ITMI20060247U1

ITMI20060247U1 - Motore elettrico sincrono a variazione di velocita' con rotore immerso in un fluido, particolarmente per pompe.

Info

Publication number: ITMI20060247U1
Application number: IT000247U
Authority: IT
Inventors: Elio Marioni
Original assignee: Askoll Holding Srl
Priority date: 2005-04-11
Filing date: 2006-07-07
Publication date: 2006-10-12
Also published as: GB0607325D0; DE202006006008U1; ITMI20060706A1; GB2425156A; FR2884366B1; FR2884366A1; EP1713159A1; GB2425156B

Description

Domanda di brevetto per modello d’utilità dal titolo:

“Motore elettrico sincrono a variazione di velocità con rotore immerso in un fluido, particolarmente per pompe”

DESCRIZIONE

Campo di applicazione

La presente invenzione fa riferimento ad un motore elettrico sincrono a variazione dì velocità con rotore immerso in un fluido, particolarmente per pompe ad uso domestico ed industriale.

In particolare l’invenzione riguarda un motore elettric sincrono a variazione di velocità con rotore immerso in un fluido, particolarmente per pompe, del tipo comprendente uno statore esterno al rotore centrale, a magneti permanenti, contenuto in un cannotto, un albero solidale in rotazione con il rotore secondo un asse X ed almeno un cuscinetto alloggiato in detto cannotto per il supporto dell’albero.

Arte nota

Com’è ben noto ai tecnici del settore le pompe con motore a rotore immerso negli ultimi anni sono realizzate sempre più mediante l’utilizzo di motori sincroni con rotori a magneti permanenti.

I motori elettrici sincroni impiegati presentano preferibilmente una struttura comprendente uno statore esterno, con relative espansioni polari, ed un rotore interno disposto centralmente fra le espansioni polari dello statore.

Il rotore è alloggiato in un involucro isolato a tenuta rispetto allo statore, ad esempio all' interno di un cannotto di acciaio, ed è assialmente attraversato da un albero motore girevolmente supportato da opportuni cuscinetti.

Il rotore lavora generalmente immerso in un fluido, il quale può essere lo stesso fluido in cui è immersa la pompa oppure, se il rotore è contenuto in un cannotto ermetico, in un fluido speciale con particolari caratteristiche termofisiche.

L’albero motore presenta inoltre una estremità accoppiata all’organo operatore vale a dire la o le giranti della pompa.

Generalmente, i cuscinetti comprendono una boccola in materiale quale ceramica, grafite o tecnopolimeri, entro la quale è girevolmente vincolato l’albero.

L’inconveniente principale che si riscontra, in motori con cuscinetti di questo tipo, è quello di particolari tensioni e sollecitazioni che si manifestano in corrispondenza dei cuscinetti durante il funzionamento del motore quando, per un montaggio difettoso o per un cattivo supporto dell’albero, l’albero ed i cuscinetti non sono perfettamente coassiali.

Un disallineamento dell’albero motore provoca una concentrazione di sforzi su piccole superfici dei cuscinetti che possono causare malfunzionamenti del rotore, una riduzione della vita utile dei cuscinetti fino alla rottura del motore.

Un preciso allineamento tra l’albero ed il rotore è inoltre costantemente richiesto per evitare l’insorgere di vibrazioni che generano una fastidiosa rumorosità durante il funzionamento della pompa.

E’ suggerito, per cercare di ridurre tali inconvenienti, di montare i cuscinetti su supporti elastici cedevoli per consentire un possibile recupero degli errori di coassialità indotti nel complesso rotante rispetto all’asse ideale del cannotto. I supporti elastici permettono di ridurre, in una certa misura, l’inconveniente del disallineamento supportando lo sforzo, tensioni e sollecitazioni che si manifestano durante il funzionamento, su superfici leggermente più ampie.

Le soluzioni allo stato attuale della tecnica nota o risultano troppo costose, incidendo notevolmente sul costo complessivo della pompa, o non risultano adeguate alle prestazioni richieste da questa classe di prodotti.

Il problema tecnico che sta alla base della presente invenzione è quello di escogitare un motore elettrico sincrono a variazione di velocità con rotore immerso in un fluido, particolarmente per pompe ad uso domestico e industriale, avente caratteristiche strutturali e funzionali tali da superare gli inconvenienti citati nella tecnica nota, con una particolare semplicità componentistica.

Sommario dell' invenzione

L’idea di soluzione che sta alla base della presente invenzione è quella di prevedere almeno un cuscinetto dell’albero motore comprendente una boccola sferica calzata sull’albero motore ed alloggiata in una coniugata sede interna ad una bussola.

Sulla base di tale idea di soluzione il problema tecnico è risolto da un motore elettrico sincrono a variazione di velocità del tipo precedentemente indicato e definito dalla parte caratterizzante della rivendicazione 1.

Le ulteriori caratteristiche ed i vantaggi del motore secondo la presente invenzione risulteranno dalla descrizione, fatta qui di seguito, di un suo esempio di realizzazione preferito dato a titolo indicativo e non limitativo con riferimento ai disegni allegati.

Breve descrizione dei disegni

In tali disegni:

La Figura 1 rappresenta una vista in sezione longitudinale di una pompa ad immersione;

la Figura 2 rappresenta una vista schematizzata in tre quarti in esploso di un cuscinetto per una pompa realizzato secondo la presente invenzione;

la Figura 3 rappresenta una vista schematizzata in tre quarti, parzialmente in spaccato, del cuscinetto di figura 2;

la Figura 4 rappresenta una sezione assiale del cuscinetto rappresentato in figura 3.

Descrizione dettagliata

Con riferimento alle figure allegate ed in particolare all’esempio di figura 1, con 1 è globalmente e schematicamente indicato un motore elettrico sincrono a variazione di velocità, con rotore a magneti permanenti immerso in un fluido, per una pompa 2 impiegata principalmente in applicazioni domestiche ed industriali.

il motore 1 è destinato ad azionare l’organo operatore, vale a dire una o più giranti 3, della pompa 2 disposte in successione o in prolungamento assiale secondo un asse X. Nel caso rappresentato in figura 1 , le giranti 3 sono in numero di tre.

Il motore 1 è alloggiato all' interno di una carcassa 4 e comprende uno statore 5, con relativi avvolgimenti statorici 6 atti a definire corrispondenti espansioni polari.

Il motore 1 comprende inoltre un rotore 7 a magneti permanenti alloggiato assialmente aH’intemo di un involucro 8 isolato a tenuta rispetto allo statore 6.

Più in particolare, il rotore 7 è alloggiato in un cannotto 9 di contenimento, disposto internamente allo statore 5 fra gli avvolgimenti statorici 6, ed è formato di pezzo con una porzione 10 a flangia che sormonta lo statore 5 con un accoppiamento di forma.

Il cannotto 9 comprende un fondo 11 ed un coperchio 12 che definiscono una sede chiusa per il rotore 7.

Il rotore 7 lavora immerso in un fluido, il quale può essere lo stesso fluido in cui è immersa la pompa, oppure un fluido speciale con particolari caratteristiche termofisiche e in tal caso il cannotto 9 definisce una sede ermetica per il rotore 7 e di contenimento per il fluido.

Un albero 13 del motore 1 è solidale al rotore 7 ed è accoppiato cinematicamente ed assialmente secondo l’asse X alle giranti 3 della pompa 2, in modo di per sé convenzionale.

L’albero 13 è supportato mediante cuscinetti 14 situati da parti contrapposte ed alloggiati in opportune sedi 15, 16 rispettivamente ricavate nel fondo I l e nel coperchio 12 del cannotto 9 di contenimento del rotore 7.

Vantaggiosamente, ciascun cuscinetto 14, come evidenziato in figura 2, comprende una bussola 22 prismatica, la quale, preferibilmente, presenta una conformazione esterna 24 ottagonale inseribile nella sede 15 o 16 controsagomata.

Le sedi 15,16 presentano preferibilmente pareti laterali 30 e pareti di fondo 31, atte a contenere opportunamente la bussola 22, come evidenziato nelle figure 2 e 4. In particolare, le pareti laterali 30 presentano una conformazione in pianta ottagonale.

Vantaggiosamente, la bussola 22 è cava a realizzare una sede 23 assiale per l'alloggiamento di una boccola 17 sferica.

Preferibilmente, la bussola 22 è realizzata in materiale elasticamente deformabile, quale ad esempio in tecnopolimero poliuretanico, di opportuna e prefissata durezza shore, in gomma naturale o sintetica.

Vantaggiosamente, la boccola 17 è calzata sull’albero 13 motore.

Infatti, la boccola 17 presenta un foro 18 assiale, atto ad accogliere l’albero 13 passante.

Opportunamente, la boccola 17 presenta una superficie esterna 19 preferibilmente conformata a botte e munita di una pluralità di scanalature 20 assiali, tra le quali risultano definite plurime alette 21.

La boccola 17 è realizzata preferibilmente in grafite, in materiale ceramico o tecnopolimero opportunamente caricato.

Vantaggiosamente, la bussola 22, elasticamente deformabile, è conformata in modo tale da consentire l'inserimento a pressione della boccola 17 nella controsagomata sede 23 sferica.

In tal modo, la pluralità di scanalature 20, tra le plurime alette 21 della boccola 17, forma con la sede 23 della bussola 22 una pluralità di passaggi 27 assiali.

Vantaggiosamente, secondo la presente forma realizzativa, in fase di assemblaggio, come evidenziato in particolare nelle figure 3 e 4, ciascuna boccola 17 è inserita a pressione nella rispettiva sede 23 della bussola 22, definendo così un cuscinetto 14 inseribile nella sede 15, 16 realizzata sul cannotto 9 di contenimento del rotore 7.

Le sedi 15 e 16 presentano quindi per la bussola 22 una funzione di anti rotazione rispetto al cannotto 9.

Ciascun cuscinetto 14, calzato sull’albero 13 motore, definisce con l’albero 13 stesso una coppia di rotolamento che funge da supporto per il rotore 7.

Naturalmente, il fondo 11 ed il coperchio 12 del cannotto 9 di contenimento del rotore 7 possono essere realizzati secondo diverse conformazioni ed in particolare possono essere realizzati di pezzo con le rispettive sedi 15, 16 oppure mediante componenti separati.

Il cuscinetto 14, realizzato secondo la presente invenzione è autoallineante per l’albero 13, infatti, la conformazione della superfìcie esterna 19 a botte della boccola 17 inserita nella sede 23 coniugata della bussola 22, elasticamente deformabile, permette di recuperare eventuali disallineamenti dell’albero 13 motore durante il funzionamento.

Inoltre, lo sforzo delle tensioni e delle sollecitazioni che si manifestano durante il funzionamento del motore 1, nel caso di un disallineamento dell’albero 13, viene supportato da una superficie notevolmente più ampia, comprendente le intere plurime alette 21 della boccola 17, che garantisce l’autoallineamento dell’albero del motore senza pregiudicarne il funzionamento.

Ulteriormente, durante il funzionamento della pompa 2 con motore 1 a rotore 7 immerso nel fluido, la pluralità di passaggi 27, definiti tra la pluralità di scanalature 20 della boccola 17 e la sede 23, della bussola 22, consente il passaggio del fluido nel quale è immerso il rotore 7 permettendo di raffreddare e lubrificare il cuscinetto 14 stesso.

Opportunamente, in un esempio di realizzazione preferito, la bussola 22 presenta la conformazione esterna 24 ottagonale con apotema A, preferibilmente pari a 10.6 mm, mentre la sede 23 sferica e la superficie esterna 19, della boccola 17, presentano un diametro sostanzialmente pari a D, preferibilmente uguale a 18 mm. La bussola 22 e la boccola 17 presentano un’altezza H assiale sostanzialmente uguale e preferibilmente pari a 12 mm. La bussola 17 presenta il foro 18 con diametro d, preferibilmente pari a 10 mm e corrispondente al diametro dell’albero 13. Le scanalature sono preferibilmente in numero di 15 e presentano una profondità di 2 mm. Vantaggio principale, della presente invenzione, è di aver realizzato un motore elettrico sincrono comprendente almeno un cuscinetto presentante una componentistica semplice ma efficiente, che grazie ad una particolare conformazione della boccola a botte inserita nella bussola, elasticamente deformabile, consente di ottenere l' autoallineamento del rotore anche in condizioni operative gravose senza pregiudicare il funzionamento.

Un ulteriore vantaggio del motore con il cuscinetto realizzato secondo la presente invenzione è dovuto alla possibilità di recuperare eventuali disallineamenti dell’albero durante il funzionamento della pompa offrendo un funzionamento particolarmente silenzioso, la bussola elasticamente deformabile consente, infatti, di smorzare fastidiose vibrazioni e i rumori derivati.

Un altro vantaggio del cuscinetto realizzato secondo la presente invenzione è dovuto alla semplicità componentistica e alla facilità di assemblaggio della boccola nella bussola elasticamente deformabile, la quale garantisce inoltre un cuscinetto a lunga durata.

Un altro notevole vantaggio del motore con almeno un cuscinetto realizzato secondo la presente invenzione è dovuto al costante raffreddamento garantito dal passaggio del liquido, nel quale è immerso il rotore, entro la pluralità di passaggi, definiti tra la pluralità di scanalature della boccola e la sede della bussola, consentendo una continua lubrificazione al cuscinetto.

Inoltre, un cuscinetto realizzato secondo la presente invenzione è vantaggiosamente utilizzato anche in motori nei quali il cannotto di avvolgimento del rotore è fabbricato in materiale termoplastico. L’utilizzo di tali materiali, pur presentando il pregio di poter essere realizzati a basso costo nonché di evitare l’insorgere di fastidiose correnti parassite indotte sul cannotto dai campi magnetici rotorico/ statorico, hanno l’inconveniente di una minore stabilità dimensionale all’aumentare della temperatura. Un cuscinetto, secondo la presente invenzione, consente di mantenere l’allineamento dell’albero motore anche nel caso di instabilità dimensionale del cannotto.

Ulteriormente, cuscinetti realizzati secondo la presente invenzione, consentono nel caso di motori a variazione di velocità, per la presenza della bussola elasticamente deformabile, di evitare l’insorgere di condizioni di risonanza strutturale che potrebbero nascere tra rotore e cannotto, in acciaio, quando la velocità di rotazione si avvicina alle frequenze critiche naturali di tali componenti.

Altro vantaggio del presente trovato è legato al costo estremamente ridotto e alla semplicità realizzativa che il cuscinetto, realizzato secondo la presente invenzione, presenta.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Motore elettrico sincrono a variazione di velocità con rotore (7) immerso in un fluido particolarmente per pompe (2), del tipo comprendente uno statore (5) esterno a detto rotore (7) centrale, a magneti permanenti, contenuto in un cannotto (9), un albero (13) solidale in rotazione con detto rotore (7) secondo un asse X ed almeno un cuscinetto (14) alloggiato in detto cannotto (9) per il supporto di detto albero (13), caratterizzato dal fatto che detto almeno un cuscinetto (14) comprende una bussola (22) inserita in detto cannotto (9) presentante una sede (23) per l'alloggiamento di una boccola (17) calzata su detto albero (13).
2. Motore elettrico come alla rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detta boccola (17) è sferica con una superficie esterna (19) preferibilmente conformata a botte.
3. Motore elettrico come alla rivendicazione 2 caratterizzato dal fatto che detta boccola (17) presenta su detta superficie esterna (19) una pluralità di scanalature (20) assiali tra le quali risultano definite plurime alette (21).
4. Motore come alla rivendicazione 3 caratterizzato dal fatto che detta sede (23) di detta bussola (22) presenta una conformazione sferica coniugata a detta superficie esterna (19) di detta boccola (17).
5. Motore come alla rivendicazione 4 caratterizzata dal fatto che detta bussola (22) ha una conformazione esterna (24) prismatica preferibilmente ottagonale .
6. Motore come alla rivendicazione 4 caratterizzato dal fatto che detta pluralità di scanalature (20) di detta boccola (17) forma con detta sede (23) di detta bussola (22) una pluralità di passaggi (27) assiali.
7. Motore come ad una o più delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detta boccola (17) è realizzata in materiale quale grafite, materiale ceramico o tecnopolimero di prefissata durezza.
8. Motore come ad una o più delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detta bussola (22) è realizzata in materiale elasticamente deformabile, in tecnopolimero poliuretanico di prefissata durezza, in gomma naturale o sintetica.
9. Motore come ad una o più delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detto cuscinetto (14) è alloggiato in una sede (15,16) ricavata rispettivamente in un fondo (11) o in un coperchio (12) di detto canotto (9) di contenimento di detto rotore (7), ciascuna di dette sedi (15,16) coniugata a detta conformazione esterna (24) di detta bussola (22).
10. Motore come alla rivendicazione 9 caratterizzato dal fatto che ciascuna di dette sedi (15,16) di detto cannotto (9) presenta pareti laterali (30) e pareti di fondo (31) atte a contenere detta bussola (22), dette pareti laterali (30) presentando una conformazione in pianta ottagonale coniugata a detta conformazione esterna (24).
11. Motore come ad una o più delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detta bussola (22) presenta detta conformazione esterna (24) ottagonale con un apotema A, preferibilmente pari a 10,6mm, che detta sede (23) sferica e detta superficie esterna (19) di detta boccola (17) presentano un diametro pari a D, preferibilmente uguale a 18mm.
12. Motore come alla rivendicazione precedente caratterizzato dal fatto che detta boccola (17) e detta bussola (22) presentano una altezza (H) assiale sostanzialmente uguale e preferibilmente pari a 12mm e che detta bussola (22) consente l’inserimento assiale a pressione di detta boccola (17) in detta sede (23) e che detta boccola (17) presenta detto foro (18) con un diametro (d) preferibilmente pari a 10mm e corrispondente al diametro di detto albero (13) con dette scanalature (20) preferibilmente in numero pari a 20 presentanti una profondità di 2mm.