ITMI950720A1 - Disposizione circuitale per l'esercizio di perlomeno un elettromotore funzionante a batteria in un veicolo per - Google Patents

Abstract

Disposizione circuitale per l'esercizio di perlomeno un elettromotore funzionante a batteria in un veicolo per trasporti interni, la quale presenta perlomeno un condensatore e perlomeno un interruttore cadenzato a semiconduttori, i quali sono disposti su un componente di supporto a forma di piastra e sono collegabili elettricamente con una parte di comando, laddove perlomeno un condensatore ed un modulo commutatore a semiconduttori sono disposti su un componente di supporto in comune, ed al di sopra di questi componenti elettrici, in maniera da coprire questi almeno parzialmente, sono disposte a breve distanza l'una dall'altra due piastre di materiale elettroconducente, tra le quali si trova un sottile strato isolante, laddove una piastra può essere connessa al polo negativo e l'altra al polo positivo della batteria ed i morsetti dei componenti elettrici sono collegati, con una connessione rivolta verso la disposizione a piastre, con di volta in volta una piastra, laddove la piastra inferiore e lo strato isolante presentano finestrature per il passaggio delle connessioni facenti capo alla piastra superiore.(Figura 1).

Description

Descrizione

L'invenzione si riferisce ad una disposizione circuitale secondo la definizione introduttiva della rivendicazione 1, per l'esercizio di perlomeno un elettromotore funzionante a batteria in un veicolo per trasporti interni.

E' noto il fatto di comandare per impulsi gli elettromotori per la propulsione ed il sistema di sollevamento di veicoli per trasporti interni funzio nanti a batteria. Utilizzando tiristori, la frequen za di comando è relativamente bassa. Quando si utilizzano interruttori di potenza elettronici per esem pio FET, MOS-FET, transistori oppure IGBT, ecc., ven gono preferite frequenze di comando più elevate, che si situano nell'intervallo che va da 7 fino a 16 kHz.

Della parte di potenza di una disposizione circuitale per l'esercizio di un elettromotore fanno parte per esempio interruttori di potenza elettroni ci, diodi a corsa libera ==== , condensatori e corpi di raffreddamento. La strutturazione di note parti di potenza con a titolo di esempio tecnica di collegamento esterna porta a considerevoli induttanze di di spersione e quindi a sovratensioni, in determinati casi elevate, ed a periodiche punte di tensione. Es se fanno sì che gli interruttori a semiconduttori de vono essere corrispondentemente progettati. Alla prò tezione dall'influenza delle induttanze di dispersio ne esterne, vale a dire tra batteria e parte di potenza, servono condensatori efficienti, i quali sono abitualmente realizzati sotto forma di condensatori elettrolitici .

Le citate punte di tensione non hanno solo influenza sull'interruttore di potenza a semicondutto ri, bensì possono anche ripercuotersi svantaggiosamente sul funzionamento della parte di comando che è parimenti realizzata elettronicamente. Le punte di tensione infine possono anche recare disturbo all'am brente a causa per esempio di radiodisturbi, distur bi della rete telefonica, disturbi funzionali di al tri apparecchi elettronici, ecc..

Alla base dell'invenzione sta il compito di creare una disposizione circuitale per l'esercizio di perlomeno un elettromotore funzionante a batteria in un veicolo per trasporti interni, la quale sia strutturata in modo compatto e nella quale siano ri dotti il fastidio o pregiudizio dovuti a punte di tensione per gli interruttori a semiconduttori funzionanti con frequenze piuttosto elevate.

Questo compito viene risolto secondo l'invenzio ne per effetto delle caratteristiche della rivendica zione 1.

Secondo l'invenzione, perlomeno un condensatore ed un modulo commutatore a semiconduttori sono dispo sti su un componente di supporto in comune che, secondo una configurazione dell'invenzione, può essere formato da un corpo di raffreddamento. Gli interrut tori a semiconduttori del genere utilizzato vengono abitualmente fabbricati in moduli che per esempio contengono una serie di Chip. L'impiego della defini zione modulo non va tuttavia inteso in maniera limi tativa. Si tratta semplicemente di preferire interruttori a semiconduttori con superficie di montaggio isolata elettricamente.

Si può eventualmente pensare ad impieghi, nei quali è sufficiente un unico condensatore elettroli tico. Abitualmente è tuttavia necessaria una molteplicità di condensatori elettrolitici. Essi formano per conseguenza una batteria di condensatori.

Al di sopra dei menzionati componenti elettrici è prevista secondo l'invenzione una disposizione a piastre, formata da due piastre parallele, che copro no i componenti e tra le quali si trova uno strato isolante. Si può bensì pensare di mantenere le piastre ad una certa distanza reciproca mediante distan ziatori isolanti, laddove l'isolatore tra queste è aria. Da preferirsi è intanto una configurazione del l'invenzione, secondo la quale tra le piastre viene disposta una foglia isolante. La distanza tra le pia stre è perciò oltremodo modesta, per esempio di 0,1 mm. Con le ammesse tensioni di funzionamento di per esempio 24 Volt questo isolamento è tuttavia del tut to sufficiente.

Ciascuno dei componenti menzionati possiede per lomeno una connessione che attraverso le piastre è collegata con un potenziale più oppure meno. Dato che le piastre possono essere collegate con perlome no una connessione della batteria del veicolo, i po li o connessioni dei componenti elettrici fanno capo alla disposizione a piastre e sono corrispondentemen te collegati con le due piastre. A questo scopo, la piastra rivolta verso i componenti, o inferiore, pre senta finestrature, come anche lo strato isolante, per il passaggio delle connessioni verso l'esterno oppure verso la piastra superiore. Utilizzando viti si può nel contempo prevedere un fissaggio meccanico della piastra sui componenti, rispettivamente viceversa.

Le menzionate piastre formano sbarre di alimen tazione elettrica per i componenti elettrici e, gra zie alla loro disposizione, provvedono contemporanea mente alla compensazione dei campi magnetici nonché ad una ridotta induzione di irraggiamento elettroma gnetico in componenti contigui. Se la piastra ester na è per esempio connessa al polo negativo, essa co statuisce una schermatura efficace nei confronti del le onde elettromagnetiche generate al di sotto della disposizione a piastra e che quindi non possono per venire all'esterno. La disposizione a piastra fa si inoltre che le connessioni facenti capo ai componen ti elettrici possano essere realizzate oltremodo cor te, venendo perciò fortemente abbassate le induttan ze di dispersione. Anche l'induttanza formata dalla disposizione a piastre stessa è oltremodo piccola a motivo della superficie attiva assai modesta. La ri dotta induttanza di dispersione porta naturalmente a sovratensioni nettamente ridotte quale fonte di fastidio per gli interruttori a semiconduttori. Gli in terruttori a semiconduttori possono pertanto essere fatti funzionare fino al loro limite di potenza, ri spettivamente possono essere concepiti più piccoli relativamente alla loro potenza.

Oltre a ciò, la descritta disposizione consente una modalità costruttiva oltremodo compatta, ciò che è di grande vantaggio nell'impiego in veicoli per trasporti interni.

Come detto, normalmente svariati condensatori elettrolitici vanno disposti sul corpo di supporto. Secondo l'invenzione perciò perlomeno una serie di condensatori elettrolitici è disposta sul corpo di supporto, laddove la serie è disposta in parallelo ad una serie di moduli a semiconduttori. Un'ulterio re configurazione prevede che le connessioni della batteria facciano capo alle piastre in corrisponden za di estremità contrapposte della serie di condensa tori. Ciò significa che per esempio la connessione positiva di un condensatore giace molto vicino alla connessione della batteria, mentre la connessione ne gativa è distanziata in maniera relativamente ampia, diametralmente contrapposta, e viceversa. Si ottiene in questa maniera una distribuzione simmetrica della corrente che si ripercuote aggiuntivamente in modo favorevole sugli obiettivi che ci si è posti.

I veicoli elettrici di trasporto presentano spesso due elettromotori, vale a dire per la marcia e per il sistema di sollevamento. Secondo una confi gurazione dell'invenzione, i condensatori ed i modu li a semiconduttori per entrambi gli elettromotori sono disposti in comune sul corpo di supporto, laddo ve tutti i condensatori sono collegati in parallelo. Possono perciò essere utilizzati a scelta i condensa tori per la funzione di sollevamento oppure per la funzione di marcia. Normalmente, durante la funzione di marcia non si solleva o si abbassa e durante la funzione di sollevamento non ci si sposta. In questa maniera può essere ridotta la capacità complessiva che sarebbe necessaria per elementi di potenza sepa rati .

I moduli a semiconduttori per i due elementi di potenza vengono disposti di preferenza per gruppi sul corpo di supporto.

L'altezza dei morsetti sui condensatori, che so no montati sulle loro estremità superiori, va realiz zata diversa a motivo delle differenti altezze delle due piastre della disposizione a piastre. Dato che la dima di foratura nella disposizione a piastre va fabbricata secondo l'auspicato modello di disposizio ne dei condensatori rispettivamente dei loro morset ti, per effetto della configurazione di cui all'invenzione si consegue nel contempo una cosiddetta prò tezione contro errori di polarità. Se per esempio, a causa di una errata disposizione dei condensatori, non è attuabile il necessario collegamento con le piastre, si dovrà provvedere ad un'adeguata verifica Una configurazione dell'invenzione prevede che nella piastra superiore della disposizione a piastre sia ricavata per formatura un'elevazione di grande superficie, la quale accoglie la piastra inferiore. La piastra superiore può allora essere fissata con viti o simili sul bordo, in maniera adatta, ai modu li rispettivamente ai condensatori.

La strutturazione dell'elemento di potenza di cui all'invenzione permette che, secondo una configu razione dell'invenzione, una piastrina contenente la parte di comando venga applicata sulla piastra ester na. Per effetto della descritta schermatura è in am pia misura escluso un'influenzamento dei componenti della parte di comando ad opera delle onde elettroma gnetiche emesse dall'elemento di potenza. In seguito a ciò viene resa più piccola la compattezza dell'in tera disposizione circuitale elettrica rispettivamen te elettronica per l'esercizio del motore. Il coman do o la regolazione dell'elettromotore richiedono perlopiù una misurazione della corrente, per esempio della corrente dell'indotto. Secondo una configurazione dell'invenzione, sulla piastrina è disposto un sensore di corrente privo di contatti. L'uscita del la potenza è portata al morsetto di connessione del motore attraverso il sensore, per esempio un sensore di corrente anulare sul lato inferiore della piastri na. Il sensore di corrente anulare può per esempio essere formato da un elemento di Hall. La rilevazio ne della corrente ha luogo in seguito a ciò senza contatti. Il sensore di corrente non richiede alcun separato onere di manutenzione rispettivamente alcun supplementare punto di interfaccia.

Come detto, la disposizione circuitale di cui all'invenzione è di costruzione compatta e riduce le induttanze di dispersione nel complesso presenti. Es sa consente l'abbinamento della parte di comando e di potenza per due elettromotori oppure anche più, se necessario. Anche il dimensionamento della parte di potenza, vale a dire il numero dei moduli e dei condensatori elettrolitici può essere variato in mo do arbitrario, senza modificare alcunché nella strut tura fondamentale.

L'invenzione viene illustrata più in dettaglio in relazione a disegni.

La figura 1 mostra una rappresentazione in prò spettiva della parte di potenza di una disposizione circuitale secondo l'invenzione.

La figura 2 mostra la stessa rappresentazione della figura 1, tuttavia con viti dei morsetti aspor tate .

La figura 3 mostra una rappresentazione simile a quella della figura 2, tuttavia per funzionamento con corrente alternata.

La figura 4 mostra schematicamente una sezione attraverso la parte di potenza mostrata nelle figure 1 fino a 3.

La figura 5 mostra la disposizione di una piastrina per una parte di comando sulla parte di poten za di cui alla figura 1.

La figura 6 mostra schematicamente la disposizione della parte di comando e di quella di potenza secondo la figura 5.

La figura 7 mostra la vista frontale della rap presentazione di cui alla figura 6.

Una parte di potenza 10 mostrata nella figura 1, per esempio per l'esercizio di un motore elettri co di marcia e di un elettromotore per il sistema di sollevamento di un veicolo per trasporti interni, presenta un corpo di raffreddamento 12 del tipo a piastra, il cui lato superiore presenta gradini. Nel la regione più bassa sono disposte due file di condensatori, per esempio condensatori elettrolitici, (batterie di condensatori) dei quali in 14 rispetti vamente 16 è riconoscibile un condensatore cilindri co. Sul corpo di raffreddamento 12, un poco più in alto, approssimativamente nel centro, è disposta una fila di otto moduli 18 formanti interruttori di potenza a semiconduttori. Può essere previsto qualsia si pensabile interruttore a semiconduttori, per esem pio MOSFET, FET, transistori, IGBT, SIT, od altri. Essi sono adatti per essere eserciti con frequenze relativamente elevate, per esempio comprese tra 7 e 16 kHz. Al di sopra della descritta disposizione di componenti circuitali è prevista una disposizione 20 a piastre, consistente in una piastra 22, che si estende sopra la batteria di condensatori, ed in par te sopra i moduli 18. Al di sotto della piastra 22 si estende un'altra piastra 24, della quale nella fi gura 1 è riconoscibile solo una porzione. Le piastre 22, 24 hanno per esempio uno spessore di 1 mm. Essa è per il resto accolta in un'elevazione 24a, la qua le è formata mediante piegatura della piastra superiore 22 nelle regioni marginali. La piastra superio re 22 forma, assieme ad un punto a morsetto 26, una connessione negativa. La piastra inferiore 24 forma con un punto a morsetto 28 la connessione positiva. I punti a morsetto 26, 28 sono uniti saldamente con un elemento di materiale sintetico che contemporanea mente accoglie i singoli condensatori della batteria di condensatori e che oltre a ciò è equipaggiato con due spine, tramite le quali le piastre 22, 24 sono fissate per mezzo di viti filettate. L'elemento di materiale sintetico viene fissato sul corpo di raffreddamento attraverso perni a pressione. Con l'ausilio di viti di contatto 30 rispettivamente 32, i condensatori 14, 16 sono collegati elettricamente con le piastre 22, 24 superiore rispettivamente infe riore. Anche i moduli 18 sono collegati con le piastre 22, 24 attraverso viti di contatto 34 rispetti vamente 36. La strutturazione fondamentale, del tipo a Sandwich, delle piastre è desumibile dalla figura 4. Si riconosce che tra le piastre 22, 24 è disposta una foglia 38 di materiale elettroisolante. Le piastre possono consistere in una lamiera metallica con ducente, relativamente sottile, per esempio di allu minio oppure di rame. La foglia è relativamente sot tile, per esempio 0,1 mm. Le linee di alimentazione 40, 42 mostrate nella figura 1 fanno capo ai morset ti della batteria. I condensatori di cui alla figura 1 sono solamente accennati nella figura 4 mediante un simbolo. Si riconosce che le connessioni positiva e negativa fanno di volta in volta capo ad una piastra 22, 24. La stessa cosa vale per un modulo 18 rappresentato simbolicamente. Come si può vedere, le connessioni dei condensatori e dei moduli devono es sere di volta in volta collegate con entrambe le pia stre 22, 24. Affinchè possa aver luogo un collegamen to con la piastra superiore 22, la piastra inferiore 24 nonché la foglia 38 devono presentare un corrispondente modello di foratura per il passaggio in as senza di contatto delle connessioni. Dalla figura 3 si può desumere che anche la piastra superiore 22 presenta fori più grandi, come rappresentato in 38 oppure in 40, per collegare le connessioni con la piastra inferiore 24 con l'ausilio delle viti 32 ri spettivamente 36. Per il collegamento delle connessioni con la piastra superiore 22 sono al contrario necessari fori 42 rispettivamente 44 relativamente piccoli, i quali accolgono adatte viti 30 rispettiva mente 34.

Come è desumibile dalle figure 1 e 2, sui modu li, con l'ausilio di viti 50, 52, sono montate sbar re 46, 48 del tipo a piastra, laddove la sbarra 46 copre cinque moduli e la sbarra 48 copre tre moduli. I cinque moduli, ai quali la sbarra 46 è connessa, fanno parte per esempio della parte di potenza per l'esercizio di un motore per la marcia, mentre la sbarra 48 copre i moduli per la parte di potenza di un motore di sollevamento. Le sbarre 46, 46 possiedo no appendici 52, 54 che fanno capo a morsetti di con nessione 56, 58, i quali sono collegati meccanicamen te, però in modo elettricamente isolato, con il cor po di raffreddamento 12. Le appendici 52, 54 delle sbarre possono essere realizzate anche flessibili. I morsetti di connessione sono per esempio collegati con il motore per la marcia rispettivamente con il motore di sollevamento.

La parte di potenza di cui alla figura 3 si dif ferenzia da quella di cui alla figura 2 per il fatto che con i moduli, dei quali nel complesso ne sono previsti nove, tre sbarre 60, 62 e 64 del tipo a pia stra sono collegate, con il lato superiore dei modu li, nella maniera sopra descritta, ed i quali presen tano appendici 66, 68, 70 che fanno capo a tre morsetti 72, 74, 76. Il modulo mostrato serve per un mo tore a corrente alternata alimentato da batteria. Le altre parti sono uguali a quelle secondo la figura 2 Nella figura 5 è rappresentata in prospettiva una piastrina circuitale 80, sulla quale sono siste mate tutte le componenti e le parti di comando che servono per pilotare per esempio le parti di potenza di cui alle figure 1 fino a 4. Un elettromotore vie ne per esempio pilotato attraverso un cosiddetto se mi-ponte, il quale lavora a scelta in qualità di re golatore in aumento oppure in diminuzione a seconda delle regnanti condizioni elettriche. Non si entra nel merito delle singole parti. Su lati contrapposti della piastrina 80 si riconoscono lamiere di suppor to 82, 84 per l'opportuno fissaggio, punti di inter faccia 86 nonché due sensori anulari 88, 90 di corrente. Nella figura 6 la piastrina di comando 80 è rappresentata in sezione, così come essa è montata su una parte di potenza, per esempio quella di cui alla figura 1. Si riconosce anche la disposizione dei condensatori 14 e dei moduli 18 a semiconduttori sul corpo di raffreddamento 12. Si riconosce inoltre il modo in cui l'appendice 54 della sbarra 46 si estende attraverso il sensore tubolare 90.

Il collegamento dei singoli componenti elettri ci oppure elettronici della piastrina di comando 80 con i moduli 18 a semiconduttori non è rappresentato, tanto quanto il fissaggio meccanico della piastrina 80.

Va ancora menzionato il fatto che la piastra ne gativa 22 può anche coprire in maniera isolata la sbarra {le sbarre) dell'indotto.

Claims (1)

1. Rivendicazioni 1.- Disposizione circuitale per l'esercizio di perlomeno un elettromotore funzionante a batteria in un veicolo per trasporti interni, la quale presenta perlomeno un condensatore e perlomeno un'interrutto re cadenzato a semiconduttori, i quali sono disposti su un componente di supporto a forma di piastra e so no collegabili elettricamente con una parte di coman do, caratterizzata dal fatto che perlomeno un conden satore (14, 16) ed un modulo commutatore (18) a semi conduttori sono disposti su un componente di suppor to (12) in comune, ed al di sopra di questi componen ti elettrici, in maniera da coprire questi almeno parzialmente, sono disposte a breve distanza l'una dall'altra due piastre (22, 24) di materiale elettro conducente, tra le quali si trova un sottile strato isolante, laddove una piastra (22) può essere connes sa al polo negativo e l'altra al polo positivo della batteria ed i morsetti dei componenti elettrici sono collegati, con una connessione rivolta verso la disposizione a piastre, con di volta in volta una pia stra (22, 24), laddove la piastra inferiore (24) e 10 strato isolante (38) presentano finestrature per 11 passaggio delle connessioni facenti capo alla pia stra superiore (22). 2.- Disposizione circuitale secondo la rivendi cazione 1, caratterizzata dal fatto che perlomeno una fila di condensatori (14, 16) è disposta sul cor po di supporto (12) e svariati moduli (18) a semicon duttori sono disposti in una fila parallelamente al la precedente. 3 .- Disposizione circuitale secondo la rivendi cazione 2, caratterizzata dal fatto che le connessio ni (26, 28) della batteria giacciono sulle piastre (22, 24) alle estremità contrapposte della fila di condensatori . 4.- Disposizione circuitale secondo una delle rivendicazioni 1 fino a 3, caratterizzata dal fatto che la connessione del motore è parimenti realizzata sotto forma di piastra (46, 48), la quale si estende al di sopra del modulo (18). 5.- Disposizione circuitale secondo una delle rivendicazioni 1 fino a 4, caratterizzata dal fatto che quando sul veicolo per trasporti interni sono presenti due elettromotori, i relativi condensatori (14, 16) e moduli (18) a semiconduttori hanno sede in comune sul corpo di supporto (12) e sono connessi alla disposizione (20) a piastre, laddove tutti i condensatori (14, 18) sono collegati in parallelo. 6 .- Disposizione circuitale secondo le rivendi cazioni 4 e 5, caratterizzata dal fatto che entrambe le connessioni del motore sono realizzate sotto for ma di sbarre (46, 48) del tipo a piastra. 7.- Disposizione circuitale secondo una delle rivendicazioni 1 fino a 6, caratterizzata dal fatto che tra le piastre (22, 24), che consistono in mate riale elettroconducente, è disposta una foglia isolante (38). 8.- Disposizione circuitale secondo una delle rivendicazioni 1 fino a 7, caratterizzata dal fatto che nella piastra superiore (22) della disposizione (20) a piastra è ricavata per formatura un'elevazio ne (24a) di grande superficie, dalla quale è accolta la piastra inferiore (24). 9.- Disposizione circuitale secondo una delle rivendicazioni 1 fino a 8, caratterizzata dal fatto che la piastra (22), collegato con il polo negativo della batteria è disposta sul lato superiore. 10.- Disposizione circuitale secondo una delle rivendicazioni 1 fino a 9, caratterizzata dal fatto che una piastrina (80), contenente la parte di coman do, è disposta sulla piastra esterna (22) o superio re . 11.- Disposizione circuitale secondo la rivendi cazione 10, caratterizzata dal fatto che un sensore (88, 90) di corrente, preferibilmente di forma anula re, è disposto sul lato della piastrina (80) rivolto verso la parte di potenza, ed un'appendice (54, 56) della connessione (46, 48) del motore, collegata con i moduli (18) a semiconduttori, è fatta passare attraverso il sensore (88, 90) di corrente per far ca po ad un morsetto di connessione (58, 56). 12.- Disposizione circuitale secondo una delle rivendicazioni 1 fino a 11, caratterizzata dal fatto che il corpo di supporto (12) è realizzato sotto for ma di corpo di raffreddamento.