CN101351648A - 用于机动车的冷却风扇模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车的冷却风扇模块。本发明尤其涉及包含用于驱动第一冷却风扇的第一风扇电动机和用于驱动第二冷却风扇的第二风扇电动机的冷却风扇模块。为了给冷却风扇提供经济简洁的技术方案，本发明提出给第一风扇电动机(2；11)上配有控制单元(6；13)，该控制单元可同时驱动第一风扇电动机(2；11)和第二风扇电动机(4；12；23)。

Description

用于机动车的冷却风扇模块
本发明涉及一种用于机动车的冷却风扇模块。本发明尤其涉及一种包含用于驱动第一冷却风扇的第一风扇电动机和用于驱动第二冷却风扇的第二风扇电动机的冷却风扇模块。
在用于机动车的冷却风扇模块里通常安装有两个或更多的冷却风扇。人们也常把使用两个风扇的模块称为双模块。多个冷却风扇的使用出于以下几个原因：
首先机动车里可利用的结构空间通常很有限。此外必要的通风功率也为多个冷却风扇的使用提供了依据。因为功率越大，使用的风扇电动机越长，考虑到所需要的结构长度，将其分为两个较小、较短的风扇电动机是有意义的。如果需要很高的冷却功率，那么两个(或多个)冷却风扇的分配经常是有意义的和/或必要的，因为单个的风扇电动机由于不充足的热输运而无法提供必要的功率。
此外由于车辆设计或者其它方面的原因，可能需要使用热交换器，此热交换器具有多为矩形状。和正方形构造相比，双风扇配置采用多矩形的构造是有意义的，因为这样热交换器可以达到更大的覆盖面积，而且来自热交换器各个角的气流也可以得到改善。
比如出于可用性的原因，如果需要实现备用，最终要使用两个或多个冷却风扇。
到目前为止，这样的双模块具有两个刷式直流电动机，要么串联要么并联被驱动，以获得确定的转速-从而获得通风功率分级。在新的应用中，刷式直流电动机可由内置、外置或在两电动机之一内部的集成PWM调整单元驱动。
在结构长度、功率和费用方面所增加的条件也要求为双模块提供新的解决方案。
本发明的任务是，为经济而简洁的冷却风扇提供技术方案。
这个任务将通过依据权利要求1的用于机动车的冷却风扇模块或者通过依据权利声明8的方法来解决。
依据本发明的冷却风扇模块具有用于驱动第一冷却风扇的无刷式第一风扇电动机和用于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，它同时驱动第一风扇电动机第二风扇电动机。
通过这样的冷却风扇模块可以实现这种方法，即第一风扇电动机可通过控制单元调整转速地进行控制，而第二风扇电动机的转速可依赖于第一风扇电动机的转速进行调整。
本发明的基本思想是设计无刷式风扇电动机连同第二风扇电动机的混合结构。其中只为无刷式风扇电动机只安装一个电子单元，而且可以和第二风扇电动机共用。换句话说，一旦第一风扇电动机启动，第二风扇电动机(不具有自己的控制单元)的启动是自动并强制性的。在此只使用一个唯一的控制单元。
因此依据本发明的解决方法和已公知的方案完全相反，在那些方案中，一个唯一的控制单元之所以能用于两个风扇电动机，仅仅是因为控制单元包含有两个单独的触控器，即每个风扇电动机配有一个触控器。这样的一种公知的控制单元严格说来是由两个安装在同一个相同的壳体里面的两个单个的控制单元组成的。
由于采用了无刷式的风扇电动机，和那些在现有技术中已公知的方案相比，本发明可以实现明显更高的可靠性和冷却风扇更长的寿命。
此外通过使用无刷式的风扇电动机还能在很小的结构长度内实现双风扇或多风扇配置。尽管结构长度受限，控制单元还是可以集成到无刷式冷却风扇内部。而对于刷式直流电动机来说，入它们在现有技术中使用的那样，不可能在不增加结构长度的情况下实现这种结构。
总的说来可以实现更高的系统效率，因为无刷式风扇电动机的效率通常情况下要高出大约10-15％。
本发明的优选设计将在附属权利要求中给出。
依据本发明的特别优选的实施方式，第一风扇电动机和第二风扇电动机并联安装，因此形成“并联双模块”
依据本发明的优选实施方式，控制单元和供电导线以及接地导线连接在一起，并具有多个接头元件用于连接第一风扇电动机。控制单元可以一方面安装在第一风扇电动机的壳体里。另一方面它也可以设计成位于第一风扇电动机壳体外面的外部控制单元。
第一风扇电动机优选为无刷式电动机，带有任意数量的相位，比如三个或五个相位，其双级或单级地被驱动。第二风扇电动机优选为刷式直流电动机，它一方面通过一些其数量依赖于相位的整流器和第一风扇电动机的接头元件相连，另一方面和控制元件的供电导线或接地导线相连。通过使用刷式直流电动机，此冷却风扇模块和采用两个无刷式风扇电动机的方案相比可以以更低的成本的生产。因为不必要为刷式直流电动机设计单独的控制元件，下面这些构件也就不必要了：电压调节器、微控制器、共振器或类似器件、功率元件比如MOSFET或二极管、驱动级、接口开关元件等等。这些都节约了制造成本。
备选地另外也可以通过使用异步电动机或者同步电动机来替代刷式直流电动机。它们可以直接连在第一电动机的接口元件上。通过使用异步电动机或同步电动机，可以进一步减少必要构件的数量。此外异步电动机不但极其耐用，相比而言还可以更廉价地生产。
依据另一实施方式，可以在控制单元内实现第一电动机的转速控制，控制单元可以获得转速额定值信息作为输入信号。
下面将依据实施例对本发明进行描述，借助图示进行进一步解释。在此平面简图的内容是：
图1并联双模块的方块简图，
图2带有刷式第二电动机的并联双模块的电路简图，带有正极接头的构造，
图3带有刷式第二电动机的并联双模块的电路简图，带有接地极接头的构造，
图4带有异步电动机的并联双模块的电路简图。
依据本发明，用于机动车的冷却风扇模块1具有用于驱动第一冷却风扇3的第一风扇电动机2和用于驱动第二冷却风扇5的第二风扇电动机4。图1通过一张极端简化的图描述了这样的双配置，其中供电导线9和其他的连接导线只是概要画出。第一风扇电动机2的集成控制单元6作为唯一的控制单元同时驱动和第一风扇电动机2并联的第二风扇电动机4。其中集成控制单元6安装在第一风扇电动机2的壳体7里，而第二风扇电动机的壳体8内则不安装额外部件，可以相应设计的小一点。
在第一实施例(参看图2)中，用于机动车的冷却风扇模块具有一个无刷式电动机11作为第一风扇电动机和一个刷式直流电动机12作为第二风扇电动机。为了简洁，冷却风扇3、5没有在图2中画出。风扇电动机11、12设置为并联。无刷式电动机11具有集成控制单元13，而刷式直流电动机12按照本发明无需安装单独的控制单元。在画出的实施例中，无刷式电动机11是三相双级驱动电动机(交流电动机)。
控制单元13具有控制电子装置14，它和机动车的机动车标准主电压供电导线15(“接线端”30)以及相应的接地导线16(“接线端”31)相连，为风扇电动机11、12提供电源电压。为了用三相交流电系统触控无刷式交流电动机11，控制单元13可在它的功率件内提供变流器的功能。此外还有一系列电子开关三极管17、17’(功率晶体三极管，MOSFET)，它们对于触控无刷式交流电动机11的也是必要的。因为无刷式交流电动机的控制单元13也用于驱动刷式直流电动机12，所以它必须供应两个电动机电流，这就意味着在制造控制单元13时必须要考虑相应的消耗功率。
控制电子装置14通过一条接头导线22和外部信号传感器(未画出)相连，此信号传感器提供转速额定值信息。
控制单元13具有三个相位接头19用于连接无刷式交流电动机11，这三个相位接头相应地与电子开关三极管17、17’相连。一方面，刷式直流电动机12通过三个整流器21(功率二极管)和这些相位接头19相连。由三相交流电系统通过整流器21产生直流电压。另一方面，刷式直流电动机12和直流供电导线15相连。直流供电导线15用作为两个风扇电动机11、12共同的基点。
依据本发明，为了连接作为第二风扇电动机的刷式直流电动机12，只需附加地设置上述三个相位接头19。在此可以使用任意方式的触头连接，比如螺纹连接或夹紧连接。由于已有的冷却可能性，整流器21优选也是(如图2中所画)安装在无刷式交流电动机11的壳体7内，或者也可以替代地安装在刷式直流电动机12的壳体8内。相应地只需从无刷式交流电动机11的壳体7中引出仅仅一个接头或者是三个接头。
在第二实施例(参看图3)里面，仍然使用三相无刷式交流电动机11作为第一风扇电动机和刷式直流电动机12作为第二风扇电动机。冷却风扇模块的建造和与之相符的错接方式与图2所示实施例的不同之处在于，刷式直流电动机12不是和直流供电导线15相连，而是和接地导线16相连。换句话说，接地导线16用作为两个风扇电动机11、12的共同基点。三个整流器21(二极管)的接头相应地在相反方向上。
两个风扇电动机11、12的并联接法具有以下效果：
通过带集成控制单元13的无刷式交流电动机11内的电流限制可以产生刷式直流电动机12内的电流限制，不需要额外的电子部件或者其他的措施。这样通过简单的方法不但可以为刷式直流电动机实现阻塞保护功能，而且实现了短路保护功能。保护功能可以运行的前提是，通过测量控制单元13内的电流，可以获得两个电动机电流值。如果两个电流都通过同一个电流测量装置(未画出)，比如电流电阻(分流器)，那么此功能可以以最简单的方式实现。无刷式交流电动机11的集成控制单元13内的每个过载电流断路器或类似的保护功能也保护了刷式直流电动机12。
按照本发明所作装置的另一个优点是，对于刷式直流电动机12来说，除了附加的整流器21之外，不需要其他的电子部件。因为刷式直流电动机12不具有单独的控制单元，所以也不会通过电子部件产生功率损耗。由此也缩减了制冷成本。
按照本发明的两个风扇电动机11、12的并联电路也会对制冷风扇3、5的运转性能产生影响。无刷式交流电动机11通过控制单元13调整转速运行。电动机的转速始终直接依赖于加在电动机上的等效电压。刷式直流电动机12也通过整流器21被施加电压，此电压与无刷式交流电动机11的转速相匹配，并确定了刷式直流电动机12的转速。这相应于类似使用PWM调节器时的转速状态。在此不存在刷式直流电动机12的转速调整。
备选地也可选择用异步电动机23代替刷式直流电动机12作为第二风扇电动机，参看图4。异步电动机23的接头在这里直接与无刷式交流电动机11的相位接头19相接。在此有三个接头从第一风扇电动机11的壳体7里接出。在此配置中，异步电动机23紧接着由无刷式交流电动机11的集成控制单元13所预定的三相电源。此实施例除了上述特征外还有优点，就是不需要整流器。
在另一个(未画出的)实施例中，使用两个相同的电动机作为第一和第二风扇电动机，优选使用无刷式交流电动机11。

Claims (5)

1.用于机动车的冷却风扇模块(1)，带有用于驱动第一冷却风扇(3)的无刷式第一风扇电动机(2；11)和用于驱动第二冷却风扇(5)的第二风扇电动机(4；12；23)，其中第一风扇电动机(2；11)配有控制单元(6；13)，该控制单元用于同时驱动第一风扇电动机(2；11)和第二风扇电动机(4；12；23)。
2.如权利要求1所述的冷却风扇模块(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；23)采用并联设置。
3.如权利要求1或2所述的冷却风扇模块(1)，其特征在于，第二风扇电动机是刷式直流电动机(12)，它一方面通过其数量依赖于相位的整流器(21)和第一风扇电动机(2；11)的接头元件(19)相连，另一方面与控制单元(6；13)的供电导线(15)或接地导线(16)相连。
4.如权利要求1或2所述的冷却风扇模块(1)，其特征在于，第二风扇电动机是异步电动机(23)或同步电动机，它直接与第一电动机(2；11)的接头元件(19)相连。
5.用于机动车的冷却风扇模块(1)的运行方法，其中冷却风扇模块(1)具有用于驱动第一冷却风扇(3)的无刷式第一风扇电动机(2；11)和用于驱动第二冷却风扇(5)的第二风扇电动机(4；12；23)，其中第一风扇电动机(2；11)配有控制单元(6；13)，该控制单元用于同时驱动第一风扇电动机(2；11)和第二风扇电动机(4；12；23)，并且其中第一风扇电动机(2；11)通过控制单元(6；13)调整转速地控制，而第二风扇电动机(4；12；23)的转速依赖于第一风扇电动机(2；11)的转速而调整。
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