ITTO20110055A1 - Dispositivo di controllo per un motore elettrico in corrente continua di un ventilatore di raffreddamento per autoveicoli - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Dispositivo di controllo per un motore elettrico in corrente continua di un ventilatore di raffreddamento per autoveicoli"

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un dispositivo di controllo per un motore elettrico in corrente continua di un ventilatore di raffreddamento per un autoveicolo, ad esempio un ventilatore associato al radiatore del motore a combustione.

Un elettroventilatore per il raffreddamento del radiatore di un autoveicolo tipicamente comprende un motore elettrico a corrente continua ed una ventola assiale, entrambi supportati da un convogliatore avente la duplice funzione di ottimizzazione del flusso d'aria a valle del radiatore e di ancoraggio del gruppo motore – ventola al radiatore o ad altro supporto previsto nell'autoveicolo.

Nei sistemi più avanzati il motore a corrente continua può essere un motore a spazzole associato ad una elettronica di controllo, oppure un motore a commutazione elettronica, anche in questo caso con elettronica di controllo.

Le caratteristiche di funzionamento delle ventole assiali alla massima velocità sono caratterizzate dal fatto che la portata diminuisce all'aumentare della pressione dell'aria, e la coppia necessaria, e quindi anche la corrente e la potenza elettrica richiesta, aumenta (a parità di giri) all'aumentare della pressione.

A vettura ferma si ha il valore massimo di resistenza fluidodinamica e quindi il valore minimo di portata aria. All'aumentare della velocità della vettura, la portata d'aria disponibile aumenta in quanto la resistenza diminuisce per effetto della prevalenza causata dalla velocità della vettura stessa.

Questo comportamento va incontro alle necessità naturali di raffreddamento della vettura in quanto normalmente il flusso termico da smaltire aumenta quando la vettura à ̈ in marcia.

Nel caso di un motore a collettore alimentato a tensione costante, il numero di giri a cui ruota la ventola diminuisce all'aumentare della prevalenza proprio a causa della maggiore potenza richiesta.

Il comportamento nel caso di un motore a commutazione elettronica può essere analogo a quello di un motore a collettore, oppure la ventola può mantenere una velocità costante per tutto l'intervallo di pressione di funzionamento, a seconda del dimensionamento.

Se un sistema in esame ha una portata insufficiente a pressioni basse ed una portata superiore alle richieste a pressioni elevate, una soluzione semplice per raggiungere le prestazioni richieste anche a basse pressioni à ̈ aumentare la velocità della ventola in tali condizioni. In questo modo la curva di portata trasla verso l'alto. La potenza elettrica richiesta aumenta corrispondentemente.

La conseguenza di una tale azione à ̈ un dimensionamento del motore elettrico e dell'elettronica di controllo per potenze molto più grandi, che comporta costi maggiori del prodotto.

Inoltre non sempre à ̈ possibile seguire questa strada, perché à ̈ fissato un limite massimo di potenza assorbita, per ragioni di dimensionamento e bilancio energetico del sistema elettrico, e per limitare le emissioni di inquinanti ed i consumi della vettura.

La presente invenzione ha specificamente per oggetto un dispositivo di controllo comprendente almeno un transistore di pilotaggio, collegato essenzialmente in serie ad un corrispondente avvolgimento del motore, fra i terminali di una sorgente di tensione continua di alimentazione, e un'unità elettronica di controllo predisposta per pilotare detto almeno un transistore secondo modalità prestabilite in funzione di almeno un segnale esterno di comando, in modo tale da provocare l'attivazione del motore controllando la tensione ad esso applicata e, di conseguenza, la velocità.

Un siffatto dispositivo di controllo à ̈ schematicamente rappresentato nella figura 1 dei disegni allegati. In tale figura con 1 à ̈ complessivamente indicato un elettroventilatore di raffreddamento per un motore a combustione interna, comprendente un motore elettrico a corrente continua M del tipo con spazzole, ed un'associata girante palettata di ventilazione F. Il motore M à ̈ collegato essenzialmente in serie ad un transistore di pilotaggio Q, ad esempio un transistore di tipo MOSFET, fra i due terminali o poli di una sorgente (ad esempio una batteria) S, atta ad erogare una tensione continua di alimentazione VS. L'ingresso o gate del transistore di pilotaggio Q à ̈ collegato all'uscita di un'unità elettronica di controllo ECU, che à ̈ predisposta per pilotare tale transistore secondo modalità prestabilite, in funzione di almeno un segnale esterno di comando.

Uno scopo della presente invenzione à ̈ di realizzare un dispositivo di controllo migliorato, che consenta in particolare un'efficace protezione del motore e dell'associato commutatore elettronico di potenza.

Questo ed altri scopi vengono realizzati secondo l'invenzione con un dispositivo di controllo del tipo sopra specificato, caratterizzato dal fatto che la suddetta unità elettronica di controllo à ̈ predisposta per pilotare detto almeno un transistore in modo tale da limitare la corrente fluente nel motore ad un valore predeterminato quando, per effetto delle condizioni di carico del motore e della tensione applicata al motore, la corrente richiesta dal motore tende a superare detto valore predeterminato.

In un modo di realizzazione, l'unità elettronica à ̈ predisposta per limitare la corrente fluente nel motore ad un valore costante predeterminato. In un altro modo di realizzazione, l'unità elettronica à ̈ predisposta per limitare la corrente fluente nel motore ad un valore limite corrispondente al rapporto fra un valore massimo predeterminato di potenza elettrica ammissibile sul motore e la tensione applicata al motore quando, per effetto delle condizioni di carico del motore e della tensione applicata al motore, la potenza richiesta dal motore tende a superare detto valore massimo predeterminato.

Convenientemente, detto valore massimo della potenza elettrica sul motore à ̈ variabile secondo una funzione predeterminata della temperatura dell'associato transistore.

Il dispositivo secondo l'invenzione à ̈ utilizzabile per il controllo di un motore in corrente continua con o senza spazzole.

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, già descritta, à ̈ uno schema elettrico, in parte a blocchi, di un dispositivo di controllo per un motore elettrico di un ventilatore di raffreddamento;

la figura 2 à ̈ un diagramma che riporta in ascissa la tensione VMsul motore e in ordinata la corrente IMfluente nel motore, secondo curve caratteristiche di funzionamento attuabili con dispositivi di controllo secondo la tecnica anteriore; la figura 3 à ̈ un diagramma analogo a quello presentato nella figura 2, e illustra una modalità di controllo attuabile con un dispositivo secondo la presente invenzione;

la figura 4 à ̈ un diagramma analogo a quello presentato nella figura 3, ed illustra un'altra modalità di controllo attuabile con un dispositivo secondo l'invenzione; e

la figura 5 à ̈ uno schema a blocchi illustrativo delle modalità operative di un dispositivo di controllo secondo la presente invenzione.

Un dispositivo di controllo per il motore elettrico M di un ventilatore di raffreddamento di un motore di un autoveicolo à ̈ predisposto per pilotare tale motore secondo curve caratteristiche del tipo illustrato nella figura 2. In tale figura la curva a tratto continuo rappresenta la caratteristica di funzionamento del motore M ad autoveicolo fermo. Quando l'autoveicolo à ̈ in marcia, la caratteristica di funzionamento del motore M varia, e assume un andamento del tipo mostrato dalla linea tratteggiata, per effetto del concorso della ventilazione naturale dovuta all'avanzamento del motore.

La caratteristica illustrata a tratto lungo e a tratto breve nella figura 2 corrisponde ad una condizione di funzionamento del motore M in cui la rotazione del suo albero à ̈ frenata od ostacolata.

Nel grafico della figura 2 con VMNOMÃ ̈ indicata la tensione nominale sul motore M, in generale minore della tensione VSerogata dalla sorgente (batteria di bordo) S.

Nel grafico della figura 3 sono riportate le stesse curve caratteristiche sopra descritte con riferimento alla figura 2.

Con riferimento alla figura 3, in un dispositivo secondo la presente invenzione l'unità elettronica di controllo ECU à ̈ predisposta per pilotare il transistore Q in modo tale da limitare la corrente fluente nel motore M ad un valore predeterminato ILIM, quando le condizioni di carico del motore M e la tensione VMapplicata al motore M tendono a far crescere la corrente IMoltre detto valore predeterminato.

Nella modalità di controllo cui si riferisce il grafico della figura 3, la corrente IMnel motore M viene limitata ad un valore massimo ILIMche à ̈ costante, cioà ̈ indipendente dal valore istantaneo della tensione sul motore VM.

Tale modalità di controllo prevede che a veicolo fermo la corrente IMvenga limitata al valore ILIMquando la tensione sul motore VMà ̈ maggiore di VMNOM. Se invece il motore M opera in condizione di sovraccarico (rotazione del rotore ostacolata), e il suo punto di lavoro tendenziale sarebbe ad esempio rappresentato dal punto A della figura 3, l'unità di controllo ECU automaticamente provvede a ridurre il valore della tensione VMsul motore, fino a che la corrente IMdiviene uguale al valore massimo ILIM, imponendo di fatto il punto di lavoro indicato con A' nella figura 3.

Il modus operandi sopra descritto à ̈ indipendente dalla modalità di pilotaggio del transistore Q. Tale transistore può essere pilotato ad esempio in modo lineare, oppure in modo impulsato, ad esempio mediante un segnale ad onda quadra a larghezza o durata di impulso modulata.

La figura 4 presenta un grafico relativo ad un'altra modalità di controllo, atta a consentire l'implementazione di un'ulteriore funzione di protezione. In tale modalità, non solo viene limitata l'intensità della corrente IMfluente nel motore M, ma viene inoltre limitata la potenza PM=VMIM, ad un valore predeterminato indicato con PLIM.

Nel grafico della figura 4 Ã ̈ riportato un tratto di curva PM=costante=PLIM. Notoriamente, nel piano IM, VM, le curve PM=costante sono sostanzialmente iperboli equilatere.

Limitare la potenza PMad un valore limite PLIMsignifica essenzialmente limitare la corrente IMnel motore M ad un valore limite IPLIM=PMLIM/VM, al variare di VM.

Con riferimento al grafico della figura 4, se a veicolo in marcia il punto di lavoro tendenziale del motore M sarebbe uno dei punti indicati con B e C, l'unità di controllo ECU provvede a determinare una riduzione della tensione VMsul motore M, in modo tale che la potenza PMsul motore non superi il valore PLIM. In altri termini, l'unità ECU interviene in modo tale per cui il motore M viene portato ad operare nei punti di lavoro B' e, rispettivamente, C', anziché nei punti B e C.

Convenientemente, il valore limite PLIMpuò essere, anziché costante, variabile in funzione della temperatura T del transistore di pilotaggio Q, nel senso che al crescere di tale temperatura il valore di PLIMviene ridotto, e viceversa.

Nella figura 5 à ̈ data una rappresentazione schematica del controllo attuato dall'unità ECU operante secondo i grafici della figura 4.

Nella figura 5 con VMRà ̈ indicato un segnale indicativo della tensione richiesta sul motore M, ovvero della richiesta di velocità di rotazione per lo stesso. Inoltre, con ILIMe PLIMsono indicati i valori limite sopra definiti per la corrente IMe la potenza PM.

Con riferimento allo schema della figura 5, la tensione richiesta sul motore VMRperviene ad un sommatore 2, che vi sottrae il valore VMMEASrilevato della tensione VMsul motore M. All'uscita del sommatore 2 sono dunque disponibili segnali o dati indicativi dell'errore eVdi tensione sul motore M. Tale errore eVviene fornito all'ingresso di un'unità di pilotaggio DU del transistore Q.

Parallelamente, un divisore 3 divide la potenza limite PLIMper il valore misurato VMMEASdella tensione VMsul motore, e fornisce in uscita una rappresentazione della corrispondente corrente limite IPLIM. Quest'ultima, così come la rappresentazione della corrente limite ILIM, perviene all'ingresso di un dispositivo selettore di valore minimo 4. Tale dispositivo à ̈ predisposto per fornire in uscita una rappresentazione di una corrente limite I*LIM=min(ILIM, IPLIM), verso un ulteriore sommatore 5. ;Il sommatore 5 riceve inoltre una rappresentazione del valore misurato IMMEASdella corrente IMnel motore M, e fornisce in uscita una rappresentazione dell'errore di corrente eI=I*LIM-IMMEAS, verso l'unità di pilotaggio DU. Quest'ultima, provvede ad attuare il controllo secondo le modalità sopra descritte.

Naturalmente, fermo restando il principio del trovato, le forme di attuazione e i particolari di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto à ̈ 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 (6)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di controllo per un motore elettrico in corrente continua (M) di un ventilatore di raffreddamento (F) per il radiatore di un autoveicolo, comprendente almeno un transistore di pilotaggio (Q), collegato in serie ad un corrispondente avvolgimento del motore (M), fra i terminali di una sorgente (S) di tensione continua di alimentazione (VS), e un'unità elettronica di controllo (ECU) predisposta per pilotare detto almeno un transistore (Q) secondo modalità prestabilite in funzione di almeno un segnale esterno di comando, in modo tale da provocare l'attivazione del motore (M) controllando la tensione (VM) ad esso applicata e, di conseguenza, la velocità del motore (M); il dispositivo essendo caratterizzato dal fatto che detta unità di controllo (ECU) à ̈ predisposta per pilotare detto almeno un transistore (Q) in modo tale da limitare la corrente (IM) fluente nel motore (M) ad un valore predeterminato (ILIM) quando, per effetto delle condizioni di carico del motore (M) e della tensione (VM) applicata al motore (M), la corrente (IM) nel motore (M) tende a superare detto valore predeterminato (ILIM).
2. 2. Dispositivo di controllo secondo la rivendicazione 1, in cui detta unità elettronica di controllo (ECU) à ̈ predisposta per limitare la corrente (IM) fluente nel motore (M) ad un valore costante e predeterminato, quando la tensione (VM) applicata al motore (M) supera un valore prefissato.
3. 3. Dispositivo di controllo secondo la rivendicazione 1, in cui detta unità elettronica di controllo (ECU) à ̈ predisposta per limitare la corrente (IM) fluente nel motore (M) ad un valore corrispondente al rapporto fra un valore massimo predeterminato (PLIM) della potenza (PM) sul motore (M) e la tensione (VM) applicata al motore (M), quando, per effetto delle condizioni di carico del motore (M) e della tensione (VM) applicata al motore (M), la potenza (PM) nel motore (M) tende a superare detto valore massimo predeterminato (PLIM).
4. 4. Dispositivo di controllo secondo la rivendicazione 3, in cui detto valore massimo (PLIM) della potenza (PM) sul motore (M) Ã ̈ una funzione predeterminata della temperatura (T) di detto transistore (Q).
5. 5. Dispositivo di controllo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, associato ad un motore elettrico in corrente continua con spazzole.
6. 6. Dispositivo di controllo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, associato ad un motore elettrico senza spazzole.