ITPD20090042U1 - Struttura perfezionata di motore elettrico a corrente continua, particolarmente per movimentazioni a bordo di autoveicoli quali alzavetri, sedili, tergicristalli e simili - Google Patents

Description

STRUTTURA PERFEZIONATA DI MOTORE ELETTRICO A CORRENTE CONTINUA, PARTICOLARMENTE PER MOVIMENTAZIONI A BORDO DI AUTOVEICOLI QUALI ALZAVETRI , SEDILI, TERGICRISTALLI E SIMILI

DESCRIZIONE

Il presente trovato ha per oggetto una struttura perfezionata di motore elettrico a corrente continua, particolarmente per movimentazioni a bordo di autoveicoli quali alzavetri, sedili, tergicristalli e simili.

Oggigiorno, la lettura di posizione, di velocità e di accelerazione di un albero motore di un motore elettrico a corrente continua da montare in un autoveicolo, viene generalmente effettuata con un dispositivo di tipo incrementale, nel quale una elettronica di controllo riconosce un punto zero (al raggiungimento e al riconoscimento di un finecorsa) e, a tale punto zero esegue una prima calibrazione in modo che, a partire da quel punto zero tale elettronica, contando gli impulsi che riceve da un sensore posto nel motore e affacciato all'albero motore, possa conoscere e valutare i movimenti di tale albero.

Il motore elettrico è generalmente accoppiato con un riduttore che a sua volta muove un azionamento per l'apertura o chiusura di un vetro, di una portiera, o per la movimentazione di un sedile o di un tergicristallo, o altre applicazioni simili. Particolarmente diffusi nei motori elettrici per tali applicazioni, sono i sensori di tipo digitale, noti come "sensori ad effetto Hall".

Con l'impiego di tali sensori, l'elettronica riconosce un susseguirsi di transizioni 1/0 e, dal conteggio e degli stessi ricava le informazioni di posizione, velocità ed accelerazione dell'albero motore e quindi degli azionamenti associati.

L'adozione di sensori Hall comporta dei costi, sia in termini di componentistica che di montaggio, nonché in termini di elettronica di controllo e di cablaggio in vettura, quest'ultimo richiedendo peculiari connettori.

E' altresì nota la possibilità di effettuare la rilevazione dei parametri di rotazione dell’albero motore senza ricorrere ai sensori Hall, predisponendo l’elettronica per la lettura del segnale analogico di alimentazione.

In particolare, l'elettronica è predisposta per conteggiare i cosiddetti ’ripple' di commutazione, ovvero i 'rimbalzi' di tensione dovuti alla commutazione tra spazzole e collettore.

Per poter essere letto dall'elettronica di controllo in modo utile, un simile segnale analogico deve però presentare un livello di rumore basso e ben filtrabile dall'elettronica, e con livelli di impulso (i rimbalzi di tensione alla commutazione) di energia sufficiente per essere ben riconosciuti dalla stessa elettronica; in tal modo il segnale analogico è assimilabile ad un segnale digitale e come tale computabile.

Per ottenere ciò è necessario che vi sia equilibrio stabile nel contatto tra spazzola e collettore commutatore.

Oggigiorno, per favorire tale equilibrio stabile nel contatto tra spazzola e collettore, la tendenza del settore è quella di realizzare sedi porta spazzole di elevata precisione, che non turbino il corretto movimento radiale della spazzola contenuta, e che con la stessa spazzola definiscano giochi limitati.

Ad oggi generalmente le sedi porta spazzole sono provviste al loro interno di guide a cassetto in ottone, infilate nel corpo porta spazzole realizzato in materia plastica, o incorporate in un circuito stampato che è parte strutturale del motore elettrico.

Tali soluzioni risultano relativamente costose, sia per l'adozione delle guide in ottone, sia per i costi ed i tempi di montaggio che comunque richiedono .

Il compito del presente trovato è quello di realizzare una struttura perfezionata di motore elettrico a corrente continua, particolarmente per movimentazioni a bordo di autoveicoli quali alzavetri, sedili, tergicristalli e simili, capace di ovviare, con costi contenuti, ai citati limiti dei motori a corrente continua di tipo noto.

Nell'ambito di tale compito, uno scopo del trovato è quello di mettere a punto una struttura di motore elettrico che migliori l'equilibrio stabile delle zone di contatto tra spazzole e collettore.

Un altro scopo del trovato è quello di realizzare una struttura di motore elettrico semplice da assemblare alla stregua dei motori elettrici di tipo noto.

Un ulteriore scopo del trovato è quello di mettere a punto un motore elettrico associabile a riduttori noti senza particolari modifiche di questi ultimi .

Quindi, importante scopo del trovato è quello di mettere a punto una struttura di motore elettrico a corrente continua controllabile anche senza l'installazione a bordo di sensori ad effetto Hall o di altri sensori simili.

Non ultimo scopo del trovato è quello di proporre una struttura perfezionata di motore elettrico a corrente continua, particolarmente per movimentazioni a bordo di autoveicoli quali alzavetri, sedili, tergicristalli e simili, semplice da realizzare con impianti e tecniche note .

Questo compito, nonché questi ed altri scopi che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da una struttura perfezionata di motore elettrico a corrente continua, particolarmente per movimentazioni a bordo di autoveicoli quali alzavetri, sedili, tergicristalli e simili, comprendente una carcassa di contenimento per un corpo statore ad almeno due poli, un rotore ad almeno otto cave, un albero motore con collettore commutatore e spazzole, queste ultime portate ciascuna in una corrispondente sede, di avanzamento radiale per consunzione della stessa spazzola, dette sedi essendo realizzate su un corpo porta spazzole da fissare a detta carcassa, che si caratterizza per il fatto che

- l'arco di contatto tra l'estremità a sbalzo di una spazzola e il collettore commutatore ha diametro uguale al diametro del collettore commutatore, o ne differisce per meno del 10% dello stesso diametro del collettore, e che

- ciascuna sede porta spazzola presenta due pareti laterali, con giaciture parallele tra loro e parallele all'asse di rotazione del motore, e due pareti ortogonali alle precedenti, con giacitura quindi sostanzialmente ortogonale all'asse di rotazione del motore, una di esse essendo sagomata a definire il fine corsa per la corrispondente spazzola, presentando un riscontro di battuta per la trecciola fissata alla spazzola.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di due forme di esecuzione preferite, ma non esclusive, della struttura di motore elettrico a corrente continua secondo il trovato, illustrata, a titolo indicativo e non limitativo, negli uniti disegni, in cui:

la figura 1 rappresenta una prospettica con rotore parzialmente estratto dalla carcassa, di una struttura di motore secondo il trovato in una sua prima forma realizzativa;

- la figura 2 è una prospettica del corpo porta spazzole;

la figura 3 è una vista del corpo porta spazzole, in sezione ortogonale rispetto all'asse della struttura di motore,

la figura 4 è una vista del corpo porta spazzole, in una ulteriore diversa sezione ortogonale rispetto all'asse della struttura di motore,

- la figura 5 è uno schema delle forza di spinta di una spazzola;

- la figura 6 mostra una sezione longitudinale di un particolare della struttura di motore secondo il trovato;

la figura 7 è una vista prospettica di una porzione di un corpo porta spazzole di una struttura di motore secondo il trovato in una sua seconda forma realizzativa;

- la figura 7 è una sezione trasversale del corpo porta spazzole di figura 6.

Con riferimento alle figure citate, una struttura perfezionata di motore elettrico a corrente continua secondo il trovato è indicata complessivamente, in figura 1, con il numero 10.

Tale struttura 10 comprende una carcassa 11, un rotore 12, un albero motore 13 con collettore commutatore 14 e spazzole 15.

Le spazzole 15 sono portate in una corrispondente sede 16, di avanzamento per consunzione.

Tali sedi 16 sono realizzate su un corpo porta spazzole 17, da fissare alla carcassa 11.

Le figure da 2 a 4 rappresentano una struttura di motore del tipo comprendente un corpo statore a quattro poli e un rotore a nove cave, elementi non illustrati per semplicità, con spazzole 15 poste ad operare in due direzioni radiali angolarmente distanti di un angolo P di 80°.

Le sedi 16 presentano ciascuna due pareti laterali 18 e 19, con giaciture parallele tra loro e parallele all'asse di rotazione del motore.

Da tali pareti laterali 18 e 19 sporgono nervature 20 di contenimento dei giochi tra le stesse pareti laterali e le affacciate corrispondenti superfici della rispettiva spazzola 15.

In particolare, il gioco di accoppiamento tra la larghezza A della spazzola 15 e la distanza minima B tra le antistanti nervature delle facce interne delle pareti laterali della sede della spazzola, è compreso tra il 2% ed il 12% di detta distanza minima B.

L'arco di contatto tra l'estremità a sbalzo 21 di una spazzola 15 e il collettore commutatore 14 ha diametro Di uguale al diametro D2 del collettore 14, come da figura 4, o ne differisce per meno del 10% di D1 stesso.

Ciascuna sede 16 per una spazzola 15 comprende anche due pareti 24 e 25 ortogonali alle pareti laterali 17 e 18, con giacitura quindi sostanzialmente ortogonale all'asse di rotazione del motore.

Analogamente, tali pareti ortogonali 24 e 25 presentano anch'esse nervature 20a sviluppantisi per la parete ortogonale inferiore 25 in direzione parallela alla direzione radiale di avanzamento della spazzola 15, e per la parete ortogonale superiore 24 in una direzione tangenziale; anche tali nervature 20a sono di contenimento dei giochi tra tali pareti 24 e 25 e le affacciate corrispondenti superfici della rispettiva spazzola 15 .

Una prima 24 di tali pareti è sagomata a definire il fine corsa per la corrispondente spazzola 15, presentando un riscontro 26 di battuta per la trecciola di alimentazione 27 fissata alla spazzola 15.

Il corpo porta spazzole 17 con sedi 16 come descritte è realizzabile per stampaggio ad iniezione di materia plastica, con l'impiego di stampi strutturalmente semplici e privi dei complessi carrelli radiali generalmente impiegati per la realizzazione delle sedi per le spazzole di tali corpi porta spazzole.

Infatti, come visibile dal particolare di figura 6, la prima parete ortogonale 24, sagomata per definire il riscontro 26 di fine corsa per la spazzola 15, è data da un lembo allungantesi da una parete laterale 19, in corrispondenza del quale, nella opposta parete ortogonale 25 è definito un controsagomato foro 24a, realizzato grazie ad un corrispondente rilievo di uno dei due semistampi dello stampo con cui è realizzato tale corpo porta spazzole 17.

Tale peculiarità strutturale consente di ottenere il corpo porta spazzole 17 mediante un semplice stampo a due semistampi, e il mancato impiego di complessi carrelli per la realizzazione dì sottosquadri consente ancor più vantaggiosamente di mettere a punto otto impronte per ciascuno stampo anziché quattro, a parità di dimensioni complessive dello stampo, raddoppiandosi i ritmi produttivi e dimezzandosi le tempistiche di produzione .

La lunghezza complessiva L della spazzola 15 è almeno doppia, e preferibilmente tripla, rispetto alla corsa utile C della stessa spazzola 15, misurata come distanza tra detta trecciola 27 e detto riscontro 26 di fine corsa.

Ciascuna spazzola 15 è spinta radialmente verso il collettore 14 da un braccetto d'estremità di una molla elicoidale 29, il quale agisce sulla faccia posteriore della spazzola 15.

Il braccetto della molla spingi spazzola 29 è posto ad agire su di un piano ortogonale all'asse del motore, e tocca la spazzola 15 in un punto T che dista dal piano meridiano PM della spazzola 15 una distanza K minore od uguale al 35% della larghezza A della spazzola 15 misurata sullo stesso piano di azione del braccetto 29; ciò è schematizzato in figura 5.

La larghezza A di una spazzola 15 su di un piano ortogonale all'asse di rotazione del motore, è compresa tra l'80% e il 97% della larghezza G di una lamella 14a del collettore 14.

Tale struttura dì motore secondo il trovato è da intendersi realizzabile anche con corpo statore a magneti permanenti composto da due poli e rotore ad otto scarpe polari, e in cui le direzioni di scorrimento delle due spazzole sono radiali rispetto al rotore e distano angolarmente 180° rispetto all'asse del collettore.

Tale struttura di motore secondo il trovato è da intendersi anche realizzabile con nove scarpe polari e statore a magneti permanenti composto da quattro poli, con le sede delle spazzole che tra loro distano angolarmente con angolo di 80°, come nelle figure da 2 a 4, oppure 120°, oppure 160° rispetto all'asse del collettore.

Tale struttura di motore secondo il trovato è da intendersi anche realizzabile con rotore realizzato con dieci scarpe polari e corpo statorico a magneti permanenti composto da due o quattro poli, in cui le direzioni di scorrimento delle due spazzole sono radiali rispetto al rotore, e distano angolarmente 72°, oppure 108°, oppure 144° oppure 180° rispetto all'asse del collettore .

Tale struttura di motore secondo il trovato è da intendersi anche realizzabile con rotore con dodici scarpe polari e corpo statorico a magneti permanenti composto da due o quattro poli, in cui le direzioni di scorrimento delle due spazzole definiscono tra loro un angolo di 90 o 180° geometrici rispetto all'asse del collettore.

Con le peculiarità strutturali sopra descritte delle spazzole 15, delle molle spingi spazzole 29, della posizione e forma della sede 16 di scorrimento delle spazzole, si ottiene un contatto stabile e costante tra collettore 14 e spazzole 15, su una superficie avente un arco di circonferenza con raggio pari a quello del collettore a meno di un modesto scostamento.

Tale superficie di contatto può essere cilindrica, o cilindrica a meno di una serie di scanalature cìrconf erenziali o, in alternativa, una superficie conica ma con il massimo ingombro radiale della spazzola .

Grazie a tali peculiarità strutturali, la somma delle forze agenti sulla spazzola 15 è pari sostanzialmente a zero, e la somma dei momenti delle forze agenti sulla spazzola rispetto ad un qualsiasi punto della superficie della spazzola appoggiata al collettore è molto vicina a zero.

Grazie alla struttura di motore 10 secondo il trovato, durante il funzionamento, in entrambi i versi di rotazione del collettore 14, non è rilevabile alcun significativo distacco o movimento fra spazzola 15 e collettore 14.

Ciò consente di ottenere un segnale di tensione, leggibile ai due capi della linea di alimentazione, idoneo ad essere efficacemente letto e trasformato in una informazione di posizione, velocità ed accelerazione del rotore, e quindi in una informazione relativa a posizione, velocità e forza espresse dall'azionamento da controllare .

Le figure 7 e 8 rappresentano una struttura di motore secondo il trovato in una sua seconda forma realizzativa .

In figura 7 sono visibili due spazzole 115 disposte radialmente a 180° una dall'altra.

Sono visibili le trecciole 127, i finecorsa 126, le pareti laterali 118 e 119 delle sedi delle spazzole con le nervature 120 e 120a.

In figura 6 sono ben visibili un braccetto 129 di spinta della spazzola 115 e il collettore 114 a otto scarpe polari.

Si è in pratica constatato come il trovato raggiunga il compito e gli scopi preposti.

In particolare, con il trovato si è messa a punto una struttura di motore elettrico che migliora l'equilibrio stabile delle zone di contatto tra spazzole e collettore, consentendo di ottenere un segnale in lettura della tensione di alimentazione pulito ed interpretabile come informazioni di posizione, velocità e accelerazione del motore. Inoltre, con il presente trovato si è messa a punto una struttura di motore elettrico semplice da assemblare alla stregua dei motori elettrici di tipo noto.

Quindi, con il trovato si è messa a punto una struttura di motore elettrico a corrente continua controllabile anche senza l'installazione a bordo di sensori ad effetto Hall o di altri sensori simili .

Ulteriormente, con il trovato si è messa a punto una struttura di motore elettrico associabile a riduttori noti senza particolari modifiche di questi ultimi.

Non ultimo, con il presente trovato si è realizzata una struttura perfezionata di motore elettrico a corrente continua, particolarmente per movimentazioni a bordo di autoveicoli quali alzavetri, sedili, tergicristalli e simili, semplice da realizzare con impianti e tecniche note .

Il trovato, così concepito, è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo; inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti.

In pratica, i materiali impiegati, nonché le dimensioni e le forme contingenti, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze e dello stato della tecnica.

Ove le caratteristiche e le tecniche menzionate in qualsiasi rivendicazione siano seguite da segni di riferimento, tali segni sono stati apposti al solo scopo di aumentare l'intelligibilità delle rivendicazioni e di conseguenza tali segni di riferimento non hanno alcun effetto limitante sull'interpretazione di ciascun elemento identificato a titolo di esempio da tali segni di riferimento .

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1) Struttura perfezionata (10) di motore elettrico a corrente continua, particolarmente per movimentazioni a bordo di autoveicoli quali alzavetri, sedili, tergicristalli e simili, comprendente una carcassa (11) di contenimento per un corpo statore ad almeno due poli, un rotore (12) ad almeno otto cave, un albero motore (13) con collettore commutatore (14) e spazzole (15), queste ultime portate ciascuna in una corrispondente sede (16), di avanzamento radiale per consunzione della stessa spazzola (15), dette sedi essendo realizzate su un corpo porta spazzole (17) da fissare a detta carcassa (11), che si caratterizza per il fatto che - l'arco di contatto tra l'estremità a sbalzo di una spazzola (15) e il collettore commutatore (14) ha diametro D1 uguale al diametro D2 del collettore commutatore (14), o ne differisce per meno del 10% dello stesso diametro del collettore (DI ), e che - ciascuna sede porta spazzola (16) presenta due pareti (18, 19) laterali, con giaciture parallele tra loro e parallele all'asse di rotazione del motore, e due pareti ortogonali alle precedenti (24, 25), con giacitura quindi sostanzialmente ortogonale all'asse di rotazione del motore, una di esse essendo sagomata a definire il fine corsa per la corrispondente spazzola (15), presentando un riscontro (26) di battuta per la trecciola di alimentazione (27) fissata alla spazzola (15).
2. 2) Struttura secondo la rivendicazione 1, che si caratterizza per il fatto che ciascuna di dette sedi (16) presenta due pareti laterali (18, 19) dalle quali sporgono nervature (20) di contenimento dei giochi tra tali pareti laterali e le affacciate corrispondenti superfici della rispettiva spazzola (15).
3. 3) Struttura secondo le rivendicazioni precedenti, che si caratterizza per il fatto che tali pareti ortogonali (24, 25) presentano nervature (20a) di contenimento dei giochi tra tali pareti e le affacciate corrispondenti superfici della rispettiva spazzola (15).
4. 4) Struttura secondo le rivendicazioni precedenti, che si caratterizza per il fatto che la lunghezza complessiva (L) della spazzola è almeno doppia rispetto alla corsa utile (C) della stessa spazzola (15), misurata come distanza tra detta trecciola (27) e detto riscontro (26) di fine corsa .
5. 5) Struttura, secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che il gioco di accoppiamento tra la larghezza (A) della spazzola (15) e la distanza minima (B) tra le antistanti nervature (20) delle facce interne delle pareti laterali della sede della spazzola, è compreso tra il 2% ed il 12% di detta distanza minima B.
6. 6) Struttura, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, che si caratterizza per il fatto che il braccetto della molla spingi spazzola (29) è posto ad agire su di un piano ortogonale all'asse del motore e tocca la spazzola (15) in un punto (T) che dista dal piano meridiano (PM) della spazzola una distanza (K) minore od uguale al 35% della larghezza (A) della spazzola misurata sullo stesso piano su cui agisce il braccetto.
7. 7) Struttura secondo le rivendicazioni precedenti, che sì caratterizza per il fatto che la larghezza (A) di una spazzola su di un piano ortogonale all'asse di rotazione del motore, è compresa tra l'80% e il 97% della larghezza (G) di una lamella del collettore. 8} Struttura perfezionata secondo le rivendicazioni precedenti, che sì caratterizza per il fatto di comprendere un corpo statore a due poli, ed un rotore ad otto cave, le spazzole essendo disposte ad agire su direzioni radiali diametralmente opposte. 9) Struttura perfezionata secondo le rivendicazioni da 1 a 6, che sì caratterizza per il fatto di comprendere un corpo statore a quattro poli e un rotore a nove cave, le spazzole essendo disposte ad agire su direzioni radiali distanti angolarmente un angolo a scelta tra 80°, 120°, 160° .