BR112016000265B1

BR112016000265B1 - Sistema para a determinação de uma posição angular de um motor síncrono e método para a compensação do erro de posição de um acionador de motor

Info

Publication number: BR112016000265B1
Application number: BR112016000265-2A
Authority: BR
Inventors: John Backman; Garry Anderson
Original assignee: Magnetek, Inc.
Priority date: 2013-07-12
Filing date: 2014-07-08
Publication date: 2022-03-22
Also published as: US20150015170A1; CA2916036C; AU2014287474B2; CN105409109B; HK1206153A1; DK2824825T3; CA2916036A1; EP2824825A2; MX2015017998A; NZ715328A; PH12015502817B1; ZA201509362B; WO2015006283A2; CN105409109A; SG11201510801SA; MX356679B; EP2824825B1; BR112016000265A2; ES2930227T3; WO2015006283A3

Abstract

sistema para a determinação de uma posição angular de um motor de imã permanente (pm) que controla uma cabine de elevador; sistema para a determinação de uma posição angular de um motor síncrono; e método para a compensação do erro de posição de um acionador de motor. um sistema para a determinação da posição angular de um motor síncrono inclui um codificador com uma roda de atrito que se acopla na superfície rotativa do motor. a roda de atrito é girada pela rotação do motor, e o codificador gera um sinal correspondente a uma posição angular da roda de atrito. é provido um sensor independente para gerar um pulso uma vez a cada rotação do motor. o sensor independente detecta a presença de um alvo em uma superfície rotativa do motor e gera o pulso quando o alvo estiver próximo ao sensor. um controlador recebe o sinal correspondente a uma posição angular da roda de atrito, assim como o pulso gerado pelo sensor independente para determinar a posição angular do motor. o controlador compensa a posição angular do motor a cada vez que o pulso é gerado, corrigindo o erro acumulado de posição.

Description

HISTÓRICO DA INVENÇÃO

[001] O assunto revelado na presente invenção se refere a um método para a determinação da posição de um motor e, mais especificamente, a um método para a compensação de um erro acumulado de posição em um acionador de motor de um motor síncrono.

[002] Como é conhecido na técnica, motores síncronos são projetados de maneira que o rotor gira na mesma velocidade do campo magnético rotativo estabelecido no estator. Em um motor síncrono de ímã permanente (PM), os ímãs são integrados ou montados no rotor e estabelecem o campo magnético no rotor. Como é fornecida uma tensão de corrente alternada (CA) para o estator, é estabelecido um campo magnético no estator. A magnitude do torque produzido pelo motor PM é uma função do alinhamento angular dos campos magnéticos presentes no estator e no rotor. Como o campo magnético do rotor está sempre presente, é desejável conhecer a posição angular do rotor e a relação entre o campo magnético do rotor e a posição angular do rotor, de maneira que a tensão CA possa ser aplicada ao estator no ângulo elétrico correto. Um encoder pode ser montado no motor PM para prover uma medição de uma posição angular.

[003] Uma aplicação na qual motores síncronos PM são utilizados é para o controle da operação de uma cabine de elevador. Historicamente, tanto motores de corrente continua (CC) como motores de indução (CA) têm sido usados como motor primário para o controle da cabine de elevador. Esses motores são montados em uma sala de máquinas, geralmente no teto da construção, acima do poço do elevador. Os motores são conectados por meio de uma caixa de engrenagens em uma roldana, à volta da qual são envolvidas as cordas para a cabine de elevador. Entretanto, os motores PM proporcionam maior densidade de torque, permitindo a instalação de um motor fisicamente menor que o motor CC ou CA para o controle de uma cabine de elevador de capacidade comparável. Além de prover maior densidade de torque, os motores PM para o controle de cabines de elevadores foram projetados para ocuparem menor área. Esses motores PM podem incluir um maior número de polos, construção de fluxo radial e rotores externos. Os motores têm tipicamente raios maiores que o comprimento axial, podendo ainda incluir uma roldana montada no rotor, proporcionando o acionamento direto da cabine do elevador. A maior densidade de torque e da construção física também podem permitir que o motor PM seja montado no poço do elevador, eliminando a sala de máquinas que, por sua vez, reduz despesas e melhora a estética da construção.

[004] Entretanto, a construção física do motor PM pode ter impacto na capacidade de montagem de um encoder para o motor. Devido ao rotor externo, o motor PM pode não incluir um membro rotativo central. Se o motor PM, por exemplo, for um motor de duplo rotor, que inclua um membro rotativo central pode, não obstante, ser indesejável para incluir um poço que se prolongue axialmente, no qual possa ser montado um encoder. O poço aumenta o comprimento axial do motor PM, que, para um motor PM montado no poço, se projeta mais no poço do elevador. Como consequência, pode ser montado no motor PM um encoder que inclua uma roda de atrito, que é montado radialmente no motor PM, configurado para acoplar a superfície do motor externo.

[005] Entretanto, um encoder que utiliza uma roda de atrito para acoplar um rotor tem várias desvantagens. Em vez de ser acionado diretamente pelo rotor, o encoder é acionado pela roda de atrito. Como resultado, o encoder gera um sinal de posição angular que corresponde a uma posição angular da roda de atrito. A roda de atrito tem um diâmetro que pode ser várias vezes menor que o diâmetro da superfície rotativa na qual se acopla. De maneira a determinar a posição angular do rotor, deve ser usada a relação entre o diâmetro da roda de atrito e a superfície rotativa. O erro no valor da posição angular do rotor pode ser acumulado como uma função do nível de precisão utilizado para a relação. Além disso, a roda de atrito está sujeita a deslizamento contra a superfície rotativa, resultando em outro erro de posição entre o sinal da posição angular gerado pelo encoder e a posição angular do rotor. Como o motor PM pode ter um grande número de polos, pode resultar uma pequena quantidade de erros na determinação da posição angular do rotor em um erro substancial no ângulo elétrico da tensão aplicada ao estator.

[006] Recentemente, foram desenvolvidos métodos de compensação de uma posição angular para corrigir os erros acumulados de posição. Esses métodos utilizam técnicas sem sensores para determinar uma posição angular estimada do motor. As técnicas sem sensores usam tanto valores comandados como medidos dos sinais elétricos, como a tensão ou a corrente provida para o motor, para determinar a posição angular do motor. O ângulo do sinal elétrico é extraído do valor comandado ou medido e, com base nas propriedades do motor e o conhecimento de como o motor responderia ao sinal elétrico, é determinada a posição angular do motor. Entretanto, essas técnicas sem sensores geralmente se baseiam em sinais elétricos que tanto não são bem definidos como submetidos a ruídos elétricos em baixas velocidades. Como resultado, são incapazes de compensar o erro acumulado de posição abaixo, por exemplo, em um terço da velocidade nominal. Assim, seria desejável prover um sistema que possa compensar o erro acumulado de posição em toda a faixa operacional do motor.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[007] O assunto revelado na presente descreve um sistema para a determinação da posição angular de um motor síncrono. Um encoder com uma roda de atrito se acopla na superfície rotativa do motor. A roda de atrito é girada pela rotação do motor, e o encoder gera um sinal correspondente a uma posição angular da roda de atrito. É provido um sensor independente, como um sensor de proximidade, para gerar um pulso uma vez a cada rotação do motor. O sensor independente detecta a presença de um alvo fixado ou formado integralmente na superfície rotativa do motor e gera o pulso quando o alvo estiver próximo ao sensor. Um controlador recebe o sinal correspondente a uma posição angular da roda de atrito, assim como o pulso gerado pelo sensor independente para determinar uma posição angular do motor. O controlador compensa a posição angular do motor a cada vez que o pulso é gerado, corrigindo a posição do erro gerado, por exemplo, devido ao deslizamento da roda de atrito.

[008] De acordo com uma realização da invenção, é revelado um sistema para a determinação de uma posição angular de um motor de ímã permanente (PM) que controla uma cabine de elevador. O motor PM inclui um rotor tendo pelo menos uma superfície rotativa externa. O sistema inclui uma roda de atrito configurada para acoplar uma das superfícies rotativas externas para provocar a rotação da roda de atrito responsiva à rotação do rotor. Um encoder é conectado operacionalmente a uma roda de atrito e configurado para gerar pelo menos um sinal correspondente à rotação da roda de atrito. Um alvo é localizado em uma das superfícies rotativas externas, e um sensor sem contato é montado no motor PM. O sensor sem contato é configurado para gerar um sinal correspondente ao alvo sendo localizado dentro de uma distância de detecção do sensor sem contato. Um acionador de motor é configurado para controlar o motor PM. O acionador de motor inclui uma primeira entrada configurada para receber o sinal correspondente à rotação da roda de atrito, uma segunda entrada configurada para receber o sinal do sensor sem contato, um dispositivo de memória configurado para armazenar um programa e um processador configurado para executar o programa. O processador executa o programa para determinar uma posição angular não compensada do motor PM como uma função do sinal correspondente à rotação da roda de atrito e para determinar uma posição angular compensada do motor PM como uma função do valor da posição angular não compensada e do sinal do sensor sem contato...

[009] De acordo com outro aspecto da invenção, o alvo está localizado em uma posição de referência. A posição de referência está armazenada no dispositivo de memória, e a posição angular não compensada do motor PM é ainda determinada como uma função de posição de referência. O alvo pode ser formado integralmente com a superfície rotativa, e o sensor sem contato pode ser, entre outros, um sensor magnético ou um sensor óptico de proximidade.

[010] De acordo com ainda outro aspecto da invenção, a roda de atrito tem um primeiro diâmetro, a superfície rotativa do motor síncrono tem um segundo diâmetro, e o processador é ainda configurado para determinar a posição angular não compensada do motor PM como uma função da razão entre o primeiro diâmetro e o segundo diâmetro.

[011] De acordo com outra realização da invenção, um sistema para a determinação da posição angular de um motor síncrono inclui um encoder tendo uma roda de atrito acoplada operacionalmente ao encoder. O encoder é configurado para gerar um sinal que corresponde a uma posição angular da roda de atrito, e uma superfície externa da roda de atrito está configurada para acoplar um membro rotativo do motor síncrono. Um alvo é localizado no membro rotativo do motor síncrono, e um sensor é montado fixamente próximo ao membro rotativo do motor síncrono. O sensor é configurado para gerar um pulso quando o alvo passar pelo sensor, e um acionador de motor é configurado para controlar a operação do motor síncrono. O acionador de motor inclui uma primeira entrada configurada para receber o sinal do encoder, uma segunda entrada configurada para receber o pulso do sensor, um dispositivo de memória configurado para armazenar um programa, e um processador configurado para executar o programa para determinar uma posição angular do motor síncrono como uma função do sinal do encoder e para compensar a posição angular do motor síncrono quando o pulso for recebido na segunda entrada. O sensor pode ser um sensor sem contato configurado para gerar o pulso quando o alvo estiver localizado dentro de uma distância de detecção do sensor.

[012] De acordo com ainda outra realização da invenção, é revelado um método para a compensação do erro de posição em um acionador de motor configurado para controlar um motor síncrono. O método inclui as etapas de montagem de um encoder tendo uma roda de atrito, de maneira que a roda de atrito se acople na superfície rotativa do motor síncrono, a montagem de um sensor no motor síncrono próximo a uma superfície rotativa do motor síncrono, e a fixação de um alvo na superfície rotativa do motor síncrono de maneira que o alvo passe pelo sensor uma vez a cada rotação do motor síncrono. Um sinal é gerado com o encoder que corresponde a uma posição angular da roda de atrito, sendo transmitido para um processador no acionador do motor. Um pulso é gerado com o sensor a cada vez que o alvo passar pelo sensor, sendo transmitido para o processador no acionador de motor. É determinada uma posição angular do motor síncrono no processador como uma função do sinal do encoder, sendo compensada a cada vez que um pulso é recebido do sensor.

[013] Esses e outros objetivos, vantagens e características da invenção se tornarão aparentes para os peritos no assunto a partir da descrição detalhada e dos desenhos de acompanhamento. Deve ser entendido, entretanto, que a descrição detalhada e os desenhos de acompanhamento, apesar de indicarem as realizações preferidas da presente invenção, são dados como ilustração e não como uma limitação. Podem ser feitas muitas alterações e modificações no escopo da presente invenção sem abandonar seu espírito, e a invenção inclui todas essas modificações.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[014] Várias realizações exemplares do assunto revelado na presente são ilustradas nos desenhos de acompanhamento, nos quais numerais de referência similares representam peças similares no contexto, e em que:

[015] A FIGURA 1 é um poço exemplar do elevador que incorpora um motor e acionador de motor e que usa um sistema para a detecção de posição de acordo com uma realização da invenção;

[016] A FIGURA 2 é uma vista isométrica parcial do sistema para a detecção de posição da Figura 1;

[017] A FIGURA 3 é uma representação de um diagrama de blocos do motor, acionador de motor, e sistema para a detecção de posição da Figura 1; e

[018] A FIGURA 4 é uma representação de um diagrama de blocos de um módulo exemplar de controle de motor que executa no acionador de motor da Figura 1.

[019] Na descrição das realizações preferidas da invenção, que estão ilustradas nos desenhos, será escolhida uma terminologia específica para haver clareza. Entretanto, não se pretende que a invenção seja limitada aos termos específicos selecionados, sendo entendido que cada termo específico inclui todos os equivalentes técnicos que operam de forma similar para a obtenção de um propósito similar. Por exemplo, a palavra “conectado,” “fixado,” ou termos similares são geralmente utilizados. Não se limitam à conexão direta, mas incluem a conexão com outros elementos onde essa conexão seja reconhecida como sendo equivalente pelos peritos no assunto.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS REALIZAÇÕES PREFERIDAS

[020] As várias características e detalhes vantajosos do assunto revelado na presente são mais completamente explicados com referência às realizações não limitativas descritas em detalhes na descrição a seguir.

[021] Voltando inicialmente à Figura 1, é ilustrado um elevador exemplar 10 que incorpora uma realização da presente invenção. O poço do elevador 12 inclui uma cabine 14 configurada para se mover para cima e para baixo no poço 12. A cabine 14 inclui, por exemplo, rodas configuradas para acoplar os trilhos 16 que se projetam verticalmente em cada lado do poço 12 de maneira a manter o alinhamento horizontal da cabine 14 dentro do poço 12. São usados cabos 20 que se prolongam à volta de uma roldana, ou polia, 18 montada na parte superior da cabine 14 de forma a elevar e abaixar a cabine 14 dentro do poço 12. De acordo com a realização ilustrada, uma primeira extremidade dos cabos 20 é montada fixamente em um primeiro ponto na parte superior do poço 12 e guiada para baixo e à volta da roldana 18 montada na parte superior da cabine 14. Os cabos 20 são então dirigidos por sobre a roldana 78 montada no motor 70. Os cabos 20 continuam à volta de uma ou mais roldanas 32 montadas em um contrapeso 30 e de retorno em um segundo ponto na parte superior do poço 12. É contemplado que várias outras configurações de cabos 20, roldanas 18, podendo ser usado o roteamento dos cabos de acordo com os requisitos do aplicativo sem abandonar o escopo da invenção.

[022] De acordo com a realização ilustrada, o motor 70 está montado em uma sala de máquinas localizada acima do poço do elevador 12. Opcionalmente, o motor 70 pode ser montado no poço do elevador 12. O motor 70 é um motor síncrono de fluxo axial com ímã permanente (PM) e com uma roldana 78 montada no rotor. Uma caixa de passagem 74 é montada na parte superior do alojamento 72. Um ou mais condutores elétricos 76 correm entre a caixa de passagem 74 e o acionamento do motor 40. Os condutores elétricos 76 podem ser condutores simples, cabos multicondutores, ou uma combinação desses, conduzindo sinais entre o acionador de motor 40 e o motor 70. Os sinais incluem, entre outros, a energia elétrica para o motor, o controle de freios e o feedback de posição...

[023] Indo para a próxima Figura 2, um sistema de feedback de posição de acordo com uma realização da invenção inclui um encoder 80 e um sensor 90, individualmente montados no alojamento 72 do motor 70. O encoder 80 inclui uma roda de atrito 82 que é configurada para acoplar a superfície rotativa 71 do motor 70. Um corpo 84 do encoder 80 inclui um transdutor conectado operacionalmente à roda de atrito 82 para converter o movimento rotativo da roda de atrito 82 em um sinal eletrônico. O corpo 84 do encoder 80 também inclui um circuito eletrônico configurado para transmitir o sinal elétrico do transdutor para um controlador por meio de um cabo encoder 86. Um suporte de montagem 88 fixa o corpo 84 do encoder 80 ao alojamento 72 do motor 70, sendo posicionado de maneira que a roda de atrito 82 se acople na superfície rotativa 71 do motor 70.

[024] De acordo com uma realização da invenção, o sensor 90 é um sensor sem contato. O sensor sem contato 90 inclui um corpo 92 tendo uma superfície de detecção 94. O suporte de montagem 98 fixa o sensor sem contato 90 ao alojamento 72 do motor 70 e posiciona a superfície de detecção 94 próxima à superfície rotativa 71 do motor 70. Um alvo 91 é fixado na superfície rotativa 71 de maneira a passar pela superfície de detecção 94 do sensor sem contato 90. Opcionalmente, podem ser fixados múltiplos alvos 91 na superfície rotativa 71 ou usado um sensor 90 de contato físico com a superfície rotativa 71. De acordo ainda com outras realizações da invenção, o alvo 91 pode ser integrado à superfície rotativa 71 e pode ser, por exemplo, um membro erguido na superfície rotativa ou uma imagem pintada na superfície rotativa 71. O sensor sem contato 90 pode ser, entre outros, um sensor magnético ou óptico para a detecção de um alvo ferroso ou refletivo, respectivamente. O sensor sem contato 90 inclui um circuito eletrônico configurado para gerar um sinal quando o alvo 91 estiver localizado ou em uma distância menor de detecção do sensor sem contato 90. O sinal pode ser um pulso 93, onde o sinal esteja ligado enquanto o alvo estiver dentro de uma distância de detecção do sensor 90 e desligado quando o alvo estiver fora da distância de detecção, e o pulso 93 for transmitido por um cabo 96 para um controlador.

[025] De acordo com a realização ilustrada, a superfície rotativa 71 é, em geral, uma superfície cilíndrica. A superfície rotativa 71 pode ser um rotor externo onde os enrolamentos do estator estejam embutidos, pelo menos em parte, dentro da superfície rotativa 71. Opcionalmente, a superfície rotativa 71 pode ser uma periferia externa de, por exemplo, um tambor tendo uma periferia externa que define a superfície rotativa 71 e pelo menos um lado que define uma superfície dentro da periferia externa. O lado do tambor pode ser montado no rotor, de maneira que o tambor gire com o rotor. De acordo com uma realização da invenção, a superfície rotativa 71 é configurada para ser acoplada por lonas de freio para parar o motor 70.

[026] Opcionalmente, o lado pode se prolongar para além da periferia externa da superfície rotativa 71, formando um disco cujos freios calibrados sejam configurados para acoplar e parar o motor. É contemplado que o encoder 80 pode ser montado diretamente no motor 70 ou a outra estrutura rígida, de maneira que a roda de atrito 82 possa acoplar com a superfície rotativa 71, o disco, uma roldana 78 montada axialmente externa ao motor 70, qualquer outra superfície externa adequada configurada para girar com a rotação do motor 70.

[027] Com referência também à Figura 3, o acionador de motor 40 inclui uma seção de conversão de potência 43. A seção de conversão de potência 43 converte a potência de entrada 21 na tensão desejada na saída 22. De acordo com a realização ilustrada, a seção de conversão de potência 43 inclui uma seção retificadora 42 e uma seção inversora 46, convertendo uma entrada fixa AC 21 em uma saída de amplitude variável e frequência variável AC 22. Opcionalmente, podem ser incluídas outras configurações da seção de conversão de potência 43 de acordo com os requisitos do aplicativo. A seção retificadora 42 está conectada eletricamente à entrada de energia 21. A seção retificadora 42 pode ser tanto passiva, como uma ponte de diodos, ou ativa, incluindo dispositivos eletrônicos de potência controlada como transistores. A seção retificadora 42 converte a entrada de tensão AC 21 em uma tensão CC presente em um barramento CC 44. O barramento CC 44 pode incluir uma capacitância de barramento 48 conectada ao barramento CC 44 para suavizar o nível da tensão CC presente no barramento CC 44. Como é sabido na técnica, uma capacitância de barramento 48 pode incluir capacitores simples ou múltiplos dispostos em série, paralelo, ou uma combinação desses de acordo com as potências nominais do acionador de motor 40. Uma seção inversora 46 converte a tensão CC no barramento CC 44 para a seção desejada na saída 22 do motor 70 de acordo com sinais de comutação 62.

[028] O acionador de motor 40 ainda inclui um processador 50 conectado a um dispositivo de memória 52. É contemplado que o processador 50 pode ser um processador simples ou processadores múltiplos operando em tandem. É ainda contemplado que o processador 50 pode ser configurado em parte ou no total em um Arranjo de Portas Programável em Campo (FPGA), um circuito integrado específico para aplicativo (ASIC), um circuito lógico ou uma combinação desses. O dispositivo de memória 52 podem ser dispositivos eletrônicos simples ou múltiplos, incluindo memória estática, memória dinâmica, ou uma combinação dessas. O dispositivo de memória 52 preferencialmente guarda parâmetros do acionador de motor 40 e um ou mais programas, que incluem instruções executáveis no processador 50. Uma tabela de parâmetros pode incluir um identificador e um valor para cada um dos parâmetros. Os parâmetros, por exemplo, podem configurar a operação do acionador de motor 40 ou guardar dados para uso posterior pelo acionador de motor 40...

[029] O processador 50 é configurado para executar um módulo de controle do motor 100, como mostrado na Figura 4. O processador 50 recebe sinais de feedback, 55 e 57 dos sensores, 54 e 56 respectivamente. Os sensores 54 e 56 podem incluir um ou mais sensores gerando sinais, 55 e 57, correspondendo à amplitude da tensão e/ou da corrente presentes no barramento CC 44 ou na saída 22 do acionador de motor 40 respectivamente. Os sinais de comutação 62 podem ser determinados por um circuito integrado específico para aplicativo 60 que receba sinais de referência de um processador 50 ou, opcionalmente, diretamente pelo processador 50 que executa as instruções armazenadas. Os sinais de comutação 62 são gerados, por exemplo, como uma função de sinais de feedback, 55 e 57, recebida no processador 50.

[030] O processador 50 é também configurado para gerar uma tensão de referência 111 para o motor 70, correspondente à amplitude e frequência necessárias para operar o motor 70 na velocidade desejada de referência 101. O sistema inclui um sensor de posição 80, como um encoder ou resolver, montado no motor 70 e conectado ao acionador de motor 40 por meio de uma conexão elétrica 86 para prover um sinal de feedback de posição 95 para o processador 50. O encoder 80 é acionado pela roda de atrito 82 para gerar o sinal de feedback de posição 95. O sistema também inclui um sensor 90 montado no motor 70 e conectado ao acionador de motor 40 por meio de uma conexão elétrica 96 para prover um pulso 93 para o processador 50 a cada vez em que o alvo 91 passar pelo sensor 90. Tanto o sinal de feedback de posição 95 como o pulso 93 são providos como entradas para um módulo de feedback 120. O módulo de feedback 120 inclui um bloco de ganho 122 que converte o sinal de feedback de posição 95 em uma posição angular não compensada do motor 70 e um compensador 124 que corrige a posição angular do motor 70 a cada vez em que um pulso 93 é enviado para o módulo de feedback 120. A posição compensada é provida como uma entrada para um bloco derivado 126 para determinar um sinal de feedback de velocidade 103 correspondente à velocidade angular do motor 70.

[031] De acordo com a realização ilustrada, o módulo de controle do motor 100 recebe uma velocidade de referência 101 e a compara com o sinal de feedback de velocidade 103 na junção de soma 102. A diferença entre a velocidade de referência 101 e o sinal de feedback de velocidade 103 é provida como entrada para o regulador de velocidade 104. O regulador de velocidade 104 pode ser qualquer controlador adequado como um controlador proporcional (P), proporcional- integral (PI), ou proporcional-integral-derivativo (PID). O regulador de velocidade 104 pode ainda incluir filtros, outros elementos de ganho, ou outros elementos de acordo com os requisitos de desempenho. Um torque de referência é enviado do regulador de velocidade 104 e provido como entrada para um bloco de ganho 106, que converte o torque de referência em uma corrente de referência. A corrente de referência é comparada com um sinal de feedback de corrente 57 na junção de soma 108. A diferença entre a corrente de referência e o feedback de corrente 57 é provida como entrada para o regulador de corrente 110 . O regulador de corrente 110 pode ser qualquer controlador adequado como um controlador proporcional (P), proporcional-integral (PI), ou proporcional-integral-derivativo (PID). O regulador de corrente 110 pode ainda incluir filtros, outros elementos de ganho, ou outros elementos de acordo com os requisitos de desempenho. O regulador de corrente 110 envia a tensão de referência 111, que é provida como entrada para o módulo de modulação 112, com a posição angular compensada 113. O módulo de modulação 112 gera os sinais de comutação 62 utilizados para controlar a seção inversora 46 e para converter a tensão CC no barramento CC 44 na tensão desejada na saída 22 do motor 70. É contemplado que várias outras configurações do módulo de controle do motor 100 podem ser utilizadas para gerar a tensão de referência 111 sem desviar do escopo da invenção enquanto o módulo de controle do motor 100 utiliza o sinal de feedback de posição 95 e o pulso 93 para gerar um sinal de posição angular 113.

[032] Em operação, o encoder 80 e o sensor 90 são usados pelo acionador de motor 40 para determinar a posição angular do motor 70. O encoder 80 gera o sinal de feedback de posição 95 correspondente à rotação da roda de atrito 82. O sinal de feedback de posição 95 pode ser, entre outros, um simples trem de pulso, um par de trens de pulso separados de 90 graus, uma simples forma de onda senoidal, ou um par de formas de onda senoidais deslocadas de 90 graus. Quando a roda de atrito 82 gira, o encoder 80 gera continuamente o sinal de feedback de posição 95 e o transmite para o acionador do motor 40...

[033] O acionador de motor 40 usa o sinal de feedback de posição 95 para rastrear a posição angular do motor 70. Tipicamente, um circuito dedicado rastreia as transições em estado do trem de pulsos ou lê o valor corrente das formas de onda senoidais e armazena um valor da posição no dispositivo de memória 52 para posterior processamento. O processador 50 lê o valor da posição. Por exemplo, o sinal de feedback de posição 95 pode ser um trem de pulsos gerando 1024 pulsos por revolução da roda de atrito 82. O circuito dedicado pode prover um valor de 0-1023, correspondente a uma posição angular da roda de atrito. O processador 50 lê a posição do dispositivo de memória para determinar a posição angular relativa da roda de atrito 82 em uma rotação da roda de atrito 82. Pode ser usada uma rotina de comissionamento para identificar um ponto de referência e associar o ponto de referência a um valor específico da posição angular, de maneira que o processador 50 também conheça a posição absoluta da roda de atrito 82. De acordo com uma realização da invenção, o ponto de referência pode ser o alvo 91 localizado em a superfície rotativa 71 do motor 70. Opcionalmente, o circuito dedicado é um contracircuito que incrementa com cada pulso 93 recebido em uma direção e decrementa com cada pulso 93 recebido na direção oposta. O processador 50 lê o presente número de contagens e o compara com o número anterior de contagens para determinar a atual posição angular da roda de atrito 82. É contemplado que podem ser usados vários outros métodos de processamento de sinal de feedback de posição 95 para gerar uma posição angular da roda de atrito 82 sem desviar do escopo da invenção.

[034] O processador 50 converte a posição angular da roda de atrito 82 em um valor descompensado da posição angular do motor 70. A roda de atrito 82 tem um diâmetro fixo e o rotor, ou outra superfície rotativa 71 do motor 70 tem um diâmetro fixo. Os valores do diâmetro tanto da roda de atrito 82 como da superfície rotativa 71 podem ser guardados no dispositivo de memória 52. Opcionalmente, um valor da razão entre o diâmetro da roda de atrito 82 e o diâmetro da superfície rotativa 71 pode ser guardado na memória. O processador 50 converte a posição angular da roda de atrito 82 em um valor da posição angular não compensada do motor 70 como uma função da razão entre os dois diâmetros. Por exemplo, o diâmetro da roda de atrito 82 pode ser de 5 polegadas e o diâmetro da superfície rotativa pode ser de 50 polegadas. O processador 50 determina o número de rotações da roda de atrito 82 que é necessário durante uma rotação do motor 70. O processador 50 pode manter, por exemplo, um contador que incrementa a cada vez que a roda de atrito 82 completa uma rotação na primeira direção e que decrementa a cada vez em que a roda de atrito 82 completa uma rotação na direção oposta. Pela manutenção de um total operacional do número de rotações da roda de atrito 82, assim como a utilização da atual posição angular da roda de atrito 82, o processador 50 determina o valor da posição angular não compensada do motor 70. Com referência à Figura 4, é contemplado que o bloco de ganho 122 executa as instruções necessárias para converter o sinal de feedback de posição 95 em uma posição angular não compensada do motor 70.

[035] Tendo determinado a posição angular não compensada do motor 70, o processador 50 ainda executa o compensador 124 para corrigir o erro na posição angular não compensada do motor 70. O erro pode surgir, por exemplo, devido a cálculos internos para a conversão da posição angular da roda de atrito 82 para a posição angular do motor 70. A precisão do diâmetro da roda de atrito 82 e do diâmetro da superfície rotativa 71 é conhecida, assim como a precisão em que a conversão é feita pode introduzir um erro. Além disso, a roda de atrito 82 pode ser submetida a um deslizamento em relação à superfície rotativa 71, por exemplo, devido à vibração e/ou súbita aceleração/desaceleração. Devido ao grande número de polos usados em muitos motores PM síncronos 70 para elevadores, um pequeno erro na posição angular física do motor PM 70 resulta em um erro mais significativo do ângulo elétrico da tensão aplicada ao estator do motor PM 70. O sensor 90 é provido para gerar um pulso 93 a cada vez em que o alvo 91 passar pelo sensor 90. O alvo 91 localiza-se em uma posição angular conhecida, definindo um ponto de referência no motor 70. É contemplado que a relação entre o alvo 91 e a posição angular do motor pode ser estabelecida por um procedimento inicial de comissionamento e o valor armazenado no dispositivo de memória 52. Cada vez em que o alvo 91 passa pelo sensor 90, o processador 50 recebe o pulso 93 e compara a posição angular do motor 70 com o valor de referência. O compensador 124 corrige a posição angular do motor 70 de maneira a alinhar com o valor de referência. Pode ocorrer a correção, por exemplo, pela adição ou pela subtração da diferença entre a posição angular do motor 70 e a posição de referência ou por uma mudança gradual na posição angular entre pulsos 93 implementados, por exemplo, por um controlador PI. A posição angular compensada do motor 70 é usada para determinar o feedback de velocidade. O feedback de velocidade e a posição angular compensada são ambos enviados ao módulo de controle do motor 100 para gerar a tensão desejada de saída para o controle do motor 70.

[036] Deve ser entendido que a invenção não se limita em sua aplicação aos detalhes de construção e aos arranjos dos componentes acima mostrados. A invenção é capaz de outras realizações e de ser praticada ou realizada de várias formas. Variações e modificações do acima mencionado estão dentro do escopo da presente invenção. É também entendido que a invenção revelada e definida na presente se estende para todas as combinações alternativas de duas ou mais características individuais mencionadas ou que sejam evidentes a partir do texto e/ou dos desenhos. Todas essas diferentes combinações constituem vários aspectos alternativos da presente invenção. As realizações descritas na presente explicam as melhores maneiras conhecidas para a prática da invenção e habilitarão outros peritos no assunto no uso da invenção.

Claims

1. SISTEMA PARA A DETERMINAÇÃO DE UMA POSIÇÃO ANGULAR DE UM MOTOR SÍNCRONO (70), compreendendo um encoder (80) tendo uma roda de atrito (82) acoplada operacionalmente ao encoder (80), em que o encoder (80) é configurado para gerar um sinal (95) que corresponde a uma posição angular da roda de atrito (82) e em que uma superfície de saída da roda de atrito (82) é configurada para acoplar um membro rotativo (71) do motor síncrono (70); caracterizado por compreender ainda: um alvo (91) no membro rotativo (71) do motor síncrono (70); um sensor (90) montado fixamente próximo ao membro rotativo (71) do motor síncrono (70) e configurado para gerar um pulso (93) quando o alvo (91) passar pelo sensor (90); e um acionador de motor (40) configurado para controlar a operação do motor síncrono (70), o acionador de motor (40) incluindo: uma primeira entrada configurada para receber o sinal (95) do encoder (80), uma segunda entrada configurada para receber o pulso (93) do sensor (90), um dispositivo de memória (52), e um processador (50) configurado para determinar a posição angular do motor síncrono (70) como uma função do sinal (95) do encoder (80) e para compensar a posição angular do motor síncrono (70) quando o pulso (93) for recebido na segunda entrada.

2. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: o motor síncrono (70) ser um motor de ímã permanente (PM); o membro rotativo (71) do motor síncrono (70) ser pelo menos uma superfície rotativa externa do motor PM; o sensor (90) ser um sensor sem contato montado no motor PM; o pulso (93) gerado pelo sensor (90) ser um sinal correspondente ao alvo (91) sendo localizado dentro de uma distância de detecção do sensor sem contato; o processador (50) ser ainda configurado para determinar uma posição angular não compensada do motor PM como uma função do sinal (95) correspondente à posição angular da roda de atrito (82); e determinar a posição angular do motor PM como uma função da posição angular não compensada e do sinal (95) do sensor sem contato (90).

3. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo alvo (91) estar localizado em uma posição de referência, a posição de referência estar armazenada no dispositivo de memória (52), e a posição angular não compensada do motor PM ser ainda determinada como uma função de posição de referência.

4. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo alvo (91) ser integralmente formado pela superfície rotativa.

5. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo sensor sem contato (90) ser selecionado a partir de um sensor magnético de proximidade e um sensor óptico de proximidade.

6. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pela roda de atrito (82) ter um primeiro diâmetro, a superfície rotativa (71) do motor síncrono (70) ter um segundo diâmetro, e o processador (50) ser ainda configurado para determinar uma posição angular não compensada do motor PM como uma função da razão entre o primeiro diâmetro e o segundo diâmetro.

7. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo sensor (90) ser um sensor sem contato, configurado para gerar o pulso (93) quando o alvo (91) estiver localizado dentro de uma distância de detecção do sensor (90).

8. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo sensor (90) ser selecionado a partir de um sensor magnético de proximidade e um sensor óptico de proximidade.

9. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela roda de atrito (82) ter um primeiro diâmetro, o membro rotativo (71) do motor síncrono (70) ter um segundo diâmetro, e o processador (50) ser ainda configurado para determinar a posição angular do motor síncrono (70) como uma função da razão entre o primeiro diâmetro e o segundo diâmetro.

10. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo alvo (91) estar localizado em uma posição de referência, e a posição angular do motor síncrono (70) ser ainda determinada como uma função de posição de referência.

11. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo alvo (91) ser integralmente formado pelo membro rotativo (71).

12. MÉTODO PARA A COMPENSAÇÃO DO ERRO DE POSIÇÃO DE UM ACIONADOR DE MOTOR (40), configurado para controlar um motor síncrono (70), compreendendo as etapas de montagem de um encoder (80) tendo uma roda de atrito (82) no motor síncrono (70), de maneira que a roda de atrito (82) se acople na superfície rotativa (71) do motor síncrono (70); caracterizado por compreender ainda as etapas de: montagem de um sensor (90) próximo a uma superfície rotativa (71) do motor síncrono (70); fixar um alvo (91) em uma superfície rotativa (71) do motor síncrono (70), de maneira que o alvo (91) passe pelo sensor (90) uma vez a cada rotação do motor síncrono (70); geração de um sinal (95) pelo encoder (80) que corresponde a uma posição angular da roda de atrito (82); transmissão do sinal (95) para um processador (50) no acionador do motor (40); geração de um pulso (93) com o sensor (90) a cada vez que o alvo (91) passe pelo sensor (90); transmissão do pulso (93) para o processador (50) no acionador de motor (40); determinação de uma posição angular do motor síncrono (70) no processador (50) como uma função do sinal (95) do encoder (80); e compensação de uma posição angular do motor síncrono (70) no processador (50) a cada vez que o pulso (93) é recebido do sensor (90).

13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo sensor (90) ser um sensor sem contato, configurado para gerar o pulso (93) quando o alvo (91) estiver localizado dentro de uma distância de detecção do sensor (90).

14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo sensor (90) ser selecionado a partir de um sensor magnético de proximidade e um sensor óptico de proximidade.

15. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pela roda de atrito (82) ter um primeiro diâmetro, a superfície rotativa (71) do motor síncrono (70) ter um segundo diâmetro, e a posição angular do motor síncrono (70) ser também determinada como uma função da razão entre o primeiro diâmetro e o segundo diâmetro.

16. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo alvo (91) estar localizado em uma posição de referência, e a posição angular do motor síncrono (70) ser também determinada como uma função de posição de referência.