IT201800020593A1 - Alloggiamento per dispositivi elettronici di potenza per il pilotaggio di un motore elettrico di un veicolo elettrico o ibrido - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo
“Alloggiamento per dispositivi elettronici di potenza per il pilotaggio di un motore elettrico di un veicolo elettrico o ibrido”
Campo tecnico dell’invenzione
La presente invenzione riguarda in generale il settore dei veicoli elettrici o ibridi.
Più in particolare, la presente invenzione riguarda un alloggiamento per dispositivi elettronici di potenza che pilotano il motore elettrico di un veicolo elettrico o ibrido.
Tecnica nota
I moderni veicoli elettrici o ibridi utilizzano motori elettrici asincroni a tre fasi che vengono pilotati per mezzo di tre inverter, ciascuno dei quali effettua una conversione di tensione continua (DC) in tensione alternata (AC), al fine di pilotare opportunamente le tre fasi del motore elettrico; la tensione continua è generata da un pacco batterie montate nel veicolo elettrico o ibrido.
E’ noto che un inverter comprende diversi componenti elettronici di potenza per effettuare detta conversione della tensione continua in tensione alternata, come ad esempio interruttori di potenza e trasformatori.
E’ necessario quindi realizzare opportuni alloggiamenti in grado di contenere le piastre a circuito stampato sulle quale sono montati i componenti elettronici di potenza dell’inverter e che siano dotati di opportuni connettori per il collegamento agli avvolgimenti del motore elettrico.
E’ inoltre noto effettuare il monitoraggio della corrente che scorre negli avvolgimenti del motore elettrico, per mezzo dell’utilizzo di opportuni sensori di corrente.
La Richiedente ha osservato che i sensori noti della corrente di un motore elettrico non sono sufficientemente precisi e affidabili.
Breve sommario dell’invenzione
La presente invenzione riguarda un alloggiamento per dispositivi elettronici di potenza per il pilotaggio di un motore elettrico di un veicolo elettrico o ibrido come definito nella annessa rivendicazione 1 e da sue forme di realizzazione preferite descritte nelle rivendicazioni dipendenti da 2 a 5.
La Richiedente ha percepito che l’alloggiamento per dispositivi elettronici di potenza in accordo con la presente invenzione consente di effettuare misure più precise e più affidabili della corrente che scorre negli avvolgimenti del motore elettrico.
L’idea di base è quella di utilizzare uno o più sensori di Hall posizionati nell’alloggiamento per misurare la corrente che scorre negli avvolgimenti del motore elettrico, in cui ciascun sensore è accoppiato con un rispettivo concentratore di flusso magnetico che permette di migliorare la misura della corrente negli avvolgimenti del motore elettrico.
Forma oggetto della presente invenzione anche un sistema di alimentazione elettrica di un veicolo elettrico o ibrido come definito nella annessa rivendicazione 6 e da sue forme di realizzazione preferite descritte nelle rivendicazioni dipendenti 6-8.
Breve descrizione dei disegni
Ulteriori caratteristiche ed i vantaggi dell’invenzione risulteranno dalla descrizione che segue di una forma di realizzazione preferita e di sue varianti fornita a titolo esemplificativo con riferimento ai disegni allegati, in cui:
- la Figura 1 mostra una prima vista in prospettiva di un alloggiamento per dispositivi elettronici di potenza per il pilotaggio di un motore elettrico di un veicolo elettrico o ibrido secondo l’invenzione;
- la Figura 2 mostra una seconda vista in prospettiva di detto alloggiamento per dispositivi elettronici di potenza secondo l’invenzione.
Descrizione dettagliata dell’invenzione
Si osservi che nella descrizione seguente blocchi, componenti o moduli identici o analoghi sono indicati nelle figure con gli stessi riferimenti numerici, anche se sono mostrati in differenti forme di realizzazione dell’invenzione.
Con riferimento alle Figure 1 e 2, vengono mostrate due viste in prospettiva di un alloggiamento 1 per dispositivi elettronici di potenza che pilotano il motore elettrico di un veicolo elettrico o ibrido.
Il veicolo è ad esempio un autoveicolo a quattro ruote.
L’alloggiamento 1 comprende un elemento perimetrale 2 atto ad alloggiare un supporto per una pluralità di dispositivi elettronici di potenza, come ad esempio interruttori ad alta potenza (IGBT), trasformatori e condensatori.
Il supporto per i dispositivi elettronici di potenza è ad esempio:
- una piastra a circuito stampato sulla quale sono montati una pluralità di dispositivi elettronici di potenza;
- un “Direct bond copper”.
La Figura 2 differisce dalla Figura 1 per il fatto che l’alloggiamento 1 è ruotato di circa 180 gradi e che comprende ulteriormente un involucro 6 di materiale plastico che racchiude almeno parzialmente l’elemento perimetrale 2.
Più in particolare, detti dispositivi elettronici di potenza realizzano un inverter avente la funzione di convertire una tensione continua generata da un pacco batterie ricaricabili in una tensione alternata utilizzata per pilotare una macchina elettrica che funziona come motore elettrico.
L’elemento perimetrale 1 comprende una prima coppia di connettori elettrici metallici 7a, 7b atti a ricevere rispettivamente la tensione di batteria positiva e negativa generata dal pacco di batterie.
Preferibilmente, l’elemento perimetrale 1 comprende una ulteriore prima coppia di connettori elettrici metallici 8a, 8b atti a ricevere rispettivamente la tensione di batteria positiva e negativa generata da un ulteriore pacco di batterie.
L’elemento perimetrale 2 ha ad esempio una forma sostanzialmente rettangolare.
L’elemento perimetrale 1 comprende inoltre una coppia di conduttori metallici 10, 11 (ovvero dei terminali) atti a trasportare una tensione alternata per pilotare la macchina elettrica quando funziona come motore elettrico.
I conduttori metallici 10, 11 sono ad esempio delle barre di rame. In particolare, la coppia di conduttori metallici 10, 11 è elettricamente collegata agli avvolgimenti dello statore della macchina elettrica.
L’elemento perimetrale 1 comprende inoltre una pluralità di terminali metallici 5 che hanno la funzione di collegare i dispositivi di potenza con i circuiti logici di controllo.
L’elemento perimetrale 1 comprende inoltre una coppia di concentratori 3 e 4 aventi la funzione di aumentare la densità del flusso magnetico di un rispettivo campo magnetico che attraversa (almeno parzialmente) la coppia di conduttori metallici 10, 11.
Più in particolare, il concentratore di flusso magnetico 3 è atto a generare un primo campo magnetico che attraversa almeno parzialmente il conduttore metallico 10, mentre il concentratore di flusso magnetico 4 è atto a generare un secondo campo magnetico che attraversa almeno parzialmente il conduttore metallico 11.
Il concentratore di flusso magnetico 3 comprende una apertura in aria 3c atta ad alloggiare un primo sensore di Hall avente la funzione di misurare la corrente che scorre attraverso il conduttore metallico 10, misurando così la corrente che scorre attraverso gli avvolgimenti dello statore della macchina elettrica.
Analogamente, il concentratore di flusso magnetico 4 comprende una apertura in aria 4c atta ad alloggiare un secondo sensore di Hall avente la funzione di misurare la corrente che scorre attraverso il conduttore metallico 11, misurando così la corrente che scorre attraverso gli avvolgimenti dello statore della macchina elettrica.
Secondo una forma di realizzazione preferita dell’invenzione, il concentratore 3 di flusso magnetico è realizzato con un elemento ferromagnetico avente una forma parzialmente toroidale che avvolge il conduttore metallico 10 e che comprende un traferro 3c in cui posizionare il primo sensore di Hall; in questo caso l’alloggiamento 1 comprende una prima sede in materiale plastico avente un profilo parzialmente circolare ed atta ad alloggiare ad incastro l’elemento ferromagnetico toroidale 3.
Vantaggiosamente, l’elemento ferromagnetico 3 comprende una coppia di elementi cuneiformi 3a, 3b posizionati in prossimità del traferro, che consentono di migliorare ulteriormente la densità del flusso magnetico.
Analogamente, il concentratore 4 di flusso magnetico è realizzato con un elemento ferromagnetico avente una forma parzialmente toroidale che avvolge il conduttore metallico 11 e che comprende un traferro 4c in cui posizionare il secondo sensore di Hall; in questo caso l’alloggiamento 1 comprende una seconda sede in materiale plastico avente un profilo parzialmente circolare ed atta ad alloggiare ad incastro l’elemento ferromagnetico toroidale 4.
Vantaggiosamente, l’elemento ferromagnetico 4 comprende una coppia di elementi cuneiformi 4a, 4b posizionati in prossimità del traferro, che consentono di migliorare ulteriormente la densità del flusso magnetico.
L’alloggiamento 1 viene utilizzato in un sistema di alimentazione elettrica del veicolo elettrico o ibrido dotato di un motore elettrico asincrono a tre fasi.
Il sistema di alimentazione elettrica comprende:
- un pacco di batterie ricaricabili;
- il motore elettrico a tre fasi;
- tre alloggiamenti 1a, 1b, 1c (uno per ogni fase del motore), ciascuno realizzato come l’alloggiamento 1 illustrato in precedenza;
- tre dispositivi elettronici inverter, ciascuno alloggiato in un rispettivo alloggiamento 1a, 1b, 1c;
- tre sensori di Hall per misurare rispettivamente la corrente delle tre fasi del motore elettrico.
Il pacco di batterie ricaricabili ha la funzione di fornire l’energia elettrica per azionare la macchina elettrica in modo da funzionare come motore elettrico, generando quindi una tensione di batteria di tipo continuo.
Ciascuno dei tre dispositivi elettronici inverter comprende una pluralità di dispositivi elettronici di potenza e ciascun dispositivo elettronico inverter è configurato per ricevere la tensione di batteria di tipo continuo e generare da questa la tensione alternata per pilotare una rispettiva fase della macchina elettrica che funziona come motore elettrico.
Il motore elettrico comprende un rotore che viene messo in rotazione e che a sua volta aziona il movimento delle ruote del veicolo elettrico o ibrido.
Più in particolare, il primo dispositivo elettronico inverter è realizzato per mezzo di una prima piastra a circuito stampato sulla quale sono montati una pluralità di dispositivi elettronici di potenza, in cui:
- detta prima piastra è alloggiata nel primo alloggiamento 1a;
- il primo dispositivo elettronico inverter è elettricamente collegato in ingresso con i connettori 7a, 7b, 8a, 8b del primo alloggiamento 1a in modo da ricevere la tensione positiva e negativa di batteria ed è collegato in uscita con i conduttori metallici 10, 11 del primo alloggiamento 1a in modo da trasportare una prima tensione alternata per pilotare una prima fase della macchina elettrica che funziona come motore elettrico;
- un primo sensore di Hall ha una porzione posizionata nell’apertura del primo concentratore di flusso magnetico del primo alloggiamento 1a, in particolare nel traferro di un primo elemento ferromagnetico toroidale che avvolge il conduttore metallico 10 del primo alloggiamento 1a;
- un secondo sensore di Hall ha una porzione posizionata nell’apertura del secondo concentratore di flusso magnetico del primo alloggiamento 1a, in particolare nel traferro di un secondo elemento ferromagnetico toroidale che avvolge il conduttore metallico 11 del primo alloggiamento 1a.
Analogamente, il secondo dispositivo elettronico inverter è realizzato per mezzo di una seconda piastra a circuito stampato sulla quale sono montati una pluralità di dispositivi elettronici di potenza, in cui: - detta seconda piastra è alloggiata nel secondo alloggiamento 1b; - il secondo dispositivo elettronico inverter è elettricamente collegato in ingresso con i connettori 7a, 7b, 8a, 8b del secondo alloggiamento 1b in modo da ricevere la tensione positiva e negativa di batteria ed è collegato in uscita con i conduttori metallici 10, 11 del secondo alloggiamento 1b in modo da trasportare una seconda tensione alternata per pilotare una seconda fase della macchina elettrica che funziona come motore elettrico;
- un terzo sensore di Hall ha una porzione posizionata nell’apertura del primo concentratore di flusso magnetico del secondo alloggiamento 1b, in particolare nel traferro di un primo elemento ferromagnetico toroidale che avvolge il conduttore metallico 10 del secondo alloggiamento 1b;
- un quarto sensore di Hall ha una porzione posizionata nell’apertura del secondo concentratore di flusso magnetico del secondo alloggiamento 1b, in particolare nel traferro di un secondo elemento ferromagnetico toroidale che avvolge il conduttore metallico 11 del secondo alloggiamento 1b.
Infine il terzo dispositivo elettronico inverter è realizzato per mezzo di una terza piastra a circuito stampato sulla quale sono montati una pluralità di dispositivi elettronici di potenza, in cui:
- detta terza piastra è alloggiata nel terzo alloggiamento 1c;
- il terzo dispositivo elettronico inverter è elettricamente collegato in ingresso con i connettori 7a, 7b, 8a, 8b del terzo alloggiamento 1c in modo da ricevere la tensione positiva e negativa di batteria ed è collegato in uscita con i conduttori metallici 10, 11 del terzo alloggiamento 1c in modo da trasportare una terza tensione alternata per pilotare una terza fase della macchina elettrica che funziona come motore elettrico;
- un quinto sensore di Hall ha una porzione posizionata nell’apertura del primo concentratore di flusso magnetico del terzo alloggiamento 1c, in particolare nel traferro di un primo elemento ferromagnetico toroidale che avvolge il conduttore metallico 10 del terzo alloggiamento 1c;
- un sesto sensore di Hall ha una porzione posizionata nell’apertura del secondo concentratore di flusso magnetico del terzo alloggiamento 1c, in particolare nel traferro di un secondo elemento ferromagnetico toroidale che avvolge il conduttore metallico 11 del terzo alloggiamento 1c.
Claims (8)
- RIVENDICAZIONI 1. Alloggiamento (1) per dispositivi elettronici di potenza per il pilotaggio di un motore elettrico di un veicolo elettrico o ibrido, l’alloggiamento comprendente un elemento perimetrale (2) atto ad alloggiare un supporto per dispositivi elettronici di potenza, l’elemento perimetrale comprendente: - un connettore elettrico (7a) atto a ricevere una tensione continua generata da un pacco batterie; - un conduttore metallico (10) atto a trasportare una tensione alternata per pilotare il motore elettrico; - un concentratore (3) di flusso magnetico atto a generare un campo magnetico che attraversa almeno parzialmente il conduttore metallico; in cui detto concentratore avvolge il conduttore metallico e comprende una apertura in aria (3c) atta ad alloggiare un sensore di Hall per misurare la corrente che scorre attraverso il conduttore metallico.
- 2. Alloggiamento (1) per dispositivi elettronici di potenza secondo la rivendicazione 1, in cui il concentratore è un elemento ferromagnetico (3) avente una forma parzialmente toroidale che avvolge il conduttore metallico, in cui detta apertura in aria è un traferro (3c) atto ad alloggiare il sensore di Hall.
- 3. Alloggiamento (1) per dispositivi elettronici di potenza secondo la rivendicazione 2, in cui l’elemento ferromagnetico comprende una coppia di elementi cuneiformi (3a, 3b) posizionati in prossimità del traferro.
- 4. Alloggiamento (1) per dispositivi elettronici di potenza secondo le rivendicazioni 1-3, in cui l’elemento perimetrale comprende: - una coppia di connettori elettrici (7a, 7b) atti a ricevere la tensione continua generata da un pacco batterie; - una coppia di conduttori metallici (10, 11) atti a trasportare la tensione alternata per pilotare gli avvolgimenti del motore elettrico; - una coppia di elementi (3, 4) di materiale ferromagnetico, ciascuno elemento essendo atto a generare un rispettivo campo magnetico che attraversa almeno parzialmente il rispettivo conduttore metallico; in cui ciascun elemento ferromagnetico ha una rispettiva forma parzialmente toroidale che avvolge il rispettivo conduttore metallico e comprende una rispettiva apertura atta ad alloggiare un rispettivo sensore di Hall per misurare la corrente che scorre attraverso il rispettivo conduttore metallico.
- 5. Alloggiamento (1) per dispositivi elettronici di potenza secondo le rivendicazioni 2-4, comprendente almeno una sede in materiale plastico avente un profilo parzialmente circolare ed atta ad alloggiare ad incastro un rispettivo elemento ferromagnetico toroidale.
- 6. Sistema di alimentazione elettrica di un veicolo elettrico o ibrido, il sistema comprendente: - un pacco batterie configurato per generare una tensione di batteria di tipo continuo; - un dispositivo elettronico inverter comprendente i dispositivi elettronici di potenza, in cui il dispositivo elettronico inverter è configurato per ricevere la tensione di batteria e generare da questa la tensione alternata; - un motore elettrico collegato con l’uscita del dispositivo elettronico inverter; - un alloggiamento secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti; - un sensore di Hall avente una porzione alloggiata nell’apertura del concentratore di flusso magnetico; in cui il dispositivo elettronico inverter è elettricamente collegato in ingresso con il primo connettore elettrico atto a ricevere la tensione di batteria ed è elettricamente collegato in uscita con il conduttore metallico atto a trasportare la tensione alternata.
- 7. Sistema di alimentazione elettrica secondo la rivendicazione 6, comprendente tre alloggiamenti secondo una qualunque delle rivendicazioni 1-5, un motore elettrico asincrono a tre fasi e tre sensori di Hall atti a misurare una corrente della rispettiva fase, in cui ciascun alloggiamento è atto ad alloggiare una rispettiva piastra a circuito stampato comprendente dispositivi elettronici di potenza, ciascun alloggiamento comprendente un rispettivo conduttore metallico atto a trasportare una rispettiva tensione alternata per controllare ciascuna fase del motore elettrico.
- 8. Sistema di alimentazione elettrica secondo la rivendicazione 7 quando dipende dalle rivendicazioni 2-5, in cui ciascuno dei tre sensori di Hall comprende una rispettiva porzione posizionata nel traferro del rispettivo elemento toroidale.
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