BR112018076008B1

BR112018076008B1 - METHOD OF OPERATING AN ELECTRIC MOTOR, SET OF CIRCUITS FOR AN ELECTRIC MOTOR, AND, ELECTRIC MOTOR

Info

Publication number: BR112018076008B1
Application number: BR112018076008-0A
Authority: BR
Inventors: David Victor Pietromonaco
Original assignee: Arm Ltd
Priority date: 2016-06-14
Filing date: 2017-06-09
Publication date: 2023-08-29

Abstract

Aparelhos e métodos de operar um motor elétrico são providos, compreendendo energizar uma pluralidade de bobinas de estator em sequência para girar um rotor. Cada dita bobina é energizada com uma sequência de pulsos repetidos compreendendo pelo menos uma primeira porção e uma segunda porção, as primeira e segunda porções repetindo alternadamente para formar a sequência de pulsos repetidos. a primeira porção compreende um primeiro padrão de pulsos, cada pulso no primeiro padrão tendo ou uma primeira polaridade ou segunda polaridade, e pelo menos dois pulsos consecutivos no primeiro padrão tendo a mesma polaridade. a segunda porção compreende um segundo padrão de pulsos, o segundo padrão de pulsos tendo o mesmo padrão que o dito primeiro padrão de pulsos, mas tendo polaridade invertida em relação ao dito primeiro padrão de pulsos.Apparatus and methods of operating an electric motor are provided, comprising energizing a plurality of stator coils in sequence to rotate a rotor. Each said coil is energized with a sequence of repeating pulses comprising at least a first portion and a second portion, the first and second portions repeating alternately to form the sequence of repeating pulses. the first portion comprises a first pattern of pulses, each pulse in the first pattern having either a first polarity or a second polarity, and at least two consecutive pulses in the first pattern having the same polarity. the second portion comprises a second pulse pattern, the second pulse pattern having the same pattern as said first pulse pattern, but having reversed polarity with respect to said first pulse pattern.

Description

[001] As presentes técnicas geralmente referem-se a motores elétricos. Em particular, as presentes técnicas referem-se a métodos e aparelhos para controlar um motor elétrico.[001] The present techniques generally refer to electric motors. In particular, the present techniques relate to methods and apparatus for controlling an electric motor.

[002] São conhecidos sistemas de motor elétrico de relutância comutada que têm certas características indesejadas, tais como perdas de energia regulares devido a histerese no material de rotor ou uso de aço caro de baixa histerese. A presente descrição tenta prover técnicas para um sistema de motor elétrico aperfeiçoado.[002] Switched reluctance electric motor systems are known that have certain undesirable characteristics, such as regular power losses due to hysteresis in the rotor material or the use of expensive low-hysteresis steel. The present disclosure attempts to provide techniques for an improved electric motor system.

[003] De acordo com uma primeira técnica, um método de operar um motor elétrico é provido, compreendendo: energizar uma pluralidade de bobinas de estator em sequência para girar um rotor, cada dita bobina sendo energizada com uma sequência de pulsos repetidos compreendendo pelo menos uma primeira porção e uma segunda porção, as ditas primeira e segunda porções repetindo alternadamente para formar a dita sequência de pulsos repetidos, em que a primeira porção compreende um primeiro padrão de pulsos, cada pulso no primeiro padrão tendo ou uma primeira polaridade ou segunda polaridade, pelo menos dois pulsos consecutivos no primeiro padrão tendo a mesma polaridade, e a segunda porção compreende um segundo padrão de pulsos, o segundo padrão de pulsos tendo o mesmo padrão que o dito primeiro padrão de pulsos, mas tendo polaridade invertida em relação ao dito primeiro padrão de pulsos.[003] According to a first technique, a method of operating an electric motor is provided, comprising: energizing a plurality of stator coils in sequence to rotate a rotor, each said coil being energized with a sequence of repeated pulses comprising at least a first portion and a second portion, said first and second portions repeating alternately to form said sequence of repeated pulses, wherein the first portion comprises a first pattern of pulses, each pulse in the first pattern having either a first polarity or a second polarity. , at least two consecutive pulses in the first pattern having the same polarity, and the second portion comprising a second pulse pattern, the second pulse pattern having the same pattern as said first pulse pattern, but having reversed polarity with respect to said first pulse pattern.

[004] De acordo com uma segunda técnica, é provido um conjunto de circuitos de controle para um motor elétrico, compreendendo: conjunto de circuitos de acionamento para energizar cada uma de uma pluralidade de bobinas de estator; e conjunto de circuitos de controle para fazer com que o dito conjunto de circuitos de acionamento energize cada uma da dita bobina de estator com uma sequência de pulsos repetidos compreendendo pelo menos uma primeira porção e uma segunda porção, as ditas primeira e segunda porções repetindo alternadamente para formar a dita sequência de pulsos repetidos, em que a primeira porção compreende um primeiro padrão de pulsos, cada pulso no primeiro padrão tendo ou uma primeira polaridade ou segunda polaridade, pelo menos dois pulsos consecutivos no primeiro padrão tendo a mesma polaridade, e a segunda porção compreende um segundo padrão de pulsos, o segundo padrão de pulsos tendo o mesmo padrão que o dito primeiro padrão de pulsos, mas tendo polaridade invertida em relação ao dito primeiro padrão de pulsos.[004] According to a second technique, there is provided a set of control circuits for an electric motor, comprising: a set of drive circuits for energizing each of a plurality of stator coils; and set of control circuitry for causing said set of drive circuitry to energize each of said stator coil with a sequence of repeating pulses comprising at least a first portion and a second portion, said first and second portions repeating alternately to form said sequence of repeated pulses, wherein the first portion comprises a first pattern of pulses, each pulse in the first pattern having either a first polarity or a second polarity, at least two consecutive pulses in the first pattern having the same polarity, and the second portion comprises a second pulse pattern, the second pulse pattern having the same pattern as said first pulse pattern, but having reversed polarity with respect to said first pulse pattern.

[005] De acordo com uma terceira técnica, um motor elétrico é provido, compreendendo: um estator, tendo uma pluralidade de bobinas de estator montadas nos mesmos; um rotor, arranjado para girar dentro do dito estator; conjunto de circuitos de controle para energizar a pluralidade de bobinas de estator em sequência para girar o rotor, o conjunto de circuitos de controle sendo configurado para energizar cada uma da dita bobina de estator com uma sequência de pulsos repetidos compreendendo pelo menos uma primeira porção e uma segunda porção, as ditas primeira e segunda porções repetindo alternadamente para formar a dita sequência de pulsos repetidos, em que: a primeira porção compreende um primeiro padrão de pulsos, cada pulso no primeiro padrão tendo ou uma primeira polaridade ou segunda polaridade, pelo menos dois pulsos consecutivos no primeiro padrão tendo a mesma polaridade, e a segunda porção compreende um segundo padrão de pulsos, o segundo padrão de pulsos tendo o mesmo padrão que o dito primeiro padrão de pulsos, mas tendo polaridade invertida em relação ao dito primeiro padrão de pulsos.[005] According to a third technique, an electric motor is provided, comprising: a stator, having a plurality of stator coils mounted thereon; a rotor, arranged to rotate within said stator; set of control circuits for energizing the plurality of stator coils in sequence to rotate the rotor, the set of control circuits being configured to energize each of said stator coil with a sequence of repeated pulses comprising at least a first portion and a second portion, said first and second portions repeating alternately to form said sequence of repeated pulses, wherein: the first portion comprises a first pattern of pulses, each pulse in the first pattern having either a first polarity or a second polarity, at least two consecutive pulses in the first pattern having the same polarity, and the second portion comprising a second pulse pattern, the second pulse pattern having the same pattern as said first pulse pattern, but having reversed polarity with respect to said first pulse pattern. pulses.

[006] As presentes técnicas são adicionalmente descritas, a título de exemplo apenas, com referência a modalidades conforme ilustrado nos desenhos anexos, nos quais: a figura 1 ilustra um sistema de motor elétrico de relutância comutada de acordo com modalidades; a figura 2 esquematicamente ilustra uma porção exemplificativa do conjunto de circuitos de acionamento de acordo com modalidades; a figura 3 ilustra uma operação exemplificativa da porção de conjunto de circuitos de acionamento de acordo com modalidades; a figura 4 ilustra um arranjo exemplificativo, no qual duas porções de circuito de acionamento são arranjadas em um par, de acordo com modalidades; a figura 5 ilustra uma vista radial do rotor e estator, de acordo com modalidades; as figuras 6a, 6b e 6c ilustram uma vista radial ampliada de um grupo de dentes de estator e os dentes de estator adjacentes durante operação do sistema de motor elétrico exemplificativo; a figura 7 ilustra por meio de um gráfico uma energização de bobinas de estator; a figura 8 ilustra por meio de um gráfico uma sequência de energização alternativa das bobinas de estator; e a figura 9 ilustra por meio de um gráfico uma sequência de energização das bobinas de estator de acordo com modalidades.[006] The present techniques are further described, by way of example only, with reference to embodiments as illustrated in the accompanying drawings, in which: figure 1 illustrates a switched reluctance electric motor system according to embodiments; Figure 2 schematically illustrates an exemplary portion of the set of drive circuits according to embodiments; Figure 3 illustrates an exemplary operation of the drive circuitry portion in accordance with embodiments; Figure 4 illustrates an exemplary arrangement, in which two drive circuit portions are arranged in a pair, according to embodiments; figure 5 illustrates a radial view of the rotor and stator, according to embodiments; Figures 6a, 6b and 6c illustrate an enlarged radial view of a group of stator teeth and adjacent stator teeth during operation of the exemplary electric motor system; Figure 7 graphically illustrates the energization of stator coils; figure 8 graphically illustrates an alternative energization sequence of the stator coils; and figure 9 illustrates by means of a graph an energization sequence of the stator coils according to embodiments.

[007] A figura 1 ilustra um sistema de motor elétrico de relutância comutada 100 de acordo com modalidades. O motor elétrico compreende um rotor 102 e um estator 104. O rotor 102 é arranjado para girar dentro do estator 104. O rotor 102 compreende uma pluralidade de dentes de estator 106. O dentes de estator 106 compreende protuberâncias que se estendem radialmente para fora do rotor 102. Nas modalidades representadas na figura 1, cada dente de rotor 106 se estende ao longo do comprimento do rotor 102. Nas modalidades representadas na figura 1, o rotor 102 tem 16 dentes de estator 106. Em modalidades alternativas, o estator pode ter mais ou menos que 16 dentes de estator.[007] Figure 1 illustrates a switched reluctance electric motor system 100 according to embodiments. The electric motor comprises a rotor 102 and a stator 104. The rotor 102 is arranged to rotate within the stator 104. The rotor 102 comprises a plurality of stator teeth 106. The stator teeth 106 comprises protuberances extending radially outwardly from the rotor 102. In the embodiments depicted in Figure 1, each rotor tooth 106 extends along the length of the rotor 102. In the embodiments depicted in Figure 1, the rotor 102 has 16 stator teeth 106. In alternative embodiments, the stator may have more or less than 16 stator teeth.

[008] O estator 104 compreende uma pluralidade de dentes de estator 108. Os dentes de estator 108 compreendem protuberâncias que se estendem radialmente para dentro a partir do estator 104. Nas modalidades representadas na figura 1, cada dente de estator se estende ao longo do comprimento do estator 104. Nas modalidades representadas na figura 1, o estator 104 tem 24 dentes de estator 108. Em modalidades alternativas, o estator pode ter mais ou menos que 24 dentes de estator. Cada dente de estator é configurado para ter uma bobina de estator 110 montada no mesmo. Por exemplo, cada bobina de estator 110 pode ser enrolada em torno do respectivo dente de estator 108. Cada bobina de estator pode tipicamente compreender um número elevado de voltas, por exemplo 200.[008] The stator 104 comprises a plurality of stator teeth 108. The stator teeth 108 comprise protrusions that extend radially inwardly from the stator 104. In the embodiments depicted in Figure 1, each stator tooth extends along the length of the stator 104. In the embodiments depicted in Figure 1, the stator 104 has 24 stator teeth 108. In alternative embodiments, the stator may have more or less than 24 stator teeth. Each stator tooth is configured to have a stator coil 110 mounted thereon. For example, each stator coil 110 may be wound around the respective stator tooth 108. Each stator coil may typically comprise a high number of turns, for example 200.

[009] Nas modalidades representadas na figura 1, apenas um único dente de estator é mostrado com uma bobina de estator montada 110 a título de clareza. No entanto, em prática muitos, ou todos, dos dentes de estator podem ter tais bobinas de estator montadas nos mesmos. Nas modalidades representadas na figura 1, nenhuma bobina é mostrada montada nos dentes de estator 106. Em modalidades alternativas (não mostradas), bobinas de rotor podem ser montadas em cada um dos dentes de estator 106 de uma maneira similar.[009] In the embodiments depicted in Figure 1, only a single stator tooth is shown with a mounted stator coil 110 for clarity. However, in practice many, or all, of the stator teeth may have such stator coils mounted thereon. In the embodiments depicted in Figure 1, no coil is shown mounted on the stator teeth 106. In alternative embodiments (not shown), rotor coils may be mounted on each of the stator teeth 106 in a similar manner.

[0010] O sistema de motor elétrico 100 compreende adicionalmente conjunto de circuitos de acionamento 112 para energizar as respectivas bobinas de estator 110, e conjunto de circuitos de controle 114 para controlar o conjunto de circuitos de acionamento 112 e desse modo controlar a potência fornecida para as bobinas de estator 110. Em algumas modalidades, conjunto de circuitos de controle 114 pode ser considerado como compreendendo o conjunto de circuitos de acionamento 112.[0010] The electric motor system 100 further comprises a set of drive circuits 112 for energizing the respective stator coils 110, and a set of control circuits 114 for controlling the set of drive circuits 112 and thereby controlling the power supplied to the stator coils 110. In some embodiments, control circuitry 114 may be considered to comprise drive circuitry 112.

[0011] A figura 2 esquematicamente ilustra uma porção exemplificativa 200 do conjunto de circuitos de acionamento 112 para fornecer potência a uma dada bobina de estator 110 de acordo com modalidades. A dada bobina de estator está esquematicamente representada na figura 2 como uma indutância 202. O conjunto de circuitos de acionamento 200 pode ser visto como um conversor híbrido de tensão de indutância comutada compreendendo uma porção de intensificação de tensão e uma porção de compensação de tensão. A porção de intensificação de tensão do conjunto de circuitos de acionamento 200 compreende um diodo de intensificação 204 e um comutador de intensificação 206. A porção de compensação de tensão do conjunto de circuitos de acionamento 200 compreende um comutador de compensação 208 e um diodo de compensação 210. A porção de intensificação de tensão e porção de compensação de tensão do conjunto de circuitos de acionamento 200 ambas utilizam capacitor de armazenamento 212.[0011] Figure 2 schematically illustrates an exemplary portion 200 of the drive circuitry 112 for supplying power to a given stator coil 110 in accordance with embodiments. The given stator coil is schematically represented in Figure 2 as an inductance 202. The drive circuitry 200 can be viewed as a hybrid switched inductance voltage converter comprising a voltage step-up portion and a voltage compensation portion. The voltage boost portion of the drive circuitry 200 comprises a step-up diode 204 and a step-up switch 206. The voltage compensation portion of the drive circuitry 200 comprises a trim switch 208 and a trim diode 210. The voltage boost portion and voltage compensation portion of the drive circuitry 200 both utilize storage capacitor 212.

[0012] O comutador de intensificação 206 e o comutador de compensação 208 são eletronicamente controláveis pelo conjunto de circuitos de controle 114, por meio de um sinal de controle de intensificação 216 e um sinal de controle de compensação 218 respectivamente. Em modalidades, o comutador de intensificação 206 e o comutador de compensação 208 podem cada um compreender elementos de comutação baseados em transistor. Em operação, o sinal de controle de intensificação 216 e o sinal de controle de compensação 218 são confirmados em exclusão mútua para fazer com que a bobina de estator 202 seja energizada em um modo bipolar, em que primeiramente a corrente é feita fluir através da bobina de estator em uma direção (isto é, durante operação de intensificação), e então flua através da bobina de estator na direção oposta (isto é, durante operação de compensação).[0012] The boost switch 206 and the compensation switch 208 are electronically controllable by the control circuitry 114, through a boost control signal 216 and a compensation control signal 218 respectively. In embodiments, the boost switch 206 and the compensation switch 208 may each comprise transistor-based switching elements. In operation, the boost control signal 216 and the compensation control signal 218 are confirmed in mutual exclusion to cause the stator coil 202 to be energized in a bipolar mode, in which current is first made to flow through the coil. of stator coil in one direction (i.e., during boost operation), and then flow through the stator coil in the opposite direction (i.e., during compensation operation).

[0013] Durante operação de intensificação, a porção de intensificação de tensão do conjunto de circuitos de acionamento 200 é usada. Quando o sinal de controle de intensificação 216 é confirmado, faz-se com que o comutador de intensificação 206 conduza (isto é, feche), e a tensão de fonte seja aplicada através da bobina de estator, representada pela indutância 202. Isso faz com que a corrente flua da fonte através da bobina de estator, gerando desse modo um campo magnético na bobina de estator. Quando o sinal de controle de intensificação 216 é desligado (isto é, não confirmado), o comutador de intensificação 206 cessa a condução (isto é, abre). No entanto, a corrente continuará a fluir através da bobina de estator por um período devido à indutância 202 da bobina de estator. A corrente que flui através da bobina de estator durante esse período flui por meio de diodo de intensificação 204 para o capacitor de armazenamento 212. Portanto, a energia dissipada da bobina de estator durante esse período é coletada pelo capacitor de armazenamento 212. Isso intensifica o capacitor de armazenamento 212 a um nível de tensão que desliga a corrente na bobina de estator. A carga armazenada no capacitor de armazenamento 212 é portanto disponível para energizar a bobina de estator na direção oposta durante operação de compensação do circuito de acionamento 200.[0013] During step-up operation, the voltage step-up portion of the drive circuitry 200 is used. When the boost control signal 216 is confirmed, the boost switch 206 is caused to conduct (i.e., close), and the source voltage is applied across the stator coil, represented by inductance 202. This causes current flows from the source through the stator coil, thereby generating a magnetic field in the stator coil. When the boost control signal 216 is turned off (i.e., not acknowledged), the boost switch 206 stops conducting (i.e., opens). However, current will continue to flow through the stator coil for a period due to the inductance 202 of the stator coil. The current that flows through the stator coil during this period flows through the step-up diode 204 to the storage capacitor 212. Therefore, the energy dissipated from the stator coil during this period is collected by the storage capacitor 212. This intensifies the storage capacitor 212 to a voltage level that turns off the current in the stator coil. The charge stored in the storage capacitor 212 is therefore available to energize the stator coil in the opposite direction during compensation operation of the drive circuit 200.

[0014] Durante operação de compensação, a porção de compensação de tensão do conjunto de circuitos de acionamento 200 é usada. Quando o sinal de controle de compensação 218 é confirmado, faz-se com que o comutador de compensação 208 conduza (isto é, feche), e a tensão do capacitor de armazenamento 212 seja aplicada à bobina de estator. Isso faz com que a corrente flua do capacitor de armazenamento 212, através da bobina de estator na direção oposta, gerando desse modo um campo magnético na bobina de estator da polaridade oposta. Quando o sinal de controle de compensação 218 é desligado (isto é, não confirmado), o comutador de compensação 208 cessa a condução (isto é, abre). Novamente, a corrente continuará a fluir através da bobina de estator por um período devido à indutância 202 da bobina de estator. A corrente que flui através da bobina de estator durante esse período flui por meio de diodo de compensação 210 para a fonte.[0014] During compensation operation, the voltage compensation portion of the drive circuitry 200 is used. When the compensation control signal 218 is confirmed, the compensation switch 208 is caused to conduct (i.e., close), and voltage from the storage capacitor 212 is applied to the stator coil. This causes current to flow from the storage capacitor 212 through the stator coil in the opposite direction, thereby generating a magnetic field in the stator coil of the opposite polarity. When the trim control signal 218 is turned off (i.e., not acknowledged), the trim switch 208 stops conducting (i.e., opens). Again, current will continue to flow through the stator coil for a period due to the inductance 202 of the stator coil. The current flowing through the stator coil during this period flows through compensation diode 210 to the source.

[0015] A figura 3 ilustra uma operação exemplificativa da porção de conjunto de circuitos de acionamento 200 e a corrente resultante gerada através da respectiva bobina de estator 110. O gráfico 300 mostra a tensão de sinal de controle de intensificação 216 ao longo do tempo (indicado como VINTENSIFICAÇÃO). O gráfico 301 mostra a tensão de sinal de controle de compensação 218 ao longo do tempo (indicado como VCOMPENSAÇÃO). O gráfico 304 mostra a corrente resultante gerada na bobina de estator 110 correspondente ao longo do mesmo período de tempo (indicado como IBOBINA). Como previamente mencionado, o sinal de controle de intensificação 216 e o sinal de controle de compensação 218 são confirmados em exclusão mútua pelo conjunto de circuitos de controle 114. Em modalidades, o conjunto de circuitos de controle 114 é configurado para confirmar o sinal de controle de intensificação 216 e o sinal de controle de compensação 218, apenas quando a corrente na bobina de estator tiver retornado para zero (ou próximo a zero). Dessa maneira, as tensões na porção de circuito de acionamento 200 são comutadas apenas quando a corrente é baixa, e as correntes na bobina de estator são comutadas apenas quando as tensões são baixas. Isso tem o efeito de assegurar que as exigências de dissipação de potência do comutador de intensificação 206 e comutador de compensação 208 sejam pequenas, o que significa que elementos de comutação de custo relativamente baixo (por exemplo, MOSFETs) podem ser usados (em vez de IGBTs de potência elevada mais caros, por exemplo).[0015] Figure 3 illustrates an exemplary operation of the drive circuitry portion 200 and the resulting current generated through the respective stator coil 110. Graph 300 shows the boost control signal voltage 216 over time ( indicated as VINTENSIFICATION). Graph 301 shows compensation control signal voltage 218 over time (denoted as VCOMPENSATION). Graph 304 shows the resulting current generated in the corresponding stator coil 110 over the same period of time (indicated as ICOIL). As previously mentioned, the boost control signal 216 and the compensation control signal 218 are confirmed in mutual exclusion by the control circuitry set 114. In embodiments, the control circuitry set 114 is configured to confirm the control signal step-up signal 216 and the compensation control signal 218, only when the current in the stator coil has returned to zero (or close to zero). In this way, the voltages in the drive circuit portion 200 are switched only when the current is low, and the currents in the stator coil are switched only when the voltages are low. This has the effect of ensuring that the power dissipation requirements of the step-up switch 206 and compensation switch 208 are small, which means that relatively low-cost switching elements (e.g., MOSFETs) can be used (instead of more expensive high power IGBTs, for example).

[0016] A operação do conjunto de circuitos de acionamento durante esse período de tempo pode ser conceitualmente dividida em quatro fases, como mostrado na figura 3. Durante a Fase 1, o sinal de controle de intensificação 216 é confirmado, fazendo com que a corrente flua através da bobina de estator em uma primeira direção (mostrada como uma corrente positiva no gráfico 304). Durante a Fase 2, o sinal de controle de intensificação 216 é removido. No entanto, devido à indutância da bobina de estator, a corrente continua a fluir através da bobina na primeira direção por um período de tempo, carregando o capacitor de armazenamento 212. Durante a Fase 3, o sinal de controle de compensação 218 é confirmado, fazendo com que a corrente flua através da bobina de estator na segunda direção (oposta) (mostrada como uma corrente negativa no gráfico 304), descarregando o capacitor de armazenamento 212. Durante a Fase 4, o sinal de controle de compensação 218 é removido. No entanto, devido à indutância da bobina de estator, a corrente continua a fluir através da bobina na segunda direção por um período de tempo, para a fonte.[0016] The operation of the drive circuitry during this period of time can be conceptually divided into four phases, as shown in Figure 3. During Phase 1, the boost control signal 216 is confirmed, causing the current flow through the stator coil in a first direction (shown as a positive current in graph 304). During Phase 2, the boost control signal 216 is removed. However, due to the inductance of the stator coil, current continues to flow through the coil in the first direction for a period of time, charging the storage capacitor 212. During Phase 3, the compensation control signal 218 is confirmed, causing current to flow through the stator coil in the second (opposite) direction (shown as a negative current in graph 304), discharging the storage capacitor 212. During Phase 4, the compensation control signal 218 is removed. However, due to the inductance of the stator coil, current continues to flow through the coil in the second direction for a period of time, towards the source.

[0017] Como descrito na figura 1, o estator 104 do sistema de motor elétrico 100 compreende uma pluralidade de dentes de estator 108, cada dente de estator 108 tendo uma bobina de estator 110 montada no mesmo. Em modalidades, o conjunto de circuitos de acionamento 112 do sistema de motor elétrico 100 compreende uma pluralidade de porções de circuito de acionamento 200, cada uma arranjada para acionar uma bobina diferente dentre as bobinas de estator 110, ou subconjunto das bobinas de estator 110.[0017] As described in Figure 1, the stator 104 of the electric motor system 100 comprises a plurality of stator teeth 108, each stator tooth 108 having a stator coil 110 mounted thereon. In embodiments, the drive circuitry 112 of the electric motor system 100 comprises a plurality of drive circuit portions 200, each arranged to drive a different coil among the stator coils 110, or subset of the stator coils 110.

[0018] A figura 4 ilustra um arranjo exemplificativo, no qual duas porções de circuito de acionamento 200a, 200b são arranjadas em um par com uma fonte de alimentação compartilhada 302, para bobinas de estator de acionamento 110a e 110b respectivamente. Arranjando-se as porções de circuito de acionamento 200a, 200b em tal par, o conjunto de circuitos de controle 114 pode ser configurado para agendar os sinais de controle de intensificação 216 e sinais de controle de compensação 218 fornecidos para cada circuito de acionamento 200 de forma que a potência extraída da fonte compartilhada 302 por uma das porções de circuito de acionamento 200a, 200b é deslocada pela potência retornada para a fonte pela outra porção de circuito de acionamento 200a, 200b no par. Por exemplo, o conjunto de circuitos de controle 114 pode confirmar o sinal de controle de intensificação para uma porção de circuito de acionamento 200a, 200b no par, enquanto simultaneamente confirma o sinal de controle de compensação para a outra porção de circuito de acionamento 200a, 200b no par. Dessa maneira, a potência útil extraída pelos dois circuitos de acionamento da fonte durante operação é significantemente reduzida.[0018] Figure 4 illustrates an exemplary arrangement, in which two drive circuit portions 200a, 200b are arranged in a pair with a shared power supply 302, for drive stator coils 110a and 110b respectively. By arranging the drive circuit portions 200a, 200b in such a pair, the control circuitry 114 can be configured to schedule the boost control signals 216 and compensation control signals 218 provided to each drive circuit 200 of such that the power drawn from the shared source 302 by one of the drive circuit portions 200a, 200b is displaced by the power returned to the source by the other drive circuit portion 200a, 200b in the pair. For example, control circuitry 114 may confirm the boost control signal for a drive circuit portion 200a, 200b in the pair, while simultaneously confirming the trim control signal for the other drive circuit portion 200a, 200b at par. In this way, the useful power extracted by the source's two drive circuits during operation is significantly reduced.

[0019] Por exemplo, quando a porção de circuito de acionamento 200a está em operação de intensificação, a corrente é feita fluir da fonte compartilhada 302 para a bobina de estator 100a, e por fim carrega o capacitor de armazenamento da porção de circuito de acionamento 200a. Ao mesmo tempo que a porção de circuito de acionamento 200b está em operação de compensação; corrente é descarregada do capacitor de armazenamento da porção de circuito de acionamento 100b e feita fluir na direção oposta de volta para a fonte compartilhada 302 por meio da bobina de estator 100b. De maneira similar, quando a porção de circuito de acionamento 200b está em operação de intensificação, a corrente é feita fluir da fonte compartilhada 302 para a bobina de estator 100b, e por fim carrega o capacitor de armazenamento da porção de circuito de acionamento 200b. Ao mesmo tempo, a porção de circuito de acionamento 200a está em operação de compensação; corrente é descarregada do capacitor de armazenamento da porção de circuito de acionamento 100a e feita fluir na direção oposta de volta para a fonte compartilhada 302 por meio da bobina de estator 100a. O efeito líquido dessa operação balanceada do par de porções de circuito de acionamento 200a, 200b é uma carga de corrente de fonte significantemente reduzida em fonte de alimentação compartilhada 302.[0019] For example, when the drive circuit portion 200a is in boost operation, current is made to flow from the shared source 302 to the stator coil 100a, and ultimately charges the storage capacitor of the drive circuit portion. 200a. At the same time as the drive circuit portion 200b is in compensation operation; current is discharged from the storage capacitor of the drive circuit portion 100b and flowed in the opposite direction back to the shared source 302 via the stator coil 100b. Similarly, when the drive circuit portion 200b is in boost operation, current is made to flow from the shared source 302 to the stator coil 100b, and ultimately charges the storage capacitor of the drive circuit portion 200b. At the same time, the drive circuit portion 200a is in compensation operation; current is discharged from the storage capacitor of the drive circuit portion 100a and flowed in the opposite direction back to the shared source 302 via the stator coil 100a. The net effect of this balanced operation of the pair of drive circuit portions 200a, 200b is a significantly reduced source current load on shared power supply 302.

[0020] A figura 5 ilustra uma vista radial do rotor 102 e estator 104 do sistema de motor elétrico exemplificativo 100. Como resultado da razão entre o número de dentes de estator 106 e o número de dentes de estator 108, nesse exemplo 2:3, pode ser visto que um a cada três dentes de estator pode ser simultaneamente alinhado com um dente de rotor, enquanto um a cada dois dentes de rotor fica em alinhamento com um dente de estator. Para indução do movimento no rotor 102, as diversas bobinas de estator 110 montadas sobre os dentes de estator 108 do motor elétrico são energizadas em sequência para atrair um dente de rotor 106 adjacente ou próximo em direção à posição daquele dente de estator.[0020] Figure 5 illustrates a radial view of the rotor 102 and stator 104 of the exemplary electric motor system 100. As a result of the ratio between the number of stator teeth 106 and the number of stator teeth 108, in this example 2:3 , it can be seen that one in every three stator teeth can be simultaneously aligned with a rotor tooth, while one in every two rotor teeth is in alignment with a stator tooth. To induce motion in the rotor 102, the plurality of stator coils 110 mounted on the stator teeth 108 of the electric motor are energized in sequence to attract an adjacent or nearby rotor tooth 106 toward the position of that stator tooth.

[0021] Devido à simetria rotacional do sistema de motor elétrico exemplificativo 100 representado na figura 5, pode ser visto que um a cada três dentes de estator 108 está na mesma posição em relação ao seu dente de rotor 106 mais próximo. Em outras palavras, todo dente de estator 108 indicado como “A” na figura 3 está na mesma posição em relação ao seu dente de rotor 106 mais próximo. De maneira similar, todo dente de estator 108 indicado como “B” está na mesma posição em relação ao seu dente de rotor 106 mais próximo, e todo dente de estator 108 indicado como “C” está na mesma posição em relação ao seu dente de rotor 106 mais próximo. Portanto, pode ser visto que a bobina de estator 110 de um a cada três dentes de estator 108 deve ser energizada aproximadamente ao mesmo tempo durante operação normal do sistema de motor elétrico 100 a fim de se encorajar a rotação do rotor 102.[0021] Due to the rotational symmetry of the exemplary electric motor system 100 depicted in figure 5, it can be seen that every three stator teeth 108 are in the same position relative to their nearest rotor tooth 106. In other words, every stator tooth 108 indicated as “A” in figure 3 is in the same position relative to its closest rotor tooth 106. Similarly, every stator tooth 108 indicated as “B” is in the same position relative to its nearest rotor tooth 106, and every stator tooth 108 indicated as “C” is in the same position relative to its nearest rotor tooth 106. rotor 106 closer. Therefore, it can be seen that the stator coil 110 of one of every three stator teeth 108 must be energized at approximately the same time during normal operation of the electric motor system 100 in order to encourage rotation of the rotor 102.

[0022] Para se prover o arranjo de emparelhamento acima mencionado, pares de bobinas de estator 110 são selecionados os quais são montados sobre dentes de estator 108 que são um múltiplo de três dentes separados (isto é, eles são indicados como com a mesma letra na figura 5). Para sistemas de motor elétrico nos quais a razão entre o número de dentes de estator 106 e o número de dentes de estator 108 é diferente de 2:3, são exigidos diferentes arranjos de seleção de dentes. Pares de bobinas de estator 110 podem ser selecionados de forma que os dentes de estator 108 estejam próximos, por exemplo. Alternativamente, pares de bobinas de estator 110 podem ser selecionados nos quais os dentes de estator 108 ficam opostos, ou em algum outro arranjo.[0022] To provide the aforementioned pairing arrangement, pairs of stator coils 110 are selected which are mounted on stator teeth 108 that are a multiple of three separate teeth (i.e., they are indicated as with the same letter in figure 5). For electric motor systems in which the ratio of the number of stator teeth 106 to the number of stator teeth 108 is other than 2:3, different tooth selection arrangements are required. Pairs of stator coils 110 can be selected so that the stator teeth 108 are close together, for example. Alternatively, pairs of stator coils 110 may be selected in which the stator teeth 108 are opposite each other, or in some other arrangement.

[0023] Além disso, grupos de bobinas de estator 110 podem ser arranjados os quais contêm pares de bobinas de estator montadas nos dentes de estator 108 de cada local relativo (isto é, um par indicado como “A”, um par indicado como “B” e um par indicado como “C”). Por exemplo, na figura 5, quatro grupos de bobinas de estator 110 foram arranjados (indicados como Grupo 1 - 4), onde cada grupo contém um par de bobinas de estator correspondendo a dentes de estator 108 de cada local relativo. As bobinas de estator em cada grupo podem ser controladas com conjunto de circuitos de controle e/ou conjunto de circuitos de acionamento que é provido em uma placa de circuito compartilhado e ou usam uma fonte de alimentação compartilhada. Usando esse arranjo, a corrente extraída por cada grupo pode ser balanceada de maneira eficaz. Esse arranjo também permite que a sequência de controle para cada grupo seja repetida através de outros grupos. Nas modalidades representadas na figura 5, os Grupos 1 - 4 compreendem bobinas de estator 110 montadas em dentes de estator 108 adjacentes. Em modalidades alternativas, seleções diferentes de bobinas de estator podem ser usadas. Possíveis seleções alternativas incluem o arranjo acima mencionado no qual pares de bobinas de estator são montados em dentes de estator localizados opostos entre si sobre o estator 104, ou selecionar grupos nos quais as bobinas de estator 110 em cada grupo são mais uniformemente distribuídas em torno do estator 104.[0023] Additionally, groups of stator coils 110 may be arranged which contain pairs of stator coils mounted on stator teeth 108 of each relative location (i.e., one pair indicated as “A”, one pair indicated as “ B” and a pair indicated as “C”). For example, in Figure 5, four groups of stator coils 110 have been arranged (denoted as Group 1 - 4), where each group contains a pair of stator coils corresponding to stator teeth 108 of each relative location. The stator coils in each group may be controlled with control circuitry and/or drive circuitry that is provided on a shared circuit board and or use a shared power supply. Using this arrangement, the current drawn by each group can be effectively balanced. This arrangement also allows the control sequence for each group to be repeated across other groups. In the embodiments depicted in Figure 5, Groups 1 - 4 comprise stator coils 110 mounted on adjacent stator teeth 108. In alternative embodiments, different selections of stator coils may be used. Possible alternative selections include the aforementioned arrangement in which pairs of stator coils are mounted on stator teeth located opposite each other on the stator 104, or selecting groups in which the stator coils 110 in each group are more evenly distributed around the stator 104.

[0024] As figuras 6a, 6b e 6c ilustram uma vista radial ampliada dos dentes de estator 108 no grupo 1 e os dentes de estator adjacentes 106 durante operação do sistema de motor elétrico exemplificativo 100. Os seis dentes de estator 108 do grupo 1 foram indicados como com os números 1 - 6 para facilitar a referência na seguinte descrição. Para provocar a rotação do rotor 102, a temporização das operações de intensificação e compensação das diversas bobinas de estator 110 montadas sobre os dentes de estator 108 do motor elétrico é deslocada em relação umas às outras, como descrito mais abaixo.[0024] Figures 6a, 6b and 6c illustrate an enlarged radial view of the stator teeth 108 in group 1 and the adjacent stator teeth 106 during operation of the exemplary electric motor system 100. The six stator teeth 108 of group 1 were indicated as numbers 1 - 6 for ease of reference in the following description. To cause rotation of the rotor 102, the timing of the intensifying and compensating operations of the various stator coils 110 mounted on the stator teeth 108 of the electric motor are shifted relative to each other, as described below.

[0025] Na posição inicial representada na figura 6a, dentes de estator 106 ficam em alinhamento com os dentes de estator no Grupo 1 indicados como 1 e 4. Para se induzir a rotação do rotor no sentido anti-horário, o par de bobinas de estator 110 montadas nos dentes de estator 108 indicadas como 3 e 6 são energizadas pelo conjunto de circuitos de controle 112 e conjunto de circuitos de acionamento correspondentes 114. Isso configura campos magnéticos nas respectivas bobinas de estator 110, conforme ilustrado na figura 6a. O campo magnético induzido no dente de estator indicado como 3 é orientado com o norte (N) radialmente para dentro, enquanto que o campo magnético induzido no dente de estator indicado como 6 é orientado com o sul (S) radialmente para dentro. Isso é devido a uma bobina no par ser acionada no modo de intensificação enquanto a outra bobina no par está sendo acionada no modo de compensação. Como resultado dos campos magnéticos induzidos nos dentes de estator 108 indicados como 3 e 6, uma força magnética atrai o dente de rotor mais próximo 106 de cada um daqueles dois dentes de estator, como mostrado pelas setas na figura 6a.[0025] In the initial position represented in figure 6a, stator teeth 106 are in alignment with the stator teeth in Group 1 indicated as 1 and 4. To induce counterclockwise rotation of the rotor, the pair of winding coils stator 110 mounted on stator teeth 108 indicated as 3 and 6 are energized by the set of control circuits 112 and set of corresponding drive circuits 114. This sets up magnetic fields in the respective stator coils 110, as illustrated in figure 6a. The magnetic field induced in the stator tooth indicated as 3 is oriented with north (N) radially inward, while the magnetic field induced in the stator tooth indicated as 6 is oriented with south (S) radially inward. This is due to one coil in the pair being driven in boost mode while the other coil in the pair is being driven in compensation mode. As a result of the magnetic fields induced in the stator teeth 108 indicated as 3 and 6, a magnetic force attracts the nearest rotor tooth 106 of each of those two stator teeth, as shown by the arrows in figure 6a.

[0026] Como resultado dessas forças, os dentes de estator são atraídos em direção ao alinhamento com dentes de estator 108 indicados como 3 e 6, como mostrado na figura 6b. Para provocar rotação adicional do rotor, o par de bobinas de estator 110 montadas nos dentes de estator 108 indicados como 2 e 5 são então energizadas. Isso configura campos magnéticos nas respectivas bobinas de estator 110, conforme ilustrado na figura 6b. Como resultado dos campos magnéticos induzidos nos dentes de estator 108 indicados como 2 e 5, uma força magnética atrai o dente de rotor mais próximo 106 de cada um daqueles dois dentes de estator, como mostrado pelas setas na figura 6b.[0026] As a result of these forces, the stator teeth are attracted toward alignment with stator teeth 108 indicated as 3 and 6, as shown in figure 6b. To cause additional rotation of the rotor, the pair of stator coils 110 mounted on the stator teeth 108 indicated as 2 and 5 are then energized. This sets up magnetic fields in the respective stator coils 110, as illustrated in figure 6b. As a result of the magnetic fields induced in the stator teeth 108 indicated as 2 and 5, a magnetic force attracts the closest rotor tooth 106 of each of those two stator teeth, as shown by the arrows in figure 6b.

[0027] Como resultado dessas forças, os dentes de estator são atraídos em direção ao alinhamento com dentes de estator 108 indicados como 2 e 5, como mostrado na figura 6c. Para provocar rotação adicional do rotor, o par de bobinas de estator 110 montadas nos dentes de estator 108 indicados como 1 e 4 são então energizadas. Isso configura campos magnéticos nas respectivas bobinas de estator 110, conforme ilustrado na figura 6c. Como resultado dos campos magnéticos induzidos nos dentes de estator 108 indicados como 1 e 4, uma força magnética atrai o dente de rotor mais próximo 106 de cada um daqueles dois dentes de estator, como mostrado pelas setas na figura 6c. Como resultado dessas forças, os dentes de estator são atraídos em direção ao alinhamento com dentes de estator 108 indicados como 1 e 4.[0027] As a result of these forces, the stator teeth are attracted toward alignment with stator teeth 108 indicated as 2 and 5, as shown in figure 6c. To cause additional rotation of the rotor, the pair of stator coils 110 mounted on the stator teeth 108 indicated as 1 and 4 are then energized. This sets up magnetic fields in the respective stator coils 110, as illustrated in figure 6c. As a result of the magnetic fields induced in the stator teeth 108 indicated as 1 and 4, a magnetic force attracts the nearest rotor tooth 106 of each of those two stator teeth, as shown by the arrows in figure 6c. As a result of these forces, the stator teeth are attracted toward alignment with stator teeth 108 indicated as 1 and 4.

[0028] Isso move o rotor 102 para uma posição equivalente àquela representada na figura 6a, embora com cada um dos dentes de estator 106 deslocados no sentido anti-horário em uma posição. Portanto, esse padrão of energização das bobinas de estator 110 pode ser repetido para rotação continuada do rotor 102. De maneira similar, o mesmo padrão de energização pode ser repetido através dos outros grupos de bobinas de estator 110 no sistema de motor elétrico.[0028] This moves the rotor 102 to a position equivalent to that depicted in figure 6a, albeit with each of the stator teeth 106 displaced counterclockwise by one position. Therefore, this pattern of energization of the stator coils 110 can be repeated for continued rotation of the rotor 102. Similarly, the same pattern of energization can be repeated through the other groups of stator coils 110 in the electric motor system.

[0029] Embora nas figuras 6a, 6b e 6c, os campos magnéticos induzidos nos dentes de estator 108 sejam mostrados com uma polaridade específica (isto é, a orientação norte-sul), isso pode ser arranjado de maneira diferente. Por exemplo, a escolha de qual bobina de estator 110 alimentar com operação de intensificação ou compensação pode ser revertida a partir do arranjo mostrado em qualquer uma das figuras 6a, 6b ou 6c. Em algumas modalidades, a direção de enrolamento pode ser revertida em algumas das bobinas de estator 110, desse modo permitindo que a mesma polaridade magnética seja gerada por ambas as bobinas em um par, uma gerada usando operação de compensação e uma gerada usando operação de intensificação. Em algumas modalidades, a polaridade de cada campo magnético pode ser adicionalmente variada de iteração para iteração da sequência de energização. Por exemplo, após cada sequência, a polaridade de cada um dos campos magnéticos pode ser revertida para a próxima sequência.[0029] Although in figures 6a, 6b and 6c, the magnetic fields induced in the stator teeth 108 are shown with a specific polarity (i.e., north-south orientation), this can be arranged differently. For example, the choice of which stator coil 110 to feed with boost or compensation operation can be reversed from the arrangement shown in any of Figures 6a, 6b or 6c. In some embodiments, the winding direction may be reversed on some of the stator coils 110, thereby allowing the same magnetic polarity to be generated by both coils in a pair, one generated using compensating operation and one generated using intensifying operation. . In some embodiments, the polarity of each magnetic field may be further varied from iteration to iteration of the energization sequence. For example, after each sequence, the polarity of each of the magnetic fields can be reversed for the next sequence.

[0030] A figura 7 ilustra por meio de um gráfico 700 a sequência de energização das bobinas de estator previamente representada na figura 6. O eixo horizontal do gráfico 700 mostra as bobinas de estator 110 de cada um dos seis dentes 108 no grupo, indicado como C1 a C6. O tempo é ilustrado aumentando abaixo do eixo vertical do gráfico 700. Como pode ser visto olhando abaixo de cada coluna do gráfico 700, cada uma das bobinas é energizada com polaridades alternadas. Em outras palavras, cada bobina de estator é energizada com operação totalmente bipolar. A sequência de polaridades com as quais cada dente de rotor 106 é atraído pode ser vista observando uma fatia diagonal do gráfico, por exemplo como mostrado pela caixa 702. Com a sequência de energização representada na figura 7, pode ser visto que cada dente de rotor é também atraído por polaridades alternadas. Isto é, a primeira bobina de estator atrai o dente de rotor com uma polaridade N nocional, a próxima bobina de estator atrai o mesmo dente de rotor com um S etc. Portanto esse primeiro induz uma polaridade S nocional no dente de estator, seguida por uma N etc.[0030] Figure 7 illustrates by means of a graph 700 the energization sequence of the stator coils previously represented in figure 6. The horizontal axis of the graph 700 shows the stator coils 110 of each of the six teeth 108 in the group, indicated like C1 to C6. Time is illustrated increasing below the vertical axis of graph 700. As can be seen by looking below each column of graph 700, each of the coils is energized with alternating polarities. In other words, each stator coil is energized with fully bipolar operation. The sequence of polarities with which each rotor tooth 106 is attracted can be seen by looking at a diagonal slice of the graph, for example as shown by box 702. With the energization sequence represented in Figure 7, it can be seen that each rotor tooth it is also attracted to alternating polarities. That is, the first stator coil attracts the rotor tooth with a notional N polarity, the next stator coil attracts the same rotor tooth with an S, etc. Therefore this first induces a notional S polarity in the stator tooth, followed by an N etc.

[0031] Devido à histerese magnética do ferro, esse comportamento bipolar regularmente implica nas chamadas perdas de histerese, nas quais energia é desperdiçada ao se reverter a polaridade do campo magnético. A quantidade de perda dependente do material específico, bem como a frequência de comutação. Motores elétricos convencionais podem aliviar os efeitos perdas de histerese utilizando aço de baixa histerese e baixas frequências de comutação. No entanto, devido ao número relativamente grande de dentes no sistema de motor elétrico descrito aqui em comparação a sistemas de motor elétrico convencionais, uma frequência de comutação relativamente alta é necessitada. Além disso, aços de baixa histerese são caros e, portanto, indesejáveis de se depender.[0031] Due to the magnetic hysteresis of iron, this bipolar behavior regularly implies so-called hysteresis losses, in which energy is wasted when reversing the polarity of the magnetic field. The amount of loss depends on the specific material as well as the switching frequency. Conventional electric motors can alleviate the effects of hysteresis losses by using low hysteresis steel and low switching frequencies. However, due to the relatively large number of teeth in the electric motor system described here compared to conventional electric motor systems, a relatively high switching frequency is required. Furthermore, low hysteresis steels are expensive and therefore undesirable to rely on.

[0032] A figura 8 ilustra por meio de um gráfico 800 uma sequência de energização alternativa das bobinas de estator 110. Na sequência de energização representada na figura 8, a sequência foi ajustada para reduzir a frequência das mudanças de polaridade como visto por cada dente de rotor 106. Como mostrado pela fatia 802, o dente de rotor 106 é atraído três vezes usando a primeira polaridade, seguida por três vezes usando a polaridade reversa. Enquanto essa abordagem reduz a perda de histerese no rotor, perdas significativas estão ainda incorridas no estator.[0032] Figure 8 illustrates by means of a graph 800 an alternative energizing sequence of the stator coils 110. In the energizing sequence depicted in Figure 8, the sequence has been adjusted to reduce the frequency of polarity changes as seen by each tooth of rotor 106. As shown by slice 802, rotor tooth 106 is attracted three times using the first polarity, followed by three times using the reverse polarity. While this approach reduces hysteresis loss in the rotor, significant losses are still incurred in the stator.

[0033] De acordo com modalidades, a sequência na qual as bobinas de estator são energizadas é configurada de forma que a polaridade é revertida menos frequentemente. Isso é alcançado realizando uma série de comutações unipolares antes de cada comutação bipolar.[0033] According to embodiments, the sequence in which the stator coils are energized is configured such that the polarity is reversed less frequently. This is achieved by performing a series of unipolar switches before each bipolar switch.

[0034] A figura 9 ilustra por meio de gráfico 900 uma sequência de energização das bobinas de estator 110 de acordo com modalidades. Na sequência de energização representada na figura 9, cada bobina de estator 110 é energizada duas vezes com uma primeira polaridade, e então duas vezes com a polaridade reversa. Essa sequência de pulso repetitiva é aplicada a cada uma da pluralidade de bobinas de estator 110. Energizar as bobinas de estator dessa maneira equivale a uma redução na frequência de comutação bidirecional de cada bobina de estator 110 por um fator de dois. Além disso, pode ser visto a partir da fatia 902 que essa sequência de energização reduz adicionalmente as mudanças de polaridade experimentadas por cada dente de rotor 106. No entanto, esse esquema de fato aumenta a carga de pico armazenada no capacitor de armazenamento 212 como resultado das duas operações de intensificação consecutivas, seguidas por duas operações de compensação consecutivas.[0034] Figure 9 illustrates, by means of graph 900, an energization sequence of the stator coils 110 according to embodiments. In the energization sequence depicted in Figure 9, each stator coil 110 is energized twice with a first polarity, and then twice with the reverse polarity. This repetitive pulse sequence is applied to each of the plurality of stator coils 110. Energizing the stator coils in this manner equates to a reduction in the bidirectional switching frequency of each stator coil 110 by a factor of two. Furthermore, it can be seen from slice 902 that this power-up sequence further reduces the polarity changes experienced by each rotor tooth 106. However, this scheme in fact increases the peak charge stored in the storage capacitor 212 as a result. of two consecutive intensification operations, followed by two consecutive clearing operations.

[0035] A sequência de pulsos repetidos que energiza cada bobina de estator 110 de acordo com tais modalidades pode ser distinguida por ter uma primeira porção e uma segunda porção que se repetem alternadamente para formar a sequência de pulsos repetidos. Nas modalidades representadas na figura 9, a primeira porção compreende dois pulsos de uma primeira polaridade, e a segunda porção compreende dois pulsos da polaridade oposta. Nas modalidades adicionais, as primeira e segunda porções podem ter sequências de pulso mais longas ou mais complexas. De acordo com modalidades, para alcançar a redução mencionada na frequência de comutação bipolar, a primeira porção tem um padrão de pulsos que inclui pelo menos dois pulsos consecutivos da mesma polaridade. Além disso, de acordo com modalidades, para balancear o sistema, a segunda porção tem um padrão de pulsos que têm polaridade invertida em relação aos pulsos equivalentes na primeira porção.[0035] The sequence of repeated pulses that energizes each stator coil 110 in accordance with such embodiments can be distinguished by having a first portion and a second portion that repeat alternately to form the sequence of repeated pulses. In the embodiments depicted in Figure 9, the first portion comprises two pulses of a first polarity, and the second portion comprises two pulses of the opposite polarity. In additional embodiments, the first and second portions may have longer or more complex pulse sequences. According to embodiments, to achieve the aforementioned reduction in bipolar switching frequency, the first portion has a pulse pattern that includes at least two consecutive pulses of the same polarity. Furthermore, according to embodiments, to balance the system, the second portion has a pattern of pulses that have reversed polarity with respect to the equivalent pulses in the first portion.

[0036] De acordo com algumas modalidades, a primeira porção da sequência de pulsos repetidos compreende um padrão de um número predeterminado de pulsos tendo a mesma polaridade. Em algumas tais modalidades a segunda porção da sequência de pulsos repetidos compreende um padrão do mesmo número predeterminado de pulsos tendo a polaridade oposta. Nas modalidades representadas na figura 9 esse número predeterminado é dois. Em modalidades alternativas, o número predeterminado pode ser maior que dois.[0036] According to some embodiments, the first portion of the sequence of repeated pulses comprises a pattern of a predetermined number of pulses having the same polarity. In some such embodiments the second portion of the repeating pulse sequence comprises a pattern of the same predetermined number of pulses having the opposite polarity. In the embodiments represented in Figure 9, this predetermined number is two. In alternative embodiments, the predetermined number may be greater than two.

[0037] Em algumas modalidades, essa sequência de energização pode ser implementada usando um circuito contador para determinar a polaridade exigida de cada pulso. Por exemplo, um circuito contador pode ser incrementado cada vez que um pulso é gerado. Quando o circuito contador atinge um valor limiar predeterminado, o valor de um indicador de estado de polaridade pode ser modificado. Esse indicador de estado de polaridade pode ser armazenado em um registro ou semelhante. O circuito contador pode também ser reestabelecido uma vez que o valor limiar predeterminado é atingido. Portanto, quando um dado pulso é gerado, o indicador de estado de polaridade pode ser lido para determinar a polaridade do pulso que deve ser gerada. Isso garante que o número predeterminado de pulsos sejam gerados em uma polaridade, seguido pelo número predeterminado de pulsos na polaridade oposta. Em algumas modalidades, o número limiar predeterminado é o número de pulsos na primeira porção. Em modalidades equivalentes, um circuito contador pode por sua vez ser diminuído cada vez que um pulso é gerado, com o indicador de estado de polaridade sendo modificado uma vez que o circuito contador alcança zero, e o circuito contador sendo reestabelecido para o número predeterminado.[0037] In some embodiments, this energization sequence can be implemented using a counter circuit to determine the required polarity of each pulse. For example, a counter circuit can be incremented each time a pulse is generated. When the counter circuit reaches a predetermined threshold value, the value of a polarity status indicator can be modified. This polarity state indicator may be stored in a register or the like. The counter circuit can also be reset once the predetermined threshold value is reached. Therefore, when a given pulse is generated, the polarity state indicator can be read to determine the polarity of the pulse that should be generated. This ensures that the predetermined number of pulses are generated in one polarity, followed by the predetermined number of pulses in the opposite polarity. In some embodiments, the predetermined threshold number is the number of pulses in the first portion. In equivalent embodiments, a counter circuit may in turn be decremented each time a pulse is generated, with the polarity state indicator being modified once the counter circuit reaches zero, and the counter circuit being reset to the predetermined number.

[0038] Embora padrões de pulso relativamente simples tenham sido descritos acima, em que todos os pulsos na primeira porção são de uma polaridade, e todos os pulsos na segunda porção são da polaridade oposta, padrões de pulso mais complexos são também previstos. Por exemplo, um padrão no qual a primeira porção compreende um padrão de: N-S-N-N-S-N, e a segunda porção compreende o padrão inverso: S-N-S-S-N-S; verificou-se ser eficaz. Além disso, dependendo dos padrões, um ou mais pulsos de balanceamento podem intercalar-se entre a primeira porção e a segunda porção da sequência de pulsos repetidos.[0038] Although relatively simple pulse patterns have been described above, in which all pulses in the first portion are of one polarity, and all pulses in the second portion are of the opposite polarity, more complex pulse patterns are also predicted. For example, a pattern in which the first portion comprises a pattern of: N-S-N-N-S-N, and the second portion comprises the reverse pattern: S-N-S-S-N-S; was found to be effective. Furthermore, depending on the patterns, one or more balancing pulses may be interspersed between the first portion and the second portion of the repeated pulse sequence.

[0039] Embora, as sequências de energização tenham sido descritas acima em relação a bobinas de estator únicas 110 ou grupos de bobinas de estator 110, em prática, devido às simetrias rotacionais no rotor 102 e estator 104 (previamente descritas) essas sequências podem ser aplicadas a todos os grupos de bobinas de estator 110 em paralelo. Isso permite que o conjunto de circuitos de controle 114 seja de alguma forma simplificado.[0039] Although, energization sequences have been described above in relation to single stator coils 110 or groups of stator coils 110, in practice, due to the rotational symmetries in rotor 102 and stator 104 (previously described) these sequences can be applied to all groups of stator coils 110 in parallel. This allows the control circuitry 114 to be somewhat simplified.

[0040] Em algumas modalidades, pode ser provido software de computador que é configurado para fazer com que o conjunto de circuitos de controle controle o motor elétrico de acordo com os métodos acima mencionados. Tal software de computador pode ser provido na forma de um produto de programa de computador, compreendendo um meio de armazenamento não transitório.[0040] In some embodiments, computer software may be provided that is configured to cause the set of control circuits to control the electric motor in accordance with the aforementioned methods. Such computer software may be provided in the form of a computer program product, comprising a non-transitory storage medium.

Claims

1. Method of operating an electric motor, characterized in that it comprises: energizing a plurality of stator coils (110) in sequence to rotate a rotor (102), each coil being wound around the respective stator tooth (108) and energized with a sequence of repeated pulses comprising at least a first portion and a second portion, said first and second portions repeating alternately to form said sequence of repeated pulses, wherein power is supplied to a first coil (110) of a pair of coils of the plurality of coils in an intensifying mode while power is supplied to a second coil (110) of the pair in a compensating mode, and wherein the first portion comprises a first pattern of pulses, each pulse in the first pattern having or a first polarity or second polarity, a predetermined number of at least two consecutive pulses in the first pattern uniformly having the first polarity; the second portion comprises a second pulse pattern, the second pulse pattern having the predetermined number of at least two consecutive pulses having the second polarity, the second polarity being opposite to the first polarity; wherein pulses according to the first pulse pattern are applied to energize the first coil (110) in the boost mode while, at the same time, pulses according to the second pulse pattern are applied to energize the second coil (110) in the boost mode. compensation mode.

2. Method according to claim 1, characterized by the fact that it comprises incrementing a counter circuit each time a pulse is generated during a data of said first or second portion.

3. Method according to claim 2, characterized by the fact that it comprises modifying the value of a polarity state indicator in response to said counter circuit reaching a predetermined threshold value.

4. The method of claim 3, further comprising resetting the counter circuit in response to said counter circuit reaching the predetermined threshold value.

5. Method according to claim 3 or 4, characterized in that the predetermined threshold value comprises the predetermined number of pulses in said first portion.

6. Method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that one or more additional pulses are interspersed between the first portion and the second portion of the repeated pulse sequence.

7. Method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that a pulse of the first polarity generates a magnetic field corresponding to a magnetic north, and a pulse of the second polarity generates a magnetic field corresponding to a magnetic south.

8. Set of circuits for carrying out the method of operating an electric motor as defined in claim 1, characterized in that it comprises: set of drive circuits (112) configured to energize each of a plurality of stator coils (110) ; and set of control circuits (114) configured to control the supply of power to the respective stator coils of the set of drive circuits (112), set of control circuits configured to cause said set of drive circuits to energize each of said stator coil, being wound around the respective stator tooth (108), with a sequence of repeated pulses comprising at least a first portion and a second portion, said first and second portions repeating alternately to form said sequence of repeated pulses, where power is supplied to a first coil (110) of a coil pair of the plurality of coils in an intensifying mode while power is supplied to a second coil (110) of the pair in a compensation mode, and wherein: the first portion comprises a first pattern of pulses, each pulse in the first pattern having either a first polarity or a second polarity, a predetermined number of at least two consecutive pulses in the first pattern uniformly having the first polarity; the second portion comprises a second pulse pattern, the second pulse pattern having the predetermined number of two or more pulses uniformly having the second polarity, the second polarity being opposite the first polarity; wherein the drive circuitry (112) is further configured to apply pulses in accordance with the first pulse pattern to energize the first coil (110) in boost mode while, at the same time, to apply pulses in accordance with the second pulse pattern to energize the second coil (110) in compensation mode.

9. An electric motor configured to be operated by the method as defined in claim 1, characterized in that it comprises: a stator (104), having a plurality of stator coils (110) mounted thereon; a rotor (102), arranged to rotate within said stator (104); drive circuit assembly (112) configured to energize the plurality of stator coils in sequence to rotate the rotor; and set of control circuits (114) configured to control power supplied to respective stator coils of the set of drive circuits, the set of control circuits configured to cause the set of drive circuits to energize each of said coil , being wound around the respective stator tooth (108), with a sequence of repeated pulses comprising at least a first portion and a second portion, said first and second portions repeating alternately to form said sequence of repeated pulses, wherein power is supplied to a first coil (110) of a coil pair of the plurality of coils in an intensifying mode while power is supplied to a second coil (110) of the pair in a compensating mode, and wherein: the first portion comprises a first pattern of pulses, each pulse in the first pattern having either a first polarity or a second polarity, a predetermined number of at least two consecutive pulses in the first pattern uniformly having the first polarity; the second portion comprises a second pulse pattern, the second pulse pattern having the predetermined number of at least two pulses uniformly having the second polarity, the second polarity being opposite the first polarity; wherein the drive circuitry (112) is further configured to apply pulses in accordance with the first pulse pattern to energize the first coil (110) in boost mode while, at the same time, to apply pulses in accordance with the second pulse pattern to energize the second coil (110) in compensation mode.