ITCR20130007A1 - Elettropompa centrifuga per aspirazione di fluidi aeriformi - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

ELETTROPOMPA CENTRIFUGA PER ASPIRAZIONE DI FLUIDI AERIFORMI

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda il settore delle macchine operatrici a fluido.

In particolare la presente invenzione concerne un’elettropompa centrifuga per aspirazione di fluidi aeriformi, particolarmente adatta all’impiego come pompa per il vuoto in macchine aspirapolvere e lavapavimenti, per la pulizia di superfici mediante aspirazione di aria contenente polveri o liquidi, impiegate sia in uso domestico che in uso industriale e professionale.

Tali elettropompe vengono definite commercialmente “turbine†, per il loro regime di rotazione molto elevato, nonostante siano macchine operatrici. Infatti il loro numero di giri supera ampiamente i 3.000 al minuto, attestandosi dai 7.000-8.000 in su.

Le elettropompe centrifughe per aspirazione di fluidi aeriformi di tipo tradizionale comprendono essenzialmente un motore elettrico ad elevato numero di giri ed un corpo di aspirazione provvisto di una bocca di ingresso per l’aspirazione del fluido e di almeno una luce d’uscita per lo scarico del fluido stesso. Il movimento del fluido nella camera interna a detto corpo di aspirazione à ̈ provocato da almeno una girante, o ventola, in essa contenuta.

Tale motore elettrico, alimentabile sia in corrente continua che in corrente alternata, à ̈ costituito essenzialmente da uno statore, parte più esterna e fissa, e da un rotore, girevole all’interno di esso.

Lo statore à ̈ atto a generare un campo magnetico e, nelle applicazioni su turbine ed elettropompe, à ̈ generalmente realizzato con avvolgimenti in rame percorsi da corrente elettrica.

In particolare, uno statore di tipo tradizionale, à ̈ costituito da lamierini in lega di acciaio-silicio o in acciaio massiccio, conformati per definire cave, attorno alle quali sono avvolte le matasse degli avvolgimenti in rame. Il pacco lamellare à ̈ isolato da dette matasse mediante apposita carta isolante che riveste le cave.

Anche il rotore à ̈ generalmente del tipo ad avvolgimenti, costituito da un cilindro di materiale ferromagnetico sagomato in modo da presentare una serie di cave disposte assialmente, all’interno delle quali sono collocati avvolgimenti, le cosiddette bobine, che definiscono il circuito di armatura. Detti avvolgimenti vengono collegati tra loro per mezzo di un dispositivo denominato commutatore o collettore a spazzole (o anello di Pacinotti).

Detto commutatore funge anche da interruttore rotante a contatti striscianti, ed à ̈ atto appunto a commutare la corrente elettrica tra le bobine, variando in tal modo l’interazione con il campo magnetico generato dallo statore.

Detti avvolgimenti, durante la rotazione del rotore, entrano in contatto con le spazzole, attraverso le quali si fornisce corrente elettrica al motore e la coppia generata dalla rotazione à ̈ proporzionale alla corrente che viene fatta passare negli avvolgimenti del rotore.

Tali motori elettrici, da applicare su elettropompe centrifughe e turbine che necessitano di un’elevata potenza ed elevato numero di giri del rotore, sono complessi da costruire, necessitano di molta manodopera e di conseguenza risultano molto costosi.

Inoltre, tali tipi di motori elettrici sono progettati ad hoc in base alle esigenze della macchina su cui vengono installati: ciascun modello viene quindi progettato e realizzato su misura, definendo precisamente il numero di cave e di bobine e coordinando poi, di conseguenza, il numero di spire del rotore e dello statore.

L’invenzione ha come scopo quello di superare questi limiti, realizzando un’elettropompa centrifuga per aspirazione di fluidi aeriformi provvista di un motore elettrico ad elevato numero di giri, che sia altamente efficiente e al tempo stesso di facile, veloce ed economica produzione.

Ancora scopo dell’invenzione à ̈ quello di realizzare un’elettropompa provvista di un motore elettrico con potenza facilmente variabile, in modo da garantire un’ampia diversificazione delle prestazioni all’elettropompa.

Gli scopi sono raggiunti con un’elettropompa centrifuga per aspirazione di fluidi aeriformi comprendente:

- un motore elettrico dotato di un albero rotante;

- un corpo di aspirazione provvisto di una bocca di ingresso per il fluido aeriforme e di almeno una luce di scarico;

- almeno una ventola, calettata su detto albero e messa in movimento da detto motore, atta ad aspirare un flusso d’aria da detta bocca, centrifugarlo e scaricarlo esternamente a detto corpo di aspirazione attraverso detta almeno una luce di scarico,

ove detto motore elettrico comprende:

- un rotore ad avvolgimenti;

- uno statore atto a creare un campo magnetico entro cui ruota detto rotore,

caratterizzata dal fatto che detto statore à ̈ del tipo a magneti permanenti e detto rotore ruota ad elevato numero di giri.

In particolare, detto rotore ruota ad un numero di giri maggiore di 7.000-8.000 g/m.

Secondo un primo aspetto dell’invenzione, detto statore comprende un corpo cilindrico cavo in ferro, provvisto al suo interno di due magneti permanenti dotati di polarità opposta, atti a generare un campo magnetico interno a detto corpo cilindrico cavo.

Vantaggiosamente, detti magneti permanenti hanno forma sostanzialmente semicilindrica, e detto statore comprende molle a lamina, provviste internamente a detto corpo cilindrico cavo, atte a bloccare in posizione detti magneti permanenti.

Secondo un ulteriore aspetto del trovato, detto rotore ad avvolgimenti comprende una pluralità di bobine collegabili tra loro in parallelo o in serie.

In una variante particolarmente preferita dell’invenzione, detto statore comprende un terzo magnete permanente, disposto esternamente a detto corpo cilindrico cavo, il cui campo magnetico à ̈ atto ad interagire con il campo magnetico generato dai due magneti interni, in modo da variare il numero di giri di detto rotore.

In particolare, la posizione assunta da detto terzo magnete sulla superficie esterna di detto corpo cilindrico cavo, rispetto alla disposizione dei due magneti interni, à ̈ atta a modificare il campo magnetico generato dallo statore e quindi la sua interazione con il campo magnetico generato dal rotore, determinando un regime di rotazione più o meno elevato.

Vantaggiosamente, detto motore elettrico comprende mezzi di regolazione della posizione di detto terzo magnete attorno alla superficie esterna di detto corpo cilindrico cavo.

In una variante ancor più preferita del trovato, detti mezzi di regolazione sono accessibili dall’esterno di detto motore.

I vantaggi del trovato sono i seguenti.

Il vantaggio principale consiste nella semplicità costruttiva del motore, ed in particolare dello statore dell’elettropompa: non sono più necessari numerosi componenti da progettare, produrre ed assemblare tra loro, ed avvolgimenti con filo di rame; per comporre lo statore basta posizionare due magneti con segno opposto all’interno di un corpo cilindrico cavo, nel quale sarà poi liberamente inserito anche il rotore.

La semplicità costruttiva si traduce poi in notevole risparmio economico per il costruttore di elettropompe.

Il motore elettrico con statore a magneti permanenti di cui à ̈ provvista l’elettropompa secondo l’invenzione, à ̈ in grado di soddisfare un’ampia gamma di esigenze di potenza richieste, grazie alla flessibilità garantita dalla presenza del terzo magnete, senza necessità di effettuare modifiche sostanziali per garantire l’elevato numero di giri richiesto dalle specifiche applicazioni.

Questi ed altri vantaggi saranno maggiormente evidenti nel seguito, in cui viene descritta una modalità preferita di realizzazione dell’invenzione, a titolo esemplificativo e non limitativo, e con l’aiuto delle figure dove:

la Fig. 1 rappresenta, in sezione trasversale, una elettropompa centrifuga per aspirazione di fluidi aeriformi secondo l’invenzione; le Figg. 2-4 rappresentano, rispettivamente in vista assonometrica intera, in vista assonometrica sezionata longitudinalmente e in vista dall’alto, un motore elettrico a magneti permanenti per elettropompe centrifughe secondo l’invenzione;

le Figg. 5 e 6 rappresentano, rispettivamente in vista assonometrica intera e sezionata longitudinalmente, lo statore del motore di Fig.2;

la Fig. 7 rappresenta, in vista assonometrica, un motore elettrico a magneti permanenti secondo una possibile variante dell’invenzione; la Fig. 8 rappresenta, in vista dall’alto, lo statore di Fig. 7 con riferimento all’intensità del campo magnetico generato.

Con riferimento alla Fig. 1, à ̈ mostrata un’elettropompa centrifuga 1 per aspirazione di fluidi aeriformi provvista di un motore elettrico 2 a magneti permanenti secondo un modo preferito di realizzazione dell’invenzione.

Detta elettropompa 1 à ̈ costituita essenzialmente da un motore elettrico 2 dotato di un albero di trasmissione 3, da un corpo di aspirazione 4 e da una o più ventole 8 atte a movimentare un flusso d’aria.

Nella variante illustrata, detto corpo di aspirazione 4 ha forma cilindrica e comprende un fondo circolare provvisto di una bocca di aspirazione 5 posta al centro ed una superficie laterale provvista di una pluralità di luci di scarico 6.

Detto corpo 4 Ã ̈ chiuso superiormente da un coperchio 7 atto a fungere anche da basamento per detto motore 2.

Dette ventole 8 sono calettate su detto albero di trasmissione 3 e sono messe in movimento da detto motore 2.

Con particolare riferimento alle Figg.2-4 à ̈ illustrato il particolare del motore elettrico 2 a magneti permanenti applicato sull’elettropompa 1 di Fig.1, secondo l’invenzione.

Detto motore elettrico 2 comprende essenzialmente:

- un rotore ad avvolgimenti 9, atto a lavorare ad elevato numero di giri, almeno pari a 7.000-8.000 g/m;

- uno statore 10, del tipo a magneti permanenti, atto a creare un campo magnetico entro cui ruota detto rotore 9.

Tra statore 10 e rotore 9 Ã ̈ presente uno spessore d'aria, detto traferro, di qualche decimo di millimetro, per consentire la libera rotazione del rotore 9.

Il rotore 9 Ã ̈ costituito da un pacco di lamierini 16 aventi forma sostanzialmente di corona circolare, con un foro interno per il passaggio dell'albero di trasmissione 3, e scanalature esterne 17, dette cave rotoriche, per accogliere l'avvolgimento rotorico.

Nella variante illustrata, dove il motore 2 può raggiungere anche velocità pari a 15.300 g/m con pompa a bocca di aspirazione aperta e 18.000 g/m con pompa a bocca di aspirazione chiusa, l’avvolgimento rotorico à ̈ costituito da ventiquattro bobine 14 induttive in rame.

L’assorbimento di corrente maggiore, dovuto alla sostituzione dello statore tradizionale con uno statore 9 a magneti permanenti, à ̈ poi vantaggiosamente compensato modificando il numero di spire per ogni bobina 14 all’interno del rotore 9.

Ad esempio, nel caso appena descritto, ciascuna bobina 14 comprende sei spire.

Con particolare riferimento alle Figg. 5 e 6, à ̈ illustrato lo statore 10 a magneti permanenti ricompreso nel motore elettrico 2 dell’elettropompa 1 secondo l’invenzione.

Detto statore 10 comprende un corpo cilindrico cavo 11 in ferro, provvisto al suo interno di due magneti permanenti 12a e 12b, dotati di polarità opposta, atti a generare un campo magnetico interno a detto corpo cilindrico cavo 11.

Detti magneti permanenti 12a e 12b hanno forma sostanzialmente semicilindrica e sono sorretti e premuti contro la parete interna di detto corpo cilindrico cavo 11, da molle a lamina 13 fissate alla parete del corpo stesso.

Per poter variare vantaggiosamente il campo magnetico generato dallo statore 10, e di conseguenza il numero di giri e la potenza del motore 2, su detto statore 10 può essere provvisto un terzo magnete permanente 15, come illustrato in Figg.7 e 8.

Detto terzo magnete 15 à ̈ disposto esternamente a detto corpo cilindrico cavo 11, ma il suo campo magnetico à ̈ atto ad interagire con il campo magnetico generato dai due magneti 12a e 12b interni al corpo cilindrico 11, in modo da variare il numero di giri di detto rotore 9.

In particolare, la posizione assunta da detto terzo magnete 15 sulla superficie esterna di detto corpo cilindrico cavo 11, rispetto alla disposizione e alla polarità dei due magneti interni 12a e 12b, modifica l’interazione tra il campo magnetico generato da detto terzo magnete 15 e il campo magnetico interno a detto corpo cilindrico 11.

Ad esempio, come evidente nella sezione schematica di Fig.8, se il terzo magnete 15 à ̈ disposto esternamente al corpo cilindrico cavo 11 in modo che la sua faccia con segno negativo si trovi in corrispondenza alla faccia con segno positivo del magnete 12b interno, il campo magnetico complessivo dello statore 10 aumenterà di intensità. Viceversa, se la faccia negativa del terzo magnete 15 à ̈ disposta esternamente al corpo cilindrico cavo 11 in corrispondenza della faccia negativa del magnete interno 12a, il campo magnetico complessivo dello statore 10 diminuirà di intensità.

La posizione di detto terzo magnete 15 sulla superficie esterna del corpo cilindrico 11 à ̈ quindi fondamentale, e vantaggiosamente può essere facilmente regolata e variata in base alle necessità e alla potenza richiesta del motore elettrico 2.

A riguardo, in una possibile variante dell’invenzione (non illustrata), detto motore elettrico 2 può comprendere appositi mezzi di regolazione, accessibili dall’esterno del motore 2, disposti per variare la posizione di detto terzo magnete 15 attorno alla superficie di detto corpo cilindrico 11, permettendo così di modulare la velocità di rotazione del rotore 9 e la potenza del motore 2 senza bisogno di intervenire con sostituzioni dei componenti.

Il funzionamento del motore elettrico 2 secondo l’invenzione all’interno di un’elettropompa centrifuga 1 à ̈ descritto nel seguito.

La corrente elettrica passa in un avvolgimento 14 di spire che si trova nel rotore 9. Questo avvolgimento, composto da fili di rame, crea un campo elettromagnetico.

Il campo elettromagnetico così creato à ̈ immerso in un altro campo magnetico, quello creato dallo statore 10, il quale à ̈ caratterizzato dalla presenza di due coppie polari, i magneti permanenti 12a e 12b. Il rotore 9 per induzione elettromagnetica inizia a girare, in quanto il campo magnetico del rotore 9 tende ad allinearsi a quello dello statore Durante la rotazione, l’interruttore a contatti striscianti commuta la corrente elettrica tra le bobine 14 del rotore 9 in modo che il campo magnetico dello statore 10 e quello del rotore 9 non raggiungano mai l'allineamento perfetto, in tal modo si ottiene la continuità della rotazione.

Nella variante illustrata nelle Figure 7 e 8 à ̈ possibile modificare, in modo continuo e a discrezione dell’utilizzatore, la posizione del terzo magnete 15 in modo da regolare facilmente il regime di rotazione del rotore 9.

Naturalmente il tecnico medio potrà variare il numero di magneti permanenti dello statore, il numero delle cave e delle bobine del rotore ed il numero delle spire di ogni bobina, e potrà utilizzare il motore anche per azionare altri tipi di macchine operatrici a fluido, anche multistadio, senza per questo uscire dall’ambito della presente invenzione.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1) Elettropompa centrifuga (1) per aspirazione di fluidi aeriformi comprendente: - un motore elettrico (2) dotato di un albero rotante (3); - un corpo di aspirazione (4) provvisto di una bocca di ingresso (5) per il fluido aeriforme e di almeno una luce di scarico (6); - almeno una ventola (8), calettata su detto albero (3) e messa in movimento da detto motore (2), atta ad aspirare un flusso d’aria da detta bocca (5), centrifugarlo e scaricarlo esternamente a detto corpo di aspirazione (4) attraverso detta almeno una luce di scarico (6), ove detto motore elettrico (2) comprende: - un rotore ad avvolgimenti (9); - uno statore (10) atto a creare un campo magnetico entro cui ruota detto rotore (9), caratterizzata dal fatto che detto statore (10) à ̈ del tipo a magneti permanenti e detto rotore (9) ruota ad elevato numero di giri.
2. 2) Elettropompa centrifuga (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto rotore (9) ruota ad un numero di giri maggiore di 7.000-8.000 g/m.
3. 3) Elettropompa centrifuga (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto statore (10) comprende un corpo cilindrico cavo (11) in ferro, provvisto al suo interno di due magneti permanenti (12a, 12b) dotati di polarità opposta, atti a generare un campo magnetico interno a detto corpo cilindrico cavo (11).
4. 4) Elettropompa centrifuga (1) secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che detti magneti permanenti (12a, 12b) hanno forma sostanzialmente semicilindrica.
5. 5) Elettropompa centrifuga (1) secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che detto statore (10) comprende molle a lamina (13), provviste internamente a detto corpo cilindrico cavo (11), atte a bloccare in posizione detti magneti permanenti (12a, 12b).
6. 6) Elettropompa centrifuga (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto rotore (9) ad avvolgimenti comprende una pluralità di bobine (14) collegabili tra loro in parallelo o in serie.
7. 7) Elettropompa centrifuga (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto statore (10) comprende un terzo magnete permanente (15), disposto esternamente a detto corpo cilindrico cavo (11), il cui campo magnetico à ̈ atto ad interagire con il campo magnetico generato dai due magneti (12a, 12b) interni, in modo da variare il numero di giri di detto rotore (9).
8. 8) Elettropompa centrifuga (1) secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che la posizione assunta da detto terzo magnete (15) sulla superficie esterna di detto corpo cilindrico cavo (11), rispetto alla disposizione dei due magneti (12a, 12b) interni, à ̈ atta a modificare il campo magnetico generato dallo statore (10) e quindi la sua interazione con il campo magnetico generato dal rotore (9), determinando un regime di rotazione più o meno elevato.
9. 9) Elettropompa centrifuga (1) secondo la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che detto motore elettrico (2) comprende mezzi di regolazione della posizione di detto terzo magnete (15) attorno alla superficie esterna di detto corpo cilindrico cavo (11).
10. 10) Elettropompa centrifuga (1) secondo la rivendicazione 9, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di regolazione sono accessibili dall’esterno di detto motore (2).