IT201900003375A1 - Rotore per motore elettrico universale e relativi procedimento e attrezzatura per la sua realizzazione - Google Patents

Description

Descrizione del brevetto per invenzione industriale avente per titolo:

“ROTORE PER MOTORE ELETTRICO UNIVERSALE E RELATIVI

PROCEDIMENTO E ATTREZZATURA PER LA SUA REALIZZAZIONE”

DESCRIZIONE

SETTORE TECNICO DELL’INVENZIONE

[001] La presente invenzione riguarda un rotore per un motore elettrico universale, ed i relativi procedimento e attrezzatura per la sua realizzazione. La presente invenzione si riferisce inoltre ad un procedimento per associare almeno un gancio di un collettore di un rotore ad almeno una porzione di filo di un avvolgimento rotorico.

STATO DELLA TECNICA

[002] In generale, un rotore comprende un albero sul quale è vincolato un pacco rotorico in cui sono ricavate delle cavità che accolgono avvolgimenti di filo, tradizionalmente realizzato in rame. All’albero è inoltre vincolato un collettore formato da lamelle di forma prismatica, anch’esse realizzate solitamente in rame, tra di loro accostate a formare un corpo cilindrico. Sulla superficie esterna delle lamelle di rame possono strisciare le spazzole che costituiscono i contatti con il circuito elettrico esterno al rotore.

[003] I fili dell’avvolgimento sono generalmente rivestiti di smalto elettricamente isolante per essere isolati elettricamente, evitando così che si formino contatti elettrici in ogni punto di contatto tra i diversi avvolgimenti attorno al pacco rotorico.

[004] Per accoppiare elettricamente e meccanicamente i fili dell’avvolgimento con le lamelle del collettore vengono impiegate svariate costruzioni e metodologie, ad esempio alle estremità delle lamelle possono essere previsti dei ganci conformati a U, attorno ai quali i fili degli avvolgimenti vengono disposti in uno o più giri.

[005] I ganci vengono quindi ripiegati in modo tale che la loro superficie interna venga chiusa attorno al filo che abbracciano, ottenendo un accoppiamento meccanico. In genere, i ganci e le lamelle note presentano superfici interne piatte; in alcuni casi, tuttavia, viene ricavata una gola nella superficie interna del gancio, per dare più spazio al filo durante la fase di chiusura del gancio stesso nel tentativo di limitarne la deformazione.

[006] Dopo aver richiuso i ganci sul filo, una corrente elettrica viene fatta passare attraverso elettrodi opportunamente posizionati sui ganci per portare localmente a fusione lo smalto tramite il calore generato, garantendo in questo modo il contatto elettrico tra il materiale conduttore del filo e quello del gancio, e ottenendo inoltre una sorta di saldatura.

[007] La competizione di costo nel settore ha recentemente promosso la sostituzione del rame, tradizionalmente utilizzato per gli avvolgimenti del rotore, con altri metalli meno pregiati, come ad esempio l’alluminio.

[008] Tuttavia, a differenza del rame, la cui temperatura di fusione è di circa 1084°C, l’alluminio ha una temperatura di fusione assai più bassa, ossia di circa 660°C, che risulta essere prossima alla temperatura raggiunta durante il passaggio di corrente elettrica sui ganci del collettore e necessaria alla rimozione dello smalto isolante.

[009] Pertanto, il calore sviluppato in tale fase, necessario per sciogliere localmente lo smalto isolante, comporta una deformazione eccessiva del filo in alluminio ed una riduzione della sua sezione resistente, fino addirittura a causarne la fusione metallica e la rottura localizzata, compromettendo quindi il funzionamento dell’accoppiamento tra filo e gancio del collettore, sia elettricamente che meccanicamente; ciò si traduce nel mancato funzionamento del motore ed il conseguente incremento del numero degli scarti di produzione.

[0010] Per ovviare tale inconveniente, la Richiedente ha ideato una tecnologia alternativa, descritta nella domanda di brevetto italiana 102016000009415, che utilizza gli ultrasuoni per ottenere una saldatura a freddo tra i ganci delle lamelle, realizzati in rame, e il filo dell’avvolgimento rotorico, realizzato in alluminio e ricoperto di smalto elettricamente isolante.

[0011] Tale soluzione prevede l’impiego di un sonotrodo adatto a richiudere con una predeterminata forza i ganci del collettore su una porzione di filo e successivamente applicare su di essi una oscillazione ad alta frequenza. Inoltre, vantaggiosamente, la superficie interna di ciascun gancio è dotata di un rilievo che, al momento della chiusura del gancio sul filo e della successiva vibrazione ad alta frequenza, incide la superficie superiore dello smalto isolante che ricopre il filo fino ad ottenerne una parziale rimozione, consentendo in tal modo il contatto diretto tra il materiale costituente il filo ed il gancio e dunque la connessione elettrica tra i due elementi.

[0012] In pratica, la rimozione localizzata dello smalto elettricamente isolante avviene grazie all’effetto combinato di una punzonatura e di uno sfregamento: pertanto, la temperatura massima sviluppata durante il procedimento sopra descritto rimane sufficientemente bassa per preservare completamente l’integrità e le caratteristiche fisiche e metallurgiche del filo di alluminio.

[0013] Tale procedimento, seppur funzionale, necessita di un accurato monitoraggio dei parametri di processo, in particolare nel caso in cui venga svolto nell’ambito di un impianto industriale ad elevata automatizzazione.

RIASSUNTO DELL’INVENZIONE

[0014] Compito principale di quanto forma oggetto della presente invenzione è quello di superare gli inconvenienti della tecnica nota escogitando un rotore per motore elettrico universale in cui la connessione elettrica e meccanica tra i fili dell’avvolgimento, realizzati in un primo materiale conduttore alternativo al rame e in particolare avente temperatura di fusione inferiore a quella del rame, e i ganci delle lamelle del collettore, realizzati in un secondo materiale conduttore ad esempio in rame, venga ottenuta in modo stabile ed affidabile, senza deteriorare alcun componente del rotore.

[0015] Ulteriore scopo è quello di escogitare un rotore per motore elettrico universale che sia ottenibile mediante un procedimento facilmente implementabile nell’ambito di un impianto industriale altamente automatizzato.

[0016] Un altro scopo della presente invenzione è quello di ideare un’attrezzatura che consenta di realizzare un rotore per un motore elettrico universale in modo semplice ed efficace.

[0017] Il compito e gli scopi sopra indicati, ed altri che meglio appariranno in seguito, vengono raggiunti da un rotore per un motore elettrico universale, da un’attrezzatura di realizzazione di un rotore per un motore elettrico universale e da un procedimento realizzazione di un rotore per un motore elettrico universale come definiti rispettivamente nelle rivendicazioni 1, 8 e 11.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

[0018] Ulteriori caratteristiche ed i vantaggi di un rotore per motore elettrico universale secondo la presente invenzione e del relativo procedimento di produzione diverranno più evidenti dalla seguente descrizione di particolari, ma non esclusive, forme di realizzazione, illustrate a puro titolo di esempio non limitativo con riferimento alle seguenti figure:

- le figure 1A e 1B mostrano, rispettivamente con una vista prospettica ed una vista laterale, un rotore secondo la presente invenzione;

- le figure 2A e 2B mostrano, rispettivamente in vista prospettica e in vista laterale, un collettore di un rotore secondo la presente invenzione; - le figure 3A e 3B mostrano i particolari cerchiati rispettivamente di figura 2A e 3A opportunamente ingranditi;

- le figure 4A e 4B mostrano, in vista laterale, una lamella di un collettore di un rotore secondo la presente invenzione rispettivamente prima e dopo il posizionamento del filo dell’avvolgimento;

- le figure 5A e 5B mostrano, in vista laterale, una lamella di un collettore di un rotore secondo la presente invenzione, disposta in corrispondenza di una posizione iniziale o terminale del filo dell’avvolgimento, rispettivamente prima e dopo il posizionamento di una porzione iniziale o terminale del filo dell’avvolgimento;

- le figure 6A e 6B mostrano, in vista prospettica, un primo ed un secondo utensile idonei alla formatura di un rotore secondo la presente invenzione; - le figure 7A e 7B mostrano, rispettivamente con una vista laterale e una vista prospettica, un’attrezzatura incorporante almeno un utensile di cui alle precedenti figure 6A, 6B, per la formatura di un rotore secondo la presente invenzione;

- la figura 8 mostra, con una vista schematica ingrandita, la geometria di una cava ottenuta su un collettore di un rotore secondo la presente invenzione. DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL’INVENZIONE

[0019] Si precisa che i termini direzionali utilizzati per descrivere la presente invenzione, quali "sopra, sotto, verticale, orizzontale, inferiore, superiore, radiale e circonferenziale", come anche qualsiasi altro termine direzionale simile, vanno interpretati con riferimento ad un rotore come mostrato nelle allegate figure.

[0020] Con riferimento in particolare alle figure 1A e 1B, si è genericamente indicato con il numero 10 un rotore per motore elettrico universale o un generico rotore per motore elettrico secondo la presente invenzione.

[0021] I motori elettrici universali sono generalmente sviluppati per operare con svariate forme di energia elettrica, ad esempio corrente continua, corrente alternata o altro ancora e con prestazioni in grado di raggiungere velocità di rotazione ad esempio con intervalli da 0 a 20.000 giri al minuto in entrambi i sensi di rotazione, impiegando rapporti di corrente/potenza variabili, ovvero rapporti A/W/RPM variabili.

[0022] Il rotore 10 comprende un albero 12, estendentesi lungo un primo asse X-X, sul quale sono calettati in modo coassiale tra loro un collettore 14 ed un pacco rotorico 16. Attorno al pacco rotorico 16 sono disposti i fili, non visibili nelle figure 1A e 1B, che compongono l’avvolgimento rotorico. I fili sono realizzati vantaggiosamente in un primo materiale conduttore, e sono rivestiti con un rivestimento elettricamente isolante, quale ad esempio uno smalto elettricamente isolante o una vernice isolante elettrica o altro rivestimento equivalente.

[0023] Come mostrato nelle figure 2A e 2B, il collettore 14 comprende un corpo cilindrico formato da una pluralità di lamelle 18 disposte circonferenzialmente accostate ma disgiunte elettricamente l’una dall’altra, ciascuna comprendente un elemento di corpo 19, di forma essenzialmente parallelepipeda piana, avente uno sviluppo longitudinale in una direzione parallela all’asse X-X di detto albero 12, la cui estremità rivolta verso detto pacco rotorico 16 presenta un gancio 20, essenzialmente ottenuto come un’appendice flessibile, la cui funzione è quella di trattenere in posizione una porzione 24 di filo dell’avvolgimento 22, realizzando un contatto elettrico con esso. Ciascun gancio 20 è preferibilmente ottenuto in corpo unico con la rispettiva lamella 18.

[0024] Il collettore 14 viene infatti raggiunto da fili 22 dell’avvolgimento rotorico che sono disposti a formare un giro attorno al gancio 20 così che almeno una porzione 24 di ciascun filo 22 sia disposta tra il gancio 20 stesso e la rispettiva lamella 18 dalla quale il gancio 20 si estende.

[0025] Ciascuna lamella 18 è realizzata in un secondo materiale conduttore, ad esempio rame o una lega comprendente rame. Preferibilmente, il primo materiale conduttore è un metallo avente temperatura di fusione inferiore alla temperatura di fusione del secondo materiale conduttore; ad esempio detto primo materiale conduttore è alluminio o una lega comprendente alluminio.

[0026] Alternativamente, il primo materiale conduttore e il secondo materiale conduttore possono essere uguali, impiegando sostanzialmente il medesimo materiale per realizzare ciascuna lamella e i fili, ad esempio utilizzando per entrambi rame o alluminio o altro, oppure possono essere invertiti tra loro, realizzando quindi lamelle nel primo materiale conduttore e i fili dell’avvolgimento nel secondo materiale conduttore.

[0027] Ciascun gancio 20 è elasticamente deformabile tra una posizione iniziale aperta, nella quale è discostato dalla superficie della lamella 18 dalla quale si estende e consente il posizionamento di una porzione 24 di filo 22 al di sotto di esso, ed una posizione finale chiusa, in cui abbraccia con la sua superficie interna 20A detta porzione 24 di filo 22 ed è avvicinato alla superficie dell’elemento di corpo 19 della relativa lamella 18.

[0028] Secondo una caratteristica assai vantaggiosa della presente invenzione, come meglio visibile nelle figure 3A e 3B, sulla superficie interna 20A di ciascuno di detti ganci 20 è prevista almeno una prima cava 21, ribassata rispetto alla superficie dell’elemento di corpo 19 della lamella 18 e configurata in modo tale da accogliere parzialmente la relativa porzione 24 di filo dell’avvolgimento 22 per interferenza, a causa della pressione esercitata dal gancio 20 nel passaggio dalla posizione aperta alla posizione chiusa.

[0029] Ciascuna di dette prima cave 21 è realizzata vantaggiosamente come una sede cieca, estendentesi secondo una direzione sostanzialmente trasversale allo sviluppo della lamella 18, e dunque in una posizione radiale lungo una circonferenza rispetto all’estensione dell’asse X-X del rotore 10, e preferibilmente aperta ai lati. Eventualmente, ciascuna di dette prime cave 21 può estendersi con una traiettoria leggermente incurvata attorno a detto gancio 20 per creare un invito al posizionamento del filo 22 attorno al gancio 20

[0030] Secondo una caratteristica della presente invenzione, come si evince dalla figura 8, ciascuna cava 21 ha preferibilmente sezione essenzialmente trapezoidale, definita da una parete di fondo 21A, sostanzialmente piana, e da una coppia di pareti laterali 21B affacciate e lievemente divergenti, a formare un’apertura sommitale 23 di ampiezza A, giacente sostanzialmente a filo con la superficie della lamella 18 e definita da una coppia di porzioni di bordo 21C opposte ed affacciate.

[0031] Dette porzioni di bordo 21C sono adatte a raccordare le pareti laterali 21B della sede 21 alla superficie della lamella 18 o la superficie interna 20A del gancio 20 e sono vantaggiosamente conformate in modo tale da presentare un raggio di curvatura ridotto, approssimante uno spigolo.

[0032] Inoltre, vantaggiosamente, l’ampiezza A di detta apertura sommitale 23, misurata essenzialmente come distanza tra dette porzioni di bordo 21C, è inferiore al diametro D della porzione 24 di filo dell’avvolgimento 22 che deve ricevere, ed in particolare compresa tra il 70-90%, e preferibilmente 80% di detto diametro D, inteso come somma del diametro del filo in alluminio e dello smalto elettricamente isolante.

[0033] Infine, anche la profondità H delle cave 21, ossia la distanza tra detta apertura sommitale 23 e detta parete di fondo 21A, è vantaggiosamente inferiore rispetto al diametro D del filo 22, e preferibilmente compresa tra il 70 e il 90% di quest’ultimo.

[0034] Come visibile dal confronto delle figure 4A e 4B, quando il filo dell’avvolgimento 22 viene posizionato in modo noto attorno ai ganci 20 del collettore 14, ed essi vengono fatti passare dalla posizione aperta alla posizione chiusa, richiudendosi con una predeterminata forza al di sopra della porzione 24 di filo 22 da trattenere, quest’ultima viene premuta verso l’interno della corrispondente cava 21.

[0035] Tuttavia, poiché l’ampiezza A dell’apertura sommitale 23 della cava 21 è inferiore alla dimensione D del diametro del filo 22, quando detto gancio 20 viene movimentato dalla posizione aperta alla posizione chiusa, le porzioni di bordo 21C di detta apertura 23 rimuovano localmente per frizione ed abrasione lo smalto elettricamente isolante che ricopre la porzione 24 del filo 22, consentendo vantaggiosamente il contatto diretto tra il materiale conduttore che costituisce il filo 22 ed il materiale conduttore del gancio 20 e stabilendone una connessione elettrica.

[0036] Inoltre, grazie alla specifica geometria di ciascuna di dette prime cave 21, e in particolare la profondità H e l’ampiezza A dell’apertura sommitale 23, il filo 22 verrà solo parzialmente accolto per interferenza all’interno di essa durante l’operazione di chiusura dei ganci 20, deformandosi plasticamente in modo tale da far penetrare solamente una prima porzione 24A della sua sezione, ad esempio posta inferiormente, all’interno della cava 21, mentre una seconda porzione 24B di sezione, complementare alla prima e ad esempio disposta superiormente alla stessa, rimane all’esterno della cava 21, avvolta esternamente dalla superficie interna 20A del gancio 20. In questo modo, vantaggiosamente, la sezione resistente del filo 22 non viene schiacciata in modo eccessivo, scongiurando quindi il rischio di rotture localizzate.

[0037] Riassumendo, il procedimento per associare almeno un gancio 20 di una lamella 18 di un collettore 14 di un rotore 10 secondo la presente invenzione ad almeno una porzione 24 di filo 22 di un avvolgimento rotorico ricoperto di smalto elettricamente isolante, comprendente le seguenti fasi:

- posizionare il collettore 14 su un supporto;

- avvolgere almeno una porzione 24 di filo 22 attorno a detto gancio 20;

- movimentare detto gancio 20 da una posizione iniziale aperta a una posizione finale chiusa in cui il gancio 20 abbraccia detta porzione 24 di filo 22 ed è avvicinato alla lamella 18, premendo con una forza predeterminata affinché le porzioni di bordo 21C definenti l’apertura sommitale 23 di detta prima cava 21 rimuovano localmente per frizione ed abrasione lo smalto elettricamente isolante che ricopre detta porzione 24 di filo 22 per consentire il contatto diretto tra il primo materiale conduttore ed il secondo materiale conduttore e quindi il collegamento elettrico tra detto filo 22 e detta lamella 18.

[0038] Durante l’operazione di chiusura dei ganci, o successivamente alla stessa, è anche possibile l’applicazione di una predeterminata energia adatta a sviluppare sui ganci 20 una temperatura sufficiente a fondere e deformare parzialmente e in modo localizzato lo smalto isolante del filo. Tuttavia, grazie alla presenza delle cave 21 sulla superficie interna 20A dei ganci 20, lo smalto isolante è già stato rimosso per frizione ed abrasione all’atto del movimento di chiusura dei ganci 20 e conseguentemente la temperatura da sviluppare mediante l’applicazione di energia rimane sufficientemente bassa per preservare completamente integrità e caratteristiche fisiche del filo 22 e delle lamelle 18 del collettore 14.

[0039] Preferibilmente, almeno due delle lamelle 18 del collettore 14, ad esempio disposte da parti diametralmente opposte dello stesso, comprendono inoltre una seconda cava 21’, disposta accostata a detta prima cava 21 e più prossima all’elemento di corpo 19 della corrispondente lamella 18, adatta a cooperare e trattenere una porzione di estremità del filo dell’avvolgimento 22.

[0040] Dette seconde cave 21’ possono essere identiche a dette prime cave 21; secondo un’alternativa preferita, come meglio si evince dalle figure 3A e 3B, dette seconde cave 21’ hanno una sezione di forma essenzialmente identica a quella di dette prime cave 21 e, pur mantenendo una sezione sostanzialmente costante nello sviluppo trasversale rispetto alle rispettive lamelle 18, si estendono preferibilmente secondo una traiettoria maggiormente incurvata attorno a detto gancio 20, al fine di fornire un invito al corretto posizionamento della relativa porzione di estremità del filo 22 sotto il gancio 20.

[0041] Nelle figure 5A e 5B è mostrato un esempio in cui il gancio 20 comprende una prima ed una seconda cava 21, 21’, rispettivamente in una fase precedente al posizionamento delle porzioni di filo 22 e successivamente al posizionamento delle stesse e alla chiusura del gancio 20. La funzione di detta seconda cava 21’ è essenzialmente la stessa di quella sopra descritta in relazione a dette prime cave 21.

[0042] Con riferimento alla figura 6A è mostrato un primo utensile 50 idoneo alla realizzazione di dette prime cave 21 in un collettore 14, in particolare mediante una formatura a freddo per pressione. Detto primo utensile 50 è realizzato in un materiale rigido e resistente, in particolare avente una rigidezza superiore a quella del materiale conduttore che costituisce le lamelle 18 ed i ganci 20 di detto collettore 14, e comprende essenzialmente una prima testa di formatura 51 dotata di una prima superficie di formatura 51A opportunamente contro-sagomata rispetto alla sagoma di dette prime cave 21. Detta prima testa di formatura 51 è prevista all’estremità di un braccio di supporto 52 ed è preferibilmente ottenuta in unico pezzo con lo stesso.

[0043] Vantaggiosamente, detta prima testa di formatura 51 comprende inoltre una seconda superficie di formatura 51B, disposta superiormente a detta prima superficie di formatura 51A ed essenzialmente inclinata rispetto alla stessa, configurata per formare una scanalatura adatta ad accogliere la superficie interna 20A di detto gancio 20 in modo tale da fornire un riferimento durante la fase di ottenimento della prima cava 21.

[0044] In figura 6B è invece mostrato un secondo utensile 50’, essenzialmente simile a detto primo utensile 50 ma idoneo alla formatura a freddo per pressione di dette seconde cave 21’ in un collettore 14, qualora le stesse abbiano una conformazione maggiormente arcuata o comunque differente da quella di dette prime cave 21.

[0045] Infatti, detto secondo utensile 50’ comprende essenzialmente una corrispondente testa di formatura 51’ dotata di una prima superficie di formatura 51A’ opportunamente contro-sagomata rispetto alla sagoma di detta seconda cava 21’, e dunque preferibilmente maggiormente arcuata rispetto alla sagoma della prima superficie 51A di detto primo utensile 50. Detta testa di formatura 51’ è prevista all’estremità di un secondo braccio di supporto 52’ ed è preferibilmente ottenuta in unico pezzo con lo stesso.

[0046] Vantaggiosamente, anche la testa di formatura 51’ di detto secondo utensile 50’ comprende una seconda superficie di formatura 51B’ disposta superiormente a detta prima superficie di formatura 51A’, e avente medesima funzione della corrispondente seconda superficie 51B di detto primo utensile 50.

[0047] Come mostrato nelle figure 7A e 7B, detti primo e secondo utensile 50, 50’ sono adatti ad essere vantaggiosamente montati su o incorporati in una attrezzatura 60 per realizzare in modo automatizzato le cave 21, 21’ in un collettore per l’ottenimento di un rotore 10 secondo la presente invenzione, come spiegato oltre con maggior dettaglio.

[0048] Detta attrezzatura 60 comprende almeno uno di detti utensili 50, 50’ adatto ad operare in modo tale che la prima superficie 51A, 51A’ della relativa testa di formatura 51, 51’ cooperi con detta pluralità di lamelle 18 di un collettore per incidere la superficie interna 20A dei ganci 20 quando in posizione aperta, ed ottenere quindi la dette cave 21, 21’. In tale fase, i ganci 20 del collettore sono in posizione aperta e il filo dell’avvolgimento 22 non è ancora stato posizionato.

[0049] Preferibilmente, detta attrezzatura 60 è dotata di una prima struttura di supporto 61 adatta a supportare almeno in modo girevole attorno a detto primo asse X-X l’albero 12 del rotore 10, su cui sono calettati in modo noto un pacco rotorico ed un collettore convenzionale, ossia sprovvisto di cave 21, 21’, e una seconda struttura di supporto 62 adatta a supportare detto almeno un utensile 50, 50’ scorrevolmente almeno lungo un secondo asse Y-Y ortogonale a detto primo asse X-X.

[0050] Detta attrezzatura 60 comprende inoltre primi e secondi mezzi di movimentazione (non mostrati nelle figure), azionabili in modo coordinato da un’unità di comando e controllo (non mostrata) nota e convenzionale, opportunamente programmata, per realizzare in modo automatizzato dette cave 21, 21’ su un collettore.

[0051] In particolare, detti primi mezzi di movimentazione sono vantaggiosamente associati all’utensile 50, 50’ per movimentarlo tra una posizione non operativa, in cui detta testa di formatura 51, 51’ è sollevata rispetto a detto collettore, e una posizione operativa, in cui detta testa di formatura 51, 51’ è a contatto con detto collettore, e in particolare la prima superficie di formatura 51A, 51A’ preme sulla superficie interna 20A di un gancio 20, incidendola in modo tale da realizzare una corrispondente cava 21, 21’.

[0052] Preferibilmente, il movimento compiuto da detto utensile 50, 50’ nel passaggio tra detta posizione non operativa e detta posizione operativa comprende almeno una traslazione lungo una direzione parallela al secondo asse Y-Y (indicata dalla freccia F in figura 7B), e dunque perpendicolare all’asse X-X di sviluppo del rotore 10.

[0053] Tuttavia, poiché dette cave 21, 21’ sono ottenute sulla superficie interna 20A di detti ganci 20, è necessario che la testa di formatura 51, 51’ dell’utensile 50, 50’ si inserisca al di sotto degli stessi nella fase di formatura; pertanto, preferibilmente, detti primi mezzi di movimentazione sono atti a muovere detto utensile 50, 50’ anche lungo una direzione essenzialmente parallela all’asse X-X di estensione dell’albero 12 del rotore 10 (indicata dalla freccia T in figura 7B). In alternativa, il movimento lungo detto primo asse X-X, utile al corretto posizionamento della testa di formatura 51, 51’ sulla superficie interna del gancio 20A, può essere ottenuto movimentando assialmente il collettore, ad esempio tramite detti secondi mezzi di movimentazione.

[0054] Detti secondi mezzi di movimentazione (non mostrati nelle figure), sono invece vantaggiosamente associati all’albero 12 del rotore 10 per trascinare quest’ultimo in rotazione, come mostrato dalla freccia R di figura 7B, in modo tale che il collettore su di esso calettato ruoti solidalmente.

[0055] Detti primi mezzi di movimentazione possono essere ad esempio formati da una slitta motorizzata collegata al braccio di supporto 52, 52’ di detto utensile 50, 50’, e mobile tra due posizioni di finecorsa corrispondenti rispettivamente alla posizione non operativa e alla posizione operativa della testa di formatura 51, 51’.

[0056] Detti secondi mezzi di movimentazione possono ad esempio comprendere una cinghia di trasmissione scanalata, ingranata ad una ruota dentata montata coassiale all’albero del motore in modo tale da trasferire il movimento rotatorio generato da un motore elettrico. In alternativa, detti secondi mezzi di movimentazione 64 possono comprendere un attrezzo collegato ad un motore passo-passo in grado di mettere in rotazione il collettore.

[0057] Nelle figure 7A e 7B i bracci di supporto 52, 52’ di detti primo e secondo utensile 50, 50’ si estendono lungo detto secondo asse Y-Y; tuttavia, sono possibili forme di realizzazione in cui detti bracci di supporto 52, 52’ si estendono lungo assi diversi da detto secondo asse Y-Y, ad esempio sono paralleli all’asse X-X di estensione del rotore 10.

[0058] Viene ora descritto il procedimento per la realizzazione automatizzata di un collettore 14 di un rotore 10 per motore elettrico universale secondo la presente invenzione mediante l’impiego un’attrezzatura 60 secondo la presente invenzione.

[0059] Nella forma realizzativa mostrata nelle figure 7A e 7B, detta attrezzatura 60 è adatta ad incorporare un unico utensile di formatura scelto tra detto primo utensile 50 e detto secondo utensile 50’.

[0060] Inizialmente, quindi, viene montato su detta attrezzatura 60 il primo utensile 50 per l’ottenimento di detta pluralità di prime cave 21. L’utensile 50 viene posizionato sulla prima struttura di supporto 61 mentre il collettore viene disposto sulla seconda struttura di supporto 62.

[0061] Nelle figure 7A e 7B detto utensile 50 è posizionato superiormente al collettore e in modo tale che detto braccio di supporto 52 si estenda lungo un asse Y-Y ortogonale all’asse X-X di sviluppo dell’albero 12 del rotore 10. Sono tuttavia possibili anche disposizioni differenti: ad esempio, l’utensile 50 può essere posizionato lateralmente o inferiormente rispetto al collettore.

[0062] Inoltre, in una forma realizzativa vantaggiosa non mostrata nelle figure, detta attrezzatura 60 può comprendere almeno una coppia di primi utensili 50, disposti ad esempio da lati diametralmente opposti del collettore, per ridurre i tempi necessari per l’ottenimento di detta pluralità di prime cave 21 sul collettore.

[0063] A questo punto, detta unità di comando e controllo provvede ad azionare in modo coordinato detti primi e secondi mezzi di azionamento, rispettivamente operativamente collegati all’utensile 50 e al collettore, per la formazione di detta pluralità di prime cave 21.

[0064] Infatti, mentre detti primi mezzi di movimentazione movimentano la testa di formatura 51 di detto primo utensile 50 in modo alternato tra detta posizione non operativa e detta posizione operativa, detti secondi mezzi di movimentazione ruotano sequenzialmente l’albero 12 del rotore 10 attorno a detto asse X-X, posizionando di volta in volta uno di detti ganci 20 nella traiettoria di movimento di detta testa di formatura 51, in modo tale che per ogni corsa dalla posizione non operativa alla posizione operativa quest’ultima prema sulla superficie interna 20A di un gancio 20, ricavando per formatura a freddo per pressione una cava 21 avente la geometria sopra illustrata.

[0065] In altre parole, il funzionamento dell’attrezzatura 60 per la formatura automatizzata di una pluralità di prime cave 21 sul collettore 14 secondo la presente invenzione è essenzialmente il seguente: inizialmente, un collettore di un rotore viene predisposto in modo tale che una prima lamella 18 di detta pluralità di lamelle 18 che costituiscono la superfice esterna di un collettore, con il rispettivo gancio 20 in posizione di apertura, sia in prossimità della testa di formatura 51 di detto primo utensile 50, che assume una posizione non operativa.

[0066] Successivamente, detti primi mezzi di movimentazione provvedono a movimentare la testa di formatura 51 dalla posizione non operativa alla posizione operativa; durante tale movimentazione, la seconda superficie 51B della testa di formatura 51 funge da riferimento per il corretto posizionamento della prima superficie di formatura 51A, in modo tale che la stessa incida a pressione la superficie interna 20A del gancio 20, ottenendo una prima cava 21 avente un’opportuna e contro sagomata geometria.

[0067] In particolare, preferibilmente, la testa di formatura 51 si muove dalla posizione non operativa alla posizione operativa mediante almeno una traslazione lungo detto secondo asse Y-Y, per incidere la superficie interna del gancio 20, ed eventualmente mediante una traslazione lungo un asse parallelo all’asse X-X, per inserirsi al di sotto del gancio 20; in alternativa, quest’ultima traslazione può essere ottenuta movimentando assialmente il collettore.

[0068] Detta testa di formatura 51 viene poi distaccata dalla superficie interna del gancio 20, e rientra verso la posizione non operativa tramite un movimento a ritroso; successivamente, o contestualmente a tale operazione, detti secondi mezzi di movimentazione provvedono a movimentare detto rotore 10 con una rotazione attorno a detto asse X-X, di un angolo sufficiente a portare una seconda lamella 18 del collettore, preferibilmente adiacente a detta prima lamella, nella traiettoria seguita dalla testa di formatura 51 verso la posizione operativa.

[0069] Le fasi sopra descritte vengono quindi ripetute fino alla realizzazione di almeno una cava 21 per ciascun gancio 20 del collettore 14.

[0070] Successivamente, il rotore 10 viene prelevato dall’attrezzatura 60 e movimentato verso una stazione di bobinatura, nella quale il filo dell’avvolgimento 22 viene avvolto in modo noto e convenzionale tra il pacco rotorico 16 ed il collettore 14, formando di volta in volta un giro attorno a ciascuno di detti ganci 20.

[0071] Per bloccare le due estremità libere del filo dell’avvolgimento 22, il rotore 10 viene movimentato su un’attrezzatura 60 sulla quale è montato detto secondo utensile 50’. Un apposito dispositivo, quale ad esempio un visore ottico o meccanico di polarizzazione del rotore 10, individua la posizione di dette estremità libere, generalmente localizzate in corrispondenza di due lamelle 18 diametralmente opposte del collettore 14, e provvede a posizionare una di tali lamelle 18 in corrispondenza della testa di formatura 51’ del secondo utensile 50’ il quale, con movimenti essenzialmente simili a quelli sopra descritti per la formatura della prima cava 21, procede alla formazione, in una zona adiacente della superficie interna 20A del gancio 20, di una seconda cava 21’.

[0072] Il collettore viene quindi ruotato dell’angolo desiderato, ad esempio di 180°, in modo tale da portare l’altra lamella 18 in corrispondenza della testa di formatura 51’ del secondo utensile 50’ per la formazione della seconda cava 21’.

[0073] In alternativa, quest’ultima seconda cava 21’ può essere ottenuta attraverso un ulteriore secondo utensile 50’, montato su detta attrezzatura 60 vantaggiosamente in una posizione diametralmente opposta del collettore.

[0074] A questo punto, il rotore 10 viene spostato presso una stazione terminale, in cui è presente un braccio adatto a premere con una forza predeterminata sul gancio 20 per movimentarlo dalla posizione iniziale aperta alla posizione finale chiusa, in cui il gancio 20 abbraccia la porzione 24 di filo 22, ed eventualmente le estremità libere dello stesso, ed è avvicinato alla lamella 18, preferibilmente fino a portare l’estremità libera del gancio 20 a contatto con la rispettiva lamella 18.

[0075] Durante tale operazione è anche possibile la contestuale applicazione sui ganci di una predeterminata energia, ad esempio determinata da un operatore in base a sperimentazioni o calcoli o autoregolata secondo algoritmi di feedback o autoapprendimento integrati all’interno dell’unità di comando e controllo, adatta a sviluppare sul gancio 20 una temperatura sufficiente a deformare parzialmente e in modo localizzato lo smalto isolante del filo.

[0076] Tuttavia, grazie alla presenza delle cave 21, 21’ sulla superficie interna 20A dei ganci 20, lo smalto isolante è già stato parzialmente rimosso per frizione ed abrasione dalle porzioni di bordo 21C delle cave 21, 21’ all’atto del movimento di chiusura dei ganci 20 e conseguentemente la temperatura da sviluppare mediante l’applicazione di energia rimane sufficientemente bassa per preservare completamente integrità e caratteristiche fisiche del filo 22 e delle lamelle 18 del collettore 14.

[0077] Secondo una ulteriore forma realizzativa assai vantaggiosa, non mostrata nelle figure, detta attrezzatura 60 può incorporare almeno un primo utensile 50, per la formazione di dette prime cave 21, e preferibilmente una coppia di primi utensili 50 ad esempio arrangiati diametralmente opposti, e almeno un secondo utensile 50’, per la formazione di dette seconde cave 21’, in modo tale che in un’unica stazione di formatura sia possibile ottenere un collettore 14 con dette prime e seconde cave 21, 21’ opportunamente disposte.

[0078] In tal caso, nella successiva stazione di bobinatura del rotore 10 sarà necessario prevedere un dispositivo che individui le lamelle 18 sulle quali sono state ottenute dette seconde cave 21’, in modo tale da iniziare e terminare l’avvolgimento del filo 22 in corrispondenza delle stesse.

[0079] Riassumendo e generalizzando, il procedimento di realizzazione di un collettore 14 di un rotore 10 secondo la presente invenzione mediante un’attrezzatura 60 comprendente essenzialmente le fasi di:

a) predisporre un collettore di un rotore in prossimità della testa di formatura 51, 51’ di detto almeno un utensile 50, 50’;

b) movimentare detto almeno un utensile 50, 50’ in modo tale che la prima superficie di formatura 51A, 51A’ di detta testa di formatura 51, 51’ incida la superficie interna 20A di un primo gancio 20 per realizzare detta almeno una prima cava 21, 21’;

c) movimentare detto almeno un utensile 50, 50’ in modo tale da distaccare detta prima superficie di formatura 51A, 51A’ di detta testa di formatura 51, 51’ dalla superficie interna 20A di detto primo gancio 20; d) successivamente o contestualmente a detta fase c) movimentare detto collettore in modo tale da posizionare un secondo gancio 20, diverso da detto primo gancio 20, in prossimità di detta testa di formatura 51, 51’.

[0080] In conclusione, da quanto precede risulta quindi evidente come la presente invenzione consegua gli scopi ed i vantaggi inizialmente previsti: viene infatti vantaggiosamente proposto un rotore per motore elettrico universale in cui la connessione elettrica e meccanica tra i ganci delle lamelle del collettore, e i fili dell’avvolgimento, ad esempio realizzati in un materiale alternativo al rame e in particolare avente temperatura di fusione inferiore a quella del rame, è ottenuta in modo stabile ed affidabile, senza deteriorare alcun componente del rotore.

[0081] Infatti, grazie alla realizzazione di almeno una pluralità di prime cave 21, è possibile effettuare, durante l’operazione di chiusura dei ganci, la rimozione localizzata dello smalto isolante che avvolge il filo semplicemente per frizione ed abrasione, consentendo una buona connessione elettrica tra filo e collettore ed il mantenimento delle proprietà del filo che costituisce l'avvolgimento rotorico, garantendo una connessione meccanica stabile, anche nel caso in cui il materiale con cui è realizzato il filo abbia una temperatura di fusione inferiore alla temperatura di fusione del materiale costituente le lamelle del collettore, ad esempio nel caso in cui il primo sia alluminio e il secondo sia rame.

[0082] Inoltre, è stato fornito un procedimento di realizzazione di un rotore 10 secondo la presente invenzione, ottenuto tramite l’impiego di appositi utensili ed un’attrezzatura opportunamente progettata, che risulta facilmente implementabile nell’ambito di un impianto industriale altamente automatizzato.

[0083] Naturalmente, la presente invenzione è suscettibile di numerose applicazioni, modifiche o varianti senza con ciò uscire dall’ambito di protezione, come definito dalle rivendicazioni allegate.

[0084] Inoltre i materiali e le attrezzature utilizzati per la realizzazione della presente invenzione, nonché le forme e le dimensioni dei singoli componenti, potranno essere i più idonei a seconda delle specifiche esigenze.

Claims (11)

1. Rivendicazioni del brevetto per invenzione industriale avente per titolo: “ROTORE PER MOTORE ELETTRICO UNIVERSALE E RELATIVI PROCEDIMENTO E ATTREZZATURA PER LA SUA REALIZZAZIONE” RIVENDICAZIONI 1. Rotore (10) di un motore elettrico universale comprendente un collettore (14) e un pacco rotorico (16) disposti coassiali tra loro lungo un primo asse (X-X), e almeno un filo di avvolgimento (22) realizzato in un primo materiale conduttore e rivestito con uno smalto elettricamente isolante, detto filo (22) essendo adatto ad estendersi tra detto collettore (14) e detto pacco rotorico (16), detto collettore (14) comprendendo una pluralità di lamelle (18) ottenute in un secondo materiale conduttore e disposte circonferenzialmente accostate a formare un corpo cilindrico, le cui estremità rivolte verso detto pacco rotorico (16) presentano ciascuna un gancio (20) per detto filo (22), detto gancio (20) essendo movimentabile tra una posizione iniziale aperta, in cui consente il posizionamento di una porzione (24) di detto filo (22) al di sotto di esso, ed una posizione finale chiusa, in cui abbraccia con la sua superficie interna (20A) detta almeno una porzione (24) di detto filo (22) ed è avvicinato alla lamella (18), caratterizzato dal fatto che sulla superficie interna (20A) di ciascuno di detti ganci (20) è ottenuta almeno una prima cava (21) ribassata rispetto alla superficie della corrispondente lamella (18) e avente un’apertura sommitale (23) di ampiezza (A) inferiore al diametro (D) del filo (22) in modo tale che, quando detto gancio (20) viene movimentato dalla posizione aperta alla posizione chiusa, le porzioni di bordo (21C) di detta apertura (23) rimuovano localmente per frizione ed abrasione detto smalto elettricamente isolante che ricopre detta porzione (24) del filo (22) per consentire il contatto diretto tra detto primo materiale conduttore e detto secondo materiale conduttore e quindi il collegamento elettrico tra detto filo (22) e detta lamella (18).
2. 2. Rotore (10) secondo la rivendicazione 1, in cui detta apertura sommitale (23) ha un’ampiezza (A) definita da porzioni di bordo (21C) opposte ed affacciate compresa tra 70 – 90% della dimensione (D) del diametro del filo (22).
3. 3. Rotore (10) secondo la rivendicazione 1 o 2, ciascuna di dette prime cave (21) ha una profondità (H) inferiore rispetto alla dimensione (D) del diametro di detto filo (22).
4. 4. Rotore (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui ciascuna di dette prime cave (21) si estende trasversalmente rispetto alla corrispondente lamella (18) ed è aperta ai lati.
5. 5. Rotore (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui almeno una coppia di lamelle (18) di detto collettore (14) comprende inoltre una seconda cava (21’) accostata a detta prima cava (21), adatta a cooperare e trattenere un’estremità libera di detto filo (22), detta seconda cava (21’) avente un’apertura sommitale (23) di ampiezza (A) inferiore al diametro (D) del filo (22).
6. 6. Rotore (10) secondo la rivendicazione 5, in cui ciascuna di dette seconde cave (21’) si estende trasversalmente alla rispettiva lamella (18) lungo una traiettoria incurvata attorno al rispettivo gancio (20).
7. 7. Procedimento per associare almeno un gancio (20) di una lamella (18) di un collettore (14) di un rotore (10) secondo la rivendicazione 1 ad almeno una porzione (24) di filo (22) di un avvolgimento rotorico, detto filo (22) essendo ricoperto di smalto elettricamente isolante, detto procedimento comprendendo le seguenti fasi: - posizionare il collettore (14) su un supporto; - avvolgere almeno una porzione (24) di filo (22) attorno a detto gancio (20); - movimentare detto gancio (20) da una posizione iniziale aperta a una posizione finale chiusa in cui il gancio (20) abbraccia detta porzione (24) di filo (22) ed è avvicinato alla lamella (18), premendo il gancio (20) con una forza predeterminata affinché le porzioni di bordo (21C) definenti l’apertura sommitale (23) di detta almeno una prima cava (21) rimuovano localmente per frizione ed abrasione lo smalto elettricamente isolante che ricopre detta porzione (24) di filo (22) per consentire il contatto diretto tra il primo materiale conduttore ed il secondo materiale conduttore e quindi il collegamento elettrico tra detto filo (22) e la lamella (18).
8. 8. Attrezzatura (60) di realizzazione di un collettore (14) di un rotore (10) secondo la rivendicazione 1, comprendente almeno un utensile (50, 50’) dotato di una testa di formatura (51, 51’) adatta a cooperare con detta pluralità di lamelle (18) di detto collettore (14) per la formatura di cave (21, 21’), detta testa di formatura (51, 51’) comprendendo una prima superficie di formatura (51A, 51A’) controsagomata rispetto alla cava (21, 21’) da formare e adatta ad incidere la superficie interna (20A) di detti ganci (20) di detta pluralità di lamelle (18) per realizzare almeno una cava (21, 21’) su ciascuna di esse.
9. 9. Attrezzatura (60) secondo la rivendicazione 8, comprendente una prima struttura di supporto (61) adatta a supportare detto rotore (10) almeno in modo girevole attorno a detto primo asse (X-X) e una seconda struttura di supporto (62) adatta a supportare detto almeno un utensile (50, 50’) scorrevolmente almeno lungo un secondo asse (Y-Y) ortogonale a detto primo asse (X-X).
10. 10. Attrezzatura (60) secondo la rivendicazione 9, comprendente primi mezzi di movimentazione adatti a movimentare in modo alternato detto almeno un utensile (50, 50’) almeno lungo detto secondo asse (Y-Y) tra una posizione non operativa, in cui detta testa di formatura (51, 51’) è distaccata da detto collettore (14), e una posizione operativa, in cui detta testa di formatura (51, 51’) incide la superficie interna (20A) di un gancio (20) per realizzare una corrispondente cava (21, 21’), detta apparecchiatura (60) comprendendo inoltre secondi mezzi di movimentazione adatti a movimentare almeno girevolmente in modo sequenziale detto collettore (14) per portare, di volta in volta, un diverso gancio (20) nella traiettoria di detta testa di formatura (51, 51’) lungo detto secondo asse (Y-Y).
11. 11. Procedimento di realizzazione di un collettore (14) di un rotore (10) secondo la rivendicazione 1 mediante un’attrezzatura (60) secondo la rivendicazione 8, comprendente le seguenti fasi: a) posizionare un collettore in modo tale che un primo gancio (20) sia disposto in prossimità della testa di formatura (51, 51’) di detto almeno un utensile (50, 50’); b) movimentare detto almeno un utensile (50, 50’) in modo tale che la prima superficie di formatura (51A, 51A’) di detta testa di formatura (51, 51’) incida la superficie interna (20A) di un primo gancio (20) per realizzare detta almeno una prima cava (21, 21’); c) movimentare detto almeno un utensile (50, 50’) in modo tale da distaccare detta prima superficie di formatura (51A, 51A’) di detta testa di formatura (51, 51’) dalla superficie interna (20A) di detto primo gancio (20); d) successivamente o contestualmente a detta fase c) movimentare detto collettore in modo tale da posizionare un secondo gancio (20), diverso da detto primo gancio (20) in prossimità di detta testa di formatura (51, 51’).