Motori Brushless per In

Nov 14, 2023

Sistemi di propulsione Delphi, Troy, Michigan

La maggior parte dei sistemi di alimentazione automobilistica utilizza un modulo di erogazione del carburante (FDM) con componenti per filtrare e pompare la benzina a una pressione e una portata specificate dal serbatoio del carburante al motore. L'FDM utilizza un gruppo serbatoio per mantenere l'alimentazione di carburante all'ingresso della pompa e supportare componenti quali regolatori e/o limitatori di pressione, filtri, sensore di livello e collegamenti elettrici e idraulici che passano attraverso il serbatoio. I sistemi attuali utilizzano prevalentemente componenti elettrici passivi come pompe a spazzole e sensori resistivi del livello del carburante che sono collegati in modo indipendente rispettivamente a un'alimentazione di tensione e a un modulo di controllo della carrozzeria. Gli elevati livelli di flusso di questi sistemi richiedono pompe ad alta potenza che possano funzionare continuamente alle condizioni di massima velocità. Alcuni sistemi più recenti possono impiegare un controller di tensione per modulare la tensione di alimentazione della pompa a velocità discrete a seconda della domanda prevista del motore e fornire un certo miglioramento nel consumo energetico.

Inoltre, il controller integrato fornisce la diagnostica della pompa e può includere circuiti di elaborazione del segnale del sensore all'interno del gruppo del serbatoio per consentire ulteriori informazioni sullo stato di salute e/o fornire ulteriori miglioramenti delle prestazioni del sistema interfacciandosi con tecnologie di rilevamento migliorate come un livello di carburante senza contatto sensore. Il controller BL beneficia della vicinanza alla pompa oltre alla riduzione del rumore accoppiata alla fase di rilevamento EMF (forza elettromotrice) posteriore per misurazioni della velocità del motore senza sensore.

La figura mostra un'architettura del veicolo con il modulo integrato che include il controller BL all'interno dell'FDM. Utilizzando una tecnica simile al controller di tensione per le pompe a spazzole, il controller della pompa BL modula la corrente che scorre attraverso ciascuna delle tre fasi interrompendo la tensione di alimentazione ad alta frequenza. Il tempo di spegnimento viene regolato per raggiungere il livello di corrente di azionamento necessario per mantenere la velocità della pompa al livello comandato dal modulo di controllo del motore (ECM). Questo segnale di tensione con modulazione di larghezza di impulso (PWM) consente il controllo della velocità a circuito chiuso per garantire il flusso di carburante indipendentemente da fattori ambientali quali pressione, tensione di alimentazione, proprietà del carburante e temperatura.

Inoltre, il controller BL compensa le variazioni dei parametri della pompa e la deriva indotta dal tempo. Il gruppo FDM integrato ottimizza le prestazioni del sistema riducendo al minimo la distanza dalla pompa BL e fornendo un algoritmo di controllo ottimizzato per il design della pompa e i requisiti dell'applicazione. Inoltre, il controller BL include la diagnostica della pompa per il monitoraggio della tensione di alimentazione, delle correnti di azionamento, della temperatura del controller e della velocità del motore. Variazioni di questi parametri al di fuori dei limiti prevedibili e/o accettabili possono provocare l'arresto del sistema per prevenire danni o semplicemente comunicare una condizione anomala all'ECM.

Sono state utilizzate robuste tecniche ingegneristiche e altri strumenti statistici per ricavare la soluzione ottimale per soddisfare i rigorosi requisiti di coppia, velocità, pressione e flusso. La progettazione fattoriale completa degli esperimenti è stata eseguita utilizzando strumenti analitici per simulare le prestazioni del motore e derivare la combinazione di parametri che soddisfano i requisiti di coppia ed efficienza dell'applicazione, riducendo al minimo la coppia di cogging, l'ondulazione della coppia e l'attrazione magnetica sbilanciata che provoca vibrazioni e rumore eccessivi. La combinazione ottimale e i risultati analitici sono stati confermati con test di laboratorio utilizzando gruppi motore. Gli esperimenti hanno portato ad un progetto di motore con 9 poli nello statore e 10 poli nel rotore. La configurazione dell'avvolgimento è stata ottimizzata per soddisfare una coppia superiore a 0,10 Nm a 12 Volt e 5000 giri/min, con un'efficienza del 68% con i livelli di tolleranza di progetto dell'assieme.

Questo lavoro è stato svolto da Duane Collins, Philip Anderson, Sharon Beyer e Daniel Moreno di Delphi Powertrain Systems. Il documento tecnico completo su questa tecnologia è disponibile per l'acquisto tramite SAE International all'indirizzo http://papers.sae.org/2012-01-0426.