ITTO961097A1 - Dispositivo per il controllo di un motore elettrico sincrono con rotor e a magnete permanente - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Dispositivo per il controllo di un motore elettrico . sincrono con rotore a magnete permanente" .

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un dispositivo per il controllo della rotazione di un motóre elettrico sincrono comprendente uno statore includente un avvolgimento disposto intorno ad un pacco di lamierini a cui è associato un rotore a magneti permanenti .

In svariate applicazioni, ad esempio per l'azionamento di ventole per impianti di refrigerazione, o di pompe per elettrodomestici, vi è attualmente .una tendenza a sostituire i tradizionali motori elettrici asincroni con motori elettrici di tipo sincrono a magneti permanenti.

I motori elettrici sincroni di tale tipo presentano rendimenti migliori, con conseguenti risparmi energetici, una maggiore semplicità costruttiva e minor peso, e conseguentemente costi ridotti.

I motori sincroni monofase a magneti permanenti presentano peraltro problemi all'avviamento, dovuti, al fatto che il rotore deve portarsi dalla condizione di velocità zero ad una condizione di rotazione ad una velocità in genere legata alla frequenza della tensione alternata dell'alimentazione di rete. Se la sorgente di alimentazione è la normale rete di distribuzione dell'energia a 50 o 60 Hz, il rotore di un siffatto motore dovrebbe raggiungere la velocità di sincronismo in un semiperiodo. Ciò risulta particolarmente problematico quando la coppia resistente all'avviamento non è nulla, e quando il carico che deve essere trascinato in rotazione presenta un'elevata inerzia, come nel caso di una ventola assiale .

Un ulteriore problema dei motori sincroni monofase è che il verso iniziale di rotazione del rotore è in genere non predeterminato, cioè il motore non è di per sé ad avviamento unidirezionale.

Un ulteriore aspetto problematico del motore sincrono è rappresentato dal fatto che la sua velocità di rotazione a regime è strettamente legata alla frequenza della tensione di alimentazione.

Lo scopo della presente invenzione è di realizzare un dispositivo per il controllo della rotazione di un motore elettrico sincrono con rotore a magneti permanenti che presenti una struttura semplice e realizzabile in modo economico, e che presenti un'elevata affidabilità di funzionamento.

Questo ed altri scopi vengono raggiunti secondo l'invenzione con un dispositivo, le cui caratteristiche principali sono definite nell'annessa rivendicazione 1 .

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 fig.l mostra un motore elettrico sincrono con rotore a magnete permanente;

la fig.2 è uno schema a blocchi di un dispositivo di controllo secondo l'invenzione per un motore elettrico sincrono del tipo illustrato nella fig.l;

la fig.3 è uno schema elettrico dettagliato di un primo modo di realizzazione di un dispositivo secondo l'invenz ione;

le fig.4a e 4b mostrano gli andamenti in funzione del tempo di segnali e di altre grandezze nel dispositivo secondo la fig.3, rispettivamente nella fase di avviamento e nella condizione di rotazione a regime;

le figg.5 e 6 sono schemi elettrici di due varianti di realizzazione del dispositivo secondo l 'invenzione ;

la fig.7 è uno schema che mostra una variante di realizzazione di un circuito alimentatore compreso in un dispositivo secondo l'invenzione;

la fig.8 è uno schema elettrico di un'ulteriore variante di realizzazione di un dispositivo secondo l 'invenzione ;

la fig.8a mostra gli andamenti di segnali presenti nel funzionamento nel dispositivo secondo la fig.8;

la fig.9 è una vista prospettica parziale che mostra un modo di realizzazione di dispositivi sensori di posizione associati al rotore di un motore sincrono;

la fig.10 è uno schema di un'ulteriore variante di realizzazione di un dispositivo secondo l'invenzione;

la fig.lOa mostra gli andamenti di segnali forniti dai sensori di posizione della fig.9-la fig.ll mostra un'ulteriore variante di realizzazione del dispositivo secondo l'invenzione; la fig.12 mostra in vista dall'alto una disposizione di sensori per la rilevazione della posizione del rotore di un motore sincrono;

la fig.13 mostra un'ulteriore variante del dispositivo secondo l'invenzione;

la fig.14 è uno schema di un circuito per la generazione di segnali indicativi della posizione del rotore di un motore sincrono;

la fig.l4a mostra una serie di segnali generati nel funzionamento nel circuito secondo la fig.14; e le figg.15 e 16 sono schemi di due ulteriori varianti di realizzazione di un dispositivo secondo l 'invenzione .

Nella fig.l è illustrato un motore elettrico sincrono monofase complessivamente indicato con 1. Lo statore 2 di tale motore 1 comprende un pacco di lamierini 3 sostanzialmente a forma di U, fra le cui estremità è montato girevole un rotore 4 a magneti permanenti . Lo statore 2 non deve peraltro avere necessariamente una forma di U.

Lo statore 2 comprende inoltre un avvolgimento complessivamente indicato con 5 che nella realizzazione esemplificativamente illustrata è formato da due semiavvolgimenti 5a e 5b fra loro collegati {in serie o in parallelo) , avvolti sui due bracci paralleli del pacco di lamierini 3.

Le estremità distali dei due rami del pacco di. lamierini 3 sono sagomate in modo tale da definire, rispetto al rotore 4, un traferro asimmetrico. In particolare, tale traferro comprende due interstizi 6a e 6b di ampiezza crescente in senso orario per chi osserva la fig.l.

Nella realizzazione illustrata il rotore 4 presenta due poli magnetici contrapposti, indicati con N e S.

Per effetto della conformazione del traferro 6a, 6b, a riposo il rotore 4 si dispone con l'asse di magnetizzazione MR disallineato rispetto all'asse Ms delle espansioni polari di statore, formando rispetto ad esso un angolo Θ. A riposo, il rotore 4 può in particolare disporsi nella posizione illustrata nella fig.l, ovvero in una posizione a 180° rispetto a quella illustrata.

Nella fig.2 è illustrato sotto forma di schema a blocchi un dispositivo per il controllo della rotazione di un motore elettrico sincrono del tipo sopra descritto con riferimento alla fig.l.

In generale, tale dispositivo comprende uno o più sensori di posizione 10 associati al rotore 4, per fornire ad un circuito di.pilotaggio 11 segnali elettrici di controllo a due stati, variabili in funzione della posizione angolare di tale rotore.

Il circuito di pilotaggio 11 è collegato in uscita ad uno o più dispositivi elettronici 12 a conduzione di corrente controllata, atti a consentire selettivamente un flusso di corrente nei due sensi nell'avvolgimento statorico 5 del motore, cui sono connessi in serie fra due terminali 13 e 14 destinati ad essere collegati ad una sorgente di tensione di alimentazione alternata, quale la rete di alimentazione.

Il dispositivo schematicamente illustrato nella fig.2 è tale per cui nell'avvolgimento di statore 5 del motore viene fatta fluire una corrente in un verso che dipende soltanto dalla polarità della tensione applicata fra i terminali 13 e 14, e dalla posizione istantanea del rotore 4.

Un primo modo di realizzazione del dispositivo secondo la fig.2 è illustrato nella fig.3.

In tale realizzazione al rotore 4 del motore è associato un sensore 10 ad effetto Hall. La conduzione di corrente nell'avvolgimento di statore 5 è controllata tramite un Triac T, connesso in serie a tale avvolgimento fra i terminali di alimentazione 13 e 14.

Il circuito di pilotaggio 11 della fig.3 comprende un transistore Ql, che nella realizzazione illustrata è di tipo pnp, e che ha la base collegata all'uscita del sensore 10. Il collettore di'Ql è collegato al terminale 13 tramite un resistore 15. La base e l'emettitore di Ql sono collegati all'uscita di un circuito 16 di alimentazione di tensione continua tramite rispettivi resistori 17 e 18.

Il circuito alimentatore 16 presenta un terminale di ingresso 19 destinato a ricevere una tensione alternata, preferibilmente di voltaggio ridotto rispetto a quella applicata fra i terminali 13 e 14. Tale circuito alimentatore comprende ad esempio un resistore 20, seguito da un diodo raddrizzatore 21, un diodo stabilizzatore (zener) 22 ed un condensatore di livellamento 23.

Il circuito di pilotaggio 11 comprende inoltre due diodi 24 e 25 aventi l'anodo e rispettivamente il catodo collegati al gate del Triac T tramite un resistore PTC 26. Il catodo del diodo 24 è collegato all'emettitore del transistore Ql. L'anodo del diodo 25 è collegato all'uscita del sensore 10 tramitè un resistore 27. Un resistore 28 è collegato fra il gate del Triac T e la massa.

Il dispositivo della fig.3 funziona nel modo che verrà ora descritto facendo anche riferimento ai grafici delle figg.4a e 4b, in cui con VM è indicato l'andamento in funzione del tempo della tensione di alimentazione applicata fra i terminali 13 e 14, con H è indicato il segnale fornito in uscita dal sensore 10, con I è indicata la corrente fluente nell'avvolgimento di statore 5 del motore, e con CEMF è indicata la forza contro-elettromotrice sviluppata nel motore .

I grafici della fig.4a mostrano gli andamenti di VM, H , I e CEMF nella fase di avviamento, cioè nel transitorio di partenza della rotazione del rotore, mentre i grafici della fig.4b mostrano gli andamenti delle medesime grandezze nella condizione di rotazione alla velocità di regime.

Quando il segnale all'uscita del sensore ad effetto Hall 10 è a livello alto ("1"), il transistore Q1 è interdetto e verso il gate del Triac T fluisce una corrente in senso entrante. Pertanto, fintantoché l'uscita del sensore 10 è a livello alto, il Triac T lascia fluire attraverso l'avvolgimento di statore 5 soltanto le semionde positive della corrente di alimentazione, così come è mostrato dagli andamenti della corrente I illustrati nelle figg.4a e 4b. Il Triac T opera nel primo quadrante del piano tensione -corrente .

Quando, a seguito della rotazione del rotore 4, l'uscita del sensore 10 passa a livello basso ("0"), il transistore Q1 passa in conduzione. Una corrente fluisce in senso uscente dal gate del Triac T, che opera quindi nel terzo quadrante, lasciando fluire nell 'avvolgimento di statore 5 del motore le sole semionde negative della corrente .

Se la transizione da livello alto a livello basso del segnale H fornito dal sensore 10 avviene in corrispondenza di una semionda positiva della tensione di alimentazione VM, come è mostrato all'istante t2 nella fig.4a, la corrente nell'avvolgimento di statore 5 non si inverte immediatamente, bensì al successivo passaggio per lo zero della tensione VM, come è mostrato all'istante t2 in detta figura.

Sempre con riferimento alla fig.4a, sino all'istante t0 la forza contro-elettromotrice CEMF e la corrente I sono entrambe positive, per cui nel motore si ha lo sviluppo di una coppia motrice positiva. Fra gli istanti t0 e t2, la corrente I nel motore è ancora positiva, ma la forza contro-elettromotrice CEMF è negativa, per cui in tale breve intervallo si ha in effetti lo sviluppo di una coppia negativa. Dopo l'istante t2, la corrente I e la forza controelettromotrice CEMF sono entrambe negative, e si ha nuovamente sviluppo di coppia positiva. Situazioni analoghe possono presentarsi quando il segnale H all'uscita del sensore 10 passa da livello basso a livello alto.

La possibilità che in un breve intervallo di tempo si generi una coppia negativa rappresenta un inconveniente, peraltro di entità praticamente trascurabile. Inoltre, non sempre il segnale H passa da livello alto a livello basso (e viceversa) in concomitanza con una semionda positiva (negativa) della tensione di alimentazione.

Nella fig.5 è mostrata un'ulteriore variante di realizzazione del dispositivo secondo l'invenzione, in cui in luogo di un Triac vengono utilizzati due raddrizzatori controllati SCR1 e SCR2, disposti fra loro in antiparallelo, in serie all'avvolgimento di statore 5. Il circuito di pilotaggio 11 comprende un fotodiodo PD, con l'anodo collegato all'uscita del sensore 10, anche in questo caso costituito ad esempio da un sensore ad effetto Hall, ed il catodo collegato al gate di uno dei due SCR, ed accoppiato otticamente ad un fototransistore PT, il cui collettore è collegato al gate dell'altro SCR.

Con tale disposizione, i due SCR vengono pilotati in controfase dall'uscita del sensore 10, l'uno tramite il fotodiodo PD, l'altro tramite il fototransistore PT, che funge da invertitore.

Nella variante di realizzazione secondo la fig.

6 i mezzi conduttori controllati bidirezionali 12 comprendono un diodo raddrizzatore controllato SCR1 in parallelo al quale è disposta la serie di un Triac T e di un diodo D disposto in modo tale da consentire il passaggio di corrente in senso inverso a quello di flusso nel diodo controllato SCR1. Nel complesso, il Triac T ed il diodo D equivalgono sostanzialmente ad un diodo raddrizzatore controllato (SCR) in antiparallelo al diodo controllato SCR1.

Il circuito di pilotaggio 11 mostrato esemplificativamente nella fig.6 comprende un transistore Q2 di tipo npn che ha la base collegata all'uscita del sensore 10 (ad effetto Hall) tramite un resistore 34, l'emettitore collegato alla massa, ed il collettore collegato al gate del Triac T, ed al catodo del diodo D tramite un resistore 35. L'uscita del sensore 10 è collegata al gate di SCRl tramite un resistore 36. Un diodo 37 ha l'anodo collegato al gate di SCRl ed il catodo collegato alla massa attraverso un resistore di protezione termica 38, di tipo NTC. Un resistore 39 è collegato fra il catodo del diodo 37 ed il collettore del transistore Q2. Un circuito alimentatore di corrente continua 16 provvede all'alimentazione del sensore 10 ed alla polarizzazione di base del transistore Q2 tramite un resistore 40.

Il funzionamento del dispositivo illustrato nella fig.6 è anàlogo a quello del dispositivo illustrato nella fig.5: il diodo controllato SCR1 viene pilotato direttamente dall'uscita del sensore 10, tramite il resistore 36, mentre il gate del Triac T viene pilotato con il segnale del sensore 10 invertito tramite il transistore Q2.

Nelle diverse realizzazioni sinora descritte, così come in parte di quelle che verranno descritte nel seguito, per la generazione della tensione di alimentazione continua necessaria per il sensore 10 associato al rotore, ed eventualmente per la polarizzazione di altri componenti, può essere convenientemente adottata la soluzione che verrà ora descritta con riferimento alla fig.7.

In tale figura, con 16 è indicato un circuito raddrizzatore/stabilizzatore il cui ingresso 19 è collegato ad una presa intermedia 5c dell'avvolgimento statorico 5. Tale soluzione consente di contenere particolarmente il valore di resistenza del resistore 20 di ingresso del circuito alimentatore 16. La presa intermedia 5c è posizionata in modo tale da consentire il prelievo di una frazione della tensione di alimentazione applicata fra i terminali 13 e 14 .

Nella fig.8 è illustrata un'ulteriore variante di realizzazione di un dispositivo secondo l'invenzione. In tale realizzazione, l'avvolgimento statorico 5 è diviso in due semiavvolgimenti 5a e 5b, con una presa centrale 5c collegata al terminale di alimentazione 14 . In serie ai semiavvolgimenti 5a e 5b sono collegati rispettivi Triac TI e T2. Tali Triac hanno il rispettivo terminale superiore collegato al terminale di alimentazione 13 .

Il sensore 10 associato al rotore 4 del motore può essere anche in questo ad esempio un sensore ad effetto Hall, la cui uscita è accoppiata ai gate di TI e di T2 tramite due rami circuitali ila e llb del circuito di pilotaggio 11, comprendenti ciascuno una medesima circuiteria A, a cui nel solo ramo Ila è anteposto uno stadio invertitore logico 41. La circuiteria A presente in ciascuno dei rami del circuito di pilotaggio 11 può avere ad esempio la struttura del circuito complessivamente indicato con 11 nella fig.3.

I due semiaw olgimenti 5a e 5b dell'avvolgimento di rotore sono avvolti in sensi opposti.:

II dispositivo della fig.8 funziona nel modo che verrà ora descritto con riferimento ai segnali i cui andamenti sono mostrati nella fig.8a.

Nella fig.8a con VM è indicata la tensione alternata di alimentazione applicata nel funzionamento fra i terminali 13 e 14, con H è indicato un segnale fornito in uscita dal sensore 10 associato al rotore 4 del motore. Con 12 e II sono indicate le correnti fluenti nei Triac TI e T2 (si veda anche la fig.8).

Quando l'uscita del sensore 10 è a livello alto, il Triac T2 fa fluire nel semiaw olgimento 5b una corrente 12 costituita dalle semionde positive della corrente di alimentazione. Allo stesso tempo, il Triac TI fa fluire attraverso il semiaw olgimento 5a una corrente II, corrispondente alle semionde negative della corrente di alimentazione.

Inversamente, quando il segnale H all'uscita del sensore 10 è a livello basso, la corrente 12 fluente nel semiaw olgimento 5b è costituita dalle semionde negative della corrente di alimentazione, mentre la corrente II fluente nel semiaw olgimento 5a è costituita dalle semionde positive della stessa corrente di alimentazione.

Poiché i semiaw olgimenti 5a e 5b sono avvolti in sensi inversi, i flussi magnetici prodotti dalle correnti in essi circolanti risultano concordi e si-. sommano, sostanzialmente come se tali semiaw olgimenti fossero aw olti nello stesso senso e fossero percorsi da correnti concordi.

Con la disposizione sopra illustrata si riescono a sfruttare, ai fini della generazione della coppia, sia le semionde positive sia le semionde negative della corrente di alimentazione.

Le diverse varianti di realizzazione sinora descritte comprendono un singolo sensore di posizione associato al rotore 5 del motore sincrono e sono affette dal (modesto) inconveniente rappresentato dal fatto che può esservi generazione di coppia negativa in un breve intervallo di tempo, quando il passaggio dell'uscita del sensore a livello basso (alto) avviene in corrispondenza di una semionda positiva (negativa) della tensione di alimentazione.

Tale inconveniente può essere eliminato con le varianti di realizzazione che verranno ora descritte con riferimento alle figg.9 e seguenti, in cui in generale per il rilevamento della posizione del rotore 4 del motore vengono utilizzati due sensori.

Con riferimento alla fig.9, in una prima realizzazione al rotore 4 del motore è associato un organo 42 girevole solidalmente con esso. Tale organo ha ad esempio la forma di un disco e presenta un setto arcuato periferico 43 opaco, avente un'estensione angolare predeterminata.

Con 44 e 45 sono indicate due coppie fotodiodofototransistore disposte in rispettive posizioni fisse lungo la traiettoria circolare del settore opaco 43. Tale settore è suscettibile di passare, nel suo moto di rotazione solidale con quello del rotore 4, fra il fotodiodo ed il fototransistore di ciascuna di tali coppie. Quando il rotore 4 del motore ruota, i segnali corrispondentemente forniti dai fototransistori dei dispositivi 44 e 45 presentano andamenti del tipo illustrato nella fig.lOa. Se i dispositivi 44 e 45 sono disposti a 180° l'uno rispetto all'altro, i segnali PI e P2 forniti dai rispettivi fototransistori risultano sfasati di 180°. Ciascuno di tali segnali è a livello alto per un periodo di tempo corrispondente all'estensione angolare del setto opaco 43.

La fig.10 mostra un primo modo di realizzazione di un dispositivo di controllo del motore utilizzante il sistema di rilevazione della posizione del rotore mostrato nella fig.9.

Nel dispositivo secondo la fig.10, i mezzi di conduzione bidirezionale controllata 12 comprendono due diodi raddrizzatori controllati SCR1 e SCR2, disposti in antiparallelo in serie all'avvolgimento statorico 5. I gate di SCR1 e SCR2 sono pilotati dai fototransistori dei fotoaccoppiatori 44 e rispettivamente 45.

Il settore opaco 43 associato ai fotoaccoppiatori 44 e 45 del dispositivo della fig.10 ha un'estensione angolare selezionata in funzione della velocità di regime desiderata per il motore elettrico. Tale estensione angolare è compresa in particolare fra un valore minimo corrispondente alla condizione di generazione di una coppia sempre positiva, ed un valore massimo corrispondente alla condizione di generare comunque una coppia media positiva.

Nel dispositivo della fig.10 i fotodiodi dei fotoaccoppiatori 44 e 45 sono connessi in antiparallelo fra loro, in serie ad un resistore 48, in parallelo ai diodi controllati SCR1 e SCR2. Il resistore 48 (peraltro non indispensabile) consente di limitare convenientemente la corrente in detti fotodiodi in caso di blocco meccanico del rotore 4 del motore .

I collettori dei fototransistori dei fotocopiatori 44 e 45 possono essere convenientemente collegati ai gate dei corrispondenti diòdi controllati SCR1 e SCR2 tramite resistor! 46 e 47 per evitare che quando ciascuno di tali fototransistori diviene conduttivo la sua tensione collettore-emettitore superi la tensione gate-catodo dell'associato diodo controllato.

Il collettore del fototransistore del fotoaccoppiatore 45 è collegato all'emettitore del fototransistore del fotoaccoppiatore 44 attraverso un resistore 149. Analogamente, un resistore 148 interconnette il collettore del fototransistore del fotoaccoppiatore 44 all'emettitore del fototransistore del fotoaccoppiatore 45.

Due resistori 150 e 151 sono connessi essenzialmente in parallelo ai percorsi collettore-emettitore dei due fotoaccoppiatori 44 e 45. I resistori 150 e 151, la cui presenza non è strettamente necessaria, sono convenienti per assicurare lo spegnimento degli SCR in tutto il campo di temperatura di lavoro previsto.

Nella variante di realizzazione secondo la fig.

11 la corrente nell'avvolgimento statorico 5 è controllata tramite un unico Triac T, il cui gate è collegato all'uscita di due fotoaccoppiatori 44 e 45 tramite un resistore 49 disposto in serie a due rami circuitali includenti rispettivi diodi 50 e 51 disposti in senso inverso. I fotodiodi dei fotoaccoppiatori sono collegati in serie fra loro, in parallelo al Triac T. I fototransistori dei fotoaccoppiatori 44 e 45 sono di tipo npn, con i rispettivi percorsi collettore-emettitore in antiparallelo fra loro.

Il modo di funzionamento della variante di realizzazione secondo la fig.ll è analogo a quello del dispositivo precedentemente descritto con riferimento alla fig.10.

Nella fig.12 è illustrata una variante di realizzazione del sistema di rilevamento della posizione angolare del rotore 4 del motore. In tale variante, al rotore 4 è associato un organo 42, girevole solidalmente con esso e provvisto di un settore arcuato opaco periferico 43 la cui estensione angolare è predeterminata in base ai criteri descritti in precedenza. Tale settore è suscettibile di intercettare la radiazione emessa da due fotodiodi 60 e 61 disposti in posizioni fisse, a 180° fra loro rispetto all'asse di rotazione del rotore. Affacciati ai fotodiodi 60 e 61 sono due rispettive coppie di fototransistori 62, 63 e 64, 65. La disposizione è tale per cui il settore opaco 43 dell'organo 42 è suscettibile, per effetto della rotazione del rotore 4, di intercettare ciclicamente la radiazione fra i fotodiodi 60 e 61 e gli associati fototransistori 62, 63 e 64, 65.

I segnali corrispondentemente forniti in uscita dai fototransistori 62, 63 e rispettivamente 64, 65 presentano andamenti corrispondenti a quelli dei segnali PI e P2 della fig.lOa.

Nella fig.13 è mostrato lo schema di un dispositivo secondo l'invenzione, utilizzante il sistema di rilevamento di posizione del rotore sopra descritto con riferimento alla fig.12.

Come si vede nella fig.13, i fotodiodi 60 e 61 sono disposti in serie fra loro e ad un resistore 66 fra i terminali di una sorgente di tensione continua di alimentazione Vcc.

I fototransistori 62 e 63 associati al fotodiodo 60 sono di tipo npn e sono connessi in antiparallelo ai fototransistori 64 e rispettivamente 65 associati al fotodiodo 61.

Le uscite dei fototransistori 62 e 64 sono accoppiate al gate di un Triac TI disposto in serie ad un semiavvolgimento 5a dell'avvolgimento di statore 5. Analogamente, le uscite dei fototransistori 63 e 65 sono accoppiate al gate di un secondo Triac T2 connesso in serie all'altro semiavvolgimento 5b dell 'avvolgimento di statore 5.

La presa centrale 5c dell'avvolgimento 5 è collegata al terminale di alimentazione 14.

Fra le uscite dei fototransistori 62, 64 (63, 65) ed il gate del Triac TI (T2) sono interposti due diodi 66, 67 (68, 69) disposti sostanzialmente in antiparallelo fra loro.

Il modo di funzionamento della variante secondo la fig.13 è sostanzialmente analogo a quello del dispositivo mostrato nella fig.8.

Per la rilevazione della posizione angolare del rotore 4, in luogo di coppie di fotodiodi ed associati fototransistori possono essere utilizzati due sensori ad effetto Hall, disposti in rispettive posizioni fisse angolarmente sfalsate. Un circuito logico combinatorio, collegato alle uscite di tali sensori, consente di rendere disponibili in uscita segnali di pilotaggio analoghi a quelli ottenibili con due fotodiodi ed associati fototransistori, cioè analoghi ai segnali precedentemente descritti con riferimento alla fig.lOa.

Nella fig.14 è mostrata una siffatta disposizione con due sensori ad effetto Hall 70 e 71, le cui uscite sono collegate ad un circuito .logico combinatorio 73 . Tale circuito logico è predisposto per elaborare i segali HI e H2 forniti dai sensori 70 e 71, ad esempio nel modo che verrà ora illustrato con riferimento alla fig.l4a.

In tale figura sono mostrati gli andamenti dei segnali HI e H2, che risultano fra loro temporalmente sfasati in conseguenza dello sfalsamento angolare delle posizioni dei sensori 70 e 71.

Il circuito logico 73 è predisposto per generare un primo segnale SI = HI H2 ed un secondo segnale S2 = HI H2, i cui andamenti sono mostrati nella fig.

14a.

I segnali SI e S2 sono analoghi ai segnali PI e P2 ottenibili con due fotoaccoppiatori e mostrati nella fig.lOa.

La durata delle porzioni a livello alto dei segnali SI e S2 dipende dalla posizione angolare relativa dei sensori 70 e 71. La posizione angolare relativa di tali sensori può essere selezionata in modo tale che la durata delle porzioni a livello alto dei segnali SI e S2 sia tale per cui non si abbia mai generazione di coppia negativa o quanto meno che si abbia sempre una coppia media positiva.

A seconda delle caratteristiche del circuito di pilotaggio utilizzato per controllare la corrente nell'avvolgimento di statore del motore, il circuito logico 73 può essere predisposto per fornire in uscita i segnali SI e S2, oppure i segnali invertiti SI e S2.

Nella fig.15 è mostrato un dispositivo di controllo secondo l'invenzione, pilotato con i segnali SI e S2 sopra descritti. Il dispositivo della fig.15 comprende un circuito di pilotaggio 11, la cui struttura è praticamente identica a quella del circuito di pilotaggio 11 mostrato nella fig.3, rispetto al quale differisce essenzialmente per il fatto che la base del transistore Q1 riceve il segnale SI, mentre all'anodo del diodo 25 viene applicato (tramite il resistore 27) il segnale S2.

Nella fig.16 è illustrata un'ulteriore variante di realizzazione del dispositivo secondo l'invenzione, strutturalmente analoga a quella precedentemente descritta con riferimento alla fig.8, ma utilizzante i segnali SI, S2 , SI e S2 fom iti dal circuito logico 73 della fig.14. Il circuito di pilotaggio 11 del dispositivo secondo la fig.16 comprende due circuiti A fra loro identici, aventi ad esempio la medesima struttura del circuito 11 della fig.3, e le cui uscite sono collegate ai gate di due Triac TI e T2 connessi in serie ai semiaw qlgimenti 5a e 5b dell'avvolgimento statorico 5.

Agli ingressi dei due circuiti A sono applicati rispettivamente i segnali SI e S2, e rispettivamente S2 e SI.

Il dispositivo di controllo secondo l'invenzione è utilizzabile per l'avviamento di un motore sincrono con inerzia elevata, al fine di portarlo alla velocità di sincronismo.

Esso consente inoltre, attraverso un opportuno dimensionamento dell'avvolgimento di statore, di far operare un motore sincrono ad una velocità diversa da quella di sincronismo corrispondente alla frequenza della tensione alternata di alimentazione.

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

Claims (20)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo per il controllo della rotazione di un motore elettrico sincrono (1) comprendente uno statore (2) includente un avvolgimento (5) disposto intorno ad un pacco di lamierini (3) e a cui è associato un rotore a magneti permanenti (4); il dispositivo comprendendo: mezzi conduttori controllati (12) connessi all'avvolgimento di statore (5) e ad una sorgente di tensione alternata (13, 14), mezzi sensori di posizione (10) atti a determinare l'applicazione ad ingressi di pilotaggio di detti mezzi conduttori controllati (12) di segnali elettrici di controllo a due stati, variabili in funzione della posizione angolare del rotore (4); la disposizione essendo tale per cui la corrente viene fatta fluire in detto avvolgimento di statore (5) in un verso che dipende soltanto dalla polarità della tensione di detta sorgente e dalla posizione istantanea del rotore (4).
2. 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi conduttori controllati (12) comprendono un triac (T) disposto in serie all'avvolgimento di statore (5) fra due terminali (13, 14) destinati ad essere collegati alla sorgente di tensione alternata, ed il cui gate è accoppiato ai mezzi sensori di posizione (10) tramite un circuito di pilotaggio (11) connesso ad una sorgente di tensione continua (16); il circuito di pilotaggio --(11) essendo predisposto per consentire un passaggio di corrente in senso entrante e rispettivamente in senso uscente dal gate del triac (T) a seconda dello stato del segnale fornito in uscita dai mezzi sensori di posizione (10).
3. 3. Dispositivo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che il circuito di pilotaggio (11) comprende un transistore (Ql) la cui base è collegata ai mezzi sensori di posizione (10) ed il cui percorso collettore-emettitore è connesso al gate del triac (T) tramite un primo diodo (24) atto a consentire un flusso di corrente in senso uscente da detto gate, e un secondo diodo (25) disposto fra l'uscita dei mezzi sensori di posizione (10) ed il gate del triac (T) ed atto a consentire un flusso di corrente in senso entrante in detto gate; la sorgente di tensione continua (16) essendo collegata alla base di detto transistore (Ql) ed all'anodo di detto secondo diodo (25).
4. 4. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui i mezzi conduttori controllati (12) comprendono -due raddrizzatori controllati (SCR1, SCR2) disposti in antiparallelo fra loro ed in serie all'avvolgimento di statore (5) fra i terminali (13, 14) destinati ad essere collegati alla sorgente di tensione alternata; gli ingressi di controllo di detti raddrizzatori controllati essendo accoppiati ai mezzi sensori di posizione (10) tramite un circuito di pilotaggio (11) atto ad applicare loro un segnale logico di comando corrispondente al segnale dei mezzi sensori di posizione (10) e rispettivamente l'inverso di tale segnale.
5. 5. Dispositivo secondo la rivendicazione 4, in cui il circuito di pilotaggio (11) comprende un fotodiodo (PD) connesso fra i mezzi sensori di posizione (10) e l'ingresso di controllo di un raddrizzatore controllato (SCR2), ed un fototransistore (PT) otticamente accoppiato al fotodiodo (PD) ed avente l'uscita collegata all'ingresso di controllo dell'altro raddrizzatore controllato (SCR1).
6. 6. Dispositivo secondo la rivendicazione 4, in cui un raddrizzatore controllato è realizzato con un triac (T) ed un diodo (D) connessi in serie.
7. 7. Dispositivo secondo la rivendicazione 6, in cui il circuito di pilotaggio (11) comprende un transistore (Q2) con la base connessa ai mezzi sensori~di posizione (10) ed il collettore collegato al gate del triac (T), ed un collegamento non invertente (36) fra l'uscita dei mezzi sensori di posizione (10) e l'ingresso di controllo dell'altro raddrizzatore controllato (SCR1).
8. 8. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 2 a 7, in cui la sorgente di tensione continua (16) comprende un circuito raddrizzatore (21-23) collegato ad una presa intermedia (5c) dell'avvolgimento di statore (5).
9. 9. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui i mezzi conduttori controllati (12) comprendono due triac (Tl, T2) disposti ciascuno in serie ad un semi avvolgimento di statore (5a, 5b) in modo da formare due rami circuitali in parallelo fra i terminali (13, 14) destinati ad essere collegati alla sorgente di tensione alternata; i gate di detti triac (Tl, T2) essendo accoppiati ai mezzi sensori di posizione (10) tramite rispettivi circuiti di pilotaggi (Ila, llb) uno dei quali comprende un invertitore (41).
10. 10. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i mezzi sensori di posizione comprendono un sensore ad effetto Hall (10).
11. 11. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui i mezzi sensori comprendono una coppia di sensori (44, 45; 60, 62, 63; 61, 64, 65; 70, 71) predisposti per fornire in uscita almeno due segnali a due stati sfasati fra loro per il pilotaggio dei mezzi conduttori controllati (12) in modo tale per cui la coppia generata nel motore (1) risulta sempre almeno mediamente positiva.
12. 12. Dispositivo secondo la rivendicazione 11 in cui detti sensori sono due coppie fotodiodo-fototransistore (44, 45) fissati al motore (1) lungo la traiettoria di un organo intercettatore (42, 43) girevole con il rotore (4) avente un'estensione angolare predeterminata .
13. 13. Dispositivo secondo la rivendicazione 11, in cui i mezzi conduttori controllati (12) comprendono due raddrizzatori controllati (SCR1, SCR2), ciascuno dei quali è pilotato da una delle suddette coppie fotodiodo-f ototransistore (44, 45).
14. 14. Dispositivo secondo la rivendicazione 11, in cui i fototransistori di dette coppie fotodiodofototransistore (44, 45) sono di tipo npn, e sono connessi in antiparallelo fra loro; i mezzi conduttori controllati (12) comprendendo un triac (T), il cui gate è accoppiato alle uscite di detti fototransistori tramite due rami circuitali in ciascuno dei quali sono disposti rispettivi diodi (50, 51) essenzialmente in antiparallelo fra loro.
15. 15. Dispositivo secondo la rivendicazione 10, in cui detti sensori comprendono un primo ed un secondo fotodiodo (60, 61) ciascuno dei quali è accoppiato ad ima rispettiva coppia di fototransistori (62, 63; 64, 65); detti fotodiodi e detti fototransistori essendo disposti in posizione fissa rispetto al motore (1) lungo la traiettoria di un organo intercettatore (42, 43) girevole con il rotore (4) ed avente un'estensione angolare predeterminata.
16. 16. Dispositivo secondo la rivendicazione 15, in cui i fototransistori (62, 63; 64, 65) associati a ciascun fotodiodo (60, 61) sono connessi in antiparallelo ai fototransistori (64, 65; 62, 63) associati all'altro fotodiodo (61, 60) e sono di tipo npn; i mezzi conduttori controllati (12) comprendendo un primo ed un secondo triac (Tl, T2) ciascuno dei quali è connesso in serie ad un rispettivo semiavvolgimento (5, 5b) del motore, in due rami circuitali disposti in parallelo fra i fra i terminali (13, 14) destinati ad essere collegati alla sorgente di tensione alternata; i gate di detti triac (Tl, T2) essendo collegati alle uscite dell'una e dell'altra coppia di fototransistori (62, 64; 63, 65).
17. 17. Dispositivo secondo la rivendicazione 10, in cui i mezzi sensori comprendono due sensori ad effetto Hall (70, 71) fissati al motore (1) in rispettive posizioni angolarmente distanziate intorno all'asse di rotazione del rotore (4); alle uscite di detti sensori (70, 71) essendo collegato un circuito logico combinatorio (73) predisposto per fornire in uscita due segnali a due stati (SI, S2) sfasati fra loro, ottenuti secondo una funzione logica predeterminata dei segnali (HI, H2) forniti di sensori (70, 71).
18. 18. Dispositivo secondo la rivendicazione 17, caratterizzato dal fatto che i mezzi conduttori controllati (12) comprendono un triac (T) il cui gate è connesso alle uscite di detto circuito logico (73) tramite un circuito di pilotaggio (11) comprendente un transistore (Ql) la cui base è collegata ad un'uscita di detto circuito logico (73) ed il cui percorso collettore-emettitore è connesso al gate del triac (T) tramite un primo diodo {24) atto a consentire un flusso di corrente in senso uscente da detto gate; e un secondo diodo (25) tra l'altra uscita del circuito logico (73) ed il gate del triac (T), ed atto a consentire un flusso di corrente in senso entrante in detto gate; una sorgente di tensione continua (16) essendo collegata alla base di detto transistore (Ql) ed all'anodo di detto secondo diodo (25).
19. 19. Dispositivo secondo la rivendicazione 17, caratterizzato dal fatto che i mezzi conduttori controllati (12) comprendono due triac (Tl, T2) ciascuno dei quali è connesso in serie ad un semiavvolgimento (5a, 5b) del motore (1), in due rami circuitali connessi in parallelo fra loro tra i terminali (13, 14) destinati ad essere collegati alla sorgente di tensione alternata; i gate di detti triac (Tl, T2) essendo accoppiati alle uscite di detto circuito logico (73) tramite rispettivi circuiti di pilotaggio (A).
20. 20. Dispositivo per il controllo della rotazione di un motore elettrico sincrono, sostanzialmente scopi specificati.