ITRM20090566A1

ITRM20090566A1 - ELECTRIC PHASE-STORED AND STABILIZED MOTOR WITH MAGNETIC FLOW DEVIATION

Info

Publication number: ITRM20090566A1
Application number: IT000566A
Authority: IT
Inventors: Francesco Ranchella; Alessandro Ribaudo
Original assignee: Francesco Ranchella; Alessandro Ribaudo
Priority date: 2009-11-04
Filing date: 2009-11-04
Publication date: 2011-05-05
Also published as: IT1397106B1

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

â€œMOTORE ELETTRICO FASATO E STABILIZZATO A DEVIAZIONE DI FLUSSO MAGNETICOâ€ , `` TIMED AND STABILIZED ELECTRIC MOTOR WITH MAGNETIC FLOW DEVIATION '',

Campo delVÃ¬nvenzÃ¬one. Campo delVÃ¬nvenzÃ¬one.

L'invenzione riguarda dispositivi per la trasformazione di energia elettrica in energia meccanica, come motori elettrici, che fanno uso di magneti permanenti e di avvolgimenti ferromagnetici. The invention relates to devices for transforming electrical energy into mechanical energy, such as electric motors, which make use of permanent magnets and ferromagnetic windings.

PiÃ¹ specificamente il trovato si basa su un sistema di deviazione del flusso magnetico di due o piÃ¹ magneti permanenti tramite il passaggio controllato elettronicamente di corrente in bobine o solenoidi per ottenere la rotazione di uno o piÃ¹ rotori rispetto ad uno o piÃ¹ statori. More specifically, the invention is based on a magnetic flux deviation system of two or more permanent magnets through the electronically controlled passage of current in coils or solenoids to obtain the rotation of one or more rotors with respect to one or more stators.

Stato della tecnica. State of the art.

Esistono molti tipi di motori elettrici, che trovano applicazione nelle piÃ¹ svariate attivitÃ produttive. Caratteristiche fondamentali dei motori elettrici sono il rendimento, definito come rapporto tra la potenza (meccanica) erogata e la potenza (elettrica) assorbita, la potenza massima, che corrisponde al massimo carico e al massimo numero di giri che un motore puÃ² sostenere, il peso e il volume. Tipicamente un motore piÃ¹ potente risulta anche piÃ¹ pesante e voluminoso. There are many types of electric motors, which find application in the most varied production activities. The fundamental characteristics of electric motors are the efficiency, defined as the ratio between the (mechanical) power supplied and the (electric) power absorbed, the maximum power, which corresponds to the maximum load and the maximum number of revolutions that a motor can support, the weight and the volume. Typically a more powerful engine is also heavier and bulkier.

I motori elettrici a spazzole soffrono di un rapido logorio delle componenti dovuto alla presenza di corpi striscianti. Questi ultimi determinano anche una difficoltÃ nell'inversione del senso di rotazione. Electric brush motors suffer from rapid component wear due to the presence of sliding bodies. The latter also determine a difficulty in reversing the direction of rotation.

In alcuni motori senza spazzole, il rotore alloggia magneti permanenti o avvolgimenti, che ostacolano il raggiungimento di un elevato numero di giri a causa della difficoltÃ di mantenere il rotore bilanciato. Inoltre la forza centrifuga sottopone le componenti presenti sul rotore a sforzi crescenti con il numero di giri, che a lungo andare determinano danneggiamenti alla struttura del motore. Gli avvolgimenti presenti nei motori senza spazzole sono generalmente molto complicati sia dal punto di vista della geometria che, conseguentemente, della produzione. In some brushless motors, the rotor houses permanent magnets or windings, which hinder the achievement of a high number of revolutions due to the difficulty of keeping the rotor balanced. Furthermore, the centrifugal force subjects the components present on the rotor to increasing stresses with the number of revolutions, which in the long run cause damage to the motor structure. The windings present in brushless motors are generally very complicated both from the point of view of geometry and, consequently, of production.

I motori a riluttanza variabile privi di un encoder, che controlli istante per istante la posizione relativa di rotore e statore, sono soggetti al rischio di perdere il passo e di fermarsi a seguito di un cambiamento improvviso nel carico. Variable reluctance motors without an encoder, which checks the relative position of rotor and stator instant by instant, are subject to the risk of losing their pitch and stopping due to a sudden change in load.

Tutti i motori sopra citati hanno un rendimento non costante rispetto alle variazioni di carico. Essi possono dunque essere usati vantaggiosamente solo in ambiti di applicazione molto ristretti. Quando tali motori vengono impiegati in situazioni di carico diverse da quelle alle quali viene raggiunto il massimo rendimento, si riscontra una notevole dispersione termica, che determina la necessitÃ di impiego di sofisticati e spesso costosi sistemi di raffreddamento. Inoltre, anche limitando l'analisi ai valori di rendimento massimo, motori concepiti per erogare potenze ridotte hanno rendimenti molto bassi (inferiori all'80%). Solo motori ad uso industriale e di notevole peso e dimensioni riescono attualmente a raggiungere rendimenti (massimi) superiori al 90%. Recentemente in U.S. Pat. N. 6,342,746 del 1999 di Flynn et al. Ã ̈ stato descritto un motore a deviazione di flusso magnetico, derivato da un generatore di impulsi elettrici proposto da Wargin et al. in U.S. Pat. N. 2,446,446 nel 1947, con un rendimento costante su un'ampia gamma di valori di carico. Tale motore presenta problemi di spunto e di vibrazioni dovute alla presenza di forze trasversali all'asse di rotazione non perfettamente bilanciate, che determinano un logorio delle componenti e un funzionamento rumoroso. All the motors mentioned above have an efficiency which is not constant with respect to load variations. They can therefore be used advantageously only in very restricted areas of application. When these motors are used in load situations other than those in which maximum efficiency is reached, there is a considerable thermal dispersion, which determines the need for the use of sophisticated and often expensive cooling systems. Furthermore, even limiting the analysis to the maximum efficiency values, motors designed to deliver reduced power have very low efficiencies (less than 80%). Only motors for industrial use and of considerable weight and dimensions are currently able to achieve (maximum) efficiencies above 90%. Recently in the U.S. Pat. No. 6,342,746 of 1999 by Flynn et al. A magnetic flux deflection motor has been described, derived from an electrical pulse generator proposed by Wargin et al. in U.S. Pat. No. 2,446,446 in 1947, with consistent performance over a wide range of load values. This engine has problems of starting and vibrations due to the presence of transversal forces to the rotation axis not perfectly balanced, which cause wear of the components and a noisy operation.

La presente invenzione supera i limiti e i problemi della tecnica nota in virtÃ¹ di una nuova geometria dei magneti permanenti presenti sullo statore e dello statore stesso, combinando inoltre l'azione di tre motori operanti sul medesimo asse con una scelta dei materiali costruttivi volta a ridurre il peso e ad ottimizzare la dissipazione termica, giÃ molto ridotta dati i rendimenti elevatissimi del motore. The present invention overcomes the limitations and problems of the known art by virtue of a new geometry of the permanent magnets present on the stator and of the stator itself, also combining the action of three motors operating on the same axis with a choice of construction materials aimed at reducing the weight and to optimize thermal dissipation, already very low given the very high efficiency of the motor.

Obiettivi e vantaggi dell'invenzione. Objectives and advantages of the invention.

Rispetto ai limiti della tecnica nota, il trovato si propone di realizzare un motore elettrico dotato di rendimento sostanzialmente costante su un'ampia gamma di carichi, tramite l'uso di magneti permanenti montati sullo statore e generanti un flusso magnetico che puÃ² essere controllato da una corrente elettrica relativamente bassa, che fluisce in bobine pure alloggiate sullo statore. With respect to the limitations of the prior art, the invention aims to provide an electric motor with substantially constant efficiency over a wide range of loads, through the use of permanent magnets mounted on the stator and generating a magnetic flux which can be controlled by a relatively low electric current, which flows in pure coils housed on the stator.

Il trovato si propone poi di raggiungere rendimenti superiori al 90% anche in versioni leggere e poco potenti, adatte all'uso in applicazioni domestiche e simili. The invention then proposes to achieve efficiencies higher than 90% even in light and not very powerful versions, suitable for use in domestic applications and the like.

Un altro obiettivo della presente invenzione consiste nella riduzione della dispersione termica in virtÃ¹ di rendimenti elevatissimi, sostanzialmente costanti al variare del carico, e di una scelta accurata dei materiali costruttivi. I motori basati sulla presente invenzione possono fare a meno di un sistema di raffreddamento dinamico, migliorando cosÃ¬ il rapporto peso/potenza. Another objective of the present invention consists in the reduction of thermal dispersion by virtue of very high efficiencies, substantially constant as the load varies, and of an accurate choice of construction materials. Engines based on the present invention can do without a dynamic cooling system, thus improving the weight / power ratio.

Un vantaggio derivante dai rendimenti elevatissimi del trovato consiste nella possibilitÃ di ridurre la quantitÃ di rame impiegato negli avvolgimenti, che dunque risultano piÃ¹ leggeri e meno costosi. Gli avvolgimenti hanno inoltre geometrie molto semplici (simili a quelle usate nei trasformatori). An advantage deriving from the very high yields of the invention consists in the possibility of reducing the quantity of copper used in the windings, which are therefore lighter and less expensive. The windings also have very simple geometries (similar to those used in transformers).

Il trovato si propone inoltre di ridurre la rumorositÃ , le vibrazioni e il conseguente logorio delle componenti di un motore elettrico, montando in serie sul medesimo asse tre motori precisamente fasati da una centralina elettronica. In virtÃ¹ di tale fasatura elettronica, tutte le forze trasversali operanti sull'asse del motore si elidono esattamente, tra l'altro riducendo ulteriormente la dispersione termica. Un ulteriore vantaggio derivante dalla presenza di tre motori fasati sul medesimo asse consiste nell'esistenza di una forza di spunto adeguata ad avviare il motore indipendentemente dalla posizione relativa tra rotore e statore in fase di partenza. The invention furthermore proposes to reduce the noise, the vibrations and the consequent wear of the components of an electric motor, by mounting in series on the same axis three motors precisely timed by an electronic control unit. By virtue of this electronic timing, all the transverse forces operating on the engine axis are eliminated exactly, among other things by further reducing thermal dispersion. A further advantage deriving from the presence of three phased motors on the same axis consists in the existence of an adequate starting force to start the motor regardless of the relative position between rotor and stator in the starting phase.

Un altro obiettivo della presente invenzione consiste nella realizzazione di un motore capace di raggiungere un elevato numero di giri senza danneggiamenti alle componenti del motore, in virtÃ¹ di un rotore composto da lamierini ferromagnetici e totalmente privo di avvolgimenti, magneti permanenti o di qualunque altro elemento che possa comprometterne il bilanciamento e la soliditÃ . Another objective of the present invention consists in the realization of a motor capable of reaching a high number of revolutions without damaging the components of the motor, by virtue of a rotor composed of ferromagnetic laminations and totally devoid of windings, permanent magnets or any other element that could compromise its balance and solidity.

Il trovato si avvale di un encoder ottico associato ad una centralina elettronica per garantire la continuitÃ della rotazione e della resa del motore anche in occasione di improvvisi cambiamenti di carico. The invention makes use of an optical encoder associated with an electronic control unit to guarantee the continuity of rotation and performance of the motor even in the event of sudden load changes.

L'innovativa geometria dello statore, in cui l'area polare del nucleo dell'elemento statorico e l'area polare del polo ferromagnetico stanno in rapporto di 1:1, a differenza di ciÃ² che avviene ad esempio nei motori proposti da Flynn et al. in cui il rapporto Ã ̈ di 1 :2, determina un aumento di flusso (il raddoppio rispetto ai modelli di Flynn et al.) che si traduce in un aumento della coppia e dunque in un'ottimizzazione del rapporto peso/potenza. The innovative geometry of the stator, in which the polar area of the core of the stator element and the polar area of the ferromagnetic pole are in a ratio of 1: 1, unlike what happens, for example, in the motors proposed by Flynn et al . in which the ratio is 1: 2, it determines an increase in flow (the doubling compared to the models of Flynn et al.) which translates into an increase in torque and therefore in an optimization of the weight / power ratio.

La forma dei magneti permanenti, che nella presente invenzione sono settori di corona circolare, consente l'uso di magneti piÃ¹ potenti, senza dovere accrescere la sezione degli elementi ferromagnetici in cui passa il flusso magnetico e perciÃ² mantenendo compatte le dimensioni del motore. CiÃ² si ripercuote su un ulteriore miglioramento del rapporto peso/potenza. The shape of the permanent magnets, which in the present invention are sectors of a circular crown, allows the use of more powerful magnets, without having to increase the section of the ferromagnetic elements through which the magnetic flux passes and therefore keeping the dimensions of the motor compact. This has repercussions on a further improvement in the weight / power ratio.

Infine il trovato puÃ² facilmente essere impiegato come generatore di corrente. In questo caso, un contatto accidentale delle due fasi non comporta alcun danno al dispositivo. Finally, the invention can easily be used as a current generator. In this case, an accidental contact of the two phases does not cause any damage to the device.

Tutti i vantaggi discussi e altri ancora risulteranno evidenti dalle seguente descrizione del trovato. All the advantages discussed and others will become evident from the following description of the invention.

Breve descrizione dell'invenzione. Brief description of the invention.

La presente invenzione, nella sua forma di realizzazione preferenziale, comprende tre motori elettrici che condividono il medesimo asse di rotazione e operano in fase, controllati da un encoder ottico, che determina istante per istante la posizione dei rotori rispetto ai relativi statori e che comunica con una centralina elettronica contenente un processore, che gestisce, tramite un driver, uno stadio finale di potenza, che determina l'erogazione di corrente nelle bobine presenti sugli statori. The present invention, in its preferential embodiment, comprises three electric motors which share the same rotation axis and operate in phase, controlled by an optical encoder, which determines the position of the rotors with respect to the relative stators instant by instant and which communicates with an electronic control unit containing a processor, which manages, through a driver, a final power stage, which determines the supply of current in the coils present on the stators.

Ciascun motore comprende un rotore e uno statore. Sullo statore si alternano, in numero minimo di due, magneti permanenti a forma di settore di corona circolare e segmenti statorici, composti da due poli ferromagnetici a contatto con i magneti permanenti e connessi da un nucleo su cui Ã ̈ avvolta una bobina di rame. La sezione di tale nucleo coincide con quella della testa polare di ciascun polo ferromagnetico e con quella di ciascuna cavitÃ polare e testa polare presente sul rotore. Each motor comprises a rotor and a stator. The stator alternates, in a minimum number of two, permanent magnets in the shape of a circular crown sector and stator segments, composed of two ferromagnetic poles in contact with the permanent magnets and connected by a core on which a copper coil is wound. The section of this core coincides with that of the polar head of each ferromagnetic pole and with that of each polar cavity and polar head present on the rotor.

Il rotore e i segmenti statorici dello statore sono realizzati con lamierini ferromagnetici in ferrosilicio separati da smalto isolante. Gli elementi del motore sono tenuti assieme da flange in grafite, leggere ma con un'altissima resistenza alla compressione, tramite opportuni mezzi di fissaggio. The rotor and the stator segments of the stator are made with ferromagnetic laminations in ferrosilicon separated by insulating enamel. The engine elements are held together by graphite flanges, light but with a very high compressive strength, by means of suitable fastening means.

I magneti sullo statore sono disposti in maniera tale da avere poli omologhi affacciati sul segmento statorico che li separa. Ad ogni dato istante, il campo magnetico generato dalla bobina posta intorno al nucleo del detto segmento statorico Ã ̈ tale da sommarsi a quello generato da uno dei magneti e da sottrarsi a quello dell'altro. Il flusso magnetico massimo si ottiene quando due teste polari consecutive del rotore vanno a sovrapporsi alle teste polari dei poli ferromagnetici che sono separati dal magnete il cui flusso Ã ̈ accresciuto da quello generato dalle bobine. In questa posizione alle teste polari dei poli ferromagnetici che sono separati dal magnete il cui flusso Ã ̈ ridotto e confinato da quello generato dalle bobine sono invece sovrapposte due cavitÃ polari consecutive del rotore. Non appena viene invertito il verso della corrente che fluisce nelle bobine, il flusso che si chiudeva tra le teste polari del rotore e i poli ferromagnetici dei segmenti statorici viene ridotto e confinato, mentre ne appare uno che va a chiudersi tra le cavitÃ polari del rotore e le teste polari dei poli ferromagnetici dei segmenti statorici. In questa nuova configurazione il rotore Ã ̈ soggetto ad una coppia che lo fa avanzare fino a quando le teste polari del rotore si sostituiscono alle cavitÃ polari di fronte le teste polari dei poli ferromagnetici dei segmenti statorici. Da qui il sistema procede come appena descritto, invertendo nuovamente il verso della corrente nelle bobine. The magnets on the stator are arranged in such a way as to have homologous poles facing the stator segment that separates them. At any given instant, the magnetic field generated by the coil placed around the core of said stator segment is such as to add to that generated by one of the magnets and subtract from that of the other. The maximum magnetic flux is obtained when two consecutive polar heads of the rotor overlap the polar heads of the ferromagnetic poles which are separated by the magnet whose flux is increased by that generated by the coils. In this position, two consecutive polar cavities of the rotor are superimposed on the polar heads of the ferromagnetic poles which are separated by the magnet whose flux is reduced and confined by that generated by the coils. As soon as the direction of the current flowing in the coils is reversed, the flow that closed between the polar heads of the rotor and the ferromagnetic poles of the stator segments is reduced and confined, while one appears that closes between the polar cavities of the rotor and the polar heads of the ferromagnetic poles of the stator segments. In this new configuration the rotor is subjected to a torque that makes it move forward until the polar heads of the rotor replace the polar cavities in front of the polar heads of the ferromagnetic poles of the stator segments. From here the system proceeds as just described, reversing the direction of the current in the coils again.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DETAILED DESCRIPTION

Breve descrizione dei disegni. Brief description of the drawings.

Le suddette caratteristiche dell'invenzione, insieme ad altre ancora, risulteranno chiare dalla seguente descrizione di una forma preferenziale di realizzazione, data come esempio non restrittivo, con riferimento ai disegni allegati in cui: The aforementioned characteristics of the invention, together with others, will become clear from the following description of a preferential embodiment, given as a non-restrictive example, with reference to the attached drawings in which:

FIG. 1 Ã ̈ un esploso prospettico della presente invenzione che mostra le parti che compongono il trovato. FIG. 1 is an exploded perspective view of the present invention which shows the parts making up the invention.

FIG. 2 Ã ̈ un particolare dell'esploso prospettico di FIG.' 1 che evidenzia le caratteristiche dei rotoriâ€” FIG. 2 is a detail of the perspective exploded view of FIG. ' 1 which highlights the characteristics of the rotorsâ € "

FIG. 3 Ã ̈ un particolare dell'esploso prospettico di FIG. 1 che evidenzia le caratteristiche degli statori. FIG. 3 is a detail of the perspective exploded view of FIG. 1 which highlights the characteristics of the stators.

FIG. 4 Ã ̈ un particolare dell'esploso prospettico di FIG. 1 che evidenzia le caratteristiche delle flange del motore. FIG. 4 is a detail of the perspective exploded view of FIG. 1 which highlights the characteristics of the motor flanges.

FIG. 5 Ã ̈ un particolare dell'esploso prospettico di FIG. 1 che evidenzia le caratteristiche dell'encoder ottico. FIG. 5 is a detail of the perspective exploded view of FIG. 1 which highlights the characteristics of the optical encoder.

LISTA DELLE PARTI LIST OF PARTS

11 Segmento statorico 11 Stator segment

12 Magnete permanente 12 Permanent magnet

13 Cartoccia 13 Cartoccia

14 Bobina 14 Coil

15 Rotore 15 Rotor

16 Dente per tirante 16 Tooth for tie rod

17 Foro ancoraggio flange 17 Flange anchoring hole

18 Testa polare (rotore) 18 Polar head (rotor)

19 CavitÃ polare (rotore) 19 Polar cavity (rotor)

20 Nucleo del segmento statorico (statore) 20 Stator segment core (stator)

21 Polo ferromagnetico (statore) 21 Ferromagnetic pole (stator)

22 Flangia esterna 22 External flange

23 Flangia di accoppiamento 23 Coupling flange

24 Anello intermedio dissipatore 24 Intermediate heat sink ring

25 Aletta di raffreddamento 25 Cooling fin

26 CavitÃ di alloggiamento magneti e segmenti statorici 26 Cavity for housing magnets and stator segments

27 Flangia rotore 27 Rotor flange

28 Distanziale 28 Spacer

29 Asse motore 29 Drive axle

30 Flangia portacuscinetto 30 Bearing flange

31 Cuscinetto 31 Bearing

32 Foro per tirante interno statore 32 Hole for internal stator tie rod

33 Foro per tirante rotore 33 Hole for rotor tie rod

34 Foro per flangia portacuscinetto 34 Hole for bearing flange

35 Foro per flangia rotore 35 Hole for rotor flange

Tappo fotodiodi Photodiode cap

37 Scheda elettronica 37 Electronic board

38 Flangia encoder 38 Encoder flange

39 Elica encoder 39 Encoder propeller

40 Foro per fotodiodi 40 Hole for photodiodes

41 CavitÃ lettura infrarossi 41 Infrared reading cavity

Descrizione dettagliata. Detailed description.

La realizzazione preferenziale del trovato Ã ̈ mostrata nell'esploso in FIG. 1, in cui le parti che costituiscono l'invenzione sono visibili disassemblate. The preferential embodiment of the invention is shown in the exploded view in FIG. 1, in which the parts making up the invention are visible disassembled.

Un asse 29, detto asse del motore, stabilisce l'asse di rotazione di tre rotori 15 di forma circolare, dotati sul loro perimetro di teste polari 18 alternate a cavitÃ polari 19. -L'asse del motore 29 Ã ̈ sostenute durante la rotazione da un cuscinetto 31 e da una flangia portacuscinetto 30. Come .visibile in FIG. 1 e in maggior dettaglio in FIGr-27-il trovato nella sua forma preferenziale possiede quindici cavitÃ polari 19 su ciascun rotore 15 e altrettante teste polari 18. 1 tre rotori 15 sono collegati tramite mezzi di fissaggio, come tiranti, passanti in denti per tiranti 16 che sporgono verso il centro dei rotori, per non interferire con il passaggio di flusso magnetico. I rotori 15 sono inoltre tenuti assieme da flange rotore 27 e mantenuti separati da distanziali 28 su cui sono praticati fori per tiranti rotore 33 allineati con i denti per tiranti 16. Le teste polari di ciascun rotore risultano ruotate di circa quattro gradi rispetto a quelle del rotore adiacente. Questo sfasamento dei tre rotori risolve completamente il problema dello spunto iniziale presente in modelli giÃ noti di motori elettrici e annulla ogni forza trasversale all'asse di rotazione, riducendo a livelli inaudibili la rumorositÃ del motore. I rotori sono formati da lamierini ferromagnetici in ferrosilicio separati da una lacca isolante per ottenere una bassa riluttanza e minimizzare le correnti di Focault. An axis 29, called the motor axis, establishes the rotation axis of three circular rotors 15, equipped on their perimeter with pole heads 18 alternating with pole cavities 19. -The axis of the motor 29 is supported during rotation from a bearing 31 and from a bearing flange 30. As can be seen in FIG. 1 and in greater detail in FIGr-27 - the invention in its preferential form has fifteen polar cavities 19 on each rotor 15 and as many polar heads 18. The three rotors 15 are connected by means of fastening means, such as tie rods, passing through teeth for tie rods 16 which protrude towards the center of the rotors, so as not to interfere with the passage of magnetic flux. The rotors 15 are also held together by rotor flanges 27 and kept separate by spacers 28 on which holes are drilled for rotor tie rods 33 aligned with the teeth for tie rods 16. The pole heads of each rotor are rotated about four degrees with respect to those of the rod. adjacent rotor. This displacement of the three rotors completely solves the problem of the starting point present in already known models of electric motors and cancels any force transversal to the axis of rotation, reducing the noise of the motor to inaudible levels. The rotors are formed by ferromagnetic ferrosilicon laminations separated by an insulating lacquer to obtain a low reluctance and minimize Focault currents.

Con riferimento a FIG. 1 e FIG. 3, intorno a ciascun rotore Ã ̈ presente uno statore formato da segmenti statorici 11 e da magneti permanenti 12. 1 segmenti statorici hanno ciascuno due poli ferromagnetici 21 connessi da un nucleo del segmento statorico 20, attorno al quale viene avvolta una bobina 14 contenuta da una coppia di cartocce 23 in bachelite. Tra due segmenti statorici 11 consecutivi trova alloggiamento un magnete permanente 12 a forma di settore di corona circolare, con l'arco piÃ¹ corto verso l'asse di rotazione e quello piÃ¹ lungo verso l'esterno. Tale geometria dei magneti permanenti permette l'impiego di magneti piÃ¹ voluminosi e quindi piÃ¹ potenti senza dovere accrescere la superficie rivolta verso l'asse di rotazione dei poli ferromagnetici 21. La forma dei magneti non incide sui costi di produzione, che dipendono solo dal peso e dalla densitÃ di flusso di cui i magneti sono capaci. Nella realizzazione preferenziale del presente trovato sono impiegati magneti al neodimio. With reference to FIG. 1 and FIG. 3, around each rotor there is a stator formed by stator segments 11 and by permanent magnets 12. The stator segments each have two ferromagnetic poles 21 connected by a core of the stator segment 20, around which a coil 14 contained by a pair of bakelite papers 23. Between two consecutive stator segments 11 there is a permanent magnet 12 in the shape of a circular crown sector, with the shortest arc towards the rotation axis and the longer one towards the outside. This geometry of the permanent magnets allows the use of larger and therefore more powerful magnets without having to increase the surface facing the rotation axis of the ferromagnetic poles 21. The shape of the magnets does not affect production costs, which depend only on weight. and the flux density the magnets are capable of. In the preferred embodiment of the present invention, neodymium magnets are used.

Su ciascuno statore sono montati sei segmenti statorici alternati a sei magneti permanenti, per cui la rotazione del motore Ã ̈ stabile e altamente uniforme. Six stator segments alternating with six permanent magnets are mounted on each stator, so that the rotation of the motor is stable and highly uniform.

II blocco costituito dai rotori e dagli statori Ã ̈ contenuto in un anello intermedio dissipatore 24, in flange di accoppiamento 23 e in flange esterne 22, come visibile in FIG. 1 e FIG. 4. Gli elementi 22, 23 e 24 hanno forma circolare e presentano sul loro perimetro esterno alette di raffreddamento 25. Le flange di accoppiamento 23 sono dotate al loro interno di cavitÃ di alloggiamento magneti e segmenti statorici 26. The block consisting of the rotors and stators is contained in an intermediate heat sink ring 24, in coupling flanges 23 and in external flanges 22, as visible in FIG. 1 and FIG. 4. The elements 22, 23 and 24 have a circular shape and have cooling fins 25 on their outer perimeter. The coupling flanges 23 are equipped inside with cavities for housing magnets and stator segments 26.

Sulle flange esterne sono presenti fori di ancoraggio flange 17, fori per tiranti interni statore 32 e fori per flangia portacuscinetto 34, corrispondenti ai fori presenti sulla flangia portacuscinetto 30. On the external flanges there are anchoring holes for flanges 17, holes for internal stator tie rods 32 and holes for bearing flange 34, corresponding to the holes present on the bearing flange 30.

Sull'asse motore 29 sono praticati fori per flangia rotore 35 che consentono il passaggio da parte a parte di mezzi di fissaggio. La flangia portacuscinetto 30 Ã ̈ in bronzo, mentre l'anello intermedio dissipatore 24, le flange di accoppiamento 23 e le flange esterne 22 sono costituite da un materiale totalmente amagnetico con alta resistenza alla compressione, basso peso specifico e alta capacitÃ di dissipazione. PerciÃ² nella realizzazione preferenziale dell'invenzione le componenti 22, 23 e 24 sono in grafite. Holes for rotor flange 35 are made on the motor axis 29 which allow the passage from side to side of fixing means. The bearing flange 30 is made of bronze, while the intermediate heat sink ring 24, the coupling flanges 23 and the external flanges 22 are made of a totally non-magnetic material with high compressive strength, low specific weight and high dissipation capacity. Therefore in the preferred embodiment of the invention the components 22, 23 and 24 are made of graphite.

PerchÃ© il motore possa raggiungere un elevato numero di giri in assenza di vibrazioni, risulta di fondamentale importanza la qualitÃ costruttiva dei singoli componenti come i lamierini ferromagnetici, i cuscinetti, le flange e l'asse; in particolare i lamierini ferromagnetici che costituiscono i rotori 15 sono ottenuti tramite fototranciatura chimica. Le bobine 14 sono compatte e multifilari e quindi occupano volumi minori a paritÃ di resa elettrica. In order for the motor to reach a high number of revolutions in the absence of vibrations, the construction quality of the individual components is of fundamental importance, such as the ferromagnetic laminations, the bearings, the flanges and the axis; in particular, the ferromagnetic laminations constituting the rotors 15 are obtained by chemical photo-blanking. The coils 14 are compact and multi-wire and therefore occupy smaller volumes with the same electrical output.

L'erogazione di corrente nelle bobine Ã ̈ regolata da un'elettronica costituita da una centralina elettronica e da un encoder ottico. La centralina elettronica include un blocco processore e uno stadio finale di potenza messi in comunicazione da un driver. The current supply in the coils is regulated by an electronics consisting of an electronic control unit and an optical encoder. The electronic control unit includes a processor block and a final power stage communicated by a driver.

Il blocco processore si occupa di sincronizzare gli impulsi provenienti dall'encoder ottico con l'erogazione di corrente nelle bobine da parte dello stadio finale di potenza. La centralina elettronica Ã ̈ montata esternamente al motore. L'encoder invece Ã ̈ montato sull'asse del motore. The processor block is responsible for synchronizing the pulses coming from the optical encoder with the supply of current in the coils by the final power stage. The electronic control unit is mounted externally to the engine. The encoder, on the other hand, is mounted on the motor axis.

In riferimento a FIG. 5, l'encoder Ã ̈ contenuto in flange per encoder 38A e 38B che racchiudono una scheda elettronica 37, un tappo fotodiodi 36 e un'elica encoder 29, sulla quale sono praticate cavitÃ per lettura infrarossi 41. Sulla scheda elettronica 37 sono presenti fori per fotodiodi 40. I sensori presenti sulla scheda elettronica sono capaci di stabilire precisamente la posizione relativa dei rotori rispetto agli statori e la loro velocitÃ ; conseguentemente Ã ̈ impossibile che il motore perda il passo, come invece puÃ² capitare in motori giÃ noti privi di encoder in occasione di un brusco cambiamento di carico. With reference to FIG. 5, the encoder is contained in flanges for encoders 38A and 38B which enclose an electronic board 37, a photodiode cap 36 and an encoder helix 29, on which there are cavities for infrared reading 41. On the electronic board 37 there are holes for photodiodes 40. The sensors on the electronic board are able to precisely establish the relative position of the rotors with respect to the stators and their speed; consequently it is impossible for the motor to lose pace, as it can happen in well-known motors without encoder on the occasion of a sudden load change.

La rotazione dei rotori rispetto agli statori Ã ̈ determinata dall' magnetica che si esercita tra i poli ferromagnetici 21 e le teste polari 18 ad essi prossime. Si consideri la situazione in cui due teste polari consecutive si affacciano esattamente sui poli ferromagnetici che delimitano un dato magnete permanente; allora i poli ferromagnetici corrispondenti ai due magneti consecutivi vedono solo le cavitÃ polari 19 del rotore. Nelle bobine avvolte sui nuclei dei segmenti statorici che delimitano il dato magnete circola una corrente che genera un campo magnetico che fluisce dallo statore al rotore attraverso i poli ferromagnetici e le teste polari, cosÃ¬ rafforzando il campo magnetico dovuto al magnete permanente. Inoltre il campo magnetico dei due magneti consecutivi a quello dato risulta smorzato da quello generato dalle bobine, perchÃ© la polaritÃ di magneti consecutivi Ã ̈ alternata. The rotation of the rotors with respect to the stators is determined by the magnet that is exerted between the ferromagnetic poles 21 and the polar heads 18 close to them. Consider the situation in which two consecutive polar heads face exactly the ferromagnetic poles that delimit a given permanent magnet; then the ferromagnetic poles corresponding to the two consecutive magnets see only the polar cavities 19 of the rotor. In the coils wound on the cores of the stator segments that delimit the given magnet, a current circulates which generates a magnetic field that flows from the stator to the rotor through the ferromagnetic poles and the polar heads, thus strengthening the magnetic field due to the permanent magnet. Furthermore, the magnetic field of the two consecutive magnets to the given one is damped by that generated by the coils, because the polarity of consecutive magnets is alternated.

Non appena il verso della corrente viene invertito, il campo magnetico che fluiva tra poli ferromagnetici e teste polari risulta smorzato, mentre quello dei magneti consecutivi a quello dato viene rafforzato, al punto che le teste polari prossime ad essi sono attratte verso i corrispondenti poli ferromagnetici. In questo modo il rotore mota e la configurazione descritta sopra si ripropone sul magnete successivo a quello dato inizialmente. Il moto procede invertendo il segno della corrente nelle bobine. As soon as the direction of the current is reversed, the magnetic field that flowed between ferromagnetic poles and polar heads is dampened, while that of the consecutive magnets to the given one is strengthened, to the point that the polar heads close to them are attracted towards the corresponding ferromagnetic poles . In this way the rotor starts and the configuration described above is proposed again on the magnet following the one given initially. The motion proceeds by reversing the sign of the current in the coils.

L'encoder si occupa di stabilire istante per istante la posizione relativa di rotori e statori che viene comunicata alla centralina elettronica che quindi decide il verso della corrente nelle bobine. La frequenza di inversione del verso della corrente determina la velocitÃ dei rotori, che dunque puÃ² essere regolata liberamente. The encoder takes care of establishing instant by instant the relative position of rotors and stators which is communicated to the electronic control unit which then decides the direction of the current in the coils. The frequency of inversion of the direction of the current determines the speed of the rotors, which can therefore be adjusted freely.

Dall'analisi della dipendenza del rendimento del motore oggetto della presente invenzione, calcolato come rapporto tra l'energia elettrica assorbita e quella meccanica erogata, dal carico applicato al motore, dalla velocitÃ di rotazione e dall'energia meccanica erogata segue che, a differenza di motori giÃ noti, che raggiungono rendimenti elevati solo in intervalli molto ristretti di carichi applicati e di velocitÃ di rotazione, il trovato esibisce un profilo di rendimento pressochÃ© costante su un intervallo di carichi e di velocitÃ di rotazione molto ampio. Questa proprietÃ , dovuta alla minimizzazione di processi di surriscaldamento in virtÃ¹ di un funzionamento uniforme e privo di vibrazioni, garantito dai tre motori fasati, e all'uso di componenti ferromagnetici dimensionati per non giungere a saturazione, rende il trovato adatto all'impiego in situazioni in cui il carico o la velocitÃ di rotazione sono variabili, come nella trazione di automobili su percorsi misti. From the analysis of the dependence of the efficiency of the motor object of the present invention, calculated as the ratio between the absorbed electrical energy and the delivered mechanical energy, the load applied to the motor, the rotation speed and the delivered mechanical energy, it follows that, unlike already known motors, which reach high efficiency only in very narrow ranges of applied loads and rotation speed, the invention exhibits an almost constant performance profile over a very wide range of loads and rotation speed. This property, due to the minimization of overheating processes by virtue of a uniform and vibration-free operation, guaranteed by the three phased motors, and the use of ferromagnetic components sized so as not to reach saturation, makes the invention suitable for use in situations where the load or rotational speed is variable, such as when driving cars on mixed routes.

La forma geometrica-a settori di corona circolare dei magneti permanenti consente di realizzare motori con volumi minori a paritÃ di potenza massima e di altre prestazioni;' Impiegando invece magneti con geometrie usuali, i motori giÃ noti sono vincolati all'uso di segmenti statorici piÃ¹ ingombranti per potere sfruttare appieno la capacitÃ dei magneti. La combinazione di tre rotori sfasati di quattro gradi annulla le vibrazioni trasversali e comporta in ogni posizione di partenza uno spunto in grado di avviare il motore. The geometric shape of the circular crown sectors of the permanent magnets makes it possible to create motors with smaller volumes at the same maximum power and other performances; ' By employing instead magnets with usual geometries, the already known motors are bound to the use of more bulky stator segments in order to be able to fully exploit the capacity of the magnets. The combination of three rotors out of phase by four degrees cancels the transverse vibrations and results in a starting point capable of starting the engine in every starting position.

Claims

CLAIMS It claims: 1. A device for producing circular motion comprising an axis which defines the direction around which said circular motion takes place, one or more rotors mounted on said axis equipped with polar heads and polar cavities arranged along the circumference of said rotors, and one or more stators containing at least two permanent magnets whose poles are aligned according to the direction orthogonal to the radial one, so that the polarity of two consecutive magnets is alternating, at least two stator segments, each consisting of a core and two poles ferromagnetic which delimit the said permanent magnets and at least two coils wound on the cores of the stator segments, characterized in that a) the current supply in said coils is regulated by an electronics formed by an optical pulse encoder and by an electronic control unit which includes a processor block and a final power stage. Said processor synchronizes the signals of optical origin with the supply of current in the coils, by means of said final power stage, with which said processor communicates through a driver; b) the number of said rotors is greater than or equal to three; c) the number of said stators is greater than or equal to three.

2. A device as in claim 1, characterized in that a) said permanent magnets have the shape of sectors of a circular crown with the shortest arc disposed towards the center of the stator.

3. A device as in claims 1 and 2, characterized in that a) the number of said rotors is equal to three; b) the number of said stators is equal to three; c) the number of said polar heads for each rotor is equal to fifteen; d) the number of said polar cavities for each rotor is equal to fifteen; e) the number of said permanent magnets for each stator is equal to six; f) the number of said stator segments for each stator is equal to six; g) the number of said coils for each stator is equal to six; h) the section of the said cores of the stator segments coincides with that of the said ferromagnetic poles and with that of the said polar cavities and polar heads present on the rotor.