieces and the permanent magnet which, in addition to being of high safety, is easy to perform. All this determines a high reliability of the engine 1 and due to the above considerations a reduced production cost of the same.

Risulta infine chiara che qui descritto ed illustrato possano essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall'ambito protettivo della presente innovazione. Finally, it is clear that as described and illustrated herein, modifications and variations can be made without thereby departing from the protective scope of the present invention.

Claims

R I V E N D I C A C IO N I 1- Electric torque motor including: an annular stator (2) made of ferromagnetic material and which carries two windings (4) in diametrically opposite positions; a rotor (5) consisting of a permanent magnet (Zi) installed coaxially in said stator (2); and two pole pieces <7) made of ferromagnetic material arranged in diametrically opposite positions and comprising a respective first lateral portion (15) installed between said magnet (6) and one of said windings (4), a central portion (16) arranged at the above the said stator (2), and a second lateral portion (17) disposed outside the said stator (2) parallel to the said first lateral portion (15); characterized in that it comprises a fastening and centering system between said magnet (6) and said pole pieces (7) which provides for the engagement of a first projection (18) defined on the inner face of said first side portion (15) in a first notch (14) defined on the lateral surface of said magnet (6) and a snap engagement of an elastic metal ring (24) in a second notch <(> 23 <)> defined on the external face of said first lateral portion ( 15) so that the internal face of this presses with force on the lateral surface of the said magnet (6). 2 - Motor according to claim 1 characterized by the fact that the said magnet (6) has a cylindrical shape and that the said first lateral portion (15) is defined on a plane which describes an arc of circumference with the longitudinal axis of the said magnet (6). 3 - Motor according to claim 2 characterized by the fact that the said secand notch (23) has its own longitudinal axis which describes an arc of circumference with the longitudinal axis of the said magnet (6) at the center; the said second notch (23) being substantially made at the same level as the said first projection (18). 4 - Motor according to claim 3, characterized in that the bottom wall of the said first notch (14) and the face of the said first projection (18 <)> in contact with it are flat. 5 - Motor according to at least one of the preceding claims characterized by the fact that at least one chamber ( 22) into which a layer of glue is injected; the said second projections (21) being defined along a respective arc of circumference with the longitudinal axis of the said magnet (A) at the center. 6 - Engine according to claim 5 characterized by the fact that said chamber (22) is defined in two units, one at an upper level of said first projection (18) and the other at a lower level. 7 - Motor according to at least one of the preceding claims characterized by the fact that each of said windings (4) as a whole involves an arc of circumference such as to define between the ends of the same two spaces (8) which constitute reference points for the assembly of said motor and thus determining a predetermined angular phasing between the various components of the latter, between said stator (2) and a support structure, and between said rotor (3) and an actuator made angularly integral with said magnet (6). 8 - Motor according to claim 7, characterized in that the said reference points are constituted, for each of the said spaces (8), by a third diametrical notch (11) made along the lower edge of the said stator <(> 2); the said third notches (11) being able to form part of a system for fixing the said stator (2) to the said support structure. 9 - Electric torque motor as described and illustrated with reference to the attached drawings.