ITTO950037A1

ITTO950037A1 - Magnete permanente, in particolare rotore per motori elettrici.

Info

Publication number: ITTO950037A1
Application number: IT95TO000037A
Authority: IT
Inventors: Giovanni Falcone
Original assignee: Electro Parts Spa
Priority date: 1995-01-20
Filing date: 1995-01-20
Publication date: 1996-07-20
Also published as: EP0724322A1; IT1280796B1; ITTO950037A0

Abstract

Magnete permanente (1) formato da un corpo anulare monolitico (2) stampato per iniezione. Il corpo anulare è magnetizzato in modo da presentare una pluralità di porzioni (4) a magnetizzazione opposta, fra loro alternate, ed è magnetizzato durante lo stampaggio applicando campi magnetici opposti a sezioni adiacenti dello stampo. Diversi corpi anulari (2, 2') possono essere affiancati in direzione assiale per realizzare un magnete di dimensioni assiali maggiori e quindi maggiore potenza. Sulle facce piane di delimitazione (9, 11) dei corpi anulari elementari da affiancare, sono previsti organi di centraggio (10, 12) per centrare esattamente corpi anulari adiacenti.Figure 1 e 2.

Description

D ES C R I ZIO N E

del brevetto per invenzione industriale

La presente invenzione riguarda un magnete permanente, in particolare per l'utilizzazione come rotore in un motore elettrico.

I magneti permanenti formanti i rotori dei motori elettrici sono costituiti da corpi anulari formati da un elemento di supporto e da una pluralità di poli opposti che si alternano circonferenzialmente. Tali poli vengono realizzati tramite settori di materiale ferromagnetico o simile che vengono polarizzati opportunamente e successivamente fissati sul corpo di supporto. Tale modalità di fabbricazione comporta alcuni problemi di fabbricazione e presenta costi non indifferenti, legati alle differenti fasi di realizzazione dei diversi elementi (corpo di supporto e settori), alla polarizzazione dei settori e al loro fissaggio al supporto.

Scopo della presente invenzione consiste nel mettere a disposizione un magnete permanente ed un procedimento di fabbricazione tale da superare gli inconvenienti della tecnica nota.

Secondo la presente invenzione viene realizzato un magnete permanente, in particolare per l'utilizzazione come rotore di un motore elettrico, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un corpo anulare monolitico stampato ad iniezione e presentante una pluralità di porzioni magnetizzate alternativamente.

Per una migliore comprensione della presente invenzione ne vengono ora descritte forme di realizzazione preferite, a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

- la figura 1 mostra una vista frontale di una prima forma di realizzazione del presente magnete;

- la figura 2 mostra una sezione trasversale del magnete di figura 1;

- la figura 3 mostra un motore elettrico senza spazzole incorporante una seconda forma di realizzazione del presente magnete;

- la figura 4 mostra una vista frontale di una terza forma di realizzazione del presente magnete;

- la figura 5 mostra una sezione trasversale del magnete di figura 4;

- la figura 6 mostra schematicamente una parte di uno stampo per la realizzazione del magnete di fig. 1; - la figura 7 è uno schema a blocchi relativo alle fasi di fabbricazione del presente magnete; e

la figura 8 mostra l'andamento del flusso misurato in un magnete secondo l'invenzione a quattro poli .

Con riferimento alla figura 1, il magnete permanente è indicato nel suo complesso dal numero 1. Il magnete 1 è costituito da un corpo anulare 2 monolitico, presentante un asse 3 di rotazione. Il corpo anulare 2 è fatto di materiale magnetizzabile, preferibilmente ferrite o terre rare (NdFeBa), mescolato a materiali termoplastici (ad esempio nylon) o termoindurenti (melamina). Il corpo anulare 2 è magnetizzato in modo da formare una pluralità di porzioni 4 (dodici in figura 1) polarizzate radialmente e alternativamente in direzioni opposte (ovvero verso l'interno e verso l'esterno), come rappresentato schematicamente in figura 1 dalle frecce 5.

Il corpo anulare 2 è realizzato come pezzo unico per stampaggio ad iniezione, ed è magnetizzato contemporaneamente allo stampaggio, come spiegato più in dettaglio in seguito.

Nella forma di realizzazione delle figg. 1 e 2, il corpo anulare 2 presenta, su una delle due facce piane di delimitazione, indicata con 9, una nervatura centrale 10 e, sulla faccia piana opposta 11, una scanalatura anulare 12, esattamente corrispondente alla nervatura anulare 10, sia per posizione sia per dimensioni. Di conseguenza, è possibile affiancare due o più corpi anulari 2, come mostrato con tratteggio in figura 2, per ottenere un magnete 1' di dimensioni maggiori (maggiore altezza in direzione assiale), con perfetto centraggio reciproco, grazie all'accoppiamento fra la nervatura centrale 10 di un corpo anulare 2 e la scanalatura 12 del corpo anulare adiacente 2'. Tale soluzione dà il vantaggio di consentire la fabbricazione di un unico elemento presentante misure standard, per la realizzazione di tutta una gamma di magneti aventi dimensione assiale multipla della misura standard.

Il corpo anulare 2 presenta inoltre una sporgenza 15 di riferimento in un punto della sua periferia, per consentire il suo posizionamento preciso nell'assemblaggio. In alternativa, invece di una sporgenza, come elemento di riferimento di posizione può essere previsto un incavo nella superficie laterale esterna cilindrica.

Tipicamente, nel caso del rotore di un motore elettrico, il corpo anulare 2 viene fissato ad un elemento di supporto.

Un esempio di magnete fissato al relativo elemento di supporto è mostrato in figura 3, relativa ad un motore senza spazzole in alternata 20, del quale sono mostrati e qui brevemente descritti gli elementi essenziali, includenti un rotore 21, esterno, uno statore 22, interno, ed un albero di uscita 23, fissato al rotore.

Il rotore 21 comprende qui un corpo anulare 24 esternamente al quale è fissato un elemento di supporto 33 avente anche la funzione di chiusura del circuito magnetico e quindi pure realizzato di materiale ferromagnetico. Il corpo anulare 24 è simile al corpo anulare 2 di figura 1, ma, invece della nervatura anulare 10 e della scanalatura anulare 12, sulle due facce piane 25, 26 di delimitazione presenta alette di raffreddamento 27, 28 costampate insieme al corpo anulare 24. Le alette 27, 28, disposte radialmente e distribuite uniformemente sulle facce 25, 26, servono a creare un flusso d'aria attraverso i lamierini 30 dello statore 22. In alternativa a quanto mostrato, le alette possono essere previste solo su una delle due facce piane di delimitazione, ad esempio possono essere previste solo le alette 27 sulla faccia 25, e mancare le alette 28 rappresentate sulla faccia 26.

Il corpo di supporto 33 ha forma a calotta e comprende una parete cilindrica 34, alla quale è fissato il corpo anulare 24, ed una parete di base discoidale 35, includente una porzione ribassata 36 centrale, di fissaggio all'albero di uscita 23 del motore.

La parete cilindrica 34 del corpo di supporto 33, in prossimità del raccordo con la parete di base 35, presenta una pluralità di fori circonferenziali 38, per consentire la fuoriuscita del flusso d'aria originato dalle alette 27, 28.

Le figure 4 e 5 mostrano una variante del presente magnete, per l'uso come rotore interno di un motore. Nell'esempio mostrato, il magnete, indicato con 40, è fissato ad un albero 41 (tipicamente l'albero di uscita del motore, non illustrato) e presenta sei poli 42 con magnetizzazione radiale, come simboleggiato dalle frecce 43. L'albero 41, invece che pieno, come mostrato, potrebbe essere cavo.

Le figure 6 e 7 presentano rispettivamente e schematicamente parte dello stampo utilizzato per la fabbricazione del presente magnete e le relative fasi di stampaggio.

Con riferimento alla figura 6, lo stampo 45 comprende un semistampo 46 formato da una pluralità di settori interni 47 e da un'uguale pluralità di settori esterni 48. Il numero di settori previsti corrisponde al numero di poli desiderati per il magnete secondo la presente invenzione. I settori interni 47 presentano forma a settore di cerchio, sono realizzati di materiale magnetizzabile (ad esempio ferro) e sono separati reciprocamente da elementi isolanti 49 di materiale diamagnetico (ad esempio di rame o piombo). I settori esterni 48 sono disposti affacciati ai settori interni 47, sono realizzati anch'essi di materiale magnetizzabile e comprendono una porzione ristretta intorno alla quale si avvolge una bobina 50. I settori esterni 48 formano quindi il nucleo di un elettromagnete, la cui bobina 50 viene alimentata durante la fase di stampaggio del presente rotore, per garantirne la contemporanea magnetizzazione. Naturalmente, le bobine 50 di settori esterni 48 adiacenti vengono alimentate con correnti di segno opposto, per ottenere l'alternanza desiderata dei poli nel magnete 1, mentre gli elementi isolanti 49 garantiscono il necessario isolamento magnetico, per la corretta delimitazione dei poli.

Il procedimento di fabbricazione del presente magnete 1 comprende dapprima il perfetto mescolamento del materiale ferromagnetico con il materiale termoplastico o termoindurente previsto, come indicato in figura 7 dal blocco 55. Dopo l''omogeneizzazione della miscela, essa viene stampata ad iniezione nello stampo 45, a caldo. Contemporaneamente all'iniezione, vengono alimentate opportunamente le bobine 50. In questa fase, le bobine 50 generano ciascuna un campo magnetico le cui linee di flusso si richiudono attraverso il rispettivo settore interno 47 e il rispettivo settore esterno 48, magnetizzando ciascuna radialmente una rispettiva porzione 4 del corpo anulare 2. Nel caso di magnete destinato a formare un rotore interno, il corpo anulare 40 può essere stampato direttamente sull'albero 41. Nel caso che il magnete 1 debba presentare alette del tipo mostrato in figura 3, lo stampo sarà conformato corrispondentemente.

In seguito, il corpo anulare 2 così stampato e magnetizzato viene compresso e/o riscaldato e quindi si indurisce (blocco 57). Infine, il corpo anulare 2 viene assemblato (blocco 58).

La figura 8 mostra il flusso magnetico φ misurato in un magnete 1 del tipo mostrato in fig. 1 nel caso di quattro poli, e mostra la rapida inversione di segno nel passaggio da un polo al successivo, opposto.

Il processo di fabbricazione consente quindi di ottenere un magnete permanente mediante un'unica operazione di stampaggio ed evitando quindi le operazioni di stampaggio separato dei settori magnetici e del supporto anulare e di fissaggio reciproco, e consente quindi di ridurre i costi di fabbricazione e di immagazzinamento intermedio delle varie parti.

Risulta infine chiaro che al magnete e al procedimento di fabbricazione qui descritti ed illustrati possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall'ambito protettivo della presente invenzione.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Magnete permanente (1, 1' ) , in particolare per l 'utilizzazione come rotore di un motore elettrico, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un corpo anulare monolitico (2 ; 24 ; 40) stampato ad iniezione e presentante una pluralità di porzioni (4 ; 42) magnetizzate alternativamente.
2. Magnete secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto di comprendere una pluralità di corpi anulari monolitici elementari (2 , 2' ) affiancati reciprocamente in direzione assiale.
3. Magnete secondo la rivendicazione 2 , caratterizzato dal fatto che ciascun corpo anulare (2, 2') monolitico elementare comprende, sulle due facce piane di delimitazione (9, 11), organi di centraggio (10, 12) per corpi anulari monolitici elementari adiacenti .
4. Magnete secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detti organi di centraggio comprendono una nervatura (10) anulare sporgente su una prima faccia piana (9) ed una scanalatura (12) anulare su una seconda faccia (12), detta nervatura e detta scanalatura essendo controsagomate una all'altra.
5. Magnete secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto corpo anulare monolitico (2, 2') presenta un elemento di riferimento di posizione asimmetrico (15).
6. Magnete secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto corpo anulare monolitico (24) comprende, su almeno una (25) delle sue superfici piane di delimitazione (25, 26), alette di raffreddamento (27).
7. Magnete secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto corpo anulare monolitico (24) è fissato internamente ad un elemento di supporto con forma a calotta (33) per formare un rotore esterno (21) di un motore elettrico (20).
8. Magnete secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto corpo anulare monolitico (40) è fissato esternamente ad un albero (41) per formare un rotore interno di un motore elettrico.
9. Magnete secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che dette porzioni magnetizzate (4; 42) presentano magnetizzazione radiale diretta alternativamente verso l'interno e verso l'esterno di detto corpo anulare (2; 40).
10. Magnete secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto corpo anulare (2; 24; 40) è di un materiale composito includente sostanze magnetizzabili, quali ferrite e terre rare, ed un materiale plastico, quale materiali termoplastici e termoindurenti.
11. Procedimento di fabbricazione di un magnete permanente secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di stampare ad iniezione un corpo anulare di materiale magnetizzabile (2; 24; 40) tramite uno stampo (45) e contemporaneamente magnetizzare detto corpo anulare tramite applicazione di campi magnetici a detto stampo.
12. Procedimento secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che detto stampo (45) comprende una pluralità di settori di materiale magnetizzabile (48) avvolti ciascuno da una rispettiva bobina (50) e dal fatto che detta fase di magnetizzare detto corpo anulare comprende l'applicazione di correnti elettriche di segno opposto a dette bobine.
13. Magnete permanente e processo di fabbricazione di un magnete permanente, come descritti con riferimento ai disegni allegati.