ITTO940500A1 - Perfezionamenti ad un motore elettrico a corrente continua senza spazzola a magneti permanenti. - Google Patents

Abstract

Nello statore del motore elettrico, gli avvolgimenti sono disposti secondo due gruppi avvolti in direzioni opposte della corrente; ciascun gruppo é costituito da una pluralità di matasse.Il motore comprende un dispositivo di commutazione (18-23) della velocità del rotore, che può essere regolato in modo da escludere l'immissione di corrente da almeno una delle matasse di ciascun gruppo.Il motore comprende un circuito elettronico in grado di permettere l'alimentazione sequenziale di tutte le matasse durante la rotazione iniziale di avviamento e di consentire, avvenuta tale fase di avviamento, l'alimentazione delle sole matasse abilitate dal dispositivo di commutazione.

Description

Descrizione a corredo di una domanda di brevetto per Invenzione Industriale dal titolo: Perfezionamenti ad un motore elettrico a corrente continua senza spazzole a magneti permanenti.

Descrizione

La presente invenzione si riferisce ad un motore elettrico a corrente continua senza spazzole a magneti permanenti.

I motori elettrici del tipo suddetto, noti anche con il termine anglosassone "brushless", trovano particolare applicazione in campo automobilistico per i motoventilatori preposti al raffreddamento dei radiatori o per la ventilazione dell'abitacolo della vettura. La soluzione attualmente adottata su motori a spazzole per comandare variazioni di velocità del rotore, e quindi della ventola ad esso collegata, prevede l'intervento selettivo di una o più resistenze elettriche dissipatrici in numero corrispondente alle velocità di rotazione che si possono selezionare. Quando collegate, tali resistenze dissipatrici intervengono assorbendo parte della potenza elettrica destinata al motore elettrico. Questa sottrazione di potenza determina direttamente una riduzione di velocità del rotore, per cui varia la mandata della relativa ventola di raffreddamento.

Come si comprenderà, questo accorgimento proprio della tecnica nota rappresenta uno spreco di energia, poiché la corrente complessivamente destinata al funzionamento del motore è in parte dissipata dalle resistenze a prescindere dalle sue condizioni operative. La fonte di corrente viene perciò sfruttata in molti casi più del necessario, con ovvi svantaggi conseguenti. Inoltre, i tradizionali dissipatori di energia sono solitamente sistemati i posizioni che non li mettono al sicuro da danni di varia natura, per cui sono facilmente soggetti a rotture e compromettono il corretto funzionamento del motore elettrico.

Scopo della presente invenzione è quello dì risolvere ì suddetti inconvenienti e limiti della tecnica nota, realizzando un motore elettrico di tipo brushless in cui si possa variare la velocità del rotore senza intervenire sulla tensione di alimentazione, facendo in modo che la potenza assorbita dal motore sia sostanzialmente quella strettamente necessaria a produrre la rotazione del rotore.

Altro scopo della presente invenzione è di realizzare un motore elettrico del tipo suddetto che sia di facile e rapido montaggio, con qualità di robustezza, durabilità ed ingombro ridotto ed altri fattori ancora che lo valorizzano ai fini della produzione industriale in grande serie, quale quella dell'industria automobilistica.

Questi ed altri scopi e vantaggi sono raggiunti da un motore elettrico a corrente continua del tipo senza spazzole a magneti permanenti a polarità alterne fissati sul rotore, del tipo in cui gli avvolgimenti sono disposti in due gruppi avvolti in direzioni opposte della corrente; caratterizzato dal fatto che ciascun gruppo di avvolgimenti è costituito da una pluralità di matasse; il motore comprende inoltre:

mezzi di commutazione delia velocità del rotore, con capacità di escludere selettivamente l'immissione di corrente da almeno una delle matasse di ciascun gruppo di matasse.

Verranno ora descritte le caratteristiche strutturali e funzionali di una forma di realizzazione preferita, ma non per questo limitativa, di un motore elettrico secondo la presente invenzione. Nella descrizione si fa riferimento ai disegni allegati, in cui:

la F1G. 1 è una sezione assiale di un motoventilatore che monta un motore secondo la presente invenzione;

la FIG. 2 è una sezione trasversale del motore secondo la traccia II-II di FIG. 1;

la FIG. 3 è uno schema degli avvolgimenti disposti sul motore secondo l'invenzione; e la FIG. 4 è lo schema di una scheda di controllo relativa al motore secondo l'invenzione. Facendo inizialmente riferimento alle FIGG. 1 e 2, con il numero 10 è il corpo esterno di un motore elettrico senza spazzole a magneti permanenti. Il rotore, indicato complessivamente con 11, è esterno allo statore 12 e trascina in rotazione, mediante un anello o calotta in ferro 13, una ventola 14 di tipo tradizionale utilizzata negli impianti di ventilazione per autoveicoli. Sulla faccia interna della calotta 13 sono fissati, preferibilmente tramite incollaggio, quattro magneti 15 angolarmente equidistanziati e con polarità alternate N-S-N-S. La ventola 14 ed il rotore 11 ruotano solidalmente ad un albero centrale 17 sopportato In modo girevole dal corpo 10.

Nella forma dì realizzazione illustrata (FIG.

2), gli avvolgimenti 16 disposti nelle cave dello statore fisso seguono uno schema a quattro polì ed a quattro matasse, per cui è possìbile effettuare una commutazione tra due velocità. Resta comunque inteso che il numero di polì e di matasse potrà essere variato di volta in volta a seconda delle esigenze di progetto, in modo noto agli esperti del settore, ad esempio realizzando schemi a 6 polì e 4 matasse, a 6 polì e 6 matasse, a 8 poli e 4 matasse, a 8 poli e 6 matasse, a 12 polì e 6 matasse, e cosi via, al fine dì avere tre, quattro, ecc. velocità selezionabili.

Secondo la presente invenzione, gli avvolgimenti 16 sono formati da quattro matasse 16a', 16b', 16a", 16b", radialmente affiancate ed avvolte a coppie di due sullo statore secondo opposte direzioni della corrente. Ciascuna matassa è contrassegnata in FIG. 3 dagli apici (') e ("). Nella figura, le entrate e le uscite delle matasse sono rispettivamente indicate dai riferimenti E16a', E16a", E16b', E16b", U16a', U16a", U16b', Ul6b".

L'alimentazione degli avvolgimenti 16 a pulsazione di corrente dal circuito elettronico è regolata dal circuito elettronico illustrato in FI6.

4, che è sistemato su una piastra 21 (visibile in FIG. 1} a sua volta fissata al corpo 10 del motore.

Sempre con riferimento alle FIGG. 1 e 4, il circuito elettronico sulla piastra 21 è in grado di disporre il passaggio della corrente alternativamente in una delle quattro matasse 16a', 16a", 16b', 16b", con possibilità di escludere una matassa di ciascuna delle due coppie di matasse, per mezzo di quattro gruppi interruttori 20 con sensori ad effetto Hall, sensibili alla posizione reciproca tra statore e rotore.

Al fine di regolare la durata e la frequenza con cui la corrente viene immessa in ciascun avvolgimento, su un estremo dell'albero rotante 17 è calettato un disco 22, preferibilmente di materiale sintetico o comunque a bassa permeabilità magnetica, sulla cui faccia affrontata in uso alla piastra 21 è distribuita una pluralità di piccole unità magnetiche, la cui posizione è indicata schematicamente in FIG. 1 con 23. Tali unità magnetiche sono distribuite in modo tale da affacciarsi operativamente ai gruppi sensori Hall 20, fissi, durante la rotazione del gruppo rotore. Più in particolare, le unità magnetiche 23 sono disposte in modo da affacciarsi una alla volta ad un rispettivo interruttore magnetico ad effetto Hall 20.

Le unità magnetiche 23 ed i magneti permanenti 15 sono opportunamente messi in fase tra di loro e disposti in modo tale da collaborare con il circuito della piastra 21 e le matasse 16a', 16a", 16b', 16b" per indurre il rotore a girare regolarmente.

Il funzionamento del motore avviene nel modo seguente: all'atto dell’avviamento, quell'interruttore 20 in corrispondenza del quale si trova un'unità magnetica 23 si chiude e permette l'alimentazione di corrente nella matassa ad esso corrispondente. Il passaggio di corrente nella matassa genera un campo magnetico opposto a quello dei magneti permanenti 15; tale opposizione di campi genera, come noto, una coppia meccanica con conseguente rotazione del rotore. Questa sequenza viene ripetuta, durante la rotazione iniziale del rotore, per ciascuna delle quattro matasse.

Con riferimento alla FIG. 4, secondo la presente invenzione, il circuito elettronico della piastra 21 prevede che possa essere selezionata l'entrata 18 per comandare il funzionamento a quattro matasse, che corrisponde alla velocità maggiore, o l'entrata 19 per comandare 11 funzionamento a due matasse che corrisponde alla velocità minore. In quest'ultimo caso, selezionando l'entrata 19 si effettua una commutazione dalla velocità maggiore alla velocità minore; ciò comporta l'esclusione di due delle quattro matasse, con relativa diminuzione della corrente che complessivamente percorre gli avvolgimenti, del flusso magnetico da essa generato e della coppia motrice indotta nei magneti permanenti 15 del rotore.

Con riferimento al circuito elettronico di FIG.

4, la parte di circuito racchiusa nella linea a tratto e punto è predisposta in modo tale che durante la rotazione iniziale di avviamento, anche nel caso in cui sia stata commutata la velocità minore, vengano alimentate in modo sequenziale tutte le matasse, anche quelle eventualmente escluse dalla commutazione di cui sopra. Dopo aver portato il motore al regime nominale prefissato, tale parte di circuito provvede ad alimentare solo le due matasse abilitate mediante commutazione alle entrate 18 o 19.

In alternativa al sistema sopra descritto, il compito di regolare gli impulsi elettrici negli avvolgimenti potrà essere affidato ad un circuito integrato (non Illustrato) facente le stesse funzioni della configurazione sopra descritta con sensori ad effetto Hall e magneti rotanti.

Come si potrà apprezzare, il motore secondo l'invenzione permette di conseguire i seguenti vantaggi, tra loro intimamente connessi:

- compattezza di costruzione;

- sicurezza di funzionamento;

- economicità del sistema;

- prolungata vita utile.

Si intende che l'invenzione non è da considerarsi limitata alla forma di realizzazione qui descritta ed illustrata, che è da considerarsi come un esempio di attuazione del motore elettrico; questo è invece suscettibile di modifiche relative a forma e disposizioni di parti, dettagli costruttivi e di funzionamento. L'invenzione è intesa ad abbracciare tutte le varianti comprese nel proprio ambito, così come definito dalle seguenti rivendicazioni.

Claims (3)

1. RIVENDICAZIONI 1. Motore elettrico a corrente continua del tipo senza spazzole a magneti permanenti (15) a polarità alterne fissati sul rotore (11), del tipo in cui gli avvolgimenti (16) sono disposti in due gruppi (16a, 16b) avvolti in direzioni opposte della corrente; caratterizzato dal fatto che ciascun gruppo di avvolgimenti è costituito da una pluralità di matasse; il motore comprende inoltre: mezzi di commutazione (18-23) della velocità del rotore, con capacità di escludere selettivamente l'immissione di corrente da almeno una delle matasse (16'a, 16’b) di ciascun gruppo di matasse.
2. 2. Motore elettrico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di commutazione della velocità comprendono una pluralità di entrate (18, 19) selettivamente attivabili e collegate ad almeno un attuatore atto ad escludere almeno una matassa di ciascun gruppo di matasse .
3. 3. Motore elettrico secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un circuito elettronico in grado di permettere l'alimentazione sequenziale di tutte le matasse del motore durante la rotazione iniziale di avviamento e di consentire, avvenuta tale fase di avviamento e con motore a regime, l’alimentazione delle sole matasse abilitate da detti mezzi di commutazione,