ITRM980410A1

ITRM980410A1 - Motore elettrico universale a traferro variabile

Info

Publication number: ITRM980410A1
Application number: IT98RM000410A
Authority: IT
Inventors: Alberto Patarchi
Original assignee: Mocronasa Di Patarchi Alberto
Priority date: 1998-06-18
Filing date: 1998-06-18
Publication date: 1999-12-18
Also published as: EP1093684B1; CA2335151A1; CN1305657A; AU4163899A; AU769122B2; RU2219641C2; US6469412B1; WO1999066627A1; DE69926756D1; AR019589A1; ATE302497T1; ITRM980410A0; CN1178367C; EP1093684A1; IT1299526B1

Description

D E S C R I Z IO N E

annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE dal titolo:

"MOTORE ELETTRICO UNIVERSALE A TRAFERRO VARIABILE"

R IA S S U N T O

Forma oggetto del presente trovato un motore elettrico universale a traferro variabile. Esso ha un rotore (1) a uno o più passi di attrazione e uno statore (2) dotato di un sistema di eccitazione. Il sistema di eccitazione comprende, montati consecutivamente distanziati su un supporto (20) di statore contraffacciato al rotore (1), almeno un elettromagnete (21), provvisto di un'armatura (24) e di un avvolgimento (25), un circuito di comando (22), dotato di un rivelatore di posizione (26) per l'alimentazione dell'elettromagnete, e un magnete permanente (23),L'elettromagnete (21) e il magnete permanente (23) sono fissati sul supporto (20) di statore per eccitare alternativamente il rotore, e in posizioni registrabili per cambiare il verso di rotazione del rotore stesso, (figura 1).

D E S C R I Z I O N E

Il presente trovato concerne un motore elettrico universale a traferro variabile.

Sono già noti motori elettrici a passo a riluttanza variabile, aventi un rotore formato da un nucleo di forma cilindrica, avente denti posizionati lungo la superficie laterale, e uno statore coassiale' avente una pluralità di avvolgimenti di eccitazione in un numero diverso da quello dei denti.

Tali motori sono generalmente complessi dal punto di vista costruttivo. Inoltre, poiché gli avvolgimenti sono energizzati secondo molte fasi che si alternano periodicamente, tali motori danno problemi per le perdite elettromagnetiche, e il conseguente inquinamento.

Lo scopo del presente trovato è pertanto quello di eliminare gli inconvenienti ora menzionati, prevedendo un motore elettrico costruttivamente semplice, che presenti perdite ridotte e un minore inquinamento elettromagnetico rispetto ai motori dello stesso tipo.

Un altro scopo del presente trovato è quello di prevedere un motore elettrico che possa funzionare ugualmente bene sia con alimentazione con corrente continua, che con corrente alternata, vale a dire un motore elettrico cosiddetto universale.

Ancora un altro scopo del presente trovato è quello di prevedere un motore elettrico che possa avere un avviamento sicuro in entrambi i versi di rotazione.

Il trovato, quale esso è caratterizzato dalle rivendicazioni che seguono, risolve il problema di fornire un motore elettrico universale a traferro variabile, del tipo avente un rotore presentante un dente o più denti circonferenzialmente equidistanziati separati l'uno dall'altro da scanalature, e uno statore dotato di un sistema di eccitazione, che da un punto di vista generale, si caratterizza dal fatto che detto sistema di eccitazione comprende, montati consecutivamente distanziati su un supporto di statore contraffacciato a detto rotore, almeno un elettromagnete, provvisto di un'armatura e di un avvolgimento, un circuito di comando, dotato di un rivelatore di posizione per l'alimentazione dell'elettromagnete, e un magnete permanente; detto elettromagnete e detto magnete permanente essendo fissati su detto supporto di statore per eccitare alternativamente il rotore, e in posizioni registrabili per cambiare il verso di rotazione del rotore stesso.

Quindi, nel motore secondo il trovato, avente un rotore, ad esempio di materiale ferromagnetico con uno o più denti, e uno statore con un elettromagnete, alimentato indifferentemente in corrente continua o alternata, e con un magnete permanente, posizionato in modo da dare il verso del movimento e vincere il punto neutro, si creano attrazioni alternate dell'elettromagnete e del magnete permanente sui denti di rotore mediante il circuito di comando che pilota l'alimentazione del motore.

Anche se nella presente descrizione, il trovato è descritto con riferimento ad un motore rotativo, esso può essere applicato altresì a motori lineari o a motori lineari anulari e a dispositivi per servocomandi parziali.

Inoltre, lo statore, cosi come descritto, può essere mobile, e quindi il rotore può essere fisso, invertendo senza ulteriori modifiche la configurazione sopra descritta.

Fra gli altri vantaggi sono da annoverare ottimi rendimenti grazie alla chiusura perfetta del flusso magnetico fra statore e rotore. La potenza complessivamente spesa per la rotazione del motore si riduce in quanto la potenza fornita dall'elettromagnete per la repulsione del magnete permanente da un dente di rotore è sostanzialmente identica a quella data dall'attrazione del magnete al dente di rotore di passo successivo.

Il motore secondo il trovato ha componenti particolarmente semplici, e quindi il suo costo è ridotto.

La potenza del motore può essere variata aumentando sullo statore il numero di elettromagneti e di magneti permanenti da una sola coppia a più coppie di essi, oppure il numero dei singoli elettromagneti o dei magneti permanenti.

Come indicato nelle rivendicazioni dipendenti, il motore secondo il trovato può essere applicato, invece che ad un rotore in materiale ferromagnetico, ad un rotore i cui denti sono espansioni polari magnetizzate permanentemente con la stessa polarità del magnete permanente del sistema di eccitazione, oppure opposta rispetto a quella. In tal caso, il rotore lavora in repulsione o, rispettivamente, in attrazione, e per lo sfalsamento necessario per il suo movimento è l'armatura dell'elettromagnete che è decentrata rispetto al passo polare, a destra o a sinistra a seconda del verso di rotazione desiderato. Pertanto, la potenza dell'elettromagnete serve a vincere la forza di repulsione o di attrazione del magnete permanente e a fornire la potenza desiderata all'asse del motore.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del presente trovato appariranno maggiormente dalla descrizione dettagliata che segue, di forme preferite di realizzazione illustrate a puro titolo indicativo ma non limitativo negli uniti disegni in cui:

La figura 1 illustra in vista schematica parziale in pianta una prima forma di realizzazione di un motore elettrico secondo il presente trovato;

Le figure 2 e 3 illustrano in vista laterale schematica una porzione rettificata del motore della figura 1 con denti ferromagnetici in due sue rispettive posizioni operative;

La figura 4 illustra in vista prospettica alcune parti del motore elettrico della figura 1;

Le figure 5 e 6 illustrano in vista laterale schematica una porzione rettificata del motore della figura 1 conformata per la rotazione in un verso di rotazione e, rispettivamente, nel verso opposto;

Le figure 7 e 8 illustrano in vista laterale schematica una porzione rettificata del motore della figura 1 con denti a magneti permanenti funzionanti in attrazione e, rispettivamente, in repulsione;

La figura 9 illustra in vista prospettica una seconda forma di realizzazione di un motore elettrico;

La figura 10 illustra in vista prospettica una terza forma di realizzazione di un motore elettrico;

La figura 11 illustra in vista prospettica esplosa una quarta forma di realizzazione di un motore elettrico; e

La figura 12 illustra in vista di estremità una quinta forma di realizzazione di un motore elettrico.

Secondo il presente trovato, nelle figure 1 a 3 sono indicati con 1 un rotore a più passi di attrazione e con 2 uno statore dotato di un sistema di eccitazione. Il rotore 1, del tipo lineare chiuso ad anello, molto appiattito, presenta una molteplicità di denti 10 circonferenzialmente equidistanziati, separati l'uno dall'altro da scanalature 11. Il sistema di eccitazione previsto nello statore 2 comprende, montati consecutivamente distanziati su un supporto 20 di statore contraffacciato al rotore 1, almeno un elettromagnete 21, un circuito di comando schematizzato in 22, e un magnete permanente 23.

L'elettromagnete 21, provvisto di un'armatura 24 e di un avvolgimento 25 (figura 1), è collegato al circuito di comando 22. Il circuito di comando 22 è dotato di un rivelatore di posizione 26, quale un trasduttore ottico, magnetico, resistivo, induttivo, ecc., o funzionante a circuiti elettronici, nonché collettori a spazzole, utile a pilotare l'alimentazione dell'elettromagnete, come si vedrà nel seguito.

I denti 10 del rotore possono essere di materiale ferromagnetico o di magneti permanenti.

Nelle figure 2 e 3 è illustrato schematicamente e a titolo esemplificativo il caso di denti ferromagnetici. L'elettromagnete 21 e il magnete permanente 23 sono fissati sul supporto 20 di statore in posizioni tali che, assunto il verso di rotazione indicato dalla freccia F nelle figure 1 a 3, quando il rivelatore di posizione 26 traguarda l'inizio di una scanalatura 11i (figure 1 e 2), l'armatura 24 di elettromagnete possa sovrastare una scanalatura 11ii successiva e, in aggiunta, una porzione di dente 10ii, per una distanza di sfalsamento s, mentre il magnete permanente 23 sovrasta un dente successivo 10iii. In tal modo, l'elettromagnete 21 è eccitato tramite il circuito di comando 22 in corrente alternata o continua, attraverso il suo rivelatore di posizione 26, e tende ad attrarre il dente 10ii, vincendo, nel caso ideale senza alcun carico meccanico e alcuna perdita per attrito, la forza di attrazione del magnete permanente 23 sul dente 10iii.

Quando detto rivelatore di posizione traguarda l'inizio del dente 10i (figura 3), disseccita la bobina 21 attraverso il circuito di comando 22, l'armatura 25 di elettromagnete sovrasta il dente successivo 10ii mentre il magnete permanente 23 sovrasta la scanalatura successiva 11iv in posizione sfalsata verso un dente successivo 10IV, in maniera da attrarlo, fino a che il rivelatore di posizione si porta all'inizio della scanalatura 11ii per ripetere nuovamente il ciclo.

Nel caso di denti a magneti permanenti 101 o 102, a seconda della disposizione polare, come illustrato nelle figure 7 e 8, l'elettromagnete 210, funzionante in corrente continua, e il magnete permanente 230 sono fissati sul supporto di statore 200 in posizioni tali che, con lo stesso verso di rotazione F, quando il rivelatore di posizione 260 traguarda l'inizio di una scanalatura 103, l'armatura di elettromagnete 210 sovrasta una scanalatura successiva 103 e una porzione di dente successivo 101, mentre il magnete permanente 230 sovrasta un dente successivo, quando le polarità prospicienti di magnete e denti sono opposte (figura 7). Quando invece queste polarità sono uguali (figura 8), l'elettromagnete 210 e il magnete permanente 230 sono fissati sul supporto di statore 200 in posizioni tali che, con lo stesso verso di rotazione F, quando il rivelatore di posizione 260 traguarda l'inizio di una scanalatura 103, l'armatura di elettromagnete 210 sovrasta un dente successivo 102 e una porzione di scanalatura successiva 103, mentre il magnete permanente 230 sovrasta una scanalatura successiva 103.

Secondo il trovato l'elettromagnete e il magnete permanente sono fissati sul supporto di statore in posizioni registrabili per cambiare il verso di rotazione del rotore, come mostrato nelle figure 5 e 6. La distanza fra elettromagnete 21 e magnete 23 nell'accoppiamento meccanico sul supporto di statore 20 determina il verso di rotazione del rotore 1.Con magnete 23 sovrastante un dente 10, il verso di rotazione del rotore 1 è quello della freccia F, quando l'elettromagnete 21 sovrasta l'inizio di un dente precedente (figura 5), mentre è il verso opposto quando l'elettromagnete 21 sovrasta la fine di un dente precedente (figura 6).

Dal punto di vista dell'interazione fra rotore e sistema di eccitazione l'armatura 24 di elettromagnete e il magnete permanente 23, come mostrato nella figura 4, sono prospicienti, col proprio traferro, lateralmente, entrambe le estremità periferiche opposte del rotore 10.

Facendo riferimento alle figura 9, è mostrata una seconda forma di realizzazione di motore secondo il trovato. Il rotore 1a è assialmente allungato e presenta tre denti indicati genericamente con 10a. L'elettromagnete 21a presenta un'armatura 24a e un avvolgimento 25a. L'armatura 24a di elettromagnete e il magnete permanente 23a sono corrispondentemente allungati e prospicienti, col proprio traferro, lateralmente il rotore 1a.

Facendo riferimento alle figura 10, è mostrata una terza forma di realizzazione di motore secondo il trovato. Il rotore 1b è alquanto appiattito rispetto al motore della seconda forma di realizzazione e, analogamente, presenta tre denti indicati genericamente con 10b. L'elettromagnete 21b presenta un'armatura 24b e un avvolgimento 25b. L'armatura 24a di elettromagnete e due magneti permanenti 23b prospicienti, col proprio traferro, lateralmente il rotore 1b.

Facendo riferimento alla figura 11, è mostrata una quarta forma di realizzazione di motore secondo il trovato. Il rotore 1c è un binario anulare 6, realizzato ad esempio in materia plastica, portante inserti 3 di materiale ferromagnetico. Come mostrato, il rotore 1c è solidale ad una pala 4 dotata centralmente di un elemento di appoggio 5 per la rotazione del rotore. Il sistema di eccitazione è rappresentato schematicamente in un elettromagnete 21c, presentante un'armatura 24c e un avvolgimento 25c, in un magnete permanente 23c e in un rivelatore di posizione 26c.

Facendo riferimento alla figura 12, è mostrata una quinta forma di realizzazione di motore secondo il trovato. Il rotore 1d ha un solo passo di attrazione, presentando un unico dente ferromagnetico 10d e un passo neutro 11d, della stessa densità di massa del dente 10d.

Su un supporto di statore 20d, il sistema di eccitazione è rappresentato schematicamente in un elettromagnete 21d, presentante un'armatura 24d e un avvolgimento 25d, e in un magnete permanente 23d. Il funzionamento del sistema di eccitazione è come descritto con riferimento alla prima forma di realizzazione.

Il trovato cosi concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del medesimo concetto innovativo.

Claims

R IV E N D IC A Z IO N I 1. Motore elettrico universale a traferro variabile, del tipo avente un rotore presentante un dente o più denti circonferenzialmente equidistanziati separati l'uno dall'altro da scanalature, e uno statore dotato di un sistema di eccitazione, caratterizzato dal fatto che detto sistema di eccitazione comprende, montati consecutivamente distanziati su un supporto (20; 200) di statore contraffacciato a detto rotore (1; 100; 1a; 1b; 1c; 1d), almeno un elettromagnete (21; 210; 21a; 21b; 21c; 21d), provvisto di un'armatura (24; 24a; 24b; 24c; 24d) e di un avvolgimento (25; 25a; 25b; 25c; 25d), un circuito di comando (22; 220), dotato di un rivelatore di posizione (26; 260; 26c) per l'alimentazione dell'elettromagnete, e un magnete permanente (23; 230; 23a; 23b; 23c; 23d); detto elettromagnete (21; 210; 21a; 21b; 21c; 21d) e detto magnete permanente (23; 23a; 23b; 23c; 23d) essendo fissati su detto supporto (20; 220) di statore per eccitare alternativamente il rotore, e in posizioni registrabili per cambiare il verso di rotazione del rotore stesso.
2. Motore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto rotore ha denti (10) di materiale ferromagnetico.
3. Motore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto rotore ha come denti (100) magneti permanenti.
4. Motore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta armatura (24a; 24b; 24c; 24d) di elettromagnete e detto magnete permanente (23a; 23b; 23c; 24d) sono prospicienti, col proprio traferro, lateralmente, detto rotore (1a; 1b; 1c; 1d).
5. Motore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta armatura (24) di elettromagnete e detto magnete permanente (23) sono prospicienti, col proprio traferro, entrambe le estremità periferiche opposte di detto rotore (1).
6. Motore elettrico universale a traferro variabile secondo le rivendicazioni precedenti e secondo quanto descritto ed illustrato con riferimento alle figure degli uniti disegni e per gli accennati scopi.