ITPD980003A1 - Giunto di trascinamento monodirezionale fra il rotore di un motore sincrono a magneti permanenti e l'organo operatore - Google Patents

Description

"GIUNTO DI TRASCINAMENTO MONODIREZIONALE FRA IL ROTORE DI UN MOTORE SINCRONO A MAGNETI PERMANENTI E L'ORGANO OPERATORE"

DESCRIZIONE

Il presente trovato ha per oggetto un giunto di trascinamento monodirezionale fra il rotore di un motore sincrono a magneti permanenti e l'organo operatore.

Come è noto, i motori sincroni a magneti permanenti sono bidirezionali, cioè, all'accensione il rotore può essere indotto indifferentemente a ruotare in senso orario od in senso antiorario.

Ciò dipende da come risultano posizionate le polarità del rotore rispetto al campo magnetico che viene a formarsi fra le espansioni del pacco statorico nel momento in cui si ha l'alimentazione con corrente alternata dell'avvolgimento induttore .

Se ciò non rappresenta un problema nel caso dell'azionamento di pompe centrifughe a pale radiali, diventa una limitazione notevole per le pompe centrifughe e per i ventilatori che prevedono una particolare conformazione delle pale e quindi un unico senso di rotazione della girante.

Questo è uno dei problemi maggiormente sentiti nel campo delle macchine centrifughe impieganti motori a magneti permanenti e vari dispositivi sono stati finora proposti sia di tipo elettrico che di tipo meccanico.

Fra questi ultimi di particolare rilievo è il gruppo motopompa oggetto del brevetto europeo EP 148.343.

Questo gruppo motopompa presenta un corpo scatolare con un motore elettrico sincrono a magneti permanenti il cui rotore è posto in una camicia coassiale, sostanzialmente a bicchiere, situata nell'interferro.

Il rotore porta ad una estremità una girante con mozzo che si estende assialmente nella camicia.

Tra la girante, da una parte, e la sezione finale corrispondente del rotore, dall'altra parte, è posto un manicotto intermedio trainato dal rotore.

Il manicotto intermedio comprende almeno una camma che si sviluppa radialmente verso l'esterno con la quale coopera, sulla superficie interna del mozzo, una appendice che si sviluppa radialmente in corrispondenza del

della camma

L'appendice fa parte di una aletta-freno deformabile elasticamente a flessione ricavata nel mozzo.

Questa aletta, quando la camma dell'elemento intermedio incontra l'appendice del mozzo si flette e va in appoggio contro la camicia che contiene il rotore bloccando la rotazione.

Il mozzo è pure dotato di almeno un dente che si sviluppa radialmente verso l'interno con il quale la camma, ruotando dalla parte opposta alla precedente, entra in contatto portandolo in rotazione e portando in rotazione la girante solidalmente al rotore.

In questa motopompa vi deve essere una taratura precisa nelle zone di contatto tra la camma ed appendice facente parte dell'aletta deformabile al fine di evitare inceppamenti .

Infatti la scelta del materiale costituente l'aletta deformabile e l'appendice è legata alla scelta del materiale della girante con la quale, facendo parte del mozzo, essa è in pezzo unico.

Naturalmente la materia plastica costituente la girante, pur presentando una certa elasticità, deve essere principalmente rigida e perciò la necessaria elasticità dell'aletta deformabile è il frutto di un compromesso.

Il fatto di usare materie plastiche principalmente rigide porta anche la conseguenza inevitabile di accentuare i rumori dovuti agli urti fra i componenti all'avviamento.

Un altro dispositivo per provocare rotazioni monodirezionali, in questo caso non legato alla problematica dei motori elettrici a magneti permanenti, è conosciuto nel brevetto GB 361.656 in cui un albero motore porta calettate due camme diametralmente contrapposte che, secondo un verso di rotazione, interferiscono con rispettivi arpioni fulcrati su posizioni ad esse periferiche e portanti rispettivi blocchi posti ravvicinati ad una parete cilindrica di un organo da trascinare.

Le camme hanno superficie esterna ad andamento circolare mentre i blocchi hanno superficie interna circolare eccentrica e ravvicinata alle superfici delle camme.

Quindi con il movimento rotatorio in un senso le camme si vincolano agli arpionismi mentre ruotando nel senso opposto provocano una rotazione dei blocchi rispetto ai rispettivi fulcri ed il bloccaggio di essi contro la parete cilindrica.

In questo caso pur avendo sostituito, rispe brevetto EP 148.343 gli organi deformabili a flessione con elementi fulcrati, anche in questo caso si ha assoluta esigenza di una perfetta taratura della geometria delle varie parti che è necessario che abbiano una certa rigidità.

Il compito principale del presente trovato è quello di mettere a punto un giunto di trascinamento monodirezionale fra il rotore di un motore sincrono a magneti permanenti e l'organo operatore che elimini gli inconvenienti sopra lamentati nei tipi noti.

Nell'ambito del compito sopra esposto, conseguente primario scopo è quello di mettere a punto un giunto di trascinamento monodirezionale che sia svincolato dalle problematiche di scelta dei materiali inerenti il rotore e/o l'organo operatore.

Ancora un importante scopo è quello di mettere a punto un giunto di trascinamento monodirezionale che sia di risposta adeguata alla dinamica dell'avviamento cosicché la partenza nel verso desiderato sia immediata.

Ancora un importante scopo è quello di mettere a punto un giunto di trascinamento monodirezionale in cui vi sia un ridotto rumore d'urto all'avviamento.

Ancora uno scopo è quello di mettere a punto un giunto di trascinamento monodirezionale che permetta, usando gli stessi componenti e agendo solo sul processo di assemblaggio, di variare a piacimento il senso di rotazione.

Ancora uno scopo è quello di mettere a punto un giunto di trascinamento monodirezionale di struttura ed assemblaggio particolarmente semplici.

Ancora uno scopo è quello di mettere a punto un giunto di trascinamento monodirezionale che sia impiegabile sia per organi operatori del tipo delle giranti delle pompe centrifughe che per organi operatori del tipo delle giranti dei ventilatori, cioè con carichi di inerzia notevolmente diversa.

Questi ed altri scopi ancora, che più chiaramente appariranno inseguito, vengono raggiunti da un giunto di trascinamento monodirezionale fra il rotore di un motore sincrono a magneti permanenti e l'organo operatore caratterizzato dal fatto di comprendere, solidali ad un primo dei due componenti fra cui deve essere trasmesso il moto, almeno un primo dente eccentrico di trascinamento ed almeno un elemento a sbalzo in elastomero perifericamente ravvicinato ad una parete cilindrica, della quale ne segue in parte l'andamento, definita da un involucro in cui è posto il rotore ed all'avviamento ferma rispetto al componente motorizzato, almeno un secondo dente, pure eccentrico, essendo solidale ad un secondo dei due componenti fra cui deve essere trasmesso il moto in posizione tale che la traiettoria fra le parti lo porti in un verso ad interagire con detto primo dente e nel verso opposto con detto elemento a sbalzo provocando una spinta radiale verso l'esterno che fletta quest'ultimo contro detta parete cilindrica bloccando il moto.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione dettagliata di due sue forme realizzative illustrate a titolo indicativo, ma non per questo limitativo della sua portata, nelle allegate tavole di disegni in cui:

la fig. 1 è una vista prospettica in sezione di un motore elettrico a magneti permanenti col cui rotore è accoppiato un giunto per il trascinamento monodirezionale secondo il trovato;

la fig. 2 è una vista in esploso dell'insieme del rotore e del giunto di trascinamento relativo alla figura 1;

la fig. 3 è una vista in sezione trasversale relativa al giunto di trascinamento;

la fig. 4 è una vista in esploso dell'intero motore di figura 1;

la fig. 5 è un particolare i sezione diametrale di una variante del giunto di trascinamento;

la fig. 6 è una vista in sezione trasversale della variante di fig. 5;

la fig. 7 è una vista in sezione diametrale di un secondo motore elettrico a magneti permanenti dotato di una seconda forma realizzativa del giunto di trascinamento secondo il trovato;

la fig. 8 è una vista in sezione, della sola parte rotorica, secondo la traccia VIII-VIII di figura 7;

la fig. 9 è una vista in esploso

l'insieme di figura 8.

Con riferimento alle figure da 1 a 4 precedentemente citate, in esse è illustrato un motore elettrico a magneti permanenti indicato nel suo complesso con il numero di riferimento 10 ed in sè del tipo già descritto nella domanda di brevetto per invenzione industriale N. PD 97 A 000124 del 12.06.1997 a nome dello stesso richiedente.

Il motore elettrico 10 comprende, in particolare, uno statore 11, un pacco di lamierini 12 con avvolgimenti 13 ed un rotore 14 disposto fra due espansioni polari 15 definite dal pacco di lamierini 12.

Il rotore 14 è costituito da un magnete permanente 16 anulare e cilindrico sul quale è sovrastampato un elemento 17 in materia plastica definente un codolo interno 17a e flangiature di estremità 17b.

Il rotore 14 si presenta quindi nel complesso di forma cilindrica con foro assiale 18 in cui è inserito un asse 19 su cui il rotore stesso 14 è libero di girare.

L'asse 19 è a sua volta connesso ad una struttura di supporto indicata complessivamente con il numero 20 e composta in questo caso da tre elementi complementari, rispettivamente 21, 22 e 23 disposti coassialmente ed uniti mediante viti non illustrate.

La struttura di supporto racchiude l'insieme costituito dalle espansioni polari 15, dal rotore 14 e dall'asse 19 lasciando comunque quest'ultimo fuoriuscire con una estremità 19a a cui è solidale un organo operatore da porre in rotazione indicato tratteggiato e con il numero 24 e che può essere ad esempio costituito da una girante di un ventilatore.

Il rotore 14 è posto in un involucro stagno complessivamente indicato con 25 che è solidale all'asse 19 ed è composto da un elemento a bicchiere 26 e da un tappo 27 a tenuta.

Quest'ultimo è posto in una porzione allargata diametralmente dell'elemento a bicchiere 26 ed è dotato di una palettatura 28 che ha funzione di turbina per un liquido contenuto nell'involucro stagno 25 in cui il rotore 14 è posto.

Una girante palettata 29, in questo caso con funzioni di pompa, è affacciata alla palettatura 28 del tappo 27 nella parte allargata dell'involucro stagno 25 ed è accoppiata al rotore 14 per mezzo di un giunto di trascinamento monodirezionale secondo il trovato il quale è indicato nelle figure nel suo complesso con il numero riferimento 30.

Detto giunto 30 comprende monolitici a corrispondente flangiatura 17b del rotore 14 da cui si sviluppano assialmente, un primo dente 31 eccentrico (cioè radialmente spostato rispetto all'asse 19 del rotore 14) di trascinamento ed un codolo internamente cavo 32.

Un elemento anulare 33 in elastomero quale gomma è disposto a circondare il codolo 32 risultando adiacente con una sua porzione periferica con una porzione radialmente interna del primo dente 31.

Da detto elemento anulare 33 si sviluppano due appendici radiali, rispettivamente 34 e 35, che sono poste alle estremità del primo dente 31.

Da una delle dette appendici radiali, in questo caso in particolare quella indicata con 34, si sviluppa un elemento a sbalzo perifericamente ravvicinato alla parete cilindrica dell'elemento a bicchiere 26 della quale ne segue in parte l'andamento.

In particolare il profilo dell'elemento a sbalzo 36 prevede una parte 37 circolare, appunto adiacente alla parete dell'elemento a bicchiere 26, ed una parte rettilinea 38 che ne fa assumere una sagoma a cuneo.

Detto elemento a sbalzo 36 forma con l'elemento anulare 33 a cui esso è monolitico una zona cava 39 entro la quale può parzialmente penetrare un secondo dente 40 che si sviluppa, eccentricamente rispetto all'asse 19, dalla girante palettata 29

La traiettoria relativa, in un senso di rotazione, fra il secondo dente 40 e l'elemento a sbalzo 36 fa si che quest'ultimo ne provochi una spinta radiale verso l'esterno che lo fletta contro la parete cilindrica dell'elemento a bicchiere 26 bloccando il moto.

Per rotazioni in senso opposto, che all'avviamento sono dovute al verso iniziale del campo magnetico o all'inversione di esso dopo un tentativo in senso contrario combinata all'effetto di rimbalzo provocato dal materiale elastomerico , il secondo dente 40 va in appoggio all'appendice radiale 35 e quindi interagisce con il primo dente 31 trascinandolo in rotazione.

Quindi, per tentativi di rotazione in un senso si ha il bloccaggio, mentre nel senso opposto vi è libertà.

Per un certo tratto di angolo giro, circa 180° gradi sessagesimali, il rotore 14 è svincolato dal carico costituito dalla girante palettata 29 e può quindi avviarsi liberamente prima di trascinare questa in rotazione.

La girante 29 insieme con la palettatura 28 definisce un giunto viscoso in cui la prima, solo nel verso posto in rotazione dal rotore 14, fornisce al fluido operativo contenuto nell'involucro 25 energia cinetica.

Tale energia cinetica viene convertita in energia di pressione (prevalenza) dalla forma delle pale dei condotti meridiani della girante 29.

Il fluido operativo posto in movimento nei condotti palari della girante 29 inizia a circolare nei condotti palari della palettatura 28 del tappo 27 che per questa causa si pone in rotazione.

Conseguentemente viene posto in rotazione l'organo operatore 24.

Il giunto viscoso combinato con il giunto di trascinamento 30 garantisce l'avviamento monodirezionale del motore in condizioni del tutto similari a quelli di un motore asincrono.

E' da mettere a questo punto in evidenza, in riferimento a quanto fino ad ora previsto dallo stato della tecnica, che l'elemento che realizza la monodirezionalità (elemento anulare 33 con appendici radiali 34 e 35 ed elemento a sbalzo 36) è un pezzo indipendente e non integrato con le altre parti del giunto.

Ciò ha come primo effetto una semplificazione dello stampo di produzione, ma in modo particolare rende possibile realizzare l'elemento nel materiale più idoneo sia in termini di caratteristiche meccaniche, sia in termini di attutimento degli urti per ottenere basse rumorosità.

Tale indipendenza rende l'insieme meno legato ad una corretta taratura delle geometrie in quanto è semplicemente necessario ottenere, al contatto fra le parti, una componente di forza radiale che faccia flettere l'elemento a sbalzo 36 verso l'esterno.

Il fatto di realizzare l'elemento che definisce la monodirezionalità in un elastomero quale la gomma rende possibile lo sfruttamento dell'elevato coefficiente di attrito della stessa per garantire un blocco rapido e silenzioso, oppure rende possibile decidere a piacere il grado di deformazione dell'elemento a sbalzo 36 in modo semplice agendo sulla durezza del materiale o sulla geometria delle parti senza rischi di inceppamenti del sistema realizzando risposte nell'avviamento adeguate.

E' ancora da mettere in evidenza che l'appendice radiale 35, nel caso di corretto senso di rotazione all'avviamento, ha la funzione di ammortizzatore quindi di elemento che attutisce il rumore.

Particolarmente rilevante è poi il fatto che l'elemento anulare 33 possa essere montato indifferentemente con le appendici radiali 34 e 35 da una parte o dall'altra del primo dente 31 e ciò rende possibile decidere il senso di rotazione semplicemente cambiando il suo verso di montaggio.

Naturalmente la conformazione del carico (ad esempio la curvatura palare di una girante) deve essere adeguata.

E' da mettere ulteriormente in evidenza che il giunto è privo di parti articolate che potrebbero essere facilmente soggette ad inceppamenti susseguenti al deposito di sporco.

Con riferimento ora alle figg. 5 e 6 precedenti, in una variante realizzativa del giunto, il primo dente, ora 31a, ha un'ampiezza angolare minore dello spazio angolare fra le appendici radiali, ora 34a e 35a, dell'elemento anulare, ora 33a.

Quest'ultimo è dotato, fra le appendici 34a e 35a, di un cordolo 37a a sezione semicircolare inserito in una controsagomata cava 38a del primo dente 3la con la quale è in contatto.

All'avviamento si ha quindi, prima del contatto del primo dente 31a con l'appendice 35a e del conseguente trascinamento, un'effetto di frizione fra il cordolo 37a e la cava 38a in movimento relativo con conseguente attutimento dell'urto di contatto.

Naturalmente l'attrito può anche essere realizzato agendo semplicemente sull'interferenza fra l'elemento anulare 33a ed il codolo, ora 32a, ad esso interno.

Facendo ora riferimento alle figure da 7 a 9 precedentemente citate, in esse è illustrato un motore elettrico a magneti permanenti, del tipo precedentemente descritto, connesso con una girante di una pompa centrifuga.

In particolare, un rotore 110 a magneti permanenti è posto all'interno di una camera tubolare 111 (involucro) posta nell' inter ferro fra due espansioni polari realizzate con un pacco di lamierini llla connessi ad avvolgimenti (non visibili) ed è libero di ruotare rispetto ad una asse 112 fissato assialmente alla camera.

Il rotore 110 è composto da un magnete permanent anulare 113 e da un elemento sovrastampato 114 in materia plastica definente un codolo interno 114a e flangiature di estremità 114b.

Fra il rotore 110 e la girante palettata 115 che costituisce l'organo operatore è posto un giunto di trascinamento monodirezionale secondo il trovato in una seconda forma realizzativa indicato nel complesso con il numero 116.

In particolare, la girante 115, che presenta un mozzo 117 montato su un prolungamento 118 del codolo interno 114a del rotore 110, rispetto al quale essa è comunque folle, porta solidalmente allo stesso mozzo 117 un elemento anulare in elastomero 119, del tipo del precedente 33, dal quale si sviluppa radialmente un primo dente 120 che porta a sua volta solidale (monolitico) un elemento a sbalzo 121 cioè perifericamente ravvicinato alla parete cilindrica della camera tubolare 111 della quale ne segue in parte l'andamento e che ha l'estremità libera sostanzialmente a cuneo.

Fra l'elemento a sbalzo 121 e l'elemento anulare in elastomero 119 è definita una zona cava 122.

Per quanto riguarda ancora l'elemento anulare 119, esso è internamente dotato di rigature 123 complementari a rigature 124 del mozzo 117 per renderlo solidale a questo nei movimenti rotatori.

L'elemento anulare 119 è pure dotato di cavette assiali 125 che costituiscono delle sedi di posizionamento di rilievi 126 del mozzo 117 per il suo corretto posizionamento e fissaggio assiale.

Il giunto di trascinamento 116 comprende ancora un secondo dente 127 che si sviluppa dalla corrispondente flangiatura 114b dell'elemento 114 sovrastampato del rotore 110 ed è posto in modo tale che la sua traiettoria lo porti in un verso a contatto con il primo dente 120 trascinandolo in rotazione, e nel verso opposto a contatto con detto elemento a sbalzo 121, penetrando parzialmente nella zona cava 122, provocando una spinta radiale verso l'esterno che lo fletta contro la parete cilindrica della camera 111 bloccandolo.

E' da mettere in evidenza in questo caso che l'elemento a sbalzo 121 è solidale all'organo operatore a differenza del caso precedente in cui lo stesso era solidale al rotore

Anche in questa seconda forma realizzativa si si sono in pratica riscontrati i medesimi vantaggi precedentemente citati per la prima forma, a parte l'impossibilità in queste caso di cambiare, al montaggio, il senso di rotazione per le particolare conformazione del giunto.

Si è in pratica constatato come siano stati raggiunti il compito e gli scopi preposti al presente trovato.

Il trovato così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo.

Inoltre tutti i particolari potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti.

In pratica i materiali impiegati, purché compatibili con l'uso contingente, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi, a seconda delle esigenze.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1) Giunto di trascinamento monodirezionale fra il rotore di un motore sincrono a magneti permanenti e l'organo operatore caratterizzato dal fatto di comprendere, solidali ad un primo dei due componenti fra cui deve essere trasmesso il moto, almeno un primo dente eccentrico di trascinamento ed almeno un elemento a sbalzo in elastomero perifericamente ravvicinato ad una parete cilindrica, della quale ne segue in parte l'andamento, definita da un involucro in cui è posto il rotore ed all'avviamento ferma rispetto al componente motorizzato, almeno un secondo dente, pure eccentrico, essendo solidale ad un secondo dei due componenti fra cui deve essere trasmesso il moto in posizione tale che la traiettoria fra le parti lo porti in un verso ad interagire con detto primo dente e nel verso opposto con detto elemento a sbalzo provocando una spinta radiale verso l'esterno che lo flette contro detta parete cilindrica bloccandolo.
2. 2) Giunto come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto elemento a sbalzo si sviluppa da un elemento anulare solidale a detto primo dente .
3. 3) Giunto come alle rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto che detto elemento anulare è radialmente interno a detto primo dente e presenta due appendici disposte alle estremità di esso, da una delle dette appendici sviluppandosi monoliticamente detto elemento a sbalzo.
4. 4) Giunto come ad una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto elemento a sbalzo è radialmente interposto con una sua porzione fra detto secondo dente e detta parete.
5. 5) Giunto come ad una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto primo dente è solidale al rotore del motore e detto elemento a sbalzo è solidale a detto primo dente, detta parete cilindrica essendo solidale all'organo operatore.
6. 6) Giunto come alla rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detto secondo dente è monolitico con una girante palettata con funzioni di pompa affacciata ad una girante palettata con funzioni di turbina solidale a detta parete essendo parte con questa di un involucro stagno di girevole in cui detto rotore è posto.
7. 7) Giunto come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto elemento a sbalzo è monolitico con detto primo dente.
8. 8) Giunto come alla rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detto -primo dente è solidale a detto organo operatore e detto secondo dente è solidale con detto rotore.
9. 9) Giunto come alla rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detto organo operatore presenta un mozzo che porta solidale un elemento anulare in elastomero dal quale si sviluppa radialmente detto primo dente portante solidale detto elemento a sbalzo perifericamente ravvicinato alla parete cilindrica di una camera tubolare in cui detto rotore è posto e che è parte della struttura di supporto di esso.
10. 10) Giunto come alle rivendicazioni 8 e 9, caratterizzato dal fatto che detto secondo dente è monolitico con detto rotore.
11. 11) Giunto come alla rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detto elemento anulare è internamente dotato di rigature complementari a rigature del detto mozzo atte a renderlo solidale a questo nei movimenti rotatori, detto elemento anulare essendo pure dotato di cavette assiali che costituiscono delle sedi di posizionamento di rilievi del detto mozzo per il suo corretto assiale 12) Giunto come ad una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di presentare almeno l'estremità libera a sagoma sostanzialmente cuneiforme. 13) Giunto come ad una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che fra detto elemento anulare in elastomero e quello dei due componenti che all'avviamento può essere con esso in movimento relativo, dalla parte del corretto senso di rotazione vi sono parti che per un predisposto tratto angolare sono in contatto radente a realizzare un'effetto di frizione per smorzare l'urto di avviamento. 14) Giunto come alla rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto che lo sviluppo angolare di primo dente è minore dello spazio angolare fra dette appendici che si sviluppano da detto elemento anulare in modo da realizzare all'avviamento un movimento relativo frizionato.. 15) Giunto di trascinamento monodirezionale fra il rotore di un motore sincrono a magneti permanenti e l'organo operatore come ad una o più delle rivendicazioni precedenti, che si caratterizza per quanto descritto ed illustrato nelle allegate tavole di disegni.