ITMI20132202A1

ITMI20132202A1 - Metodo per produrre una bobina per una macchina elettrica e detta bobina per macchina elettrica

Info

Publication number: ITMI20132202A1
Application number: IT002202A
Authority: IT
Inventors: Otto Pabst
Original assignee: Rolic Internat S A R L
Priority date: 2013-12-23
Filing date: 2013-12-23
Publication date: 2015-06-24

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“METODO PER PRODURRE UNA BOBINA PER UNA MACCHINA ELETTRICA E DETTA BOBINA PER MACCHINA ELETTRICA”

La presente invenzione riguarda un metodo di produzione di una bobina di materiale elettricamente conduttivo per una macchina elettrica.

Inoltre, la presente invenzione riguarda una bobina di materiale conduttivo per una macchina elettrica.

Generalmente, le bobine di materiale elettricamente conduttivo, nel seguito bobine, per macchine elettriche sono realizzate tramite avvolgimento di un conduttore elettrico avente la forma di un filo oppure di un nastro oppure di una barra. In funzione del tipo di impiego e delle caratteristiche della bobina il conduttore può avere una sezione trasversale circolare, rettangolare con spigoli vivi o rettangolare con spigoli arrotondati.

Nelle macchine elettriche, le bobine sono generalmente disposte in apposite cave attorno a denti aventi la funzione di espansioni polari, e i conduttori sono opportunamente isolati lungo la superficie esterna. Il coefficiente di riempimento di una cava è dato dal rapporto fra la sezione trasversale della cava e la sezione trasversale complessiva della parte conduttiva dei conduttori elettrici all’interno della cava.

Ne consegue che la presenza dell’isolante, la forma, le dimensioni e il numero di spire incidono sul coefficiente di riempimento. Quanto più è maggiore la sezione trasversale del conduttore, tanto più si riduce la sezione trasversale complessiva di isolante nella cava. Quanto più la forma della sezione trasversale consente composizioni atte ad evitare spazi vuoti, tanto più migliora il coefficiente di riempimento e la resa della macchina elettrica. Di conseguenza, conduttori di grande sezione trasversale e con forme adeguate sarebbero ideali per ottenere un elevato coefficiente di riempimento della cava.

Tuttavia, il processo di avvolgimento del conduttore richiede di piegare il conduttore. L’entità della piegatura massima è correlata alle dimensioni della sezione trasversale, al tipo di sezione trasversale, e al tipo di materiale di cui è costituito il conduttore. In altre parole, le caratteristiche fisiche del conduttore impongono dei limiti al raggio minimo di piegatura, cui può essere sottoposto il conduttore stesso. Questo determina dei limiti nella progettazione della macchina elettrica. Se da un lato, l’impiego di conduttori di grande sezione migliora il riempimento delle cave, in particolare perché riduce sensibilmente lo spazio occupato dall’isolante, dall’altro lato, impone di realizzare delle cave distanti fra loro e, di conseguenza, peggiora le prestazioni della macchina elettrica a parità di dimensioni.

È uno scopo della presente invenzione quello di fornire un metodo di produzione di una bobina di materiale elettricamente conduttivo per una macchina elettrica che mitighi gli inconvenienti dell’arte nota.

Secondo la presente invenzione è fornito un metodo di produzione di una bobina di materiale elettricamente conduttivo per una macchina elettrica; il metodo comprendendo le fasi di:

- ricavare da un elemento di materiale conduttivo almeno due spire, ciascuna delle quali comprende almeno una porzione curva e due estremità; e

- unire meccanicamente ed elettricamente una delle due estremità di una delle due spire ad una delle due estremità dell’altra spira con un collegamento elettrico in modo da formare una bobina.

Grazie alla presente invenzione, si ottiene una bobina che ha delle proporzioni di altezza, larghezza e raggio di curvatura non vincolati tra loro da limiti fisici. Quindi, si possono realizzare bobine con sezione trasversale e raggio di curvatura minimi al fine di ottimizzare il fattore di riempimento della cava e le prestazione della macchina elettrica a parità di dimensione della stessa.

Inoltre, grazie alla presente invenzione, si possono realizzare bobine con un raggio di curvatura tale da consentire la realizzazione di macchine elettriche con elevata densità di campo magnetico a parità di sezione trasversale complessiva della bobina e di corrente elettrica.

Un altro scopo della presente invenzione è realizzare una bobina di materiale elettricamente conduttivo che limiti gli inconvenienti dell’arte nota.

Secondo la presente invenzione è realizzata una bobina di materiale conduttore elettrico per macchina elettrica; la bobina comprendendo: due spire ricavate da un elemento di materiale conduttore, e aventi ciascuna almeno una porzione curva e due estremità; le due spire essendo unite meccanicamente ed elettricamente lungo una delle due estremità di una delle due spire e una delle due estremità dell’altra spira con un collegamento elettrico in modo da formare una bobina.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno chiari dalla descrizione che segue di suoi esempi non limitativi di attuazione, con riferimento alle figure dei disegni annessi, in cui:

- la figura 1 è una vista prospettica di una bobina di materiale elettrico conduttore e di un dispositivo per realizzare la detta bobina secondo la presente invenzione;

- la figura 2 è una vista dall’alto di una spira della bobina della figura 1;

- la figura 3 è una vista dall’alto di un’altra spira della bobina della figura 1;

- la figura 4 è una vista ingrandita e con parti asportate per chiarezza di un particolare della bobina della figura 1;

- la figura 5 è una vista dall’alto di una forma di attuazione alternativa del particolare della figura 4;

- la figura 6 è una vista prospettica di una bobina realizzata secondo una forma di attuazione alternativa rispetto alla bobina della figura 1;

- la figura 7 è una vista dall’alto di una spira della bobina della figura 6;

- la figura 8 è una vista dall’alto di un’altra spira della bobina della figura 6;

- la figura 9 è una vista prospettica di uno stampo per produrre la bobina di figura 6 e della bobina di figura 6;

- la figura 10 è una vista prospettica esplosa e con parti asportate per chiarezza dello stampo e della bobina della figura 9;

- la figura 11 è una vista dall’alto di una forma di attuazione alternativa della spira della figura 2;

- la figura 12 è una vista dall’alto di una forma di attuazione alternativa dell’altra spira della figura 3; e

- la figura 13 è una vista dall’alto di una spira alternativa alla spira di figura 12.

Nella figura 1 è indicata una bobina di materiale elettricamente conduttivo per una macchina elettrica con il numero di riferimento 1.

In particolare e con riferimento alle figure da 1 a 5, la bobina 1 di materiale elettricamente conduttivo comprende una pluralità di spire 2 unite tra loro tramite un collegamento elettrico 3 e due spire 10 terminali, ciascuna delle quali è unita a una delle spire 2 tramite il collegamento elettrico 3.

Le spire 2 e 10 sono ricavate da almeno un elemento di materiale conduttore elettrico. In maggior dettaglio e in una forma preferita di attuazione non limitativa, le spire 2 e 10 sono ottenute mediante un processo di tranciatura da almeno un elemento di materiale conduttore elettrico. In un’altra forma preferita di attuazione non limitativa, le spire 2 e 10 sono ottenute mediante un processo di taglio da una lastra di materiale conduttivo (non illustrata nelle figure allegate).

Ciascuna spira 2 ha due estremità 4 e 5. Le spire 10 terminali comprendono un’estremità 4 e un terminale 11. Inoltre, le spire 10 terminali sono suddivise in una porzione rettilinea 7, una porzione curva 8, una porzione curva 9 e una porzione rettilinea 12 comprendente il terminale 11.

Con riferimento alle figure 2 e 4, ciascuna spira 2 comprende due porzioni rettilinee 7, una porzione curva 8 che unisce le due porzioni rettilinee 7, e due porzioni curve 9 in corrispondenza delle estremità 4 e 5 di ciascuna spira 2. In particolare le porzioni curve 8 hanno una forma a semicorona circolare per unire le due porzioni rettilinee 7. Le due porzioni curve 9 hanno una forma di un quarto di corona circolare.

In maggior dettaglio, ciascuna estremità 4 di ciascuna delle spire 2 e 10 è unita tramite il collegamento elettrico 3 con l’ estremità 5 della spira 2 adiacente.

Il collegamento elettrico 3 è realizzato con un dispositivo 6 di saldatura. Di conseguenza, il collegamento elettrico 3 è una saldatura elettrica lungo le estremità 4 e 5 di due spire 2, 10 adiacenti. In una forma alternativa di attuazione della presente invenzione, il collegamento elettrico 3 è realizzato con un dispositivo 6 di brasatura, di conseguenza, il collegamento elettrico 3 è una brasatura lungo le estremità 4 e 5 di due spire 2, 10 adiacenti.

In una forma preferita di attuazione, ciascuna spira 2 è conformata in modo che la resistenza elettrica locale lungo il collegamento elettrico 3 sia sostanzialmente uguale alla resistenza elettrica locale lungo le altre regioni della spira 2. Per sostanzialmente uguale si intende che la resistenza elettrica locale lungo il collegamento elettrico 3 sarà al massimo uguale al prodotto di un valore 1,2 per il valore della resistenza elettrica locale delle altre regioni della spira 2.

A tale scopo e con riferimento alla figura 4, la spira 2 è conformata in modo che l’area della sezione trasversale di ciascuna porzione curva 9 è maggiore dell’area della sezione trasversale di ciascuna porzione rettilinea 7. In una forma preferita e non limitativa della presente invenzione, la spira 2 è conformata in modo che la larghezza di ciascuna porzione curva 9 sia uguale o maggiore della larghezza di ciascuna porzione rettilinea 7. Di conseguenza, anche la spira 10 sarà conformata con la porzione 9 uguale o maggiore della porzione rettilinea 7, in accordo con la spira 2 alla quale deve essere collegata.

Il collegamento elettrico 3 è eseguito lungo l’estremità libera delle porzioni curva 9.

In altre parole, la porzione curva 9 sarà dimensionata in base alla resistenza addizionale prodotta del collegamento elettrico 3.

Secondo una forma di attuazione alternativa, illustrata nella figura 5, della presente invenzione, le porzioni curve 9 sono sostituite dalle porzioni curve 119 e 120. Il collegamento elettrico 3 è sostituito dal collegamento elettrico 103. L’area della sezione trasversale delle porzioni curve 119 e 120 è uguale all’area della sezione trasversale della porzione rettilinea 7. Inoltre, le due porzioni curve 119 non hanno uguale estensione e non sono entrambe a forma di un quarto di cerchio come nella forma di attuazione precedentemente illustrata. La spira 2 comprende porzioni curve 119, 120, in cui una porzione curva 119 si estende maggiormente che per un quarto di corona circolare e l’altra porzione curva 120 si estende meno di un quarto di corona circolare. Le due porzioni curve 119 e 120 hanno un’estremità inclinata e non perpendicolare ai bordi laterali 121. Il collegamento elettrico 3 è effettuato lungo le due porzioni curve 119 e 120. Grazie alle estremità inclinate, il collegamento elettrico 3 è effettuato lungo una dimensione maggiore della distanza tra i bordi laterali 121 delle porzioni curve 119 e 120, di conseguenza, la resistenza elettrica locale del collegamento elettrico 103 sarà sostanzialmente uguale alla resistenza elettrica locale delle altre regioni della spira 2. Per sostanzialmente uguale si intende che la resistenza elettrica locale lungo il collegamento elettrico 103 sarà al massimo uguale al prodotto di un valore 1,2 per il valore della resistenza elettrica locale delle altre regioni della spira 2.

Secondo una forma di attuazione alternativa della presente invenzione la bobina 1 è sostituita dalla bobina 201 e il metodo di produzione della bobina ha alcune fasi diverse che saranno illustrate di seguito e con riferimento alle figure da 6 a 10.

Con riferimento alla figura 6, una bobina di materiale elettricamente conduttivo per macchina elettrica è indicata con il numero di riferimento 201.

La bobina 201 comprende una pluralità di spire 202 unite tra loro tramite un collegamento elettrico 203 e due spire 210 terminali, ciascuna delle quali è unita a una delle spire 202 tramite il collegamento elettrico 203.

Le spire 202 sono ricavate da almeno un elemento di materiale conduttivo (non illustrata nelle figure allegate). In altre parole, le spire 202 sono ricavate per taglio o tranciatura dall’almeno un elemento di materiale conduttivo. Ciascuna spira 202 ha due estremità 204 e 205. Le spire 210 terminali comprendono un’estremità 204 e un terminale 211.

In maggior dettaglio, ciascuna estremità 204 di ciascuna delle spire 202, 210 è unita tramite il collegamento elettrico 203 con l’estremità 205 della spira 202 adiacente.

Inoltre, le spire 210 terminali sono suddivise in una porzione rettilinea 207 comprendente il terminale 211; una porzione curva 208; una porzione curva 209; e una porzione rettilinea 212.

Con riferimento alla figura 7, ciascuna spira 202 comprende due porzioni rettilinee 207, una porzione curva 208 che unisce le due porzioni rettilinee 207, e due porzioni curve 209 in corrispondenza delle estremità 204 e 205 di ciascuna spira 202. In particolare le porzioni curve 208 hanno una forma a semicorona circolare per unire le due porzioni rettilinee 207. Le due porzioni curve 209 hanno una forma di un quarto di corona circolare.

Con riferimento alle figure 9 e 10, i collegamenti elettrici 203 della bobina 201 sono realizzati tramite un processo di fusione. In maggior dettaglio i collegamenti elettrici 203 sono realizzati con l’ausilio di una forma 220. La forma 220 è costituita da una pluralità di lamierini 221 impilati lungo le estremità tramite perni 225. Ciascun lamierino 221 presenta due facce 222; e per ciascuna faccia 222 comprende una sede 223 configurata per alloggiare la porzione curva 209 delle spire 207 e una sede 224 per alloggiare materiale conduttore fuso.

La bobina 201 è realizzata inserendo le spire 202 tra i lamierini 221. In maggior dettaglio due porzioni curve 209 di due spire 202, 210 differenti sono inserite nelle sedi 223 di due lamierini 221 affacciati l’uno all’altro. Quando tutte le spire 202, 210 sono state inserite nei rispettivi lamierini 221, i detti lamierini 221 sono fissati con dei mezzi di fissaggio 230 tramite i perni 225. Successivamente, viene versato il materiale elettricamente conduttivo fuso nella forma 220, che è in comunicazione con le sedi 224. Una volta raffreddato il materiale elettricamente conduttivo fuso, viene eliminata la parte di materiale elettricamente conduttivo fuso presente nello stampo 220, che è al di fuori delle sedi 224. A questo punto vengono disassemblati i lamierini 222 dalle spire 202, e si ottiene la bobina 201.

Secondo una forma di attuazione alternativa illustrata nelle figure da 11 a 13, il collegamento elettrico non è realizzato lungo le porzioni curve della spire ma lungo le porzioni rettilinee. In particolare, la spira 2 o 202 della bobina 1 o 201 è sostituita dalla spira 302; mentre le spire 10 terminali sono sostituite dalle spire 310 e 310a terminali. La spira 302 comprende una porzione rettilinea 307, due porzioni curve 308 e due porzioni rettilinee 309, ciascuna delle quali collegata ad una rispettiva porzione curva 308. Le porzioni rettilinee 309 della spira 302 comprendono rispettivamente un’estremità 304 e 305. Le spire 310 e 310a terminali comprendono un’estremità 304 e un terminale 311. Le spire 302, 310 e 310a sono ricavate da almeno un elemento di materiale conduttore elettrico.

La spira 310 comprende una porzione rettilinea 312 comprendente il terminale 311, una porzione rettilinea 309 comprendente l’estremità 304 e una porzione curva 308 che unisce le due porzioni rettilinea 312 e 309. La spira 310° comprende una porzione rettilinea 309 che comprende da un lato l’estremità 305 e dall’altro il terminale 311.

In maggior dettaglio, ciascuna estremità 304 di ciascuna delle spire 302 e 310 è unita tramite un collegamento elettrico con l’ estremità 305 della spira 302 o 310a adiacente. Il collegamento elettrico può essere effettuato con una saldatura elettrica, una brasatura elettrica o con un processo di fusione come illustrato precedentemente.

Dalle figure allegate è evidente che secondo la presente invenzione, il collegamento elettrico può essere realizzato lungo una qualsiasi porzione della spira.

Una volta che la bobina 1 o la bobina 201 è stata realizzata si procede ad isolarla con un processo di isolamento elettrico. In una forma di attuazione preferita il processo di isolamento elettrico è un processo di anodizzazione.

È inoltre evidente che la presente invenzione copre anche forme di attuazione non descritte nella descrizione dettagliata e forme di attuazione equivalenti che rientrano nell’ambito di protezione delle rivendicazioni allegate.

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I 1. Un metodo di produzione di una bobina di materiale elettricamente conduttivo per una macchina elettrica; il metodo comprendendo le fasi di: - ricavare da un elemento di materiale conduttivo almeno due spire (2, 10; 202, 210; 302, 310), ciascuna delle quali comprende almeno una porzione curva (8; 208; 308) e due estremità (4, 5, 11; 204, 205, 211; 304, 305, 311); e - unire meccanicamente ed elettricamente una delle due estremità (4, 5; 204, 205; 304, 305) di una delle due spire (2, 10; 202, 210; 302, 310) ad una delle due estremità (5, 4; 205, 204; 305, 304) dell’altra spira (2, 10; 202, 210; 302, 310) con un collegamento elettrico (3; 103; 203) in modo da formare una bobina (1; 201).
2. Il metodo come rivendicato nella rivendicazione 1, in cui il collegamento elettrico (3) è eseguito mediante una saldatura elettrica o una brasatura.
3. Il metodo come rivendicato nella rivendicazione 1, in cui il collegamento elettrico (203) è eseguito mediante un processo di fusione.
4. Il metodo come rivendicato nella rivendicazione 1 o 3, in cui il collegamento elettrico (203) è eseguito mediante la posa di materiale conduttore fuso tra le estremità (204, 205) delle spire (202).
5. Il metodo come rivendicato nella rivendicazione 3 o 4, e comprendente la fase di disporre le due spire (202, 210) in uno stampo (220) comprendente una sede (224), per ciascuna coppia di spire (202, 210), adiacente alle dette estremità (204, 205) delle spire (202, 210).
6. Il metodo come rivendicato in una delle rivendicazioni da 3 a 5, in cui lo stampo (220) comprende almeno due lamierini (221) e il metodo comprende la fase di unire i due lamierini (221) per comporre lo stampo (210) e definire la sede (224).
7. Il metodo come rivendicato nella rivendicazione 6, comprendente la fase di posare il materiale conduttore fuso all’interno della sede (224) per connettere le estremità (204, 205) delle spire (202, 210) in modo da formare la detta bobina elettrica (201).
8. Il metodo come rivendicato nelle rivendicazioni da 1 a 7, in cui l’area della sezione trasversale delle estremità (4, 5) è maggiore dell’area della sezione trasversale delle altre zone della spira (2), in modo da ridurre la resistenza elettrica locale del collegamento elettrico (3); preferibilmente la larghezza delle estremità (4, 5) è maggiore della larghezza delle altre zone della spira (2).
9. Il metodo come rivendicato nelle rivendicazioni da 1 a 7, in cui l’area della sezione trasversale delle estremità (4, 5) è sostanzialmente uguale all’area della sezione trasversale delle altre zone della spira (2); preferibilmente la larghezza delle estremità (4, 5) è sostanzialmente uguale alla larghezza delle altre zone della spira (2).
10. Il metodo come rivendicato nella rivendicazione 1 o 2, in cui il collegamento elettrico (3) delle due estremità (4, 5) è effettuato lungo una linea obliqua ai bordi laterali della spira (2) per ridurre la resistenza elettrica locale del collegamento elettrico (3).
11. Il metodo come rivendicato in una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, comprendente la fase di isolare elettricamente la bobina (1; 201), preferibilmente tramite un processo di anodizzazione.
12. Una bobina di materiale elettricamente conduttivo per macchina elettrica, la bobina comprendendo: due spire (2; 202) ricavate da un elemento di materiale conduttore, e aventi ciascuna almeno una porzione curva (8; 208) e due estremità (4, 5; 204, 205); le due spire (2; 202) essendo unite meccanicamente ed elettricamente lungo una delle due estremità (4, 5; 204, 205) di una delle due spire (2; 202) e una delle due estremità (4, 5; 204, 205) dell’altra spira (2; 202) con un collegamento elettrico (3; 103; 203) in modo da formare la bobina (1; 201).
13. La bobina come rivendicato nella rivendicazione 12, in cui il collegamento elettrico (3) è eseguito mediante una saldatura elettrica o una brasatura elettrica.
14. La bobina come rivendicato nelle rivendicazioni 12 e 13, in cui il collegamento elettrico (203) è eseguito mediante un processo di fusione.
15. La bobina come rivendicato nella rivendicazione 14, in cui il collegamento elettrico (203) è eseguito mediante la posa di materiale conduttore fuso tra le estremità (204, 205) delle spire (202).
16. La bobina come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni da 12 a 15, in cui l’area della sezione trasversale delle estremità (4, 5) è maggiore dell’area della sezione trasversale delle altre zone della spira (2), in modo da ridurre la resistenza elettrica locale del collegamento elettrico (3); preferibilmente la larghezza delle estremità (4, 5) è maggiore della larghezza delle altre zone della spira (2).
17. La bobina come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni 12 a 16, in cui l’area della sezione trasversale delle estremità (4, 5) è sostanzialmente uguale all’area della sezione trasversale delle altre zone della spira (2); preferibilmente la larghezza delle estremità (4, 5) è sostanzialmente uguale alla larghezza delle altre zone della spira (2).
18. La bobina come rivendicato nella rivendicazione 12 o 13, in cui il collegamento elettrico (3) delle due estremità (4, 5) è effettuato lungo una linea obliqua ai bordi laterali della spira (2) per ridurre la resistenza elettrica locale del collegamento elettrico (3).
19. La bobina come rivendicato in una delle rivendicazioni da 12 a 18, in cui la bobina elettrica (1; 201) è isolata mediante un processo di isolamento, preferibilmente un processo di anodizzazione.