ITTO980825A1 - Motore elettrico sincrono. - Google Patents

Description

Descrizione dell'invenzione industriale dal titolo: "Motore elettrico sincrono".

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un motore elettrico sincrono.

Più specificamente, l'invenzione ha per oggetto un motore elettrico sincrono monofase comprendente

un rotore o induttore a magneti permanenti, con almeno una coppia di poli;

uno statore o indotto provvisto di un avvolgimento avvolto intorno ad un circuito magnetico;

mezzi rilevatori di posizione, associati al rotore, per fornire segnali di pilotaggio in funzione della posizione angolare del rotore, e un circuito di pilotaggio collegato a detti mezzi rilevatori ed all'avvolgimento di statore e presentante una coppia di terminali destinati ad essere collegati ad una sorgente di tensione alternata di alimentazione; il circuito di pilotaggio essendo predisposto per controllare il passaggio di corrente nell'avvolgimento di statore in funzione dei segnali forniti dai mezzi rilevatori di posizione.

I motori sincroni di tale tipo sono caratterizzati dal fatto che, in condizioni di funzionamento a regime, la velocità angolare ω (in giri/minuto) è legata alla frequenza f della tensione alternata di alimentazione in (Hz) e al numero p di coppie di poli dalla nota relazione:

Così, ad esempio, un motore sincrono monofase a due poli (p = 1) alimentato con una tensione alternata a 50Hz ruota, in condizioni di funzionamento a regime, con una velocità angolare ω = 3000 giri/minuto.

Un motore elettrico sincrono a 4 poli (p = 2), parimenti alimentato con una tensione alternata a 50Hz, ruota a regime con una velocità angolare di 1500 giri/minuto.

Uno scopo della presente invenzione è di realizzare un motore elettrico sincrono del tipo sopra specificato, avente in generale p (p = 1, 2 ...) coppie di poli ma presentante, nel funzionamento a regime, una velocità di rotazione di sincronismo pari a quella di un motore a 2p poli.

Questi ed altri scopi vengono realizzati secondo l'invenzione con un motore elettrico sincrono le cui caratteristiche principali sono definite nell'annessa rivendicazione 1.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno dalla descrizione dettagliata che segue, effettuata con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

la figura 1 è una rappresentazione schematica di un motore elettrico sincrono secondo l'invenzione;

la figura 2 è una serie di due diagrammi che mostrano andamenti semplificativi di segnali fom iti da sensori di posizione associati al rotore del motore secondo la figura 1;

la figura 3 è uno schema circuitale dettagliato di un motore elettrico secondo l'invenzione e

la figura 4 è una serie di diagrammi che mostrano, in funzione del tempo t riportato in ascissa, andamenti qualitativi esemplificativi di grandezze elettriche, elettromagnetiche e meccaniche del motore secondo l'invenzione, in condizioni di funzionamento a regime.

Con riferimento alla figura 1, un motore elettrico sincrono monofase 1 secondo l'invenzione comprende un rotore o induttore 2 a magneti permanenti con (almeno) una coppia di poli. Il rotore 2 è montato girevole rispetto ad uno statore comprendente un pacco di lamierini 3 sul quale è avvolto un avvolgimento formato da due semiavvolgimenti L1 e L2, fra loro interconnessi in 4. Nell'esempio di realizzazione illustrato il pacco 3 ha sostanzialmente la forma di una C. Esso peraltro potrebbe avere qualsiasi altra forma per sé nota. I semiavvolgimenti L1 e L2 sono avvolti sul circuito magnetico di statore 3 in sensi inversi. Essi possono essere costituiti da un unico filo conduttore isolato privo di discontinuità, e in tal caso il punto 4 rappresenta una presa centrale dell'avvolgimento da essi complessivamente formato. In alternativa, i semiavvolgimenti L1 e L2 possono essere realizzati separati, e poi interconnessi nel punto 4.

Nella realizzazione esemplificativamente illustrata al rotore 2 del motore 1 è associato un dispositivo rilevatore di posizione, complessivamente indicato con 5 nella figura 1. Tale dispositivo è atto a fornire segnali elettrici di pilotaggio in funzione della posizione angolare istantanea del rotore 2.

Nell'esempio di realizzazione illustrato il dispositivo rilevatore di posizione 5 comprende un disco 6 solidale in rotazione con il rotore 2. Da una faccia del disco 6 si estende un settore arcuato 7, di materiale opaco, avente un'estensione angolare di ad esempio 120°. Il dispositivo 5 comprende inoltre due coppie fotoemettitore-fotosensore, indicate con 8 e 9, disposte in rispettive posizioni fisse, lungo la traiettoria del settore 7, ad esempio a 180° fra loro. La coppia 8 comprende un fotodiodo (emettitore) PD1 ed un associato fototransistore (o fotodiodo ricevitore) PT1, disposti fra loro affacciati, da parti opposte rispetto alla traiettoria del settore opaco 7.

La coppia 9 comprende analogamente un fotodiodo (emettitore) PD2 ed un associato fototransistore ( fotodiodo ricevitore) PT2.

I semiavvolgimenti L1, L2, nonché i fotodiodi PD1, PD2 ed i fototrasistori PT1 e PT2 sono collegati ad un circuito di pilotaggio, complessivamente indicato con 10 nella figura 1. Tale circuito presenta una coppia di terminali A e B destinati ad essere collegati ad una sorgente di tensione alternata di alimentazione, ad esempio alla rete elettrica di distribuzione.

Nella figura 2 sono mostrati gli andamenti dei segnali PI e P2 fom iti dai fototransistori PT1 e PT2 nel corso di un giro elettrico completo (360°) del rotore 2 e dunque del disco 6, percorso in senso orario a partire dalla posizione iniziale mostrata nella figura 1, assumendo - come sopra indicato -che il settore opaco 7 abbia un'estensione angolare di 120°.

Nella figura 3 è mostrato lo schema dettagliato di un modo di realizzazione del circuito di pilotaggio 10.

Nell'esempio illustrato tale circuito comprende un primo ed un secondo SCR, indicati con Q1 e Q2, connessi essenzialmente in serie al primo semiavvolgimento L1 e rispettivamente al secondo semiavvolgimento L2, in rispettivi rami circuitali B1 e B2 connessi in parallelo fra i terminali di alimentazione A e B.

I fotodiodi PD1 e PD2 sono connessi in serie fra loro ed a un resistore R1, in un ulteriore ramo circuitale B3 connesso in parallelo fra i terminali A e B.

Il fototransistore PT1 ha l'emettitore collegato al terminale B, ed il collettore collegato al terminale A tramite un resistore R2 e al gate di Q1 tramite un resistore R3. Un resistore R4 è collegato fra il gate Q1 e il terminale B.

Analogamente, il fototransistore PT2 ha l'emettitore collegato al terminale B, ed il collettore collegato al terminale A tramite un resistore R5 e al gate di Q2 tramite un resistore R6. Un resistore R7 è collegato fra il gate di Q2 e il terminale B.

Fra i terminali A e B è inoltre collegato due un condensatore C1 di filtraggio.

Il funzionamento del motore elettrico sincrono secondo le figure 1 e 3 verrà ora descritto facendo riferimento anche ai grafici presentati nella figura 4.

I grafici della figura 4 mostrano gli andamenti di una pluralità di grandezze nel funzionamento a regime (cioè quando il rotore 2 del motore ruota alla velocità di sincronismo).

Nella figura 4 con VA è mostrato l'andamento della tensione alternata di alimentazione applicata fra i terminali A e B. Con PI e P2 sono indicati i segnali di abilitazione dei fototransistori PT1 e PT2.

Con gli andamenti esemplificativi mostrati nella figura 4, quando il settore opaco 7 intercetta la radiazione fra il fotodiodo PD1 ed il fototransistore PT1, il collettore di quest'ultimo si porta a livello "alto". Corrispondentemente, Q1 viene reso conduttivo non appena inizia una semionda positiva della tensione VAB. Quando Q1 passa in conduzione, sul semiavvolgimento L1 viene applicata una tensione VL1 sostanzialmente corrispondente alla tensione VAB. Nel semiavvolgimento Li fluisce corrispondentemente una corrente, indicata con IL1 nella figura 4, sfasata in ritardo rispetto alla tensione VL1. Il diodo controllato Q1 si interdice non appena la corrente IL1 si annulla. Quando ciò si verifica, anche la tensione VL1, nel frattempo divenuta negativa, viene meno.

Successivamente, non appena il settore opaco 7 intercetta la radiazione fra il fotodiodo PD1 ed il fototransistore PT2, il collettore di PT2 passa a livello "alto". Il diodo controllato Q2 diviene allora conduttivo non appena sopraggiunge una semionda positiva della tensione di alimentazione VAB. Sul semiav olgimento L2 si localizza allora una tensione VL2, il cui andamento corrisponde sostanzialmente a quello della tensione VAB, e in tale semiav olgimento fluisce una corrente IL sfasata in ritardo rispetto alla tensione VL2, come è indicato nel quinto grafico della figura 4. Il diodo controllato Q2 permeine in conduzione fino a quando la corrente IL2 si annulla. Quando ciò si verifica, il diodo controllato Q2 si interdice, e viene meno la tensione sul semiav olgimento L2.

Nel funzionamento a regime, i semiav olgimenti L1 e L2 vengono dunque alternatamente percorsi da rispettive correnti unidirezionali e IL2, aventi una frequenza pari alla metà della frequenza della tensione alternata νΜ di alimentazione.

Nel sesto grafico della figura 4 è qualitativamente illustrato l'andamento della forza magnetomotrice MMF relativa all'intero av olgimento formato dai semiav olgimenti L1 e L2. Come è noto, la forza magnetomotrice è proporzionale all'intensità della corrente. Siccome i semiav olgimenti L1 e L2 sono av olti in sensi opposti sullo stesso circuito magnetico, la forza magnetomotrice MMF presenta un andamento con semionde alternatamente di segno opposto, con una frequenza pari alla metà della frequenza della tensione di alimentazione νAB, come è mostrato nel sesto grafico della figura 4.

Il settimo grafico della figura 4 mostra invece l'andamento della forza elettromotrice EMF sviluppata a seguito della rotazione del rotore 2. Anch'essa presenta una frequenza doppia rispetto alla frequenza della tensione di alimentazione VAB.

L'ultimo grafico della figura 4 mostra qualitativamente l'andamento della coppia T sviluppata dal motore, la quale è - come noto -sostanzialmente proporzionale al prodotto della magnetomotrice MMF per la forza elettromotrice EMF.

Il motore sopra descritto, pure avendo una sola coppia di poli, ruota ad una velocità di sincronismo uguale a quella di un corrispondente motore sincrono avente due coppie di poli, e dunque ad una velocità dimezzata.

Il motore sopra descritto si comporta dunque come un motore elettrico sincrono a 4 poli, pur avendo un rotore a due poli ed uno statore che differisce da quello di un normale motore a due poli soltanto per il fatto che i due semiavvolgimenti sono avvolti in sensi inversi.

L'invenzione consente pertanto di realizzare un motore con prestazioni di un normale motore a quattro poli con una semplice modifica della parte statorica di un normale motore a due poli, con evidenti vantaggi dal punto di vista industriale.

Naturalmente, fermo restando il principio del trovato, le forme di attuazione e i particolari di realizzazione possono essere ampiamente variati rispetto a quanto è stato descritto ed illustrato a puro titolo d'esempio non limitativo, senza per questo uscire dall'ambito dell'invenzione come è definito nelle annesse rivendicazioni.

L'invenzione non si intende in particolare limitata a motori elettrici con un'unica coppia di poli. In effetti l'invenzione consente di ottenere motori con prestazioni corrispondenti a quella di normali motori a 2p coppie di poli utilizzando un rotore con p coppie di poli.

L'invenzione non è inoltre limitata a motori in cui il rilevamento della posizione angolare del rotore è realizzato con sensori di tipo ottico. Fra le varie possibili soluzioni alternative rientrano ad esempio dispositivi utilizzanti sensori ad effetto Hall.

Claims (5)

1. RIVENDICAZIONI 1. Un motore elettrico sincrono monofase (1) comprendente un rotore o induttore (2) a magneti permanenti, con almeno una coppia di poli, uno statore o indotto (3) provvisto di un avvolgimento (L1, L2) avvolto intorno ad un circuito magnetico (3), mezzi rilevatori di posizione (5) associati al rotore (2) per fornire segnali di pilotaggio (P1, P2) in funzione della posizione angolare del rotore (2), e un circuito di pilotaggio (10) collegato a detti mezzi rilevatori (5) e all'avvolgimento di statore (L1, L2) e presentante una coppia di terminali (A, B) destinati ad essere collegati ad una sorgente di tensione alternata di alimentazione (VAB) · il circuito di pilotaggio (10) essendo predisposto per controllare il passaggio di corrente nell'avvolgimento di statore (L1, L2) in funzione dei segnali forniti dai mezzi rilevatori di posizione (5); caratterizzato dal fatto che detto avvolgimento è suddiviso in primo ed un secondo semiavvolgimento (L1, L2) fra loro interconnessi, avvolti in sensi inversi intorno a detto circuito magnetico (3), e dal fatto che il circuito di pilotaggio comprende primi e secondi mezzi a conduzione controllata (Q1, Q2) connessi in serie al primo e rispettivamente al secondo semiaw olgimento di statore (L1, L2), in rispettivi rami circuitali (B1, B2} connessi essenzialmente in parallelo fra detti terminali di alimentazione (A, B); detti primi e secondi mezzi a conduzione controllata (Q1, Q2) avendo rispettivi ingressi di controllo accoppiati a detti mezzi rilevatori di posizione (5; PT1, PT2), in una disposizione tale per cui in condizione di funzionamento a regime detti semiavvolgimenti (L1, L2) vengono alternatamente percorsi da rispettive correnti unidirezionali (IL1, IL2) aventi una frequenza pari alla metà della frequenza della tensione alternata di alimentazione (VAB) .
2. 2. Motore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi a conduzione controllata comprendono due SCR (Q1, Q2) o dispositivi equivalenti.
3. 3. Motore secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detti mezzi rilevatori di posizione (5) comprendono un organo girevole (6) solidale con il rotore (2) e recante un diaframma opaco (7), ed una prima ed una seconda coppia fototoemettitore/fotorilevatore (8, 9) disposte in rispettive posizioni fisse lungo la traiettoria di detto diaframma (7).
4. 4. Motore secondo le rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto che detti mezzi rilevatori di posizione comprendono sensori ad effetto Hall.
5. 5. Motore elettrico sincrono monofase, sostanzialmente secondo quanto descritto ed illustrato, e per gli scopi specificati.