ITBO20090262A1

ITBO20090262A1 - ROTATING ELECTRIC MACHINE

Info

Publication number: ITBO20090262A1
Application number: IT000262A
Authority: IT
Inventors: Franco Ciampolini
Original assignee: Magneti Marelli Spa
Priority date: 2009-04-29
Filing date: 2009-04-29
Publication date: 2010-10-30

Description

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

del brevetto per Invenzione Industriale dal titolo: of the patent for Industrial Invention entitled:

“MACCHINA ELETTRICA ROTANTE” "ROTATING ELECTRIC MACHINE"

SETTORE DELLA TECNICA TECHNIQUE SECTOR

La presente invenzione è relativa a una macchina elettrica rotante. The present invention relates to a rotating electric machine.

La presente invenzione trova vantaggio applicazione ad una macchina elettrica rotante per autotrazione installata a bordo di un veicolo a cui la trattazione che segue farà esplicito riferimento senza per questo perdere di generalità. The present invention is advantageously applied to a rotating electric vehicle for motor vehicles installed on board a vehicle to which the following discussion will make explicit reference without thereby losing generality.

ARTE ANTERIORE ANTERIOR ART

Una macchina elettrica rotante comprende uno statore dotato di un nucleo ferromagnetico di forma tubolare cilindrica che presenta una pluralità di cave assiali destinate ad accogliere l’avvolgimento statorico. Tipicamente, le cave assiali presentano in sezione una forma trapezoidale avente una dimensione decrescente verso il rotore; per aumentare il coefficiente di riempimento delle cave (cioè il rapporto tra l’area utile dei conduttori inseriti in ciascuna cava e l’area complessiva della cava) è stato proposto di realizzare i conduttori in forma di barre rigide aventi una sezione trasversale che riproduce la sezione trasversale della cava. Ad esempio la domanda di brevetto EP2008425288 descrive una macchina elettrica rotante per autotrazione, in cui l’avvolgimento statorico comprende gruppi di barre alloggiati all’interno delle cave ed in cui le barre di ciascun gruppo sono conformate e accoppiate le une alle altre in modo tale che ciascun gruppo di barre abbia una sezione trasversale sostanzialmente identica alla sezione trasversale della cava. A rotating electric machine comprises a stator equipped with a cylindrical tubular-shaped ferromagnetic core that has a plurality of axial slots intended to accommodate the stator winding. Typically, the axial slots have a trapezoidal shape in section having a decreasing dimension towards the rotor; to increase the filling coefficient of the slots (i.e. the ratio between the useful area of the conductors inserted in each slot and the overall area of the slot) it has been proposed to make the conductors in the form of rigid bars having a cross section that reproduces the cross section of the quarry. For example, patent application EP2008425288 describes a rotating electric machine for motor vehicles, in which the stator winding comprises groups of bars housed inside the slots and in which the bars of each group are shaped and coupled to each other in such a way that each group of bars has a cross section substantially identical to the cross section of the slot.

Il campo magnetico rotante generato dal rotore investe anche l’avvolgimento statorico; il movimento relativo tra tale campo magnetico rotante ed i conduttori dell’avvolgimento statorico genera nei conduttori dell’avvolgimento statorico una differenza di potenziale che si sviluppa assialmente e determina la circolazione all’interno dei conduttori dell’avvolgimento statorico di correnti parassite che provocano perdite di potenza per effetto Joule. Tali perdite di potenza per effetto Joule provocate dalla correnti parassite sono particolarmente dannose in quanto non solo riducono il rendimento della macchina elettrica, ma determinano anche un ulteriore riscaldamento dell’avvolgimento statorico che deve venire tenuto in debito conto nel dimensionamento del sistema di raffreddamento della macchina elettrica. A tale proposito è importante osservare che la temperatura dell’avvolgimento statorico deve venire controllata con molta attenzione, in quanto un surriscaldamento eccessivo dell’avvolgimento statorico determina la fusione dell’isolante dei conduttori dell’avvolgimento statorico con la conseguente formazione di corti circuiti tra i conduttori dell’avvolgimento statorico e quindi con la conseguente distruzione dell’avvolgimento statorico. The rotating magnetic field generated by the rotor also affects the stator winding; the relative movement between this rotating magnetic field and the conductors of the stator winding generates in the conductors of the stator winding a potential difference which develops axially and determines the circulation inside the conductors of the stator winding of eddy currents which cause losses of power due to the Joule effect. These power losses due to the Joule effect caused by eddy currents are particularly harmful as they not only reduce the efficiency of the electric machine, but also determine a further heating of the stator winding which must be taken into account when sizing the cooling system of the machine. electric. In this regard, it is important to note that the temperature of the stator winding must be controlled very carefully, as excessive overheating of the stator winding causes the insulation of the conductors of the stator winding to melt with the consequent formation of short circuits between the conductors of the stator winding and therefore with the consequent destruction of the stator winding.

Le perdite di potenza per effetto Joule provocate dalle correnti parassite che circolando all’interno di un conduttore dell’avvolgimento statorico sono direttamente proporzionali al quadrato della sezione del conduttore stesso; di conseguenza, negli avvolgimenti statorici del tipo di quelli descritti nella domanda di brevetto EP2008425288 in cui l’avvolgimento statorico comprende gruppi di barre sovrapposte il problema delle perdite di potenza per effetto Joule provocate dalle correnti parassite è particolarmente gravoso in quanto ciascun barra presenta una sezione molto più elevata rispetto alla sezione di un equivalente filo tondo di un avvolgimento statorico tradizionale. The power losses due to the Joule effect caused by the eddy currents that circulate inside a conductor of the stator winding are directly proportional to the square of the section of the conductor itself; consequently, in stator windings of the type described in patent application EP2008425288 in which the stator winding comprises groups of superimposed bars, the problem of power losses due to the Joule effect caused by eddy currents is particularly burdensome as each bar has a section much higher than the cross section of an equivalent round wire of a traditional stator winding.

Per limitare le perdite di potenza per effetto Joule provocate dalle correnti parassite che circolano all’interno delle barre dell’avvolgimento statorico l’unica soluzione attualmente utilizzata è la limitazione della sezione delle singole barre utilizzando un maggior numero di barre di sezione unitaria più ridotta. Tuttavia, l’utilizzo di un maggior numero di barre di sezione unitaria più ridotta comporta sia delle complicazioni costruttive, sia una riduzione del coefficiente di riempimento delle cave. To limit the power losses due to the Joule effect caused by the eddy currents that circulate inside the bars of the stator winding, the only solution currently used is the limitation of the section of the individual bars by using a greater number of bars with a smaller unit section. However, the use of a greater number of bars with a smaller unit section involves both construction complications and a reduction in the filling coefficient of the slots.

DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE DESCRIPTION OF THE INVENTION

Scopo della presente invenzione è di fornire un macchina elettrica rotante che sia priva degli inconvenienti sopra descritti e, in particolare, sia di facile ed economica realizzazione. The object of the present invention is to provide a rotating electric machine which is free from the drawbacks described above and, in particular, is easy and economical to manufacture.

Secondo la presente invenzione viene fornita un macchina elettrica rotante secondo quanto rivendicato dalle rivendicazioni allegate. According to the present invention, a rotating electric machine is provided as claimed in the attached claims.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui: The present invention will now be described with reference to the attached drawings, which illustrate a non-limiting example of embodiment, in which:

- la figura 1 è una vista in sezione longitudinale e con parti asportate per chiarezza di una macchina elettrica rotante realizzata in accordo con la presente invenzione; Figure 1 is a longitudinal section view with parts removed for clarity of a rotating electric machine made in accordance with the present invention;

- la figura 2 è una vista in elevazione frontale e in scala ingrandita, con parti in sezione e parti asportate per chiarezza, di un particolare di uno statore della macchina elettrica rotante della figura 1; Figure 2 is a front elevation view on an enlarged scale, with parts in section and parts removed for clarity, of a detail of a stator of the rotating electric machine of Figure 1;

- le figure 3 e 4 sono due viste prospettiche e con parti asportate per chiarezza di una barra di un avvolgimento statorico della macchina elettrica rotante della figura 1; Figures 3 and 4 are two perspective views with parts removed for clarity of a bar of a stator winding of the rotating electric machine of Figure 1;

- le figure 5 e 6 sono due viste prospettiche esplose e con parti asportate per chiarezza della barra delle figure 3 e 4; Figures 5 and 6 are two exploded perspective views with parts removed for clarity of the bar of Figures 3 and 4;

- le figure 7 e 8 sono due viste laterali e con parti asportate per chiarezza della barra delle figure 3 e 4; - figures 7 and 8 are two side views and with parts removed for clarity of the bar of figures 3 and 4;

- la figura 9 è una vista in pianta esplosa e con parti asportate per chiarezza della barra delle figure 3 e 4; figure 9 is an exploded plan view with parts removed for clarity of the bar of figures 3 and 4;

- la figura 10 è uno schema elettrico della barra delle figure 3 e 4; e - figure 10 is an electrical diagram of the bar of figures 3 and 4; And

- la figura 11 è una vista prospettica e con parti asportate per chiarezza di alternativa forma di attuazione della barra delle figure 3 e 4. Figure 11 is a perspective view with parts removed for clarity of an alternative embodiment of the bar of Figures 3 and 4.

FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL’INVENZIONE PREFERRED FORMS OF IMPLEMENTATION OF THE INVENTION

In figura 1 è indicata nel suo complesso con il numero di riferimento 1 una macchina elettrica rotante per trasformare energia cinetica in energia elettrica ed energia elettrica in energia cinetica a bordo di un veicolo. In Figure 1, the reference number 1 indicates as a whole a rotating electric machine for transforming kinetic energy into electric energy and electric energy into kinetic energy on board a vehicle.

In particolare, la macchina 1 elettrica è una macchina elettrica rotante sincrona trifase reversibile molto compatta e in grado di erogare un’elevata potenza rispetto alla massa della macchina 1 elettrica stessa. La macchina 1 elettrica presenta una forma sostanzialmente cilindrica, si estende lungo un asse A di rotazione ed è caratterizza dal fatto di avere una lunghezza complessiva maggiore del diametro, in particolare una lunghezza pari di circa due volte il diametro. In particular, the electric machine 1 is a very compact reversible three-phase synchronous rotating electric machine capable of delivering a high power compared to the mass of the electric machine 1 itself. The electric machine 1 has a substantially cylindrical shape, extends along a rotation axis A and is characterized by having an overall length greater than the diameter, in particular a length equal to approximately twice the diameter.

La macchina 1 elettrica comprende un involucro di supporto 3; un rotore 4 estendentesi lungo l’asse A di rotazione; e uno statore 5 disposto attorno al rotore 4. The electric machine 1 comprises a support casing 3; a rotor 4 extending along the rotation axis A; and a stator 5 arranged around the rotor 4.

L’involucro di supporto 3 comprende due semigusci 6 e 7 innestati assialmente uno nell’altro. I semigusci 6 e 7 presentano una forma sostanzialmente cilindrica e sono assemblati uno all’altro attorno al rotore 4 e allo statore 5. Il semiguscio 6 comprende una flangia 8 di estremità perpendicolare all’asse A di rotazione, ed una parete 9 cilindrica parallela all’asse A di rotazione. La flangia 8 presenta un foro centrale di alloggiamento di un cuscinetto 10 di supporto del rotore 4, mentre la parete 9 presenta uno spallamento 11 interno atto ed essere disposto in battuta con lo statore 5 ed una scanalatura 12 esterna elicoidale. The support casing 3 includes two half-shells 6 and 7 axially grafted one into the other. The half-shells 6 and 7 have a substantially cylindrical shape and are assembled one to the other around the rotor 4 and the stator 5. The half-shell 6 comprises an end flange 8 perpendicular to the rotation axis A, and a cylindrical wall 9 parallel to the 'A axis of rotation. The flange 8 has a central hole for housing a bearing 10 for supporting the rotor 4, while the wall 9 has an internal shoulder 11 capable of and being arranged abutment with the stator 5 and an external helical groove 12.

Il semiguscio 7 comprende una flangia 13 di estremità perpendicolare all’asse A di rotazione, ed una parete 14 cilindrica parallela all’asse A di rotazione. La flangia 13 presenta un foro centrale di alloggiamento di un cuscinetto 15 di supporto del rotore 4; mentre la parete 14 presenta uno spallamento 16 interno atto ed essere disposto in battuta con lo statore 5. The half-shell 7 includes an end flange 13 perpendicular to the rotation axis A, and a cylindrical wall 14 parallel to the rotation axis A. The flange 13 has a central hole for housing a bearing 15 for supporting the rotor 4; while the wall 14 has an internal shoulder 16 capable of and being arranged abutment with the stator 5.

La parete 14 è in parte sovrapposta alla parete 9 in corrispondenza della scanalatura 12 esterna elicoidale in modo da formare una camera di raffreddamento 17 elicoidale e presenta una bocca di alimentazione 18 e una bocca di uscita 19 atte a essere collegate rispettivamente a un condotto di alimentazione e a un condotto di evacuazione di fluido refrigerante (non illustrati nelle figure allegate), in particolare, un liquido di raffreddamento, che viene convogliato lungo la camera di raffreddamento 17 elicoidale per raffreddare lo statore 5. The wall 14 is partly superimposed on the wall 9 in correspondence with the external helical groove 12 so as to form a helical cooling chamber 17 and has a supply mouth 18 and an output mouth 19 adapted to be connected respectively to a supply duct and to a cooling fluid evacuation duct (not shown in the attached figures), in particular, a cooling liquid, which is conveyed along the helical cooling chamber 17 to cool the stator 5.

Il rotore 4 comprende un albero 20, il quale è supportato dai cuscinetti 10 e 15 e comprende una porzione centrale, lungo la quale sono ricavate quattro facce 21 piane; una pluralità di magneti permanenti 22, i quali sono disposti in quattro file lungo le facce piane 21. Nella fattispecie illustrata nella figura 1, i magneti permanenti 22 sono disposti in quattro file di cinque magneti permanenti 22. The rotor 4 comprises a shaft 20, which is supported by the bearings 10 and 15 and comprises a central portion, along which four flat faces 21 are formed; a plurality of permanent magnets 22, which are arranged in four rows along the plane faces 21. In the case illustrated in Figure 1, the permanent magnets 22 are arranged in four rows of five permanent magnets 22.

Ciascun magnete permanente 22 è preferibilmente realizzato in samario-cobalto, ed è incollato a una rispettiva faccia piana 21. Il rotore 4 comprende un tubo 23 in fibra di carbonio disposto attorno ai magneti permanenti 22 per impedire l’eventuale distacco dei magneti permanenti 22 dall’albero 20. Secondo una forma di attuazione alternativa non illustrata nelle figure allegate, il tubo 23 in fibra di carbonio è omesso e il rotore 4 comprende un filo di Zylon® avvolto a elica attorno ai magneti permanenti 22 in modo da impedirne il distacco. Each permanent magnet 22 is preferably made of samarium-cobalt, and is glued to a respective flat face 21. The rotor 4 comprises a carbon fiber tube 23 arranged around the permanent magnets 22 to prevent any detachment of the permanent magnets 22 from the shaft 20. According to an alternative embodiment not shown in the attached figures, the carbon fiber tube 23 is omitted and the rotor 4 comprises a Zylon® wire wound in a helix around the permanent magnets 22 so as to prevent them from detaching.

L’albero 20 presenta un’estremità disposta al di fuori dell’involucro di supporto 3 e avente un codolo 24 di attacco a una ruota dentata o a una puleggia non illustrata nelle figure allegate. Il rotore 4, in particolare la parte attiva dello stesso occupata dai magneti permanenti 22 presenta un diametro sensibilmente inferiore alla lunghezza del rotore 4, in particolare della parte attiva dello stesso, in modo da limitare le forze centrifughe e garantire una bassa inerzia alla rotazione e una maggiore reazione al cambio di regime di rotazione. The shaft 20 has an end arranged outside the support casing 3 and having a tang 24 for attachment to a toothed wheel or pulley not shown in the attached figures. The rotor 4, in particular the active part thereof occupied by the permanent magnets 22, has a diameter significantly smaller than the length of the rotor 4, in particular of the active part thereof, so as to limit the centrifugal forces and ensure a low inertia to rotation and greater reaction to the change in rotation speed.

Lo statore 5 comprende un pacco statorico 25 e un avvolgimento elettrico 26. Il pacco statorico 25 è formato da un pacco di lamierini perpendicolari all’asse A di rotazione e presenta delle cave 27 assiali ossia parallele all’asse A di rotazione. The stator 5 comprises a stator pack 25 and an electric winding 26. The stator pack 25 is formed by a pack of laminations perpendicular to the rotation axis A and has axial slots 27, ie parallel to the rotation axis A.

In accordo con una variante non illustrata, le cave assiali sono leggermente inclinate rispetto all’asse A di rotazione di una angolo denominato angolo di skew. In accordance with a variant not shown, the axial slots are slightly inclined with respect to the rotation axis A by an angle called the skew angle.

L’avvolgimento elettrico 26 comprende una prima porzione che si estende all’interno delle cave 27 e una seconda porzione che si estende all’esterno delle cave 27 e che nella fattispecie è definita da due testate 28 e 29 addossate alle estremità opposte del pacco statorico 25. The electric winding 26 comprises a first portion which extends inside the slots 27 and a second portion which extends outside the slots 27 and which in this case is defined by two heads 28 and 29 leaning against the opposite ends of the stator pack 25.

Con riferimento alla figura 2, l’avvolgimento elettrico 26 comprende delle barre 30-33 conduttrici, le quali sono, in parte, disposte nelle cave 27 e, in parte, in corrispondenza delle testate 28 e 29, in cui le barre 30-33 sono collegate fra loro in modo da definire uno schema elettrico determinato di avvolgimento elettrico 26. With reference to Figure 2, the electric winding 26 comprises conductive bars 30-33, which are, in part, arranged in the slots 27 and, in part, in correspondence with the heads 28 and 29, in which the bars 30-33 they are connected to each other so as to define a determined electrical scheme of electrical winding 26.

Nella fattispecie della figura 2 è mostrato un gruppo formato da quattro barre 30, 31, 32, e 33 alloggiato all’interno di una singola cava 27. In sostanza ciascuna cava 27 è occupata da un gruppo di quattro barre 30-33. In the case of figure 2, a group consisting of four bars 30, 31, 32, and 33 housed within a single slot 27 is shown. Basically each slot 27 is occupied by a group of four bars 30-33.

Ciascuna delle barre 30, 31, 32, e 33 è avvolta da un nastro isolante ed è ulteriormente isolata dal pacco statorico 25 e dalle altre barre 30-33 da una resina impregnata nel pacco statorico 25. L’impregnazione con la resina è realizzata una volta che tutto l’avvolgimento elettrico 26 è stato completato e assemblato al pacco statorico 25. Nella figura 2, la resina e il nastro isolante sono indicati nel loro complesso con il numero di riferimento 34. Each of the bars 30, 31, 32, and 33 is wrapped by an insulating tape and is further insulated from the stator pack 25 and from the other bars 30-33 by a resin impregnated in the stator pack 25. The impregnation with the resin is carried out a once all the electrical winding 26 has been completed and assembled to the stator pack 25. In Figure 2, the resin and the insulating tape are indicated as a whole with the reference number 34.

Con riferimento alla figura 1, il pacco statorico 25 è disposto in battuta contro gli spallamenti 11 e 16 rispettivamente dei semigusci 6 e 7 ed è serrato fra i semigusci 6, 7, i quali sono assemblati per mezzo di tiranti 35 paralleli all’asse A di rotazione. With reference to Figure 1, the stator pack 25 is arranged against the shoulders 11 and 16 respectively of the half-shells 6 and 7 and is clamped between the half-shells 6, 7, which are assembled by means of tie rods 35 parallel to the axis A of rotation.

Con riferimento alla figura 2, il pacco statorico 25 presenta una forma sostanzialmente cilindrica, una superficie esterna 36 intervallata da scanalature 37 di alloggiamento dei tiranti 35, e una superficie interna 38 interrotta dalle dodici cave 27. Si intende che il numero di cave 27 è un parametro progettuale e a parità di altre caratteristiche il numero di cave 27 è generalmente prescelto fra un multiplo di tre. With reference to Figure 2, the stator pack 25 has a substantially cylindrical shape, an external surface 36 interspersed with grooves 37 for housing the tie rods 35, and an internal surface 38 interrupted by the twelve slots 27. It is understood that the number of slots 27 is a design parameter and other characteristics being equal, the number of slots 27 is generally selected from a multiple of three.

Ciascuna cava 27 è delimitata da due facce laterali 39 piane, opposte, e convergenti verso l’asse A di rotazione; una faccia di fondo 40 raccordata alle facce laterali 39; un’apertura 41 verso l’asse A di rotazione e verso la quale sono raccordate le facce laterali 39. Due cave 27 adiacenti sono separate l’una dall’altra da un setto 42 che si espande in corrispondenza dell’apertura 41 in una cosiddetta espansione polare 43. Each groove 27 is delimited by two side faces 39 flat, opposite, and converging towards the rotation axis A; a bottom face 40 connected to the side faces 39; an opening 41 towards the rotation axis A and towards which the lateral faces 39 are connected. Two adjacent hollows 27 are separated from each other by a partition 42 which expands at the opening 41 in a so-called polar expansion 43.

Con riferimento alla figura 2, ciascuna cava 27 ha una sezione trasversale sostanzialmente a forma di trapezio isoscele, in cui la faccia di fondo 40, sebbene leggermente arcuata, rappresenta la base maggiore, l’apertura 41 definisce in sostanza la base minore, e le facce laterali 39 definiscono i lati inclinati del trapezio isoscele. With reference to Figure 2, each hollow 27 has a cross section substantially in the shape of an isosceles trapezoid, in which the bottom face 40, although slightly arched, represents the major base, the opening 41 essentially defines the minor base, and the lateral faces 39 define the inclined sides of the isosceles trapezoid.

Le barre 30, 31, 32, e 33 di uno stesso gruppo di barre disposto in una cava 27 hanno rispettive sezioni trasversali di forma e di dimensioni diverse fra loro. The bars 30, 31, 32, and 33 of the same group of bars arranged in a hollow 27 have respective cross sections of different shapes and sizes.

In maggiore dettaglio, la barra 30 ha una faccia 30A affacciata alla faccia di fondo 40, una faccia 30B, e due facce inclinate 30C. La barra 30 si caratterizza per una forma appiattita: l’altezza della barra 30 misurata in direzione radiale, ossia l’altezza della sezione trasversale della barra 30, è sensibilmente inferiore alla larghezza della faccia 30A e addirittura inferiore alla metà della larghezza della faccia 30A. In greater detail, the bar 30 has a face 30A facing the bottom face 40, a face 30B, and two inclined faces 30C. The bar 30 is characterized by a flattened shape: the height of the bar 30 measured in the radial direction, i.e. the height of the cross section of the bar 30, is significantly lower than the width of the face 30A and even less than half the width of the face 30A .

La barra 31 ha una faccia 31A affacciata alla faccia 30B; una faccia 31B e due facce inclinate 31C. La barra 31 ha un aspetto più robusto rispetto alla barra 30 e presenta un’altezza maggiore dell’altezza della barra 30. The bar 31 has a face 31A facing the face 30B; one face 31B and two inclined faces 31C. Bar 31 has a more robust appearance than bar 30 and has a height greater than the height of bar 30.

La barra 32 ha una faccia 32A affacciata alla faccia 31B; una faccia 32B e due facce inclinate 32C. La barra 32 ha un aspetto più robusto rispetto alla barra 31 e presenta un’altezza (misurata in direzione radiale) maggiore dell’altezza della barra 31. The bar 32 has a face 32A facing the face 31B; one face 32B and two inclined faces 32C. Bar 32 has a more robust appearance than bar 31 and has a height (measured in the radial direction) greater than the height of bar 31.

La barra 33 ha una faccia 33A affacciata alla faccia 32B; una faccia 33B affacciata all’apertura 41 e due facce inclinate 33C. La barra 33 ha un aspetto particolarmente allungato: l’altezza in direzione radiale è maggiore di metà larghezza della faccia 33A e maggiore dell’altezza della barra 32. The bar 33 has a face 33A facing the face 32B; one face 33B facing the opening 41 and two inclined faces 33C. The bar 33 has a particularly elongated appearance: the height in the radial direction is greater than half the width of the face 33A and greater than the height of the bar 32.

In generale, le barre 30, 31, 32, e 33 presentano un’altezza crescente a partire dalla faccia di fondo 40 verso l’apertura 41, e ,nello stesso tempo, presentano una larghezza media decrescente a partire dalla faccia di fondo 40 verso l’apertura 41. In general, the bars 30, 31, 32, and 33 have an increasing height starting from the bottom face 40 towards the opening 41, and, at the same time, have a decreasing average width starting from the bottom face 40 towards opening 41.

Il dimensionamento delle barre 30-33 di ciascun gruppo permette sostanzialmente di mantenere allineate le facce inclinate 30C, 31C, 32C e 33C e di definire in questo modo per ciascun gruppo di barre 30, 31, 32, e 33 una sezione trasversale omomorfa e sostanzialmente complementare alla sezione trasversale della cava 27. The sizing of the bars 30-33 of each group substantially allows to keep the inclined faces 30C, 31C, 32C and 33C aligned and to define in this way for each group of bars 30, 31, 32, and 33 a homomorphic and substantially complementary to the cross section of the slot 27.

In particolare, le facce inclinate 30C, 31C, 32C, 33C di ciascuna barra 30-33 sono affacciate e parallele a una rispettiva faccia laterale 39 della cava 27. In particular, the inclined faces 30C, 31C, 32C, 33C of each bar 30-33 face and parallel to a respective side face 39 of the slot 27.

Inoltre, la faccia 30A è parallela alla faccia di fondo 40, mentre le facce 31A, 32A, 33A, e le facce 30B, 31B, 32B, 33B, di ciascuna barra 30-33, sono parallele fra loro. Furthermore, the face 30A is parallel to the bottom face 40, while the faces 31A, 32A, 33A, and the faces 30B, 31B, 32B, 33B, of each bar 30-33, are parallel to each other.

L’unica differenza fra la sezione trasversale del gruppo di barre 30-33 e la sezione trasversale della cava 27 è determinata dall’inevitabile presenza del materiale isolante 34 che deve essere interposto fra le barre 30-33 e le facce inclinate e la faccia di fondo 40 della cava 27 e che, comunque, l’interstizio occupato dal materiale isolante è dell’ordine dei decimi di millimetro essendo la figura 2 in scala molto ingrandita. La forma delle barre 30-33 e la loro disposizione nella cava 27 permettono di realizzare un riempimento della cava 27 di molto superiore alla tecnica nota, con valori fino al 95% che garantisce un rendimento elevatissimo della macchina 1 elettrica. The only difference between the cross section of the group of bars 30-33 and the cross section of the slot 27 is determined by the inevitable presence of the insulating material 34 which must be interposed between the bars 30-33 and the inclined faces and the bottom 40 of the groove 27 and that, in any case, the interstice occupied by the insulating material is of the order of tenths of a millimeter since Figure 2 is on a greatly enlarged scale. The shape of the bars 30-33 and their arrangement in the groove 27 allow to realize a filling of the groove 27 much higher than the known technique, with values up to 95% which guarantees a very high efficiency of the electric machine 1.

Secondo la forma di attuazione illustrata nelle figure 3-9, ciascuna barra 30-33 è costituita da due semibarre 44a e 44b tra loro identiche, meccanicamente indipendenti (cioè meccanicamente separabili) e sovrapposte. Ciascuna semibarra 44 presenta una superficie 45 interna, la quale è rivolta verso l’altra semibarra 44 ed è disposta a contatto della corrispondente superficie 45 interna dell’altra semibarra 44. Tra le due semibarre 44 (cioè tra le superfici 45 interne delle due semibarre 44) è interposto uno strato 46 isolante che interessa una porzione centrale delle semibarre 44 lasciando scoperte, cioè non isolate, due porzioni di estremità delle semibarre 44. Di conseguenza, le due semibarre 44 (cioè le superfici 45 interne delle due semibarre 44) sono elettricamente a contatto reciproco solo in corrispondenza delle proprie estremità mentre centralmente sono elettricamente isolate una rispetto all’altra; in questo modo le due semibarre 44 definiscono un circuito elettrico chiuso (meglio illustrato nello schema della figura 10) all’interno di ciascuna barra 30-33. According to the embodiment illustrated in Figures 3-9, each bar 30-33 consists of two half-bars 44a and 44b which are identical to each other, mechanically independent (i.e. mechanically separable) and superimposed. Each half-bar 44 has an internal surface 45, which faces the other half-bar 44 and is arranged in contact with the corresponding internal surface 45 of the other half-bar 44. Between the two half-bars 44 (ie between the internal surfaces 45 of the two half-bars 44) an insulating layer 46 is interposed which affects a central portion of the half-bars 44, leaving two end portions of the half-bars 44 uncovered, i.e. not insulated. Consequently, the two half-bars 44 (i.e. the internal surfaces 45 of the two half-bars 44) are electrically in mutual contact only at their ends while centrally they are electrically isolated from each other; in this way the two half-bars 44 define a closed electrical circuit (better illustrated in the diagram of Figure 10) within each bar 30-33.

Preferibilmente, lo strato 46 isolante è costituito da una vernice isolante che viene applicata alla porzione centrale di ciascuna superficie 45 interna; quindi lo strato 46 isolante è costituito da una metà applicata alla superficie 45 interna di una semibarra 44 e da un'altra metà applicata alla superficie 45 interna dell’altra semibarra 44. In alternativa, lo strato 46 isolante è costituito da una vernice isolante che viene applicata alla porzione centrale della superficie 45 interna di una sola semibarra 44. Preferably, the insulating layer 46 consists of an insulating paint which is applied to the central portion of each internal surface 45; therefore the insulating layer 46 is constituted by a half applied to the internal surface 45 of a half-bar 44 and by another half applied to the internal surface 45 of the other half-bar 44. Alternatively, the insulating layer 46 is constituted by an insulating paint which it is applied to the central portion of the internal surface 45 of a single half-bar 44.

Centralmente, ciascuna semibarra 44 presenta una torsione 47, la quale divide la semibarra 44 in due metà e determina una inversione della posizione della superficie 45 interna; in altre parole, come ben illustrato nelle figure 5 e 6 in ciascuna semibarra 44 la superficie 45 interna è rivolta per metà verso l’alto e per la restante metà verso il basso in modo complementare (cioè quando la superficie 45 interna di una semibarra 44 è rivolta verso il basso la superficie 45 interna dell’altra semibarra 44 è rivolta verso l’alto e viceversa in modo tale che le due superfici 45 interne siano sempre reciprocamente affacciate una all’altra). La torsione 47 di ciascun semibarra 44 è in sostanza un “attorcigliamento” di 180° della semibarra 44 attorno ad un asse longitudinale della semibarra 44 ed uno sfalsamento lungo una direzione perpendicolare all’asse longitudinale (cioè le due metà di ciascun semibarra 44 non sono coassiali, ma sono trasversalmente sfalsate una rispetto all’altra). Centrally, each half-bar 44 has a twist 47, which divides the half-bar 44 into two halves and causes an inversion of the position of the internal surface 45; in other words, as well illustrated in Figures 5 and 6 in each half-bar 44 the internal surface 45 is half turned upwards and the remaining half towards the bottom in a complementary way (i.e. when the internal surface 45 of a half-bar 44 the internal surface 45 of the other half-bar 44 is facing downwards and vice versa in such a way that the two internal surfaces 45 are always facing each other. The torsion 47 of each half-bar 44 is essentially a 180 ° "twisting" of the half-bar 44 around a longitudinal axis of the half-bar 44 and an offset along a direction perpendicular to the longitudinal axis (i.e. the two halves of each half-bar 44 are not coaxial, but they are transversely offset from each other).

Per effetto delle due torsioni 47, come illustrato nella figura 10 il circuito elettrico chiuso definito all’interno di ciascuna barra 30-33 dalle due semibarre 44 non ha la forma di un cerchio, ma ha la forma di un “otto”. Per effetto di tale forma ad “otto” del circuito elettrico chiuso definito all’interno di ciascuna barra 30-33 dalle due semibarre 44 sovrapposte, la differenza di potenziale generata per effetto del movimento del campo magnetico prodotto dal rotore 4 in una metà della barra 30-33 presenta una stessa intensità ed un verso opposto rispetto alla differenza di potenziale generata per effetto del movimento del campo magnetico prodotto dal rotore 4 nell’altra metà della barra 30-33; di conseguenza, lungo tutto il circuito elettrico chiuso definito in ciascuna barra 30-33 la differenza di potenziale complessiva generata per effetto del movimento del campo magnetico prodotto dal rotore 4 è nulla e quindi non si verifica la circolazione all’interno della barra 30-33 di nessuna corrente parassita che interessa tutta la barra 30-33 stessa. Due to the effect of the two twists 47, as shown in Figure 10, the closed electrical circuit defined within each bar 30-33 by the two half-bars 44 does not have the shape of a circle, but has the shape of an "eight". As a result of this "eight" shape of the closed electric circuit defined inside each bar 30-33 by the two overlapping half bars 44, the potential difference generated by the movement of the magnetic field produced by the rotor 4 in one half of the bar 30-33 has the same intensity and an opposite direction with respect to the potential difference generated by the effect of the movement of the magnetic field produced by the rotor 4 in the other half of the bar 30-33; consequently, along the entire closed electric circuit defined in each bar 30-33 the overall potential difference generated by the effect of the movement of the magnetic field produced by the rotor 4 is zero and therefore there is no circulation inside the bar 30-33 of no eddy current affecting the whole bar 30-33 itself.

Prove sperimentali hanno mostrato che una barra 30-33 realizzata come illustrato nelle figure 3-9 a parità di altre condizioni presenta delle perdite per effetto Joule generate da correnti parassite del 75% inferiori rispetto ad una analoga barra 30-33 massiccia. Experimental tests have shown that a bar 30-33 made as illustrated in Figures 3-9, other conditions being equal, has losses due to the Joule effect generated by eddy currents that are 75% lower than a similar massive bar 30-33.

E’ importante osservare che lo strato 46 isolante è molto sottile, in quanto non deve sopportare differenze di potenziale elevate (cioè dell’ordine delle differenze di potenziale che esistono tra le diverse barre 30-33 che possono essere anche di diverse decine di Volt), ma deve sopportare differenze di potenziale molto ridotte (dell’ordine di decimi di Volt) generate unicamente dal movimento del campo magnetico prodotto dal rotore 4 rispetto alle barre 30-33. Inoltre, lo strato 46 isolante può essere molto sottile anche perché se lo strato 46 isolante stesso presenta localmente una imperfezione, tale imperfezione non provoca un cortocircuito potenzialmente distruttivo (come invece accade per l’isolamento che circonda ciascuna barra 30-33), ma unicamente provoca un modesto incremento delle perdite per effetto Joule generate da correnti parassite. Di conseguenza, essendo lo strato 46 isolante molto sottile, il volume occupato dallo strato 46 isolante è trascurabile e lo strato 46 isolante non ha un effetto negativo apprezzabile nel coefficiente di riempimento delle cave. It is important to note that the insulating layer 46 is very thin, as it does not have to withstand high potential differences (i.e. of the order of the potential differences that exist between the different bars 30-33 which can even be several tens of Volts) , but must withstand very small potential differences (of the order of tenths of a Volt) generated solely by the movement of the magnetic field produced by the rotor 4 with respect to the bars 30-33. Furthermore, the insulating layer 46 can be very thin also because if the insulating layer 46 itself has an imperfection locally, this imperfection does not cause a potentially destructive short-circuit (as instead happens for the insulation surrounding each bar 30-33), but only causes a modest increase in losses due to the Joule effect generated by eddy currents. Consequently, since the insulating layer 46 is very thin, the volume occupied by the insulating layer 46 is negligible and the insulating layer 46 has no appreciable negative effect in the filling coefficient of the cavities.

Secondo una alternativa forma di attuazione illustrata nella figura 11, ciascuna barra 30-33 è costituita da tre semibarre 44a, 44b e 44c tra loro sovrapposte. Aumentando il numero di semibarre 44 componenti ciascun barra 30-33 è possibile ridurre ulteriormente le perdite per effetto Joule generate da correnti parassite, ma per contro si aumenta la complessità nella realizzazione delle semibarre 44 e nell’assemblaggio delle semibarre 44 stesse. According to an alternative embodiment illustrated in Figure 11, each bar 30-33 consists of three half-bars 44a, 44b and 44c superimposed on each other. By increasing the number of half-bars 44 components of each bar 30-33 it is possible to further reduce the losses due to the Joule effect generated by eddy currents, but on the other hand, the complexity in the realization of the half-bars 44 and in the assembly of the half-bars 44 themselves is increased.

La presente invenzione è particolarmente vantaggiosa per il fatto di permettere di avere perdite per effetto Joule generate da correnti parassite che circolano nelle barre 30-33 molto contenute pur inserendo in ciascuna cava 27 un ridotto numero di barre 30-33 di sezione unitaria elevata. In questo modo è possibile sia ottenere un coefficiente di riempimento delle cave molto elevato (con valori fino al 95%), sia ottenere perdite per effetto Joule generate da correnti parassite che circolano nelle barre 30-33 molto contenute. The present invention is particularly advantageous in that it allows to have losses due to the Joule effect generated by very low eddy currents circulating in the bars 30-33 while inserting in each slot 27 a small number of bars 30-33 having a high unit section. In this way it is possible both to obtain a very high filling coefficient of the slots (with values up to 95%), and to obtain losses due to the Joule effect generated by eddy currents which circulate in the bars 30-33 very low.

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I 1. Rotating electric machine (1) comprising: a rotor (4) extending along a rotation axis (A); a stator (5) provided with a stator pack (25) having slots (27); and at least one electrical winding (26) comprising groups of bars (30-33) housed at least in part inside the slots (27); the rotating electric machine (1) is characterized by the fact that: each bar (30-33) consists of at least two mechanically independent and superimposed half bars (44a, 44b); each half-bar (44) has an internal surface (45), which faces the other half-bar (44) and is arranged in contact with the corresponding internal surface (45) of the other half-bar (44); between the two half-bars (44) an insulating layer (46) is interposed which affects a central portion of the half-bars (44), leaving uncovered, i.e. not insulated, two end portions of the half-bars (44) so that the two half-bars (44 ) define a closed electric circuit inside each bar (30-33); and centrally each half-bar (44) has a twist (47), which divides the half-bar (44) into two halves and causes an inversion of the position of the internal surface (45) so that in each half-bar (44) the surface ( 45) inside is half facing up and the remaining half facing down.

Rotating electric machine (1) according to claim 1, wherein when the inner surface (45) of one half-bar (44) faces downwards, the inner surface (45) of the other half-bar (44) faces downwards. at the top and vice versa in such a way that the two internal surfaces (45) are always mutually facing each other.

Rotating electric machine (1) according to claim 1 or 2, wherein the twist (47) of each half-bar (44) is a 180 ° "twisting" of the half-bar (44) around a longitudinal axis of the half-bar (44) ) and an offset along a direction perpendicular to the longitudinal axis so that the two halves of each half-bar (44) are transversely offset with respect to each other.

Rotating electric machine (1) according to claim 1, 2 or 3, wherein the insulating layer (46) consists of an insulating paint which is applied to the central portion of at least one internal surface (45).

5. Rotating electric machine (1) according to one of claims 1 to 4, in which, due to the effect of the two twists (47), the closed electric circuit defined inside each bar (30-33) by the two half-bars (44) has the shape of an "eight".

Rotating electric machine (1) according to one of claims 1 to 5, in which the insulating layer (46) interposed between two half-bars (44) has a thickness sized to withstand only the potential differences generated by the movement of the magnetic field produced from the rotor (4) with respect to the bars (30-33).

Rotating electric machine (1) according to one of claims 1 to 6, wherein each bar (30-33) consists of three half-bars (44a, 44b, 44c) superimposed on each other.

Rotating electric machine (1) according to one of claims 1 to 7, in which the bars (30-33) of each group are shaped and coupled to each other in such a way that each group of bars (30-33) has a cross section substantially identical to the cross section of the groove (27).

Rotating electric machine (1) according to claim 8, wherein each groove (27) has a cross section in the form of an isosceles trapezoid; each group of bars (30-33) has a cross section in the form of an isosceles trapezoid complementary to the cross section of the slot (27).

Rotating electric machine (1) according to one of claims 1 to 9, wherein: each groove (27) includes a bottom face (40) and an opening (41) opposite the bottom face (40); each group of bars (30-33) includes a number of bars (30-33) arranged in succession from the bottom face (40) towards the opening (41); And the bars (30-33) of each group of bars (30-33) have an increasing height measured in a radial direction starting from the bottom face (40) towards the opening (41).

Rotating electric machine (1) according to claim 10, in which the bars (30-33) of each group of bars (30-33) have an average width measured in a decreasing tangential direction starting from the bottom face (40) towards the opening (41).