ITTO20010182A1 - Macchina elettrica di tipo sincrono. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Macchina elettrica di tipo sincrono"

DESCRIZIONE

Campo dell'invenzione

La presente invenzione si riferisce in generale alle macchine elettriche di tipo sincrono.

Più specificamente l'invenzione ha per oggetto una macchina elettrica di tipo sincrono comprendente un indotto ed un induttore fra cui è definito un traferro,

l'indotto presentando almeno una coppia di poli;

l'induttore presentando, per ogni coppia di poli dell'indotto, n denti ed n cave, fra loro alternati e presentanti al traferro rispettive estensioni essenzialmente costanti nella direzione di spostamento relativo fra l'induttore e l'indotto; l'induttore essendo provvisto di un avvolgimento.

Scopi e sintesi dell'invenzione

Uno scopo dell'invenzione è di fornire indicazioni atte a permettere la realizzazione di macchine elettriche sincrone di peso contenuto ed elevato rendimento, atte a consentire un compromesso ottimale fra le prestazioni o caratteristiche di tipo quantitativo, quali la densità di coppia o potenza massima ottenibile, e le prestazioni o caratteristiche di tipo qualitativo, quale l'entità dell'ondulazione o ripple delle caratteristiche di uscita della macchina.

L'invenzione ha in particolare lo scopo di realizzare macchine elettriche sincrone caratterizzate da prestazioni quantitative prossime ai limiti fisici, per mezzo del dominio delle distribuzioni di campo magnetico che accoppiano induttore e indotto, in particolare estendendo tale capacità di dominio, e quindi di dimensionamento, proprio nell'intorno dei valori massimi di coppia e/o potenza specificati per ciascuna applicazione.

Uno scopo dell'invenzione è in particolare di fornire indicazioni atte a consentire il dominio delle prestazioni qualitative della macchina elettrica, in particolare delle ondulazioni dei valori dei suoi parametri, quali coppia e potenza prodotte, ondulazioni che sono inevitabilmente associate ai valori mediamente prodotti e che sono richiesti per la conversione elettromeccanica dell'energia.

Nel complesso, lo scopo dell'invenzione è quindi definire una concezione organica di macchina elettrica sincrona capace di evidenziare i parametri liberi, ovvero i gradi di libertà disponibili per il dimensionamento, nonché le proprietà (minime) che gli stessi parametri devono soddisfare, essendo il numero di tali parametri elevato per consentire allo stesso tempo il dominio degli aspetti quantitativi e qualitativi di ciascuna applicazione specifica.

Questo ed altri scopi vengono realizzati secondo 1'invenzione con una macchina elettrica di tipo sincrono le cui caratteristiche salienti sono definite nell'annessa rivendicazione 1.

I disegni

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno dalla descrizione dettagliata che segue, effettuata a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

la figura la è una vista parzialmente sezionata che mostra la sezione trasversale di una macchina elettrica sincrona rotante con induttore esterno all 1indotto;

la figura lb è una vista parzialmente sezionata che mostra la sezione trasversale di una macchina elettrica sincrona rotante con induttore interno all 'indotto;

la figura 2 è una vista parziale schematica che mostra una porzione dell'induttore e dell'indotto di una macchina elettrica sincrona sviluppate linearmente, corrispondenti a una coppia di poli dell 'indotto;

le figure 3a e 3b sono rappresentazioni schematiche parziali di porzioni dell'induttore e dell'indotto di una macchina elettrica sincrona, mostrate nelle due diverse condizioni di allineamento relativo significative per la descrizione che segue;

la figura 4 è una vista parziale sezionata di una macchina elettrica sincrona presentante una ripartizione dell'indotto secondo l'invenzione ed avente n=12 cave dell'induttore ed una coppia di poli di indotto;

la figura 5 è una rappresentazione parziale linearizzata di una porzione di induttore e di una corrispondente porzione di indotto;

la figura 6 è una vista parziale sezionata di una macchina elettrica sincrona secondo 11invenzione, avente n=3 cave ed una coppia o paio di poli di indotto;

la figura 7 è una vista parziale in sezione trasversale di una macchina sincrona con n=6 cave e un paio di poli di indotto simmetrici;

le figure da 8 a 12 sono viste parziali in sezione trasversale di macchine sincrone con n=12 cave e un paio di poli di indotto simmetrici;

la figura 13 è una sezione trasversale di una macchina sincrona con n=6 cave e un paio di poli di indotto asimmetrici;

le figure 14 e 15 sono sezioni di una macchina sincrona con n=12 cave e un paio di poli di indotto asimmetrici;

la figura 16 è una vista parziale sezionata, che mostra una porzione linearizzata dell'induttore di una macchina sincrona;

la figura 17 è una rappresentazione linearizzata dell'induttore di una macchina sincrona, le cui cave sono realizzate in conformità con la soluzione descritta in relazione alla figura 16, e la figura 18 è un grafico relativo alla distribuzione dei conduttori di un avvolgimento per l'induttore della figura 17.

Descrizione

Con riferimento alla figura la, una macchina elettrica sincrona M comprende un indotto A, solidale ad un albero H, ed un induttore B.

L'indotto A presenta almeno una coppia di poli magnetici N e S (nord e sud).

L'induttore B presenta, per ogni coppia di poli magnetici dell'indotto A, n denti 20 e n cave 21, fra loro alternati.

Fra l'induttore B e l'indotto A è definito un traferro G.

I denti 20 dell'induttore B presentano, in corrispondenza del traferro G, rispettive espansioni 20a, aventi rispettive estensioni angolari essenzialmente costanti.

Le cave 21 dell'induttore presentano, in corrispondenza del traferro G, rispettive aperture od imboccature 2la, aventi essenzialmente la medesima estensione angolare.

In modo per sé noto, l'induttore B è provvisto di un avvolgimento W formato da conduttori avvolti ed allocati nelle cave 21.

Nella figura lb è mostrata la struttura generale di una macchina elettrica sincrona in cui l'indotto A circonda l'induttore B. Nella figura lb a parti ed elementi già descritti con riferimento alla figura la sono stati attribuiti nuovamente gli stessi simboli alfanumerici.

Una macchina elettrica sincrona può peraltro essere realizzata (in modo per sé noto) con induttore e indotto lineari.

Campionamento dell'indotto

Come apparirà più chiaramente dal seguito, una macchina elettrica sincrona secondo l'invenzione si caratterizza per il fatto che l'indotto A ha la superficie affacciata al traferro ripartita in 2n elementi o campioni, aventi sostanzialmente una medesima estensione angolare, ovvero - più in generale - una medesima estensione nella direzione di spostamento relativo fra induttore ed indotto.

Nella figura la con o e m sono indicati due assi trasversali della macchina: l'asse o è l'asse di separazione dei poli dell'indotto A, mentre l'asse m è un asse in quadratura con l'asse o, ovvero (nel caso di indotto con poli simmetrici) l'asse di simmetria dei poli dell'indotto.

Nella figura 2 l'induttore B e l'indotto A della macchina elettrica sincrona M della figura la sono rappresentati linearmente sviluppati. L'induttore nell'esempio delle figure la e 2 presenta n=12 denti 20, alternati a n=12 cave 21. Corrispondentemente, secondo quanto indicato in precedenza, la superficie dell'indotto A affacciata al traferro G è ripartita in due gruppi di n=12 elementi o campioni, individuati in ciascun gruppo con i numeri da 1 a 12 procedendo dall'asse o verso sinistra per chi osservi la figura 2, ovvero in senso antiorario per chi osservi la figura la.

Ciascun elemento o campione dell'indotto A presenta un rispettivo valore di potenziale magnetico o forza magnetomotrice τ± (con i che varia da 1 a n=12 nella figura 2) essenzialmente costante sull'estensione del campione nella direzione di movimento relativo fra induttore ed indotto.

A ciascun campione di indotto è inoltre associato un rispettivo valore integrale pi di permeanza magnetica al traferro G in una condizione predefinita di allineamento o posizionamento relativo fra l'induttore B e l'indotto A.

Condizioni di allineamento di riferimento

Con riferimento alle figure 3a e 3b, verranno ora definite due particolari condizioni di allineamento o posizioni relative di riferimento fra l'induttore B e l'indotto A, utili per le considerazioni che verranno svolte nel seguito. Tali posizioni risultano le uniche necessarie e sufficienti per il progetto di tutte le caratteristiche di una macchina elettrica concepita secondo l'invenzione.

Con riferimento alla figura 3a, una prima condizione di allineamento o posizione relativa di un generico campione i dell'indotto A è quella in cui il campione si estende fra l'asse della superficie terminale dell'espansione 20a di un dente 20 dell'induttore B e l'asse dell'apertura od imboccatura 2la al traferro di un'adiacente cava 21.

Nella figura 3b è mostrata una seconda condizione di allineamento o posizione relativa di riferimento, in cui il generico campione i dell'indotto A si estende fra l'asse dell'apertura od imboccatura 21a al traferro di una cava e l'asse dell'espansione 20a del dente 20 successivo.

Come si è già accennato in precedenza, in una macchina elettrica sincrona secondo 1'invenzione ciascuno dei 2n campioni dell'indotto A è realizzato in modo tale che esso si accoppi magneticamente con l'induttore B attraverso il traferro G per mezzo di un rispettivo valore integrale pi della perraeanza magnetica in una condizione predefinita di allineamento o posizione relativa, ovvero in una delle due posizioni sopra definite con riferimento alle figure 3a e 3b.

Struttura dell'indotto

Come apparirà più chiaramente alla luce degli esempi che verranno dettagliatamente descritti nel seguito, in una macchina sincrona M secondo l'invenzione 11indotto A è suddiviso in una pluralità di strati ciascuno dei quali comprende uno o più corpi di materiale ferromagnetico, magneticamente distinti fra loro, ciascuno dei quali corpi accoppia almeno due campioni di indotto in modo tale da assicurarne una sostanziale equipotenzialità magnetica.

Nella figura 4 dei disegni allegati è mostrata qualitativamente una macchina elettrica sincrona M avente strati e corpi di indotto secondo 1'invenzione, con poli dell'indotto A asimmetrici, e con n=12 cave dell'induttore B e una coppia o paio di poli dell'indotto A.

Conformemente a quanto enunciato in precedenza, l'indotto A della macchina mostrata nella figura 4 ha la superficie affacciata al traferro G ripartita in 2n=24 elementi o campioni. Tali campioni sono divisi in due gruppi di n=12 campioni numerati ' da 1 a 12.

L'indotto A comprende una pluralità di strati e corpi di materiale ferromagnetico. Un primo strato coincide con un corpo 22, o corpo centrale, le cui opposte estremità comprendono ciascuna due campioni di indotto, indicati con 1 e 12, a cavallo dell'asse o. Tale corpo 22 è a potenziale magnetico x nullo, in quanto subisce eccitazioni magnetiche opposte alle sue estremità.

L'indotto A della macchina mostrata nella figura 4 comprende inoltre due strati ulteriori formati da corpi 23, situati da parti opposte rispetto al corpo 22 . I corpi 23 presentano conformazione asimmetrica, e disposizione relativa antisimmetrica. Ciascun corpo 23 si affaccia al traferro G con due insiemi non contigui di campioni che sono fra loro contigui. In particolare, nell'esempio illustrato, ciascun corpo 23 ha un'estremità che si affaccia al traferro G con un campione, indicato con 11 e l'altra estremità che si affaccia al traferro con tre campioni, indicati con 2, 3 e 4.

Negli interspazi definiti fra il corpo centrale 22 ed i coipi 23 sono disposti rispettivi magneti permanenti indicati con 24, magnetizzati in senso sostanzialmente parallelo all'asse m, ovvero aventi le polarità magnetiche indicate dalle lettere N e S.

Ciascun polo dell'indotto A della macchina M mostrata nella figura 4 presenta inoltre un ulteriore strato comprendente due corpi di materiale ferromagnetico, indicati con 25 e 26. Nell'esempio illustrato nella figura 4 i corpi 25 presentano disposizione geometrica simmetrica rispetto all'asse m, affacciandosi al traferro G con i quattro campioni indicati con 5, 6, 7 ed 8. I corpi 26 si affacciano ciascuno al traferro con due campioni, indicati con 9 e 10, contigui ai campioni dell'associato corpo 25 dello stesso strato.

Fra i corpi 23 e 25 sono definiti interspazi in cui sono collocati rispettivi magneti permanenti 27. Negli interspazi definiti fra i corpi 23 e 26 sono collocati altri magneti permanenti 28.

La figura 4 è dedicata a mostrare un frazionamento trasversale dell'indotto, e quindi, per semplicità, è disegnata come avente un traferro radiale costante. In realtà, in generale, il traferro può avere ampiezza variabile in quanto i valori p± della permeanza magnetica integrale al traferro, così come gli associati potenziali magnetici τ± dei singoli campioni dell1indotto A sono determinati secondo criteri predefiniti.

Permeanze magnetiche interne Pg

Una serie di parametri magnetici propri della struttura dell'indotto è costituita dalle cosiddette permeanze magnetiche interne tra corpi diversi dell'indotto.

In generale, due corpi ferromagnetici i e j, almeno parzialmente adiacenti, sono magneticamente accoppiati dalla permeanza cosiddetta "interna" rappresentativa di tutto e il solo flusso magnetico scambiato fra tali corpi all'interno della struttura di indotto, cioè senza considerare linee di flusso che in qualche modo interessano il traferro G.

Corpo dispari

In generale, in una macchina sincrona secondo l'invenzione l'indotto A deve comprendere almeno un corpo ferromagnetico che si affaccia al traferro G attraverso due insiemi non contigui di campioni, ciascuno dei quali comprende un numero dispari di campioni contigui. Tale corpo ferromagnetico verrà nel seguito indicato come "corpo dispari".

Si può verificare che la macchina esemplificativamente illustrata nella figura 4 soddisfa tale criterio. Infatti ciascuno dei corpi 23, che comprende i campioni 11 ed i campioni 2, 3 e 4, è un "corpo dispari", che accede al traferro G con due insiemi non contigui di campioni, (11) e (2, 3, 4), ognuno dei quali comprende un numero dispari (1 e rispettivamente 3) di campioni contigui.

In generale, se il numero n di denti o di cave dell 'induttore B è pari, il numero 2n di campioni dell'indotto A risulta due volte pari, cioè multiplo di 4: in questo caso il numero di "corpi dispari" è pari, ovvero ve ne è lo stesso numero in ciascuno dei poli dell'indotto.

Se invece il numero n di denti o di cave dell'induttore B è dispari, il numero 2n di campioni dell'indotto A è semplicemente pari, cioè multiplo di 2 ma non multiplo di 4. In questo caso 11indotto A presenta certamente un "corpo dispari" centrale, cioè a cavallo dell'asse o, a potenziale magnetico x=0, come il corpo 30 dell'indotto della macchina esemplificativamente mostrata nella figura 6, il quale corpo forma i campioni 1-1.

Diversamente, con un induttore B avente un numero n di denti o di cave pari, il corpo centrale a potenziale magnetico τ=0 deve essere predisposto dal progettista associando fra loro quantomeno i due campioni adiacenti all'asse o, (come in figura 4 si vede per il corpo 22 che associa i campioni 1 e 12), ovvero un numero maggiore di campioni che è comunque pari, come si vedrà più avanti con riferimento ad esempio alla figura 14.

Condizione sui valori di permeanza associati ai campioni di ciascun corpo dell1indotto

In generale, in una macchina elettrica sincrona secondo l'invenzione, assegnati ai campioni di indotto rispettivi posti pari ed alternatamente dispari sulla superficie di affaccio al traferro lungo la direzione di spostamento relativo fra induttore ed indotto, per ciascun corpo dell'indotto avente potenziale magnetico τ sostanzialmente diverso da zero, si ha che

(1)

ovvero la somma delle permeanze magnetiche integrali dei campioni di posto pari è sostanzialmente uguale alla somma delle permeanze magnetiche integrali dei campioni di posto dispari, al fine di minimizzare le variazioni dell'energia magnetica immagazzinata nella macchina al variare della posizione relativa fra l'indotto A e l'induttore B, ed in particolare le variazioni relative alla eccitazione prodotta dai soli magneti permanenti inseriti nella struttura dell'indotto.

L'induttore ed i parametri della macchina

In una macchina sincrona secondo l'invenzione, 1 'induttore B è convenientemente realizzato in modo tale per cui esso è atto a generare una distribuzione di forza magnetomotrice che viene "vista" dall 'indotto A identicamente in tutte le posizioni relative che distano fra loro di un passo di cava P dell 'induttore.

Inoltre, con riferimento alle due condizioni di allineamento precedentemente definite con riferimento alle figure 3a e 3b, i valori di tutti i parametri magnetici della macchina elettrica M calcolati nelle componenti secondo due assi distinti, ad esempio in quadratura fra loro, solidali con l'indotto A, quali gli assi o e m, sono sostanzialmente uguali fra loro nelle due suddette condizioni di allineamento.

In generale per una macchina elettrica vale la relazione vettoriale:

(2)

in cui

è il vettore dei flussi concatenati dagli avvolgimenti dell1induttore ;

sono le componenti di A secondo due assi o ed m propri dell'indotto, in quadratura fra loro; l'asse o essendo un asse di separazione fra poli N e S dell'indotto;

e sono i valori dell'auto-induttanza misurati secondo detti due assi o ed m;

sono i valori dell'accoppiamento mutuo fra forze magnetomotrici e flussi secondo detti assi o ed m;

i0 ed im sono le componenti secondo l'asse o ed m del vettore rappresentativo delle correnti circolanti negli avvolgimenti, le quali producono la forza magnetomotrice complessivamente generata dall'induttore; e

Ψ0 e sono le componenti del flusso concatenato dagli avvolgimenti dell'induttore secondo gli assi o ed m, rispettivamente, per io=im=0 ovvero in assenza di eccitazione dell'induttore.

In generale, i parametri e Ψπ,variano in funzione della coordinata di posizione lungo la direzione di movimento relativo fra induttore ed indotto, ovvero in funzione della coordinata di posizione angolare in una macchina rotan- ‘ te .

Tali parametri presentano un rispettivo valore medio ed una rispettiva ondulazione o ripple.

Invarianza dei parametri nelle due posizioni di riferimento

Una macchina secondo 1'invenzione permette vantaggiosamente una minimizzazione del ripple dei parametri, realizzata attraverso una sostanziale uguaglianza delle caratteristiche della macchina nelle due posizioni di riferimento precedentemente definite. Tale uguaglianza è rappresentata dalle seguenti condizioni:

( 3a)

( 3b)

( 3c)

( 3d)

( 3e)

in cui

e sono i valori di L0 misurati, nelle

due suddette condizioni di allineamento o posizioni

di riferimento;

e sono i valori Lm misurati, nelle due

suddette condizioni di allineamento;

e sono i valori di Lem e Lmo nelle due

condizioni di allineamento;

e sono i valori di Ψ0 nelle due condizioni di allineamento; e

e sono i valori di Ψ,η, sempre nelle due suddette condizioni di allineamento.

Il ripple e i provvedimenti per la sua ulteriore riduzione

La periodicità dell'ondulazione o ripple dei paramenti di macchina è funzione del passo P delle cave dell'induttore B.

Nelle macchine con n=3 e n=6 con avvolgimento trifase convenzionale la periodicità dell'ondulazione dei suddetti parametri è pari al periodo o passo P delle cave dell'induttore.

Nelle macchine con n=12 cave di induttore per ogni coppia di poli dell'indotto, l'ondulazione dei suddetti parametri presenta in generale anche una periodicità doppia, ovvero in 2P oltre che in P.

In generale, la sostanziale cancellazione della componente del ripple di periodicità 2P dei suddetti parametri in una macchina elettrica può essere ottenuta adottando in alternativa fra loro una delle seguenti soluzioni (di per sé note):

realizzazione dell'induttore con un avvolgimento esafase, cioè con una coppia di avvolgimenti trifasi diametrali sfasati e alimentati con due terne di correnti trifasi sfasate nel tempo;

adozione di una (opportuna) distribuzione dei conduttori dell'avvolgimento trifase W dell'induttore B.

La sostanziale cancellazione del ripple con periodicità 2P può peraltro essere convenientemente ottenuta mediante la realizzazione dell'induttore con cave di forma differenziata come si descriverà meglio nel seguito.

In generale, per una minimizzazione delle armoniche superiori del passo di cava P valgono comunque i seguenti criteri.

La prima armonica può essere essenzialmente eliminata realizzando la macchina sincrona in modo tale che essa presenti tutte le caratteristiche definite nelle rivendicazioni da 1 a 4, riassunte dai sistemi di equazioni derivate dalla (1) e imponendo le equazioni (3a÷3e).

La seconda armonica può essere ridotta se l'indotto B viene realizzato (con una tecnica per sé nota, detta di "stepping") in due porzioni assiali sfalsate fra loro di circa 1/4 del passo P delle cave 20 dell'induttore B. Secondo l'invenzione tali due porzioni di indotto preferibilmente presentano rispettive sezioni trasversali diverse fra loro, peraltro comunque soddisfacenti ciascuna quantomeno le caratteristiche definite nella rivendicazione 1, e preferibilmente tutte le caratteristiche definite nelle rivendicazioni da 1 a 4. Inoltre, tali porzioni di indotto presentano eventualmente rispettive dimensioni diverse fra loro lungo l'asse ortogonale alla direzione di spostamento relativo tra induttore ed indotto.

La terza armonica può essere ridotta sostanzialmente a zero con opportune ampiezze delle aperture od imboccature 21a delle cave 21 dell'induttore B. In particolare, è conveniente che dette aperture od imboccature delle cave presentino, nella direzione di spostamento relativo fra induttore ed indotto, un'ampiezza prossima ad 1/4 o, preferibilmente per la riduzione delle altre armoniche, prossima ad 1/8 del passo P delle cave dell'induttore.

La quarta armonica, analogamente alla seconda, può essere minimizzata realizzando l'indotto A in modo tale che esso presenti quattro porzioni che nella suddetta direzione di spostamento relativo sono sfalsate fra loro di 1/8 del passo P delle cave di induttore, con un valore massimo di 3/8 di sfalsamento tra le porzioni esterne dell'indotto. Tali porzioni, di dimensioni e sezioni trasversali uguali o (eventualmente) diverse fra loro, devono peraltro soddisfare quantomeno le condizioni definite nella rivendicazione 1, e preferibilmente le condizioni definite nelle rivendicazioni da 1 a 4.

La sequenza dei provvedimenti sopra descritti riduce progressivamente l'entità dell'ondulazione della coppia che si riscontra nelle macchine elettriche al variare della posizione relativa dell'indotto A e dell'induttore B, fino a soddisfare i requisiti più stringenti delle applicazioni di alta qualità, mantenendo la possibilità di dominare il contributo quantitativo di ciascuna porzione della macchina alla coppia totale, applicando a ciascuna porzione anche i criteri per il dominio della quantità del flusso magnetico nei singoli denti dell'induttore, fino ai livelli di coppia massima richiesti, così come apparirà più chiaramente nel seguito.

Peraltro, alla macchina secondo l'invenzione sono applicabili le tecniche, per sé note, di "skewing" dell'indotto o dell'induttore.

In questo caso l'invenzione comunque apporta il beneficio sostanziale della cancellazione, sui parametri di ciascuna sezione di macchina, della prima armonica, o armonica fondamentale, della periodicità P, per cui lo skewing è applicabile per una estensione (mezzo passo di cava) sostanzialmente dimezzata rispetto a quanto usuale e noto allo stato dell'arte.

In ogni caso è consigliabile mantenere la cancellazione della terza armonica (e delle altre armoniche dispari), attraverso l'adozione di un'apertura di cava pari a 1/4 o 1/8 di un passo di cava, come già detto. Tuttavia, applicando lo skewing si incrementa il massimo sfalsamento tra sezioni di macchina, riducendo così la possibilità di dominare quantitativamente il campo magnetico in tutte le sezioni, quantomeno nell'intorno della coppia massima, alla quale si manifestano localmente i fenomeni di saturazione magnetica.

Condizioni sulla distribuzione dell'induzione nel-1'induttore

In sede di progetto una macchina elettrica sincrona viene dimensionata in modo tale che risulti atta ad erogare una coppia massima TM ed una potenza massima PM prefissate. Corrispondentemente, l'indotto A di una macchina secondo l'invenzione è realizzato in modo tale per cui nelle condizioni di ' funzionamento prossime a quella di massima erogazione, in ciascuna delle due condizioni di allineamento precedentemente definite con riferimento alle figure 3a e 3b si abbia che:

a) la distribuzione di induzione nei denti 20 dell'induttore B presenta valori sostanzialmente prossimi, preferibilmente inferiori (per l'efficienza ad elevate velocità), al valore di induzione di saturazione del materiale dei denti 20 su almeno metà e preferibilmente su non oltre 3/4 del passo polare dell'indotto A;

b) tale distribuzione di induzione è inoltre sostanzialmente in quadratura con la distribuzione del potenziale magnetico generato dall'induttore in corrispondenza delle espansioni 20a dei denti 20 dell'induttore B; e

c) detta distribuzione di induzione presenta un andamento che è sostanzialmente crescente monotonicamente per un'estensione pari a circa un passo polare dell'indotto, e sostanzialmente decrescente monotonicamente per il passo polare successivo o precedente .

In una macchina sincrona reale, il flusso magnetico che passa in un dente dell'induttore non comprende soltanto il flusso scambiato con la por- ‘ zione di indotto ad esso affacciata, ma anche un flusso che viene scambiato con le espansioni dei denti contigui (flusso disperso tra le cave), per effetto della permeanza magnetica esistente fra denti contigui.

Allo stato dell'arte tale flusso disperso rappresenta un limite al raggiungimento delle massime prestazioni teoriche: esso limita la possibilità di

ridurre la dimensione delle aperture di cava, ow ero limita la possibilità di ottenere elevate permeanze al traferro; in ogni caso un'elevata permeanza di dispersione fra le espansioni di denti

adiacenti comporta, a pieno carico od a carico elevato, l'insorgenza anticipata di fenomeni di saturazione magnetica localizzata nel corpo di quei

denti dell'induttore nei quali tali flussi di dispersione hanno lo stesso segno dei flussi che attraversano il traferro. Tali fenomeni implicano

elevati incrementi delle perdite nel materiale ferromagnetico dell'induttore, in particolare nel corpo dei denti, e riducono la coppia effettivamente

ottenibile per una data corrente circolante negli

avvolgimenti dell'induttore.

Calcolo dei flussi e quantità della coppia

A titolo di esempio, con riferimento alla fi- ' gura 5, in prima approssimazione il flusso magnetico (pd, che interessa il corpo di un generico dente d dell'induttore B in una delle due condizioni di allineamento sopra definite in cui tale dente è affacciato ai campioni i, i+1 dell'indotto A, può essere espresso nel modo seguente:

(3f)

in cui

sono i potenziali magnetici delle espansioni 20a dei denti d, d-1 e d+1, rispettivamente;

Xi e Ti+i sono i potenziali magnetici dei campioni i ed i+1 dell'indotto A;

Pi, Pi+i sono le permeanze magnetiche integrali associate ai campioni i e i+1 dell'indotto A, e Ρσ è la permeanza magnetica di dispersione tra le espansioni 20a di due denti adiacenti dell'induttore B.

La relazione (3f) sopra riportata consente di calcolare, per ciascuna delle due condizioni di allineamento di riferimento, i valori della distribuzione dei flussi (ovvero i valori dell'induzione) nei corpi 20 dei denti dell'induttore B, valori che debbono comunque soddisfare le condizioni generali a), b) e c) enunciate in precedenza.

In una macchina sincrona secondo 11invenzione le suddette condizioni a), b) e c) possono essere quindi imposte ai parametri Xi, pi e in modo tale da compensare anche l'effetto dei flussi di dispersione tra le cave sopra descritti, ottenendo così un ulteriore grado di libertà [Ρσ) nella definizione dell'apertura di cava ottimale per l'applicazione specifica prevista per la macchina sincrona.

L'impostazione generica della equazione (3f) è applicabile nelle condizioni di linearità magnetica dell'induttore, cioè quando la caduta di forza magnetomotrice nel circuito ferromagnetico dell'induttore è sostanzialmente trascurabile rispetto a quella localizzata al traferro. Tale impostazione generica della (3f) trova comunque piena applicazione a pieno carico, ovvero proprio nei casi di incipiente saturazione magnetica nei quali la caduta di f.m.m. che si localizza in particolare nel corpo del dente non può essere trascurata a priori. Tipologie di macchina

Si considereranno ora alcune peculiarità di macchine elettriche sincrone con poli di indotto simmetrici e poi con poli di indotto asimmetrici. Macchine con poli di indotto simmetrici

Per poli simmetrici si intendono poli che, nella sezione trasversale, presentano una simmetria speculare rispetto ad un asse ortogonale al traferro .

Nelle macchine a poli di indotto simmetrici secondo l'invenzione, quale che sia il numero n di cave e denti dell'induttore, si ha che

VAI

VH

Pertanto, le relazioni (3a÷3e) riportate in precedenza si riducono alle seguenti:

(4a)

(4b)

(4C)

In virtù della simmetria della sezione dei poli di indotto, il numero delle permeanze magnetiche integrali pi indipendenti fra loro si riduce a n/2.

In generale, dal sistema di equazioni (4a) e (4b) sopra riportato si ricava una prima equazione in cui compaiono le sole permeanze magnetiche integrali pi indipendenti, nonché una seconda equazione, sostanzialmente derivata dalla relazione (4b), che correla le permeanze magnetiche integrali pi alle permeanze magnetiche interne P±j.

Infine, la relazione (4c) consente di scrivere un'equazione in cui compaiono le permeanze magnetiche pi indipendenti ed i potenziali magnetici Xi associati ai campioni di indotto, a carico e in particolare a vuoto, ovvero in assenza di correnti negli avvolgimenti dell'induttore.

Dalle equazioni (4a), (4b) e (4c) è così derivabile un primo gruppo di relazioni (equazioni) che correlano fra loro i parametri Xi, p± e P±j.

Ulteriori due gruppi di relazioni (disequazioni ed equazioni) fra i parametri xif pi e P±j, uno per ciascuna delle due condizioni di allineamento di riferimento sopra definite, sono derivabili dalle condizioni a), b) e c) riportate più sopra, svolte a partire dall'impostazione generica (3f) di calcolo del flusso nei denti estesa a tutti i denti della macchina.

Si ottengono dunque nel complesso tre gruppi di relazioni (equazioni e disequazioni) che esprimono condizioni che debbono essere necessariamente soddisfatte dai parametri

A tali tre gruppi di relazioni possono essere infine associati altri condizionamenti ausiliari sul campo di valori necessario o preferibile per ciascuna famiglia di parametri, come ad esempio vincoli sui valori massimi e minimi delle permeanze Pi, corrispondenti a vincoli sulle dimensioni radiali massima e minima del traferro G, o ancora sul campo di esistenza dei valori delle compatibili con l'inserzione di magneti permanenti nell'induttore B in modo efficiente, ad esempio per il minimo volume complessivo degli stessi, ovvero per date esigenze di tenuta meccanica.

Nel complesso il numero di relazioni così imponibile può peraltro essere reso inferiore al numero dei parametri disponibile attraverso 1'incremento del numero n di denti dell'indotto A, per cui dette relazioni possono lasciare ancora un certo numero di gradi di libertà per la definizione quantitativa di tali parametri. Tale definizione quantitativa può dunque essere effettuata dal progettista in modo tale da poter tener conto di eventuali ulteriori esigenze secondarie, quali ad esempio la realizzazione di strutture di indotto semplificate dal punto di vista meccanico e magnetico, oppure dotate di migliori caratteristiche strutturali o resistenza meccanica alle forze centrifughe.

Principio della distribuzione inversa delle permeanze al traferro nell'intorno dell'asse o

Nelle macchine a poli di indotto simmetrici l'applicazione della condizione a) espressa in precedenza, cioè della condizione di andamento "piatto" del valore massimo della distribuzione di induzione o flusso nei denti, o anche delle condizioni b) e c) ad essa correlate, implica la necessità di introdurre opportuni contenuti armonici in tali distribuzioni, nonché di contrastare, fino all'annullamento, il fenomeno della cosiddetta reazione di indotto, in particolare correlato con le armoniche superiori della forza magnetomotrice che eccitano un'intensità di flusso al traferro di valore massimo nell'intorno del o di ciascun asse o di separazione dei poli.

Contrariamente a quanto noto allo stato dell'arte, secondo cui la massima permeanza magnetica viene localizzata in corrispondenza dell'asse o, al fine di ridurre tale reazione di indotto nelle macchine a poli simmetrici, e per soddisfare le condizioni a), b) e c) espresse in precedenza, è conveniente che la distribuzione dei valori pi di permeanza magnetica al traferro G associati ai campioni di indotto presenti un minimo locale in corrispondenza dell'asse o di ciascun asse o di separazione dei poli di indotto, ovvero che i valori pi della permeanza magnetica al traferro siano crescenti in entrambe le direzioni a partire dal o da ciascun asse di separazione dei poli di indotto, tale permeanza magnetica pi presentando il valore massimo assoluto in corrispondenza di campioni di indotto compresi fra detto o ciascun asse di separazione dei poli di indotto e gli adiacenti assi di simmetria m dei poli di indotto.

Nel seguito il soddisfacimento di tale principio sulla distribuzione dei valori della permeanza verrà sinteticamente richiamato come "condizione d) ".

La posizione del suddetto valore massimo assoluto di permeanza può peraltro risultare vincolata dalla particolare struttura di macchina, oppure può essere ottimizzata in base ai valori di induttanza globale L0 ed Lm per l'applicazione specifica, oppure ancora può essere determinata, in una macchina reale con un numero n di denti finito, in relazione alla scelta del numero di corpi con cui viene realizzato l'indotto.

Esempi di macchine a poli di indotto simmetrici Si prenderanno ora in considerazione alcuni esempi di realizzazione di macchine a poli di indotto simmetrici, con riferimento a valori specifici di n.

La macchina più semplice possibile si ottiene con n=3, come ad esempio mostrato nella figura 6. Tale macchina secondo 11invenzione presenta in generale buone caratteristiche dal punto di vista della riduzione della coppia di cogging, anche se presenta un elevato ripple di flusso nei corpi ferromagnetici dell'indotto, ed un considerevole ripple di coppia. Data la modesta possibilità di dominare l'induzione nei denti dell'indotto al variare della posizione relativa dell'indotto e dell'induttore, nonché la ridotta utilizzazione delle correnti negli avvolgimenti per la generazione di forza magnetomotrice utile, la macchina con n=3 non è ritenuta in generale particolarmente interessante, se non per applicazioni per piccola coppia e con lunghezza assiale ridotta.

L'indotto A della macchina mostrata nella figura 6 ha la superficie affacciata al traferro ripartita in 2n=6 elementi o campioni. Tali campioni sono divisi in due gruppi di n=3 campioni, numerati da 1 a 3. L'indotto A comprende tre corpi di materiale ferromagnetico, indicati con 30, 31 e 32, separati da interspazi 33 e 34 in cui sono disposti rispettivi magneti permanenti 35 e 36 magnetizzati in senso parallelo all'asse m, ovvero aventi le polarità magnetiche indicate dalle lettere N e S.

Il corpo centrale 30 dell'indotto A accoppia fra loro i due campioni di indotto contraddistinti con i numeri 1, ed ha potenziale magnetico τχ=0.

Come la figura 6 consente di apprezzare, il traferro G non presenta in generale una dimensione radiale costante. Le superfici terminali dei denti 20 dell'induttore B giacciono invero essenzialmente su una medesima superficie cilindrica. Peraltro, la superficie dell'indotto A non è cilindrica, in quanto ai singoli campioni dell'indotto sono associate rispettive permeanze magnetiche integrali pi in genere non uguali fra loro.

Nell'esempio specifico della macchina mostrata nella figura 6, la permeanza magnetica pi associata ai campioni indicati con 1 è minore delle permeanze magnetiche p2 e p3 associati ai campioni 2 e 3, le quali peraltro sono uguali fra loro in applicazione dell'equazione (1). La permeanza magnetica associata ai campioni 1 è la minima, per soddisfare la condizione d) .

Le macchine con n dispari e diverso da 3 non presentano particolare interesse pratico, per la scarsa compatibilità con le macchine trifasi e per la difficoltà di realizzazione di distribuzioni di avvolgimenti induttori semplici ed efficienti.

Le soluzioni con n pari e diverso da un multiplo di 3 (ad esempio n=4, 8, 10 ...) non vengono in genere indagate per applicazioni di potenza, in quanto consentono la realizzazione di macchine bifasi per applicazioni particolari.

Per macchine trifasi il massimo interesse può essere invece suscitato dalle macchine con n=6, per le quali è teoricamente prevista la massima efficienza dell'induttore.

Una macchina di tale tipo è mostrata nella figura 7, ove i poli di indotto sono necessariamente simmetrici, essendo l'indotto A frazionato nel numero massimo di strati e corpi secondo 1'invenzione .

Nella macchina della figura 7, l'indotto A ha la superficie affacciata al traferro ripartita in 2n=12 elementi o campioni. Tali campioni sono divisi in quattro gruppi di tre campioni, numerati da 1 a 3, in conseguenza dell'applicazione dell 'equazione (1). L'indotto A comprende sei corpi di materiale ferromagnetico, a due a due uguali fra loro, indicati con 40, 41 e 42. I due corpi 40 adiacenti all'asse o sono separati da un interspazio 43 in cui è indicativamente disposto un solo magnete permanente centrale 46.

Ulteriori quattro magneti permanenti, a due a due uguali, indicati con 47 e 48, sono disposti in corrispondenti interspazi 44 e 45, definiti fra i corpi 40 e 41 e, rispettivamente, fra i corpi 41 e 42.

Tutti i magneti permanenti sono magnetizzati in senso parallelo all'asse m, ed hanno le polarità magnetiche indicate dalle lettere N e S.

La superficie dell'indotto A non è cilindrica, in quanto ai singoli campioni dell'indotto sono associate rispettive permeanze magnetiche integrali Pi soddisfacenti le relazioni definite in precedenza dal punto di vista generale e specificamente la condizione d).

In particolare, essendo comunque la macchina del tipo simmetrico, una equazione è significativa per la correlazione dei valori delle sole permeanze integrali al traferro:

Per la condizione della distribuzione inversa ‘ precedentemente definita "condizione d", si impone la necessità di pi<p2, da cui consegue p2<P3 applicando l'equazione soprastante.

Per estendere il dominio della distribuzione di flusso fino a π/3 radianti elettrici e magnetici oltre l'asse o, all'esterno dell'intervallo fra detto asse o e l'asse m, all'interno del quale intervallo tale dominio viene primariamente applicato, l'applicazione esatta della condizione a) implicherebbe il seguente rapporto fra le permeanze coinvolte :

la terza permeanza risultando dunque pari a

per cui il rapporto fra le permeanze estreme sarebbe pari a

In pratica, dimensionando le permeanze pi applicando la condizione a) fino al valore minimo di

estensione pari a metà polo, ovvero π/2, e comunque

applicando le condizioni k>) e c), fissata la permeanza intermedia p2 si imporranno convenientemente le seguenti relazioni:

La macchina mostrata nella figura 7 è quella che con n=6 ha il massimo numero di corpi di indotto distinti e può quindi ottenere le massime prestazioni nonostante il basso numero di parametri. Tuttavia il problema più vincolante può essere dato dal fatto che, come si può rilevare, l'indotto non presenta un corpo centrale con τ=0. Ciò può comportare qualche difficoltà nell'assemblaggio meccanico dell'indotto. Inoltre, tutti i corpi 40-42 dell'indotto A si affacciano al traferro ciascuno in corrispondenza di un unico campione. Ciò comporta un certo ripple di induzione e corrispondenti perdite nel materiale ferromagnetico dell'indotto ad elevate velocità.

Per contro, l'avvolgimento W dell'induttore B viene realizzato con spire diametrali, con efficienza teorica massima.

Sfortunatamente, non risulta possibile imporre tutte le condizioni di qualità e quantità secondo 1'invenzione alla macchina con n=6 e con un corpo centrale a τ=0.

Per realizzare tale scopo è necessario utilizzare un numero superiore di denti.

Per le macchine con n=12 poli di indotto simmetrici il sistema delle due equazioni (4a) e (4b) si trasforma in un sistema comprendente una prima equazione che correla fra loro solo le sei permeanze pi indipendenti, e una seconda equazione che correla fra loro le permeanze pi e le permeanze interne Pij.

Dalla prima equazione, è possibile riportare la seguente espressione, semplice e di validità generale :

<4d)

L'espressione della seconda equazione dipende invece dal numero di corpi ferromagnetici distinti che compongono l'indotto, e quindi dal numero di permeanze interne presenti.

Infine, per le macchine a poli simmetrici con n=12, l'equazione (4c) assume la seguente formulazione di validità generale:

(4e)

ove .

L'equazione (4e) può essere così riespressa in una forma più sintetica:

(4f)

Nella figura 8 è mostrato un esempio di realizzazione di una macchina sincrona secondo l'invenzione a poli di indotto simmetrici, nella quale, per n=12, si dispone del massimo numero di corpi di indotto distinti, e quindi del massimo numero possibile di potenziali magnetici distinti e dunque di permeanze magnetiche interne.

L'indotto A della macchina della figura 8 ha la superficie affacciata al traferro ripartita in 2n=24 elementi o campioni, suddivisi in quattro gruppi di sei campioni, numerati da 1 a 6. L'indotto A comprende dodici corpi di materiale ferromagnetico, a due a due uguali fra loro, separati da undici interspazi in cui sono disposti rispettivi magneti permanenti magnetizzati in senso parallelo all'asse m. Tali magneti comprendono essenzialmente un magnete centrale ed altri magneti, a due a due uguali fra loro.

La macchina della figura 8 manca di un corpo centrale di indotto con τ=0, presenta un'elevata complessità strutturale ed un considerevole ripple di induzione nei corpi ferromagnetici di indotto, con conseguenti perdite ad elevata velocità. Per contro, il numero di parametri Xi, p± e disponibili è assai elevato, per cui essa si presta a soddisfare esigenze funzionali assai disparate e di massime prestazioni.

Per le macchine a poli di indotto simmetrici, con n-12, quali quelle mostrate nelle figure da 8 a 12, l'imposizione delle condizioni a) e c) precedentemente riportate a denti dell'induttore B situati nell'intorno dell'asse o dell'indotto A è sintetizzata, per un segno della coppia, dalla seguente serie di disequazioni:

(5)

La soluzione di tali disequazioni, con riferimento all'equazione (3f) e trascurando Ρσ, porta ad ottenere la seguente correlazione:

(5a).

Per le macchine a poli simmetrici con n=12, presentanti un corpo ferromagnetico centrale di indotto con x=0, quali quelle mostrate nelle figure da 9 a 12, la soluzione delle disequazioni (5) porta alla seguente ulteriore condizione:

( 5b)

ove τ8ρ è il valore massimo della distribuzione di potenziale magnetico prodotto dall'induttore B; e

y è lo sfasamento spaziale fra il vettore della corrente di induttore (ovvero della forza magnetomotrice di induttore desiderata) e l'asse o di separazione dei poli di indotto.

L'imposizione stretta delle equazioni espresse nelle disequazioni (5) di cui sopra comporta le soluzioni strette (cioè le uguaglianze) espresse nelle disequazioni (5a) ed eventualmente (5b).

Tali soluzioni sono associate con l'applicazione esatta della condizione a) precedentemente riportata.

Qualora non si intendano raggiungere tali soluzioni esatte è comunque utile l'applicazione del principio generale di distribuzione inversa delle permeanze espresso dalla condizione d) precedentemente definita.

La condizione d) nel caso in esame (n=12, figure 8-12) implica quantomeno la seguente disuguaglianza fra le prime due permeanze:

Pi < p2 (5c).

Combinando le relazioni (5a) e (5c) si ottiene in definitiva il seguente intervallo di valori:

(5d).

La stessa condizione d), estesa fino a comprendere il terzo valore di permeanza per le macchine a poli simmetrici con n=12, in combinazione con la condizione a), porta inoltre alla imposizione delle seguenti disuguaglianze sul rapporto fra la seconda e la terza permeanza:

(5e)

la quale si aggiunge alla (5d) per la definizione di macchine dotate in genere di maggiore deflussabilità, a scapito della densità di coppia.

Nella macchina secondo la figura 9 (macchina sincrona con poli di indotto simmetrici, con n=12) l'indotto A ha la superficie affacciata al traferro G ripartita in 2n=24 elementi o campioni, suddivisi in quattro gruppi di sei campioni, numerati da 1 a 6. L'indotto A comprende un corpo centrale di materiale ferromagnetico 50, a potenziale magnetico x=0. La presenza di un corpo ferromagnetico centrale è vantaggiosa dal punto di vista meccanico, in quanto tale corpo bene si presta all1accoppiamento dell'indotto A ad un albero.

L'indotto A della macchina secondo la figura 9 comprende poi altri otto corpi di materiale ferromagnetico, a due a due uguali fra loro, indicati con i numeri 51-54. Fra i corpi ferromagnetici dell'indotto sono definiti otto interspazi, a due a due uguali fra loro, indicati con 55-58, in cui sono disposti rispettivi magneti, a due a due uguali fra loro, indicati con 60-63.

Rispetto alla macchina mostrata nella figura 8, la macchina secondo la figura 9 presenta una minor complessità strutturale, il vantaggio di un corpo ferromagnetico centrale nell'indotto, e perdite nell'indotto ridotte. Ciò a fronte di una riduzione dei gradi di libertà disponibili nella definizione delle caratteristiche della macchina, che rimangono comunque ancora piuttosto elevati.

Sempre con riferimento alla figura 9, nei casi in cui si intende applicare le equazioni (5d) e (5e) per ottenere una macchina dotata di migliore deflussibilità e capace di limitare drasticamente la cosiddetta corrente di corto-circuito, cioè la corrente che fluisce nell'avvolgimento in corrispondenza del corto-circuito trifase ad elevata velocità, è possibile ottenere una peculiare riduzione di complessità eliminando i magneti 61 posti tra ‘ i corpi 51 e 52, dimensionando opportunamente i collegamenti meccanici e magnetici fra gli stessi corpi. Infatti, l'applicazione della (5a) in senso stretto ed il risultante potenziale x2 dato dalla (5b), in combinazione con l'estensione della (5) ai flussi e porta al seguente risultato:

(5f)

in aggiunta all'applicazione della (5e), per cui risulta possibile l'eliminazione dei magneti 61 pur applicando le condizioni a) e c).

Con qualche parziale deroga alle condizioni di quadratura b) e monotonicità c), è analogamente possibile eliminare anche i magneti 63 fra i corpi 53 e 54.

Nella figura 10 è mostrata un'ulteriore macchina sincrona a poli di indotto simmetrici con n=12. Tale macchina, così come quella precedentemente considerata, ha un indotto con un corpo centrale 70 di materiale ferromagnetico a potenziale magnetico τ=0. L'indotto A comprende poi altri quattro corpi di materiale ferromagnetico a due a due uguali fra loro, indicati con 71 e 72. Fra i corpi di indotto sono definiti quattro interspazi, a due a due uguali fra loro, indicati con 73 e 74, in cui sono alloggiati rispettivi magneti permanenti, anch'essi a due a due uguali fra loro, indicati con 75 e 76.

La macchina mostrata nella figura 10 rappresenta una possibile soluzione di macchina sincrona ottimale. In effetti essa presenta una relativa semplicità strutturale, il vantaggio di un corpo ferromagnetico centrale nell'indotto, perdite nell'indotto piuttosto modeste, ed un ridotto numero di magneti permanenti. Il numero di parametri disponibili rimane comunque sufficientemente elevato per soddisfare le esigenze funzionali e raggiungere il massimo di densità di coppia (o forza).

Imponendo i vincoli relativi alla struttura di indotto mostrata in figura 10, l'equazione (4d) rimane inalterata, in quanto indipendente dalla struttura di indotto; ad essa si associa l'equazione che segue la quale coinvolge le permeanze interne, fornendo così la soluzione completa del sistema delle due equazioni generali (4a) e (4b):

ove :

è la permeanza magnetica fra lo strato a '

potenziale magnetico nullo (numerato con 0) e lo

strato successivo (numerato con 1),

è la permeanza magnetica fra lo strato 1 e

lo strato successivo (numerato con 2),

F0 è un parametro avente la seguente espres-

sione :

F5 è un parametro avente la seguente espres-

sione

Infine, l'equazione (4e), derivata dalla (4c),

si può sviluppare come segue:

ove

τ3.6 rappresenta il potenziale magnetico, comu-

ne, dei campioni 3, 4, 5, 6.

L'applicazione, a tale macchina, delle condi-

zioni a), b), c), estesa nel senso di ottenere le

massime prestazioni di densità di coppia, richiede

infine che la distribuzione delle permeanze p3, p4,

p5 soddisfi il seguente sistema di disequazioni:

e, essendo p2 e pideterminati secondo la condizione d), p6 risulta dall1imposizione della equazione (4d).

In generale p6 risulta di molto inferiore ai valori massimi rappresentati da p2 o p5, per cui il dominio dell'induzione magnetica nei denti è possibile effettivamente in corrispondenza di sette campioni di indotto, equivalenti a 7/12 del passo polare, a cavallo dell'asse o, di cui cinque da un lato (numerati in figura 10 con 1, 2, 3, 4, 5 partendo dall'asse o e procedendo in un verso), e due dal lato opposto (partendo dall'asse o e procedendo nell'altro verso a coprire i campioni 1 e 2 in figura 10).

Analoghe considerazioni valgono per la macchina mostrata nella figura 11, che è sempre del tipo con n=12. Tale macchina si differenzia rispetto a quella della figura 10 essenzialmente per il fatto che 1'indotto A presenta una coppia aggiuntiva di corpi, cioè oltre ad un corpo ferromagnetico centrale 80, sei corpi ferromagnetici a due a due uguali fra loro, da 81 ad 83. Fra i corpi di indotto sono definiti sei interspazi a due a due uguali fra loro, 84-86, in cui sono allocati rispettivi magneti permanenti 87-89, anch'essi a due a due uguali fra loro.

Rispetto a quella precedentemente considerata, la macchina secondo la figura 11 presenta una struttura leggermente più complessa, un più elevato numero di corpi di indotto e di magneti permanenti, e un numero corrispondentemente più elevato di gradi di libertà nella definizione delle sue caratteristiche .

In questa configurazione di macchina ciascun magnete 89 ha la funzione di estendere, rispetto alla configurazione della macchina di figura 10 precedentemente descritta, il dominio dell'induzione anche ad uno dei due campioni 6 adiacenti al-1'asse m.

In questo modo il dominio dell'induzione, secondo quanto espresso dal principio o condizione a), si può estendere a otto campioni, numerati con 1, 2, 3, 4, 5, 6 in figura 11 a partire dall'asse o procedendo in un verso, e con 1, 2 a partire dall'asse o procedendo nel verso opposto, tale estensione corrispondendo complessivamente a 2/3 del passo polare.

Inoltre, poiché la permeanza al traferro p6 risulta discretamente inferiore alla permeanza massima al traferro, rappresentata da p2 o p5, il dominio dell 'induzione secondo la condizione a) in forma non stretta, e secondo comunque la condizione c) , si estende in pratica fino a nove campioni (7+2), comprendendo in pratica entrambi i campioni 6 adiacenti all'asse m; tale estensione corrisponde approssimativamente a 3/4 del passo polare.

In altre applicazioni, la massima densità di coppia può non essere prioritariamente richiesta, a favore di altre caratteristiche, quali la densità di potenza, cioè l'efficienza ad elevate velocità, oppure la cosiddetta deflussabilità, cioè la possibilità di alimentare la macchina a potenza e tensione costanti su un dato intervallo di velocità di scorrimento relativo tra induttore ed indotto.

In tali casi il ridurre la densità di coppia, ovvero l'applicare le condizioni a) e b) in modo minimale e non stretto, offre ulteriori gradi di libertà per aumentare rendimento e deflussabilità.

Ad esempio, nella figura 12 è disegnata una struttura avente ancora un corpo centrale 80 a x=0 ottenuto unendo i corpi che accedono al traferro attraverso i campioni 1, nonché altri due corpi cosiddetti "pari" 82 ottenuti unendo i campioni 3 e 4, ed altri due corpi "pari" 83 ottenuti unendo i campioni 5 e 6. Tutti questi corpi presentano ridotte perdite nel materiale ferromagnetico che li realizza. I soli corpi "dispari", necessari e sufficienti secondo l'invenzione, sono i corpi 81 che accedono al traferro attraverso i campioni 2.

Le macchine con n maggiore di 12 rivestono in genere minore interesse, in quanto risultano costruttivamente complesse nell'indotto e inefficienti per la conversione delle correnti in f.m.m. nell'induttore; tuttavia esse consentono un ulteriore incremento dei gradi di libertà di progetto che possono essere gestiti in modo strettamente analogo a quanto indicato per le macchine con n=12.

Macchine a poli di indotto asimmetrici

Si considereranno ora le macchine a poli di indotto asimmetrici, idonee per applicazioni altrettanto asimmetriche in termini di coppia (o forza) richiesta, al limite richiesta con un solo segno ovvero richiesta con specifiche stringenti relativamente ad un solo segno della coppia (o forza).

Per questa categoria di macchine valgono tutte le relazioni (3a÷3e) riportate in precedenza, tutti i parametri ivi comparenti essendo in generale diversi da zero, per cui due condizioni si aggiungono a quelle imposte alle macchine a poli di indotto simmetrici .

In generale il sistema delle tre equazioni 3a), 3b) e 3c) si può convenientemente trasformare in un sistema di tre equazioni, in due delle quali compaiono le sole permeanze al traferro pi, mentre nella terza compaiono anche le permeanze interne inoltre alle cinque relazioni (3a-3e), convenientemente per queste macchine valgono anche le condizioni sull'induzione a), b) e c) riportate in precedenza, tuttavia applicate alla coppia del solo segno richiesto o specificato per le migliori prestazioni .

In ogni caso, l'asimmetria comporta il fatto che le permeanze magnetiche integrali pi indipendenti siano in numero pari ad n.

Nel complesso, per le macchine a poli di indotto asimmetrici i parametri sono quindi più numerosi, ma soggiacciono anche ad un più elevato numero di condizioni che nelle macchine a poli simmetrici. Vi sono in generale più gradi di libertà nel progetto, i quali possono essere convenientemente utilizzati ad esempio per conseguire riduzioni dei costi e/o migliori prestazioni.

Si vedranno ora alcuni esempi.

Nella figura 13 è esemplificata una macchina sincrona a poli di indotto asimmetrici, molto semplice in quanto con soli n=6 denti e cave e con corpo centrale con τ=0.

La periferia dell'indotto A è ripartita in 2n=12 campioni, divisi in due gruppi di sei campioni caduno, numerati da 1 a 6.

L'indotto A è caratterizzato da un corpo centrale 90 a potenziale magnetico τ=0, esteso per ben 60° magnetici a ciascuna estremità. Ulteriori quattro corpi di materiale ferromagnetico a due a due uguali fra loro, 91 e 92, sono realizzati in modo da soddisfare le condizioni espresse nelle rivendicazioni 2 e 3, cosicché risultano e in applicazione dell'equazione (1).

Fra i corpi di materiale ferromagnetico dell'indotto A sono quindi definiti quattro interspazi, a due a due uguali fra loro, indicati con 93a e 93b, nei quali sono allocati rispettivi magneti permanenti, anch'essi a due a due uguali fra loro, contrassegnati con i numeri 94 e 95.

Le macchine a poli di indotto asimmetrici con n=12 sono particolarmente interessanti in quanto consentono di realizzare indotti anche altrettanto

semplici quanto quelli che si hanno per n=6, aumentando convenientemente il numero di gradi di libertà.

In generale, per n=12, il sistema di equazioni

da 3a) e 3c) si riesprime come un sistema composto

da due equazioni comprendenti le sole pi come segue :

(6a)

(6b)

nonché da una terza equazione, correlante anche le

che necessariamente dipende, come detto in

precedenza, dal numero di corpi magneticamente distinti in cui è diviso l'indotto.

Le equazioni 3d) e 3e), inoltre, avendo definito:

si riesprimono come segue:

(6c) (6d)

Nella figura 14 è mostrata una macchina M a poli di indotto asimmetrici con n=12. La periferia dell'indotto A di tale macchina comprende ventiquattro campioni, divisi in due gruppi di dodici, numerati da 1 a 12.

L'indotto A comprende un corpo centrale di materiale ferromagnetico 100 che a ciascuna delle sue estremità presenta un'estensione angolare pari a 4 campioni. L'indotto A comprende inoltre altri quattro corpi ferromagnetici, a due a due uguali fra loro, indicati con 101 e 102.

Fra i corpi ferromagnetici di indotto A sono definiti quattro interspazi, a due a due uguali fra loro, 103 e 104, in cui sono allocati rispettivi magneti, anch'essi a due a due uguali fra loro, 105 e 106.

La macchina mostrata nella figura 14 presenta caratteristiche pressoché ottimali: elevata robustezza meccanica, basse perdite, ridotto numero di parti e in particolare di magneti permanenti, agevole accoppiamento ad un albero, elevato numero di gradi di libertà di progetto, mantenendo inoltre una buona funzionalità anche in relazione al verso di coppia opposto a quello di progetto.

Nella figura 15 è mostrato un altro modo di realizzazione di una macchina sincrona a poli di indotto asimmetrici con n=l2, caratterizzato da prestazioni più spiccatamente asimmetriche. In tale figura, a parti ed elementi essenzialmente corrispondenti a quelli della macchina secondo la figura 14 sono stati attribuiti nuovamente gli stessi numeri di riferimento.

Nella macchina secondo la figura 15 il corpo centrale 100 a x=0 dell'indotto A è esteso, a ciascuna delle sue estremità, su quattro campioni. I corpi ferromagnetici esterni 102 presentano un'estensione di quattro campioni ciascuno, anziché di sei come nella macchina della figura 14. Inoltre, i corpi ferromagnetici intermedi 101 si estendono ad un'estremità su un singolo campione, e su tre campioni all'altra estremità.

Anche la macchina secondo la figura 15 presenta essenzialmente le stesse caratteristiche vantaggiose sopra esposte in relazione alla macchina secondo la figura 14, tuttavia con particolarità costruttive ed applicative che possono renderla preferibile .

Provvedimenti sull'induttore per la cancellazione del ripple ''subarmonico''

In generale, nelle macchine con n=12, con poli di indotto simmetrici od asimmetrici, la cancellazione del ripple di periodicità 2P (P essendo il passo di cava) dei parametri magnetici lungo la direzione di movimento relativo fra induttore ed indotto è attuabile realizzando le cave dell'induttore B in modo che presentino forma differenziata come si descriverà qui appresso con riferimento alle figure 16, 17 e 18.

Nella figura 16 è mostrata una porzione linearizzata dell'induttore B con due cave adiacenti 21' e 21" aventi differenti ampiezze b' e b". Tali cave sono comprese tra denti 20 aventi essenzialmente dimensioni identiche e forma speculare rispetto all'asse della cava, ed aventi comunque rispettive espansioni 20a al traferro che presentano una medesima estensione nella direzione di spostamento relativo tra induttore ed indotto. Anche le imboccature 21a delle cave 21' e 21" presentano la medesima estensione secondo detta direzione di spostamento relativo.

Convenientemente, per ottenere una sostanziale cancellazione del ripple e al contempo una massima efficienza della macchina le cave dell'induttore B presentano alternatamente ampiezze che stanno fra loro sostanzialmente nel rapporto τβ/ΐ , come le ampiezze indicate con b1 e b" nella figura 16.

La figura 17 mostra un induttore linearizzato realizzato con cave ad ampiezza diversificata secondo quanto sopra descritto.

La figura 18 rappresenta convenzionalmente la distribuzione dei conduttori dell'avvolgimento di una fase dell'induttore B in un motore sincrono trifase secondo l'invenzione, finalizzata all'ottenimento di massime prestazioni. Tale figura mostra in ordinata la f.m.m. prodotta da una delle tre fasi, le cui variazioni sono correlate con il numero di conduttori disposti nelle cave, in funzione della coordinata di posizione (secondo la direzione di spostamento relativo fra induttore ed indotto) riportata in ascissa, e riferita alla porzione linearizzata di induttore mostrata nella figura 17.

In ciascuna cava ''ristretta" 21' dell'induttore, avente larghezza b', vengono alloggiati yfiz conduttori di una sola fase, z conduttori della medesima fase essendo alloggiati nelle due cave "allargate" 21" contigue aventi larghezza b". Le cave 21" sono allargate in quanto debbono accogliere anche z conduttori di un'altra delle tre fasi. L'isolamento fra le fasi può richiedere che b" sia in pratica leggermente maggiore di mentre l'isolamento verso i denti riduce tale incremento.

L'assenza di cosiddette "subarmoniche" (periodo 2P) di tale distribuzione di conduttori si può dedurre, tra l'altro, dalla cancellazione del cosiddetto "doppino" di quinta e settima armonica della distribuzione di fase. Essendo l'ampiezza Zh della "h-esima" armonica descritta da:

si può notare come per h=5,7 risulti

La componente fondamentale risulta invece

per cui il rapporto tra ampiezza fonda-

mentale e valore massimo della distribuzione dei conduttori risulta

Per confronto, e secondo quanto noto, partendo dalla consueta distribuzione di conduttori a passo raccorciato nella quale due cave contigue uguali ospitano z conduttori di una fase, inserendo un numero kz di conduttori nelle due cave contigue alle prime due è possibile cancellare il doppino di quinta e settima armonica.

Tale transizione della distribuzione di conduttori è anche nota come (1, 3, 3, 1) in quanto il contenuto armonico della transizione (kz, z, z, kz) è così descritto analiticamente:

V hdispari

per cui il doppino di quinta e settima si annulla V3 -1

per k=0,3660, cioè , numero in pratica ben ap-

prossimato da 1/3. Tuttavia il rapporto tra l'ampiezza fondamentale e l'ampiezza massima della distribuzione di conduttori risulta

In definitiva, la realizzazione dell'induttore secondo 1'invenzione permette di incrementare del 3,5% il coefficiente di conversione della corrente in f.m.m, ovvero di ridurre di circa il 7% la dissipazione nel rame a parità di f.m.m. fondamentale prodotta.

La transizione della distribuzione di conduttori secondo l'invenzione può essere descritta in via di principio dalla sequenza .Vari numeri interi sono in grado di approssimarla con ottima accuratezza, il minimo numero intero a fattore comune essendo pari a 3, ottenendo in tal caso la sequenza approssimata (3, 5, 3). Altre sequenze sono ovviamente ottenibili con interi più grandi, e tra loro le

ecc. risultano particolarmente accurate.

Naturalmente, fermo restando il principio del trovato, le forme di attuazione ed i particolari di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto è stato descritto ed illustrato a puro titolo di esempio non limitativo, senza per questo uscire dall'ambito dell'invenzione, come definito nelle annesse rivendicazioni.

Claims (36)

1. RIVENDICAZIONI 1. Macchina elettrica di tipo sincrono (M), comprendente un indotto (A) ed un induttore (B) fra cui è definito un traferro (G); l 'indotto (A) presentando almeno una coppia di poli (N, S), l'induttore (B) presentando, per ogni coppia di poli (N, S) dell'indotto (A), n denti (20) ed n cave (21), fra loro alternati e presentanti al traferro (G) rispettive estensioni essenzialmente costanti nella direzione di spostamento relativo fra induttore (B) ed indotto (A); l'induttore (B) essendo provvisto di un avvolgimento (W); la macchina (M) essendo caratterizzata dal fatto che l'indotto (A) ha la superficie affacciata al traferro (G) ripartita in 2n elementi o campioni (1-12) aventi sostanzialmente una medesima estensione in detta direzione di spostamento relativo; ciascun campione (1-12) avendo un rispettivo valore di potenziale magnetico (xi) essenzialmente costante sull'estensione del campione; a ciascun campione (1-12) di indotto (A) è associato un rispettivo valore integrale di permeanza magnetica (pi) al traferro (G) in una condizione predefinita di allineamento o posizionamento relativo tra l'induttore (B) e l'indotto (A) nella quale il campione si estende fra l'asse dell'apertura (2la) di una cava (21) e l'asse dell'estremità o espansione (20a) di un dente (20) in corrispondenza del traferro (G); il valore della permeanza magnetica integrale (pi) associata ad almeno due campioni essendo diversa dal valore della permeanza magnetica integrale associata agli altri campioni; 1'indotto (A) comprende una pluralità di corpi (30, 31, 32; ...) di materiale ferromagnetico, magneticamente distinti, ciascuno dei quali accoppia almeno due campioni di indotto in modo tale da assicurarne una sostanziale equipotenzialità magnetica; i potenziali magnetici (xi) dei singoli campioni (1-12) di indotto (A) ed i suddetti valori di permeanza magnetica integrale (pi) ad essi associati essendo determinati secondo criteri predefiniti .
2. 2. Macchina elettrica secondo la rivendicazione 1, nella quale, assegnati ai campioni (1-12) di indotto rispettivi posti pari ed alternatamente dispari sulla superficie di affaccio al traferro (G) lungo detta direzione di spostamento relativo, per ciascun corpo (31, 32; ...; 101, 102) dell'indotto (A) avente potenziale magnetico (τ) sostanzialmente diverso da zero la somma delle permeanze magnetiche integrali (px) dei campioni di posto pari è sostanzialmente uguale alla somma delle permeanze magnetiche integrali (py) dei campioni di posto dispari .
3. 3 . Macchina elettrica secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui l'indotto (A) comprende almeno un corpo ferromagnetico, definito "dispari" (30; 40; 51; ... ; 101) che si affaccia al traferro (G) attraverso due insiemi non contigui di campioni, ciascuno dei quali comprende un numero dispari di campioni (1) contigui.
4. 4. Macchina elettrica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l'induttore (B) è realizzato in modo tale per cui è atto a generare una distribuzione di forza magnetomotrice che viene vista dall 'indotto (A) identicamente in tutte le posizioni relative che distano fra loro di un passo di cava (P), e in cui, definite per ciascun campione (1-12) una prima ed una seconda condizione di allineamento nelle quali il campione (1-12) si estende fra l'asse dell'apertura (21a) di una cava (21) al traferro (G) e l'asse dell'estremità (20a) di un dente (20) al traferro (G) e, rispettivamente, si estende fra l'asse dell'estremità (20a) di un dente (20) al traferro (G) e l'asse dell'imboccatura (21a) di una cava (20) al traferro (G), i valori di tutti i parametri magnetici (L0, Lm, Lom, Ψ0, Ψ„) della macchina elettrica calcolati nelle componenti secondo due assi distinti (o, m), ad esempio in quadratura fra loro, solidali con l'indotto, sono sostanzialmente uguali fra loro nelle due suddette condizioni di allineamento.
5. 5. Macchina elettrica secondo la rivendicazione 4, in cui si ha che

   in cui L0,i e L0,2 sono i valori dell1auto-induttanza misurati, nelle due suddette condizioni di allineamento, secondo un primo asse (o) corrispondente all'asse di separazione dei poli (N, S) dell'indotto (A); sono i valori dell'auto-induttanza misurati, nelle due suddette condizioni di allineamento, lungo un secondo asse (m) in quadratura con l'asse di separazione (o) dei poli (N, S) dell'indotto (A); sono i valori dell'accoppiamento mutuo fra forze magnetomotrici e flussi secondo detti primo e secondo asse (o, m) nelle due suddette condizioni di allineamento; sono i valori del flusso concatenato dagli avvolgimenti (W) dell'induttore (B) secondo detto primo asse (o) nelle due suddette condizioni di allineamento; e sono i valori del flusso concatenato dagli avvolgimenti (W) dell'induttore (B) secondo detto secondo asse (m) nelle due suddette condizioni di allineamento.
6. 6. Macchina elettrica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui le cave (21) del-1'induttore (B) presentano in corrispondenza della superficie di affaccio al traferro (G) un'apertura che, secondo detta direzione di spostamento relativo, presenta un'ampiezza prossima ad 1/4 o ad 1/8 del passo di cava (P).
7. 7. Macchina elettrica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, in cui 11indotto (A) comprende almeno due porzioni assiali di indotto che nella suddetta direzione di spostamento relativo sono sfalsate fra loro.
8. 8. Macchina elettrica secondo la rivendicazione 7, in cui dette almeno due porzioni dell'indotto (A) presentano rispettive sezioni trasversali diverse fra loro.
9. 9. Macchina elettrica secondo la rivendicazione 8, in cui le suddette almeno due porzioni dell'indotto (A) presentano rispettive lunghezze assiali diverse fra loro.
10. 10. Macchina secondo una delle rivendicazioni da 7 a 9, in cui due porzioni dell'indotto (A) sono sfalsate fra loro di circa un quarto del passo (P) delle cave (21) dell'induttore (B).
11. 11. Macchina elettrica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 7 a 10, in cui l'indotto (A) comprende quattro porzioni assiali di indotto, che in detta direzione di spostamento relativo sono sfalsate fra loro di circa 1/8 del passo di cava.
12. 12. Macchina elettrica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, dimensionata per erogare nel funzionamento una coppia massima prefissata (TM), ed in cui, definite per ciascun campione (112) di indotto (A) una prima ed una seconda condizione di allineamento nelle quali il campione si estende fra l'asse dell'apertura (21a) di una cava (21) al traferro e l'asse dell'estremità (20a) di un dente (20) al traferro e rispettivamente si estende fra l'asse dell'estremità (20a) di un dente (20) al traferro e l'asse dell'imboccatura (21a) di una cava (21) al traferro, l'indotto (A) è realizzato in modo tale per cui quando la macchina (M) opera erogando una coppia prossima a detta coppia massima (TM), in ciascuna di dette condizioni di allineamento si ha che la distribuzione di induzione nei denti (20) dell'induttore (B) presenta valori sostanzialmente prossimi, e preferibilmente inferiori, al valore di induzione di saturazione dei denti (20) dell'induttore (B) su almeno metà del passo polare dell'indotto (A), e preferibilmente non oltre 3/4 del passo polare dell'indotto (A).
13. 13. Macchina elettrica sincrona secondo la rivendicazione 12, in cui in ciascuna di dette condizioni di allineamento si ha che detta distribuzione di induzione è sostanzialmente in quadratura con la distribuzione del potenziale magnetico generato dall'induttore (B) in corrispondenza delle espansioni (20a) dei denti (20) dell'induttore (B).
14. 14. Macchina elettrica sincrona secondo la rivendicazione 12 o 13, in cui in ciascuna di dette condizioni di allineamento si ha che detta distribuzione di induzione presenta un andamento sostanzialmente crescente monotonicamente per un'estensione pari a circa un passo polare di indotto (A), e sostanzialmente decrescente monotonicamente per il passo polare successivo o precedente.
15. 15. Macchina elettrica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui ciascun polo (N, S) dell'indotto (A) è specularmente simmetrico rispetto ad un asse (m) ortogonale a detta direzione di spostamento relativo, ed in cui la distribuzione dei valori (pi) di permeanza magnetica al traferro (G) associati ai campioni di indotto presenta un minimo locale in corrispondenza dell'asse o di ciascun asse (o) di separazione dei poli di indotto (N, S), ovvero i valori (pi) della permeanza magnetica al traferro (G) sono crescenti lungo il traferro (G) in entrambe le direzioni a partire dal o da ciascun asse (o) di separazione dei poli di indotto; tale permeanza magnetica (pi) presentando il valore massimo assoluto in corrispondenza di campioni di indotto compresi fra detto o ciascun asse di separazione (o) dei poli di indotto e gli adiacenti assi di simmetria (m) dei poli di indotto.
16. 16. Macchina elettrica secondo la rivendicazione 15, in cui n=3 e l'indotto (A) comprende tre corpi di materiale ferromagnetico (30-32) separati da interspazi (33, 34) in cui sono disposti magneti permanenti (35, 36) magnetizzati in senso parallelo all'asse (m) di simmetria dei poli dell'indotto (A); 11indotto (A) comprendendo un corpo centrale (30) che alle sue opposte estremità forma due campioni di indotto (1-1) e che ha potenziale magnetico (Ti) uguale a zero, la permeanza magnetica (pi) associata ai campioni (1-1) formati da detto corpo centrale (30) essendo minore di quella (p2, P3) associate ai campioni (2-3) formati dagli altri corpi (31, 32) dell'indotto (A), le quali permeanze (p2, p3) sono sostanzialmente uguali fra loro.
17. 17. Macchina elettrica secondo la rivendicazione 15, in cui n=6 è l'indotto (A) comprende sei corpi o strati (40-42) di materiale ferromagnetico, essenzialmente cordali, a due a due uguali fra loro; separati da interspazi (43-45) in cui sono disposti magneti permanenti (46-48) magnetizzati in senso parallelo all'asse (m) di simmetria dei poli dell'indotto (A); la superficie dell'indotto (A) affacciata al traferro (G) essendo ripartita in quattro gruppi di tre campioni (1-3), i campioni (1-3) in ciascun gruppo presentando rispettivi valori di permeanza magnetica al traferro (pi, p2, P3) crescenti con la distanza dell'asse (o) di separazione dei poli dell'indotto (A).
18. 18. Macchina secondo la rivendicazione 17, in cui dette pi, p2 e p3 le permeanze magnetiche al traferro dei campioni (1-3) di ciascun gruppo, si ha sostanzialmente che
19. 19. Macchina elettrica secondo la rivendicazione 15, in cui n=12 e in cui, detti ρχ e p2 i valori delle permeanze magnetiche al traferro associate ai primi due campioni (1, 2) dell'indotto (A) a partire dall'asse (o) di separazione dei poli (N, S) dell'indotto stesso, in entrambi i versi di spostamento relativo fra induttore (B) ed indotto (A), si ha sostanzialmente che
20. 20. Macchina elettrica secondo la rivendicazione 19, in cui, detto p3 il valore della permeanza magnetica associata ai terzi campioni dell'indotto (A) a partire dall'asse (o) di separazione dei poli dell'indotto, in entrambi i suddetti versi, si ha sostanzialmente che
21. 21. Macchina elettrica secondo la rivendicazione 15, in cui n=12 e l'indotto (A) comprende dodici corpi o strati, a due a due uguali fra loro, separati da undici interspazi in cui sono disposti rispettivi magneti permanenti magnetizzati in senso parallelo all'asse (m) di simmetria dei poli del-1 'indotto (A).
22. 22 . Macchina elettrica secondo la rivendicazione 19 o 20, in cui l'indotto (A) comprende un corpo centrale (50; 70; 80) di materiale ferromagnetico a potenziale magnetico (τ) nullo, che comprende a ciascuna estremità i due campioni (1-1) contigui al od a ciascun asse (o) di separazione dei poli dell 'indotto .
23. 23. Macchina elettrica secondo le rivendicazioni 3 e 22, in cui l'indotto (A) a partire dal corpo centrale (50), comprende per ogni polo tre corpi o strati "dispari" (51-53), tra loro contigui.
24. 24 . Macchina elettrica secondo le rivendicazioni 12, 14 e 23, in cui in ciascun polo dell'indotto (A) , a partire dal corpo centrale (50), sono interposti magneti permanenti (60, 62, 63) fra tutti i corpi contigui, tranne che fra il primo ed il secondo corpo dispari (51, 52) detti magneti essendo magnetizzati in modo equiverso in ciascun polo, secondo l'asse (m) di simmetria dei poli.
25. 25. Macchina elettrica secondo le rivendicazioni 12 e 23, in cui in ciascun polo dell'indotto (A), a partire dal corpo centrale (50), sono interposti magneti permanenti (60, 62) fra il corpo centrale (50) ed il primo corpo dispari (51), e fra il secondo ed il terzo corpo dispari (52, 53); detti magneti permanenti essendo magnetizzati in modo equiverso in ciascun polo, secondo l'asse (m) di simmetria dei poli.
26. 26. Macchina elettrica secondo le rivendicazioni 3 e 22, in cui l'indotto (A) per ciascun polo comprende un unico corpo dispari (71), contiguo al corpo centrale (70) e che si affaccia al traferro (G) con un unico campione (2) a ciascuna delle sue estremità, ed un unico ulteriore corpo (72).
27. 27. Macchina elettrica secondo le rivendicazioni 3 e 22, in cui l'indotto (A), in ciascun polo, partendo dal corpo centrale (80), comprende un primo corpo dispari (81) che si affaccia al traferro (G) con un unico campione (2) a ciascuna delle sue estremità, ed un secondo corpo dispari (82) che è contiguo al primo (81) e che si affaccia al traferro (G) con tre campioni (3, 4, 5) a ciascuna delle sue estremità.
28. 28. Macchina elettrica secondo la rivendicazione 26 o 27 in cui, la superficie dell'indotto (A) affacciata al traferro (G) è ripartita in quattro gruppi di sei campioni (1-6) e, detti pi, p2, ..., p6 i valori della permeanza magnetica associati ai campioni (1-6) di ciascun gruppo a partire dall'asse (o) di separazione dei poli dell'indotto, si ha che
29. 29. Macchina elettrica secondo le rivendicazioni 3 e 22, in cui l'indotto (A) per ogni polo comprende un unico corpo dispari (81), contiguo al corpo centrale (80) e che si affaccia al traferro (G) con un unico campione (2) a ciascuna delle sue estremità, e due ulteriori corpi (82, 83), nessuno dei quali è dispari .
30. 30. Macchina secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 14, in cui l'indotto (A) presenta poli asimmetrici ed un corpo ferromagnetico centrale a potenziale magnetico sostanzialmente nullo che a ciascuna delle sue estremità accede al traferro in corrispondenza di una pluralità di campioni contigui per un'estensione complessiva non superiore a 1/3 del passo polare di indotto, ed in cui le permeanze magnetiche integrali (pi) associate ai campioni del corpo ferromagnetico centrale dell'indotto (A) presentano valori monotonicamente variati in funzione della coordinata di posizione lungo una direzione di spostamento relativo fra l'induttore (B) e l'indotto (A).
31. 31. Macchina elettrica secondo la rivendicazione 30, in cui n=6 e l'indotto (A) comprende un corpo centrale (90), che a ciascuna delle sue opposte estremità forma due campioni (1-6), e ulteriori quattro corpi o strati (91, 92), a due a due uguali fra loro, che a ciascuna delle loro opposte estremità formano un campione (2, 5; 3, 4); ai campioni (2, 5; 3, 4) formati da ciascun corpo ulteriore (91, 92) essendo associati uguali valori (p2 = Ps; p3 = p4) della permeanza magnetica al traferro; fra i corpi o strati (90-92) dell'indotto (A) essendo definiti quattro interspazi (93a, 93b) nei quali sono allocati rispettivi magneti permanenti (94, 95) magnetizzati in senso ortogonale all'asse (o) di separazione dei poli di indotto.
32. 32 . Macchina elettrica secondo le rivendicazioni 3 e 30, in cui n=12 e l'indotto (A) comprende un corpo centrale (100) di materiale ferromagnetico, a potenziale magnetico nullo, le cui opposte estremità formano ciascuna quattro campioni (1, 2, 11, 12), e quattro ulteriori corpi o strati (101, 102), a due a due uguali fra loro; fra i corpi (100-102) dell'indotto (A) essendo definiti quattro interspazi (103, 104) in cui sono allocati rispettivi magneti permanenti (105, 106) magnetizzati in senso ortogonale all'asse (o) di separazione dei poli dell'indotto (A).
33. 33. Macchina elettrica secondo la rivendicazione 32, in cui i corpi o strati più esterni (102) del-1'indotto (A) comprendono ciascuno sei campioni contigui (4-9).
34. 34. Macchina elettrica secondo la rivendicazione 32, in cui i corpi intermedi (101) dell'indotto (A) comprendono tre campioni (3-5) ad un'estremità, e un campione (10) all'altra estremità; i corpi o strati più esterni (102) comprendendo quindi ciascuno quattro campioni contigui (6-9).
35. 35. Macchina elettrica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 19 a 29 o da 32 a 34, in cui in detta direzione di spostamento relativo le cave (21, 21a) dell'induttore (B) presentano periodicamente ampiezze prefissate (b‘, b") differenti fra loro, mentre i denti (20) presentano un'estensione sostanzialmente costante; in ciascuna cava (21) ‘ dell'induttore (B) essendo allocato un numero di conduttori sostanzialmente proporzionale alla sua ampiezza (b'; b").
36. 36. Macchina elettrica secondo la rivendicazione 35, in cui dette ampiezze prefissate (b1, b") delle cave (21) stanno fra loro sostanzialmente nel rapporto

    Il tutto sostanzialmente secondo quanto descritto ed illustrato, e per gli scopi specificati.