ITTO20100398A1 - Unità di controllo dell'avviamento di un motore elettrico sincrono - Google Patents

Description

UNITÀ DI CONTROLLO DELL’AVVIAMENTO DI UN MOTORE ELETTRICO SINCRONO

DESCRIZIONE

La presente invenzione à ̈ relativa ad una unità di controllo dell’avviamento di un motore elettrico sincrono.

In generale, all’avviamento dei motori elettrici sincroni, il rotore non ha un senso di rotazione predefinito o definibile giacché à ̈ libero di ruotare indifferentemente in un senso orario o in un senso antiorario secondo condizioni casuali di partenza. In talune applicazioni dei motori elettrici sopra descritti, quali, ad esempio, le pompe idrauliche, la possibilità della libera rotazione del rotore all’avviamento rende impossibile l’utilizzo di pale a profilo sagomate, ma solo l’utilizzo di semplici alette radiali a profilo piatto con una conseguente limitazione del rendimento del rendimento della parte idraulica della pompa.

Allo scopo, pertanto, di controllare la rotazione del rotore impedendone uno dei due sensi di rotazione all’avviamento del relativo motore elettrico asincrono, sono stati realizzati dei dispositivi di tipo elettronico, oppure di tipo meccanico. Ma se i dispositivi noti di tipo elettronico si sono dimostrati essere piuttosto costosi a prescindere dal numero di cicli di accensione, i dispositivi noti di tipo meccanico, pur essendo meno costosi di quelli di tipo elettronico, non sono ancora riusciti a superare del tutto le prove di affidabilità per un numero elevato di cicli di accensione.

Scopo della presente invenzione à ̈ quello di realizzare una unità di controllo dell’avviamento di un motore elettrico sincrono, la quale non solo sia di economica realizzazione, ma risulti anche particolarmente affidabile per un elevato numero di cicli di accensione.

Secondo la presente invenzione viene realizzata una unità di controllo dell’avviamento di un motore elettrico sincrono così come rivendicato nella rivendicazione 1.

L’invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:

- la figura 1 à ̈ una vista in elevazione frontale di una preferita forma di attuazione dell’unità di controllo dell’avviamento di un motore elettrico sincrono;

- la figura 2 Ã ̈ una sezione secondo la linea II-II della figura 1; e

- la figura 3 à ̈ una vista in scala ingrandita, con parti in sezione e parti asportate per chiarezza, di un particolare dell’unità della figura 1.

Con riferimento alle figure 1 e 2, con 10 à ̈ indicata nel suo complesso una unità di controllo dell’avviamento di un motore elettrico sincrono, schematicamente illustrato nella figura 1 ed indicato con 20.

Il motore 20 comprende un supporto 21 fisso di supporto per le espansioni polari dello statore, ed un albero 22 rotore, il quale à ̈ atto a ruotare attorno ad un asse A di rotazione e rispetto al supporto fisso 21 per effetto di un campo magnetico rotante creato dalle espansioni polari dello statore.

All’attivazione del motore 20, la coppia elettromagnetica CEM generata dal campo statorico non ha un verso di applicazione predeterminato attorno all’asse A e, pertanto, l’albero 22 potrebbe iniziare a ruotare attorno all’asse A o in un senso CCW antiorario di rotazione o in un senso CW orario di rotazione.

L’unità 10 di controllo à ̈ atta a permettere la rotazione dell’albero 22 attorno all’asse A in un unico senso di rotazione che, per comodità di spiegazione e senza che comporti alcuna limitazione alla trattazione che segue, assumeremo sia il senso CCW antiorario.

L’unità 10 comprende un dispositivo 30 antiritorno, il quale à ̈ provvisto di una sede 31 di alloggiamento per l’albero 22 rotore ed à ̈ atto a bloccare la rotazione dell’albero 22 stesso in senso CW orario. Inoltre, all’avviamento del motore 22 e qualora tale avviamento comporti la rotazione dell’albero 22 in senso CW orario, il dispositivo 30, dopo aver bloccato la rotazione dell’albero 22, à ̈ anche atto ad esercitare, sull’albero 22 stesso, una coppia CR di rimbalzo in senso CCW antiorario in virtù del contraccolpo subito dall’albero 22 a seguito del bloccaggio.

L’intensità della coppia CR di rimbalzo non à ̈ comunque tale da vincere l’intensità della coppia elettromagnetica CEM cui continua ad essere sottoposto l’albero 22, e lo squilibrio tra la coppia CEM elettromagnetica applicata all’albero 22 e la coppia CR di rimbalzo, a favore della coppia CEM, determina una condizione di stallo della rotazione dell’albero 22 stesso con conseguente blocco del motore 20: pertanto, allo scopo di evitare tale condizione di stallo, l’unità 10 comprende un dispositivo 40 amplificatore della coppia CR di rimbalzo.

Il dispositivo 40 amplificatore à ̈ un dispositivo di tipo meccanico applicato al dispositivo 30 antiritorno ed atto ad amplificare la coppia CR in modo tale da permettere all’albero 22 di ruotare nel corretto senso di rotazione permesso dal dispositivo 30.

Il dispositivo 40 à ̈ interposto tra il supporto 21 ed il dispositivo 30 antiritorno ed à ̈ atto ad amplificare la coppia CR di rimbalzo ad un valore almeno superiore ad un valore della coppia CEM magnetica di rotazione dell’albero 22 rotore almeno nelle condizioni di avviamento del motore 20.

Secondo quando illustrato anche nella figura 3, il dispositivo 30 antiritorno à ̈ definito da una frizione a ruota libera di tipo sostanzialmente noto e di cui verranno descritte unicamente le parti rilevanti al fine di comprendere il suo funzionamento in combinazione con il dispositivo 40 amplificatore. Il dispositivo 30 antiritorno qui descritto rappresenta, comunque, una delle possibili alternative di frizione a ruota libera, cui la trattazione che segue farà esplicito riferimento senza, però, perdere in generalità.

Il dispositivo 30 comprende un astuccio 32 anulare, una gabbia 34 disposta all’interno dell’astuccio 32 e provvista di una pluralità di sedi 35 uniformemente distribuite attorno all’asse A di rotazione, e, per ogni sede 35, un rullino 33, il quale sporge radialmente all’esterno della propria sede 35 verso l’asse A per definire, unitamente agli altri rullini 33, la sede 31 di alloggiamento.

La gabbia 34 mantiene i rullini 33 sostanzialmente equidistanziati tra loro attorno all’asse A ed à ̈ fissa rispetto all’astuccio 32, il quale, per ciascuna sede 35, presenta una rispettiva ansa 36 asimmetrica per permettere la rotazione del relativo rullino 33 sia in condizione di regime, sia allorquando, all’avviamento del motore 20, l’albero 22 rotore ruotasse in senso CCW antiorario.

Il dispositivo 40 comprende un corpo 41 anulare interno coassiale all’asse A ed angolarmente solidale all’astuccio 32, ed un corpo 42 anulare esterno, il quale à ̈ coassiale al corpo 41, ed à ̈ angolarmente solidale al supporto 21 del motore 20.

Il corpo 41 ed il corpo 42 sono di forma cilindrica e presentano rispettivi spessori assiali di dimensioni pari tra loro e rispettivi spessori S1 e S2 radiali, di cui lo spessore S1 presenta dimensioni sostanzialmente maggiori alle dimensioni dello spessore S2.

Il corpo 41 ed il corpo 42 sono realizzati di materiale plastico, preferibilmente, ma non necessariamente, di polipropilene od altri materiali plastici costampabili quali, ad esempio, poliammide PA6, oppure poliammide PA66 entrambi con l’aggiunta di etilene propilene diene monomero, per permettere il costampaggio del dispositivo 40 sul dispositivo 30, e, comunque, di un materiale plastico dotato di buone caratteristiche elastiche e di resistenza alla fatica.

I corpi 41 e 42 sono mantenuti radialmente distanziati tra loro mediante un numero determinato di alette 43 radiali, le quali sono realizzate di pezzo e dello stesso materiale dei corpi 41 e 42 stessi, e fanno anch’esse parte del dispositivo 40.

Nell’esempio di attuazione qui illustrato, le alette 43 sono in numero di quattro, ma possono anche essere in numero di tre oppure in numero maggiore a quattro a seconda delle esigenze operative e costruttive: in ogni caso le alette 43 sono uniformemente distribuite attorno all’asse A e sono disposte ortogonalmente alle tangenti le superfici esterne ed interne dei corpi 41 e 42.

Le alette 43 presentano una larghezza assiale di dimensioni pari ad una larghezza assiale dei corpi 41 e 42, e presentano uno spessore S3 di dimensioni inferiori agli spessori S1 e S2. Inoltre, le alette 43 presentano una lunghezza L radiale di dimensioni superiori sia al proprio spessore assiale, sia alle dimensioni degli spessori S1 e S2, e sono pertanto deformabili in lunghezza, piuttosto che nelle altre dimensioni, di una quantità ∆L.

Il dispositivo 40 comprende, infine, quattro o più risalti 44 radiali, i quali sono ricavati lungo la periferia del corpo 42, e sono alloggiati all’interno di rispettive sedi 23 realizzate nel supporto 21 fisso per impedire qualsiasi rotazione del corpo 42 stesso rispetto al supporto 21 fisso e rispetto all’asse A. I risalti 44 radiali sono preferibilmente posizionati in corrispondenza delle alette 43 e presentando una altezza radiale tale da impedirne lo sfilamento dalle sedi 23 pur essendo radialmente liberi rispetto alle sedi 23 stesse.

In uso, all’avviamento del motore 20, la coppia elettromagnetica CEM generata dal campo statorico mette in rotazione l’albero 22 attorno all’asse A e qualora tale rotazione fosse quella consentita dal dispositivo antiritorno 30, ovvero fosse la rotazione in senso CCW antiorario come convenuto in questo esempio di attuazione, l’albero 22 ruoterebbe libero e supportato dai rullini 33, i quali, proprio per effetto della rotazione in senso CCW antiorario, si disporrebbero all’interno delle anse 36.

Qualora, invece, la coppia elettromagnetica CEM generata dal campo statorico mettesse in rotazione l’albero 22 attorno all’asse A in senso CW orario, ovvero nel senso di rotazione impedito dal dispositivo antiritorno 30, l’albero 22 porterebbe i rullini 33 a ruotare all’esterno delle anse 36 e ad essere radialmente compressi tra l’albero 22 stesso e l’astuccio 21 fino a determinare il bloccaggio della rotazione dell’albero 22.

A seguito di tale bloccaggio, l’albero 22 e l’astuccio 32 diventano angolarmente solidali tra loro portando in rotazione attorno all’asse A anche il corpo 41. Poiché il corpo 41 à ̈ connesso alle alette 43, e poiché il corpo 42 resta immobile con il supporto 21, la rotazione del corpo 41 causa un progressivo allungamento elastico delle alette 43 stesse ed un conseguente accumulo di energia elastica da parte del dispositivo 40.

Il bloccaggio della rotazione dell’albero 22 e l’allungamento delle alette 43 avvengono in modo repentino, pertanto l’albero 22 subisce, in un senso opposto alla rotazione iniziale, un contraccolpo che si trasforma in una coppia CR di rimbalzo, la cui intensità risulta amplificata dalla coppia elastica CT che il dispositivo 40 applica all’albero 22 stesso restituendo l’energia elastica accumulata durante l’allungamento delle alette 43.

La somma delle intensità della coppia CR di rimbalzo e della coppia elastica CT permette di vincere la coppia CEM elettromagnetica in senso CW orario, cui l’albero 22 à ̈ ancora sottoposto, e permette di iniziare a far ruotare l’albero 22 in senso opposto a quello iniziale, ovvero in senso CCW antiorario che, per effetto delle caratteristiche proprie e note del motore 20 sincrono, verrà poi mantenuto per il resto del ciclo di funzionamento. L’unità 10 di controllo dell’avviamento di un motore elettrico sincrono come sopra descritta, oltre ad essere affidabile per un elevato numero di cicli di avviamento del motore 20, risulta anche molto semplice ed economica da realizzare. In particolare, il dispositivo 40 può essere realizzato per stampaggio e successivamente assemblato con il dispositivo 30 mediante inserimento assiale con forzatura dell’astuccio 32 all’interno del corpo 41, oppure può anche essere realizzata per costampaggio del dispositivo 40 con il dispositivo 30 stessi.

L’unità 10 sopra descritta permette l’utilizzo di motori sincroni in tutte quelle applicazioni, quali, ad esempio, le pompe idrauliche, laddove risulti particolarmente utile e vantaggioso avere per certa una rotazione iniziale dell’albero rotore.

Si intende che l’invenzione non à ̈ limitata alla forma di realizzazione qui descritta ed illustrata, che à ̈ da considerarsi come esempio di attuazione dell’unità 10 di controllo dell’avviamento di un motore elettrico sincrono, che à ̈ invece suscettibile di ulteriori modifiche relative a forme e disposizioni di parti, dettagli costruttivi e di montaggio.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Unità (10) di controllo dell’avviamento di un motore elettrico (20) sincrono, l’unità (10) di controllo comprendendo: - un dispositivo antiritorno (30), il quale à ̈ provvisto di una sede di alloggiamento (31) di un albero rotore (22) del motore elettrico (20) ed à ̈ atto a bloccare un primo senso di rotazione dell’albero rotore (22) esercitando sull’albero rotore (22), almeno all’avviamento del motore elettrico (20), una coppia di rimbalzo (CR) in un secondo senso di rotazione; e - mezzi amplificatori (40) della coppia di rimbalzo (CR), i quali sono interposti tra un supporto fisso (21) del motore elettrico (20) ed il dispositivo antiritorno (30) per amplificare la coppia di rimbalzo (CR) stessa ad un valore almeno superiore ad un valore di una coppia magnetica di rotazione (CEM) dell’albero rotore (22) nel primo senso di rotazione.
2. 2. Unità di controllo secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che i mezzi amplificatori (40) comprendono un primo corpo (41) anulare angolarmente solidale alla sede di alloggiamento (31), un secondo corpo (42) anulare angolarmente solidale al supporto fisso (21), ed almeno due corpi radiali (43), i quali sono interposti tra il primo corpo (41) ed il secondo corpo (42), e sono deformabili elasticamente in lunghezza.
3. 3. Unità di controllo secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che il primo corpo (41), il secondo corpo (42) ed i corpi radiali (43) sono realizzati di pezzo tra loro e sono realizzati di un medesimo materiale plastico.
4. 4. Unità di controllo secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che i corpi radiali (43) presentano una larghezza assiale di dimensioni pari ad una larghezza assiale del primo corpo (41) e del secondo corpo (42).
5. 5. Unità di controllo secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che i corpi radiali (43) presentano uno spessore (S3) di dimensioni uguali od inferiori ad uno spessore (S1)(S2) radiale del primo corpo (41) e/o del secondo corpo (42).
6. 6. Unità di controllo secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che i corpi radiali (43) presentano una lunghezza (L) radiale di dimensioni superiori sia alle dimensioni della propria larghezza assiale, sia alle dimensioni dello spessore radiale (S1)(S2) del primo corpo (41) e del secondo corpo (42).
7. 7. Unità di controllo secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che il secondo corpo (42) comprende una pluralità di risalti radiali (44) alloggiati all’interno di rispettive sedi (23) ricavate nel supporto fisso (21) per impedire qualsiasi rotazione del secondo corpo (42) rispetto al supporto fisso (21) e rispetto ad un asse (A) di rotazione dell’albero rotore (22); i risalti radiali (44) essendo radialmente liberi rispetto alle proprie sedi (23).
8. 8. Unità di controllo secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che il dispositivo antiritorno (30) à ̈ definito da una frizione a ruota libera e comprende un astuccio (32) ed una pluralità di rullini (33) disposti nell’astuccio (32) ed attorno all’asse (A) di rotazione per definire la detta sede di alloggiamento (31); l’astuccio (32) presentando, per ciascun rullino (33), una rispettiva ansa (36) per permettere la rotazione del relativo rullino (33) allorquando l’albero rotore (22) ruota nel secondo senso di rotazione.
9. 9. Unità di controllo secondo la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che l’astuccio (32) à ̈ disposto all’interno del detto primo corpo (41) ed à ̈ angolarmente solidale alla rotazione con il primo corpo (41) stesso.
10. 10. Unità di controllo secondo la rivendicazione 9, caratterizzata dal fatto che i mezzi amplificatori (40) sono costampati sul dispositivo antiritorno (30).