ITRM990627A1 - Sistema di pilotaggio per motore "brushless" per ventola esterna per condizionatori. - Google Patents

Sistema di pilotaggio per motore "brushless" per ventola esterna per condizionatori. Download PDF

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ITRM990627A1
ITRM990627A1 IT1999RM000627A ITRM990627A ITRM990627A1 IT RM990627 A1 ITRM990627 A1 IT RM990627A1 IT 1999RM000627 A IT1999RM000627 A IT 1999RM000627A IT RM990627 A ITRM990627 A IT RM990627A IT RM990627 A1 ITRM990627 A1 IT RM990627A1
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IT
Italy
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brushless motor
switching elements
inverter circuit
control
hall probe
Prior art date
Application number
IT1999RM000627A
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English (en)
Inventor
Takayuki Kambe
Junichi Takuma
Tomoaki Toshi
Hiroshi Miyazaki
Original Assignee
Toshiba Carrier Corp
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Description

DESCRIZIONE DELL' INVENZIONE INDUSTRIALE dal titolo : "SISTEMA DI PILOTAGGIO PER MOTORE "BRUSHLESS" PER VENTOLA ESTERNA PER CONDIZIONATORI"
DESCRIZIONE
Campo dell'invenzione
Questa invenzione si riferisce ad un sistema di pilotaggio di motore brushless per azionare una ventola esterna di un condizionatore d'aria.
BASE TECNICA DELI,'INVENZIONE
Recentemente sono stati impiegati numerosi motori brushless per azionare ventole esterne da installare nella unità esterna di condizionatori d'aria. Anche se non azionata a motore, la ventola esterna può essere fatta ruotare dal vento, in diverse direzioni di rotazione e diverse velocità di rotazione. Quando una ventola esterna si trova in rotazione, in linea di principio la ventola deve essere munita di freno, arrestata e portata in una posizione di riposo per avviare il motore, prima che venga avviato il funzionamento del condizionatore d'aria.
Normalmente, il motore brushless richiede un sensore per rivelare la posizione presente del rotore, cioè la posizione del polo magnetico. Quando si frena fino all'arresto e si posiziona la ventola esterna nella posizione di riposo, la effettiva direzione di rotazione e velocità della ventola sono identificate sulla base dell'uscita del sensore, e viene alimentata corrente alle bobine di statore secondo i dati rivelati. Con i sistemi secondo la tecnica precedente, tuttavia, questi impiegavano una unità di sonda Hall per ciascuna fase, cioè tre in totale, come sensori di posizione, provocando quindi la situazione di un controllo complesso che risultava in costi elevati.
D'altro canto, con i sistemi di azionamento secondo la tecnica precedente, durante la frenatura fino all'arresto e il posizionamento nella posizione di riposo, viene alimentata corrente in DC nella bobina di statore, dando origine alla possibilità di smagnetizzazione del magnete permanente che costituisce il rotore, oppure del fatto che venga alimentata una corrente eccessiva fino a distruggere il circuito di pilotaggio per la eccitazione della bobina di statore.
SOMMARIO DELL'INVENZIONE
È quindi uno scopo dell'invenzione quello di fornire un sistema di pilotaggio di motore brushless per pilotare una ventola esterna di un condizionatore d'aria, che può effettuare un controllo più facile per frenatura, arresto e posizionamento nella posizione di riposo della ventola esterna azionata dal motore brushless, anche se questa viene fatta ruotare da cause esterne quale il vento.
Un altro scopo dell'invenzione è quello di fornire un sistema di pilotaggio di motore brushless per azionare una ventola esterna di un condizionatore d'aria, che può essere avviata senza applicare un carico eccessivo al circuito di pilotaggio e al motore, e con una smagnetizzazione minimizzata del magnete permanente.
Per raggiungere gli scopi sopra menzionati, il primo aspetto della presente invenzione fornisce un sistema di pilotaggio di motore brushless per azionare una ventola esterna di un condizionatore d'aria comprendente:
una singola sonda di Hall per rivelare la posizione del rotore di un motore brushless per azionare la ventola esterna del condizionatore d'aria;
un circuito invertitore costituito da sei elementi di commutazione collegati in connessione a ponte trifase, i terminali in DC del circuito invertitore essendo collegati alla sorgente principale di alimentazione elettrica DC, i terminali in AC del circuito invertitore essendo collegati a bobine di statore collegate a stella del motore brushless, e
mezzi di controllo per controllare gli elementi di commutazione nel circuito invertitore in sincronismo con il segnale di uscita dalla sonda di Hall, i mezzi di controllo comprendendo mezzi di eccitazione in corrente continua in cui
prima di avviare il motore brushless, i mezzi di eccitazione in DC controllano un elemento di commutazione di una fase di un lato positivo o negativo del circuito invertitore ed elementi di commutazione delle altre due fasi dell'altro lato per fornire una corrente in continuo controllata in PWM alle bobine di statore del motore, portando in tal modo il motore a frenatura ed arresto nella posizione di riposo.
I mezzi di eccitazione in DC di cui sopra possono commutare fasi di conduzione di corrente ad altre ogni volta che la sonda di Hall rivela la posizione del polo magnetico prestabilito del rotore, dando origine quindi ad una smagnetizzazione minimizzata del magnete permanente .
I mezzi di eccitazione in DC commutano fasi di conduzione di corrente alle altre ogni volta che la sonda di Hall rivela la posizione prestabilita del polo magneti'co del rotore, dando quindi origine ad una smagnetizzazione minimizzata del magnete permanente.
I mezzi di controllo in DC controllano il ciclo di lavoro della corrente PWM secondo la velocità di rotazione del motore sulla base delsegnale di rivelazione di posizione del polo magnetico della sonda di Hall. Questa configurazione può rapidamente portare il rotore ad un arresto mentre si sopprime una eventuale smagnetizzazione del magnete permanente.
II circuito invertitore comprende una molteplicità di circuiti di pilotaggio per pilotare singolarmente gli elementi di commutazione, una alimentazione elettrica in DC ausiliaria per indirizzare energia elettrica di lavoro direttamente sul lato negativo dei circuiti di pilotaggio, ed una molteplicità di condensatori ciascuno dei quali è collegato in parallelo ad uno corrispondente dei circuiti di pilotaggio sul lato positivo e caricato dalla alimentazione in DC ausiliaria attraverso l'elemento di commutazione di lato negativo della medesima fase, i mezzi di eccitazione in DC applicano un controllo PWM agli elementi di commutazione sul lato positivo. I mezzi di eccitazione in DC possono meglio effettuare il controllo PWM del lato positivo degli elementi di commutazione. Questa configurazione può sopprimere una eventuale caduta di tensione dei condensatori che debbono essere caricati.
Il secondo aspetto dell'invenzione fornisce un sistema di pilotaggio di motore brushless per azionare una ventola esterna di un condizionatore d'aria comprendente:
una unica sonda di Hall per rivelare la posizione del rotore dì un motore brushless per azionare la ventola esterna del condizionatore d'aria
un circuito invertitore costituito da sei elementi di commutazione collegati in connessione a ponte trifase, terminali DC del circuito invertitore essendo collegati ad una sorgente di energia elettrica principale in DC, terminali in AC del circuito invertitore essendo collegati alle bobine di statore collegate a stella del motore brushless; e
mezzi di controllo per controllare gli elementi di commutazione nel circuito invertitore in sincronismo con il segnale di uscita dalla sonda di Hall, i mezzi di controllo comprendendo mezzi di conduzione a vettore zero, in cui
prima di avviare il motore brushless, i mezzi di conduzione a vettore zero attivano uno di tutti gli elementi di commutazione di lato positivo e tutti gli elementi di commutazione di lato negativo nella condizione di ON e gli altri nella condizione di OFF, portando il motore in frenatura e arrestandolo nella posizione di riposo. Questa configurazione può ottenere non soltanto un più facile controllo della frenatura, arresto e posizionamento nella posizione di riposo da effettuare prima dell'avviamento, anche se la ventola sta ruotando per cause esterne, ma anche un miglioramento per ridurre il consumo di energìa.
Il terzo aspetto dell'invenzione fornisce un sistema dì pilotaggio di motore brushless per azionare una ventola esterna di un condizionatore d'aria comprendente:
una singola sonda di Hall per rivelare la posizione del rotore di un motore brushless per azionare la ventola esterna di un condizionatore d'aria;
un circuito invertitore costituito da sei elementi di commutazione collegati in connessione a ponte trifase, terminali in DC del circuito invertitore essendo collegati alla sorgente di energia elettrica in DC principale, i terminali in AC del circuito invertitore essendo collegati alle bobine di statore collegate a stella del motore brushless; e
mezzi di controllo per controllare gli elementi di commutazione nel circuito invertitore in sincronismo con il segnale di uscita dalla sonda di Hall, in cui i mezzi di controllo includono mezzi di eccitazione in DC, in cui
prima di avviare il motore brushless, i mezzi di eccitazione in DC controllano gli elementi di commutazione in combinazione di primi e secondi modi di controllo per frenare il rotore fino all'arresto, il primo modo di controllo rendendo uno di tutti gli elementi di commutazione del lato positivo e tutti gli elementi di commutazione sul lato negativo nella condizione di ON e gli altri nella condizione di OFF, in modo che un elemento di commutazione di una fase di un lato positivo o negativo del circuito invertitore e l'altro lato delle altre due fasi, il secondo modo di controllo applicando un controllo PWM a l'una o l'altro di elementi di commutazione su una fase e su due fasi, e un controllo di conduzione continuo sull'altro. Questa configurazione può non solo avere un controllo più facile di arresto per la frenatura, arresto e posizionamento nella posizione di riposo, anche se la ventola sta ruotando per cause esterne, ma anche una operazione di avviamento senza applicare carico eccessivo al circuito di pilotaggio e al motore, e con la soppressione della smagnetizzazione del magnete permanente.
I mezzi di controllo rivelano la velocità di rotazione del motore sulla base del segnale di uscita della sonda di Hall, in vista della velocità di rotazione rivelata, i mezzi di controllo avviano la frenatura secondo il primo modo di controllo quando la velocità è superiore al valore prestabilito, mentre in conformità al secondo modo di controllo quando la velocità è inferiore a questa. Questa configurazione può assicurare un controllo di arresto desiderabile per la frenatura, arresto e posizionamento nella posizione di riposo, mentre si mantiene minimo il consumo di energia.
Generalmente, la sonda di Hall è disposta in una posizione sfalsata dalla posizione di centro dell 'una o l'altra di una fase della bobina di statore del motore in direzione inversa a quella dì rotazione nel normale funzionamento del motore, i mezzi di eccitazione in DC conducono corrispondenti elementi di commutazione con un certo ritardo di tempo dalla temporizzazione di rivelazione della posizione del polo magnetico della sonda di Hall. I mezzi di eccitazione in DC devono essere eccitati con un certo ritardo per il tempo di rivelazione, della posizione del polo magnetico, impedendo in tal modo una operazione ad accelerazione non necessaria nelle condizioni stazionarie.
Preferibilmente viene impiegato soltanto un unico connettore per fornire la corrente alla sonda di Hall e per porre in uscita . il segnale di rivelazione della medesima, così come per fornire la corrente alle bobine di statore dal circuito invertitore, dando quindi origine ad una struttura semplificata del motore e ad una connessione facilitata e ad una separazione dall'esterno.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
La figura 1 è uno schema circuitale parziale a blocchi che mostra una forma di realizzazione dell 'invenzione;
la figura 2 è una illustrazione che mostra la configurazione di conduzione a vettore zero per descrivere un funzionamento secondo una forma di realizzazione dell'invenzione;
la figura 3 è una illustrazione che móstra la configurazione di conduzione di eccitazione in DC per descrivere un funzionamento secondo una forma di realizzazione dell'invenzione;
la figura 4A è una illustrazione che mostra la posizione di arresto del rotore che viene presa quando viene eccitato in DC il motore brushless; la figura 4B è una illustrazione che mostra la configurazione di conduzione delle bobine di statore da impiegare nella figura 4A;
la figura 5 è un diagramma di temporizzazione che mostra un esempio dei controlli di frenatura, arresto e posizionamento nella posizione di riposo, per descrivere un funzionamento secondo una forma di realizzazione dell'invenzione;
la figura 6 è un diagramma di temporizzazione che mostra un altro esempio dei controlli di frenatura, arresto e posizionamento della posizione di riposo, per descrivere un funzionamento secondo una forma di realizzazione dell'invenzione;
la figura 7 è un diagramma di flusso che mostra una procedura specifica di elaborazione di MCU che costituisce una forma di realizzazione secondo 1'invenzione;
la figura 8 è un diagramma di temporizzazione che mostra un esempio dei controlli di frenatura, arresto e posizionamento nella posizione di riposo, per descrivere un funzionamento secondo una forma di realizzazione dell'invenzione;
la figura 9 è una tabella illustrativa che mostra la relaziona tra il modo di controllo, il metodo di pilotaggio e la configurazione di conduzione; e
la figura 10 è una tabella illustrativa che mostra esempi di combinazione di sistemi di pilotaggio e configurazione di conduzione da impiegare per il controllo di una forma di realizzazione dell'invenzione.
DESCRIZIONE PARTICOLAREGGIATA DELLE FORME DI REALIZZAZIONE PREFERITE
Quanto segue è una descrizione particolareggiata delle forme di realizzazione preferita dell'invenzione, facendo riferimento ai disegni di cui sopra:
la figura 1 è uno schema circuitale parziale a blocchi che mostra una forma di realizzazione dell'invenzione. Un motore 1 brushless viene impiegato come un motore di azionamento di una ventola esterna 6 installata in una unità esterna di un condizionatore d'aria. Bobine di fase 1U, IV e 1W dello statore del motore 1 sono collegate in connessione a stella. Il rotore è munito di un IC 2 di Hall per rivelare la posizione del rotore. Una estremità laterale delle bobine di statore 1U, IV e 1W sono collegate ai terminali in AC dì un circuito 3 invertitore Gli estremi dell'altro lato sono collegati ad un punto neutro comune 0. Conduttori dello IC 2 di Hall per l'ingresso di corrente e per l'uscita del segnale di rivelazione sono collegati ad un dispositivo 10 di controllo. Un rotore IR del motore 1 è un rotore a magnete permanente.
Nel circuito 3 invertitore, transistori ad effetto di campo (FET) Fu, Fv, Fw, Fx, Fy e Fz sono collegati in connessione a ponte trifase come elementi di commutazione. Un circuito di connessione in serie di fase U costituito dai transistori Fu e Fx, un circuito di connessione serie di fase V costituito dai transistori Fv e Fy, e un circuito di connessione serie di fase W costituito dai transistori Fw e Fz sono collegati in parallelo l'uno con l'altro. I loro terminali positivi sono collegati ad un polo positivo di una sorgente principale di energia elettrica in DC (ad esempio- 280V in DC) (non mostrata) attraverso un interruttore 4 ed un terminale P di ingresso di lato positivo. Sull'altro lato, le altre estremità di questi sono collegate al polo negativo della sorgente principale di energia elettrica in DC attraverso il terminale N di ingresso di lato negativo. A questi transistori Fu, Fv, Fw, Fx, Fy e Fz, sono collegati in connessione in antiparallelo rispettivi diodi di ruota libera Du, Dv, Dw, Dx, Dy e Dz.
Ai rispettivi transistori Fu, Fv, Fw, Fx, Fy e Fz sono collegati circuiti di pilotaggio Bl, B3, B4, B5 e B6 costituiti da fotoaccoppiatori. È previsto un trasformatore 12 per fornire energia elettrica operativa a questi circuiti di pilotaggio. Un avvolgimento primario del trasformatore 12 è collegato ad una sorgente 11 di energia elettrica in AC e ad un circuito rettificatore ad una semionda costituito da un diodo D01 collegato in serie con l'avvolgimento secondario del trasformatore 12 ed un condensatore COI di livellamento. L'anodo del condensatore COI è collegato ad un estremo dei rispettivi circuiti di pilotaggio B4 B5 e B6 sul lato negativo della sorgente di energia elettrica principale in DC, mentre il catodo del condensatore COI- è collegato non solo all'altro estremo dei rispettivi circuiti di pilotaggio B4, B5 e B6, ma anche alle rispettive sorgenti (lato negativo) dei transistori Fx, Fy e Fz sul lato negativo del circuito invertitore 3. Ai circuiti di pilotaggio Bl, B2 e B3 del lato positivo dell'alimentazione di energia elettrica .principale.,in DC..vengono collegati rispettivamente in parallelo condensatori COI, C03 e C04. I loro anodi sono collegati all'anodo del condensatore COI attraverso rispettivi diodi D02, D03 e D04 per la prevenzione della corrente inversa ed una resistenza R per la limitazione di corrente. I catodi dei condensatori C02, C03 e C04 sono collegati alle rispettive sorgenti dei transistori Fu, Fv ed Fw sul lato positivo del circuito 3 invertitore .
Sui rispettivi punti di interconnessione dei transistori Fu e Fx, transistori Fv e Fy e transistori Fw e Fz sono collegati rispettivi terminali di avvolgimento delle bobine di avvolgimento UVW del motore 1 brushless. Un reoforo di uscita di segnale dello IC 2 Hall disposto nel motore brushless è collegato ad una unità 100 a microprocessore (MCU) costituito dal dispositivo di controllo 10. Segnali di controllo Gl, G2, G3, G4, G5, e G6 posti in uscita dalla MCU 100 sono rispettivamente posti in ingresso ai circuiti<' >di pilotaggio Bl, B2, B3, B4, B5 e B6.
Ora verrà data una descrizione del funzionamento della forma di realizzazione secondo l'invenzione configurata come sopra:
la sorgente di alimentazione principale in DC applica 280V in DC tra i terminali di ingresso in DC indicati in P e N del circuito 3 invertitore al quale sono collegati in ponte a tre fasi Fu, Fv, Fw, Fx, Fy e Fz. L'alimentazione 11 di energia in AC è, ad esempio, un'alimentazione di energia commerciale a 100V in AC. La tensione viene fatta scendere, ad esempio, a 5V in AC con il trasformatore 12. La tensione ridotta in AC viene rettificata e livellata dal rettificatore ad una semionda costituito dal diodo D01 e dal condensatore COI. In questa connessione, la sorgente 11 dì energia elettrica in AC, trasformatore 12, diodo D01 e condensatore COI costituisce una sorgente dì energia elettrica ausiliaria irT DC. Questa tensione in DC viene applicata ad ambedue le estremità dei circuiti di pilotaggio B4, B5 e B6 che rispettivamente pilotano i transistori Fx, Fy ed Fz di lato negativo. Quando i transistori di lato negativo Fx, Fy ed- Fz sono portati in ON, i condensatori C02, C03 e C04, che rispettivamente sono collegati in parallelo ai circuiti di pilotaggio Bl, B2 e B3 che pilotano i transistori Fu, Fv e Fw di lato positivo, sono caricati alla tensione di ambedue le estremità del condensatore C01 attraverso il resistore 3. Quando il circuito 3 invertitore non viene fatto funzionare, uno stato simultaneo in ON dei transistori Fx, Fy ed Fz può caricare tutti i condensatori COI, C03 e C04. Questi condensatóri caricati possono attivare tutti i circuiti di pilotaggio Bl, B2, B3, B4, B5 e B6. I circuiti COI, C02, C03 e C04 di carica del condensatore collegati in parallelo a questi circuiti di pilotaggio sono noti come "sistema a pompa di carica" , una descrizione dettagliata del quale viene omessa (si faccia riferimento al documento JP A 09-37587). In ogni caso, durante il funzionamento normale, la configurazione di conduzione di ciascun elemento di commutazione può caricare i condensatori C02, C03 e C04 .
Prima che il condizionatore d'aria venga avviato, il rotore del motore 1 per l'azionamento della ventola 6 esterna, che può essere fatta ruotare dal vento, deve -essere arrestato a forza in considerazione del controllo, per essere portato nella posizione di riposo, richiedendo quindi un controllo di arresto del motore 1 brushless il quale applica una frenatura a questo, lo porta ad un arresto e lo posiziona ad una posizione di riposo...
Uno dei metodi applicabili è mostrato in figura 2.
La MCU 100 fornisce rispettivi segnali di controllo Gl, G2, G3, G4, G5 <" >e G6 ai circuiti di pilotaggio Bl, B2, B3, B4, B5 e B6. Come mostrato in figura 2, questi segnali di controllo portano in stato di ON tutti i transistori di lato negativo Fx, Fy e Fz mentre tutti transistori di lato positivo Fu, Fv e Fw sono mantenuti nello stato di OFF. Altrimenti (non mostrato) questo ingresso porta in ON tutti transistori di lato positivo Fu, Fv e Fw mentre tutti transistori di lato negativo Fx, Fy e Fz sono mantenuti nello stato di OFF. Questa condizione cambia istantaneamente la ventola 6 esterna in un certo tipo di motore primo facendo quindi circolare correnti generate nella rotazione del motore 1 brushless attraverso il circuito 3 invertitore, dando origine alla applicazione di una frenatura al motore 1 e alla ventola esterna Questo metodo rende i vettori di tensione degli avvolgimenti di statore U, V e W pari a zero, e questa è la ragione per cui questo metodo è chiamato "frenatura secondo la configurazione di conduzione a vettore zero" in questa descrizione. Sotto un. ..vento relativamente .. forte,.... qpestafrenatura può difficilmente portare ad un arresto completo la ventola 6 esterna, soltanto con un consumo continuo della energia rigenerata, ma è possibile portare la ventola 6 esterna ad un arresto completo quando la ventola sta ruotando per inerzia senza forza esterna. La alimentazione non necessaria di energia in contrapposizione al metodo di frenatura con eccitazione in DC può ridurre il consumo di energia elettrica.
Un altro metodo applicabile è mostrato in figura 3:
La MCU 100 pone in ingresso rispettivamente segnali di comando Gl, G2, G3, G4, G5 e G6 selettivamente ai circuiti di pilotaggio Bl, B2, B3 , B4,<^>B5 e B6. Come mostrato in figura 3, la MCU 100 porta in ON uno qualsiasi degli elementi di commutazione monofase (Fy in questo caso) tra gli elementi di commutazione trifase su uno (negativo) dei lati positivo e negativo e gli.altri elementi di commutazione su due fasi (Fu e Fw) sul lato (positivo) secondo il sistema di controllo a modulazione a larghezza di impulso (PWM), portando quindi correnti in DC controllate in PWM alle bobine di statore U,. V e W, e genera una prestabilita direzione del campo magnetico, portando in tal modo il rotore del motore 1 ad un arresto. Questo metodo è chiamato "frenatura secondo la configurazione di conduzione di eccitazione in DC" in questa descrizione. Quando confrontata al ben noto metodo di frenatura in DC secondo la tecnica precedente, questa configurazione di frenatura porta corrente PWM, in modo da applicare non solo in nessun caso un carico eccessivo ai circuiti di pilotaggio e al motore, ma anche minimizza una possibile smagnetizzazione del magnete permanente.
La figura 4A è una illustrazione che mostra la posizione di arresto di riposo del rotore che deve essere assunta quando viene eccitato in DC il motore brushless; e la figura 4B è una illustrazione che mostra la connessione e la configurazione di conduzione degli avvolgimenti di statore che debbono essere usati nella figura 4A. I transistori di lato positivo Fu e Fw ed il transistore di lato negativo Fy portato in ON dalle correnti PWM positive di alimentazione del sistema PWM, Iuv e Iwv alle bobine di fase U 1U e alla bobina di fase W, 1W e una corrente PWM negativa equivalente alla somma di queste correnti a due fasi PWM alla bobina, 1V di fase V. Il campo magnetico generato da queste correnti può portare il rotore IR costituito da un magnete permanente in frenatura per un arresto nella posizione di riposo come mostrato nella figura 4A. Secondo la forma di realizzazione, osservando nel verso di rotazione P del rotore IR, lo IC 2 Hall viene spostato in una direzione più prossima alla bobina 1U di fase U rispetto al centro della bobina IV di fase V, cioè, in una posizione sfalsata verso il senso di inversione della direzione di rotazione P, per cui lo IC 2 Hall è affacciato in modo opposto alla estremità posteriore del poli magnetico N del rotore IR, quando il rotore IR posizionato nella posizione di riposo viene preso come riferimento. Conseguentemente, quando correnti elettriche Iuv e Iwv sono alimentate appena dopo che lo IC 2 Hall rivela il polo magnetico N del rotore IR, il rotore IR, il rotore IR perviene ad un resto in una posizione di accelerazione, per cui la MCU 100 -deve avere un certo ritardo di tempo per la temporizzazione dello IC 2 Hall di rivelazione della posizione del polo magnetico. Il tempo di ritardo dipende dalla rispettiva velocità di rotazione. Con l'aumentare della velocità di rotazione, è più breve il tempo di ritardo.
Tra i due metodi di frenatura, la configurazione di conduzione a vettore zero può sopprimere energia elettrica esterna da alimentare a zero, mentre la configurazione a conduzione con eccitazione in DC può consumare una certa quantità di energia elettrica ma si può prevedere una frenatura veloce. Conseguentemente, quando vento naturale sta facendo ruotare la ventola 6 esterna ad una velocità superiore a quella di un valore prestabilito, la configurazione a conduzione a vettore zero può richiedere molto più tempo per la frenatura mentre la configurazione a conduzione ad eccitazione in DC richiede una corrente relativamente grande, per cui queste due frenature, arresto e posizionamento nella posizione di riposo non sono direttamente effettuate, ma si deve attendere fin quando la velocità si abbassa o si prende una qualche azione per abbassare la velocità. In questo caso, anche se il controllo di arresto non viene effettuato, una più elevata velocità di rotazione può ottenere un effetto di scambio termico mentre scambia calore con una ventola 6 esterna azionata dal vento esterno.
La figura 5 è un diagramma di tempi che mostra un esempio dei controlli di frenatura, arresto e posizionamento nella posizione di riposo che debbono essere intrapresi quando la ventola 6 esterna sta ruotando per effetto di vento naturale. In questo caso, quando lo IC 2 Hall rivelava il polo magnetico N del rotore IR, lo IC 2 Hall pone in uscita un segnale a livello "H", mentre lo IC 2 Hall rivelava il polo magnetico S del rotore IR, lo IC 2 Hall pone in uscita un segnale a livello "L". Conseguentemente, quando la ventola 6 sta ruotando ad una velocità relativamente elevata, lo IC 2 Hall può in continuazione porre in uscita segnali ad onda rettangolare a breve periodo. Con le operazioni di frenatura, il periodo di riciclo diviene più lungo. Come mostrato in figura 4A, quando il polo magnetico N del rotore IR perviene ad un arresto in una posizione affacciata verso lo IC 2 Hall, lo IC 2 Hall continua a porre in uscita un segnale a livello "H". La figura 5 mostra un diagramma di temporizzazione che illustra un esempio dei controlli di frenatura, arresto e posizionamento nella posizione di riposo che debbono essere intrapresi sotto le seguenti condizioni :
al tempo t0 viene avviata la frenatura mediante la configurazione a conduzione a vettore zero, e la velocità di rotazione scende ad un valore prestabilito. Al tempo tl, quando lo IC 2 di Hall pone in uscita il segnale H, viene eseguita la frenatura mediante la configurazione di conduzione ad eccitazione in DC, e quindi quando lo IC 2 di Hall pone in uscita il segnale "L" di nuovo e viene ripetuta una frenatura mediante la configurazione di conduzione a vettore zero. Quindi successivamente, quando il segnale di uscita dello IC 2 Hall continua a porre in uscita un livello "H", la eccitazione dalla configurazione di conduzione di eccitazione in DC viene continuata supponendo che sono stati completati i controlli di arresto e di posizionamento nella posizione di riposo .
La figura 6 è un diagramma di tempi che mostra un altro esempio dei controlli di frenatura, arresto e posizionamento nella posizione di riposo, che può essere impiegata per effettuare il controllo di arresto per la frenatura, arresto e posizionamento nella posizione di riposo quando la ventola 6 sta ruotando con vento naturale. Questo controllo inizia al tempo t0 quando la velocità di rotazione viene rivelata. Quando il segnale di uscita dello IC 2 Hall è a livello ”L", viene attivata la configurazione a conduzione a vettore zero, mentre a livello "H" viene ripetuta la frenatura mediante la configurazione a conduzione ad eccitazione in DC, portando finalmente ad un arresto e al posizionamento nella posizione di riposo .
La figura 7 è un diagramma di flusso che mostra una specifica procedura di elaborazione della MCU disposta per eseguire il controllo di arresto mostrato in figura 5 per frenare, arrestare e posizionare nella posizione di riposo. Il passo 101 valuta se le istruzioni di operazione sono state poste in ingresso o meno. Quando SI, il passo 102 rivela la velocità di rotazione della ventola 6 sulla base della frequenza di commutazione del livello del segnale di uscita dello IC 2 Hall, per determinare se la velocità è più bassa della velocità limite superiore NI per effettuare la operazione di frenatura. Quando SI, il passo 102 passa al passo 103. Quando NO, viene sospeso il controllo di arresto. S103 valuta se la velocità si trova tra O e N2 (N2 < NI). Quando più alto di N2, il passo 103 va al passo 104 per effettuare le procedure seguenti. Quando Si, il passo 103 va al passo 117per effettuare le procedure seguenti Ora verrà fornita una descrizione particolareggiata per le operazioni iniziando dal passo 104: per sopprimere un possibile consumo di energia elettrica in considerazione della più elevata velocità di rotazione della ventola 6, in primo luogo, la operazione di frenatura viene effettuata mediante la configurazione di conduzione al vettore zero per un certo periodo di tempo, e quindi, l'arresto e il posizionamento nella posizione di riposo vengono eseguiti con la configurazione a conduzione ad eccitazione in DC.
Sul passo 104, viene avviato un temporizzatore 1 in cui è stata impostato il tempo di frenatura mediante la configurazione a conduzione a vettore zero. Il passo 105 effettua la operazione di frenatura. Il passo 106 valuta se il tempo impostato del temporizzatore 1 è trascorso, per terminare la operazione di frenatura. Il passo 107 valuta se la uscita dello IC 2 Hall è a livello "H".
(1) Quando il livello "H" viene mantenuto per un periodo di tempo prestabilito, il passo 107 determina che la ventola 6 è stata portata ad un arresto. Il passo 108 attiva un temporizzatore 2. Il passo 109 valuta ancora se le uscita dello IC 2 Hall si trova a livello "H". Quando il livello "H" è stato mantenuto, il passo 110 valuta se è trascorso un tempo prestabilito del temporizzatore 2. Quando SI, il passo 111 commuta la attivazione della configurazione di conduzione a vettore zero su una configurazione di conduzione .per eccitazione 1 in DC per mantenere il livello "H". Il passo 116 attiva il controllo di avviamento della ventola 6.
(2) Quando il livello "H" non è mantenuto per un tempo prestabilito al passo 107, ciò significa che la ventola 6 non è stata ancora portata ad un arresto completo. Il passo 117 (che verrà descritto in dettaglio oltre) inizia la operazione di frenatura con la configurazione di conduzione della eccitazione 1 in DC.
D'altro canto, anche quando soltanto la operazione di frenatura mediante la configurazione a conduzione a vettore zero ha portato la ventola 6 ad un arresto, il livello di uscita dello IC 2 Hall può trovarsi a "L". Quando il passo 107 valuta che il livello non è "H", il passo 112 avvia un temporizzatore 3. Il passo 113 valuta se la uscita dello IC Hall è a livello "L". Quando viene mantenuto il livello "L", il passo 114 valuta se il tempo, impostato del temporizzatore 3 è trascorso. Quando SI, il passo 115 commuta la configurazione di conduzione in azione sulla configurazione di conduzione della eccitazione 2 in DC per mantenere il livello "L". Infine, il passo 116 avvia il controllo di avviamento della ventola 6. In questo caso, quando il passo 113 valuta che la uscita dello IC Hall non è a livello "L", ciò significa che la ventola 6 non è stata ancora portata ad un arresto completo. Il passo 117 (che verrà descritto in dettaglio oltre) inizia la operazione di frenatura mediante la configurazione a conduzione della eccitazione 1 in DC.
Il funzionamento al passo 117 inizia sulla base 'della supposizione che la velocità della ventola 6 sia scesa ad un valore inferiore alla velocità N2, per effettuare la operazione di frenatura mediante la configurazione di conduzione della eccitazione 1 in DC per mantenere il livello di uscita dello IC Hall a "H". In questo caso, quanto più grande è la velocità, devono essere fatti più ampi i cicli di lavoro delle correnti PWM di Iuv e Iwv. In riferimento a ciò, come mostrato in figura 4B, quando si portano correnti PWM pari a Iuv e Iwv, su l'uno o l'altro del lato positivo dei transistori FU e FW ed il lato negativo del transistore Fy è sottoposto al controllo PWM, mentre l'altro è semplicemente condotto in ON. Il modo con cui i transistori Fu e Fw possono essere sottoposti a controllo PWM è vantaggioso in confronto al caso di conduzione continua, per il fatto che la caduta di tensione dei condensatori C02 e C04 come sorgente di alimentazione del circuito di pilotaggio B1 e B3 può essere soppressa. Il passo 118 avvia un temporizzatore 4, per valutare se il livello di uscita dello IC2 Hall mantiene "H" per un tempo prestabilito. Il passo 119 valuta se un segnale di uscita è stato cambiato a "L". Quando vi è NO oppure quando viene mantenuto "H" il passo 120 valuta se il tempo impostato nel temporizzatore 4 è trascorso. Quando NO, il passo 119 ed il passo 120 vengono ripetuti. Nel frattempo, supponendo che i controlli di arresto e di posizionamento nella posizione di riposo sono stati completati, il passo 121 avvia il controllo di avviamento dalla ventola 6. D'altro canto, quando il passo 119 valuta che il segnale di uscita è stato cambiato àT "L", il passo 112 avvia un temporizzatore 5, per effettuare i controlli di frenatura e di arresto mediante la configurazione di conduzione a vettore zero, e in primo luogo, il papso 123 effettua il controllo di frenatura con la configurazione di conduzione a vettore zero. Successivamente, il passo 124 valuta se il segnale di uscita dello IC 2 Hall è cambiato a livello "H". Quando è SI, il passo 124 ritorna indietro di nuovo al passo 117 per effettuare i passi successivi fino al passo 121 che attiva il controllo di avviamento della ventola 6.
Inoltre quando il passo 124 valuta che il segnale di uscita dello IC 2 Hall non è cambiato al livello "H" il passo 125 valuta se il tempo impostato del temporizzatore 5 è trascorso. Quando è NO, il passo 124 ed il passo 125 sono ripetuti fin quando è trascorso il tempo impostato del temporizzatore 5. Quando il tempo impostato del temporizzatore 5 è trascorso, supponendo che la ventola 6 sia stata portata ad un arresto, il passo 126 effettua il controllo di posizionamento sulla posizione di riposo mediante la configurazione di conduzione della eccitazione 2 in DC che mantiene il livello di uscita "L" dello IC2 Hall. Infine, il passo 127 attiva il controllo di avviamento della ventola 6.
Come spiegato nella precedente descrizione, quando la velocita della ventola 6 è superiore a quella prestabilita NI, il controllo di avviamento viene portato ad un arresto, mentre, quando tra N2 e NI, il controllo di frenatura da parte della configurazione di conduzione al vettore zero viene eseguito per un certo periodo di tempo.
(1) Se il livello di uscita dello IC 2 Hall è "H" al tempo in cui soltanto il controllo di frenatura mediante la conduzione a vettore zero potrebbe portare la ventola 6 ad un arresto, la posizione di riposo viene impostata dalla configurazione di conduzione della eccitazione 1 in DC per mantenere il livello "H" e quindi viene attivato il controllo di avviamento della ventola 6 .
(2) Se il livello di uscita dello IC 2 Hall è "L" la posizione di riposo viene mantenuta dalla configurazione di conduzione della eccitazione 2 in DC per mantenere il livello "L", e quindi viene attivato il controllo di avviamento della ventola 6 .
D'altro canto, quando la velocità della ventola 6 è inferiore a NI e maggiore di N2, o inferiore a N2, o quando soltanto il controllo di frenatura mediante la configurazione a conduzione a vettore zero non potrebbe portare la ventola 6 ad un arresto completo, il controllo di frenatura viene effettuato mediante la configurazione a conduzione della eccitazione 1 in DC. A questo tempo, se il livello di uscita di IC 2 Hall viene mantenuto a "H" per un certo periodo di tempo, viene attivato il controllo di avviamento della ventola 6. Inoltre, quando il controllo di frenatura sopra menzionato effettuato dalla configurazione di conduzione della eccitazione 1 in DC non potrebbe portare la ventola 6 ad un arresto completo, di nuovo viene eseguito il controllo di frenatura mediante la configurazione a conduzione a vettore zero per portarla ad un arresto completo. A questo punto, se il livello di uscita dello IC 2 Hall è "L", viene eseguito il controllo di posizionamento nella posizione di riposo secondo la configurazione di conduzione mediante eccitazione 2 in DC per mantenere il livello “L" per attivare il controllo di avviamento della ventola 6.
La figura 8 è un diagramma di temporizzazione che mostra un esempio della variazione di velocità della ventola 6 quando vengono eseguiti i controlli di frenatura, arresto e posizionamento nella posizione di riposo secondo le procedure di elaborazione come mostrate in figura 7. Questo diagramma di tempi corrisponde al caso in cui la istruzione di avviamento viene emessa sotto una condizione in cui la velocità della ventola è inferiore a NI e superiore a N2. Più particolarmente, al tempo t0 quando viene emessa la istruzione di avviamento, viene eseguito il controllo di frenatura mediante la coniigurazione di conduzione al vettore zero. Successivamente, se il controllo di frenatura non poteva portare la ventola 6 ad un arresto completo, i due tipi di controlli di frenatura mediante la configurazione a conduzione ad eccitazione in DC e la configurazione a conduzione al vettore zero sono ripetuti alternativamente (per una durata di tempo di DII, D12 ,...Din.). Dopo che è stata identificata la condizione di fermo per un certo periodo di tempo (D2), viene effettuato il controllo di posizionamento nella posizione di riposo (per una durata di tempo D3), e quindi infine viene avviato il controllo di attivazione (per una durata di tempo D4).
La figura 9 è una tabella illustrativa che mostra le quattro combinazioni "A", "B", "C" e "D" di modi di controllo di ventola secondo i due tipi di eccitazione in DG e configurazioni di conduzione a vettore zero e metodi di pilotaggio della ventola :
"A" : uno dei tre lati positivi dei transistori Fu, Fv ed Fw che costituiscono il circuito 3 invertitore è sottoposto a controllo PWM, mentre due dei tre transistori di lato negativo Fx, Fy e Fz sono sottoposti a controllo PWM;
"B": due dei tre transistori di lato positivo Fu, Fv ed Fw che costituiscono il circuito 3 invertitore sono sottoposti a controllo PWM, mentre uno due tre transistori di lato negativo Fx, Fy ed Fz è sottoposto a controllo PWM;
"C" : tutti i tre transistori di lato positivo Fu, Fv ed Fw sono portati in ON, mentre tutti i tre transistori di lato negativo Fx, Fy ed Fz sono portati in OFF; e
"D" : tutti tre transistori di lato positivo Fu, Fv ed -Fw sono portati in OFF, mentre tutti i tre -transistori di lato negativo Fx, Fy e Fz sono portati in ON.
La varietà dei controlli di frenatura, arresto, e posizionamento nella posizione di riposo e di avviamento spiegati in riferimento al diagramma di flusso mostrato nella figura 7 corrispondono ad una delle forme di realizzazione 1, 2, 3, 4, 5 e 6 in figura 10, quando si usano le configurazioni di conduzione "A", "B", "C", e "D" mostrate in figura 9.
Con le forme di realizzazione di cui sopra, come mostrato in figura 4B, gli estremi di inizio avvolgimento delle bobine di statore 1U, IV ed 1W del motore sono intercollegate uno con l'altro sul punto di neutro 0, mentre le estremità di terminazione di avvolgimento sono condotte fuori all'esterno. Lo IC 2 di Hall richiede reofori per alimentare corrente elettrica e porre in uscita segnali di tensione corrispondenti al campo magnetico. Viene impiegato un connettore 5 per collegare le bobine di statore 1U, IV e 1W e la alimentazione di corrente e i fili di uscita di segnale dello IC 2 Hall verso l'esterno. Queste considerazioni possono portare ad una configurazione semplificata.
Inoltre, con le forme di realizzazione, la configurazione di conduzione con eccitazione in DC sopra descritta fornisce corrente elettrica alla bobina di fase U, 1U e alla bobina dì fase V IV dello statore. La commutazione di scambio delle fasi di conduzione da effettuare ogni volta quando IC 2 Hall pone in ùscita un prestabilito segnale di rivelazione di posizione di polo magnetico può impedire eventuali complicazioni provocate da un eccessivo sovraccarico sul circuito di pilotaggio e sul motore.

Claims (12)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di pilotaggio di motore brushless per pilotare una ventola esterna di un condizionatore d'aria comprendente: una singola sonda di Hall per rivelare una posizione del rotore di un motore brushless per azionare la ventola esterna del condizionatore d'aria,· un circuito invertitore costituito da sei elementi di commutazione collegati in connessione a ponte trifase, terminali DC del circuito invertitore essendo collegati ad una sorgente di energia elettrica principale in DC, terminali in AC del circuìt o invertitore essanolo collegati a bobine collegate a stella del motore brushless; e mezzi di controllo per controllare gli elementi di commutazione nel circuito invertitore in sincronismo con il segnale di uscita dalla sonda Hall, i mezzi di controllo comprendendo mezzi di eccitazione in DC, in cui prima di avviare il motore brushless, detti mezzi di eccitazione in DC controllano un elemento di commutazione di una fase di un lato positivo o negativo del circuito invertitore e elementi di commutazione delle altre due fasi dell'altro lato per alimentare una corrente in DC controllata in PWM alle bobine di statore del motore, portando quindi il rotore a frenatura ed arresto sulla posizione di riposo.
  2. 2 . Sistema di pilotaggio per motore brushless secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi di eccitazione in DC commutano fasi di- conduzione di corrente ad altre ogni volta che detta sonda di Hall rivela la prestabilita posizione di polo magnetico del rotore.
  3. 3 . Sistema di pilotaggio per motore brushless secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi di eccitazione in DC controllano il ciclo di lavoro della corrente secondo la velocità di rotaziòne del motore sulla base di un segnale di rivelazione di posizione di polo magnetico di detta sonda di Hall .
  4. 4. Sistema di pilotaggio di motore brushless secondo la rivendicazione 1, in cui detto circuito invertitore comprende una molteplicità di circuiti di pilotaggio per pilotare singolarmente elementi di commutazione, una sorgente di alimentazione elettrica in DC per attivare la alimentazione direttamente di energia elettrica al lato negativo dei circuiti dì pilotaggio, ed una molteplicità di condensatori ciascuno dei quali è collegato in parallelo ad uno corrispondente dei circuiti di pilotaggio di lato positivo e viene caricato da una sorgente di alimentazione in DC ausiliaria attraverso l'elemento di commutazione di lato negativo della stessa fase, detti mezzi di eccitazione in DC- applicano controllo PWM sugli elementi di commutazione di lato positivo.
  5. 5. Sistema di pilotaggio per motore brushless secondo la rivendicazione 1, in cui detta sonda di Hall disposta in una posizione sfalsata dalla posizione di centro dell'una o l'altra fase delle bobine di statore del motore nella direzione inversa quella di rotazione nel normale funzionamento del motore, detti mezzi di eccitazione in DC fanno condurre corrispondenti elementi di commutazione con un certo ritardo di tempo dalla temporizzazione di rivelazione di posizione di polo magnetico di detta sonda di Hall.
  6. 6. Sistema, di pilotaggio per motore brushless secondo la rivendicazione 1, ulteriormente comprendente un singolo connettore per alimentare la corrente a detta sonda di Hall e per porre in uscita il segnale di rivelazione della medesima, così come per alimentare corrente alle bobine di statore da detto circuito invertitore.
  7. 7. Sistema di pilotaggio per motore brushless per azionare una ventola esterna di un condizionatore d'aria comprendente: una singola sonda di Hall per rivelare la posizione del rotore di un motore brushless per azionare la ventola esterna del condizionatore d'aria; un circuito invertitore costituito da sei elementi di commutazione collegati in connessione al ponte trifase, terminali in DC di detto circuito invertitore essendo collegati ad una sorgente principale dì energia elettrica in OC, terminali in AC di detto circuito invertitore essendo cóllegati a bobine di statore collegate a stella del motore brushless; e mezzi di controllo per controllare elementi di commutazione nel circuito invertitore in sincronismo con il segnale di uscita dalla sonda di Hall detti mezzi di controllo comprendendo mezzi di conduzione a vettore zero, in cui prima di avviare il motore brushless, detti mezzi di conduzione a vettore zero commutano uno o l'altro di tutti gli elementi di commutazione di lato positivo e tutti gli elementi di commutazione di lato negativo nella condizione di ON e gli altri nella condizione di OFF, portando quindi il rotore a frenatura e all'arresto nella posizione di riposo .
  8. 8. Sistema di pilotaggio per motore brushless secondo la rivendicazione 7, in cui detta sonda di' Hall è disposta in una posizione sfalsata dalla posizione di centro di una o l'altra delle fasi delle bobine di statore del motore nella direzione inversa alla direzione di rotazione nel funzionamento normale del motore, detti mezzi di eccitazione in DC fanno condurre corrispondenti elementi di commutazione con un certo tempo di ritardo per la temperizzazione di rivelazione di posizione di polo magnetico di detta sonda di Hall.
  9. 9. Sistema di pilotaggio di motore brushless secondo la rivendicazione 7, ulteriormente comprendente un unico connettore per alimentare corrente a detta sonda di Hall e per porre in uscita il segnale di rivelazione di questa, così come per alimentare corrente alle bobine di statore da detto circuito invertitore.
  10. 10. Sistema di pilotaggio di motore brushless per azionare una ventola esterna di un condizionatore d'aria comprendente: una singola sonda di Hall per rivelare la posizione del rotore di un motore brushless per azionare la ventola esterna di un condizionatore d'aria; un circuito invertitore costituito da sei elementi di commutazione collegati in connessione a ponte trifase, terminali in DC di detto circuito invertitore essendo collegati . ad una sorgente principale di energia elettrica in DC, terminali in AC di detto circuito invertitore essendo collegati a bobine di statore collegate a stella del motore brushless; e mezzi di controllo per controllare gli elementi di commutazione nel circuito invertitore in sincronismo con il segnale di uscita dalla sonda di Hall, in cui detti mezzi di controllo comprendono mezzi di eccitazione in DC, in cui prima di avviare il motore brushless, detti mezzi di eccitazione in Di controllano gli elementi di commutazione in combinazione di primi e secondi modi di controllo per frenare il rotore ad un arresto, detto primo modo di controllo facendo in modo che uno di tutti gli.elementi di commutazione di lato positivo e tutti gli elementi di commutazione di lato negativo siano sullo stato ON e gli altri nello stato OFF, per l'uno o l'altro elemento di commutazione di una fase di un lato positivo o negativo del circuito invertitore e l'altro lato delle altre due fasi, il secondo mòdo di controllo applicando un controllo PWM all'uno o l'altro degli elementi di commutazione su una fase e su due fasi, ed un controllo di conduzi.one continuo all'altra.
  11. 11. Sistema di pilotaggio di motore brushless secondo la rivendicazione 10, in cui detti mezzi di controllo rivelano la velocità di rotazione del motore sulla base del segnale di uscita della sonda di Hall, in vista della velocità di -rotazione rivelata, detti mezzi di confrollo avviano la frenatura secondo il primo modo di controllo quando la velocità è superiore al valore prestabilito, mentre secondo il secondo modo di controllo quando la velocita è inferiore a quella, 12. Sistema di pilotaggio per motore brushless secondo la rivendicazione 10, in cui detta sonda di Hall è disposta in una posizione sfalsata dalla posizione di centro di una delle fasi della bobina di statore del motore in direzione inversa a quella di rotazione nel funzionamento normale del motore, detti mezzi di eccitazione in DC fanno condurre corrispondenti elementi di commutazione con un certo ritardo di tempo per la temporizzazione di rivelazione di posizione di polo magnetico di detta sonda di Hall.
  12. 12. Sistema di pilotaggio di motore brushless secondo la rivendicazione 10, ulteriormente comprendente un unico connettore per alimentare corrente, a detta sonda di Hall e per porre in uscita -il segnale di rivelazione di questa, così come per alimentare la corrente alle bobine di statore da detto circuito invertitore.
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