ITBO20110052A1 - Metodo di costruzione di una macchina elettrica rotante - Google Patents

Description

D E S C R I Z I O N E

“METODO DI COSTRUZIONE DI UNA MACCHINA ELETTRICA ROTANTEâ€

SETTORE DELLA TECNICA

La presente invenzione à ̈ relativa ad un metodo di costruzione di una macchina elettrica rotante.

La presente invenzione trova vantaggiosa applicazione ad una macchina elettrica rotante per autotrazione cui la descrizione che segue farà esplicito riferimento senza per questo perdere di generalità.

ARTE ANTERIORE

Nei veicoli stradali sta prendendo sempre più piede la trazione elettrica in abbinamento alla tradizionale trazione termica per realizzare una trazione ibrida.

Per potere integrare una macchina elettrica in un veicolo stradale à ̈ necessario prevedere un adeguato sistema di raffreddamento dedicato alla macchina elettrica per evitare che la macchina elettrica si surriscaldi ed in particolare per evitare che l’isolamento dei conduttori che costituiscono l’avvolgimento statorico superi la massima temperatura consentita (la fusione anche parziale dell’isolamento dei conduttori che costituiscono l’avvolgimento statorico ha un effetto distruttivo).

La domanda di brevetto DE102008049226A1 descrive un sistema di raffreddamento di una macchina elettrica di un veicolo; il sistema di raffreddamento comprende un involucro esterno che racchiude al suo interno la carcassa della macchina elettrica definendo attorno alla carcassa una camera di raffreddamento anulare attraverso la quale viene fatto circolare un fluido di raffreddamento (tipicamente acqua). Il sistema di raffreddamento descritto nella domanda di brevetto DE102008049226A1 presenta alcuni inconvenienti, in quanto non à ̈ di semplice montaggio attorno alla carcassa della macchina elettrica e non presenta delle prestazioni termiche particolarmente elevate (ovvero presenta una quantità di calore smaltita per unità di volume di fluido circolato relativamente basso).

Normalmente, la carcassa di una macchina elettrica à ̈ divisa in due parti tra loro unite mediante dei tiranti. Tipicamente, la carcassa di una macchina elettrica à ̈ costituita da un contenitore cilindrico a tazza che presenta una estremità aperta e da un coperchio che viene appoggiato di testa al contenitore cilindrico per chiudere l’estremità aperta. Ciascun tirante comprende una vite disposta assialmente che presenta una testa appoggiata ad una parete di una parte della carcassa, ed un dado che à ̈ avvitato nella vite ed appoggia ad una parete dell’altra parte della carcassa. I dadi dei tiranti che fissano le due parti della carcassa vengono avvitati mediante una chiave dinamometrica per presentare tutti una stessa forza di avvitamento. Tuttavia, l’utilizzo della chiave dinamometrica per avvitare i dadi non tiene conto dell’influenza dell’attrito dei singoli dadi che può variare in modo anche molto rilevante da dado a dado; di conseguenza, una serie di tiranti che sono stati tutti chiusi con una stessa forza di avvitamento possono in realtà esercitare delle forze di serraggio anche considerevolmente diverse sulle due parti della carcassa da tenere unite. Quindi l’utilizzo della chiave dinamometrica per avvitare i dadi non permette di ottenere una sufficiente uniformità delle forze di serraggio esercitate dai singoli tiranti sulle due parti della carcassa da tenere unite.

DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE

Scopo della presente invenzione à ̈ di fornire un metodo di costruzione di una macchina elettrica rotante che sia privo degli inconvenienti sopra descritti e sia nel contempo di facile ed economica realizzazione.

Secondo la presente invenzione viene fornito un metodo di costruzione di una macchina elettrica rotante secondo quanto rivendicato dalle rivendicazioni allegate.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:

· la figura 1 Ã ̈ una vista schematica, in sezione longitudinale e con parti asportate per chiarezza di una macchina elettrica rotante per autotrazione;

· la figura 2 Ã ̈ una vista prospettica di una carcassa della macchina elettrica della figura 1;

· la figura 3 Ã ̈ una vista frontale della carcassa della figura 2;

· la figura 4 Ã ̈ una sezione longitudinale secondo la linea IV-IV della carcassa della figura 2;

· la figura 5 Ã ̈ una sezione longitudinale secondo la linea V-V della carcassa della figura 2;

· la figura 6 Ã ̈ una vista prospettica esplosa della carcassa della figura 2;

· figura 7 Ã ̈ una sezione longitudinale esplosa secondo la linea V-V della carcassa della figura 2;

· la figura 8 Ã ̈ una vista laterale di un guscio interno della carcassa della figura 2; e

· la figura 9 Ã ̈ una vista schematica di una stazione di montaggio della macchina elettrica della figura 1 in cui vengono stretti dei tiranti della carcassa.

FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL’INVENZIONE

Nella figura 1, con il numero 1 à ̈ indicata nel suo complesso una macchina elettrica sincrona per autotrazione di tipo reversibile (cioà ̈ che può funzionare sia come motore elettrico assorbendo energia elettrica e generando un coppia meccanica motrice, sia come generatore elettrico assorbendo energia meccanica e generando energia elettrica). La macchina 1 elettrica comprende un albero 2, il quale à ̈ montato girevole per ruotare attorno ad un asse 3 di rotazione centrale, un rotore 4 a magneti permanenti di forma cilindrica e calettato all’albero 2 per ruotare assieme all’albero 2 stesso, ed uno statore 5 di forma tubolare cilindrica disposto attorno al rotore 4 per racchiudere al proprio interno il rotore 4 stesso. Lo statore 5 à ̈ inserito all’interno di una carcassa 6 cilindrica che à ̈ centralmente forata per permettere la fuoriuscita di una estremità dell’albero 2 ed alloggia una coppia di cuscinetti 7 che supportano in modo girevole l’albero 2.

Il rotore 4 comprende un nucleo 8 magnetico di forma cilindrica che à ̈ costituito da una serie di lamierini serrati a pacco ed una pluralità di poli magnetici costituiti da magneti permanenti (non illustrati) che sono annegati all’interno del nucleo 8 magnetico. Lo statore 5 comprende un nucleo 9 magnetico di forma toroidale che à ̈ costituito da una serie di lamierini serrati a pacco e degli avvolgimenti 10 statorici trifase che sono parzialmente disposti all’interno di corrispondenti cave assiali ricavate all’interno del nucleo 9 magnetico.

Secondo quanto illustrato nelle figure 6 e 7, la carcassa 6 à ̈ composta da un guscio 11 esterno che à ̈ di forma cilindrica ed à ̈ conformato a tazza (ovvero presenta una estremità aperta), e da un guscio 12 interno, che à ̈ di forma cilindrica, à ̈ conformato a tazza (ovvero presenta una estremità aperta), contiene al proprio interno lo statore 5 ed à ̈ inserito all’interno del guscio 11 esterno per definire, assieme al guscio 11 esterno, un corpo cilindrico chiuso da entrambi i lati.

Il guscio 11 esterno presenta una parete 13 laterale cilindrica che costituisce una parete laterale esterna della carcassa 6, una parete 14 di base di forma circolare che costituisce una parete di base della carcassa 6, ed una apertura 15 circolare che à ̈ opposta alla parete 14 di base ed attraverso la quale il guscio 12 interno viene infilato dentro al guscio 11 esterno. Il guscio 12 interno presenta una parete 16 laterale cilindrica che costituisce una parete laterale interna della carcassa 6, una parete 17 di base di forma circolare che costituisce una parete di base della carcassa 6 ed à ̈ parallela ed opposta alla parete 14 di base del guscio 11 esterno, ed un apertura 18 circolare che à ̈ opposta alla parete 17 di base ed attraverso la quale lo statore 5 viene infilato dentro al guscio 12 interno.

La parete 14 di base del guscio 11 esterno presenta centralmente una sede 19 per alloggiare un cuscinetto 7 che viene inserito a forza (tipicamente a freddo) all’interno della sede 19 stessa. Analogamente la parete 17 di base del guscio 12 interno presenta centralmente una sede 20 per alloggiare un cuscinetto 7 che viene inserito a forza (tipicamente a freddo) all’interno della sede 20 stessa; la parete 17 di base del guscio 12 interno presenta anche un foro centrale passante che à ̈ disposto coassialmente e di fianco alla sede 20 ed attraverso il quale l’albero 2 fuoriesce dalla carcassa 6.

Secondo quanto illustrato nelle figure 4, 5 e 6, tra il guscio 11 esterno ed il guscio 12 interno à ̈ definito un circuito 21 di raffreddamento che si sviluppa a spirale (come meglio illustrato nella figura 6) tra una apertura 22 di ingresso ed una apertura 23 di uscita entrambe ricavate attraverso la parete 13 laterale del guscio 11 esterno. In altre parole, il circuito 21 di raffreddamento comprende un percorso a spirale che si sviluppa all’interno della carcassa 6 (ovvero tra la parete 13 laterale del guscio 11 esterno e la parete 16 laterale del guscio 12 interno) e collega tra loro l’apertura 22 di ingresso e l’apertura 23 di uscita. Secondo una preferita forma di attuazione, l’apertura 22 di ingresso e l’apertura 23 di uscita sono disposte tra loro affiancate attraverso la parete 13 laterale del guscio 11 esterno; in questo modo risulta più semplice collegare idraulicamente il circuito 21 di raffreddamento ad un circuito di circolazione esterno che fa circolare un fluido di raffreddamento attraverso il circuito 21 di raffreddamento.

Secondo una preferita forma di attuazione illustrata nelle figure allegate, il circuito 21 di raffreddamento à ̈ delimitato da pareti 24 di delimitazione che si elevano radialmente verso l’esterno dalla parete 16 laterale del guscio 12 interno e si appoggiano (con una certa pressione per garantire un minimo di tenuta) alla parete 13 laterale del guscio 11 esterno. In alternativa, le pareti 24 di delimitazione si possono elevare radialmente verso l’interno dalla parete 13 laterale del guscio 11 esterno e si appoggiano (con una certa pressione per garantire un minimo di tenuta) alla parete 16 laterale del guscio 12 interno. E’ importante osservare che la tenuta tra le pareti 24 di delimitazione non deve essere stagna, in quanto trafilamenti di liquido di raffreddamento attraverso una parete 24 di delimitazione non hanno alcun impatto negativo apprezzabile sulla funzionalità del circuito 21 di raffreddamento.

Alle estremità opposte del circuito 21 di raffreddamento sono disposte guarnizioni di tenuta anulari (tipicamente degli “O-ring†) che vengono inseriti in apposite sedi 25 anulari per garantire la tenuta stagna del circuito 21 di raffreddamento verso l’esterno, ovvero per evitare trafilamenti di liquido di raffreddamento dal circuito 21 di raffreddamento verso l’esterno (questa tenuta stagna à ̈ essenziale per la corretta funzionalità del circuito 21 di raffreddamento).

Secondo quanto illustrato nella figura 1, lo statore 5 (o meglio il nucleo 9 magnetico dello statore 5) à ̈ serrato a pacco tra i due gusci 11 e 12 e presenta una estremità che appoggia ad uno spallamento 26 anulare del guscio 11 esterno ed una estremità opposta che appoggia ad uno spallamento 27 anulare del guscio 12 interno. In altre parole, lo statore 5 (o meglio il nucleo 9 magnetico dello statore 5) à ̈ “pinzato†tra lo spallamento 26 anulare del guscio 11 esterno e lo spallamento 27 anulare del guscio 12 interno. In questo modo, lo statore 5 (o meglio il nucleo 9 magnetico dello statore 5) viene contenuto assialmente dalla carcassa 6 in modo estremamente efficace. Preferibilmente, lo spallamento 26 anulare del guscio 11 esterno costituisce un prolungamento assiale di parte della parete 14 di base del guscio 11 esterno e lo spallamento 27 anulare del guscio 12 interno costituisce un prolungamento assiale di parte della parete 17 di base del guscio 12 interno.

Il rotore 4 (o meglio il nucleo 8 magnetico del rotore 4) à ̈ solidale (rigidamente vincolato) all’albero 2 e non può compiere alcun tipo di spostamento rispetto all’albero 2 (né in direzione radiale, né in direzione assiale), quindi il supporto del rotore 4 viene realizzato contestualmente al supporto dell’albero 2. L’albero 2 à ̈ supportato mediante i due cuscinetti 7 che sono di tipo “reggi-spinta†e, una volta inseriti all’interno delle corrispondenti sedi 19 e 20, vengono bloccati assialmente mediante opportuni elementi di bloccaggio noti per evitare indesiderati movimento assiali.

Secondo quanto illustrato nella figura 1, per mantenere i due gusci 11 e 12 tra loro uniti, la carcassa 6 comprende una pluralità di tiranti 28 che sono disposti assialmente e serrano tra loro i due gusci 11 e 12. Ciascun tirante 28 comprende una vite 29 allungata che presenta una testa 30 appoggiata alla parete 17 di base del guscio 12 interno, ed un dado 31 che à ̈ avvitato nella vite 29 ed appoggia alla parete 14 di base del guscio 11 esterno (ovviamente potrebbe essere viceversa, ovvero la testa 30 della vite 29 essere appoggiata alla parete 14 di base del guscio 11 esterno ed il dado 31 essere appoggiato alla parete 17 di base del guscio 12 interno). Secondo quanto illustrato nelle figure 5 e 7, la parete 14 di base del guscio 11 e la parete 17 di base del guscio 12 interno presentano una serie di fori 32 passanti tra loro assialmente allineati a due a due attraverso i quali vengono fatte passare le viti 29.

La carcassa 6 della macchina 1 elettrica sopra descritta presenta numerosi vantaggi.

In primo luogo, la carcassa 6 della macchina 1 elettrica sopra descritta à ̈ di semplice ed economica realizzazione, in quanto à ̈ composta unicamente da due parti (i due gusci 11 e 12), ciascuna delle quali può essere facilmente realizzata in un unico pezzo mediante un processo di presso-fusione che richiede uno stampo divisibile in solo due componenti.

Inoltre, il circuito 21 di raffreddamento viene ottenuto dalla semplice compenetrazione reciproca dei due gusci 11 e 12 senza ulteriori lavorazioni. E’ importante osservare che il circuito 21 di raffreddamento non à ̈ solo di semplicissima realizzazione, ma à ̈ anche molto efficace nel raffreddare la macchina 1 elettrica in quanto permette di fare circolare il fluido di raffreddamento tutto attorno alla carcassa 6 avvolgendo completamento lo statore 5.

Secondo una preferita forma di attuazione illustrata nella figura 9, i tiranti 28 della carcassa 6 vengono stretti avvitando i dadi 31 in una stazione di 33 costruzione provvista di un misuratore 34 di distanza di precisione che misura di volta in volta la lunghezza assiale del tirante 28 che viene serrato (ovvero che viene stretto). Il misuratore 34 di distanza comprende due tastatori 35 a punta che vengono appoggiati e mantenuti premuti contro le due estremità opposte del tirante 28 che viene serrato; quindi, il misuratore 34 di distanza misura in continuo la distanza esistente tra le punte dei due tastatori 35 a punta (corrispondente alla lunghezza assiale del relativo tirante 28).

Durante l’avvitamento con forza del dado 31 del tirante 28 che viene serrato il misuratore 34 di distanza misura la lunghezza assiale del tirante 28 stesso, e l’avvitamento con forza del dado 31 del tirante 28 che viene serrato viene terminato quando il tirante 28 stesso ha raggiunto un allungamento desiderato per effetto dell’avvitamento con forza. In altre parole, mano a mano che il dado 31 del tirante 28 viene stretto, il tirante 28 si allunga per effetto della forza assiale che viene applicata e la funzione del misuratore 34 di distanza à ̈ di misurare l’allungamento del tirante 28. Infatti, l’avvitamento con forza del dado 31 di ciascun tirante 28 viene terminato quando il tirante 28 stesso ha raggiunto un allungamento desiderato per effetto dell’avvitamento con forza del dado 31.

Secondo una preferita forma di attuazione, nella stazione di 33 costruzione la macchina 1 elettrica à ̈ montata girevole attorno all’asse 3 di rotazione centrale in prossimità di un singolo misuratore 34 di distanza; in questo modo, la macchina 1 elettrica viene ruotata attorno all’asse 3 di rotazione centrale per disporre di volta in volta il tirante 28 da tirare in corrispondenza dei tastatori 35 a punta del misuratore 34 di distanza. Preferibilmente, la macchina 1 elettrica viene sostenuta vincolando ad un banco di lavoro due estremità opposte dell’albero 2 mediante due corrispondenti punte 36 di sostegno che penetrano in fori ciechi dell’albero 2 stesso; in questo modo, à ̈ possibile mantenere fermo l’albero 2 e fare ruotare, quando necessario, tutto il resto della macchina 1 elettrica rispetto all’albero 2 ed attorno all’asse 3 di rotazione.

Il metodo di costruzione sopra descritto presenta numerosi vantaggi.

In primo luogo, il metodo di costruzione sopra descritto à ̈ di semplice ed economica realizzazione, in quanto, rispetto ad un metodo di costruzione convenzione, richiede unicamente l’utilizzo addizionale del misuratore 34 di distanza che à ̈ facilmente reperibile in commercio.

Inoltre, il metodo di costruzione sopra descritto permette di ottenere una elevata uniformità nella chiusura (serraggio) dei tiranti 28, in quanto tutti i tiranti 28 vengono chiusi (serrati) per presentare uno stesso allungamento. Infatti, l’allungamento dei tiranti 28 dipende direttamente ed unicamente dalla forza di chiusura (serraggio) esercitata dai tiranti 28 ed à ̈ completamente indipendente dall’attrito dei dadi 31. In altre parole, i tiranti 28 che vengono tirati per presentare tutti uno stesso allungamento presentano anche una stessa forza di serraggio dei due gusci 11 e 12; quindi in questo modo à ̈ possibile ottenere una elevata uniformità e ripetibilità del serraggio a pacco dei due gusci 11 e 12.

Claims (6)

1. R I V E N D I C A Z I O N I 1) Metodo di costruzione di una macchina (1) elettrica rotante; il metodo di costruzione comprende le fasi di: disporre un albero (2) montato girevole, un rotore (4) portato dall’albero (2), ed uno statore (5) disposto attorno al rotore (4) tra due elementi (11, 12) costituenti una carcassa (6) cilindrica; unire tra loro i due elementi (11, 12) della carcassa (6) mediante una pluralità di tiranti (28) dotati di corrispondenti dadi (31) avvitati; e serrare tra loro i due elementi (11, 12) della carcassa (6) avvitando i dadi (31) dei tiranti (28); il metodo di costruzione à ̈ caratterizzato dal fatto di comprendere le ulteriori fasi di: misurare la lunghezza assiale di ciascun tirante (28) durante l’avvitamento con forza del corrispondente dado (31); e terminare l’avvitamento con forza del dado (31) di ciascun tirante (28) quando il tirante (28) stesso ha raggiunto un allungamento desiderato per effetto dell’avvitamento con forza.
2. 2) Metodo di costruzione secondo la rivendicazione 1 e comprendente l’ulteriore fase di appoggiare alle due estremità opposte del tirante (28) che viene tirato due tastatori (35) a punta di un misuratore (34) di distanza che misura in continuo la distanza esistente tra i due tastatori (35) a punta.
3. 3) Metodo di costruzione secondo la rivendicazione 2 e comprendente le ulteriori fasi di: montare la macchina (1) elettrica girevole attorno ad un asse (3) di rotazione centrale in prossimità di un singolo misuratore (34) di distanza; e ruotare la macchina (1) elettrica attorno all’asse (3) di rotazione centrale per disporre di volta in volta il tirante (28) da tirare in corrispondenza dei tastatori (35) a punta del misuratore (34) di distanza.
4. 4) Metodo di costruzione secondo la rivendicazione 3 e comprendente l’ulteriore fase di sostenere la macchina (1) elettrica vincolando ad un banco di lavoro due estremità opposte dell’albero (2).
5. 5) Metodo di costruzione secondo la rivendicazione 3 e comprendente l’ulteriore fase di mantenere fermo l’albero (2) e fare ruotare, quando necessario, tutto il resto della macchina (1) elettrica rispetto all’albero (2).
6. 6) Stazione (33) di costruzione di una macchina (1) elettrica rotante; la stazione (33) di costruzione comprende: un banco di lavoro in cui un albero (2) montato girevole, un rotore (4) portato dall’albero (2), ed uno statore (5) disposto attorno al rotore (4) vengono disposti tra due elementi (11, 12) costituenti una carcassa (6) cilindrica; ed un dispositivo di serraggio per serrare tra loro i due elementi (11, 12) della carcassa (6) avvitando dei dadi (31) di tiranti (28) che uniscono tra loro i due elementi (11, 12) della carcassa (6); la stazione (33) di costruzione à ̈ caratterizzato dal fatto di comprendere un misuratore (34) di distanza che misura la lunghezza assiale di ciascun tirante (28) durante l’avvitamento con forza del corrispondente dado (31) in modo tale da terminare l’avvitamento con forza del dado (31) di ciascun tirante (28) quando il tirante (28) stesso ha raggiunto un allungamento desiderato per effetto dell’avvitamento con forza.