ITBO20120682A1 - Macchina elettrica - Google Patents

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ITBO20120682A1
ITBO20120682A1 IT000682A ITBO20120682A ITBO20120682A1 IT BO20120682 A1 ITBO20120682 A1 IT BO20120682A1 IT 000682 A IT000682 A IT 000682A IT BO20120682 A ITBO20120682 A IT BO20120682A IT BO20120682 A1 ITBO20120682 A1 IT BO20120682A1
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Filippis Pietro De
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Spal Automotive Srl
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Description

DESCRIZIONE
“MACCHINA ELETTRICAâ€
La presente invenzione ha per oggetto una macchina elettrica rotante ed in particolare un motore brushless con elettronica sigillata a tenuta e carcassa aperta per lo smaltimento del calore.
I motori brushless comprendono, schematicamente, una carcassa chiusa da una calotta a definire un involucro all’interno del quale sono collocati uno statore avvolto ed un rotore a magneti permanenti.
I motori brushless sono altresì dotati di una elettronica di controllo che ne pilota il funzionamento e che può essere alloggiata all’interno o all’esterno del suddetto involucro.
Una tipologia di motore, denominata di tipo aperto, presenta aperture sulla carcassa che permettono una circolazione di aria di raffreddamento degli avvolgimenti di statore.
Il mercato richiede motori aperti, ovvero di facile raffreddamento, ma dotati di elettronica sigillata, al fine di ottenere un prodotto maggiormente affidabile in quanto i componenti elettronici sono preservati dagli agenti esterni.
Un esempio di soluzione nota prevede che i circuiti elettronici siano collocati all’interno di un involucro chiuso a tenuta che à ̈, a sua volta, posizionato all’interno del motore. Più precisamente, nelle soluzioni note, l’involucro che racchiude l’elettronica à ̈ collocato nella calotta del motore all’interno dello stesso e la scheda al suo interno à ̈ collegata allo statore mediante connettori, ad esempio faston.
Queste ultime soluzioni presentano alcuni inconvenienti.
La calotta di chiusura deve essere sovra dimensionata per poter accogliere al suo interno un involucro chiuso incorporante l’elettronica di controllo.
L’elettronica risulta essere molto vicino agli avvolgimenti di statore e all’interno dello stesso ambiente e pertanto può risentire dell’aumento di temperatura dovuto al funzionamento del motore.
Inoltre il collegamento degli avvolgimenti di statore alla scheda elettronica avviene mediante connettori à ̈ facilmente soggetto a problemi di affidabilità e di efficienza a causa, ad esempio, di vibrazioni o usura del contatto stesso.
In questo contesto, compito tecnico precipuo della presente invenzione à ̈ proporre una macchina elettrica rotante che sia esente dai citati inconvenienti.
Uno scopo della presente invenzione à ̈ proporre un motore brushless in cui l’elettronica di controllo non sia influenzata durante il funzionamento dal calore dovuto al motore stesso.
Un altro scopo ancora à ̈ proporre un motore elettrico la cui elettronica sia protetta rispetto agli agenti esterni.
Un altro scopo à ̈ proporre un motore elettrico in cui i collegamenti fra elettronica e statore siano maggiormente affidabili rispetto alle soluzioni note.
Il compito tecnico precisato e gli scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti da una macchina elettrica secondo la rivendicazione 1.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva di una macchina elettrica come illustrata negli uniti disegni in cui:
- la figura 1 illustra una macchina elettrica secondo la presente invenzione in una vista prospettica schematica in esploso con alcune parti asportate per maggiore chiarezza;
- la figura 2 illustra la macchina elettrica di figura 1 in una seconda vista prospettica schematica in esploso con alcune parti asportate per maggiore chiarezza;
- la figura 3 illustra la macchina elettrica delle figure precedenti in una vista in pianta schematica;
- la figura 4 illustra la macchina elettrica delle figure precedenti in una vista in sezione schematica secondo il piano A-A di figura 3, con alcune parti asportate per maggiore chiarezza;
- la figura 5 illustra una porzione della macchina elettrica secondo la presente invenzione in una vista prospettica schematica
Con riferimento agli uniti disegni, con particolare riferimento alle figure 1, 3 e 4, con il numero 1 à ̈ indicata una macchina elettrica secondo la presente invenzione, più specificatamente un motore elettrico brushless.
Tale motore 1, come sarà di seguito meglio chiarito, à ̈ di tipo aperto con elettronica di controllo sigillata ed à ̈ preferibilmente destinato all’azionamento di una ventola in una unità di ventilazione come quella descritta nella domanda ITBO2012A000298. Il motore 1, che presenta un asse R di rotazione, comprende una carcassa 2, provvista di fori 2a di ventilazione e raffreddamento, una calotta 3 accoppiata alla carcassa 2 a definire un involucro 4 della macchina elettrica 1.
La calotta 3 comprende una flangia 3a che si estende radialmente oltre la carcassa 2.
La flangia 3a serve al montaggio del motore 1 nella citata unità di ventilazione tramite una serie di fori 45.
All’interno della carcassa 2 à ̈ fissato uno statore 5 di tipo avvolto.
Lo statore 5 comprende un nucleo 6 ferromagnetico, formato da un pacco di lamierini 6a, una coppia di frontalini 7 che ricoprono il nucleo 6 ed un avvolgimento 8.
L’avvolgimento 8 à ̈ formato da una pluralità di bobine 9, ciascuna avvolta su un corrispondente dente 10 di statore.
Nell’esempio illustrato, con particolare riferimento alle figure 1 e 5, il motore 1 à ̈ trifase e l’avvolgimento 8 presenta tre estremità 11, 12, 13 libere ciascuna corrispondente ad una fase del motore 1.
Ciascuna estremità 11, 12, 13 di fase à ̈ definita da una coppia di fili intrecciati che definiscono una porzione intrecciata della corrispondente fase.
Preferibilmente, come sarà di seguito meglio chiarito, l’avvolgimento 8 à ̈ realizzato con filo saldabile ovvero con filo il cui rivestimento isolante si rimuove ad una predeterminata temperatura, ad esempio per una temperatura maggiore di 400°centigradi.
Nella preferita forma di realizzazione illustrata, le estremità 11, 12 e 13 delle fasi comprendono, ciascuna, una porzione 14 flessibile.
Più precisamente, l’avvolgimento 8 comprende per ciascuna fase, una corrispondente porzione 14 flessibile.
Nella preferita forma di realizzazione illustrata, ciascuna porzione flessibile 14 presenta almeno un primo braccio 15, due nell’esempio illustrato, trasversale all’asse R di rotazione ed un secondo braccio 16 parallelo all’asse R di rotazione.
Il secondo braccio 16 definisce la corrispondente estremità 11, 12 e 13 dell’avvolgimento 8 ed à ̈ formato, per ciascuna fase e come accennato, da una coppia di fili intrecciati.
Si osserva con particolare riferimento alle figure 1 e 5 che le estremità 11, 12 e 13 sono illustrate per chiarezza in una forma particolarmente allungata. Al fine di mantenere lo statore 5 in una posizione ottimale all’interno della carcassa 2, il motore 1 comprende una pluralità di molle 17 operativamente attive fra lo statore 5 e l’involucro 4.
Più precisamente, le molle 17 sono di tipo elicoidale e presentano retta di azione parallela all’asse R.
Nell’esempio illustrato, con particolare riferimento alla figura 5, il frontalino 7 rivolto verso la calotta 3 presenta tre sedi 18 per altrettante molle 17.
Specularmente, come illustrato ad esempio nella figura 2, la calotta 3 presenta altre tre sedi 19, di cui solo due visibili, per le corrispondenti molle 17.
Le molle 17 risultano inserite fra lo statore 5 e la calotta 3 e posizionate nelle sedi 18 e 19.
Il motore 1 comprende un rotore 20 inserito nell’involucro 4 e vincolato in maniera girevole allo stesso.
Il rotore 20, di tipo sostanzialmente noto, comprende un pacco 21 di lamierini sulla cui superficie esterna sono fissati dei magneti 22.
Il rotore 20 comprende un albero 23 che à ̈ fissato tramite due cuscinetti 24, 25 all’involucro 4; secondo quanto illustrato, la calotta 3 presenta una sede 26 per il cuscinetto 24.
Con particolare riferimento alle figure 1 e 2, si osserva che il motore 1 comprende una scheda 27 elettronica di pilotaggio del motore 1 stesso. La scheda 27 à ̈ collegata allo statore 5, in particolare alle citate prima, seconda e terza estremità 11, 12 e 13, per alimentare le fasi dell’avvolgimento 8.
La scheda 27 comprende una terna di cannotti 28, 29 e 30, preferibilmente metallici, ciascuno destinato ad essere collegato ad una estremità 11, 12, 13, ovvero ad una corrispondente fase di statore, dell’avvolgimento 8 come sarà di seguito chiarito.
L’involucro 4 presenta esternamente una sede 31 per la scheda elettronica 27 e la scheda elettronica 27 à ̈ alloggiata in tale sede 31.
La sede 31 à ̈ in comunicazione con l’interno dell’involucro 4 tramite una terna di fori 32, 33, 34 passanti destinati al passaggio delle estremità 11, 12, 13 delle fasi dello statore 5.
Nella preferita forma di realizzazione illustrata, la sede 31 à ̈ ricavata nella calotta 3 all’esterno dell’involucro 4 ed i fori 32, 33, 34 sono ricavati nella calotta 3 stessa.
Con riferimento alla figura 5, si osserva che ciascuna estremità 11, 12, 13 presenta, alla base della rispettiva porzione intrecciata, ovvero del rispettivo braccio 16, un occhiello 11a, 12a , 13a.
Il frontalino 7 comprende una terna di ganci 11b, 12b, 13b posizionati sul frontalino 7 stesso in corrispondenza dei citati fori 32, 33, 34.
In pratica ciascun gancio 11b, 12b, 13b à ̈ allineato secondo la direzione individuata dall’asse R di rotazione ad un corrispondente foro 32, 33, 34. Gli occhielli 11a, 12a, 13a sono impegnati in un corrispondente gancio 11b, 12b, 13b in modo che le estremità 11, 12 e 13 delle fasi siano mantenute in sostanziale corrispondenza dei fori 32, 33, 34 in una posizione predeterminata.
In tal modo, in particolare durante l’assemblaggio del motore 1, le estremità 11, 12 e 13 delle fasi sono agevolmente inserite nei corrispondenti fori 32, 33, 34.
La scheda 27 comprende una morsettiera 27a di alimentazione, collegabile ad un cablaggio non illustrato.
Preferibilmente, la tenuta della sede 31 in corrispondenza della morsettiera 27 Ã ̈ realizzata, in maniera sostanzialmente nota non ulteriormente descritta, con una predisposizione sul cablaggio, ad esempio un cappuccio di chiusura.
In pratica ciascuna estremità 11, 12 ,13 dell’avvolgimento 8 à ̈ inserita, come accennato, nel corrispondente foro 32, 33, 34.
Ciascuna estremità 11, 12, 13 à ̈ inserita all’interno della sede 31 attraverso il corrispondente foro 32, 33, 34.
La macchina 1 comprende un sistema 100 rigido di connessione a tenuta fra detta scheda 27 e l’avvolgimento 8 di statore.
Il sistema 100 à ̈ localizzato, per ciascuna fase, in sostanziale corrispondenza del foro 32, 33, 34 di passaggio della relativa estremità 11, 12, 13 dell’avvolgimento 8.
Il sistema 100 comprende le estremità 11, 12, 13 dell’avvolgimento 8 che sono inserite nel corrispondente foro 32, 33, 34.
Il sistema 100 comprende una guarnizione 35, 36, 37 per ciascun foro 32, 33, 34.
Ciascuna guarnizione 35, 36, 37 riveste internamente il rispettivo foro 32, 33, 34 ed à ̈ preferibilmente realizzata in gomma avente, ad esempio, durezza 40 shore.
Nella preferita forma di realizzazione illustrata ad esempio ciascuna guarnizione 35, 36, 37 Ã ̈ tubolare, coassiale al relativo foro 32, 33, 34 ed inserita nello stesso.
Le estremità 11, 12, 13 dell’avvolgimento 8 sono inserite attraverso la corrispondente guarnizione 35, 36, 37.
Il sistema 100 comprende una serie di elementi conduttori, ad esempio metallici in rame o ottone, posizionati in un corrispondente foro 32, 33, 34 fra l’estremità 11, 12, 13 dell’avvolgimento 8 e la corrispondente guarnizione 35, 36, 37.
Le fasi sono collegate alla scheda 27 tramite il corrispondente elemento metallico.
Preferibilmente, ciascun elemento conduttore à ̈ definito dai citati cannotti 28, 29, 30 che sono inseriti in un corrispondente foro 32, 33, 34 e all’interno della guarnizione 35, 36, 37.
Le estremità 11, 12, 13 delle fasi sono inserite ciascuna all’interno del rispettivo cannotto 28, 29, 30 e saldate allo stesso. La saldatura di giunzione delle estremità 11, 12, 13 al rispettivo cannotto 28, 29, 30 à ̈ realizzata in modo che il cannotto 28, 29, 30 stesso sia internamente chiuso.
In figura 4 à ̈ schematicamente illustrata ad esempio l’estremità 11 saldata al corrispondente cannotto 28.
Con il riferimento S Ã ̈ indicata la saldatura che riempie il cannotto 28.
I cannotti 28, 29, 30 hanno, in pratica, la gomma della rispettiva guarnizione 35, 36, 37 al loro esterno mentre all’interno passano le estremità 11, 12, 13 di fase.
Vantaggiosamente, la guarnizione 35, 36, 37 interposta fra la calotta 3 ed i cannotti 28, 29, 30 in corrispondenza dei fori 32, 33, 34 determina la tenuta fra l’esterno dei cannotti stessi e la calotta.
Inoltre, la scheda elettronica 27 rimane correttamente posizionata nella sede 31 in particolare durante il montaggio della macchina 1.
La citata porzione flessibile 14, per lo meno la parte della porzione flessibile non saldata all’interno del rispettivo cannotto, consente una mobilità relativa fra lo statore 5 e la scheda elettronica, alla quale le bobine 9 sono rigidamente collegate, che assicura un montaggio ed un funzionamento ottimale del motore 1.
In particolare, gli occhielli 11a, 12a, 13b sono liberi di scorrere lungo il corrispondente gancio 11b, 12b, 13b che ha preferibilmente sviluppo prevalente secondo l’asse R.
Come accennato il filo dell’avvolgimento 8 à ̈ di tipo saldabile e, vantaggiosamente, l’interno dei cannotti 28, 29, 30 à ̈ riempito col materiale di saldatura, ad esempio stagno.
In tal modo i fori 32, 33, 34 di passaggio degli avvolgimenti nella calotta sono chiusi a tenuta dalla guarnizione, dal cannotto e dallo stagno al suo interno.
Eventuale acqua o simile presente all’interno dell’involucro 4 non può raggiungere la scheda 27 essendo chiusi a tenuta tutti i passaggi attraverso cui le fasi sono collegate alla scheda 27 stessa.
Con riferimento ad esempio alla figura 2 si osserva che il motore 1 comprende una guarnizione 38 in corrispondenza della calotta 3.
In particolare, la guarnizione 38 à ̈ destinata all’assorbimento di vibrazioni ed à ̈ almeno in parte disposta fra la carcassa 2 e la calotta 3. Preferibilmente, la guarnizione 38 à ̈ realizzata in gomma ed ha ad esempio, durezza 40 shore.
La guarnizione 38 presenta una prima porzione 39 in corrispondenza della sede 26 del cuscinetto 24 per evitare che le vibrazioni generate dal rotore 20 si propaghino sull’involucro 4 e quindi anche al sistema di raffreddamento cui à ̈ preferibilmente destinato il motore 1.
La guarnizione 38 presenta una seconda porzione 40 posizionata fra la carcassa 2 e la calotta 3 nelle zone di accoppiamento.
La guarnizione 38 comprende una terza porzione 44 anulare, esterna rispetto alle porzioni 39 e 40.
La porzione 44 serve a realizzare una tenuta all’aria fra la calotta 3 ed l’unità di ventilazione cui il motore 1 à ̈ preferibilmente destinato.
Nella preferita forma di realizzazione illustrata, la guarnizione 38 Ã ̈ realizzata in corpo unico con le guarnizioni 35, 36, 37.
Preferibilmente, la guarnizione 38 e le guarnizioni 35, 36, 37 sono stampate insieme alla calotta 3.
In forme di realizzazione alternative non illustrate, le distinte guarnizioni sono fra loro indipendenti.
Il motore 1 comprende un coperchio 41 di chiusura della sede 31 accoppiato a tenuta alla calotta 3.
Più precisamente, un bordo esterno 41a del coperchio 41 à ̈ saldato al laser alla calotta 3 in corrispondenza di una parete 31a esterna della sede 31.
Secondo quanto illustrato nella figura 4, la calotta 3 presenta un cannotto 42, coassiale all’asse R, che si proietta da parte opposta rispetto allo statore 5.
Il coperchio 41 presenta un foro 43, coassiale anch’esso all’asse R, il cui bordo à ̈ saldato al cannotto 42.
In tal modo risulta definito un accesso all’albero 23 per il passaggio di un elemento di riscontro, non illustrato, necessario quando una ventola non illustrata viene montata sull’albero dalla parte opposta.
L’invenzione come descritta consegue importanti vantaggi.
L’elettronica à ̈ mantenuta separata dal motore, all’esterno dell’involucro e non risente della temperature di esercizio dello stesso.
L’elettronica à ̈ collegata rigidamente allo statore in modo maggiormente affidabile che non tramite connettori.
Al contempo, gli occhielli mobili lungo i rispettivi ganci e la stessa treccia di estremità delle fasi, svolgono una funzione di molleggio che smorza le vibrazioni che si generano in uso preservando le saldature che, come accennato, sono relativamente rigide.
L’elettronica à ̈ comunque protetta rispetto agli agenti esterni sebbene il motore presenti la carcassa aperta per il raffreddamento degli avvolgimenti.
Le saldature delle fasi alla scheda elettronica infatti, occludendo completamente i cannotti della scheda stessa determinano la tenuta della sede della scheda.
Il posizionamento dell’elettronica vicino allo statore contribuisce alla riduzione dei campi magnetici irradiati migliorando la compatibilità elettromagnetica del motore rispetto a soluzioni con elettronica separata e distante.

Claims (11)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Macchina elettrica avente un asse (R) di rotazione e comprendente una carcassa (2); una calotta (3) accoppiata alla carcassa (2) a definire un involucro (4) di detta macchina elettrica; uno statore (5), comprendente una pluralità di poli ed un avvolgimento (8) presentante almeno un’estremità (11, 12, 13), alloggiato in detto involucro (4); un rotore (20) inserito in detto involucro (4) e vincolato in maniera girevole allo stesso; una scheda elettronica (27) di pilotaggio collegata a detto statore (5); detta macchina elettrica essendo caratterizzata dal fatto che detto involucro (4) presenta esternamente una sede (31) per detta scheda elettronica (27), detta sede (31) essendo in comunicazione con l’interno di detto involucro (4) tramite almeno un foro (32, 33, 34), detta scheda elettronica (27) essendo alloggiata in detta sede (31), detta macchina comprendendo un sistema (100) rigido di connessione a tenuta fra detta scheda elettronica (27) e detto avvolgimento (8) in corrispondenza di detto foro (32, 33, 34).
  2. 2. Macchina secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto sistema (100) rigido di connessione a tenuta comprende detta estremità (11, 12, 13) di detto avvolgimento (8) inserita in detto foro (32, 33, 34).
  3. 3. Macchina secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che detto sistema (100) rigido di connessione a tenuta comprende almeno una guarnizione (35, 36, 37) posizionata in detto foro (32, 33, 34) fra detta estremità (11, 12, 13) di detto avvolgimento (8) e detto involucro (4).
  4. 4. Macchina secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che detta guarnizione (35, 36, 37) à ̈ tubolare, coassiale a detto foro (32, 33, 34) ed inserita in detto foro (32, 33, 34), detta estremità (11, 12, 13) di detto avvolgimento (8) essendo inserita in detta guarnizione (35, 36, 37) tubolare.
  5. 5. Macchina secondo la rivendicazione 3 o 4, caratterizzata dal fatto che detto sistema (100) rigido di connessione a tenuta comprende un elemento (28, 29, 30) conduttore posizionato in detto foro (32, 33, 34) fra detta estremità (11, 12, 13) di detto avvolgimento (8) e detta guarnizione (35, 36, 37), detto elemento (28, 29, 30) metallico essendo connesso con detta scheda elettronica (27), detta estremità (11, 12, 13) di detto avvolgimento (8) essendo connessa a detto elemento (28, 29, 30) conduttore.
  6. 6. Macchina secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che detto elemento (28, 29, 30) conduttore à ̈ definito da un cannotto (28, 29, 30) coassiale a detto foro (32, 33, 34) ed inserito in detto foro (32, 33, 34), detta estremità (11, 12, 13) di detto avvolgimento (8) essendo inserita in detto cannotto (28, 29, 30).
  7. 7. Macchina secondo la rivendicazione 5 o 6, caratterizzata dal fatto che detta estremità (11, 12, 13) di detto avvolgimento (8) à ̈ saldata a detto elemento (28, 29, 30) conduttore.
  8. 8. Macchina secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detta estremità (11, 12, 13) comprende una porzione flessibile (14) .
  9. 9. Macchina secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di comprendere un coperchio (41) per detta sede (31), detta sede (31) essendo chiusa a tenuta da detto coperchio (41).
  10. 10. Macchina secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detta sede (31) Ã ̈ ricavata in detta calotta (3).
  11. 11. Macchina secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di comprendere almeno una molla (17) operativamente attiva fra detto statore (5) e detto involucro (4) per mantenere fermo detto statore (5) in detto involucro (4).
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