ITPD990153A1

ITPD990153A1 - Motore elettrico tipo "brushless" con magneti permanenti interni alrotore e suo dispositivo elettronico di alimentazione e controllo.

Info

Publication number: ITPD990153A1
Application number: IT1999PD000153A
Authority: IT
Inventors: Andrea Novello
Original assignee: Lafert Spa
Priority date: 1999-07-07
Filing date: 1999-07-07
Publication date: 2001-01-07
Also published as: IT1307200B1; EP1067656A3; EP1067656A2

Description

MOTORE ELETTRICO TIPO ''RUSHLESS” CON

MAGNETI PERMANENTI INTERNI AL ROTORE E SUO

DISPOSITIVO ELETTRONICO DI AUMENTAZIONE E

CONTROLLO.

DESCRIZIONE

I presente trovato ha per oggetto un motore elettrico brushless con

magneti permanenti interni al rotore adatto ad essere impiegato in veicoli

elettrici e particolarmente in scooter elettrici.

Il trovato riguarda ancora il dispositivo elettronico per l' azionamento

ed il controllo del detto motore.

Sono noti molti motori elettrici per veicoli che presentano però

problemi di consumo piovuti alla loro struttura intrinsèca'ed ai loro sistemi

di controllo e comando.

Con le sorgenti di energia disponibili (batterie ricaricabili di vario

tipo) è di fondamentale importanza ridurre i consumi per avere una

maggiore autonomia.

Scopo del presente trovato è quello di mettere a punto un motore

elettrico particolarmente adatto ad essere impiegato in veicoli che presenti

un alto rendimento e che consenta buone prestazioni per il veicolo ove viene

impiegato.

Un secondo scopo è quello di mettere a punto un motore per veicoli a basso consumo che consenta una buona autonomia per il veicolo stesso.

Un altro scopo ancora è quello di mettere a punto un motore elettrico di ingombro e peso limitato.

Un ulteriore scopo ancora è quello di mettere a punto un motore elettrico per veicoli con un sistema di controllo che consenta di ottimizzarne le prestazioni.

Non ultimo scopo è quello di mettere a punto un motore elettrico per veicoli di costo contenuto.

Gli scopi proposti ed altri ancora che più chiaramente appariranno in seguito sono raggiunti da un motore elettrico di tipo brushless con magneti permanenti interi al rotore comprendente un rotore in materiale ferromagnetico inserito in uno statore pure ferromagnetico, separati da un traferro, caratterizzato dal fatto che il rotore presenta in sezione quattro quadranti di 90°, disposti simmetricamente rispetto a due assi geometrici tra loro perpendicolari passanti per il centro, su ciascun quadrante essendo presente almeno una cava presentante due zone laterali uguali sostanzialmente parallele a detti assi perpendicolari, raccordate da una zona disposta a 45° rispetto ai detti assi perpendicolari, in detta zona essendo posizionato un magnete permanente.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla dettagliata descrizione di una preferita forma di esecuzione data a titolo indicativo ma non limitativo ed illustrata nelle allegate tavole di disegni in cui:

la fig. 1 mostra una sezione del motore evidenziarne in particolare il rotore;

la fig. 2 mostra una vista ingrandita della sezione di un quarto di rotore;

la fig. 3 rappresenta uno schema a blocchi del dispositivo di alimentazione del motore.

Con riferimento alle figure citate il motore secondo il trovato si compone di uno statore 1 entro il quale, come è usuale, gira un rotore 2.

Per lo statore 1 sono evidenziate le cave di statore 3 che contengono gli avvolgimenti di statore 4 mentre con 5 è indicato il traferro che separa statore 1 da rotore 2.

Il rotore 2, nel caso illustrato, presenta quattro zone ovvero quattro quadranti sostanzialmente uguali ove sono localizzate delle cave che più avanti verranno illustrato con l’ausilio di una numerazione.

Riferendoci alla figura 2 che rappresenta uno dei quattro quadranti di rotore definiti da un primo asse di simmetria 7 perpendicolare ad un secondo asse di simmetria 8, sono presenti, nel caso illustrato, due cave definite cava esterna di rotore 9 e cava interna di rotore 10.

Riferendoci alla cava esterna di rotore 9 essa si presenta definita in tre zone di cui due esterne indicate con 11 e 12 hanno uno sviluppo quasi parallelo agli assi di simmetria 7 ed 8 mentre la zona centrale si presenta inclinata di 45° rispetto agli stessi assi.

In questa zona è definito mediante dei risalti di battuta 14 un vano ove è inserito un magnete permanente 15 a sezione rettangolare allungata con polarità N ed S disposte, come in figura secondo i lati lunghi della sezione del magnete 15.

Similmente la cava interna 10 del rotore presenta due zone di estremità rispettivamente indicate con 16 e 17, sostanzialmente parallele una al primo asse di simmetria 7 e la seconda al secondo asse di simmetria 8.

In zona mediana mediante riscontri indicati ora con i numeri 18 viene creato un vano per alloggiare un magnete permanente 19 a sezione rettangolare allungata con i poli N ed S disposti come il precedente magnete 15.

Nella stessa figura è anche indicato con il numero 20 l’asse del rotore. Il quadrante illustrato nella figura 2 si ripete sostanzialmente uguali per gli altri tre quadranti come si può vedere nella figura 1 con la sola variazione che in quadranti adiacenti le polarità N ed S dei magneti sono scambiate.

Nelle figure illustrate vi sono per ciascun quadrante due cave una esterna ed una interna ma lo stesso concetto è applicabile ad un rotore che abbia almeno una cava potendo però Io stesso rotore averne anche più di due aventi comunque la stessa conformazione e disposizione.

In figura 3 è illustrato lo schema a blocchi per ottimizzare il rendimento del motore a magneti permanenti interi utilizzato in trazione elettrica.

Per quanto riguarda i simboli essi vanno interpretati nel seguente modo:

Variabili con * = Valore di riferimento

Variabili senza * = Variabili fisiche

ω = Velocità motore

= Coppia di riferimento

= Corrente in asse diretto

= Errore di velocità

Per quanto riguarda i blocchi il loro significato è il seguente:

Come si può vedere viene utilizzato un sistema tabellare suddiviso in n range di giri con fd(Te*) ed fq(Te*) che danno i valori della corrente Id ed Iq che ottimizza il rendimento del sistema per ogni range di giri e per ogni valore di coppia.

In sostanza nel blocco 21 viene letta la differenza tra la velocità di riferimento e co* in riferimento alla velocità reale ω del motore.

L’errore e rilevato dal blocco 21 viene trasformato dal blocco 22 in riferimento di coppia Te*.

Questo valore Te* viene elaborato nei blocchi 23 e 24 che a mezzo di tabelle negli stessi residenti, determinano un valore definito delle correnti di asse diretto e di asse in quadratura in modo da ottimizzare l’efficienza del sistema in funzione della coppia richiesta e della velocità misurata.

Le correnti id* ed iq* elaborate dai blocchi 23 e 24 vengono convertite in riferimento di tensione dal blocco 25 che tiene conto dei parametri elettrici del motore 26.

Un trasformatore vettoriale 27 trasforma i riferimenti di tensione dell’asse diretto e dell’asse in quadratura nelle tensioni Va, Vb e Ve sulle fasi del motore.

Questo sistema semplice e robusto consente una reale ottimizzazione parametrica del sistema complessivo costituito da batteria di alimentazione, drive e motore.

lìn motore di questo tipo combinato con un sistema di alimentazione e controllo come quello illustrato risulta particolarmente adatto ad essere impiegato nella trazione elettrica di veicoli ove è importante l’ottimizzazione dei rendimenti e dei consumi.

Da quanto descritto ed illustrato si nota come si siano raggiunti tutti gli scopi proposti e come in particolare si sia realizzato un motore di tipo brushless controllato elettronicamente che ben si presta all’impiego nel settore della trazione elettrica.

Ovviamente partendo dal medesimo concetto inventivo altre potranno essere le conformazioni anche in relazione alla componentistica che si vorrà utilizzare.

Per questo dimensioni e materiali potranno essere qualsiasi a seconda delle necessità e delle convenienze.

Claims

RIVENDICAZIONI 1) Motore elettrico di tipo brushless con magneti permanenti interni al rotore comprendente un rotore in materiale ferromagnetico inserito in uno statore pure ferromagnetico, separati da un traferro, caratterizzato dal fatto che il rotore presenta in sezione quattro quadranti di 90°, disposti simmetricamente rispetto a due assi geometrici tra loro perpendicolari passanti per il centro geometrico del rotore, su ciascun quadrante essendo presente almeno una cava costituita da due zone laterali uguali sostanzialmente parallele a detti assi perpendicolari, raccordate da una zona disposta a 45° rispetto a detti assi perpendicolari, in detta zona essendo posizionato un magnete permanente.
2) Motore elettrico come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il rotore si presenta suddiviso in quattro quadranti uguali e simmetricamente disposti rispetto all’asse geometrico di rotazione, su ciascun quadrante essendo presenta almeno una cava che presenta un vano parallelepipedo longitudinale parallelo all’asse del rotore in questo vano essendo inserito e bloccato un magnete permanente.
3) Motore elettrico come alle rivendicazioni 1 2, caratterizzato dal fatto che il detto magnete ha una sezione rettangolare con lati più lunghi disposti secondo l’asse mediano della zona della cava che è a 45° gradi rispetto agli assi perpendicolari di riferimento, su detti lati lunghi essendo presenti le due polarità N ed S del magnete. ) Motore elettrico come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti magneti permanenti presentano polarità invertite in un quadrante rispetto al quadrante adiacente. 5) Dispositivo elettrico di azionamento di un motore brushless del tipo descritto nelle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere in combinazione un primo blocco che legge la differenza fra una velocità di riferimento e la velocità istantanea reale del rotore e crea un segnale di errore, un secondo blocco che trasforma il segnale di errore della velocità di riferimento in un riferimento di coppia, una coppia di terzi blocchi contenenti tabelle ivi residenti che in funzione della coppia richiesta e della velocità misurata definiscono il valore delle correnti di asse diretto e di asse di quadratura, un quarto blocco che converte i riferimenti di correnti di cui ai blocchi precedenti in riferimenti di tensione in funzione dei parametri elettrici del motore ed un quinto blocco costituito da un trasformatore vettoriale che trasforma i riferimenti di tensione dell’asse diretto e dell’asse di quadratura in tensione sulle fasi del motore. 6) Dispositivo elettronico come alla rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto di utilizzare nei detti terzi blocchi, un sistema tabellare suddiviso in n range di giri che determinano i valori delle correnti di asse diretto e di asse di quadratura per ogni range di giri e per ogni valore di coppia. Motore elettrico brushless con magneti permanenti interni al rotore e suo dispositivo di alimentazione e controllo caratterizzato dal fatto di comprendere una o più delle caratteristiche illustrate e descritte.