ITPR940006A1 - Dispositivo fine corsa in motori elettrici - Google Patents

Abstract

Il trovato si inserisce nel campo dei dispositivi elettronici per la definizione di fine corsa di un elemento mobile azionato da un motore (2).Tra una sorgente di alimentazione ed il motore (2) sono interposti mezzi per la rilevazione della posizione dell'elemento mobile i quali rilevano direttamente la posizione dell'albero (9) del motore (2) ed il numero di giri da quest'ultimo in uno dei due sensi di marcia.

Description

D E S C R I Z I O N E

annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo:

DISPOSITIVO FINE CORSA IN MOTORI ELETTRICI.

DESCRIZIONE

Forma oggetto del presente trovato un dispositivo fine corsa in motori elettrici, che trova specifico ma non esclusivo uso per persiane avvolgibili o tapparelle e per tendoni.

La presente descrizione si riferisce particolarmente a quest'ultima applicazione, pur senza escludere altre possibili applicazioni del trovato.

Per la movimentazione in apertura ed in chiusura di tapparelle e tendoni, oltre ai sistemi manuali che fanno uso di cinghie avvolte su pulegge o di aste agenti sul tamburo sul quale è avvolta la tapparella o il tendone, sono noti anche sistemi elettrici motorizzati.

Con questi ultimi è possibile, tramite la semplice pressione di un pulsante, produrre la apertura o la chiusura dell'elemento comandato.

All'interno del tamburo trovano infatti normalmente posto un motore (generalmente del tipo asincrono monofase reversibile, comprendente anche un condensatore permanentemente inserito ed un dispositivo di protezione in caso di accidentale surriscaldamento), un demo!tiplicatore o riduttore (ad esempio di tipo epicicloidale) e un gruppo frenante (di tipo elettromeccanico) che, quando si interrompe l'alimentazione del motore, blocca la rotazione dell 'albero motore.

La tensione di alimentazione è generalmente quella di rete, ossia 220 V alternata ed il motore è del tipo chiuso con raffreddamento a dispersione naturale del calore.

Uno dei principali problemi delle tapparelle o dei tendoni motorizzati è quello della definizione dei fine-corsa di apertura e di chiusura. A questo proposito, il motoriduttore può comprendere microinterruttori limite di posizione fine-corsa il cui intervento è comandato da un complesso di ingranaggi contagiri.

Un dispositivo meccanico di fine-corsa è illustrato nella pubblicazione francese FR 2.626.039, basata sull'impiego di una vite senza fine e di un nottolino.

FR 2.657.646 mostra invece un dispositivo di sicurezza per tapparelle motorizzate comprendente un'unità logica di comando e di rilevamento della posizione della tapparella. Altri dispositivi fine-corsa convenzionali prevedono un sistema di rilevazione ottica del numero di giri del riduttore mediante fotosensori.

I principali inconvenienti dei sistemi di tipo noto sono costituiti dalla imprecisione nella determinazione dei fine-corsa e dall'eccessiva complessità costruttiva ed operativa .

Scopo del presente trovato è quello di eliminare i suddetti inconvenienti e di rendere disponibile un dispositivo finecorsa per motori elettrici che sia part icoIarmente semplice, preciso ed affidabile.

Detti scopi sono pienamente raggiunti dal dispositivo fine corsa, oggetto del presente trovato, che si caratterizza per quanto contenuto nelle rivendicazioni sotto riportate. Esso comprende in partìco<'>lare una scheda elettronica di comando e controllo interposta tra una sorgente di alimentazione ed un motore, provvista di ingressi ed uscite per segnali di comando e di stato.

II rilevamento della posizione dell'elemento mobile comandato (tapparella, tendone, ...) è effettuato rilevando direttamente la posizione ed il numero di giri compiuti dall'albero del motore, in uno dei due sensi di marcia.

A tale scopo è utilizzato un encoder incrementale realizzato con 1nterruttori magnetici (denominati tecnicamente ampolline reed) e un magnete permanente rotante. Tale encoder 1ncrementa le, collegato meccanicamente all'albero del motore, fornisce segnali ad un microcontrollore che può determinare la posizione dell'elemento mobile e memorizzarla su una memoria non volatile.

Secondo una variante, è possibile prevedere l'uso di un solo interruttore (ampollina reed).

Questa ed altre caratteristiche risulteranno maggiormente evidenziate dalla descrizione seguente di due preferite forme di realizzazione illustrate, a puro titolo esemplificativo e non limitativo, nelle unite tavole di disegno, in cui:

- la figura 1) illustra un particolare del dispositivo, in una sezione verticale;

- la figura 2) illustra un particolare del dispositivo in pianta;

la figura 3) illustra il dispositivo in sezione secondo la retta A-A di figura 2;

- le figure U ) e 5) illustrano uno schema a blocchi della scheda di interfaccia interposta tra comandi e motore, secondo due diverse varianti realizzative;

- la figura 6) illustra schematicamente il dispositivo. Con riferimento alle figure, con 1 è stato complessivamente indicato un tamburo sul quale è ad esemplo avvolta una persiana avvolgibile od un tendone, che costituisce un elemento mobile. Il tamburo ha sezione trasversale ad esemplo di forma ottagonale.

All 'interno del tamburo sono allocati 1 mezzi per porre in rotazione il tamburo, e quindi produrre la movimentazione dell'elemento mobile, ad esempio la chiusura o la apertura della tapparella, costituiti convenzionalmente da un motore 2 provvisto di riduttore 3 e di gruppo frenante 4 che si attiva con l'interruzione dell'alimentazione al motore. Un adattatore 5 rende solidale l'albero 8 del riduttore con il tamburo 1. Detti mezzi di movimentazione del tamburo sono allocati in un involucro cilindrico 30 fisso, attorno al quale ruota il tamburo 1.

Con riferimento alla figura 1, con 6 sono stati indicati cavi di alimentazione (due fasi ed un neutro, ma il numero dei cavi può variare) uscenti dal tamburo.

Con 21 e 22 sono stati rispettivamente indicati il rotore e lo statore del motore 2. Il gruppo frenante 4 è originalmente attraversato dall'albero 9 del motore e comprende una prima superficie d'attrito 41 applicata ad un elemento 43 con il quale essa ruota solidalmente all'albero 9; una seconda superficie d'attrito 42 applicata ad un elemento 44 è scorrevole assialmente sull'albero 9 ma non può ruotare con esso essendo vincolata all'invoiucro fisso 30 .

La seconda superficie 42, quando il motore è in funzione, comprime un elemento elastico costituito da una molla 45, per effetto dell'azione di un elettromagnete o bobina 49. In mancanza di alimentazione, l'elettromagnete si disattiva e la molla 45 spinge la seconda superficie 42 contro la prima superficie 41 bloccando la rotazione dell'albero 9 del motore e realizzando l'azione frenante.

Il senso di rotazione dell'albero 9 del motore dipende da quale delle due fasi è col legata con la tensione di alimentazione, che normalmente è la tensione alternata di rete di 220V

Tra la rete di alimentazione con i relativi pulsanti 31 di azionamento del motore ed il motore, è originalmente interposta una scheda elettronica 10, il cui schema a blocchi è illustrato nelle figure 4 e 5.

Secondo la forma realizzativa di figura 4, la scheda 10, che ha funzione di logica di controllo e comando del motore, è normalmente non alimentata e riceve l'alimentazione di rete solo in occasione della pressione sui pulsanti 31 da parte di un operatore: detta pressione attiva la scheda 10 la quale, in funzione di parametri memorizzati e del pulsante 31 premuto, decide se attivare la rotazione del motore 2 ed in quale senso attivarla, con conseguente apertura o chiusura della tapparella o del tendone .

Secóndo la variante di realizzazione illustrata in figura 5, la scheda è normalmente alimentata dalla tensione di rete ed è provvista di un controllo remoto a due fili 12, al quale possono essere collegati sistemi di comando 40 a linea polarizzata. Con F e N sono stati rispettivamente indicati la fase e il neutro della rete di alimentazione. L'utilizzo del controllo remoto 12 consente di comandare la scheda evitando l'impiego di interruttori di potenza elevata posti sulla rete; è infatti sufficiente agire direttamente sulla linea di controllo remoto che si trov ad una tensione piu bassa, ad esempio 12 o 24 V.

La scheda comprende una coppia di relè 11 (uno per la apertura ed uno per la chiusura) pilotati da un microcontrollore 34 del tipo "single chip", con memoria RAM e porte di I/O (input/output) interne.

Tramite i relè 11 è possibile movimentare la tapparella sempre all 'interno dell'intervallo determinato da una coppia di fine-corsa programmabili.

Con 14 è stata schematicamente indicata un'interfaccia di comunicazione attraverso la quale è possibile fornire comandi alla scheda ed acquisire informazioni da essa, come ad esempio lo stato e la posizione della tapparella.

La scheda riceve in ingresso lo stato di una coppia di interruttori magnetici tecnicamente denominati ampolline "reed", posti a 45° tra loro ed indicati con 15 e 16.

Tali interruttori sono sensibili alla presenza di un magnete: sono normalmente aperti e si chiudono quando un magnete è avvicinato.

Attraverso lo stato dei suddetti interruttori è possibile conoscere se l'albero 9 del motore 2 ruota ed in quale senso.

Come illustrato nelle figure 2 e 3, le ampolline sono applicate all'involucro cilindrico 30 fisso, coassialmente all'albero motore, mentre quest'ultimo presenta originalmente ad una propria estremità un supporto 13 per un magnete permanente 17, che è posto quindi in rotazione solidalmente all'albero 9 del motore.

La scheda 10, con il microcontrollore 34, gli interruttori magnetici e una memoria 32 di tipo non volatile costituiscono i mezzi per la rilevazione della posizione dell'elemento mobile.

Gli interruttori magnetici e il magnete 17 realizzano inoltre la funzione di codificatore o encoder incrementale. In fase costruttiva del dispositivo, la distanza tra magnete 17 e ampolline reed 15 e 16 è determinata tenendo conto che, alla velocità di regime del motore, gli impulsi provenienti dai reed devono avere uguale periodo di apertura/chiusura.

Ad ogni giro di rotazione dell'albero 9, il magnete 17 si trova per due volte (una per ciascun senso del magnete stesso) parallelo a ciascuna ampollina 15 e 16.

La codifica binaria della situazione dei reed (aperti o chiusi) permette di disporre di un codice a due bit e quattro valori (00, 01, 11, 10) rappresentante la forma d'onda dei reed: a seconda del senso in cui detta forma d'onda è percorsa, si ha rotazione dell'albero del motore in senso orario od antiorario e quindi chiusura o apertura della tapparella.

Infatti, partendo ad esempio dalla posizione "01", è sufficiente valutare se la successiva codifica è "00" o "11" per conoscere esattamente in quale senso sta ruotando l'albero del motore, ed un contatore interno del microcontrollore 34 si incrementa o decrementa in modo corrispondente .

Una memoria 32 del tipo programmabile e cancellabile più volte, ad esempio una EEPROM (memoria di tipo non volatile programmabile e cancellabile elettricamente), è allocata sulla scheda 10 per memorizzare il valore attuale dal contatore, il valore del fine corsa di massima apertura e il valore del fine corsa di chiusura.

All'inizio, in fase di installazione, quando nessun fine corsa è memorizzato, il contatore, che è ad esempio del tipo a 24 bit, è posto ad un valore (per comodità denominato V) che è preferibilmente al centro della scala di valori possibili per il contatore stesso (nel caso di contatore a 24 bit, tale valore è 800000 in codifica esadecimale) ed anche i fine corsa di apertura e di chiusura (i cui valori sono denominati per comodità FCA e FCC) sono posti allo stesso valore.

Per l'attivazione e la programmazione dei fine corsa sono previsti infatti due interruttori 18 e 19 di inserimento e/o esclusione dei fine corsa, dotati di due posizioni operative, ad azionamento manuale: una di inserimento ed una di esclusione, selezionabili più volte, fino ad ottenere la desiderata posizione dei fine-corsa.

Quando l'albero 9 del motore si ferma (per interruzione dell'alimentazione e conseguente attivazione del freno), i valori FCA, FCC e V sono memorizzati nella EEPROM.

Ciò è reso possibile per la originale presenza di un condensatore 20 di elevata capacità, facente parte della scheda 10, il quale permette che nonostante l'interruzione dell'alimentazione la scheda continui ugualmente ad essere alimentata per qualche centinaia di millisecondi, utili a consentire la memorizzazione o salvataggio dei valori FCA, FCC e V

In fase di Installazione, quando FCA=FCO V, il motore può ugualmente ruotare in quanto i pulsanti 18 e 19 sono inizialmente in posizione di esclusione.

Quando la tapparella giunge al proprio fine corsa di massima apertura, sufficiente portare il reiativo interruttore (ad esempio 18) in posizione di inserimento per fissare detto valore sulla memoria alla successiva fermata del motore, ed una procedura analoga è seguita anche per il fissaggio del fine corsa di chiusura.

In posizione di esclusione, gli interruttori liberano invece i relativi fine corsa, consentono la movimentazione della tapparella o del tendone oltre i fine corsa memorizzati per permettere, al successivo inserimento degli interruttori , una nuova e diversa programmazione dei fine corsa

La memoria 32 è provvista di una cella contenente un dato di controllo denominato "CHECKSUM": esso esprime la validità dei calori FCA, FCC e V memorizzati; se i valori non sono validi, è necessario programmare nuovamente i fine corsa.

Per forzare tale operazione è previsto che in tale situazione, con il dispositivo operativo ed entrambi i fine corsa inseriti (interruttori 18 e 19 inseriti), i valori FCA, FCC e V siano portati tutti ad uno stesso valore. In tal modo è impossibile muovere il motore e quindi la tapparella poiché la posizione della stessa coincide con il suo fine corsa di massima apertura e con il suo fine corsa di chiusura.

Il presente dispositivo, che fa uso di un encoder incrementale, consente di evitare la complessità tipica degli encoders assoluti e l'elevato costo di questi ultimi. Ulteriore vantaggio è dato dal fatto che è rilevato il movimento dell'albero primario del motore anziché quello dell'albero secondario del riduttore come nei sistemi tradizionali e ciò consente un notevole miglioramento nella precisione .

L'elemento frenante attraversato dall'albero motore 9 consente inoltre di ottenere un freno integrato con encoder incrementale.

Se vi è necessità di azionare contemporaneamente più tapparelle o tendoni, occorre porre in parallelo pi cù dispositivi.

Secondo una variante di realizzazione non illustrata, ma di pari validità tecnica, può essere previsto l'utilizzo di una sola ampollina reed come generatore di segnale e l'aggiornamento del contatore interno in funzione della direzione attivata (apertura o chiusura) ossia in funzione del senso di rotazione del motore.

Secondo un'ulteriore variante di rea lizzazione non illustrata, è possibile prevedere che la o le ampolline siano applicate alla parte non rotante del dispositivo, parallelamente all'albero 9, mentre il magnete permanente 17 è posto sulla superficie laterale di un cilindro rotante solidalmente all'albero 9, applicato ad esempio all'estremità di quest'ultimo.

Le superfici di attrito 41 e 42, anziché trovarsi tra la molla 45 della bobina 49 ed il magnete permanente 17, possono essere collocate tra il motore 2 e la bobina, in modo da essere maggiormente distanti dal magnete permanente 17 ed evitare di smagnetizzarlo. A questo proposito può essere ulteriormente previsto uno schermo magnetico, non illustrato, interposto tra la bobina ed il magnete permanente.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1) Dispositivo fine corsa in motori elettrici, del tipo applicabile a motori (2) od attuatori ad alimentazione elettrica, per la definizione di fine corsa di funzionamento di un elemento mobile, caratterizzato dal fatto che tra una sorgente di alimentazione ed il motore (2) sono interposti mezzi per la rilevazione della posizione dell'elemento mobile i quali rilevano direttamente la posizione dell'albero (9) del motore (2) ed il numero di giri compiuti da quest'ultimo, in uno dei due sensi di marcia.
2. 2) Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi comprendono una scheda (10) elettronica di comando e controllo provvista di ingressi per ricevere segnali di comando e di stato che forniscono almeno lo stato attuale di una coppia di interruttori (18, 19) di inserimentoesclusione di fine corsa, detta scheda comprendendo un microcontrolìore (34) con contatore interno, un codificatore incrementale di posizione e almeno un banco di memoria (32), ed essendo atta a consentire-inibire l'alimentazione del motore (2) in funzione della posizione dell 'elemento mobile rispetto ai propri fine-corsa di massima apertura e di chiusura.
3. 3) Dispositivo secondo la rivendicazione 2, in cui il codificatore o encoder incrementale è realizzato mediante interruttori magnetici denominati ampolline reed (15, 16) posizionati in modo tale che mentre ciascuna ampollina (15, 16) è ancorata ad un involucro (30) fisso rispetto all'albero (9) del motore, un magnete permanente (17) ruoti solidalmente con l'albero (9) per fornire alla scheda (10) segnali attraverso i quali essa può calcolare la posizione dell'elemento mobile e i giri effettuati dal motore.
4. 4) Dispositivo secondo la rivendicazione 2, in cui la memoria (32) è di tipo non volatile provvista di celle per la memorizzazione del valore attuale del fine corsa di massima apertura (FCA), del fine corsa di chiusura (FCC) e del contatore (V) interno del microcontrollore (34) che ha la codifica della posizione dell'elemento mobile.
5. 5) Dispositivo secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che comprende ulteriormente un condensatore (20) per consentire la memorizzazione dei suddetti valori (FCA, FCC, V) ogniqualvolta, a seguito di interruzione della alimentazione, l'albero (9) del motore si arresta.
6. 6) Dispositivo secondo la rivendicazione 2, in cui la scheda (10) e provvista di un'interfaccia (14) di comunicazione attraverso la quale è possibile fornire comandi alla scheda (10) ed acquisire informazioni da essa sullo stato e la posizione dell'elemento mobile.
7. 7) Dispositivo secondo la rivendicazione 2, in cui la scheda (10), normalmente non alimentata, riceve la alimentazione di rete solo quando una pressione esercitata su pulsanti (31) pone in comunicazione la fase (F) di rete con la scheda, la quale decide se porre in comunicazione detta fase (F) con una delle due fasi del motore (2) per porlo in rotazione in uno dei due sensi di marcia. Θ) Dispositivo secondo la rivendicazione 2, in cui la scheda (10) è normalmente alimentata dalla tensione di rete ed è provvista di un controllo remoto a due fili (12) collegato a sistemi di comando (40) a linea polarizzata. 9) Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende un generatore di segnale della posizione dell'albero (9) del motore (2), costituito da un ampollina reed (15) fissa associata ad un magnete (17) rotante solidalmente all'albero (9), il cui senso di rotazione produce l'aggiornamento di un contatore interno di un microcontrollore (34). 10) Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui al motore (2) è associato un gruppo frenante (4) attraversato dall'albero (9) del motore (2). 11) Dispositivo secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che il gruppo frenante (4) è realizzato integrato con un encoder incrementale costituito da ampolline reed (15, 16) fisse e da un magnete (17) rotante .