ITRE20000132A1 - Motore elettrico lineare a corrente alternata trifase. - Google Patents

Description

D E S C R I Z I O NE

annessa a domanda di breveto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo: “MOTORE ELETTRICO LINEARE A CORRENTE ALTERNATA TRIFASE”.

La presente invenzione concerne un motore elettrico lineare a corrente alternata trifase.

I motori elettrici lineari che, come noto, di recente hanno trovato applazione industriale principalmente negli azionamenti per macchine utensili, sono provvisti di magneti permanenti, disposti uniformemente sulla parte fissa, e di induttori, composti da bobine montate su vari nuclei d'armatura, mobili parallelamente a detti magneti fissi, e mantenuti a distanza costante da questi mediante una appropriata architettura meccanica basata sull'impiego di efficaci guide di scorrimento longitudinale.

In tale categoria di motori, uno dei principali compiti tecnici dei progettisti del settore è quello di assicurare un moto di avanzamento dell'induttore mobile quanto più uniforme possibile; si deve infati considerare che il suddetto avanzamento è molto influenzato dalla elevata forza di attrazione che si esplica tra parte fissa e parte mobile del motore in virtù del forte campo magnetico generato dagli speciali magneti impiegati.

Si ha in pratica una elevata tendenza, in termine tecnico denominata “cogging”, all'impuntamento della parte mobile in corrispondenza alle posizioni di massima attrazione esercitata sull’induttore da parte dei magneti fissi; fenomeno questo da evitare specialmente negli azionamenti di precisione sopra indicati.

Al fine di superare il suddetto inconveniente sono state quindi proposte soluzioni varie riguardanti la disposizione relativa tra bobine e magneti fissi; disposizioni tali cioè da evitare che possa aversi, nel corso del moto relativo tra bobine e magneti, una configurazione nella quale più nuclei possano trovarsi in perfetta corrispondenza ad altrettanti magneti.

Ad esempio nella pubblicazione brevettuale W099/41825 si illustra una soluzione sostanzialmente basata sul fatto che la parte mobile del motore è composta da blocchi di nove bobine ciascuno, ognuno di detti blocchi avendo lunghezza pari a otto volte il passo dei magneti fissi ed essendo distanziato dal blocco adiacente di un intervallo corrispondente a 2/3, o 1/3, o 1⁄2 del suddetto passo polare.

Con tale soluzione quindi, si cerca di limitare l'inconveniente sopra esposto utilizzando uno schema in cui si prevede che la distanza, o passo, tra i denti dell'induttore mobile sia inferiore al passo tra i magneti fissi, ed esattamente, secondo un rapporto tra i due pari a 8/9.

Ovviamente sono allo studio ulteriori soluzioni al suddetto problema che risultino efficaci anche riguardo ad altre problematiche quali la semplicità costruttiva, la bassa inerzia dell'induttore, l'economia di realizzazione, o altre ancora.

Scopo della presente invenzione è quello di proporre un motore elettrico lineare a corrente alternata trifase nel quale sia praticamente annullato il fenomeno, tipico di questa categoria di motori, della disuniformità del moto di avanzamento della parte mobile.

Ulteriore scopo dell’invenzione è quello di proporre un motore elettrico lineare a corrente alternata trifase avente caratteristiche valide particolarmente per la realizzazione di azionamenti per macchine utensili e macchine automatiche, ed in particolare una bassa inerzia della parte mobile.

Gli scopi suddetti vengono raggiunti mediante un motore elettrico lineare a corrente alternata trifase in cui una pluralità di magneti sono ancorati alla parte fissa, o statore, del motore, uniformemente distribuiti secondo un determinato passo, ed una pluralità di bobine sono montate su denti di un induttore il quale è mobile parallelamente a detti magneti fissi, a distanza costante da essi, dette bobine essendo riunite in blocchi formati ciascuno da 6, o da multipli di 6, bobine uniformemente distanziate tra loro, la lunghezza di ciascun blocco di bobine costituendo il “passo” delle bobine ed essendo rispettivamente pari alla lunghezza di 7 magneti fissi, ovvero ad un multiplo di 7, considerando tale valore pari al passo dei magneti fissi. In alternativa, la parte fissa potrà essere costituita dall’induttore, mentre la parte mobile sarà costituita dalla pluralità di magneti.

Vantaggiosamente, il rapporto tra il passo delle bobine e il passo dei magneti, esprimendo tali grandezze in gradi elettrici, può variare tra 200° (passo bobine)/l 80° (passo magneti) e 220° (passo bobine)/ 180° (passo magneti), rimanendo nell'ambito di validità del presente brevetto.

Il valore ideale del suddetto rapporto è ovviamente pari a 210° (passo bobine)/ 180° (passo magneti), che equivale al rapporto 7/6 sopra definito con riferimento al numero dei magneti e delle bobine comprese a parità di lunghezza di un determinato tratto del motore lineare.

Mentre la geometria bobine/magneti si ripete secondo multipli di 6 e 7, sempre obbedendo al suddetto rapporto, la sequenza di collegamento tra le bobine si ripete preferibilmente secondo multipli di 12; ove, indicando con R, S, T le tre fasi dell’alimentazione del motore, le bobine si succedono, ad esempio, nell'ordine R,-R,-T,T,S,-S,-R R,T,-T,-S,S.

Secondo le suddette caratteristiche costruttive si ottiene quindi un motore lineare nel quale il passo tra i denti dell'induttore mobile è superiore al passo tra i magneti fissi ed il relativo rapporto rimane compreso entro un ben determinato intervallo, avendosi come risultato una notevole riduzione del fenomeno del cogging ed, inoltre il motore si presenta particolarmente adatto per gli azionamenti di precisione grazie alla semplicità e al basso valore dell'inerzia del gruppo mobile rispetto alle soluzioni ove il numero delle bobine è superiore al numero dei magneti.

Al fine, comunque, di una migliore comprensione delle caratteristiche strutturali e dei vantaggi del motore della presente invenzione ne viene di seguito descritto un esempio di realizzazione non limitativo, con l’ausilio delle tavole di disegno allegate nelle quali:

- la figura 1 rappresenta una vista frontale, in sezione, di un tratto di un motore elettrico lineare secondo l'invenzione;

- la figura 2 rappresenta una vista frontale di un componente del motore di fig. 1; - la figura 3 rappresenta una vista prospettica, in parziale sezione, della parte strutturale del motore lineare di fig. 1;

- la figura 4 rappresenta una vista frontale, in sezione, relativa ad una soluzione del motore lineare dell'invenzione alternativa alla soluzione di fig. 1-Con riferimento alla fig. 1, ove è schematicamente illustrato un tratto di un motore elettrico lineare complessivamente indicato con 10, si nota che sulla parte fissa, 11, 0 statore, del motore sono posizionati, a distanza uniforme l'uno dall'altro, una serie di magneti permanenti, 12.

Detti magneti sono numerati, in questo esempio di realizzazione, da 1 a 14, ed il relativo passo è indicato con Tm.

Contrapposta a detta parte fissa, 11 , è indicata con 13 la struttura mobile, o induttore, del motore 10, detto induttore essendo azionabile nei due sensi A e B a seconda della sequenza di alimentazione trifase delle bobine, 14, montate sui denti, 15, di detta struttura mobile, o induttore.

1 denti, 15, del l'induttore, 13, sono numerati, in questo esempio di realizzazione, da 1 a 12, ed il relativo passo è indicato con Td; esso è dato dalla somma della distanza, Tx, tra i lati della spira mediana di una generica bobina, 14, e della distanza, Ty, tra i lati delle spire mediane di due bobine contigue.

Da quanto sopra descritto ed illustrato si può osservare che a parità di lunghezza della parte fissa, 11, e della parte mobile, 13, del motore lineare dell'invenzione, abbiamo, da un lato, un numero di magneti pari a 14, e, dall'altro lato, un numero di bobine pari a 12. Considerando, quindi, che la distanza, o passo Td, tra le bobine è 1/12 di detta lunghezza e che la distanza, o passo Tm, tra i magneti è 1/14 della stessa lunghezza, ne discende che il rapporto tra i passi Td e Tm risulta pari a 14/12, ossia 7/6.

Tale rapporto può altresì essere espresso considerando lo sfasamento elettrico rispettivamente tra due bobine, 14, e tra due magneti, 12.

Basti infatti osservare che, mentre lo sfasamento tra due magneti adiacenti, essendo tali magneti di polarità opposte, è ovviamente pari a 180°, lo sfasamento tra due bobine adiacenti, considerando la lunghezza del settore polare intercorrente tra due assi consecutivi delle bobine medesime, è pari a (180 * 7 / 6) = 210°; per cui, il rapporto tra lo sfasamento elettrico tra due bobine contigue e lo sfasamento elettrico tra due magneti contigui risulta uguale a 210°/180°, e, naturalmente, il valore di questo rapporto è pari al valore 7/6 trovato in precedenza.

Per inciso, è opportuno qui rilevare che, indipendentemente dall'esempio di realizzazione considerato, la validità della soluzione proposta rimane salvaguardata fintantoché la distanza, espressa in gradi di sfasamento elettrico, tra due bobine contigue di un motore lineare secondo l'invenzione rimane compresa tra 200° e 220°. Infatti, da prove sperimentali è stato evidenziato che in motori elettrici lineari nei quali le bobine siano state distanziate tra loro di un angolo elettrico compreso nel suddetto intervallo, il fenomeno della disuniformità del moto di avanzamento è risultato irrilevante.

In fig. 2 notiamo raffigurato in dettaglio un componente del blocco bobine dell’induttore mobile, 13. Esattamente, si tratta di un lamierino, 16, in materiale ferromagnetico che fa parte del nucleo di detto induttore. Esso è ovviamente accoppiato a lamierini analogamente conformati ed è ancorato, mediante opportuni mezzi di ancoraggio alloggiati negli incavi, 17, ad una tavola superiore, 18, che, come possiamo osservare in fig. 3, è, a sua volta, ancorata a carrelli, 19, atti a scorrere su guide longitudinali, 20, solidali alla struttura fissa, 11, del motore.

Il nucleo dell’ induttore, 13, nell’esempio di realizzazione fin qui illustrato si compone quindi di dodici denti, 15, sui quali sono avvolte le bobine, 14, alimentate mediante corrente alternata trifase, la cui successione, indicando con R S e T le tre fasi di alimentazione, può opportunamente essere costituita dalla combinazione seguente.

Ulteriori possibili soluzioni secondo il trovato possono realizzarsi prevedendo nuclei composti da 6 bobine ciascuno o da multipli di 6.

Uno di tali esempi è illustrato in fig. 4, ed, esattamente, è composto da 6 bobine, 14’, montate su altrettanti denti, 15’, di un induttore mobile, 13’. Il settore polare contrapposto, avente lunghezza uguale a quella del suddetto induttore, 13’, comprende n.7 poli, 12’, uniformemente distanziati.

Si noti che in questo esempio di realizzazione i valori del passo tra i denti dell’ induttore, Td, e del passo tra i poli dello statore, Tm, sono uguali ai valori relativi all’esempio di fig. 1 ; ma, ai fini della validità della soluzione proposta, tali valori potrebbero anche differire, mantenendo, però, inalterato il rapporto relativo. In particolare, il valore ideale di tale rapporto, come abbiamo visto in precedenza, è 7/6, o, espresso in gradi di sfasamento elettrico, 210°/180°; esso, inoltre, può validamente essere compreso tra 200°/180° e 220°/l 80°.

Per quanto riguarda la struttura del motore dell’invenzione, vi è da considerare che essa può ovviamente differire da quella illustrata a titolo di esempio in figura 3; può, infatti, essere previsto un diverso collegamento dell’induttore mobile, 13, alla parte fissa, 11, utilizzando, ad esempio, più guide di scorrimento parallele.

Altre diverse soluzioni possono prevedersi relativamente ai collegamenti meccanici fra i vari organi strutturali del motore, pur sempre rispettando, però, la sopra indicata geometria relativa tra bobine e magneti.

Vi è da considerare inoltre che l’induttore mobile può ovviamente essere costituito da più blocchi composti da 6, o da multipli di 6, bobine, disposti consecutivamente nella direzione del moto, la distanza tra detti blocchi potendo essere ottimizzata in funzione di parametri vari, connessi anche allo specifico settore applicativo.

E’, in ogni caso, stata evidenziata, con la soluzione proposta, una notevole riduzione del fenomeno del cogging rispetto alle soluzioni attualmente note, ed, inoltre, una migliore rapidità di risposta dell’ azionamento ai comandi elettrici.

Grazie alla particolare configurazione strutturale si ha, altresì, una elevata semplificazione costruttiva del motore nel suo complesso, una maggiore leggerezza della parte mobile, ed una conseguente economia di realizzazione.

Questi ed altri vantaggi rimangono tali anche in presenza di ulteriori modifiche o varianti apportagli all'esempio di realizzazione descritto ed illustrato rimanendo nell’ambito di protezione definito dalle rivendicazioni seguenti.

Claims (1)

1. R I V EN D I C AZ I O N I 1- Motore elettrico lineare a corrente alternata trifase (10) comprendente una pluralità di magneti (12) ancorati uniformemente, secondo un determinato passo, alla parte fissa, (11) di detto motore, una pluralità di bobine (14) montate su denti (15) di un induttore (13) il quale è mobile parallelamente a detti magneti fissi, a distanza costante da essi, in cui dette bobine (14) sono riunite in blocchi formati ciascuno da 6, o da multipli di 6, bobine uniformemente distanziate tra loro, la lunghezza di ciascun blocco di bobine essendo rispettivamente pari a 7, o ad un multiplo di 7, volte il passo di detti magneti fissi. 2- Motore elettrico lineare a corrente alternata trifase (10) comprendente una pluralità di magneti (12) ancorati uniformemente, secondo un determinato passo, alla parte fissa, (11) di detto motore, una pluralità di bobine (14) montate su denti (15) di un induttore (13) il quale è mobile parallelamente a detti magneti fissi, a distanza costante da essi, in cui dette bobine (14) sono riunite in blocchi formati ciascuno da 6, o da multipli di 6, bobine uniformemente distanziate tra loro, nel quale il valore del rapporto tra la distanza intercorrente tra gli assi di due bobine adiacenti di uno stesso blocco di bobine e il passo di due magneti ancorati a detta parte fissa del motore, esprimendo tali grandezze in gradi elettrici, può variare tra 200° (passo bobine)/180° (passo magneti) e 220° (passo bobine)/180° (passo magneti). 3- Motore elettrico lineare (10) secondo la rivendicazione 1, ovvero secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto induttore mobile (13) comprende almeno un blocco formato da 12 bobine, la cui lunghezza è pari a 14 volte il passo dei magneti fissi. 4- Motore elettrico lineare (10) secondo la rivendicazione precedente caratterizzato dal fatto che dette bobine sono alimentate a corrente alternata trifase secondo la successione di alimentazione

   o secondo l' alimentazione esattamente opposta in riferimento a ciascuna bobina. 5- Motore elettrico lineare (10) secondo la rivendicazione 3 caratterizzato dal fatto che dette bobine sono alimentate a corrente alternata trifase secondo la successione di alimentazione

   o secondo l’alimentazione esattamente opposta in riferimento a ciascuna bobina. 6- Motore elettrico lineare (10) secondo la rivendicazione 3 caratterizzato dal fatto che dette bobine sono alimentate a corrente alternata trifase secondo la successione di alimentazione

   o secondo l' alimentazione esattamente opposta in riferimento a ciascuna bobina. 7- Motore elettrico lineare a corrente alternata trifase (10) comprendente una pluralità di bobine (14) montate su denti (15) di un induttore (13) il quale è fisso; una pluralità di magneti (12) uniformemente distanziati fra loro secondo un determinato passo, detta pluralità di magneti essendo mobile parallelamente a detta pluralità di bobine, a distanza costante da essa, in cui dette bobine (14) sono riunite in blocchi formati ciascuno da 6, o da multipli di 6 bobine uniformemente distanziate tra loro, la lunghezza di ciascun blocco di bobine essendo rispettivamente pari a 7, o ad un multiplo di 7, volte il passo di detti magneti. 8- Motore elettrico lineare a corrente alternata trifase ( 10) sostanzialmente come descritto ed illustrato nelle tavole di disegno allegate.