ITRN20120057A1 - Statore di macchina elettrica a flusso assiale e procedimento per la sua realizzazione - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

“STATORE DI MACCHINA ELETTRICA A FLUSSO ASSIALE E

PROCEDIMENTO PER LA SUA REALIZZAZIONEâ€

La presente invenzione à ̈ relativa ad uno statore per una macchina elettrica a flusso assiale e ad un procedimento per la sua realizzazione.

E’ noto che le macchine elettriche a flusso assiale presentano una specifica architettura in cui gli avvolgimenti e/o i magneti permanenti statorici e rotorici sono disposti su rispettivi dischi paralleli ravvicinati, separati da un traferro il cui spessore si estende in direzione dell’asse di rotazione del rotore. Tale architettura risulta quindi sensibilmente diversa da quella dei motori a flusso radiale.

Sono note due principali architetture per questo tipo di motori, una prima delle quali prevede un rotore singolo interposto tra due dischi statorici fissi, l’altra delle quali prevede l’interposizione di un disco statorico fisso tra due dischi rotorici.

Generalmente, il rotore delle macchine elettriche a flusso assiale à ̈ del tipo a magneti permanenti mentre lo statore comprende un nucleo ferromagnetico di forma toroidale su cui sono calzate numerose bobine che concatenano il campo magnetico rotorico.

In maggior dettaglio, le bobine sono intercalate ad altrettanti denti in materiale ferromagnetico che definiscono il citato traferro rispetto al rotore e che, in cooperazione con il nucleo ferromagnetico, determinano il tratto statorico delle linee di flusso. In altre parole, i denti si estendono dal nucleo toroidale parallelamente all’asse di rotazione del rotore e tra di essi si vengono a definire le cave in cui sono disposte le bobine.

Indipendentemente dall’architettura selezionata, sono attualmente note differenti modalità per la realizzazione dello statore.

Una prima soluzione prevede di realizzare dapprima lo statore mediante unione di una successione di lamierini punzonati, definente la sagoma finale del corpo in materiale ferromagnetico che presenta già i denti e le cave tra di essi. Successivamente, le bobine vengono realizzate mediante avvolgimento a mano del conduttore di rame nelle rispettive cave.

Se da un lato questo sistema conferisce allo statore una spiccata resistenza meccanica, occorre evidenziare che si ha come contropartita una notevole complicazione realizzativa dovuta all’intervento manuale di avvolgimento delle bobine. Ciò influisce negativamente e pesantemente sui costi di produzione della macchina elettrica.

Una seconda soluzione prevede di tagliare a metà un nucleo ferromagnetico liscio, di forma toroidale, per ottenere due semianelli, e successivamente di calzare su ciascun semianello le bobine precedentemente realizzate. Tale soluzione, che risulta essere realizzabile in modo semplice ed a basso costo (le bobine possono essere ottenute mediante procedimenti industriali semplificati), non fa tuttavia uso dei denti in materiale ferromagnetico. Ciò presenta un primo inconveniente legato ad un’elevata dispersione del flusso che non viene convogliato correttamente, per cui tali macchine hanno scarse prestazioni.

Una terza soluzione à ̈ nota dalla domanda di brevetto italiano n. RN2008A000062 a nome della Richiedente, e prevede di infilare bobine preassemblate anulari sul toroide diviso a metà, con interposizione, tra le bobine, di denti in materiale ferromagnetico presentanti apposite asole per poter essere calzati anch’essi sul nucleo toroidale. Tale soluzione ha il vantaggio di presentare una notevole tenuta meccanica dei denti sul nucleo. Tuttavia, si à ̈ notato che il gioco esistente tra asola e nucleo toroidale, necessario per consentire di infilare in modo semplice i denti sul nucleo toroidale, introduce un traferro che aumenta la riluttanza del circuito magnetico penalizzando il rendimento della macchina elettrica.

Un’ulteriore soluzione à ̈ nota dalla pubblicazione brevettuale n. GB1364684; tale pubblicazione descrive come noto, evidenziandone peraltro i difetti, un procedimento di costruzione di uno statore di una macchina a flusso assiale in cui i denti sono realizzati a parte rispetto al nucleo toroidale e sono fissati ad esso, successivamente all’applicazione delle bobine, mediante incollaggio alla superficie piana del nucleo toroidale.

Lo svantaggio di tale soluzione, tuttavia, à ̈ sia elettrico (la presenza della colla influisce negativamente sul circuito magnetico penalizzando il rendimento della macchina elettrica) che meccanico (la resistenza meccanica dei denti à ̈ limitata alla tenuta della colla che può non rivelarsi sufficiente a sopportare gli elevati sforzi magnetici che tendono a strappare i denti dal nucleo toroidale).

Pertanto, scopo del presente trovato à ̈ rendere disponibile uno statore per una macchina elettrica a flusso assiale ed un procedimento per la sua realizzazione che superino gli inconvenienti della tecnica nota sopra citati. In particolare, à ̈ scopo del presente trovato mettere a disposizione uno statore per una macchina elettrica a flusso assiale di buone prestazioni, che presenti elevata resistenza meccanica e che, al contempo, sia facilmente ed economicamente realizzabile.

Forma inoltre oggetto del presente trovato anche un procedimento per la realizzazione di detto statore.

Lo scopo à ̈ pienamente raggiunto dallo statore secondo il presente trovato, che si caratterizza per quanto contenuto nelle rivendicazioni sotto riportate. In particolare, lo statore secondo il trovato comprende un nucleo toroidale avente una porzione ricevente ed una pluralità di denti inizialmente separati dal nucleo.

Secondo l’invenzione, almeno uno dei denti presenta, su almeno una rispettiva superficie tangenziale rivolta verso l’asse dello statore o dalla parte opposta, un profilo sagomato definente almeno una superficie di aggrappaggio rivolta da parte opposta al nucleo toroidale; inoltre, lo statore comprende una matrice di resina che riveste e lega tra loro il nucleo toroidale ed i denti.

Preferibilmente, detta superficie di aggrappaggio à ̈ sostanzialmente parallela alla superficie ricevente del nucleo toroidale.

Preferibilmente, una pluralità di denti presenta (più preferibilmente tutti i denti presentano), su almeno una di dette superfici tangenziali del dente, detto profilo sagomato definente detta almeno una superficie di aggrappaggio.

Preferibilmente, detto almeno un dente provvisto del profilo sagomato, presenta detto profilo sagomato (definente detta almeno una superficie di aggrappaggio) su entrambe le proprie superfici tangenziali.

Preferibilmente, lo statore comprende una carcassa esterna di forma anulare, avvolgente esternamente il nucleo ed i denti ed anch’essa rivestita con la matrice di resina.

La matrice di resina, facendo presa sul nucleo e sulla superficie di aggrappaggio del dente (o di tutti i denti, nella configurazione preferita in cui tutti i denti hanno almeno una superficie di aggrappaggio), una volta indurita trattiene stabilmente il dente sul nucleo contrastando gli sforzi meccanici che durante l’utilizzo tendono a strappare ciascun dente dal nucleo.

Tra i denti e il nucleo non vi sono elementi frapposti, in particolare non vi sono strati di collante o di altri materiali che “sporcherebbero†il circuito magnetico di statore. In particolare, i denti sono semplicemente appoggiati direttamente sul nucleo e successivamente bloccati in posizione dall’indurimento della resina.

Preferibilmente, la superficie di aggrappaggio à ̈ definita da un gradino.

In una forma realizzativa, la superficie di aggrappaggio à ̈ definita da una sporgenza del dente.

In un’altra forma realizzativa, la superficie di aggrappaggio à ̈ definita da un incavo del dente.

La superficie di aggrappaggio à ̈ definita almeno su una superficie tangenziale di ciascun dente, rivolta verso l’asse dello statore, oppure su una superficie tangenziale di ciascun dente, rivolta da parte opposta all’asse dello statore.

Preferibilmente, la superficie di aggrappaggio à ̈ definita su tutti i denti ed ancor più preferibilmente su entrambe le citate superfici tangenziali dei denti. In tal modo, ciascun dente può essere sostenuto dalla resina in modo indipendente dagli altri denti.

Preferibilmente, la carcassa presenta almeno una porzione di bloccaggio impegnabile con le superfici di aggrappaggio per mantenere i denti premuti contro il nucleo toroidale. La porzione di bloccaggio può essere definita da una scanalatura o da una sporgenza circonferenziale, rispettivamente se la superfici di aggrappaggio su cui si impegna sono definite da sporgenze o incavi.

I denti sono angolarmente distribuiti attorno all’asse per definire, tra due denti successivi, una rispettiva cava. In una forma realizzativa, ciascun avvolgimento à ̈ almeno parzialmente alloggiato entro una rispettiva cava ed à ̈ infilato sul nucleo toroidale. Per realizzare ciò, il nucleo à ̈ suddiviso in almeno due porzioni, preferibilmente due semianelli.

In una differente soluzione (illustrata nella figura 9), ciascun avvolgimento à ̈ infilato su un rispettivo dente il quale à ̈ a sua volta applicato alla superficie ricevente del nucleo. In questa soluzione il nucleo può essere costituito da un unico pezzo di forma toroidale e non ne à ̈ richiesta la suddivisione in due o più parti.

Ciascun dente presenta inoltre una parete di base poggiante sul nucleo toroidale ed una parete di sommità opposta alla parete di base e definente, in cooperazione con un corrispondente rotore, un traferro. In una forma realizzativa, la parete di sommità presenta una superficie esterna piana parallela alla superficie ricevente del nucleo toroidale e lateralmente attestata alle corrispondenti pareti di sommità dei denti adiacenti. Ne consegue una continuità elettrica e magnetica dei denti, con linee di flusso che si richiudono sulle pareti di estremità senza attraversare il rotore.

In una differente forma realizzativa, la superficie esterna piana di ciascun dente à ̈ lateralmente distanziata dalle corrispondenti pareti di sommità dei denti adiacenti per definire un rispettivo traferro.

Tale soluzione abbatte notevolmente il flusso che tende a richiudersi sulle pareti di sommità dei denti, tuttavia in tale configurazione à ̈ possibile utilizzare un anello di fissaggio in materiale ferromagnetico, sovrapposto alle pareti di sommità dei denti e rigidamente collegato alle porzioni di sommità per stabilire una continuità elettrica e magnetica tra i denti.

In una forma realizzativa, il nucleo toroidale presenta due superfici riceventi di forma anulare, tra loro contrapposte e sostanzialmente perpendicolari all’asse dello statore, ciascuna delle quali riceve una rispettiva serie di denti e di avvolgimenti.

In una differente forma realizzativa, il nucleo presenta una sola superficie ricevente.

Inoltre, in una forma realizzativa la macchina elettrica secondo il trovato à ̈ un motore elettrico.

In una differente forma realizzativa, la macchina elettrica secondo il trovato à ̈ un generatore elettrico.

Con riferimento al procedimento secondo il trovato, esso si caratterizza per il fatto che i denti vengono semplicemente appoggiati alla superficie ricevente del nucleo toroidale e, successivamente, il nucleo ed i denti vengono impregnati/rivestiti con la matrice di resina per impaccare stabilmente i denti al nucleo.

Preferibilmente, tra la fase di applicazione dei denti al nucleo e la fase di impregnazione con la matrice di resina à ̈ interposta una fase di serraggio dei denti al nucleo (preferibilmente mediante inserimento del nucleo e dei denti ivi accoppiati in uno stampo opportunamente configurato). La fase di serraggio à ̈ mantenuta anche durante almeno una parte della fase di impregnazione con la resina.

Il procedimento prevede inoltre, prima della fase di impregnazione, l’applicazione al nucleo di una pluralità di avvolgimenti i quali risultano anch’essi impregnati con la resina. Al momento dell’applicazione al nucleo, gli avvolgimenti sono già realizzati.

In una forma realizzativa, gli avvolgimenti sono applicati direttamente al nucleo prima dell’applicazione dei denti, in particolare essi sono infilati sul nucleo e distanziati in modo tale da lasciare libere, tra ciascuna coppia di avvolgimenti, una porzione della superficie ricevente per la successiva applicazione di un dente. Per tale ragione, il nucleo à ̈ inizialmente suddiviso in due parti, per esempio sezionato secondo uno o più piani passanti per l’asse dello statore, oppure possono essere predisposti più spezzoni di nucleo, già realizzati secondo uno sviluppo angolare inferiore ad un intero toroide.

In una differente forma realizzativa, il nucleo à ̈ predisposto inizialmente già in forma toroidale e non viene sezionato, mentre l’applicazione dei denti sul nucleo e di applicazione degli avvolgimenti sul nucleo sono realizzate infilando ciascun avvolgimento su un rispettivo dente e successivamente applicando il dente sul nucleo mediante appoggio della parete di base del dente sulla superficie ricevente del nucleo.

Prima della fase di applicazione dei denti sul nucleo, o successivamente ad essa, può essere prevista una fase di mutuo collegamento di almeno un sottoinsieme dei denti mediante fissaggio della parete di sommità dei denti ad un anello di fissaggio in materiale ferromagnetico.

Le caratteristiche tecniche del trovato, secondo il suddetto scopo, sono chiaramente riscontrabili dal contenuto delle rivendicazioni sotto riportate, ed i vantaggi dello stesso risulteranno maggiormente evidenti nella descrizione dettagliata che segue, fatta con riferimento ai disegni allegati, che ne rappresentano una forma di realizzazione puramente esemplificativa e non limitativa, in cui:

- la figura 1 mostra uno statore per una macchina elettrica a flusso assiale secondo il presente trovato.

- le figure 2 e 3 illustrano due successive fasi di realizzazione dello statore di figura 1;

- le figure 4 e 5 mostrano due differenti viste di un particolare (dente) dello statore di figura 1;

- la figura 6 illustra lo statore di figura 1 in una vista sezionata secondo un piano contenente l’asse X di figura 1 e intersecante il dente di figura;

- la figura 7 illustra lo statore di figura 6, secondo una variante realizzativa; - la figura 8 illustra lo statore di figura 1, in pianta, secondo una variante realizzativa;

- la figura 9 illustra, in un particolare in vista prospettica schematica, un esempio di avvolgimento infilato su un dente, in una forma realizzativa dell’invenzione.

In accordo con la figura 1, con 1 Ã ̈ complessivamente rappresentato uno statore per una macchina elettrica a flusso assiale secondo il presente trovato ed in una forma realizzativa preferita.

Nell’ambito del presente trovato, con il termine “macchina elettrica†può intendersi indifferentemente sia un motore elettrico che un generatore elettrico.

Lo statore 1 si compone essenzialmente di un nucleo toroidale 2 (visibile meglio in figura 3) realizzato in un materiale ferromagnetico, di una pluralità di avvolgimenti 3 o bobine di filo conduttore, e di una pluralità di denti 4 anch’essi realizzati in materiale ferromagnetico.

Il nucleo toroidale 2 si sviluppa lungo una linea circolare attorno ad un asse “X†, coincidente con l’asse di rotazione dei rotori (non illustrati in quanto di tipo noto) associati allo statore 1.

Il nucleo 2 presenta inoltre almeno una superficie ricevente 5 di forma anulare, sviluppantesi anch’essa attorno all’asse “X†. Preferibilmente, la superficie ricevente 5 à ̈ piana e perpendicolare all’asse “X†.

Ancor più preferibilmente, la superficie ricevente 5 à ̈ liscia.

In una forma realizzativa preferita, come mostrato nelle figure, il nucleo 2 presenta due superfici riceventi 5 di forma anulare, tra loro contrapposte. Sul nucleo 2 sono disposti gli avvolgimenti 3 i quali, più precisamente, sono infilati sul nucleo 2. In altre parole, ciascun avvolgimento 3 à ̈ ottenuto mediante realizzazione di una pluralità di spire tra loro parallele di un conduttore metallico, a definire una struttura finale di forma anulare. Ciascun avvolgimento 3 presenta inoltre un supporto isolante 7 attorno al quale sono disposte le spire e definente un’apertura centrale 6 sostanzialmente controsagomata alla sezione trasversale del nucleo toroidale 2.

Per consentire l’infilamento degli avvolgimenti (che sono pre-realizzati), il nucleo toroidale 2 à ̈ suddiviso in due semianelli 2a, 2b tra loro preferibilmente identici, ciascuno dei quali si sviluppa su una linea circolare attorno ad un rispettivo asse “X1†, “X2†per uno sviluppo parziale di tale linea. I due semianelli 2a, 2b sono tali da ricomporre il nucleo toroidale 2 una volta ultimato l’infilamento degli avvolgimenti 3.

Ciascun avvolgimento 3 presenta inoltre una coppia di terminali di collegamento 8 in modo tale che, a realizzazione dello statore 1 ultimata, gli avvolgimenti 3 possano essere connessi nel modo desiderato ad una morsettiera di alimentazione.

Gli avvolgimenti 3 sono pertanto calzati sul nucleo 2 in modo tale che le spire risultino concatenate con la linea circolare di sviluppo del nucleo 2, quindi concatenate con il flusso magnetico passante attraverso il nucleo 2 (ed attraverso i denti 4, come verrà chiarito in seguito). In altre parole, gli avvolgimenti 3 presentano le spire disposte secondo una direzione sostanzialmente radiale, cioà ̈ sostanzialmente passante per l’asse “X†del nucleo toroidale 2.

Gli avvolgimenti 3 sono posizionati sul nucleo 2 secondo una disposizione angolarmente equidistanziata attorno all’asse “X†e definiscono, tra di essi, rispettive sedi 9 per l’inserimento dei denti 4.

I denti 4 sono intercalati agli avvolgimenti 3 ed applicati alle superfici riceventi 5 del nucleo 2.

In maggior dettaglio, come visibile nelle figure 4 e 5, ciascun dente 4 presenta:

- una parete di base 4a, destinata ad essere poggiata sulla superficie ricevente 5 del nucleo 2;

- una parete di sommità 4b, opposta alla parete di base 4a;

- una prima ed una seconda parete tangenziale 4c, 4d, rispettivamente interna (rivolta verso l’asse “X†) ed esterna (opposta a quella interna), comprese tra le sopra citate pareti di base 4a e di sommità 4b.

I denti 4 sono realizzati, per esempio, per sinterizzazione, oppure sono ricavati da materiali laminati. In ogni caso i denti 4 hanno proprietà ferromagnetiche.

La parete di sommità 4b presenta una superficie esterna piana 10 parallela alla superficie ricevente 5 del nucleo 2 e destinata ad affacciarsi al traferro definito in cooperazione con il rotore (non illustrato).

I denti 4 sono disposti sulla superficie ricevente 5 del nucleo 2 mediante appoggio sulla citata parete di base 4a e si estendono in allontanamento dalla superficie ricevente 5 lungo l’asse “X†.

In particolare, la citata pluralità di denti 4 à ̈ suddivisa in una prima ed una seconda serie di denti rispettivamente applicati ad una prima superficie ricevente 5 ed all’altra superficie ricevente 5 ed estendentisi in allontanamento dalla rispettiva superficie ricevente 5 lungo l’asse “X†.

Preferibilmente, lo statore 1 comprende inoltre una carcassa esterna 11 di forma anulare, conformata in modo tale da abbracciare la periferia esterna del nucleo 2 e dei denti 4, in particolare le seconde superfici tangenziali 4d dei denti 4, in modo tale da compattare la struttura complessiva dello statore 1.

Vantaggiosamente, almeno uno dei denti 4, preferibilmente un sottoinsieme della citata pluralità di denti 4 ed ancor più preferibilmente ciascuno dei denti 4, presenta, su almeno una delle due superfici tangenziali 4c, 4d, un profilo sagomato definente almeno una superficie di aggrappaggio 12 sostanzialmente parallela alla superficie ricevente 5 del nucleo toroidale 2 e rivolta da parte opposta al nucleo toroidale 2 quando il dente 4 à ̈ applicato al nucleo 2.

Preferibilmente, la superficie di aggrappaggio 12 Ã ̈ definita da un gradino 13 preferibilmente retto, vale a dire costituito da due superfici tra loro perpendicolari, in particolare una prima superficie parallela alla superficie tangenziale 4c, 4d ed una seconda superficie parallela alla superficie ricevente 5.

In una forma realizzativa, illustrata nelle figure 4 e 5, la superficie di aggrappaggio 12 Ã ̈ definita da una sporgenza prospiciente dalla citata superficie tangenziale 4c, 4d.

Tuttavia, in una differente forma realizzativa, la superficie di aggrappaggio 12 può anche essere definita da una cavità o recesso realizzato nella superficie tangenziale 4c, 4d. Questa soluzione à ̈ illustrata per esempio in figura 7 (in combinazione con un’altra caratteristica, sulla quale si ritornerà in seguito).

Preferibilmente, la superficie di aggrappaggio 12 Ã ̈ definita sia sulla prima che sulla seconda superficie tangenziale 4a, 4b, in accordo con le figure 1-5. Tuttavia, in accordo con una forma realizzativa non illustrata, la superficie di aggrappaggio 12 potrebbe essere definita solo sulla prima o sulla seconda superficie tangenziale 4a, 4b.

Vantaggiosamente, almeno il nucleo 2 ed i denti 4, e preferibilmente anche la carcassa 11, sono impregnate mediante una matrice 15 di resina che stabilizza i diversi componenti dello statore 1 in posizione stabile.

La resina, facendo presa sulle superfici di aggrappaggio 12, realizza un bloccaggio stabile dei denti 4 rispetto al nucleo 2. Ciò consente di applicare inizialmente i denti 4 al nucleo 2 mediante semplice appoggio della parete di base 4a dei denti 4 alla superficie ricevente 5 senza uso di sostanze collanti che penalizzerebbero la riluttanza complessiva del circuito magnetico di statore.

Preferibilmente, la resina à ̈ applicata mediante iniezione, o per colata in uno stampo.

Preferibilmente, la carcassa 11 presenta almeno una porzione di bloccaggio (non illustrata) impegnabile con le superfici di aggrappaggio 12 realizzate sulla seconda superficie tangenziale 4d dei denti 4.

Preferibilmente, in tale configurazione la porzione di bloccaggio si estende circonferenzialmente lungo un intero sviluppo angolare attorno all’asse “X†ed à ̈ impegnabile con le superfici di aggrappaggio 12 dei denti 4 per mantenere i denti 4 premuti contro la porzione ricevente 5 del nucleo toroidale 2.

Nel caso in cui le superfici di aggrappaggio 12 siano presenti sulla seconda superficie tangenziale 4d dei denti 4 e siano definite da sporgenze 13 (figure 4 e 5), la porzione di bloccaggio della carcassa 1 può essere vantaggiosamente definita da una gola estendentesi lungo l’intero sviluppo circonferenziale della carcassa 1 ed entro la quale sono inseribili le sporgenze 13 dei denti 4 (figura 6).

Nel differente caso in cui le superfici di aggrappaggio 12 siano presenti sulla seconda superficie tangenziale 4d dei denti 4 e siano definite da cavità o recessi, la porzione di bloccaggio può essere vantaggiosamente definita da una sporgenza estendentesi lungo l’intero sviluppo circonferenziale della carcassa 1 ed inseribile nelle cavità o recessi dei denti (secondo una variante non illustrata); in alternativa, a detta sporgenza definita dalla carcassa, la porzione di bloccaggio può essere costituita da spine 16 (per esempio realizzate in acciaio) inserite tra dette cavità o recessi dei denti 4 e una corrispondente gola definita dalla carcassa 11 (tale esempio di realizzazione à ̈ illustrato nella figura 7).

In entrambi i casi, la carcassa 11 mantiene i denti 4 impaccati sul nucleo 2 coadiuvando l’effetto di bloccaggio esercitato dalla matrice di resina.

La resina à ̈ solitamente epossidica con caratteristiche isolanti, preferibilmente con proprietà meccaniche e/o di conduttività termica.

Come descritto in precedenza, gli avvolgimenti 3 sono posizionati sul nucleo 2 secondo una disposizione angolarmente equidistanziata attorno all’asse “X†e definiscono, tra di essi, rispettive sedi 9 per l’inserimento dei denti 4. Come visibile in figura 3, risulta che anche i denti 4 sono posizionati sul nucleo 2 secondo una disposizione angolarmente equidistanziata attorno all’asse “X†e definiscono, tra due denti 4 successivi, una rispettiva cava 14 per l’alloggiamento di un rispettivo avvolgimento 3.

Come visibile nelle figure 1 e 3-5, la parete di sommità 4b di ciascun dente 4 presenta una sezione trasversale maggiorata rispetto alla restante parte del dente 4 (in particolare rispetto alla parte centrale definente le superfici tangenziali 4c, 4d) che conferisce al dente 4 una conformazione “a fungo†. Preferibilmente, quando i denti 4 sono applicati al nucleo 4, la parete di sommità 4b à ̈ lateralmente attestata alle corrispondenti pareti di sommità 4b dei denti 4 adiacenti. In altre parole, le pareti di sommità 4b dei denti 4 presentano bordi laterali 4e convergenti verso l’asse “X†(che conferiscono alla superficie esterna piana una forma sostanzialmente trapezoidale) ed atti ad entrare in contatto con i corrispondenti bordi laterali 4e dei denti 4 adiacenti.

Preferibilmente, una volta applicata la carcassa 11, quest’ultima preme i denti 4 verso l’asse “X†promuovendo l’impaccamento reciproco delle pareti di sommità 4b dei denti 4.

In tale configurazione impaccata si ha che le cave 14 risultano chiuse (inferiormente dal nucleo 2, lateralmente e superiormente dai denti 4) e quindi consentono un flusso disperso che non abbandona lo statore e quindi non interagisce con il rotore per generare potenza meccanica. Tale configurazione risulta particolarmente utile per la realizzazione del de flussaggio della macchina elettrica.

In una differente forma realizzativa (illustrata nella figura 8), la parete di sommità 4b à ̈ lateralmente distanziata dalle corrispondenti pareti di sommità 4b dei denti 4 adiacenti per definire un rispettivo traferro. In tale forma realizzativa lo statore 1 può comprendere inoltre almeno un anello di fissaggio in materiale ferromagnetico (visibile tratteggiato in figura 8), sovrapposto alle pareti di sommità dei denti e rigidamente collegato ad esse per stabilire una continuità elettrica e magnetica tra i denti, ovviando al fatto che i bordi laterali delle pareti di sommità di denti adiacenti non sono in contatto.

Preferibilmente, ma non limitatamente, un siffatto anello di fissaggio può essere utilizzato in una forma realizzativa del tipo illustrato nelle figure 1-5 laddove, tuttavia, non tutti i denti 4 fossero provvisti della superficie di aggrappaggio 12. L’utilizzo dell’anello di fissaggio potrebbe infatti consentire ai denti sprovvisti della superficie di aggrappaggio 12 di essere mantenuti in posizione sul nucleo grazie all’azione dell’anello di fissaggio che rende solidali tra loro i denti 4.

In una differente forma realizzativa non illustrata, gli avvolgimenti non sono infilati sul nucleo ma sono infilati sul dente, in particolare sulla porzione di gambo del dente. In altre parole, le spire dell’avvolgimento giacciono su piani paralleli alla giacitura del nucleo toroidale e perpendicolari all’asse attorno cui si sviluppa il nucleo. In tale configurazione il nucleo toroidale può essere mantenuto intero senza essere suddiviso in due semianelli. Ciononostante, il bloccaggio dei denti sul nucleo può avvenire allo stesso modo precedentemente descritto, mediante impregnazione del nucleo e dei denti (e preferibilmente anche della carcassa) con la matrice di resina che, facendo presa sulle superfici di aggrappaggio, trattiene stabilmente i denti sul nucleo.

Viene ora descritto un procedimento per la realizzazione dello statore 1 secondo il presente trovato.

Il procedimento comprende le fasi di:

- predisposizione del nucleo 2 in materiale ferromagnetico, il quale si sviluppa lungo una linea circolare (in particolare, lungo un tratto di essa nel caso di semianelli 2a, 2b) e presenta almeno una superficie ricevente 5 giacente sulla linea circolare;

- predisposizione di una pluralità di denti 4 aventi la configurazione sopra descritta ed, in particolare, almeno una superficie di aggrappaggio 12;

- predisposizione di una pluralità di avvolgimenti 3;

- applicazione dei denti 4 sul nucleo 2 in modo tale che la parete di base 4a di ciascun dente 4 risulti disposta in semplice appoggio sulla superficie ricevente 5, in particolare senza uso di sostanze collanti interposte nell’interfaccia tra nucleo 2 e dente 4;

- applicazione degli avvolgimenti 3 al nucleo 2 in modo tale che gli avvolgimenti 3 cooperino con il nucleo 2 e con i denti 4 per concatenarsi con un flusso magnetico passante attraverso il nucleo 2 ed i denti 4;

- impregnazione del nucleo 2 e dei denti 4 con una matrice di resina in modo tale che la resina, facendo presa sulle superfici di aggrappaggio 12, trattenga ciascun dente 4 sul nucleo 2.

Preferibilmente, il procedimento comprende inoltre una fase di applicazione, esternamente al nucleo toroidale 2 ed ai relativi avvolgimenti 3 e denti 4, della carcassa esterna 11. L’applicazione della carcassa 11 consente alla relativa porzione di bloccaggio di agire sulle superfici di aggrappaggio 12 dei denti 4 mantenendo i denti 4 impaccati sul nucleo 2.

La fase di impregnazione con la matrice di resina legante à ̈ preceduta da una fase di serraggio dei denti 4 al nucleo 2.

Tale fase di serraggio prevede un inserimento dell’insieme costituito da nucleo, denti e carcassa in uno stampo (non illustrato). Tale stampo à ̈ configurato per esercitare una pressione sulle due facce opposte dello statore (ovvero lo stampo preme sui denti).

Inoltre, tale stampo à ̈ configurato per ricevere (per esempio per iniezione) una resina impregnante..

Nel caso di applicazione di avvolgimenti 3 da infilare sul nucleo 2 (forma realizzativa delle figure illustrate), il nucleo 2 Ã ̈ predisposto in una configurazione suddivisa in due semianelli 2, 3 in materiale ferromagnetico su ciascuno dei quali vengono successivamente infilati i rispettivi avvolgimenti 3 e quindi applicata una rispettiva serie di denti 4.

Al fine di consentire l’applicazione dei denti 4, gli avvolgimenti 3 sono disposti in posizione reciproca equidistanziata in modo tale da lasciare scoperte adeguate porzioni della superficie ricevente 5 tra di essi comprese. Successivamente all’applicazione degli avvolgimenti 3 (e preferibilmente prima dell’applicazione dei denti 4) i due semianelli 2a, 2b vengono tra loro uniti a ripristinare la completa forma toroidale del nucleo 2.

Nella soluzione con avvolgimenti infilati sui denti, al nucleo (intero, non necessariamente suddiviso in semianelli) vengono applicati i denti con gli avvolgimenti già infilati su di essi.

E’ possibile che, in tale fase, alcuni denti siano sprovvisti di avvolgimento. Ciò à ̈ caratteristico degli statori dotati di denti con avvolgimento e denti senza avvolgimento, tra loro disposti in alternanza a definire un peculiare circuito magnetico.

In una forma realizzativa compatibile con entrambe le soluzioni appena descritte (avvolgimenti 3 infilati sul nucleo 2 o avvolgimenti 3 infilati sui denti 4), la fase di applicazione dei denti 4 sul nucleo 2 à ̈ preceduta da una fase di mutuo collegamento di almeno un sottoinsieme di detti denti 4 (per esempio, per ciascun semianello 2a, 2b tutti i denti 4 oppure parte dei denti 4 ad esso associati) mediante fissaggio della parete di sommità 4b di tali denti 4 all’anello di fissaggio in materiale ferromagnetico.

Alternativamente, l’applicazione mediante l’anello di fissaggio ai denti 4 può avvenire successivamente alla disposizione dei denti 4 sul nucleo 2.

La presente descrizione à ̈ stata rivolta ad uno statore avente due serie di denti disposte su lati assiali contrapposti. Tale soluzione à ̈ idonea all’impiego in macchine assiali dotate di uno statore centrale e due rotori coassiali allo statore e disposti ai due lati dello statore. In genere, tali rotori sono del tipo a magneti permanenti superficiali, rivolti verso lo statore.

Tuttavia, il concetto inventivo del trovato à ̈ altresì applicabile anche a statori dotati di una sola serie di denti, vale a dire da un solo lato. Quest’ultima configurazione à ̈ idonea all’impiego in motori aventi un solo rotore, per esempio un rotore centrale accoppiato a due statori coassiali ad esso e tra loro contrapposti.

Il trovato raggiunge lo scopo proposto, per le ragioni che seguono.

L’architettura dello statore con denti semplicemente appoggiati e con la matrice di resina che lega tra loro nucleo e denti consente di ottenere un’elevata robustezza e resistenza meccanica (per esempio contro gli sforzi meccanici indotti sui denti dalle interazioni magnetiche con il rotore) a fronte di una ridotta riluttanza del circuito magnetico risultante, che non à ̈ “sporcato†dalla presenza di sostanze collanti tra nucleo e denti.

Il trovato così concepito à ̈ suscettibile di evidente applicazione industriale; può essere altresì oggetto di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo; tutti i dettagli possono essere sostituiti, inoltre, da elementi tecnicamente equivalenti.

Claims (19)

1. RIVENDICAZIONI 1. Statore di una macchina elettrica a flusso assiale, comprendente: - un nucleo (2) di forma toroidale sviluppantesi attorno ad un asse (X) e avente almeno una superficie ricevente (5) di forma anulare; - una pluralità di denti (4), disposti a contatto su detta superficie ricevente (5) ed estendentisi in allontanamento dalla superficie ricevente (5) lungo detto asse (X), ciascuno di detti denti (4) avendo una prima superficie tangenziale (4c) rivolta verso l’asse (X) ed una seconda superficie tangenziale (4d) opposta a detta prima superficie tangenziale (4c); - una pluralità di avvolgimenti (3), angolarmente distribuiti attorno a detto asse (X) e cooperanti con detto nucleo (2) e detti denti (4) per concatenare un flusso magnetico passante attraverso il nucleo (2) e i denti (4), caratterizzato dal fatto che almeno uno di detti denti (4) presenta, su almeno una di dette superfici tangenziali (4c, 4d), un profilo sagomato definente almeno una superficie di aggrappaggio (12) rivolta da parte opposta al nucleo toroidale (2), e dal fatto che detto statore (1) presenta una matrice di resina legante tra loro almeno detto nucleo toroidale (2) e detti denti (4).
2. 2. Statore secondo la rivendicazione 1, in cui detta superficie di aggrappaggio (12) à ̈ definita da un gradino (13) di detto profilo sagomato ed à ̈ sostanzialmente parallela a detta superficie ricevente (5) del nucleo toroidale (2).
3. 3. Statore secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detta superficie di aggrappaggio (12) Ã ̈ definita almeno su detta prima superficie tangenziale (4c) di detto almeno un dente (4).
4. 4. Statore secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detta almeno una superficie di aggrappaggio (12) Ã ̈ definita da ciascuno di detti denti (4).
5. 5. Statore secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detta superficie di aggrappaggio (12) Ã ̈ definita almeno su detta seconda superficie tangenziale (4d) di detto almeno un dente (4), ed in cui lo statore (1) comprende una carcassa esterna (11) conformata in modo tale da abbracciare dette seconde superfici tangenziali (4d) dei denti (4) ed avente almeno una porzione di bloccaggio impegnabile con detta superficie di aggrappaggio (12) per mantenere il dente (4) premuto contro detto nucleo toroidale (2).
6. 6. Statore secondo la rivendicazione 5, in cui detta almeno una superficie di aggrappaggio (12) à ̈ definita da ciascuno di detti denti (4) ed in cui detta porzione di bloccaggio della carcassa (11) si estende circonferenzialmente lungo un intero sviluppo angolare attorno all’asse (X) ed à ̈ impegnabile con dette superfici di aggrappaggio (12) dei denti (4) per mantenere i denti (4) premuti contro detto nucleo toroidale (2).
7. 7. Statore secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detti denti (4) sono angolarmente distribuiti attorno a detto asse (X) per definire, tra due denti (X) successivi, una rispettiva cava (14), ed in cui ciascuno di detti avvolgimenti (3) Ã ̈ almeno parzialmente alloggiato entro una di dette cave (14) ed infilato sul nucleo toroidale (2).
8. 8. Statore secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni da 1 a 6, in cui ciascuno di detti avvolgimenti (3) Ã ̈ infilato su un rispettivo dente (4).
9. 9. Statore secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui ciascun dente (4) presenta inoltre una parete di base (4a) poggiante sulla superficie ricevente (5) del nucleo toroidale (2) ed una parete di sommità (4b) opposta a detta parete di base (4a), in cui detta parete di sommità (4b) presenta una superficie esterna piana (10) parallela a detta superficie ricevente (5) del nucleo toroidale (2) ed à ̈ lateralmente attestata alle corrispondenti pareti di sommità (4b) dei denti adiacenti (4).
10. 10. Statore secondo una qualsiasi rivendicazione da 1 a 8, in cui ciascun dente (4) presenta inoltre una parete di base (4a) poggiante sulla superficie ricevente (5) del nucleo toroidale (2) ed una parete di sommità (4b) opposta a detta parete di base (4a), in cui detta parete di sommità (4b) presenta una superficie esterna piana (10) parallela a detta superficie ricevente (5) del nucleo toroidale (2) ed à ̈ lateralmente distanziata dalle corrispondenti pareti di sommità (4b) dei denti (4) adiacenti per definire un rispettivo traferro, detto statore (1) comprendendo inoltre almeno un anello di fissaggio in materiale ferromagnetico, rigidamente collegato alle pareti di sommità (4b) dei denti (4) per stabilire una continuità elettrica e magnetica tra i denti (4).
11. 11. Statore secondo la rivendicazione 1, in cui detto nucleo toroidale (2) presenta una prima ed una seconda superficie ricevente (5) di forma anulare, tra loro contrapposte e sostanzialmente perpendicolari a detto asse (X), ed in cui detta pluralità di denti (4) à ̈ suddivisa in una prima serie di denti (4) applicati a detta prima superficie ricevente (5) ed estendentisi in allontanamento dalla prima superficie ricevente (5) lungo detto asse (X) ed una seconda serie di denti (4) applicati a detta seconda superficie ricevente (5) ed estendentisi in allontanamento dalla seconda superficie ricevente (5) lungo detto asse (X), almeno un dente (4) di ciascuna serie presentando detta superficie di aggrappaggio (12).
12. 12. Macchina elettrica a flusso assiale comprendente uno statore (1) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni.
13. 13. Procedimento per la realizzazione di uno statore per una macchina elettrica a flusso assiale, comprendente le seguenti fasi: - predisposizione di un nucleo (2) in materiale ferromagnetico sviluppantesi lungo una linea circolare e presentante almeno una superficie ricevente (5) giacente su detta linea circolare; - predisposizione di una pluralità di denti (4) in materiale ferromagnetico, ciascun dente (4) presentando una parete di base (4a) impegnabile a detta superficie ricevente (5), una parete di sommità (4b) opposta alla parete di base (4a) ed almeno due pareti tangenziali (4c, 4d) tra loro contrapposte e comprese tra dette pareti di base (4a) e di sommità (4b), ed in cui almeno uno di detti denti (4) presenta, su almeno una di dette superfici tangenziali (4c, 4d), un profilo sagomato definente almeno una superficie di aggrappaggio (12) rivolta da parte opposta alla parete di base (4a); - predisposizione di una pluralità di avvolgimenti (3); - applicazione dei denti (4) sul nucleo (2) in modo tale che la parete di base (4a) di ciascun dente (4) risulti disposta in semplice appoggio su detta superficie ricevente (5); - applicazione degli avvolgimenti (3) al nucleo (2) in modo tale che gli avvolgimenti (3) cooperino con il nucleo (2) e con i denti (4) per concatenasi con un flusso magnetico passante attraverso il nucleo (2) ed i denti (4); - successivamente all’applicazione dei denti (4) al nucleo (2), impregnazione del nucleo (2) e dei denti (4) con una matrice di resina in modo tale che la resina faccia presa su detta superficie di aggrappaggio (12) trattenendo detto dente (4) sul nucleo (2).
14. 14. Procedimento secondo la rivendicazione 13, in cui tra la fase di applicazione dei denti (4) al nucleo (2) e la fase di impregnazione con la matrice di resina à ̈ interposta una fase di serraggio dei denti (4) al nucleo (2) mediante inserimento del nucleo (2) e dei denti (4) ivi applicati in uno stampo.
15. 15. Procedimento secondo la rivendicazione 13 o 14, in cui la fase di predisposizione del nucleo (2) in materiale ferromagnetico à ̈ realizzata predisponendo due semianelli (2a, 2b) in materiale ferromagnetico ed in cui detta fase di applicazione degli avvolgimenti (3) à ̈ realizzata infilando detti avvolgimenti (3) sul rispettivo semianello (2a, 2b), detta fase di applicazione degli avvolgimenti (3) essendo realizzata prima della fase di applicazione dei denti (4) sui semianelli (2a, 2b); detto procedimento comprendendo inoltre una fase di unione reciproca di detti semianelli (2a, 2b) a ripristinare l’intero nucleo toroidale (2).
16. 16. Procedimento secondo la rivendicazione 13 o 14, in cui la fase di predisposizione del nucleo (2) Ã ̈ realizzata predisponendo un unico nucleo di forma toroidale (2) in materiale ferromagnetico ed in cui le fasi di applicazione dei denti (4) sul nucleo (2) e di applicazione degli avvolgimenti (3) sul nucleo (2) sono realizzate infilando ciascun avvolgimento (3) su un rispettivo dente (4) e successivamente applicando il dente (4) sul nucleo (2) mediante appoggio della parete di base (4a) del dente (4) sulla superficie ricevente (5) del nucleo (2).
17. 17. Procedimento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni da 13 a 16, in cui la fase di applicazione dei denti (4) sul nucleo (2) à ̈ preceduta da una fase di mutuo collegamento di almeno un sottoinsieme di detti denti (4) mediante fissaggio della parete di sommità (4b) di detti denti (4) ad un anello di fissaggio in materiale ferromagnetico.
18. 18. Procedimento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni da 13 a 17, in cui la fase di applicazione dei denti (4) sul nucleo (2) Ã ̈ seguita da una fase di mutuo collegamento di almeno un sottoinsieme di detti denti mediante fissaggio della parete di base (4a) di detti denti (4) ad un anello di fissaggio in materiale ferromagnetico.
19. 19. Procedimento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni da 13 a 18, comprendente una fase di accoppiare esternamente al nucleo toroidale (2), ai denti (4) ed agli avvolgimenti (3) una carcassa (11) di forma anulare, detta carcassa (11) avendo almeno una porzione di bloccaggio impegnabile con detta superficie di aggrappaggio (12) di detto almeno un dente (4) per mantenere il dente (4) premuto contro detto nucleo toroidale (2).