IT8968110A1

IT8968110A1 - Dispositivo di misura del numero di giri dell'albero di un motore elettrico a magneti permanenti.

Info

Publication number: IT8968110A1
Application number: IT1989A68110A
Authority: IT
Inventors: Eraldo Giaccardi; Vito Scartezzini; Claudio Ampala
Original assignee: Fiat Auto Spa
Priority date: 1989-12-18
Filing date: 1989-12-18
Publication date: 1991-06-18
Also published as: IT1237696B; RU2027213C1; BR9006484A; US5172048A; IT8968110A0; EP0433733A1; JPH04210791A

Description

D E S C R I Z I O N E

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

"Dispositivo di misura del numero di giri dell'albero di un motore elettrico a magneti permanenti"

R I A S S U N T O

Il dispositivo (15) misura il numero di giri effettuati dall'albero di un motore elettrico (M) a magneti permanenti in un periodo di tempo (tl) durante il quale esso viene messo in moto per effetto del collegamento con una rispettiva sorgente di alimentazione elettrica, essenzialmente tramite mezzi di calcolo (25,22,23,37) dell'integrale della forza contro-elettromotrice che il motore (M) sviluppa nel periodo di tempo sopraccitato. (Figura 2)

La presente invenzione ? relativa a un dispositivo di misura del numero di giri dell'albero di un motore elettrico a magneti permanenti.

In numerose applicazioni in campo veicolistico sono utilizzati motori elettrici per realizzare sistemi di comando proporzionale per la movimentazione di componenti del veicolo quali, ad esempio, la farfalla del motore, i sistemi di regolazione, memorizzazione e posizionamento automatico dei sedili e/o degli specchietti retrovisori, ecc.

La misura dell'entit? della rotazione o dello spostamento ottenuti ? spesso di notevole importanza, e risulta generalizzato l'impiego di sensori di numero di giri o di spostamento.

Nel caso in cui l'attuatore sia costituito da un motoriduttore a magneti permanenti, il problema della misura del numero di giri viene normalmente risolto adottando una delle seguenti soluzioni:

- rilievo del numero di giri dell'asse motore mediante sensori di tipo ottico, o a effetto Hall, o pi? raramente elettromagnetici; conoscendo il rapporto di riduzione del motor iduttore si pu? calcolare la posizione angolare o lo spostamento impresso dal motoriduttore stesso;

- misura diretta dell'angolo di rotazione (quando esso non ? superiore a 360?) dell'asse del motoriduttore, oppure dello spostamento assiale mediante sensori di tipo potenziometrico o sensori lineari a effetto Hall.

Si ? riscontrato come l'impiego di sensori non sia del tutto soddisfacente in quanto implica ingombro, costo, e necessit? di predisporre dei collegamenti elettrici verso una centralina di comando e elaborazione dati normamente presente nel veicolo.

Scopo della presente invenzione ? quello di realizzare un dispositivo che permetta di misurare il numero di giri dell?albero di un motore elettrico a magneti permanenti senza richiedere l'impiego di sensori, in modo da superare gli inconvenienti sopra elencati .

Il suddetto scopo viene raggiunto con la presente invenzione in quanto essa ? relativa a un dispositivo di misura del numero di giri dell'albero di un motore elettrico a magneti permanenti in un periodo di tempo durante il quale esso viene messo in moto per effetto del collegamento con una rispettiva sorgente di alimentazione elettrica, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di calcolo dell'integrale della forza contro-elettromotrice che detto motore sviluppa nel detto periodo di tempo.

Per una migliore comprensione della presente invenzione sono nel seguito descritte due forme preferite di realizzazione, a puro titolo di esempio non limitativo e con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

la figura 1 ? uno schema a blocchi di una forma di realizzazione di tipo analogico del dispositivo; e

la figura 2 ? uno schema a blocchi di una forma di realizzazione di tipo logico del dispositivo.

Prima di passare alla descrizione della configurazione e delle modalit? di funzionamento degli schemi sopraccitati si ritiene opportuno esporre i fondamenti teorici sui quali si basa la presente invenzione .

E' noto che i conduttori di indotto di un motore elettrico a magneti permanenti, nel loro movimento, tagliano il campo magnetico induttore generato dai magneti stessi; di conseguenza, ognuno di essi diviene sede di una forza elettromotrice indotta.

Il valore risultante complessivo di tutte le forze elettromotrici indotte dipende dal numero di giri al minuto primo n dell'albero del motore e dal flusso ? (valore costante, in quanto dovuto al contributo dei magneti permanenti), secondo la relazione:

dove k ? una costante dipendente dal numero di conduttori indotti, dal numero di poli e dal tipo di avvolgimento dei conduttori di indotto.

Il senso secondo cui agisce la forza elettromotrice sopraccitata ? opposto a quello della corrente elettrica che circola nell'indotto. Rispetto alla tensione di alimentazione applicata alle spazzole del motore in questione, la forza elettromotrice E che si genera nell'indotto del motore agisce pertanto come forza contro elettromotrice.

La tensione V che si deve applicare ai morsetti di indotto del motore per fargli assorbire una corrente i deve quindi vincere la forza contro elettromotrice E, aumentata delle cadute interne di tensione causate dalla resistenza R del circuito di indetto percorsa della corrente i. La legge di Ohm applicata al circuito di indotto ?:

( 1 )

Una volta che N ? stato calcolato con la formula (1) sopraccitata, ed essendo noto il rapporto di riduzione (nel caso di motore provvisto di riduttore), si pu? agevolmente calcolare l'entit? della rotazione angolare o lo spostamento lineare attuato dal motore stesso.

Vengono nel seguito esaminate le configurazioni e le modalit? di funzionamento degli schemi di figura 1 e 2, le cui finalit? sono essenzialmente quelle di ottenere il valore di N attraverso una semplice misura delle grandezze della formula (1).

Con particolare riferimento alla figura 1, ? indicato nel suo complesso con 1 un dispositivo realizzato secondo la presente invenzione per calcolare il numero di giri effettuato da un motore elettrico (non illustrato) in un prefissato periodo di tempo, indicato con tl, durante il quale il motore, presentante una resistenza di indotto di valore R, viene messo in moto per effetto del collegamento con una rispettiva sorgente di alimentazione elettrica che fornisce una tensione di alimentazione di valore V, che fa scorrere nell'indotto del motore stesso una corrente di valore i.

Il dispositivo 1 ? essenzialmente composto di tre unit? circuitali collegate in serie e precisamente: una unit? 2 sommatrice algebrica, una unit? 3 integratrice, e una unit? di disaccoppiamento 4 a elevata impedenza di ingresso e bassa impedenza di uscita.

L'unit? sommatrice 2 ? provvista di due morsetti di ingresso 5,6 a cui pervengono rispettivamente la tensione V di alimentazione del motore e la caduta di tensione R i che si stabilisce nell'indotto al passaggio della corrente i. Tali morsetti 5,6 sono rispettivamente collegati, tramite resistori RI identici, con ingressi invertente - e non invertente di un amplificatore operazionale 8. L'ingresso non invertente di quest'ultimo ? collegato a massa tramite un resistore R<1 >, mentre l'ingresso invertente ? collegato con l'uscita tramite un ulteriore resistore RI identico a quelli sopraccitati. In questo modo, all'uscita dell'unit? 2 ? disponibile un segnale elettrico il cui valore ?: R i - V.

L'unit? integratrice 3 ? di tipo convenzionale, con un resistore di ingresso R2 che ? collegato con l'ingresso invertente - di un amplificatore operazionale 9, e con un condensatore C collegato tra l'ingresso invertente e l'uscita dell'amplificatore operazionale 9 stesso. L'ingresso non invertente dell'amplificatore 9 ? collegato a massa, mentre in parallelo al condensatore C ? collegato un interruttore 10 il cui azionamento ? comandato in sincronismo con l'alimentazione elettrica del motore citato, per cui esso ? mantenuto aperto limitatamente al periodo di tempo durante il quale il motore elettrico ? alimentato con la tensione V.

All'uscita dell'unit? integratrice 3 ? disponibile un segnale elettrico il cui valore ? esattamente Tale segnale viene reso disponibile a un morsetto 12 di uscita del dispositivo 1 dopo aver attraversato, senza essere modificato in ampiezza, l'unit? 4 di disaccoppiamento, essenzialmente costituita da un amplificatore operazionale collegato in configurazione uvoltage follower".

In conclusione, scegliendo opportunamente i valori di R2 e di C in modo che il prodotto R2 C sia uguale per il motore in questione al prodotto k ? sopraccitato, al morsetto 12 risulta disponibile un segnale elettrico che corrisponde esattamente al numero di giri N che il motore effettua in un intervallo di tempo tl in cui esso viene alimentato dalla tensione V.

Con riferimento alla figura 2, ? indicato nel suo complesso con 15 un dispositivo realizzato secondo la presente invenzione per calcolare il numero di giri effettuato da un motore elettrico M in un prefissato periodo di tempo, indicato con tl, durante il quale il motore, presentante una resistenza di indotto di valore R, viene messo in moto per effetto del collegamento con una rispettiva sorgente di alimentazione elettrica che fornisce una tensione di alimentazione di valore V, che fa scorrere nell?indotto del motore stesso una corrente di valore i.

Nella figura 2 il motore M ? disposto in un circuito serie alimentato tra un morsetto 17 e massa dalla tensione V e presentante un interruttore 18 per il comando -dell'alimentazione elettrica del motore stesso, nonch? un resistore Rs di precisione e di valore molto inferiore rispetto al valore della resistenza di indotto R sopraccitata.

Il dispositivo 15 ? provvisto di due rami, rispettivamente 21 e 22, confluenti in un blocco sommatole algebrico 23.

Il ramo 21 ? costituito da un unico blocco integratore 25, il quale provvede a effettuare l'integrazione del valore della tensione V per il periodo di tempo t1 in cui l'interruttore 18 ? chiuso.

Il ramo 22 comprende una coppia di convertitori analogico/digitale 31,32 collegati ai capi della resistenza Rs per rilevare i rispettivi valori di tensione V1,V2 e trasmetterli agli ingressi di un blocco sommatore algebrico 33, che effettua la differenza V2-V1. L'uscita del blocco 33 ? collegata, con un blocco moltiplicatore 34 che provvede a moltiplicare il valore V2-V1 per l'inverso del valore Rs, in modo da ottenere il valore i della corrente che fluisce nel motore M durante il funzionamento.

La corrente i di uscita del blocco 34 viene dapprima integrata nel blocco 35 e successivamente moltiplicata per il valore R nel blocco 36 in modo da ottenere all'uscita di quest'ultimo il valore

Il blocco 23 provvede a effettuare la differenza tra i segnali di uscita dei blocchi 25 e 36, mentre il successivo blocco 37 effettua la moltiplicazione del risultato ottenuto per l'inverso del prodotto k?, in modo da ottenere il valore di N analogamente a quanto ottenuto con riferimento al dispositivo 1.

Dall'esame delle caratteristiche dei dispositivi 1 e 15 realizzati secondo i dettami della presente invenzione sono evidenti i vantaggi che essi consentono di ottenere.

Infatti essi permettono di misurare il numero di giri di un motore elettrico a magneti permanenti senza dover ricorrere ad alcun sensore, con conseguenti sensibili vantaggi dal punto di vista della riduzione dell'ingombro, del costo, nonch? della semplificazione del cablaggio e dei circuiti elettronici di interfacciamento .

Risulta infine chiaro che ai dispositivi l e 15 sopra descritti possono essere apportate modifiche e varianti senza uscire dalla presente invenzione.

Ad esempio, la maggior parte delle operazioni materializzate nei blocchi del dispositivo 15 di figura 2 potrebbe essere effettuata mediante programmazione software .

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I

1.- Dispositivo di misura del numero di giri dell'albero di un motore elettrico a magneti permanenti in un periodo di tempo durante il quale esso viene messo in moto per effetto del collegamento con una rispettiva sorgente di alimentazione elettrica, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di calcolo dell'integrale della forza contro-elettromotrice che detto motore sviluppa nel detto periodo di tempo.

2.- Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi di calcolo dell'integrale della forza contro-elettromotrice comprendono primi mezzi di calcolo (2) della differenza tra il valore di una tensione di alimentazione (V) fornito dalla detta sorgente di alimentazione elettrica e il valore di una caduta di tensione (R i) che si stabilisce nell'indotto di detto motore per effetto del passaggio di una corrente elettrica (i) dovuta alla detta tensione (V), e secondi mezzi di calcolo (3) dell'integrale di un segnale di uscita fornito dai detti primi mezzi di calcolo (2).

3- Dispositivo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di abilitazione (10) che abilitano i detti mezzi di calcolo esclusivamente durante il detto periodo di tempo.

A . - Dispositivo secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi di abilitazione sono essenzialmente costituiti da un interruttore (10). .

5.- Dispositivo secondo la rivendicazione A, caratterizzato dal fatto che il detto interruttore (10) ? installato nei detti secondi mezzi di calcolo (3).

6.- Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi di calcolo comprendono terzi mezzi di calcolo (21) dell'integrale del valore di una tensione di alimentazione (V) fornito dalla detta sorgente di alimentazione elettrica, guarti mezzi di calcolo (22) dell'integrale del valore di una caduta di tensione (R i) che si stabilisce nell'indotto di detto motore per effetto del passaggio di una corrente elettrica (i) dovuta alla detta tensione (V), e mezzi sommatori algebrici (23) aventi due ingressi rispettivamente collegati con le uscite dei detti terzi e quarti mezzi di calcolo (21,22).

7.- Dispositivo secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che i detti quarti mezzi di calcolo (22) comprendono mezzi di rilevamento (Rs,31,32,33,34) del valore della detta corrente (i) fluente nell'indotto di detto motore.

8.- Dispositivo secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi di ri levamento (Rs, 31, 32, 33, 34 ) sono essenzialmente costituiti da un resistore di precisione (Rs) collegato in serie con detto motore e presentante un valore di resistenza sensibilmente inferiore al valore di resistenza (R) del detto indotto, mezzi rilevatori (31,32,33) della caduta di tensione che si stabilisce ai capi del detto resistore di precisione (Rs), mezzi moltiplicatori (34) che moltiplicano un segnale di uscita dei detti mezzi rilevatori (31,32,33) per l'inverso del valore di resistenza del detto resistore di precisione (Rs).

9.- Dispositivo di misura del numero di giri dell'albero di un motore elettrico a magneti permanenti, essenzialmente come descritto con riferimento ai disegni allegati.