DE3429427C2

DE3429427C2 -

Info

Publication number: DE3429427C2
Application number: DE3429427A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Wien At Kalny
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1983-09-23
Filing date: 1984-08-09
Publication date: 1991-07-18
Also published as: SE8404621D0; SE8404621L; DE3429427A1; AT379717B; ATA339083A

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung zur Speisung von Gebläsemotoren, insbesondere bei Kraftfahrzeugen.

Für die Belüftung sowie Heizung und Kühlung des Fahrgastraumes von Kraftfahrzeugen ist eine Belüftungsanlage erforderlich. Dabei ist es für die gleichbleibende Behaglichkeit der Fahrgäste einerseits und für die allfällige Innentemperatur andererseits wichtig, daß der Luftdurchsatz durch den Fahrgastraum unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit konstant bleibt. Um bei stehenden oder sich langsam bewegenden Fahrzeugen einen Luftdurchsatz gewünschter Intensität zu erreichen, ist ein Gebläse nötig. Die heute üblicherweise in Belüftungsanlagen von Kraftfahrzeugen verwendeten Gebläse sind durch stufenweise veränderbare Vorwiderstandskombinationen in 2-4 Schaltstufen betreibbar. Dabei ist von Nachteil, daß die pro Zeiteinheit geförderte Luftmenge abhängig vom Staudruck ist, der wiederum durch die Fahrgeschwindigkeit und durch die konstruktive Ausbildung und Anordnung der Lufteintritts- und Luftaustrittsöffnungen am Fahrzeug bestimmt ist. Es kann sich somit bei hoher Fahrgeschwindigkeit auch ohne Mitwirkung des Gebläses ein Luftdurchsatz einstellen, der bei stehendem Fahrzeug durch das eingeschaltete Gebläse erzeugt würde. Mit anderen Worten addieren sich bei hohen Fahrgeschwindigkeiten die Wirkungen von Gebläse und Staudruck, so daß hier der Luftdurchsatz über den eingestellten gewünschten Wert gehoben wird.

Daher wurden elektronische Gebläsesteuerungen vorgesehen, die die Spannung am Gebläsemotor auf einem vorgegebenen Wert konstant halten. Nachteilig ist dabei, daß bei zunehmendem Staudruck eine zunehmende Luftmenge gefördert wird, da durch den Staudruck ein zusätzliches treibendes Drehmoment hervorgerufen wird; eine Steuerung dieser Art ist durch den im Siemens- Buch "Schaltbeispiele, Ausgabe 1980/81", Seite 192, Bild 7.10 beschriebenen und dargestellten Drehzahlsteller für einen Gebläse-Gleichstrommotor bekannt.

Weiter ist es aus der DE-OS 22 04 899 bekannt, Gebläsemotore für Kraftfahrzeuge mit konstantem Strom zu betreiben. Dabei ist das Drehmoment des Motors konstant und unabhängig von der Läuferdrehzahl. Der Einfluß des Staudruckes ist hier geringer als bei Speisung des Motors mit konstanter Sapnnung. Da aber am Läuferrad des Gebläses immer ein konstantes Drehmoment zur Verfügung steht, wird hier ebenfalls bei hohen Fahrgeschwindigkeiten der Luftdurchsatz über den sich konstruktiv ergebenden Mindestwert gehoben.

Bei einer aus der AT-PS 2 89 257 bekannten Schaltungsanordnung ist der Läufer eines zur Speisung eines Gleichstrom-Gebläsemotors, insbesondere bei Kraftfahrzeugen, über einen Vorwiderstand an einen Pol einer Stromquelle und über die Schaltstrecke eines Transistors an den anderen Pol der Stromquelle geschaltet und eine im Vorwiderstand erzeugte, für den Motorstrom repräsentative Spannungsgröße wird mit einer einstellbaren, stabilisierten Spannungsgröße verglichen, wobei die Differenz die Ansteuergröße für den Transistor beeinflußt.

Durch die DE-AS 12 85 605 ist es weiterhin bei einer Anordnung zur Regelung der induzierten Ankerspannung eines konstant erregten Gleichstrom-Nebenschlußmotors bekannt, diesen in Reihe mit einem Transistor und einem zur Ermittlung der induzierten Ankerspannung vorgesehenen Vorwiderstand zu schalten, an dem eine dem Motorstrom entsprechende Spannungsgröße abfällt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß im Fahrgastraum ein von der jeweiligen Fahrgeschwindigkeit unabhängiger gewünschter Luftdurchsatz gewährleistet werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung liegt darin, daß der Läufer des Gebläsemotors über einen Vorwiderstand an einen Pol einer Stromquelle und über die Schaltstrecke eines Transistors an den anderen Pol der Stromquelle geschaltet ist, daß eine im Vorwiderstand erzeugte, für den Motorstrom repräsentative Spannungsgröße sowie eine vorzugsweise mittels eines aus Widerständen bestehenden Spannungsteilers aus der Läuferspannung abgeleitete, der Läuferdrehzahl entsprechende Spannungsgröße addiert werden und deren Summe mit einer einstellbaren, vorzugsweise stabilisierten Spannungsgröße verglichen wird, wobei die Differenz die Ansteuergröße für den Transistor mittelbar oder unmittelbar beeinflußt; dem Gebläsemotor wird somit bei steigender Stromaufnahme durch ein steigendes vom zunehmenden Staudruck verursachtes Gegendrehmoment unter Berücksichtigung eines aus der Läuferspannung abgeleiteten, der Läuferdrehzahl entsprechenden zusätzlichen Istwertes eine definiert sinkende Spannung bzw. elektrische Antriebsleistung zugeführt.

Nachfolgend soll anhand von Zeichnungen eine vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung näher beschrieben werden.

Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung mit einem Leistungstransistor zur Regelung des Motorstromes,

Fig. 2 zeigt die im wesentlichen gleichartige Schaltung, bei der jedoch die Regelung durch einen getakteten Schalttransistor erfolgt,

Fig. 3 zeigt in einem Diagramm die Strom-Spannungskennlinien, die bei den bisher gebräuchlichen Gebläsesteuerungen erzielbar sind und

Fig. 4 zeigt in einem Diagramm die mittels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung erzielbaren Strom-Spannungskennlinien.

Die in Fig. 1 gezeigte Schaltungsanordnung stellt sich im wesentlichen dar als Serienschaltung des Läufers 1 des Gebläsemotors mit einem Vorwiderstand 2 und der Schaltstrecke eines Transistors 3. Der Läufer 1 ist dabei über den Vorwiderstand 2 an einen Pol (-) einer Stromquelle und über die Schaltstrecke des Transistors 3 an den anderen Pol (+) der Stromquelle geschaltet. Die hier aus Übersichtlichkeitsgründen nicht gezeigte Erregung des Gebläsemotors erfolgt entweder durch einen eigenen unabhängigen, unmittelbar aus der Stromquelle gespeisten Erregerkreis mit konstanten Größen oder, moderner, durch permanentmagnetische Pole. Die am Läufer 1 auftretende Spannung wird mittels eines aus den Widerständen 4, 5 gebildeten Spannungsteilers geteilt. Der Verbindungspunkt der Spannungsteilerwiderstände 4, 5 ist an den "-"-Eingang eines Differenzverstärkers 6 geführt. Der "+"-Eingang dieses Differenzverstärkers 6 ist mit dem Schleifer eines Potentiometers 7 verbunden, dessen eines Ende in bekannter Weise über einen Widerstand 8 mit einem Pol (+) der Stromquelle verbunden ist und dessen anderes Ende an den anderen Pol (-) der Stromquelle geschaltet ist und dem eine in Sperrichtung gepolte Zenerdiode 9 parallelgeschaltet ist. Der Ausgang des Differenzverstärkers 6 ist mit der Steuerelektrode des Leistungstransistors verbunden.

Am Schleifer des Potentiometers 7 kann eine stabilisierte Spannung abgegriffen werden, die als Einstellwert dient. Diese wird durch die Schaltungsanordnung mit der Summe zweier Spannungen, nämlich der durch den Motorstrom verursachten Komponenten R₍₂₎ · J_Motor und der am Spannungsteilerwiderstand 5 abfallenden, für die Läufer- oder Motorspannung U_Motor repräsentativen Spannung verglichen und durch den Transistor 3 auf Gleichheit geregelt.

Die Schaltungsanordnung erwirkt somit die Bedingungen zur Erfüllung der Gleichung

U_Motor=U_Einstellwert-R₍₂₎ · J_Motor

und realisiert somit den der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken, die dem Gebläsemotor zugeführte Spannung bei steigender Stromaufnahme zu vermindern.

Durch die Reduktion der zugeführten elektrischen Antriebsleistung des Gebläsemotors bei steigendem Staudruck gelingt es somit, die Förderleistung des Gebläses bei hohem Staudruck möglichst zurückzunehmen. Bei Staudruck ergibt sich ein Betriebspunkt, in dem die Motorspannung Null wird, das Gebläse also in den Turbinenbetrieb übergeht. Durch die Wahl des Wertes des Vorwiderstandes 2 kann dieser Punkt so gelegt werden, daß er jenem Betriebspunkt des ungeregelten Gebläses entspricht, in dem der Staudruck allein den Volumenstrom erzeugt. Da in diesem Punkt keine elektrische Antriebsleistung zugeführt wird, ist eine maximale Anpassung an das Fahrzeug und eine weitgehende Unterdrückung des Staudrucks erreicht.

Die Fig. 2 zeigt mit den gleichen Bezugszeichen eine im wesentlichen gleich aufgebaute Schaltung, bei der jedoch die Regelung durch einen getakteten Schalttransistor 10 erfolgt. Zu diesem Zweck ist der Ausgang des Differenzverstärkers 6 über eine herkömmliche Impulsbreiten-Regelstufe 11 an den Steuereingang des Schalttransistors 10 geschaltet, die in Abhängigkeit von der Größe ihrer analogen Eingangsspannung an ihrem Ausgang Impulse mit einem variablen Impuls-Pausen-Verhältnis abgibt, die zur Aussteuerung des Schalttransistors 10 dienen. Hier entsteht weniger Verlustleistung im Schalttransistor 10. Die Einfügung von Entstörgliedern - Drossel 12 und Kondensator 13 - erweist sich hier als vorteilhaft.

Fig. 3 zeigt in einem Diagramm die Strom-Spannungskennlinien, die bei den bisher gebräuchlichen Gebläsesteuerungen erzielbar sind.

Die Gerade a zeigt eine Regelung für konstante Drehzahl, bei der durch Steigerung der Motorspeisespannung der mit zunehmendem Motorstrom steigende Spannungsabfall durch den Widerstand der Kupferwicklung R_cu kompensiert wird. Die Drehzahl einer fremderregten Gleichstrom-Nebenschlußmaschine ist bekanntlich proportional der Läufer-EMK E. Die Gleichung für die Kennlinie a lautet daher

U_Motor=E+J_Motor R_cu.

Die Kurve b ist charakteristisch für eine Speisung mit konstanter Spannung, etwa bei Batteriebetrieb. Die Gleichung lautet

U_Motor=const.=U_Einstellwert.

Die Kurven c schließlich zeigen die Kurvenschar bei Speisung des Gebläsemotors aus einer Stromquelle mit konstanter Spannung über stufenweise veränderbare Vorwiderstandskombinationen.

Schließlich ist noch als Gerade d die Kennlinie für Speisung mit kontantem Strom angegeben.

Fig. 4 zeigt in einem weiteren Diagramm die mittels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung erzielbaren Strom- Spannungskennlinien. Diese weisen wie beabsichtigt, eine definierte untereinander gleiche Neigung auf. Daraus ist ersichtlich, daß durch die Schaltungsanordnung ein definierter Innenwiderstand sowie eine Unabhängigkeit von Schwankungen der Batteriespannung erzielt wird.

Claims

1. Schaltungsanordnung für die Speisung von Gebläsemotoren, insbesondere bei Kraftfahrzeugen, bei welcher der Läufer (1) des Gebläsemotors über einen Vorwiderstand (2) an einen Pol (-) einer Stromquelle und über die Schaltstrecke eines Transistors (3) an den anderen Pol (+) der Stromquelle geschaltet ist, eine im Vorwiderstand (2) erzeugte, für den Motorstrom (J_Mot) repräsentative Spannungsgröße sowie eine aus der Läuferspannung des Gebläsemotors abgeleitete, der Läuferdrehzahl entsprechende Spannungsgröße addiert werden und deren Summe mit einer einstellbaren Spannungsgröße verglichen wird, wobei die Differenz die Ansteuergröße für den Transistor mittelbar oder unmittelbar beeinflußt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 mit einem aus Widerständen (4, 5) bestehenden Spannungsteiler zur Ableitung einer der Läuferdrehzahl des Gebläsemotors entsprechenden Spannungsgröße.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2 mit einer stabilisierten einstellbaren Spannungsgröße.