CN101313154A - 用于机动车的冷却风扇模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机动车的一种冷却风扇模块。本发明尤其涉及带有驱动第一冷却风扇的第一风扇电动机和驱动第二冷却风扇的第二风扇电动机的一种冷却风扇模块。为了为冷却通风提供价廉和紧凑的技术解决办法，推荐给第一风扇电动机(2；11)配有控制单元(6；13)，该控制单元将第二风扇电动机(4；12；23)与第一风扇电动机(2；11)同时地驱动。

Description

用于机动车的冷却风扇模块
本发明涉及机动车的一种冷却风扇模块。本发明尤其涉及带有驱动第一冷却风扇的第一风扇电动机和带有驱动第二冷却风扇的第二风扇电动机的一种冷却风扇模块。
在机动车的散热器模块中，往往使用两个或几个冷却风扇。在应用两个风扇时，也说是一种双模块。使用多个散热器是出自多个原因：
一方面，在机动车中供使用的结构空间往往有限。另一方面，所需要的空气功率也是应用多个冷却风扇的理由。因为在较大的功率时所应用的风扇电动机较长，考虑到所应用的结构长度，分配到两个较小、较短的风扇电动机上可以是合理的。如果需要的冷却功率高，分配到两个(或几个)冷却风扇上往往是合理的和/或是需要的，因为基于散热不充分原因，单个的风扇电动机不能提供所需要的功率。
除此之外，基于机动车的设计或其它原因，可以要求的是，使用具有一种多是矩形的换热器。与正方形的结构相比，在更为矩形的结构时，双风扇配置是合理的，因为因此可以实现更大的覆盖换热器和改善从换热器角落的绕流。
最后，如果-例如出自可用性的原因-要达到盈余，就使用两个或几个冷却风扇。
迄今为止，这种双模块具有两个刷式直流电动机，这种直流电动机不是串联就是并联运行，以便得到一定的转数等级和因此得到一定的空气功率等级。在较新的应用中，刷式直流电动机要么用内部的、外部的要么用集成在两个电动机之一中的PWM调节单元驱动。
关系到结构长度、功率和费用提高的要求，也需要为双模块有新的解决方案。
本发明的任务是，为价格低廉和紧凑的冷却通风提供一种技术解决方案。
这个任务通过如权利要求1的一种机动车冷却风扇模块或通过如权利要求7的一种方法来解决。
本发明的冷却风扇模块具有驱动第一冷却风扇的无刷式第一风扇电动机，和具有驱动第二冷却风扇的第二风扇电动机，其中给第一风扇电动机配有控制单元，该控制单元也与第一风扇电动机同时地驱动第二风扇电动机。
用这样一种冷却风扇模块可以实现一种方法，其中将第一风扇电动机经过控制单元转数调节地进行控制，且第二风扇电动机的转数依赖于第一风扇电动机的转数调节。
本发明的基本思路是设置无刷式风扇电动机与第二风扇电动机的混合式结构。其中，只将一个电子设备用于无刷式风扇电动机并一同用于第二风扇电动机。换言之，只要第一风扇电动机被开动，第二风扇电动机(该电动机不具有自己的控制单元)的驱动就自动和强制地进行。在这种情况中，只使用一个唯一的控制单元。
本发明的解决方案从而完全与已经公知的方案相反，在这些公知方案中，之所以可以为驱动两个风扇电动机应用一个唯一的控制单元，是因为控制单元包含有两个单独的控制器，即为每个风扇电动机使用一个控制器。这类公知的控制单元严格地说由两个单独的控制单元构成，该两个控制单元是装在一个相同的外壳中的。
基于应用无刷式风扇电动机的原因，与从现有技术公知的解决方案相比，可以达到冷却风扇明显较高的可靠性和寿命。
此外，通过应用无刷式风扇电动机，有可能实现带有很小结构长度的双或多风扇配置。尽管受限制的结构长度，此时有可能将控制单元集成到无刷式冷却风扇中。这在刷式直流电动机的情况下，就像它们在现有技术中应用的那样，不延长结构长度是不可能的。
总之，可以达到较高的系统效率，因为无刷式风扇电动机一般有约10-15％更高的效率。
本发明有利的实施形式在从属权利要求中说明。
按照本发明的特别优选的实施形式，第一风扇电动机和第二风扇电动机是串联的，致使产生″串联双模块″。
按照本发明的优选的实施形式，控制单元是连接到供电线和接地线上的，并具有多个接线元件用于连接第一风扇电动机。其中，一方面控制单元可以布置在第一风扇电动机的外壳中。然而，另一方面它也可以是作为外部的控制单元设置在第一风扇电动机的外壳之外。
第一风扇电动机优选涉及的是带有任意数量相位的无刷式电动机，例如带有三个或五个相位，该电动机双极或单极驱动。第二风扇电动机优选涉及的是刷式直流电动机，该电动机是与控制单元的供电线串联的。通过应用刷式直流电动机，冷却风扇模块可以与用两个无刷式风扇电动机相比的解决方案更廉价地去制造。因为为刷式直流电动机不必设置单独的控制单元，此外也不需要后面的构件：调压器、微控制器、谐振器或其它类似的，诸如MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)或二极管那样的功率构件、驱动极、接口开关元件等等。这就降低了制造成本。
除此之外，应用刷式直流电动机还有其它的优点：这样，刷式直流电动机的抗干扰元件以及还有刷式直流电动机的电感，自己就为无刷式驱动器作为抗干扰元件。因此，可以将为无刷式驱动其的抗干扰花费(滤波器等)降下来。
按照另一个实施形式，第一电动机的转数调节在控制单元中进行，该控制单元得到转数-额定值-信息作为输入信号。此外，如果控制单元具有与两个风扇电动机供电无关的供电，是特别有利的。
在下面用实施例阐述本发明，该实施例借助于附图来说明。在此以简化的图示展示：
图1串联双模块的示意方块图，
图2带有刷式第二电动机的串联双模块的电路草图。
按照本发明，机动车的冷却风扇模块1具有驱动第一冷却风扇3的第一风扇电动机2，和具有驱动第二冷却风扇5的第二风扇电动机4。图1以非常简化的图展示这样一种双配置，在该配置时只是示意性地展示出供电线9以及其它一些连接线。用作唯一的控制单元的，是第一风扇电动机2的集成控制单元6，同时用于驱动第二风扇电动机4，该电动机与第一风扇电动机2是串联的。其中，集成的控制单元6是布置在第一风扇电动机2的外壳7中的，而第二风扇电动机的外壳8空着和可以相应较小。
在实施例中(参见图2)，机动车的冷却风扇模块具有无刷式电动机11作为第一风扇电动机，和具有刷式直流电动机12作为第二风扇电动机。冷却风扇3，5本身由于要清楚的原因在图2中没有示出。风扇电动机11，12是串联的。无刷式电动机11具有集成的控制单元13，而按照本发明对于刷式直流电动机12不需要单独的控制单元。在所展示的实施例中，无刷式电动机11是三相、双极运行的电动机(交流电动机)。
控制单元13具有电子控制设备14，该设备为了给风扇电动机11，12供电用供电线连接到机动车的机动车通常的总电压供电线15(″接线柱30″)上和连接到一条相应的接地线16(″接线柱31″)上。其中，风扇电动机11，12是各为明显低于供电电压的电压设计的，例如各为一半供电电压。为了用三相交流电系统控制无刷式交流电动机11，控制单元13在其功率部分中配有变流器的功能。为此，用电子开关晶体管17，17′(功率晶体管，MOSFET)，就像为控制无刷式交流电动机11需要它那样。因为无刷式交流电动机11的控制单元13也用于驱动刷式直流电动机12，它必须是为两个电动机电流设计的，即在控制单元13构造时，必须在确定尺寸时考虑相应的损耗功率。
为了与经过线路15，16的供电电压无关地给电子控制设备14供电，必须设置单独的机动车通用的辅助电压供电线18(″接线柱15″)。在供电线18切断时，控制单元13的静电流输入近乎为零。除此之外，电子控制设备14经过连接线22与外部的信号发生器(未示出)连接，该信号发生器提供三相额定值信息。
为了连接无刷式交流电动机11，控制单元13具有三个相间接头19，这些相间接头是相应地连接到电子开关晶体管17，17′上的。刷式直流电动机12是与直流电压供电线串联的。变流器电流，也就是通过正极的开关晶体管17的总电流，流过刷式直流电动机12并形成它的电流I。因此，在第一近似中，控制单元13的功率部分作为刷式直流电动机12的电源起作用。功率部分(变流器)换句话说给供电线强制施加电流，并因此在刷式直流电动机12中产生相应的转矩。因此，经过风扇特性曲线得出刷式直流电动机12的所属的恒定转数。同样高的电流I也作为总电流流过无刷式交流电动机11。
为了达到本发明的效应，刷式直流电动机12到无刷式交流电动机11的连接，以简单的方式方法是可能的。为此，必须将刷式直流电动机12连接到无刷式交流电动机11的供电线15中。此外，需要电子控制设备14的单独的供电，就像它在前面的例子中经过供电线18(″接线柱15″)进行的那样。
两个风扇电动机11，12的串联电路有下面的作用：
因为必须将为风扇电动机提供的供电的电压进行分配，有利的是选择大体上有相同功率输入的风扇电动机。如果例如在供电电压为12V时需要总功率为800W，则优选的是应用无刷式400W-交流电动机和刷式400W-直流电动机，其中给每个风扇电动机提供6V的电动机电压。
在供电电压(供电线15，16)的极性反转情况下，通过刷式直流电动机12得出自动的电流限制。在这种情况下，刷式直流电动机12起动。
通过在带有集成控制单元13的无刷式交流电动机11中的电流限制，也得出在刷式直流电动机12中的电流限制，没有要求附加的电子元件或另外的措施。如果测量无刷式交流电动机的供电电压，其中可以看出刷式直流电动机的静止状态(闭锁)，因为那时还只在直流电动机的内电阻上出现电压降，然而再没有反电动势。因此，显著的电压升高是可测量的，该电压升高可以推断出闭锁。因此，以简单的方式方法既可以达到闭锁保护功能，也可以达到刷式直流电动机12的短路保护功能。
本发明装置的另一个优点是，为刷式直流电动机12没有要求其它的电子元件。因为刷式直流电动机12不具有单独的控制单元，也没有出现通过电子元件的损耗功率。因此冷却消耗也降低了。
本发明两个风扇电动机11，12的串联也对两个冷却风扇3，5的运行特性产生影响。无刷式交流电动机11经过控制单元13转数调节地驱动。转数n与转矩M之间的明确关系是经过风机定律M＝c*n2给出的(c＝风扇常数)。转矩M又与电动机电流I成比例。因此，转数调节的无刷式交流电动机11是刷式直流电动机12的电源。通过将电流I强制施加到刷式直流电动机12中，由于在刷式直流电动机12时电流I与转矩M之间明确关系而产生强制施加的转矩M。通过其冷却风扇5和再度通过其风机定律，又得出所属的转数n′。所表示的关系相似地在整个转数范围适用。准确的关系留给风扇电动机11，12各自的应用和设计。在刷式直流电动机12的负荷改变时，产生自己限制的功能。如果负荷降低(例如在运动的机动车时通过行车风，转数n通过强制施加的转矩M而升高。但是，反电动势(Gegen-EMK)因而也升高，供无刷式交流电动机11支配的供电电压就较少。这带来的结果是，使转数调节运行到极限中。但是，因而也没有恒定的转矩M再强制施加到刷式直流电动机12中。在刷式直流电动机12负荷升高的情况，得出转数降低。因此，反电动势减小，由此对于无刷式交流电动机11的变流器存在较高的电压。变流器可以再调整和以此保持电流I恒定。由于电流强制施加的原因，这造成使通过刷式直流电动机12的电流I也是恒定的。总之，就是说通过本发明的配置，既可靠地阻止功率升高也可靠地阻止过负荷。
概括起来，对于刷式直流电动机12，代替转数调节进行电流调节。其中，这种电流调节是间接地进行，因为电流I(该电流也流过刷式直流电动机12)完全跟无刷式交流电动机11的冷却风扇3所要求那样调节。
在另一个(未示出)的实施例中，刷式直流电动机12的电感不仅可作为抗干扰元件使用，而且可作为升压变换器的存储元件使用。从而，用相对地说在电子元件上稍多一点的花费可以产生带有高电压的″中间网络″，这有电流较低和因而损耗也较低的结果。这种用升压变换器功能的解决办法的优点在于，可以设计有较高电压的两个风扇电动机11，12。这种方案主要在功率大于1kW时，例如在用1000W的功率无刷式驱动器和在用500W的功率刷式驱动器时是有意义的。

Claims (4)

1.用于机动车的冷却风扇模块(1)，带有驱动第一冷却风扇(3)的无刷式第一风扇电动机(2；11)和驱动第二冷却风扇(5)的第二风扇电动机(4；12)，其中第一风扇电动机(2；11)配有控制单元(6；13)，该控制单元将第二风扇电动机(4；12)与第一风扇电动机(2；11)同时地驱动。
2.如权利要求1的冷却风扇模块(1)，其特征在于，第一风扇电动机(2；11)和第二风扇电动机(4；12)是串联的。
3.如权利要求1或2的冷却风扇模块(1)，其特征在于，控制单元(13)具有与风扇电动机(2；114；12)的供电无关的供电。
4.驱动用于机动车的冷却风扇模块(1)的方法，其中冷却风扇模块(1)具有驱动第一冷却风扇(3)的无刷式第一风扇电动机(2；11)和驱动第二冷却风扇(5)的第二风扇电动机(4；12)，其中给第一风扇电动机(2；11)配有控制单元(6；13)，该控制单元将第二风扇电动机(4；12)与第一风扇电动机(2；11)同时地驱动，并且其中第一风扇电动机(2；11)通过控制单元(13)转数调节地受到控制，并且第二风扇电动机(4；12)的转数依赖于第一风扇电动机(2；11)的转数调整。
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