ITTO20080569A1

ITTO20080569A1 - Procedimento per il rilevamento della corrente assorbita da un motore elettrico in corrente continua

Info

Publication number: ITTO20080569A1
Application number: IT000569A
Authority: IT
Inventors: Francesco Iosca; Pierfranco Pangella
Original assignee: Gate Srl
Priority date: 2008-07-24
Filing date: 2008-07-24
Publication date: 2010-01-25
Also published as: CN101634667B; DE102009034448A1; IT1391185B1; CN101634667A; DE102009034448B4

Description

"Procedimento per il rilevamento della corrente assorbita da un motore elettrico in corrente continua"

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un procedimento per il rilevamento della corrente assorbita da un motore elettrico in corrente continua.

PiÃ¹ specificamente l'invenzione ha per oggetto un procedimento per il rilevamento della corrente media assorbita da un motore elettrico in corrente continua operativamente accoppiato ad una sorgente di tensione tramite un filtro includente un induttore.

Il procedimento secondo l'invenzione Ã ̈ in particolare applicabile per il rilevamento della corrente media assorbita da un motore elettrico, a collettore o a commutazione elettronica (motore brushless), accoppiato ad una ventola in un sistema di raffreddamento associato ad un motore a combustione interna. Un tale sistema di raffreddamento comprende un'unitÃ elettronica di controllo, destinata a regolare la velocitÃ di rotazione della ventola sulla base di un segnale di comando proveniente dall'unitÃ elettronica di controllo del motore a combustione interna.

L'unitÃ elettronica di controllo del sistema di raffreddamento svolge spesso anche funzioni di diagnostica del buon funzionamento del sistema, ed in particolare monitora la corrente assorbita dal motore elettrico per rilevare eventuali condizioni di sovraccarico o per imporre eventuali limitazioni di potenza. La corrente assorbita dal motore elettrico viene normalmente misurata rilevando la caduta di tensione su un resistore di shunt di precisione, collegato in serie al motore.

Tale soluzione risulta costosa, in quanto richiede l'utilizzo di un resistore di shunt di precisione, maggiori ingombri e comporta una ulteriore dissipazione di potenza su tale resistore.

Uno scopo della presente invenzione Ã ̈ di proporre un nuovo procedimento per il rilevamento della corrente media assorbita da un motore elettrico operativamente accoppiato ad una sorgente di tensione, quale la batteria di bordo di un autoveicolo, tramite un filtro includente un induttore.

Questo ed altri scopi vengono realizzati secondo l'invenzione con un procedimento caratterizzato dal fatto che viene rilevata la tensione ai capi del suddetto induttore, e la corrente media assorbita dal motore viene calcolata secondo una funzione predeterminata del valore medio di tale tensione rilevata.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione appariranno dalla descrizione dettagliata che segue, effettuata a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

la figura 1 Ã ̈ uno schema elettrico che mostra un circuito per il pilotaggio di un motore brushless in corrente continua accoppiato ad una sorgente di tensione tramite un induttore, e provvisto di mezzi circuitali per il rilevamento della corrente media assorbita da tale motore secondo il procedimento o metodo della presente invenzione; la figura 2 Ã ̈ uno schema elettrico piÃ¹ dettagliato dei mezzi circuitali di rilevamento della corrente della figura 1; e

la figura 3 Ã ̈ un diagramma esemplificativo che mostra qualitativamente i risultati del calcolo della corrente media assorbita dal motore, effettuati in conformitÃ con il metodo della presente invenzione .

Nella figura 1 con BLM Ã ̈ indicato un motore brushless trifase, i cui terminali A, B e C sono collegati a corrispondenti terminali di un circuito di pilotaggio a ponte intero, complessivamente indicato con BR. In modo per sÃ© noto, tale circuito a ponte comprende sei commutatori elettronici allo stato solido, ad esempio transistori MOSFET, indicati con Q1 - Q6.

Tali commutatori elettronici presentano rispettivi terminali di comando (gate) collegati in modo non rappresentato ad un'unitÃ elettronica di pilotaggio.

Il circuito a ponte BR Ã ̈ collegato ai terminali positivo e negativo di una sorgente di tensione continua vB, quale la batteria di bordo di un autoveicolo, con l'interposizione di un filtro includente un induttore in serie Lsed un condensatore CPin parallelo.

Due ulteriori condensatori CAe CBsono collegati direttamente in parallelo al circuito a ponte BR.

Come si Ã ̈ giÃ accennato in precedenza, nel procedimento secondo l'invenzione, per rilevare la corrente media IHassorbita dal motore elettrico BLM viene rilevata la tensione VLai capi dell'induttore Ls, e detta corrente media IMviene quindi calcolata secondo una funzione predeterminata del valore medio della tensione VL, come si descriverÃ piÃ¹ dettagliatamente nel seguito.

La tensione VLai capi dell'induttore Lssi puÃ² esprimere come la somma di due contributi: il primo contributo dovuto alla componente resistiva (resistenza RSERIE), il secondo contributo dovuto alla componente induttiva (induttanza-serie L):

ove iLÃ ̈ la corrente fluente nell<1>induttore e t Ã ̈ il tempo.

Il valore medio in condizioni di "steadystate" della tensione Ã ̈ dato da:

poichÃ©

La tensione VLai capi dell'induttore serie Lsviene rilevata utilizzando un amplificatore per la rilevazione di corrente, disponibile sul mercato, quale l'amplificatore indicato con AMPL nelle figure 1 e 2, con l'interposizione di un filtro FI per eliminare la componente induttiva.

Con riferimento alla figura 2, il filtro FI Ã ̈ un filtro ad esempio di tipo RC, comprendente due resistori R1 e R2 aventi rispettivi primi terminali connessi alle opposte estremitÃ dell'induttore Ls, ed un condensatore CI che interconnette gli altri terminali di tali resistori.

L'uscita dell'amplificatore AMPL perviene ad un microprocessore attraverso un filtro d'uscita F2 e un convertitore analogico-digitale A/D eventualmente integrato nel microprocessore MP stesso.

Come apparirÃ piÃ¹ chiaramente dal seguito, il microprocessore MP Ã ̈ convenientemente predisposto per operare anche una compensazione al variare della temperatura, per tener conto della variazione della resistenza elettrica RSERIEdel filo di rame dell'induttore Ls, in modo tale da migliorare la precisione della misura.

Per realizzare tale compensazione termica, al microprocessore MP Ã ̈ collegato un sensore di temperatura, quale il resistore a coefficiente negativo di temperatura, indicato con NTC nelle figure 1 e 2. Tale sensore, montato sulla medesima scheda che porta tutti i componenti dello schema della figura 1, rileva la temperatura ambiente, ma non quella dell'induttore Ls. Per tener conto dell'effetto di auto-riscaldamento dell'induttore Ls, si misura la resistenza termica dello stesso e in funzione della potenza dissipata si calcola la temperatura assoluta di tale induttore.

La resistenza elettrica dell'induttore Lsal variare della temperatura ambiente Tambsi puÃ² esprimere nel modo seguente :

ove RambÃ ̈ la resistenza dell'induttore misurata alla temperatura ambiente Tamb;

a Ã ̈ il coefficiente termico del rame;

TNTCÃ ̈ la temperatura ambiente della scheda circuitale, rilevata a mezzo del resistore NTC;

RthÃ ̈ la resistenza termica dell'induttore Ls;

PdissÃ ̈ la potenza dissipata dall'induttore Ls; e

IMÃ ̈ la corrente media assorbita dal motore elettrico BLM.

La relazione (4) si puÃ² riscrivere nel modo seguente :

Le relazioni (4) e (5) mostrano che la resistenza-serie dell'induttore Lssi puÃ² esprimere come funzione della temperatura e della corrente media nel motore:

Quanto sopra premesso, la tensione all'uscita dello stadio di amplificazione AMPL, ovvero la tensione all'ingresso del convertitore A/D, si puÃ² esprimere nel modo seguente:

ove G Ã ̈ il guadagno dello stadio di amplificazione AMPL.

Il filtro d'uscita F2, che nell'esempio illustrato nella figura 2 comprende un resistore-serie R3 e un condensatore-parallelo C2 , ha il compito di filtrare la tensione in uscita dall'amplificatore AMPL, per ottenere il valor medio della corrente nel motore.

Al resistore NTC sono associati due resistori R4 , collegato verso massa, e R5, collegato verso una sorgente di tensione continua stabilizzata VDD, per sostanzialmente linearizzarne la caratteristica .

Dal valore della tensione Voute dalla misura di temperatura fornita dal resistore NTC, il microprocessore MP ricava la corrente media IMfluente del motore BLM, attraverso la seguente relazione, che Ã ̈ l'inversa della relazione (7) piÃ¹ sopra riportata :

La relazione (8), vista la dipendenza della RSERIEdalla corrente IM, diviene una relazione recursiva, come segue:

Il microprocessore MP esegue una serie di iterazioni per calcolare, secondo la relazione (9), il valore corretto della corrente media IMfluente nel motore BLM (figura 3).

Nella relazione (9) sopra riportata, la presenza del termine 1+Î± (TNTC-Tamb) rende alquanto complesso il calcolo da parte del microprocessore MP.

Una significativa riduzione della complessitÃ del calcolo puÃ² essere ottenuta se si linearizza il suddetto termine a denominatore secondo una rela zione del tipo seguente:

ove a, b sono due costanti.

Ãˆ relativamente agevole determinare i coefficienti a, b in modo tale che la relazione (10) risulti valida in un certo campo o intervallo di temperatura TNTC, ad esempio da -25°C a 150°C.

Se il microprocessore MP Ã ̈ dotato di una memoria riscrivibile (ad esempio EEPROM, oppure Flash), Ã ̈ possibile migliorare la qualitÃ della determinazione della corrente media nel motore modificando il valore di alcuni parametri del modello in base a misure effettuate durante le fasi di collaudo del motore BLM e dell'associata circuiteria elettronica della figura 1.

Naturalmente, fermo restando il principio del trovato, le forme dÃ¬ attuazione e i particolari di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto Ã ̈ stato descritto ed illustrato a puro titolo di esempio non limitativo, senza per questo uscire dall'ambito dell'invenzione come definito nelle annesse rivendicazioni.

Claims

RIVENDICAZIONI 1 . Procedimento per il rilevamento della corrente media (IM) assorbita da un motore elettrico in corrente continua (BLM) operativamente accoppiato ad una sorgente di tensione (VB) tramite un filtro includente un induttore (Ls); il procedimento essendo caratterizzato dal fatto che viene rilevata la tensione (VL) ai capi di detto induttore (Ls), e la corrente media (IM) assorbita dal motore (BLM) viene calcolata secondo una funzione predeterminata del valore medio di tale tensione rilevata (VL).
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui viene rilevata la temperatura ambiente (TNTC), e la corrente media (IM) assorbita dal motore (BLM} viene calcolata secondo una funzione predeterminata della temperatura ambiente rilevata (TNTC) e della resistenza elettrica (RSERIE) di detto induttore (Ls) rilevata alla temperatura ambiente.
3. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui la tensione (VL) ai capi di detto induttore (Ls) viene rilevata mediante un amplificatore (AMPL) , attraverso un filtro (FI) atto ad attenuarne la componente induttiva.
4. Procedimento secondo la rivendicazione 3, in cui la tensione di uscita dall'amplificatore (AMPL) viene addotta ad un microprocessore (MP), previa sua conversione da analogica a digitale; il microprocessore (MP) essendo predisposto per calcolare la corrente media (IM) assorbita dal motore (BLM) secondo una funzione predeterminata della tensione fornita in uscita da detto amplificatore (AMPL).
5. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la temperatura ambiente Ã ̈ rilevata a mezzo di un resistore a coefficiente negativo di temperatura (NTC) o altro sensore di temperatura.
6. Procedimento per il rilevamento della corrente media sorbita da un motore elettrico in corrente continua, sostanzialmente secondo quanto descritto ed illustrato, e per gli scopi specificati.