ITMI20000028A1

ITMI20000028A1 - Macchina elettrica in special modo generatore con poli a dente

Info

Publication number: ITMI20000028A1
Application number: IT2000MI000028A
Authority: IT
Inventors: Klaus Reymann; Peter Kaelberer; Heinz Lauterbach; Uwe Knappenberger
Original assignee: Bosch Robert
Priority date: 1999-01-23
Filing date: 2000-01-13
Publication date: 2001-07-13
Also published as: JP2000224810A; ITMI20000028A0; IT1316173B1; US6239519B1; DE29901126U1; BR0000145A; FR2788899A1

Description

Descrizione

Stato dell'arte

L'invenzione prende le mosse da una macchina elettrica, specialmente da un generatore con poli a dente del genere di cui alla rivendicazione principale. Un tale generatore è per esempio noto dal documento DE-PS 34 10 760. Esiste qui l'inconveniente che, in conseguenza degli interspazi del tipo a cava tra i denti del rotore, sussistono una ventilazione e pertanto anche un raffreddamento insufficienti. Gli interspazi del tipo a cava tra i denti polari formano, visti in modo relativo, canali con la parete dentata dello statore che al di sopra si estende davanti. Si è osservato che in questi interspazi si formano vortici di volume relativamente grande, i quali portano anche all'emissione di rumore in caso di interazioni con i denti polari rispettivamente con lo statore. La sezione degli interspazi del tipo a cava viene inoltre modificata periodicamente, con il movimento rotatorio, per effetto delle strutture delle fessure a cava nella parete dello statore. Vengono in seguito a ciò indotte oscillazioni periodiche della pressione, che portano a rumori della corrispondente banda di frequenza. Le palette di convogliamento dell'aria, qui note, inserite negli interspazi dei denti polari, possono ancora amplificare in determinate circostanze questi rumori.

Vantaggi dell'invenzione

La macchina elettrica di cui all'invenzione, avente le caratteristiche che caratterizzano la rivendicazione principale ha al contrario il vantaggio che, grazie alla chiusura degli interspazi tra i poli a dente, non possono formarsi i vortici aventi grosso volume. Si conseguono in seguito a ciò una notevole riduzione del rumore ed un raffreddamento migliore. Un ulteriore vantaggio è dato dal minor peso degli alveoli che riempiono gli interspazi, con resistenza meccanica più elevata, specialmente quando si utilizzano strutture alveolari in modalità costruttiva leggera. Oltre a ciò, il raffreddamento del rotore viene con ciò migliorato per effetto dell'aria non vorticante che qui passa.

Altri vantaggi si evincono dalle rivendicazioni subordinate, dal disegno contemplante esempi di realizzazione e dalla descrizione che segue.

Disegno

Qui mostrano

la figura 1 una sezione longitudinale attraverso un generatore elettrico con poli a dente, specialmente atto all'alimentazione elettrica della rete di bordo di veicoli,

la figura 2 il rotore con poli a dente, parte nella vista laterale e parte nella sua sezione assiale,

la figura 3 una vista in prospettiva del rotore con poli a dente, in rappresentazione semplificata, la figura 4 una sezione lungo IV ... IV di cui alla figura 3,

la figura 5 parimenti una sezione simile alla figura 4, tuttavia senza le strutture di cui all 'invenzione,

la figura 6 il rotore, sviluppato, con denti polari e spazi tipo cava,

la figura 7 uno schizzo di principio simile alla figura 6.

Descrizione degli esempi di realizzazione L'alternatore trifase di cui alla figura 1 possiede uno statore 10 ad anello, costituito da lamelle di lamiera impilate, il quale reca un avvolgimento trifase 11. Lo statore è bloccato, per mezzo di viti di bloccaggio 15, tra uno scudo 12 a forma di tazza del cuscinetto ed un cappello 13 del cuscinetto. Lo scudo 12 del cuscinetto ed il cappello 13 del cuscinetto possiedono svariati attraversamenti 16 per il passaggio di una corrente di aria di raffreddamento indicata con K, la quale percorre il generatore nella direzione assiale.

Un albero 14 del rotore, supportato con cuscinetti a sfere, non contrassegnati più particolareggiatamente, nello scudo 12 e nel cappello 13, reca nella zona dello statore 10 una ruota polare a denti indicata con R, la quale è costituita sostanzialmente da un nucleo 17 di ferro dolce a forma di tubo, avente sede direttamente sull'albero 14 del rotore, e due dischi polari 18 e 19, che poggiano contro i lati frontali di questo, nonché da una bobina di eccitazione 20 avvolta sul nucleo. Sull'estremità dell'albero che sporge fuori dallo scudo 12 del cuscinetto è fissata una ventola 21. Questa aspira attraverso il generatore la corrente di aria di raffreddamento K. Nei generatori di costruzione compatta i ventilatori sono tuttavia disposti direttamente sui lati frontali dei dischi polari 18, 19.

Il rotore R con poli a dente presenta sei coppie di poli a dente, che per formatura sono ricavate su dischi polari 18 rispettivamente 19. I poli a dente 22 su di un primo disco polare 18 ed i poli a dente 23 sull'altro disco polare sono disposti in modo distribuito sulla circonferenza del rotore con poli a dente in maniera che essi si impegnino l'uno nell'altro sotto forma di dita, laddove i poli a dente nella direzione assiale si rastremano di volta in volta a forma di trapezio in senso opposto alla loro estremità libera e vengono reciprocamente polarizzati con segno opposto quando attraverso la bobina di eccitazione 20 passa una corrente di eccitazione. Questa corrente viene prelevata, attraverso un regolatore indicato in 24, dalla rete di bordo del veicolo e viene addotta alla bobina di eccitazione 20 attraverso due anelli collettori 25 e 26 nonché attraverso spazzole di carbone 27 e 28 che scorrono su questi.

Come si evince chiaramente dalla figura 2, i fianchi longitudinali 29 e 30 dei denti corrono più o meno parallelamente l'uno relativamente all'altro e tra loro racchiudono interspazi 31.

Come è desumibile dalla figura 5, gli interspazi 31 di un generatore conforme allo stato dell'arte sono vuoti. Ciò porta al fatto che negli interspazi possono formarsi vortici aventi un volume relativamente grande, i quali danno luogo ad interazioni con i denti polari e con le cave longitudinali 10A, qui disposte, dello statore 10 portano, assieme all'avvolgimento trifase 11, all'emissione di rumore.

Questi interspazi - si vedano le figure 3 ,4 , 6 e 7 - sono riempiti conformemente all'invenzione con una struttura 33, per esempio di tipo alveolare, laddove gli alveoli si estendono nella direzione longitudinale degli interspazi 31 del tipo a cava. Riguardo a questa struttura trattasi, conformemente alla figura 4, di strutture 33a aventi sezione trasversale tonda oppure, secondo la figura 4a poligonale, strutture che da un lato frontale RI si estendono fino all'altro lato R2 del rotore R con poli a dente.

Secondo la figura 4b le strutture alveolari 33c si aprono in direzione del lato interno, radiale, a breve distanza dalla bobina di eccitazione 20 che si trova al di sotto.

Questa struttura è rappresentata schematicamente ed in modo particolarmente comprensibile nella figura 6.

La figura 7 fa parimenti vedere in via di principio di nuovo questa struttura ed il senso di rotazione del rotore è contrassegnato con D. Tra i due poli a dente è rappresentato in sezione longitudinale un singolo tubicino alveolare 33c, il quale sporge alle estremità in corrispondenza del rotore ed è smussato in modo tale che la corrente d'aria - contrassegnata con L - subisca con macchina in movimento superiormente un ristagno, in Li, inferiormente un'aspirazione, in L2. La creazione di una pressione è anche possibile tramite idonei ventilatori posti all’interno oppure tramite un ingresso ed un'uscita dell'aria aventi sezione trasversale differente. Si consegue in questa maniera un flusso d'aria particolarmente intenso attraverso il rotore R. Nella direzione radiale le strutture arrivano fino in prossimità dell'avvolgimento di eccitazione 20.

La chiusura sopra descritta degli interspazi 31, aventi a questo punto superficie liscia, del rotore R ad opera delle strutture alveolari 33 riduce la formazione di rumori e contemporaneamente migliora il raffreddamento del rotore R. Il calore ceduto ad un fluido che lo lambisce dipende tra gli altri dalla quantità del fluido, dalla velocità di flusso, dal tipo del flusso (turbolenza) e dall'area complessiva della superficie lambita. La trasmissione del calore ha luogo in un sottile strato flusso/temperatura di confine tra il fluido e la superficie. Un miglior sfruttamento della quantità di aria di raffreddamento presente sarà qui possibile in special modo tramite un netto aumento della superficie rispetto allo stato dell'arte.

Grazie al riempimento degli interspazi con le strutture termicamente accoppiate ai denti polari ed agli avvolgimenti rotorici si consegue un netto aumento della superficie. Le strutture alveolari sono orientate nella direzione delle cave ed hanno un diametro piccolo. Ciò da luogo ad un basso spessore dello strato di confine e ad una corrente laminare. La resistenza fluidodinamica può essere tenuta bassa con tali strutture, la corrente dell'aria di raffreddamento viene scarsamente strozzata. Le strutture alveolari consistono opportunamente in metallo leggero, amagnetico, oppure in materia plastica termoconducente.

Claims

Rivendicazioni l.- Macchina elettrica, in special modo generatore con poli a dente, comprendente uno statore (10) a forma di tubo, dotato di avvolgimenti, ed un rotore (R) con poli a dente, il quale è disposto in modo girevole all'interno del foro dello statore, contiene una bobina di eccitazione (20) coassiale all'albero del rotore ed in corrispondenza della sua superficie circonferenziale presenta svariati poli a dente (22, 23) che si impegnano sulla bobina di eccitazione e, sotto forma di dita, si impegnano con reciprocità con interspazi (31) del tipo a cava, i cui fianchi si estendono in modo sostanzialmente parallelo l'uno relativamente all'altro, nonché comprendente, su almeno un lato frontale del rotore (R) con poli a dente, mèzzi di ventilazione (21) che agiscono assialmente nella zona della sua circonferenza esterna, caratterizzata dal fatto che negli interspazi (31) sono disposte strutture (33) alveolari, che si estendono nella direzione longitudinale di questi e sono attraversabili dal fluido di raffreddamento. 2 .- Macchina elettrica secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che le strutture (33) riempiono l'intero interspazio tra i contigui poli a dente (22, 23). 3.- Generatore secondo una delle rivendicazioni 1 e/oppure 2, caratterizzato dal fatto che le strutture (33) sono realizzate a forma di tubo e presentano sezione trasversale tonda oppure poligonale . 4.- Macchina elettrica secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che le strutture alveolari (33) sono aperte in direzione del lato interno, radiale. 5.- Generatore secondo una delle rivendicazioni 1 fino a 4, caratterizzato dal fatto che le strutture (33) arrivano, nella direzione radiale, fino in prossimità dell'avvolgimento di eccitazione (20). 6 .- Generatore secondo una delle rivendicazioni 1 fino a 5, caratterizzato dal fatto che le strutture (33) consistono in materiale amagnetico, specialmente in materia plastica termoconducente, ed assieme ai poli a dente (22, 23) formano una superficie senza soluzione di continuità. 7.- Generatore secondo una delle rivendicazioni 1 fino a 6, caratterizzato dal fatto che le strutture (33) sporgono oltre i lati frontali dei dischi polari (18, 19) e sono smussate in direzione opposta al senso di rotazione del rotore (R).