ITPD970087A1 - Motore elettrico reversibile in corrente continua dotato di circuito di rilevamento del senso di rotazione del motore particolarmente per - Google Patents

Description

"MOTORE ELETTRICO REVERSIBILE IN CORRENTE CONTINUA DOTATO DI CIRCUITO DI RILEVAMENTO DEL SENSO DI ROTAZIONE DEL MOTORE, PARTICOLARMENTE PER LA REALIZZAZIONE DI AUTOMAZIONI IN AUTOVEICOLI E SIMILI

DESCRIZIONE

Il presente trovato riguarda un motore elettrico reversibile in corrente continua dotato di un proprio dispositivo per il rilevamento del senso di rotazione del motore, particolarmente adatto quale motore per automatismi in autoveicoli e simili.

Come è noto, la sempre maggiore diffusione di dispositivi motorizzati a bordo di un veicolo, quali ad esempio alzacristalli elettrici, tetto apribile, regolazione dei sedili elettrici, specchietti regolabili, ventola dell'aria, movimentazione dell'antenna elettrica, azionamento dei tergicristalli, tergilunotto, lavafari e simili richiede l'impiego di un numero corrispondente di motori elettrici in corrente continua preposti alla realizzazione di tali automatismi.

Naturalmente è essenziale essere in grado di rilevare in ogni istante il senso di rotazione del motore oltre che il numero di giri dell'albero motore al fine di poterlo controllare opportunamente e di invertirne quindi la rotazione per ottenere gli spostamenti relativi desiderati del dispositivo da esso azionato.

Normalmente per la realizzazione dei diversi automatismi vengono impiegati motori in corrente continua (alimentati dalla batteria del veicolo) a collettore a magneti permanenti il cui senso di rotazione viene invertito invertendo la polarizzazione della tensione della batteria ai capi del motore.

Questa caratteristica di inversione della polarità è ottenuta mediante sistemi meccanici, elettromeccanici o elettronici .

Le Fig. da 1 a 4 illustrano schematicamente i sistemi sopra citati per invertire la polarità ai capi del motore e quindi determinarne l'inversione del senso di rotazione.

In particolare, la Fig. 1 illustra un motore M con interruttori deviatori 1 (sistema meccanico), la Fig. 2 illustra un motore M con relè deviatori 2 (sistema elettromeccanico), la Fig. 3 illustra un motore M con semiconduttori 3 con montaggio a ponte.

Come precedentemente spiegato, oltre all'inversione del senso di rotazione del motore M occorre riconoscerne il senso di rotazione nonché la posizione del dispositivo comandato dal motore stesso. A questo fine vengono normalmente impiegati sensori ad effetto Hall o magnetoresistenze o sensori ottici 4, come illustrato nella Fig. 4, aventi una funzione tachimetrica.

Il segnale in uscita dai sensori 4 è funzione del numero di giri e quindi della velocità di rotazione dell'albero del motore M.

Un inconveniente della soluzione sopra citata è dato dal fatto che per invertire il senso di rotazione del motore è necessario invertire la polarità ai suoi capi.

Inoltre, le soluzioni tradizionali per il rilevamento del senso di rotazione del motore richiedono necessariamente la presenza di dispositivi ausiliari (ad esempio sensori) esterni al motore stesso che, oltre ad aumentare il costo e la complessità della realizzazione, comportano un aumento della possibilità di guasto del dispositivo.

Occorre inoltre rilevare che proprio in caso di guasto non è immediatamente evidente se il guasto interessa il motore o il sensore.

L'impiego di un controllo di tipo elettronico sul motore non ha permesso di superare gli inconvenienti sopra lamentati in quanto, come raffigurato nelle Fig. 7a-7c, per l'inversione del moto del motore è sempre necessario ricorrere ai semiconduttori 3 disposti a ponte (si veda la Fig. 7c che illustra il motore M con la parte di potenza e sensori a bordo), oltre ad una CPU 5.

La Fig. 7a mostra invece come i semiconduttori a ponte e la CPU possano essere integrati in un unico blocco 6 disposto separato dal motore M e relativi sensori 4.

La Fig. 7b illustra infine come il motore M possa avere tutto il controllo elettronico a bordo.

Dal brevetto statunitense No. 4.001.661 è noto un alzacristalli elettrico per autoveicoli il cui motorino è azionabile in modo continuo con una semplice pressione di un tasto. In questo documento anteriore è impiegata una bobina disposta in prossimità di un filo attraverso il quale scorre la corrente di azionamento del motore, in modo da generare una tensione variabile proporzionale alla velocità rotazionale del motore, sfruttabile per il controllo del circuito preposto all'azionamento continuato del motore.

Dal brevetto statunitense No. 4.394.605 è noto un sistema di controllo per il pilotaggio di un carico includente un circuito per azionare un motore reversibile in una direzione o nell'altra. In questo caso viene impiegato un circuito a "resistenza negativa" per il controllo della velocità (coppia) del motore.

Infine, dal brevetto francese 2.212.680 è noto un dispositivo per il controllo degli alzacristalli, con un interrutore per l'inversione del moto di un motore a magneti permanenti e un sensore di rilevamento di un ostacolo che impedisce il corretto movimento del cristallo e relativi mezzi per il bloccaggio del motore.

Compito precipuo del presente trovato è quindi quello di realizzare un motore reversibile in corrente continua dotato di circuito di rilevamento del senso di rotazione del motore, particolarmente per la realizzazione di automatismi in autoveicoli e simili, che non comporti la necessità di invertire la polarità della tensione di batteria ai suoi capi per invertirne il senso di rotazione.

Nell'ambito di questo compito, uno scopo del presente trovato è quello di realizzare un motore reversibile in corrente continua dotato di circuito di rilevamento del senso di rotazione del motore, particolarmente per la realizzazione di automatismi in autoveicoli e simili in cui il rilevamento del senso di rotazione del motore sia effettuato senza ricorrere a sensori esterni.

Un altro scopo del presente trovato è quello di realizzare un motore reversibile in corrente continua dotato di circuito di rilevamento del senso di rotazione del motore, particolarmente per la realizzazione di automatismi in autoveicoli e simili che offra la possibilità di accogliere al suo interno i componenti elettronici e/o elettromeccanici per il pilotaggio del motore senza alterare le dimensioni del dispositivo costituito dal motore e dal relativo circuito di controllo.

Un ulteriore scopo del presente trovato è quello di realizzare un motore reversibile in corrente continua

di circuito di rilevamento del senso di rotazione del motore, particolarmente per la realizzazione di automatismi in autoveicoli e simili che possa essere pilotato e controllato da unità elettroniche centralizzate anche del tipo a multifunzione.

Non ultimo scopo del presente trovato è quello di realizzare un motore reversibile in corrente continua e relativo circuito di pilotaggio che sia di elevata affidabilità, di relativamente facile realizzazione a costi competitivi .

Questo compito, nonché questi e altri scopi che meglio appariranno in seguito sono raggiunti da un motore reversibile in corrente continua, particolarmente per la realizzazione di automazioni in autoveicoli e simili, caratterizzato dal fatto che detto motore è dotato di un primo ed un secondo avvolgimento statorico collegabili alternativamente ai capi di una batteria di alimentazione di un autoveicolo per l'ottenimento dell'inversione del senso di rotazione di detto motore, e comprende inoltre mezzi per il rilevamento della tensione generata da detto motore ai capi di uno di detti avvolgimenti statorici, non collegato in quel momento alla batteria, detta tensione rilevata essendo proporzionale alla velocità di rotazione e al numero di giri di detto motore.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di forme di realizzazione preferite, ma non esclusive, del dispositivo secondo il trovato, illustrate a titolo indicativo e non limitativo negli uniti disegni, in cui:

Le Fig. 1-3 sono illustrazioni schematiche di possibili soluzioni di tipo noto per la realizzazione dell'inversione del senso di rotazione di un motore;

la Fig. 4 illustra schematicamente l'impiego di sensori per il rilevamento del senso di rotazione del motore, secondo una soluzione di tipo noto;

le Fig. 5a-5c illustrano schematicamente tre possibili forme di realizzazione dell'inversione del moto del motore secondo il presente trovato;

la Fig. 6 illustra schematicamente una forma di realizzazione secondo il presente trovato per il rilevamento del senso di rotazione e del numero di giri del motore;

le Fig. 7a-7c illustrano schematicamente tre possibili configurazioni, di tipo noto, per il controllo elettronico del motore;

la Fig. 8 illustra schematicamente il motore secondo il presente trovato;

la Fig. 9 è uno schema circuitale di una soluzione di tipo noto per il pilotaggio di un motore con magneti permanenti;

la Fig. 10 è uno schema circuitale di una prima forma di realizzazione per il pilotaggio di un motore reversibile secondo il presente trovato;

la Fig. 11 è uno schema circuitale di una seconda forma di realizzazione per il pilotaggio di un motore reversibile secondo il presente trovato;

la Fig. 12 è uno schema circuitale di una terza forma di realizzazione per il pilotaggio di un motore reversibile secondo il presente trovato;

la Fig. 13 è uno schema circuitale di una quarta forma di realizzazione del motore e del relativo controllo, secondo il presente trovato, implementato in forma elettromeccanica ;

la Fig. 14 illustra schematicamente una possibile forma di realizzazione di un controllo elettronico esterno al motore, secondo il presente trovato; e

la Fig. 15 è uno schema circuitale di un'applicazione del motore e relativo controllo, secondo il presente trovato, ad un tasto per il controllo alzacristallo.

In tutte le diverse figure a numeri di riferimento uguali corrispondono elementi uguali.

Lo stato della tecnica è già stato discusso in precedenza con riferimento alle Fig. 1-4 e 7a-7c e quindi per evitare ridondanze di descrizione tali figure non verranno qui ulteriormente menzionate.

Con riferimento ora alla figura 8, è illustrato il motore reversibile secondo il presente trovato la cui peculiarità consiste nel fatto di essere un motore, indicato dal numero di riferimento 10, a collettore di tipo a doppio avvolgimento induttore (doppio avvolgimento statorico). Il doppio avvolgimento dell'indotto è indicato dal numero di riferimento 11 mentre l'avvolgimento comune è indicato con 12.

Il doppio avvolgimento 11 permette di invertire il senso di rotazione dell'albero motore del motore 10 senza invertire la polarità di batteria (indicata nelle figure con B e -B) come occorre fare con i motori a collettore e magnete permanente normalmente impiegati e descritti in precedenza.

Le Fig. 5a-5c illustrano tre soluzioni alternative esemplificative per l'alimentazione alternata dell'uno o dell'altro degli avvolgimenti induttori 11 al fine di comandare il motore 10 in rotazione in un senso o nell'altro.

La Fig. 5a illustra la soluzione che prevede un sistema meccanico costituito da una coppia di interruttori 13 e 14, uno per l'avvolgimento 11 sinistro e l'altro per l'avvolgimento 11 destro, destinati a porre sotto tensione, quando in posizione di chiusura, rispettivamente l'avvolgimento sinistro e l'avvolgimento destro.

La Fig. 5b illustra invece la soluzione che prevede un sistema elettromeccanico con una coppia di relè 15 e 16 aventi la funzione degli interruttori 13 e 14 sopra descritti.

Infine, la Fig. 5c illustra la soluzione che prevede un sistema elettronico che impiega semiconduttori (ad esempio transistori) 17 e 18 per mettere sotto tensione un avvolgimento induttore o l'altro.

Tutte le tre soluzioni esemplificative sopra prospettate hanno in comune il fatto di essere in grado di invertire il senso di rotazione del motore 10 senza dover invertire la polarità ai capi del motore stesso.

La Fig. 6 illustra l'ottenimento di informazioni relative al senso di rotazione e al numero di giri del motore 10 sfruttando la tensione che si genera ai capi degli avvolgimenti induttori 11 nei punti A e I.

I segnali di tensione che si ricavano di volta in volta dall'avvolgimento induttore 11 non impegnato nell'eccitazione dell'indotto (non utilizzato per il pilotaggio del motore 10 e quindi non collegato alla batteria di alimentazione) vengono utilizzati per determinare il numero di giri e la velocità di rotazione dell'albero motore.

Infatti, il motore genera ai capi dell'avvolgimento induttore 11 non utilizzato una tensione variabile proporzionale al numero di giri del motore e alla velocità di rotazione dell'albero motore. Nella Fig. 6 i segnali sono indicati con v=f(+W) e v=f(-W).

La Fig. 9 illustra uno schema circuitale per il pilotaggio di un motore con magneti permanenti, di tipo noto, in cui il motore, indicato con M, ruota in un senso o nell'altro in seguito ad un comando impartito da quattro MOSFET disposti in configurazione a ponte 21, 22, 23 e 24 (di cui una coppia di tipo N ed un coppia di tipo P), come precedentemente illustrato, implementando quindi un'inversione di polarità della tensione di batteria ai capi del motore M.

La soluzione circuitale illustrata nella Fig. 9 corrisponde a quanto illustrato nella Fig. 3.

La Fig. 10 illustra invece un circuito per il pilotaggio di un motore reversibile, realizzato secondo il presente trovato.

In questo caso i semiconduttori a ponte vengono eliminati e vengono invece impiegati solamente due semiconduttori di potenza (MOSFET) 25 e 26 a canale N che hanno la funzione di alimentare alternativamente l'uno o l'altro degli avvolgimenti induttori 11.

Diodi 27, 28 e 29, 30, collegati rispettivamente ad anodo comune, realizzano una porta analogica per condurre al morsetto di uscita del circuito, indicato con OUT, un segnale proporzionale alla corrente che circola nel motore (v=f(Im)) e che produce una caduta di tensione ai capi del semiconduttore in conduzione in quel momento il quale si comporta come una resistenza in quanto il semiconduttore è di tipo MOSFET.

In questo caso la porzione circuitale indicata globalmente con 20 nella parte superiore della Fig. 9 viene eliminata.

L'alimentazione di una tensione continua positiva agli ingressi IN permette di alimentare, attraverso il relativo semiconduttore 25 o 26 gli avvolgimenti 11, per pilotare l'albero motore (non mostrato) del motore 10 nei due sensi di rotazione a seconda dell'ingresso IN al quale viene applicata la tensione di alimentazione.

La Fig. 11 illustra uno schema circuitale analogo a quello della Fig. 10 con la differenza che al posto dei semiconduttori 25, 26 a canale N vengono impiegati semiconduttori 31 e 32 a canale P collegati agli avvolgimenti 11 del motore come illustrato nella Fig. 11.

Anche in questo caso mediante i diodi 27-30 è possibile ricavare una tensione variabile proporzionalmente al numero di giri del motore 10 e alla sua velocità. Infatti, quando uno dei due semiconduttori 31 e 32 conduce, ai capi dell'avvolgimento 11 collegato al semiconduttore in quel momento interdetto si ha una tensione "tachimetrica".

La tensione negativa applicata al semiconduttore 32 attua il ramo della porta analogica (formata dai diodi 27-30) ad esso collegata (ossia i diodi 29 e 30) mentre la tensione di batteria positiva, attraverso il semiconduttore impegnato a pilotare il motore, blocca il ramo di porta analogica non interessato al segnale "tachimetrico".

Il segnale in uscita indicativo del numero di giri del motore e della sua velocità di rotazione è indicato con v=f(Wm)

Nel caso in cui ai due avvolgimenti induttori 11 sia alimentata contemporaneamente la tensione di batteria si ha il blocco del motore 10.

La Fig. 13 illustra uno schema circuitale per il pilotaggio del motore reversibile 10 in corrente continua utilizzando un 'implementazione elettromeccanica in cui un'unità di controllo elettronica 44 controlla il sistema ed è posta sotto tensione nel momento della rotazione della chiave di avviamento dell'autoveicolo su cui è installato il sistema, chiudendo quindi l'interruttore 43.

Un relè 46 è preposto al collegamento alternato degli avvolgimenti 11 del motore 10 e diodi 40 e 41 costituiscono la porta analogica per il rilevamento del numero di giri del motore 10. In questo caso il controllo e parte del controllo di potenza sono esterni al motore 10.

Un tasto di comando 45 aziona il sistema.

La Fig. 14 illustra il motore 10 con sensore di rilevamento del numero di giri del motore, indicati globalmente dal numero di riferimento 50, e una centralina elettronica 51 di elaborazione dei segnali provenienti dal motore .

La Fig. 15 illustra infine una possibile soluzione applicativa per un tasto di controllo alzacristallo per un autoveicolo con centralina elettronica 56 integrata, con relè 46 per l'inversione di rotazione del motore 10.

La parte a bordo motore è raffigurata dal blocco 55 nella Fig. 15 in cui è anche presente un sensore 57 per prevenire lo schiacciamento di parti molli, quali dita, in corrispondenza della guarnizione della portiera del veicolo contro cui scorre il vetro.

Il blocco indicato con 60 raffigura la porzione relativa al tasto di comando.

La parte a bordo motore 55 può essere sostituita dallo schema mostrato nella Fig. 12.

Occorre rilevare che il motore reversibile con relativo controllo può ad esempio essere impiegato anche nell'azionamento di tergicristalli, tergilunotto e tergifari.

In questo caso si ha la possibilità di invertire ed arrestare il sistema "tergicristallo" attraverso il controllo del numero di giri del motore 10 e con il cortocircuito degli avvolgimenti induttori 11 bloccare il motore 10.

La soluzione proposta permette di semplificare il cinematismo eliminando la camma con relativo contatto di fine corsa utilizzata nel caso di impiego convenzionale di un motore a magneti permanenti.

Il controllo della velocità del motore tramite il sensore "tachimetrico" spiegato in precedenza consente di eliminare il fastidioso saltellio delle spazzole del tergicristallo in seguito ad attriti differenziati incontrati nel passaggio su un vetro avente quantità di acqua differenti a seconda dell'area del vetro.

Inoltre, è possibile effettuare controlli di temporizzazione e velocità di tergitura utilizzando un controllo totalmente elettronico sul motore 10 in modo da leggerne i segnali in uscita ed elaborarli.

Si è in pratica constatato come il motore reversibile secondo il trovato assolva pienamente il compito prefissato in quanto consente di essere impiegato senza dover invertire la polarità della tensione di batteria ai suoi capi per invertirne il senso di rotazione, eliminando quindi componenti circuitali ingombranti.

Inoltre, la soluzione proposta secondo il presente trovato offre la possibilità di ricavare dagli avvolgimenti induttori del motore reversibile un segnale tachimetrico indicativo della velocità e del numero di giri del motore al fine di riconoscere la posizione raggiunta dal meccanismo attuato dal motore. Questo è effettuato elaborando il segnale tachimetrico ottenuto direttamente dagli avvolgimenti del motore.

Quindi, in virtù delle ridotte dimensioni del circuito di pilotaggio del motore

Il motore reversibile così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo; inoltre tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti.

In pratica, i materiali impiegati, purché compatibili con l'uso specifico, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi secondo le esigenze e lo stato della tecnica.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1) Motore reversibile in corrente continua, particolarmente per la realizzazione di automazioni in autoveicoli e simili, caratterizzato dal fatto che detto motore è dotato di un primo ed un secondo avvolgimento statorico collegabili alternativamente ai capi di una batteria di alimentazione di un autoveicolo per l'ottenimento dell'inversione del senso di rotazione di detto motore, e comprende inoltre mezzi per il rilevamento della tensione generata da detto motore ai capi di uno di detti avvolgimenti statorici, non collegato in quel momento alla batteria, detta tensione rilevata essendo proporzionale alla velocità di rotazione e al numero di giri di detto motore .
2. 2) Motore reversibile secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di collegamento di detti avvolgimenti statorici ai capi di detta batteria di alimentazione.
3. 3) Motore reversibile secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di rilevamento della tensione generata da detto motore ai capi di uno di detti avvolgimenti statorici comprendono almeno una coppia di diodi collegati ad anodo comune.
4. 4) Motore reversibile secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di collegamento degli avvolgimenti statorici ai capi di detta batteria comprendono una coppia di transistori di potenza.
5. 5) Motore reversibile secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detti transistori di potenza sono transistori MOS a canale N.
6. 6) Motore reversibile secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detti transistori di potenza sono transistori a canale P.
7. 7) Motore reversibile secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di collegamento degli avvolgimenti statorici ai capi di detta batteria di alimentazione comprendono un relè.
8. 8) Uso di un motore reversibile in corrente continua, particolarmente per impiego nella realizzazione di automatismi in autoveicoli e simili, caratterizzato dal fatto che detto motore è dotato di un primo ed un secondo avvolgimento statorico collegabili alternativamente ai capi di una batteria di alimentazione di un autoveicolo per l'ottenimento dell'inversione del senso di rotazione di detto motore.
9. 9) Uso secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detto motore comprende inoltre mezzi per il rilevamento della tensione generata da detto motore ai capi di uno di detti avvolgimenti statorici, non collegato in quel momento alla batteria, detta tensione essendo proporzionale alla velocità di rotazione e al numero di giri di detto motore.
10. 10) Uso secondo la rivendicazione 8, caratterizzato per il fatto che detto motore reversibile comprende mezzi di collegamento di detti avvolgimenti statorici ai capi di detta batteria, il collegamento essendo realizzato di volta in volta con l'avvolgimento preposto alla rotazione del motore nella direzione desiderata dall'utente.
11. 11) Uso secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi per il rilevamento della tensione generata da detto motore ai capi di uno di detti avvolgimenti non percorso da corrente, per la determinazione del numero di giri e della velocità di rotazione di detto motore.
12. 12) Motore reversibile e uso di detto motore reversibile secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzati dal fatto di comprendere una o più delle caratteristiche descritte e/o illustrate.