ITMI980051U1 - Motore elettrico con convertitore di frequenza inserito a monte - Google Patents

Description

Descrizione del modello di utilità avente per titolo:

“MOTORE ELETTRICO CON CONVERTITORE DI FREQUENZA INSERITO A MONTE”

DESCRIZIONE

L’inyenzione concerne un motore elettrico con convertitore di frequenza inserito a monte, per il comando del numero di giri, la cui elettronica dei segnali e potenza forma, con il motore elettrico, un’unità strutturale.

Per- convertitore si intende un trasduttore che trasforma la tensione di rete, a frequenza estensione costante, in un sistema di tensione trifase a frequenza variabile e tensione variabile. Questo sistema di tensione trifase viene inviato al motore trifase (macchina asincrona) da azionare, per prestabilire in tal modo il numero di giri del motore elettrico, tramite un’adeguata scelta della frequenza d’uscita del convertitore:

Contrariamente alla disposizione tradizionale, nella quale il convertitore è sistemato nel quadro elettrico ad armadio quale unità separata ed alimenta il motore elettrico attraverso un linea di alimentazione del motore lunga fino a 100 metri, sono già noti motori elettrici nei quali l’elettronica dei segnali e di potenza, che comanda il motore elettrico, è integrata nel motore elettrico quale unità meccanica. In tal modo si tende a risparmiare l’ingombro del quadro elettrico ad armadio, prima necessario, ed a conseguire una riduzione delle problematiche EMV, che, nella disposizione tradizionale, sono provocate dalle irradiazioni a causa delle lunghe linee di alimentazione del motore, fino ad una lunghezza di 100 m. Per l’integrazione del convertitore di frequenza nel motore elettrico è previsto, in primo luogo, di incorporare la sua elettronica in una delle cassette terminali del motore elettrico. Gli elementi di allacciamento, quali morsetti e/o spine per linee di alimentazione e dei segnali, sono sistemati anch’essi all’interno della cassetta terminale. Una simile sistemazione, nella quale convertitore di frequenza e motore elettrico sono strutturalmente collegati insieme, ha numerosi vantaggi, specialmente in considerazione alla tecnica di fabbricazione ed ai costi di produzione ad essa connessi. Crea però dei problemi il raffreddamento del convertitore di frequenza, poiché specialmente lo stadio finale dell’elettronica di potenza crea elevati calori dissipati. Per disperdere questi calori dissipati del convertitore di frequenza, dev’essere montato sul motore elettrico, sul lato B (il lato B è quello opposto all’estremità dell’albero di uscita del motore), una separata cappa speciale di ventilazione con ventilatore, essendo questo ventilatore azionato dal motore elettrico stesso, od anche da un separato motore supplementare per il ventilatore.

Invece dell’ integrazione del convertitore di frequenza nella cassetta terminale, l’alloggiamento del convertitore di frequenza può anche essere applicato sul motore elettrico, sul lato B. Anche qui, per la dispersione dei calori dissipati del convertitore di frequenza, si deve applicare sul motore elettrico, sul lato B, un ventilatore che, anche qui, viene azionato dal motore elettrico stesso, od anche da un separato motore del ventilatore. In questa variante sono quindi solamente alloggiati gli elementi di allacciamento, quali morsetti e/o spine per linee di alimentazione e dei segnali, in una o più cassette terminali, sicché queste ultime conservano le loro dimensioni standard. Tuttavia, con Γ incorporamento delTelettronica all’ estremità del lato B del motore elettrico, aumenta solo la lunghezza strutturale del motore elettrico. Un ulteriore aumento della lunghezza strutturale ha luogo a causa della necessaria cappa speciale di ventilazione.

A causa delle descritte parti speciali, nell’ integrazione del convertitore nel motore elettrico, si può impiegare un semplice motore standard. Per l’applicazione del convertitore di frequenza nonché della cappa speciale di ventilazione e, eventualmente, del motore del ventilatore, sono necessarie strutture speciali sul motore elettrico. Oltre all’ingombro determinato dal ventilatore supplementare, intervengono qui in aggiunta rumori molesti del ventilatore ed il dispendio di energia per il ventilatore, in quanto elemento attivo di raffreddamento, è estremamente elevato. Il motore separato necessario per il ventilatore costituisce inoltre un componente costoso.

Scopo dell’invenzione è quindi, prendendo le mosse da un motore elettrico nel quale il convertitore di frequenza costituisce un’unità strutturale con il motore, quello di creare un motore elettrico che possa essere fabbricato in modo semplice ed economico e nel quale il convertitore di frequenza possa essere integrato nel motore elettrico, senza costosi elementi speciali.

In base all’invenzione il detto scopo si consegue con un motore elettrico del tipo indicato all’inizio, grazie al fatto che l’alloggiamento del convertitore di frequenza, dotato di un termodispersore e disaccoppiato termicamente dal motore elettrico, può essere fissato al motore elettrico tramite una parte intermedia, che alloggia elementi di allacciamento e sostituisce una cassetta terminale.

Nel motore elettrico con convertitore di frequenza secondo Γ invenzione, l’allacciamento del convertitore di frequenza ha luogo tuttora attraverso la cassetta terminale, ma l’alloggiamento del convertitore di frequenza e l’alloggiamento della parte intermedia in sé sono separati l’uno dall’altro. Un simile convertitore di frequenza può essere quindi montato su un motore elettrico tradizionale anche tramite la parte intermedia, dal momento che vengono ora a mancare i componenti supplementari, quali il ventilatore ed il motore separato per il ventilatore. Il raffreddamento e quindi l’eliminazione dei calori dissipati ha ora luogo tramite un termodispersore previsto nell’ alloggiamento del convertitore di frequenza. Non si deve quindi più adattare, con strutture speciali, l’intera unità strutturale del motore agli scopi del raffreddamento del convertitore di frequenza e in particolare dei calori dissipati dello stadio finale di potenza, ma si devono semplicemente adottare adeguati accorgimenti suH’alloggiamento del convertitore di frequenza stesso, ad esempio radattamento della superficie efficace di raffreddamento del termodispersore all’elettronica di potenza.

Le usuali applicazioni esterne dei motori, sul lato B, quali ad esempio ventilatori, trasduttori, freni e/o combinazioni di essi possono quindi essere montate senza limitazioni. A causa della conformazione secondo l’invenzione, il convertitore di frequenza non è necessariamente legato ad un ventilatore supplementare, o ad una speciale forma di realizzazione del ventilatore o rispettivamente della cappa di ventilazione. Gli elementi di allacciamento, quali morsetti e/o spine per linee di alimentazione e dei segnali, sono ora alloggiati nella parte intermedia e possono essere facilmente raggiunti, dopo lo smontaggio dell’alloggiamento del convertitore di frequenza. Per non aumentare inutilmente l’ingombro del motore elettrico con convertitore di frequenza incorporato, in una variante è previsto che l’alloggiamento del convertitore di frequenza sporga dalla parte intermedia in direzione longitudinale ed il termodispersore sia sistemato al di sotto dell’ alloggiamento, di fianco alla parte intermedia. Preferibilmente l’elettronica dei segnali del convertitore di frequenza è sistemata, nell 'alloggiamento, al di sopra della parte intermedia e l’elettronica di potenza al di sopra del termodispersore. In tal modo, il calore dissipato che origina dall’elettronica di potenza, in particolare dallo stadio finale di potenza di essa, può essere direttamente trasmesso, per conduzione termica, al termodispersore. A causa delle condizioni di temperatura in tal modo possibili neH’alloggiamento del convertitore di frequenza, questo può essere mantenuto il più possibile fresco nella zona dell’elettronica dei segnali, che è estremamente sensibile. Nei motori elettrici con convertitore di frequenza integrato noti dallo stato della tecnica, tutti gli elementi hanno temperatura uniforme, dal momento che essi sono termicamente bene accoppiati per effetto dell’ avvitamento e dell’impiego di leghe di alluminio per l’alloggiamento del convertitore di frequenza.

Per poter accoppiare termicamente bene il termodispersore allo stadio finale di potenza del convertitore di frequenza e disperdere in tal modo i calori dissipati dello stadio finale di potenza, il termodispersore è preferibilmente di un materiale di elevata conducibilità termica. Di conseguenza i semiconduttori di potenza dello stadio finale di potenza possono essere sfruttati molto intensamente, senza che relettronica dei segnali subisca danni. Inoltre il termodispersore può essere realizzato molto compatto, tenuto conto del suo volume e della sua superficie efficace di raffreddamento. In una variante è previsto che anche l’alloggiamento del convertitore di frequenza sia composto di un materiale di elevata conducibilità termica. Di conseguenza la dispersione del calore dissipato del convertitore di frequenza integrato ha luogo, da un lato, attraverso la superficie deH’alloggiamento del convertitore di frequenza e, dall’altro, attraverso il termodispersore ed infine tramite convezione naturale ed irradiazione. In particolare, può essere efficacemente ceduto all’aria ambiente, attraverso l’alloggiamento del convertitore di frequenza, quel calore dissipato del convertitore di frequenza che non può essere disperso attraverso il termodispersore.

Il termodispersore stesso può essere costituito da una pluralità di alette di raffreddamento o di barre di raffreddamento, per aumentare la sua superficie.

Per poter dotare il motore elettrico, rapidamente ed in modo semplice, del convertitore di frequenza di volta in volta adattato alle condizioni di impiego, è opportuno prevedere un collegamento amovibile fra il convertitore di frequenza ed il motore elettrico, sicché unità destinate ad essere associate di volta in volta l’una all’altra possono essere collegate elettricamente in modo semplice, ad esempio con un allacciamento a spina, senza che occorrano all’uopo speciali nozioni tecniche. Il convertitore di frequenza deve essere smontato dal motore, o rispettivamente montato su di esso, solo staccando il collegamento.

In una variante sono incorporati nella parte intermedia dispositivi di schermatura contro i radiodisturbi. In questo modo non è necessario, a questo scopo, alcun dispositivo supplementare esterno.

In una conformazione preferita, il disaccoppiamento termico fra convertitore di frequenza e motore elettrico si ottiene prevedendo, fra l’alloggiamento del convertitore di frequenza ed il termodispersore e/o la parte intermedia, almeno uno sbarramento termico. Uno sbarramento termico fra alloggiamento e termodispersore riduce, da un lato, il trasporto diretto di calore dal termodispersore all’ alloggiamento del convertitore di frequenza e, d’altro lato, anche il trasporto indiretto di calore, grazie alla riduzione della circolazione d’aria all’interno, fra il termodispersore e l’alloggiamento del convertitore di frequenza. Se è previsto lo sbarramento termico fra l’alloggiamento del convertitore di frequenza e la parte intermedia, esso riduce, da un lato, il trasporto diretto di calore dallo statore del motore all’ alloggiamento del convertitore di frequenza, attraverso la parte intermedia, e, d’altro Iato, anche il trasporto di calore indiretto, per effetto della riduzione della circolazione dell’aria all’intemo, fra la parte intermedia e l’alloggiamento del convertitore di frequenza. In una conformazione preferita sono previsti sbarramenti termici separati fra l’alloggiamento del convertitore di frequenza ed il termo dispersore, da un lato, e la parte intermedia dall’altro. Di conseguenza gli sbarramenti termici possono quindi anche essere realizzati in un materiale differente, di ridotta conducibilità termica. È pure di vantaggio se gli sbarramenti termici ricoprono in modo piano l’intera zona deli’ impianto, fra l’alloggiamento del convertitore di frequenza e la parte intermedia o rispettivamente il termodispersore.

In un’altra conformazione preferita è previsto almeno uno sbarramento contro l’umidità, fra l’alloggiamento del convertitore di frequenza ed il termodispersore e/o la parte intermedia. In tal modo si riduce lo scambio di umidità fra la parte intermedia ed il convertitore di frequenza, nonché fra il convertitore di frequenza ed il termodispersore. Preferibilmente gli sbarramenti termici e gli sbarramenti contro l’umidità formano un’unità funzionale. Di conseguenza si può così ridurre in modo affidabile, con agli sbarramenti termici, lo scambio di umidità fra un lato dello sbarramento termico e l’altro lato di esso, per l’intera estensione.

Invece di sbarramenti termici separati, od anche in aggiunta agli sbarramenti termici, è possibile fabbricare la parte intermedia in un materiale di ridotta conducibilità termica. In tal modo, la funzione di sbarramento termico viene assunta dalla parte intermedia, oppure si riduce ulteriormente il trasporto di calore. È anche possibile conformare l alloggiamento del convertitore di frequenza quale sbarramento contro l’umidità, sicché in tal modo viene ridotto lo scambio di umidità fra la parte intermedia ed il convertitore di frequenza.

Per chiudere anche verso l’esterno l’alloggiamento del convertitore di frequenza, in modo che l’impiego sia del tutto indipendente dalle particolarità locali come ad esempio un’atmosfera contenente polvere, eccetera, gli sbarramenti termici e/o contro l’umidità circondano preferibilmente a tenuta l’alloggiamento del convertitore di frequenza. Grazie a questa configurazione plurifunzionale si può ottenere, in modo particolarmente economico, una protezione di alto grado rispetto a fluidi e/o polvere che penetrino dall’esterno.

Una struttura particolarmente economica e semplice da smontare o rispettivamente montare si ottiene se l’alloggiamento del convertitore di frequenza è conformato quale un elemento di copertura, che possa essere applicato sulla parte intermedia, quale parte inferiore, chiudendola. Così è possibile un’agevole sostituzione del convertitore di frequenza, da un lato, e dall’altro la parte intermedia può essere impiegata quale semplice cassetta terminale, dopo l’asportazione e l’applicazione di un altro coperchio.

Ulteriori vantaggi e caratteristiche dell’invenzione si ricavano dalle rivendicazioni e dalla seguente descrizione, nella quale vengono spiegati in dettaglio esempi di realizzazione, facendo riferimento al disegno. In esso mostra·. Fig. 1 una vista laterale di un motore elettrico secondo l’invenzione, con un convertitore di frequenza integrato, in una prima forma di realizzazione; Fig. 2 una sezione trasversale del trasformatore di frequenza della Fig. 1;

Fig. 3 un motore elettrico secondo l’invenzione, con convertitore di frequenza integrato, in una seconda forma di realizzazione e

Fig. 4 in rappresentazione prospettica, un convertitore di frequenza staccato dalla parte intermedia, nonché la parte intermedia.

La Fig. 1 mostra, in una prima forma di realizzazione, un motore 1 elettrico chiuso, raffreddato in superficie, che, in modo noto, è dotato al suo interno di un montante (statore) nonché di un ventilatore. L’alloggiamento 2 presenta, sul lato esterno, svariate alette di raffreddamento che aumentano la sua superficie, per ottenere una migliore emissione di calore. Sul lato B, all’ interno di una cappa 3 di ventilazione per la ventilazione del motore elettrico, è sistemato un ventilatore. Sul lato A è sistemata l’estremità 4 di uscita dell’albero motore.

Sul lato esterno dell’alloggiamento 2, fra il lato A ed il lato B del motore 1 elettrico, è sistemata una parte 5 intermedia, che sostituisce la cassetta terminale ivi altrimenti prevista e presenta quindi elementi di allacciamento quali morsetti e/o spine per linee di alimentazione e dei segnali. La parte 5 intermedia può essere composta di un materiale di ridotta conducibilità termica. Sul lato superiore, opposto all’ alloggiamento 2 del motore 1 elettrico, della parte 5 intermedia, applicata sullo statore del motore 1 elettrico, è previsto un alloggiamento 6 di un convertitore 7 di frequenza, che è montato, sotto forma di elemento di copertura, sul lato superiore della parte 5 intermedia, chiudendola. L’alloggiamento 6 sporge lateralmente dalla parte 5 intermedia, nella direzione dell’estremità sul lato B del motore 1 elettrico, e presenta, sul suo lato inferiore libero, un termo dispersore 8 che, nell’esempio di realizzazione rappresentato, è costituito da alette di raffreddamento. Fra la parte 5 intermedia e l’alloggiamento 6 del convertitore 7 di frequenza, è previsto uno sbarramento 9 termico piatto, che ermetizza l’uno rispetto all’altra l alloggiamento 6 e la parte 5 intermedia. Allo stesso modo, fra l’alloggiamento 6 ed il termodispersore 8 è previsto un altro, separato sbarramento 10 termico. Questi sbarramenti 9 e 10 termici possono essere conformati nello stesso tempo anche quali sbarramenti contro lumidità. È anche possibile prevedere ulteriori sbarramenti contro l’umidità. I due sbarramenti 9 e 10 termici sono preferibilmente composti di un materiale di ridotta conducibilità termica e sono conformati piatti.

Come si può ricavare dalla Fig. 2, al di sopra del termodispersore 8 è sistemato, all’interno dello sbarramento 10 termico, lo stadio 11 finale di potenza dell’ elettronica di potenza del convertitore 7 di frequenza. L’elettronica dei segnali del convertitore 7 di frequenza è quindi sistemata al disopra della parte 5 intermedia.

Nella forma di realizzazione rappresentata alla Fig. 3, gli stessi componenti sono dotati degli stessi numeri di riferimento. Contrariamente alla precedente forma di realizzazione, lo sbarramento 12 termico, fra l’alloggiamento 6 e la parte 5 intermedia, nonché il termodispersore 8 nella forma di realizzazione rappresentata alla Fig. 3, è conformato in un sol pezzo. Con questa assiematura, si può ottenere una struttura particolarmente economica.

Nell’esempio di realizzazione rappresentato alla Fig. 3, il coperchio o rispettivamente l’alloggiamento 6 del convertitore di frequenza è smontato dalla parte 5 intermedia. Il termodispersore 8’ è costituito qui, in questo esempio di realizzazione, da una pluralità di barre di raffreddamento, per aumentare la sua superficie.

Per realizzare un collegamento elettrico fra il convertitore 7 di frequenza e la parte 5 intermedia, è previsto un connettore 13, 14 a spina. Un elemento 13 del connettore a spina è collegato saldamente al convertitore 7 di frequenza e l altro elemento 14 saldamente alla parte 5 intermedia.

Claims (18)

1. RIVENDICAZIONI 1. Motore elettrico con convertitore di frequenza inserito a monte, per il comando del numero di giri, la cui elettronica dei segnali e di potenza, sistemata in un alloggiamento, forma con il motore elettrico un’unità strutturale, caratterizzato dal fatto che l alloggiamento (6) del convertitore (7) di frequenza, dotato di un termodispersore (8, 8’) e termicamente disaccoppiato dal motore (1) elettrico, può essere fissato al motore (1) elettrico tramite una parte (5) intermedia, che alloggia elementi di allacciamento e sostituisce una cassetta terminale.
2. 2. Motore elettrico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che lalloggiamento (6) del convertitore (7) di frequenza sporge, in direzione longitudinale, dalla parte (5) intermedia ed il termodispersore (8, 8’) è sistemato al di sotto dell’ alloggiamento (6), di fianco alla parte (5) intermedia.
3. 3. Motore elettrico secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che l’eletronica dei segnali del convertitore (7) di frequenza è sistemata, nell’alloggiamento (6), al di sopra della parte (5) intermedia, e l’eletronica (1 1) di potenza al di sopra del termodispersore (8, 8’).
4. 4. Motore elettrico secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fato che il termodispersore (8, 8’) è di un materiale di elevata conducibilità termica.
5. 5. Motore elettrico secondo la rivendicazione 4, caraterizzato dal fatto che il termodispersore (8) è costituito da una pluralità di alete di raffreddamento.
6. 6. Motore elettrico secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che il termodispersore (8’) è costituito da una pluralità di barre di raffreddamento.
7. 7. Motore eletrico secondo una delle rivendicazioni da 1 a 6, caraterizzato dal fatto che l alloggiamento (6) del convertitore (7) di frequenza è di un materiale di elevata conducibilità termica.
8. 8. Motore elettrico secondo una delle rivendicazioni da 1 a 7, caratterizzato dal fatto che il convertitore (7) di frequenza può essere collegato elettricamente, tramite un connettore (13, 14) a spina, alla parte (5) intermedia.
9. 9. Motore elettrico secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che un elemento (13) del connettore a spina è saldamente collegato al convertitore (7) di frequenza e l altro (14) saldamente alla parte (5) intermedia.
10. 10. Motore elettrico secondo una delle rivendicazioni da 1 a 9, caratterizzato da dispositivi di schermatura contro i radiodisturbi, previsti nella parte (5) intermedia.
11. 11. Motore elettrico secondo una delle rivendicazioni da 1 a 10, caratterizzato da almeno uno sbarramento (9, 10, 12) termico, previsto fra l’alloggiamento (6) del convertitore (7) di frequenza ed il termodispersore (8) e/o la parte (5) intermedia.
12. 12. Motore elettrico secondo la rivendicazione 11, caratterizzato da sbarramenti (9, 10) termici separati fra l’alloggiamento (6) del convertitore (7) di frequenza ed il termodispersore (8) e/o la parte (5) intermedia
13. 13. Motore elettrico secondo una delle rivendicazioni da 1 a 12, caratterizzato da almeno uno sbarramento contro l’umidità, previsto fra ralloggiamento (6) del convertitore (7) di frequenza ed il termodispersore (8) e/o la parte (5) intermedia.
14. 14. Motore elettrico secondo la rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto che gli sbarramenti (9, 10, 12) termici e gli sbarramenti contro l’umidità costituiscono un’unità funzionale.
15. 15. Motore elettrico secondo una delle rivendicazioni da 1 a 11 o 13, caraterizzato dal fato che la parte (5) intermedia è di un materiale di ridotta conducibilità.
16. 16. Motore elettrico secondo una delle rivendicazioni da 1 a 12 o 15, caratterizzato dal fatto che ralloggiamento (6) del convertitore (7) di frequenza è conformato quale sbarramento contro l umidità.
17. 17. Motore elettrico secondo una delle precedenti rivendicazioni, caraterizzato dal fato che gli sbarramenti termici e/o contro l umidità circondano a tenuta ralloggiamento del convertitore di frequenza.
18. 18. Motore elettrico secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fato che lalloggiamento (6) del convertitore (7) di frequenza è conformato quale elemento di copertura, che può essere applicato sulla parte (5) intermedia, quale parte inferiore, chiudendola.