ITBO20070727A1 - ELECTRIC DRIVE AND RELATED PILOT METHOD. - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE dal titolo: attached to a patent application for INDUSTRIAL INVENTION entitled:
AZIONAMENTO ELETTRICO E RELATIVO METODO DI ELECTRIC DRIVE AND RELATIVE METHOD OF
PILOTAGGIO PILOTING
La presente invenzione è relativa ad un azionamento elettrico e ad un metodo di pilotaggio dello stesso; in particolare, l’invenzione è relativa ad un azionamento elettrico plurimotore comprendente motori brushless e al relativo metodo di pilotaggio. The present invention relates to an electric drive and to a method of piloting it; in particular, the invention relates to a multi-motor electric drive comprising brushless motors and the related driving method.
Secondo quanto noto un motore brushless è un motore il cui periodo di rotazione è sincronizzato con la frequenza della tensione di alimentazione e per tale motivo necessita, in particolare aH’avviamento, di un’elettronica di comando in grado di alimentarlo anche a frequenza variabile. According to what is known, a brushless motor is a motor whose rotation period is synchronized with the frequency of the supply voltage and for this reason it requires, in particular at start-up, a control electronics capable of powering it even at variable frequency.
Nella pratica, infatti, un motore brushless viene avviato alimentandolo con una tensione di determinata ampiezza e frequenza che vengono progressivamente incrementate fino a portarlo alla velocità di rotazione desiderata che risulta sempre sincrona con la frequenza utilizzata. In practice, in fact, a brushless motor is started by feeding it with a voltage of a certain amplitude and frequency which are progressively increased until it reaches the desired rotation speed which is always synchronous with the frequency used.
Il motore brushless, pertanto, risulta abbinato, in tutte le sue applicazioni, ad un corrispondente circuito elettronico di pilotaggio che ne consente il funzionamento e che definisce, unitamente al motore stesso un cosiddetto azionamento brushless owero un sistema autonomo per la conversione di energia elettrica in meccanica. The brushless motor, therefore, is combined, in all its applications, with a corresponding electronic driving circuit which allows its operation and which, together with the motor itself, defines a so-called brushless drive or an autonomous system for the conversion of electrical energy into mechanics.
In numerose applicazioni, come ad esempio nel raffreddamento di radiatori in campo automobilistico, è frequente l’Impiego di una pluralità di ventole movimentate ciascuna da un rispettivo azionamento brushless. In numerous applications, such as in the cooling of radiators in the automotive field, the use of a plurality of fans each driven by a respective brushless drive is frequent.
Tali applicazioni risultano relativamente onerose proprio per la presenza dei circuiti elettronici il cui costo relativo ha incidenza sempre maggiore man mano che aumenta il numero di motori presenti. Such applications are relatively expensive precisely due to the presence of electronic circuits whose relative cost has an ever greater incidence as the number of motors present increases.
La presenza dei circuiti elettronici su tutti i motori ha inoltre implicazioni di carattere dimensionale, essendo gli azionamenti frequentemente inseriti in spazi angusti, e termiche a causa del riscaldamento intrinseco durante il funzionamento. The presence of electronic circuits on all motors also has dimensional implications, as the drives are frequently inserted in narrow spaces, and thermal implications due to intrinsic heating during operation.
Sono altresì note applicazioni, schematizzate nella figura 1 , nelle quali una pluralità di motori brushless sprovvisti della relativa elettronica sono alimentati in parallelo da un’unica centralina di modulazione che regola la tensione e la frequenza di alimentazione allo stesso modo per tutti i motori, a prescindere dalle reali condizioni di carico per ciascun motore. Tali applicazioni non sono né affidabili né ottimali in quanto, ad esempio, nel caso di sovraccarico di un motore l’elettronica non è in grado di gestire un’alimentazione che rappresenti il miglior compromesso per il sistema di motori nel suo complesso, non avendo alcuna informazione su quanto sta accadendo per ognuno di essi. Applications are also known, schematized in Figure 1, in which a plurality of brushless motors without the related electronics are powered in parallel by a single modulation control unit which regulates the power supply voltage and frequency in the same way for all motors, to regardless of the actual load conditions for each motor. These applications are neither reliable nor optimal since, for example, in the case of motor overload, the electronics are unable to manage a power supply that represents the best compromise for the motor system as a whole, as it has no information on what is happening for each of them.
In questo contesto, il compito tecnico precipuo della presente invenzione è proporre un azionamento elettrico plurimotore ed un metodo di pilotaggio dello stesso che sopperisca ai citati inconvenienti. In this context, the main technical task of the present invention is to propose a plurimotor electric drive and a driving method of the same which overcomes the aforementioned drawbacks.
Uno scopo della presente invenzione è proporre un azionamento elettrico plurimotore che sia maggiormente economico delle soluzioni note e che presenti un'architettura costruttiva relativamente semplice. An object of the present invention is to propose a multi-motor electric drive which is more economical than known solutions and which has a relatively simple construction architecture.
Un altro scopo della presente invenzione è proporre un azionamento elettrico ed un relativo metodo di pilotaggio che siano affidabili e robusti nel garantire il funzionamento delle applicazioni in cui si trovano ad operare. Another object of the present invention is to propose an electric drive and a relative piloting method which are reliable and robust in guaranteeing the operation of the applications in which they operate.
Uno scopo ancora è proporre un azionamento elettrico plurimotore ed un relativo metodo di pilotaggio che siano affidabili anche in corrispondenza di eventuali sovraccarichi di uno o più motori. Another object is to propose a multi-motor electric drive and a relative driving method which are reliable even in correspondence with possible overloads of one or more motors.
II compito tecnico precisato ed almeno gli scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti da un azionamento elettrico presentante le caratteristiche esposte nella rivendicazione indipendente 1 ed in una o più delle rivendicazioni dipendenti; forma oggetto della presente invenzione anche un metodo di pilotaggio di un azionamento elettrico presentante le fasi di funzionamento esposte nella rivendicazione indipendente 10 ed in una o più delle rivendicazioni dipendenti. The specified technical task and at least the specified aims are substantially achieved by an electric drive having the characteristics set out in the independent claim 1 and in one or more of the dependent claims; the present invention also relates to a driving method for an electric drive having the operating steps set out in the independent claim 10 and in one or more of the dependent claims.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva di un azionamento elettrico, come illustrato negli uniti disegni, in cui: (a figura 1 illustra, schematicamente, una soluzione di azionamento elettrico plurimotore facente parte dello stato deH’arte; Further characteristics and advantages of the present invention will become clearer from the indicative, and therefore non-limiting, description of a preferred but not exclusive embodiment of an electric drive, as illustrated in the accompanying drawings, in which: (a figure 1 illustrates, schematically, a multi-motor electric drive solution forming part of the state of the art;
la figura 2 illustra uno schema relativo ad un azionamento elettrico secondo la presente invenzione. Figure 2 illustrates a diagram relating to an electric drive according to the present invention.
Conformemente ai disegni allegati e con particolare riferimento alla figura 2, con 1 è indicato un azionamento elettrico, secondo la presente invenzione. In accordance with the accompanying drawings and with particular reference to Figure 2, 1 indicates an electric drive, according to the present invention.
L’azionamento 1 comprende una terna di motori 2, 3, 4 sincroni, in particolare brushless, ed una linea 5 di alimentazione alla quale sono allacciati i motori 2, 3 e 4. Drive 1 comprises a set of three synchronous motors 2, 3, 4, in particular brushless, and a power supply line 5 to which motors 2, 3 and 4 are connected.
Una centralina 6 gestisce l'alimentazione della linea 5 ed è almeno parzialmente comprensiva della stessa. A control unit 6 manages the power supply of the line 5 and is at least partially inclusive of the same.
La linea 5 di alimentazione, schematizzata come trifase, in forme realizzative alternative non illustrate, è vantaggiosamente a qualsiasi numero di fast. The power supply line 5, schematized as three-phase, in alternative embodiments not illustrated, is advantageously at any number of fast.
A titolo di esempio, senza per questo perdere di generalità, sono illustrati tre motori potendo l azionamento 1 comprendere un qualsiasi numero di motori brushless. By way of example, without losing generality, three motors are shown, the drive 1 being able to include any number of brushless motors.
In pratica i motori 2, 3, 4 sono allacciati in parallelo alla linea 5, ciascuno tramite una rispettiva ramificazione 2a, 3a, 4a della linea 5 stessa, e la centralina 6 lì alimenta modulando la frequenza e l’ampiezza della tensione di alimentazione permettendone il funzionamento. In practice, the motors 2, 3, 4 are connected in parallel to the line 5, each through a respective branching 2a, 3a, 4a of the line 5 itself, and the control unit 6 feeds them by modulating the frequency and the amplitude of the supply voltage allowing operation.
Lo scopo principale della centralina 6 è alimentare i motori 2, 3 e 4 attraverso la linea 5 per avviarli e portarli alla velocità di sincronismo tutti assieme; la centralina 6, secondo quanto noto è allacciata ad una linea 6a di alimentazione in tensione continua. The main purpose of the control unit 6 is to power the motors 2, 3 and 4 through the line 5 to start them and bring them all together at the synchronism speed; the control unit 6, according to what is known, is connected to a direct voltage power supply line 6a.
In altre parole, la centralina 6 alimenta i motori, che sono, secondo l’invenzione, sprovvisti di una propria elettronica sofisticata, con ampiezza e frequenza variabili ma uguali, istante per istante, per tutti i motori secondo le modalità meglio chiarite in seguito. In other words, the control unit 6 powers the motors, which are, according to the invention, without their own sophisticated electronics, with variable but equal amplitude and frequency, moment by moment, for all the motors according to the methods better explained below.
L’azionamento 1 comprende un circuito 7 di feedback tramite il quale la centralina 6 gestisce una serie di informazioni relative al funzionamento dei motori 2, 3, e 4. Drive 1 includes a feedback circuit 7 through which the control unit 6 manages a series of information relating to the operation of motors 2, 3, and 4.
Secondo quanto illustrato nella figura 2, il circuito 7 comprende, per ciascun motore 2, 3 e 4, un corrispondente canale o linea 8, 9 e 10 di trasmissione attraverso il quale l'informazione relativa ai singolo motore 2, 3 e 4 è elaborata nella centralina 6. As illustrated in Figure 2, the circuit 7 comprises, for each motor 2, 3 and 4, a corresponding transmission channel or line 8, 9 and 10 through which the information relating to the single motor 2, 3 and 4 is processed. in the control unit 6.
L’informazione trasmessa è preferibilmente definita da uno o più parametri di feedback inerenti al funzionamento del corrispondente motore 2, 3 e 4 ed è indicata in figura con un relativo segnale S2, S3 e S4. The information transmitted is preferably defined by one or more feedback parameters inherent to the operation of the corresponding motor 2, 3 and 4 and is indicated in the figure with a relative signal S2, S3 and S4.
In particolare, il circuito 7 di feedback è disposto operativamente attivo fra la linea 5 e le distinte ramificazioni 2a, 3a, 4a di alimentazione dei singoli motori. In particular, the feedback circuit 7 is operatively active between the line 5 and the distinct power supply branches 2a, 3a, 4a of the individual motors.
I segnali di feedback sono, almeno in parte, rilevati da appositi sensori 14, 15, 16 posizionati sulla linea di alimentazione del corrispondente motore. The feedback signals are, at least in part, detected by suitable sensors 14, 15, 16 positioned on the supply line of the corresponding motor.
Si osservi che il circuito 7 di feedback è alimentato dalla linea 5; ciascun ramo 2a, 3a e 4a passa attraverso il corrispondente sensore 14, 15, 16 e va ad alimentare il relativo motore 2, 3, 4. It should be noted that the feedback circuit 7 is powered by line 5; each branch 2a, 3a and 4a passes through the corresponding sensor 14, 15, 16 and feeds the relative motor 2, 3, 4.
Entrando maggiormente nel dettaglio, i sensori 14, 15, 16 sono sensori di corrente, e sono previsti su almeno una fase di ciascuna motore 2, 3, 4. Vantaggiosamente, in forme realizzative non illustrate, razionamento comprende un sensore di corrente per ciascuna fase di ciascun motore. Vantaggiosamente, l’azionamento presenta una terna di nodi A, B e C accessibili dai quali è ricavabile un’informazione relativa alla tensione di alimentazione dei motori 2, 3, 4. Going into greater detail, the sensors 14, 15, 16 are current sensors, and are provided on at least one phase of each motor 2, 3, 4. Advantageously, in embodiments not shown, the rationing comprises a current sensor for each phase of each engine. Advantageously, the drive has a set of three accessible nodes A, B and C from which information relating to the power supply voltage of the motors 2, 3, 4 can be obtained.
Il valore di tensione di alimentazione integra nel corrispondente segnale S1 , S2, S3 le informazioni relative all’assorbimento di corrente. The power supply voltage value integrates the information relating to current absorption into the corresponding signal S1, S2, S3.
È importante osservare che la centralina 6, elaborando l’informazione relativa alla corrente assorbita e alla tensione di alimentazione è in grado di ricavare la forza elettromotrice in ciascun motore. It is important to note that the control unit 6, by processing the information relating to the absorbed current and the power supply voltage, is able to obtain the electromotive force in each motor.
La centralina 6 comprende dei mezzi di modulazione della tensione di alimentazione della linea 5, schematizzati con un corrispondente blocco 17, in funzione delle informazioni ricevute dai motori 2, 3 e 4 attraverso il circuito 7 di feedback. The control unit 6 comprises means for modulating the supply voltage of the line 5, schematised with a corresponding block 17, according to the information received from the motors 2, 3 and 4 through the feedback circuit 7.
In pratica, i segnali di feedback circolano su un anello di retroazione fra le linee 2a, 3a, 4a di alimentazione dei singoli motori ed i mezzi 17 di modulazione. In practice, the feedback signals circulate on a feedback loop between the power supply lines 2a, 3a, 4a of the individual motors and the modulation means 17.
II metodo di pilotaggio secondo l’invenzione prevede di ottimizzare l’alimentazione dei motori 2, 3 e 4 in funzione dei parametri relativi al motore che sta lavorando nelle condizioni più sfavorevoli. The piloting method according to the invention provides for optimizing the power supply of motors 2, 3 and 4 according to the parameters relating to the motor that is working in the most unfavorable conditions.
In altre parole, essendo i motori 2, 3, 4 alimentati alla stessa maniera, in particolare con la stessa tensione e frequenza, l’azionamento 1 è pilotato in modo che la suddetta alimentazione sia pesata in base alla condizione di funzionamento dei motori e preferibilmente ponderata sul motore che dovesse eventualmente presentare una condizione di funzionamento più gravosa, rilevabile dal prelievo delle citate informazioni di feedback. In other words, since the motors 2, 3, 4 are powered in the same way, in particular with the same voltage and frequency, the drive 1 is piloted so that the aforementioned power supply is weighted according to the operating condition of the motors and preferably weighted on the motor that may present a more severe operating condition, detectable by taking the aforementioned feedback information.
Nella pratica, il funzionamento di una pluralità di motori sincroni alimentati in parallelo sarebbe ideale in ogni condizione se tutti i motori avessero la stessa inerzia e lo stesso carico in ogni istante; in applicazioni “automotive” ed in generale nell'azionamento di elettroventole, cui si fa esplicito riferimento senza per questo perdere di generalità, può accadere che per uno o più motori il carico aumenti, per esempio a causa di variazioni nelle condizioni di lavoro di un motore rispetto agli altri, portando ad una situazione in cui, continuando ad alimentare la linea come se tutti i motori funzionassero idealmente e ugualmente, ovvero con un sistema del tipo noto come schematizzato in figura 1, si arriverebbe al danneggiamento dell’intero sistema. In practice, the operation of a plurality of synchronous motors powered in parallel would be ideal in all conditions if all the motors had the same inertia and the same load at all times; in "automotive" applications and in general in the operation of electric fans, to which explicit reference is made without losing generality, it may happen that for one or more motors the load increases, for example due to variations in the working conditions of a motor than the others, leading to a situation in which, continuing to feed the line as if all the motors were working ideally and equally, or with a system of the type known as schematized in figure 1, the entire system would be damaged.
L’azionamento 1 secondo l’invenzione permette di ottimizzare il funzionamento dei motori a fronte di eventi imprevisti. The drive 1 according to the invention allows to optimize the operation of the motors in the face of unforeseen events.
A fronte di un sovraccarico di uno dei motori 2, 3 e 4, riscontrato dalla centralina 6 attraverso la linea 7, la centralina 6, tramite i mezzi 17, modula l’alimentazione della linea 5 in base proprio al suddetto sovraccarico, preservando così sia tale motore sia l’azionamento 1 nel suo complesso. In case of an overload of one of the motors 2, 3 and 4, detected by the control unit 6 through the line 7, the control unit 6, through the means 17, modulates the power supply of the line 5 according to the aforementioned overload, thus preserving both this motor is the drive 1 as a whole.
L’azionamento come decritto consente un notevole risparmio economico in quanto prevede una sola elettronica di comando, la centralina, per una pluralità di motori manifestando nel contempo soddisfacente robustezza a fronte di possibili differenze delle condizioni di carico dei vari motori. La presenza delle linee di feedback, assenti nelle soluzioni note, permette un migliore sfruttamento delle risorse presenti garantendo migliore affidabilità all’azionamento nel suo complesso. The actuation as described allows considerable economic savings as it provides for a single electronic control unit, the control unit, for a plurality of motors while showing satisfactory robustness in the face of possible differences in the load conditions of the various motors. The presence of feedback lines, absent in known solutions, allows better exploitation of the resources present, ensuring better reliability of the drive as a whole.
L'invenzione così descritta può essere oggetto di modifiche e varianti senza per questo allontanarsi dall'ambito del concetto inventivo come definito dalle rivendicazioni. The invention thus described can be subject to modifications and variations without thereby departing from the scope of the inventive concept as defined by the claims.
Inoltre, tutti i dettagli possono essere sostituiti da elementi tecnicamente equivalenti. Furthermore, all the details can be replaced by technically equivalent elements.
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