ITVA990012A1 - Metodo e dispositivo per pilotare con lo stesso circuito integrato motori brushless a fasi indipendenti o a fasi precollegate a stella o a p - Google Patents

Description

Nei motori brushless HDD e per applicazioni con analoghi requisiti, un parametro importante è il compromesso che si raggiunge tra velocità e coppia di avviamento.

Per ottimizzare questo rapporto, un approccio soddisfacente consiste nei pilotare separatamente gli avvolgimenti del motore mediante altrettanti ponti interi.

In questo modo è possibile fornire l’intera tensione di alimentazione ad ogni avvolgimento e quindi è possibile dimensionare gli avvolgimenti per ottenere una maggiore coppia e/o velocità di rotazione rispetto ad un motore tradizionale, con avvolgimenti di fase precollegati a stella o a poligono.

Nel caso esemplificativo di un motore trifase (con tre avvolgimenti), per realizzare un pilotaggio a “sei fili”, il dispositivo integrato avrà sei piedini che andranno connessi ai rispettivi terminali dei tre avvolgimenti come schematizzato in Fig. 1.

Nel caso di un pilotaggio “sinusoidale”, il sistema di pilotaggio genererà tre sinusoidi sfasate di 120 gradi tra loro, i relativi segnali, diretto e invertito dei quali sono prodotti sulle rispettive uscite o piedini del dispositivo integrato.

La corrente raggiungerà il valore di picco (Imax) in un avvolgimento di fase mentre la corrente nei due restanti avvolgimenti di fase sarà la metà del valore di picco (Imax/2) come illustrato in Fig. 2.

Se si volesse utilizzare lo stesso dispositivo integrato per pilotare un tradizionale motore con avvolgimenti di fase precollegati tra loro in una configurazione a stella o a poligono (triangolo nel caso di un motore trifase), nel caso esemplificativo di un motore trifase a stella (a tre fili), potremmo connettere solamente tre uscite al motore (ad esempio Al, B1 e Cl), come illustrato in Fig. 3.

In questo caso il limite di corrente di picco disponibile sarebbe lo stesso e quindi la potenza erogabile al motore verrebbe dimezzata, poiché la tensione massima applicata ad ogni avvolgimento verrebbe dimezzata.

Volendo fornire tramite lo stesso dispositivo integrato la stessa potenza elettrica anche nel caso di un motore a tre fili, si potrebbero collegare in parallelo le uscite, fornendo quindi al motore una corrente di picco Imax doppia, collegando Al e A2 all’avvolgimento di fase A del motore, B1 e B2 all’avvolgimento di fase B e Cl e C2 all’avvolgimento di fase C, e configurare il circuito di pilotaggio in modo da sfasare le uscite A2 B2 C2 in base al contenuto di un registro del sistema integrato di pilotaggio, realizzando sostanzialmente lo schema della Fig. 4.

Questa soluzione é semplice da attuare.

In Fig. 5 è illustrato un tipico layout parziale dei semiponti di uscita in cui sono evidenziati i dodici transistori MOS che compongono tre ponti interi, i pad delle alimentazioni e delle masse e i relativi piedini, per il collegamento a un motore trifase da pilotarsi eventualmente a fasi separate. Le linee di metal che collegano i vari pad di massa e di alimentazione ai relativi terminali di corrente dei transistori di potenza sono normalmente dimensionate in modo da sopportare la corrente di picco massima prevista per il pilotaggio di un motore trifase a “sei fili”.

Questa semplice soluzione potrebbe dar luogo a fenomeni di sovraccarico delle linee di metal del circuito integrato ovvero degli stadi di uscita verso i rispettivi piedini. Il raddoppio delle correnti erogate al motore potrebbe causare fenomeni di elettromigrazione nelle metallizzazioni del circuito integrato.

In queste condizioni, lo stesso dispositivo integrato difficilmente può essere impiegato per attuare un pilotaggio di un analogo motore trifase allo stesso livello di potenza ma in modo convenzionale a tre fili a causa della criticità indotta dal raddoppio della corrente di picco nelle metal di alimentazióne e di massa.

D’altro canto, progettare il circuito integrato con metal maggiorate in funzione di un ipotetico utilizzo dello stesso dispositivo integrato per un pilotaggio convenzionale di un motore con avvolgimenti di fase precollegati a stella o a poligono, sarebbe estremamente oneroso.

Di fronte a queste difficoltà e limitazioni è stato ora trovato e costituisce l’oggetto della presente invenzione un metodo ed un dispositivo circuitale che consente di pilotare un motore brushless convenzionale cioè con avvolgimenti di fase precollegati a stella o a poligono, mediante un sistema integrato di pilotaggio progettato per attuare un pilotaggio a fasi separate di un motore brushless multifase e con linee di metal delle alimentazioni e delle masse dimensionate per il pilotaggio a fasi separate, alla stessa potenza di un motore a fasi separatamente pilotate senza causare un sovraccarico delle linee di metal verso i piedini delle alimentazioni e delle masse.

Questo decisivo risultato è ottenuto collegando ciascun terminale di alimentazione del motore brushless, con avvolgimenti di fase precollegati a stella o a poligono, ad una uscita o piedino del sistema integrato relativo ad un primo segnale di fase di pilotaggio e ad una uscita o piedino relativo ad un diverso segnale di fase di pilotaggio, provvedendo a configurare internamente i collegamenti tramite una pluralità di deviatori o selettori di percorso integrati comandabili in una o nell’altra posizione dipendentemente dalla modalità di impiego del dispositivo integrato, incrociando i percorsi dei segnali diretti a detta pluralità di uscite o piedini in modo coerente a detto schema di collegamento esterno di ciascun terminale di alimentazione del motore. In questo modo si evita un sovraccaricò di corrente sulle piste di metal, quando al motore è erogata la stessa potenza elettrica erogabile in modalità di pilotaggio separato degli avvolgimenti di fase tramite ponti interi. I diversi aspetti e vantaggi dell’invenzione risulteranno ancor più evidenti attraverso la seguente descrizione di una forma di realizzazione e facendo riferimento ai disegni allegati nei quali:

le Figure 1, 2, 3, 4 e 5 illustrano le diverse condizioni di connessione e i relativi problemi tecnici come sopra menzionati, per un sistema integrato di pilotaggio di un motore brushless trifase;

la Figura 6 è uno schema di connessione secondo la presente invenzione; la Figura 7 e uno schema di connessione dell’invenzione illustrante anche un parziale di layout dei semiponti di uscita del dispositivo integrato.

Come è facilmente riconoscibile da un confronto tra gli schemi delle figure 4 e 6, esemplificativamente facenti riferimento al caso di un motore trifase connesso a stella ma estendibili in modo ovvio anche al caso di motori a sei o più fasi a stella o a poligono, se si collegassero in comune le uscite A1-A2, B1-B2 e C1-C2 secondo lo schema della figura 4, modificando congruentemente le fasi per fornire al carico una corrente doppia, si avrebbe come risultato una corrente di picco doppia nelle metal delle alimentazioni e delle masse, come evidenziato nello schema parziale di layout della figura 5. Secondo lo schema di collegamento dell’ invenzione, esemplificato in figura 6 per il caso di un motore trifase connesso a stella, si collega il terminale A del motore alle uscite Al e Bl, il terminale B del motore alle uscite B2 e C2 e il terminale C dei motore alle uscite A2 e Cl, come mostrato in figura 6, operando l’indicato incrocio delle linee dei relativi segnali di fase di pilotaggio, come illustrato nello schema della figura 6. In questo modo si risolve completamente il problema della duplicazione della corrente di picco di metal.

Tale risultato è evidenziato nello schema di layout parziale della figura 7, facilmente confrontabile con lo schema precedentemente commentato della figura 5.

Claims (2)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per pilotare un motore brushless con avvolgimenti di fase precollegati a stella o a poligono mediante un sistema integrato di pilotaggio progettato per il pilotaggio di un motore brushless multifase con avvolgimenti di fase separatamente pilotati tramite rispettivi ponti interi del sistema integrato, avente una pluralità di piedini di uscita corrispondenti ai nodi di uscita di altrettanti stadi a semiponte, pilotati a coppie da un rispettivo segnale di fase di pilotaggio in forma diretta ed invertita, ed i nodi di uscita dei due semiponti formanti una coppia sono collegabili i due terminali di un rispettivo avvolgimento di fase del motore, caratterizzato dal fatto che consiste nel collegare ciascun terminale di alimentazione del motore brushless con avvolgimenti di fase precollegati a stella o a poligono, ad uno di detta pluralità di piedini di uscita del sistema integrato relativa ad un primo segnale di fase di pilotaggio e ad una· uscita relativa ad un diverso segnale di fase di pilotaggio, provvedendo a configurare internamente il sistema integrato tramite una pluralità di deviatori integrati comandabili in una o nell’altra posizione dipendentemente dalla modalità di impiego del dispositivo integrato, incrociami i percorsi dei segnali di fase di pilotaggio diretti agli ingressi di detta pluralità di semiponti pilotati a coppie in modo coerente a detto schema di collegamento esterno di ciascun terminale di alimentazione del motore, evitando un sovraccarico di corrente nelle metal quando al motore è erogata la stessa potenza elettrica erogabile in modalità di pilotaggio separato degli avvolgimenti di fase tramite ponti interi.
2. 2. Sistema integrato di pilotaggio di un motore brushless multifase con avvolgimenti di fase separatamente pilotati tramite rispettivi ponti interi del con avvolgimenti di fase separatamente pilotati tramite rispettivi ponti interi del sistema integrato, avente una pluralità di piedini di uscita corrispondenti ai nodi di uscita di altrettanti stadi a semiponte, pilotati a coppie da un rispettivo segnale di fase di pilotaggio, in forma diretta ed invertita, ed alle quali coppie di piedini sono collegabili i due terminali di un rispettivo avvolgimento di fase del motore, caratterizzato dal fatto che comprende una pluralità di deviatori o selettori di percorso di segnale, ciascuno dei quali è collegato all’ingresso di un rispettivo semiponte e mezzi di configurazione di detti selettori di percorso di segnale per una normale modalità di impiego del sistema integrato per il pilotaggio di un motore brushless con avvolgimenti di fase separatamente pilotati tramite rispettivi ponti interi o per una modalità di impiego del sistema integrato per il pilotaggio di un motore brushless multifase con avvolgimenti di fase precollegati a stella o a poligono secondo il metodo della rivendicazione 1.