ITGE20120089A1

ITGE20120089A1 - Innovazioni nella costruzione dei motori elettrici per autotrazione e simili

Info

Publication number: ITGE20120089A1
Application number: IT000089A
Authority: IT
Inventors: Karen Lesley Buckett; Giacomo Carcangiu
Original assignee: Karen Lesley Buckett; Giacomo Carcangiu
Priority date: 2012-09-06
Filing date: 2012-09-06
Publication date: 2014-03-07

Description

Descrizione deirinvenzione industriale avente per titolo "innovazioni nella costruzione dei motori elettrici per autotrazione e simili"

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda il campo dell'autotrazione alimentata ad energia elettrica e, in particolare, quello dei motori elettrici utilizzati per fornire l'energia di trazione necessaria al movimento dei mezzi di trasporto e con i quali motori è possibile convertire direttamente l'energia elettrica in energia meccanica e che, per tale loro caratteristica, possono essere impiegati nei vari mezzi di trasporto; ad esempio automobili, autocarri, motocicli, locomotori, ecc. ecc..

La presente invenzione ha per oggetto notevoli innovazioni nei motori elettrici e simili con particolare riferimento a quelli attualmente in commercio che utilizzano una parte fissa detta "statore", composta da elettromagneti e fissata al contenitore del motore, ed una parte mobile, detta "rotore", al quale vengono applicati dei magneti permanenti, montato su cuscinetti radenti o volventi in modo da poter ruotare all'interno o all'esterno dello "statore", ed al quale viene fissata la parte meccanica utilizzatrice. L'interazione fra i due principali componenti "statore" e "rotore" quando il dispositivo viene opportunamente eccitato da idonea corrente elettrica genera il moto.

I motori elettrici attualmente in commercio sono caratterizzati da uno schema costruttivo che comprende uno "statore" ed un "rotore". Questi sono solitamente assemblati all'interno di un contenitore al quale viene fissato lo "statore" insieme ad un eventuale sistema di raffreddamento forzato. Il "rotore" è montato sull'asse di rotazione dello "statore" attraverso idonei cuscinetti radenti o volventi.

La coppia esercitata per la trazione dipende da una parte dalla superficie e dalla qualità dei magneti permanenti dall'altra dagli elettromagneti utilizzati, quanto più grandi saranno queste superfici, solitamente più grande sarà la coppia potenziale esercitata dal dispositivo. Nei sistemi attualmente utilizzati spiccano due principali caratteristiche:

A) La prima prevede l'utilizzo di motori di diametro ridotto i quali esercitano coppie relativamente basse ed un numero di giri relativamente alto al quale vengono aggiunti dei dispositivi meccanici, come dei riduttori, che, attraverso degli ingranaggi, diminuiscono la velocità di rotazione ed aumentano la coppia per raggiungere quella necessaria.

Il sistema sopraindicato utilizza dei motori di dimensioni relativamente piccole e per contro, parti meccaniche che introducono attriti diminuendo l'efficienza, nonché un maggior numero di componenti che riducono l'affidabilità.

B) La seconda prevede l'utilizzo di motori di grande diametro in grado di fornire coppie sufficienti anche se collegati direttamente alle ruote motrici, fissati all'interno del telaio del veicolo e collegati nel "rotore" alle ruote motrici attraverso un albero di trasmissione o semiasse, oppure installati direttamente all'interno della ruota motrice attraverso diversi sistemi di fissaggio. Questo ultimo sistema di montaggio all'interno della ruota causa un importante aumento delle masse non sospese e determina diversi problemi indotti dalle violente sollecitazioni alle quali la ruota è sottoposta durante il rotolamento in esercizio, costringendo quindi l'adozione di sistemi di smorzamento per ridurre i sopracitati problemi.

Inoltre i cerchioni attualmente in commercio, anche se utilizzando diverse viti, sono fissati al mozzo della ruota solamente in un punto, lasciando la possibilità quindi di deformarsi nelle zone sospese. Questa eventualità non crea particolari problemi nei sistemi tradizionali, mentre crea non pochi problemi nell'utilizzo di motori elettrici all'interno del cerchione, costringendo i produttori all'uso di complicati e pesanti sistemi di smorzamento e adattamento.

I collegamenti elettrici, viste le potenze necessarie, sono di generose dimensioni e attraversati da tensioni e correnti elevate.

Spesso numerosi anche in base al numero dei poli elettromagnetici impiegati dal motore, tali collegamenti sono soggetti a sollecitazioni e movimenti anche molto violenti creando notevoli problemi di ingegnerizzazione e di massa aggiunta alla ruota.

Con riferimento alla seconda delle due caratteristiche individuate precedentemente di cui al punto "B" le innovazioni che formano oggetto del presente trovato e che si applicano ai sistemi con motore elettrico integrato nelle ruote di trazione hanno lo scopo di:

1. Aumentare la superficie magnetica utile in modo da conseguentemente aumentare la coppia potenziale disponibile per l'autotrazione.

2. Ridurre i componenti del dispositivo aumentandone l'affidabilità.

3. Diminuirne la massa complessiva della ruota di trazione.

4. Diminuire le deformazioni del cerchione (Il cerchione è l'elemento della ruota che collega lo pneumatico al veicolo) causate dal rotolamento delle ruote su superfici accidentate. Tale diminuita deformazione riduce il rischio potenziale di collisione fra "rotore" e "statore" consentendo di optare per un traferro (distanza fra "rotore" e "statore") minore ottenendo quindi prestazioni migliori dal motore.

5. Ridurre il numero dei collegamenti elettrici necessari e utilizzare un percorso più conveniente per i cablaggi.

La prima e più importante innovazione consiste nel fissare i magneti permanenti direttamente sulla parte interna del cerchione che sarà opportunamente realizzato, senza altre strutture di supporto o sostegno interposte, riducendo così la massa aggiunta data dal "rotore" solamente a quella dei magneti permanenti e al loro sistema di fissaggio al cerchione trasformando in tal modo, il cerchione stesso in un "rotore" montato esternamente allo "statore". Questa soluzione permette di utilizzare una circonferenza più ampia rispetto ai sistemi tradizionali con "rotore" interno; infatti la circonferenza disponibile viene così meglio sfruttata essendo più esterna e, pertanto, più grande rispetto ai sistemi attualmente in uso. L'aumento della superficie magnetica così ricavata comporta un notevole incremento della coppia potenziale disponibile per la trazione.

La seconda innovazione consiste nell'utilizzare una flangia nella parte sospesa a sbalzo del cerchione. Tale flangia permette una maggiore rigidità del cerchione sul proprio asse riducendo notevolmente la deformazione a pari sollecitazione meccanica rispetto ad un sistema tradizionale. La flangia collegherà la parte non supportata del cerchione al mozzo della ruota attraverso dei cuscinetti che ridurranno l'attrito generato durante il rotolamento e così si otterranno due punti di fissaggio su cuscinetti del cerchione.

La terza innovazione consiste nel costruire uno "statore" composto da due o più parti, con un almeno un vano sufficiente ad alloggiare al proprio interno i componenti elettronici di potenza che controllano i poli dello "statore" stesso il quale sarà composto:

• nella parte periferica, da un anello centrale che ospiterà la parte elettromagnetica dello "statore" medesimo,

• nella parte intermedia, dalla struttura di supporto dell'anello contenente il vano destinato all'alloggiamento dell'elettronica, costruita con almeno uno dei due lati scomponibile in modo da rendere accessibile il vano interno.

• nella parte centrale il corpo dello statore che alloggia i cuscinetti.

La quarta innovazione consiste nell'introdurre la parte di potenza dell'elettronica di controllo del motore all'interno del vano ricavato nello "statore" così che i numerosi poli dello "statore" possano essere collegati con dei cablaggi molto corti all'elettronica alloggiata all'interno, con drastica riduzione del numero dei collegamenti elettrici del motore verso l'esterno, che a questo punto si limiteranno alla sola alimentazione elettrica generale ed ai collegamenti del controllo digitale e/o analogico.

La quinta innovazione consiste nel costruire il mozzo della ruota/motore con una cavità per alloggiare i collegamenti elettrici del motore interno alla ruota in modo che il movimento della ruota non determini l'altrimenti possibile scollegamento o danneggiamento dei connettori elettrici.

La figura 101 mostra una sezione del dispositivo visto da un lato,

1) Cerchione

2) Magneti permanenti

3) Elettromagneti dello statore

4) Cavità / vano interna allo statore

5) Elettronica di controllo elettromagneti

6) Collegamenti Elettromagneti-Elettronica di controllo

7) Corpo dello statore

8) Cuscinetti

9) Collegamento alimentazione elettrica e controlli

10) Corpo rotore

11) Mozzo

12) Disco freno

13) Flangia fissaggio cerchione

La figura 102 mostra una illustrazione in sezione del dispositivo visto da un angolo,

1) Cerchione

2) Magneti permanenti

3) Elettromagneti dello statore

4) Cavità interna allo statore

5) Elettronica di controllo elettromagneti

6) Corpo dello statore

7) Corpo rotore

8) Cuscinetti

9) Disco freno

10) Mozzo

11) Flangia fissaggio cerchione

La figura 103 mostra un'altra illustrazione in sezione del dispositivo visto da un angolo,

Vantaggi di cui beneficerà il motore costruito con il dispositivo:

• Riduzione del peso complessivo del dispositivo applicando i magneti direttamente sul cerchione.

• Semplificazione e riduzione del numero dei componenti impiegati.

• Riduzione degli ingombri con ottimizzazione del volume disponibile.

• Aumento del diametro massimo disponibile del rotore con incremento della coppia potenziale.

• Consolidamento ed irrigidimento del cerchione attraverso la flangia 13 in fig. 101. • Possibilità di riduzione del traferro migliorando le prestazioni generali.

• Riduzione della lunghezza dei cablaggi dall'elettronica di controllo ai poli elettromagnetici conseguente all'installazione dell'elettronica allocata nella cavità dello statore.

• Riduzione e protezione dei cablaggi utilizzando per il loro passaggio le cavità nel mozzo e nello statore.

Claims

Descrizione dell'invenzione industriale avente per titolo "innovazioni nella costruzione dei motori elettrici per autotrazione e simili" RIVENDICAZIONI 1) motori elettrici per autotrazione con magneti permanenti assemblati all'interno della ruota di trazione e simili, caratterizzati dal fatto che i magneti permanenti del motore stesso siano fissati direttamente sulla parte interna del cerchione, senza altre strutture di supporto o sostegno interposte, con lo "statore" assemblato all'interno dei sopracitati magneti permanenti e sullo stesso asse di rotazione trasformando il cerchione che collega lo pneumatico al veicolo nel "rotore" del motore. 2) motori elettrici per autotrazione e simili, secondo la rivendicazione 1), caratterizzati dal fatto che il cerchione viene supportato con una flangia nella parte sospesa a sbalzo del cerchione. La flangia collegherà la parte non supportata del cerchione al mozzo attraverso dei cuscinetti che ridurranno l'attrito generato durante il rotolamento ottenendo così due punti di assemblaggio su cuscinetti del cerchione. 3) motori elettrici per autotrazione e simili, secondo le rivendicazioni 1), 2) caratterizzati dal fatto che lo "statore" è costruito in modo da ottenere un vano al suo interno, con spazio ricavato sufficiente da poter alloggiare al proprio interno almeno i componenti elettronici di potenza che controllano ed alimentano elettricamente i poli elettromagnetici dello "statore" stesso. 4) motori elettrici per autotrazione e simili, secondo le rivendicazione 1), 2), 3) caratterizzati dal fatto che la parte di potenza dell'elettronica di controllo del motore viene alloggiata all'interno del vano ricavato nello "statore", così che i numerosi poli dello "statore" possano essere collegati con dei cablaggi molto corti all'elettronica alloggiata all'interno con drastica riduzione del numero dei collegamenti elettrici del motore verso l'esterno. 5) motori elettrici per autotrazione e simili, secondo le rivendicazioni 1), 2), 3), 4) caratterizzati dal fatto che il mozzo della ruota/motore è realizzato con una cavità sufficiente ad alloggiare i collegamenti elettrici del motore interno alla ruota in modo che il movimento della ruota non determini l'altrimenti possibile scollegamento o danneggiamento dei connettori elettrici.