IT9012548A1 - Protezione termica particolarmente per i motori in corrente continua impiegati nella trazione elettrica - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale, dal titolo: "Protezione termica particolarmente per i motori in corrente continua impiegati nella trazione elettrica"

TESTO DELLA DESCRIZIONE

Il trovato concerne una protezione termica di facile realizzazione e di notevole affidabilità, particolarmente per i motori in corrente continua impiegati nella trazione elettrica. Più specificatamente, i perfezionamenti di cui trattasi sono stati ideati per un ciclomotore a trazione elettrica, realizzato secondo le privative n° 178.599 e 204.458 a nome della stessa richiedente, alle quali si fa il più ampio riferimento .

Le caratteristiche della protezione di cui trattasi, le problematiche che ne stanno alla base ed i vantaggi che ne derivano, appariranno evidenti dalla seguente descrizione di una forma preferita di realizzazione della stessa, illustrata a puro titolo di esempio, non limitativo, nelle figure dell'unica tavola allegata di disegno, in cui:

- la fig. 1 illustra uno schema a blocchi del circuito di azionamento del motore elettrico del ciclomotore ed illustra il punto in cui, in tale circuito, è inserita la protezione di cui trattasi e dove questa agisce;

- la fig. 2 è un diagramma che evidenzia i tempi di intervento della protezione in funzione della corrente assorbita e del corrispondente riscaldamento per effetto Joule dell'avvolgimento del motore;

- la fig. 3 illustra la protezione sezionata longitudinalmente .

Nella figura 1, con A è indicata l'unità di alimentazione del ciclomotore, che nei brevetti sopra specificati è costituita da una terna di accumulatori elettrici di elevata capacità, sull'ordine dei 60 Ah, collegati in serie in modo da fornire una tensione di 36 V. Con C è indicato il gruppo oscillatore-chopper, alimentato da A è capace di fornire una tensione di 36 V ed una corrente di intensità variabile, fino ad un massimo di 85 A. Con P è indicata l'unità che pilota lo stadio C, ed il cui stato può essere modificato dal comando Z dell'utente sull'acceleratore.

Nella tecnica nota, descritta nei brevetti citati nell'introduzione del presente esposto, l'unità C è collegata direttamente al motore elettrico M. Il motore in questione è un motore in corrente continua, a magneti permanenti, prodotto dalla VICKERS POLIMOTOR, con le seguenti caratteristiche di targa: 36V-14A--400W-4700 giri/m' e con isolamento elettrico di altissima qualità.

La richiedente è riuscita a realizzare delle unità elettroniche C e P di elevata affidabilità, capaci di assicurare un'autonomia della sorgente A sull'ordine degli 85 Km circa di percorso del ciclomotore in situazioni di normale difficoltà. Dopo numerosissime prove pratiche, si è constatato che se il ciclomotore viene usato sotto sforzo oltre un determinato periodo di tempo, a causa della notevole intensità di corrente fornita dal chopper, il motore stesso si surriscalda a valori tali per cui il suo isolamento elettrico rischia di essere irreparabilmente danneggiato.

Il problema non era di facile soluzione in quanto gli avvolgimenti del motore elettrico sono sul rotore ed è impossibile predisporre direttamente su quest'organo una sonda od un interruttore termico di protezione, a meno che di questa esigenza venga tenuto conto nella fase di progetto del motore. La collocazione della protezione sul rotore, porterebbe poi a problemi notevoli di manutenzione nel caso in cui la protezione stessa entri in avaria. Il problema poteva essere risolto elettronicamente , prevedendo a monte del motore, dei mezzi in grado di rilevare l'intensità della corrente che va al motore stesso e di interrompere l'alimentazione se la corrente supera una soglia di valore massimo prestabilito e se questa condizione viene mantenuta oltre un tempo anch'esso predeterminato, aldilà del quale il motore deve essere fermato per non danneggiarsi. Anche questa soluzione non è però di facile realizzazione e complicherebbe notevolmente la già complessa componentistica elettronica necessaria per il governo del motore e dei servizi dell'automezzo, anche in considerazione della necessaria temporizzazione dell'intervallo di tempo durante il quale il motore dovrebbe poi rimanere fermo per il raffreddamento.

Il trovato intende risolvere il problema su specificato, con una soluzione affidabile, di facile realizzazione e di basso costo, che sfrutta la seguente idea di soluzione. Tra il gruppo C ed il motore M, viene montato un dispositivo di protezione T costituito da almeno un tratto di metallo di sezione tale da non produrre normalmente un'apprezzabile caduta di tensione, quindi di sezione sufficientemente ampia, che viene attraversato dalla stessa corrente che va al motore e che è dimensionato in lunghezza ed in sezione in modo da realizzare un piccolo simulacro dell'avvolgimento del motore, ovvero una struttura che reagisca in modo sufficientemente proporzionale alriscaldamento per effetto Joule e che abbia una inerzia termica sufficientemente proporzionata. Il simulacro in questione, si riscalda e si raffredda in un tempo e con una intensità proporzionati a quelli dell'avvolgimento del motore, così che è facile rilevare le variazioni di temperatura di questo componente fisso, ad esempio con un interruttore termico o con altro sensore, ed operare sul pilotaggio P o sull'unità C, per interrompere l'alimentazione elettrica del motore quando la temperatura del suo avvolgimento (che è porporzionata a quella prodotta dal detto simulacro), supera un valore di sicurezza prefissato.

Nel diagramma di figura 2 sono indicati con 11-12--13, tre diversi valori di corrente di alimentazione del motore M. All'aumentare dell'intensità della corrente, aumenta l'angolo che il vettore I forma con le ascisse dei tempi "t" e diminuisce il tempo necessario al motore ed al detto simulacro, per raggiungere la soglia critica di temperatura Cr oltre la quale la protezione T deve scattare per interrompere il pilotaggio P e la conseguente alimentazione del motore M per un tempo, dato dall'inerzia termica della stessa protezione, necessario ad assicurare un sufficiente raffreddamento del motore stesso. Il diagramma di figura 2 ed il dimensionamento del simulacro sopraddetto, potranno essere facilmente definiti per via sperimentale, in modo facilmente intuibile e realizzabile dai tecnici del ramo.

Secondo una possibile forma di realizzazione del trovato, come illustrato in figura 3, il simulacro dell'avvolgimento del motore viene realizzato con un tratto di giusta lunghezza di filo 1 di rame smaltato, di giusta sezione, avvolto ad elica cilindrica sulla parte metallica-sensibile di un interruttore termico 2 che scatta al raggiungimento e/o al superamento di una temperatura prestabilita. L'avvolgimento del filo 1 sul componente 2, viene bloccato per mezzo di un rivestimento 3 di qualsiasi adatto materiale di isolamento termico, in modo da trattenere il calore prodotto sulle stesse spire e sul sensore 2 da queste circoscritto .

Più dettagliatamente: Per operare su un circuito coi componenti A ed M aventi le caratteristiche elettriche riportate nell'introduzione del presente esposto, è stato usato un interruttore termico 2 come dalla figura 3, che interviene ad 85°C, in un tempo di 4 sec, che reca il marchio UCHIYA e che è dotato di un corpo 102 di ceramica avente circa le seguenti dimensioni: 11x10x20mm. Tale corpo è dotato su una base, di un recesso longitudinale nel quale sono fissati in 202-202' i contatti elettrici 302-302', l'ultimo dei quali è in parte flessibile e può essere allontanato dall'altro dall'azione di un piuolo di ceramica 402 controllato da un dischetto di bimetallo 502 alloggiato in una sede prevista sull'altra base del corpo 102, dove è trattenuto da un mantello metallico 602 con foro 702 e con briglie per 1'aggraf-r famento alla base opposta, per bloccare su questa una piastrina di mica 802 che copre l'alloggiamento dei contatti, ed una piastrina metallica esterna 902. Sul sensore 2 così composto, viene avvolto un sottile strato 4 di isolante elettrico e viene quindi avvolto il tratto di filo di rame 1, smaltato, di diametro l,5÷l,6mm, lungo circa 24f25cm e dotato di due tratti di estremità stagnati 101, di lunghezza sufficiente per poter collegare tale avvolgimento in serie al circuito che connette l'unità C al motore M. I contatti elettrici 302-302' sono collegati all'unità di pilotaggio P in qualsiasi modo tale per cui, quando la protezione T scatta, il pilotaggio disattiva l’unità C ed il motore M viene disalimentato. Con 3 è indicato un rivestimento che incorpora completamente l'insieme del sensore 2 e delle spire del filo 1 su questo avvolte e che è realizzato ad esempio con un avvolgimento di nastro di Teflon o di materiale equivalente .

Resta inteso che la soluzione testé illustrata nei dettagli con riferimento alla figura 3, è puramente indicativa e non limitativa. Resta pertanto inteso che la descrizione si è riferita ad una forma preferita e non unica di realizzazione del trovato, al quale possono essere apportate numerose varianti e modifiche, soprattutto costruttive, senza per altro abbandonare il principio informatore dell'invenzione, come sopra esposto, come illustrato e come a seguito rivendicato .

Nelle rivendicazioni che seguono, i riferimenti riportati tra parentesi, hanno il solo scopo di facilitare la lettura delle stesse rivendicazioni e per questo non debbono in alcun modo essere interpretati limitativamente per quanto attiene l'ambito di protezione delle medesime rivendicazioni.

Claims (4)

1. RIVENDICAZIONI 1) Protezione termica particolarmente per i motori in corrente continua impiegati nella trazione elettrica, caratterizzata dal comprendere, collegato in serie al circuito che alimenta il motore (M), almeno un corpo metallico (1) di qualsiasi forma e composizione , con lunghezza e sezione tali da non determinare normalmente un'apprezzabile caduta di tensione, ma tali da realizzare un simulacro dell'avvolgimento del motore ovvero una struttura a questo sufficientemente proporzionata in termini di reazione all'effetto Joule e di inerzia termica, il tutto in modo che prima che l'avvolgimento del motore si riscaldi ad un valore critico, il detto simulacro raggiunga una temperatura sufficiente a modificare lo stato di un sensore termico di qualsiasi adatto tipo (2) che viene strutturalmente associato allo stesso simulacro e che in caso di intervento, inibisce l'alimentazione elettrica del motore per un tempo sufficiente a far si che quest'ultimo si raffreddi di una entità idonea per riprendere a funzionare senza danneggiamenti.
2. 2) Protezione termica secondo la rivendicazione 1), in cui il detto simulacro è costituito da un tratto di filo (1) di metallo, preferibilmente di rame smaltato, di adatta sezione e di adatta lunghezza, che viene avvolto attorno ad un sensore termico (2).
3. 3) Protezione secondo la rivendicazione 3), in cui il sensore termico (2) è un interruttore termico che interviene al raggiungimento e/od al superamento di un valore prefissato di temperatura e che viene impiegato per disattivare il circuito di pilotaggio (P) dell'unità oscillatore-chopper (C) che alimenta il motore (M).
4. 4) Protezione secondo le rivendicazioni precedenti, in cui il detto simulacro (1) e preferibilmente anche il sensore termico (2), sono racchiusi in un involucro di qualsiasi materiale (3) in grado di trattenere il calore sviluppato dallo stesso simulacro, in modo da migliorare la reazione termica del complesso per l'impiego al quale è destinato, 5) Protezione termica secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che se destinata al controllo di un motore elettrico in corrente continua con le seguenti caratteristiche di targa: 36V-14A-400W-4700giri/m 1, alimentato da accumulatori elettrici di notevole capacità e da un gruppo oscillatore-chopper (C) in grado di fornire una tensione di 36V ed una corrente variabile fin sull'ordine degli 85A, il simulacro (1) è realizzato con un filo smaltato di diametro circa l,5fl,6mm, di lunghezza circa 24f-25cm, spiralizzato attorno ad un interruttore termico (2) che scatta ad 85° C, ad esempio del tipo contraddistinto dal marchio UCH.T.YA, essendo tale interruttore preventivamente rivestito con un sottile strato di isolante elettrico (4) e l'insieme dell'avvolgimento e dell'interuttore così realizzato, essendo racchiuso in un involucro di isolante termico, ad esempio in una fasciatura (3) di nastro di Teflon o materiale simile. 6) Protezione termica per i motori in corrente continua per la trazione elettrica, ed in particolare per un ciclomotore elettrico del tipo descritto nei brevetti n° 178.599 e 204.458 a nome della stessa richiedente, realizzata più in particolare, in tutto od in parte, come descritto, come illustrato nelle figuù re dell'unica tavola allegata di disegno e per gli scopi sopra esposti.