IT9020001A1

IT9020001A1 - Motore elettrico a commutazione elettronica

Info

Publication number: IT9020001A1
Application number: IT020001A
Authority: IT
Inventors: Christof Bernauer; Peter Sellnau; Hans-Joachim Wahlen
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 1989-04-28
Filing date: 1990-04-11
Publication date: 1991-10-11
Also published as: JP2950907B2; JPH02303352A; DE8915998U1; DE3914082A1; IT1240626B; IT9020001A0

Description

DESCRIZIONE

Stato della tecnica

L'invenzione riguarda un motore elettrico a commutazione elettronica, detto anche motore a corrente continua senza spazzale o motore EC, secondo il preambolo della rivendicazione principale.

I motori elettrici di tale tipo sono noti in molteplici forme di realizzazione, e in particolare sono anche note diverse -forme di esecuzione di circuiti elettronici di commutazione. In tali motori elettrici esiste il problema che durante la commutazione del flusso magnetico da parte del circuito elettronico di commutazione si creano nell'avvolgimento di lavoro disturbi di commutazione. Per evitarli, è già stato proposto, in un dispositivo di comando elettronico eseguito con elementi discreti, di pilotare i transistori di comanda nella regione lineare durante la fase di commutazione, per ottenere una corrente a fianchi più pianeggianti. E' pur vero che in tal modo si possono ridurre i disturbi di commutazione, ma si va incontro ad un maggior dispendio circuitale.

Vantaggi dell'invenzione

Il motore elettrico a commutazione elettronica secondo l'invenzione, con le caratteristiche distintive della rivendicazione principale, ha per contro il vantaggio che i transistori possono essere impiegati come semplici transistori di commutazione, per cui, per esempio, può essere impiegato un circuito integrato (IC) digitale a sensori di Hall di potenza, e per esempio mediante un semplice condensatore tra i terminali di comando degli avvolgimenti di statore i disturbi di commutazione possono essere attenuati o soppressi. Ciò viene ottenuto per il tatto che mediante il condensatore o un altro elemento circuitale viene ottenuta una sovrapposizione nel tempo delle due correnti degli avvolgimenti, per cui le torze che si manifestano nella bobina nell'istante della commutazione si compensano, cosicché lo scambio delle forze nella bobina si estende entro un intervallo di tempo più lungo. Mediante la variazione più lenta delle forze di commutazione si creano disturbi considerevolmente minori. Un altro vantaggio consiste nel fatto che la riduzione o soppressione dei disturbi di commutazione può essere ottenuta senza intervenire nel dispositivo di comando elettronico, mediante un semplice condensatore. In tal moda, possono venire impiegati componenti usuali del commercio, per esempio IC a sensori di Hall del commercio, per cui accanto ad un facile montaggio viene attenuta anche una soluzione a costi vantaggiosi.

Mediante gli accorgimenti riportati nelle sottorivendicazioni sona possibili vantaggiosi sviluppi e perfezionamenti del motore elettrico indicato nella rivendicazione principale.

L'esecuzione degli avvolgimenti di statore come bobina bifilare migliora l'accoppiamento elettromagnetico e contribuisce ad una struttura compatta nonché alla riduzione dei costi di fabbricazione e montaggio.

L'elemento sensore è opportunamente eseguito come sensore di Hall, questi sensori di Hall essendo opportunamente riuniti con il dispositivo di comando elettronico in un complesso integrato. Gli IC con sensori di Hall di potenza di tale tipo, in particolare in esecuzione digitale, sono ottenibili in commercia come componenti economici e compatti.

Un'altra semplificazione e miglioria della struttura viene ottenuta per il fatto che l'elemento sensore, il dispositivo di comando elettrico e il condensatore sono disposti su una piastra che è fissata ad un elemento di base dello statore rivolto al rotore. In particolare, con una disposizione addizionale dell'avvolgimento di statore su questa piastra l'intera parte elettrica ed elettronica del motore elettrico può essere preassiemata sulla piastra e venire applicata come elemento strutturale finito sull’elemento di base dello statore. Anche ciò dà luogo ad un ulteriore sempliiicazione del montaggio.

La piastra è opportunamente eseguita a torma di disco forato, e circonda, in stato di montaggio, un albero e/o un elemento di supporto per il rotore, per cui la piastra può essere fissata sicuramente sull'elemento di base dello statore.

Mediante l'esecuzione dell’elemento di base dello statore in materia plastica la fabbricazione piò essere ulteriormente resa piò economica, venendo inserito inoltre un elemento di ferro dolce, in particolare un disco di ferro dolce, per il flusso magnetico nell’elemento di base di statore, e la piastra che preferibilmente viene parimenti inserita rappresenta un fissaggio dell'elemento di ferro dolce, e una chiusura.

Disegno

Un esempio di realizzazione dell'invenzione è rappresentato nel disegno ed è meglio chiarito nella seguente descrizione. Sono mostrati:

in figura 1, un motore elettrico a commutazione elettronica in sezione verticale, come esempio di realizzazione dell'invenzione;

in figura 2, una vista in pianta di un elemento di base di statore provvisto di una piastra, a rotore estratto;

in figura 3, una vista in pianta del rotore, e

in figura 4, uno schema circuitale a chiarimento dei collegamenti elettrici -fra i singoli componenti.

Descrizione dell’esempio di realizzazione

Nel motore elettrico a commutazione elettronica (detto anche motore a corrente continua senza spazzole o motore EC) rappresentato nelle figure da 1 a 3 un rotore 10 è supportato girevolmente mediante un albero 11 su uno statore 12.

Il rotore è costituito da un disco circolare 13 piano, sottile, che su un lato (il lato superiore, nella figura) porta un elemento di supporto 14 per otto palette di ventilatore 15 disposte verticalmente, e sul lato opposto porta un disco anulare 16 di materiale magnetizzabile, che è magnetizzato permanentemente, in modo da formare quattro settori con polarità magnetiche alterne. Si può pertanto trattare, per esempio, di un magnete sinterizzato. L’albero 11 è ancorato nel disco 13 e nell’elemento di supporto 14.

Lo statore 12 è costituito sostanzialmente da un elemento di base di statore 17 a forma di disco di materia plastica, nella cui regione centrale si eleva un elemento di alloggiamento tubolare 18 per un cuscinetto 19 che supporta girevolmente l’albero 11. Questo elemento di alloggiamento 18 è incorporato d’un sol pezzo nell’elemento di base di statare 17. Una piastra 20 a forma di disco anulare presenta un’apertura centrale con un diametro che sostanzialmente corrisponde al diametro esterno dell’elemento di alloggiamento 18, per cui la piastra 20 può essere deposta, fissata radialmente, sul 'elemento di base di statore 17. La piastra 20 viene inserita nell'elemento di base di statore 17 attraverso una corrispendente cavità dell'elemento di base di statore 17, in modo che il lato superiore dell'elemento di base di statare 17 e il lato superiore della piastra 20 giacciano sullo stesso piano. Il fissaggio può avvenire, nel caso più semplice, mediante incollamento o bloccaggio, ma naturalmente sono ammissibili anche altre note passibilità di fissaggio. Un canale a forma di canale anulare, circondante l'elemento di alloggiamento 18, aperto verso la piastra 20, serve per l'alloggiamento di un disco 21 di ferro dolce a forma anulare, per assicurare il flusso magnetico nel motore elettrico. Questo disco 21 di ferro dolce viene fissato mediante la piastra 20 nell'elemento di base 17 di statore.

Sulla piastra 20 è disposta una bobina bifilare 22, che forma due avvolgimenti di statare. Questa bobina 22 è appiattita lateralmente, in modo che il suo diametro in una direzione corrisponda sostanzialmente al diametro della piastra 20, mentre il suo diametro perpendicolare ad esso è considerevolmente più piccolo, per cui il suo diametro interno si estende fin contro l'elemento di alloggiamento 1B. Mediante questo appiattimento, al di fuori della bobina 22 viene formato uno spazio libero sulla piastra 20 ad entrambi i lati della bobina 22, su uno dei lati essendo disposti sulla piastra 20 un condensatore 23 e un IC a sensori di Hall di potenza 24. Le linee di collegamento sono non meglio rappresentate a scopo di sempli-ficazione, ma risultano dallo schema circuitale rappresentato in -figura 4.

In figura 4 sano rappresentati in una schema circuitale i collegamenti fra i tre elementi bobina 22, condensatore 23 e IC a sensore di Hall di potenza 24.

L’IC digitale a sensore di Hall di potenza 24 è per esempio ottenibile in commercio come componente UGS 3275 per cui esso nel seguita verrà soltanto descritto brevemente: un regolatore di tensione 25 collegato con i poli positivo e negativo di una sorgente di tensione di alimentazione alimenta i rimanenti componenti, ossia un elemento di Hall 26, un amplificatore 27, uno stadio limitatore di soglia 28 eseguito per esempio come trigger di Schmitt, un invertitore 29, nonché due transistori di commutazione 3G, 31. L’elemento di Hall 26 disposto nella regione magneticamente attiva del disco anulare magnetizzato 16 rileva, con la rotazione di questo disco anulare 26, la magnetizzazione variabile, e il segnale corrispondentemente generato viene amplificato nell’amplificatore 27 e addotto allo stadio limitatore di soglia 28. Di volta in volta, la base dei due transistori di commutazione 30, 31 è collegata una volta attraverso l 'invertitore 29 e una volta direttamente con l’uscita dello stadio limitatore di soglia 28, per cui i due transistori di commutazione 30, 31 presentano di volta m volta uno stato di commutazione opposto, ossia di volta in volta uno dei transistori è bloccato e l'altro conduce corrente. In ciascun cambia di magnetizzazione del disco anulare rotante 26 i due transistori di commutazione 30, 31 vengono commutati nel loro stato di commutazione di volta in volta opposta.

Mentre gli emettitori dei due transistori di commutazione 30, 31 sono collegati al polo negativo della tensione di alimentazione, i collettori sono collegati ciascuno attraverso uno dei due avvolgimenti 32, 33 della bobina bifilare 22 con il polo positivo della tensione di alimentazione. Per tale motivo, per e-f-fetto degli stati di commutazione alterni dei transistori di commutazione 30, 31, questi due avvolgimenti 32, 33 vengono eccitati alternativamente. Poiché essi sono collegati magneticamente in antagonismo (come indicato dai due punti), la direzione del campo magnetico varia a ciascuna commutazione dei transistori di commutazione 30, 31, per cui il motore elettrico viene azionato.

Per effetto della struttura bifilare delle bobine, mediante la commutazione alterna deile due correnti negli avvolgimenti, si creano forze alternate, che possono dar luogo a disturbi di commutazione. Mediante il condensatore 23 che fa da ponte tra ι due collettori dei transistori di commutazione 30, 31 e quindi tra i terminali della bobina 22, viene ottenuta una sovrapposizione nel tempo delle due correnti negli avvolgimenti, per cui nell’istante di commutazione le -forze che si manifestano nella bobina si compensano e lo scambio delle forze nella bobina si estende entro un intervallo di tempo più lungo. Per effetto della variazione più lenta delle forze alternate, il disturbo di commutazione viene considerevolmente indebolito o soppresso, e contemporaneamente viene ottenuta una buona soppressione dei radiodisturbi.

In una variante dell’esempio di realizzazione rappresentato, è naturalmente possibile impiegare, in luogo di una bobina avvolta bifilarmente, anche due bobine separate. Il numero di spire può essere per esempio di 10GQ spire.

In luogo di un elemento di Hall o di un IC a elementi di Hall di potenza può naturalmente, in linea di principio, essere anche adottata un altro elemento sensibile a campi magnetici, oppure un elemento che sia adatto a rilevare la posizione del rotore 10 e a pilotare in modo corrispondente, in particolare digitalmente, gli avvolgimenti di statore.

In luogo del condensatore è possibile, in linea di principio, usare anche un altro elemento circuitale, o una disposizione circuitale mediante la quale durante il processo di commutazione entrambi gli avvolgimenti di statore vengano messi in comunicazione reciproca, in modo da compensare momentaneamente gli effetti delle forze. A tale scopo possono per esempio servire interruttori a semiconduttore opportunamente comandati .

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Motore elettrico a commutazione elettronica con uno statore presentante almeno un avvolgimento di statore, un rotore presentante regioni magnetizzate, un elemento sensore nello statore per il rilevamento della posizione delle regioni magnetizzate nonché un dispositivo di comando elettronico per l'eccitazione dell'almeno un avvolgimento di statore in dipendenza dei segnali del sensore, caratterizzato dal fatto che sono previsti due avvolgimenti di statore <32, 33), i quali vengono eccitati alternativamente dal dispositivo di comando elettronico (27-31), essendo previsto un elemento circuitale (23) che comanda il passaggio di corrente tra i due avvolgimenti di statore (32, 33) durante il processo di commutazione.
2. Motore elettrico seconda la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che come elemento circuitale è previsto un condensatore (23) che fa da ponte fra i terminali di comando degli avvolgimenti di statore (32, 33).
3. Motore elettrico secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che gli avvolgimenti di statore <32, 33) sono eseguiti come bobina bifilare (22).
4. Motore elettrico secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal -fatto che la bobina (22) presenta una conformazione appiattita lateralmente, lo spazio ricavato mediante l'appiattimento servendo per 1'al1oggi amento dell'elemento sensore (26) e/o del dispositivo di comando elettronico (27-31) e/o del condensatore (23).
5. Motore elettrico secondo una delle precedenti rìvendicazioni , caratterizzato dal fatto che il rotore (1G) presenta un disco (16) di materiale magnetizzabile, che presenta quattro regioni magnetizzate alternativamente.
6. Motore elettrico secondo una delle precedenti rivendicazioni , caratter izzato dal fatto che l'elemento sensore (26) è eseguito come sensore di Hall.
7. Motore elettrico secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che il sensore di Hall (26) unitamente al dispositivo di comando elettronico (27-31) è eseguito come componente integrato (24).
8. Motore elettrico secondo la ri vendicazione 7, caratter izzato dal fatto che il componente integrato (24) è eseguito come IC a elemento di Hall di potenza digitale.
9. Motore elettrico secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratter izzato dal fatto che l'elemento sensore (26), il comando elettronico (27-31) e il condensatore (23) sona disposti su una piastra (20), che è fissata, rivolta al rotore (10), ad un elemento di base di statore (17) .
10 Motore elettrico secondo la rivendicazione 9 caratterizzato dal fatto che la piastra (20) è eseguita a forma di disco forato, e in stato di montaggio circonda un albero (11) e/o un elemento di supporto (19) per il rotore (10).
11. Motore elettrico secondo la rivendicazione 9 o 10, caratterizzato dal fatto che gli avvolgimenti di statore (32, 33) sono disposti sulla piastra (20).
12. Motore elettrico secondo una delle rivendicazioni da 9 a 11, caratterizzato dal fatto che la piastra (20) e l'elemento di base di statare (17) racchiudono un elemento di ferro dolce (21), in particolare un disco di ferro dolce, per il flusso magnetico.
13. Motore elettrico seconda una delle rivendicazioni da 9 a 12, caratterizzato dal fatto che l’elemento di base di statore (17) è fatto di materia plastica.
14 Motore elettrico seconda una delle rivendicazioni da 9 a 13, caratterizzato dal fatto che la piastra (20) è inserita nell’elemento di base di statore (17).