CN102124359B - 电动马达组件、使电动马达运行的方法及马达控制机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动马达组件，尤其用于驱动机动车的马达冷却装置的风扇和/或空调设备，包括电动马达并且包括用于控制该电动马达的马达控制机构。在本发明中是这样设计的，即，使得马达控制机构可根据电动马达和/或风扇的特征线（1，2，3，4）进行调节，并能够由此调整电动马达的功率和/或转速。

Description

电动马达组件、使电动马达运行的方法及马达控制机构

技术领域

本发明涉及一种电动马达组件，该电动马达组件尤其用于驱动马达冷却装置的风扇和/或机动车的空调设备，其包括电动马达以及用于控制该电动马达的马达控制机构。另外，本发明还包括一种电动马达的运行方法以及马达控制机构。

背景技术

开头提到的电动马达组件是公知的。它们常被用于驱动例如配属于马达冷却装置和/或空调设备的机动车风扇。为调节风扇的功率，需要采用控制电动马达的马达控制机构，尤其是脉冲调节器（Taktregler）。脉冲调节器根据例如内燃机的调节或控制装置的预设值进行控制，从而使风扇的电动马达以一定的占空比运行。因此能够在其整个功率范围内对电动马达实施几乎任意的控制。电动马达受制于公差，这些公差在设计诸如马达冷却装置或空调设备等设备时会成为问题，因为它们实在是难以被注意到。这些公差可能关系到例如马达的功率输出、输入和/或效率。如果要限制这些公差，例如通过以高度精密的方式进行制造和/或通过剔除那些处于公差范围之外的马达，那么就会产生相对较高的成本。因此由于成本的原因，在电动马达的电气功率输入、输出和/或效率方面至少要容忍相当大的公差。这是在设备设计中必须要考虑到的。也就是说，在设备中所需要的最小功率（例如风扇功率）必须利用具有极小功率输出的电动马达来实现。在这种情况下，具有较大功率输出的电动马达会提供过剩的功率（例如使产生的空气过量），但是，这样的电动马达还是同样可以使用的。由此可见，具有最小功率输出的电动马达决定了输出功率的设计。但是，处于允许公差范围内的所有电动马达均必须满足这些要求。对于具有大的功率输出的电动马达而言，这就需要对电动马达的磨损件，如电刷进行设计，因为这种马达在满负荷时会出现最大磨损效应。因为是对具有大的功率输出的马达进行设计，所以对于大多数应用目的都会存在尺寸过大的情况。

发明内容

与此相对地，包括权利要求1中所列特征的电动马达组件具有如下优点，即，尽管电动马达本身存在较大的公差，但是在设计设备时仍可避免出现电动马达尺寸过大的情况。这样，就可以使用成本有利的部件。根据本发明，此种优点是通过以下方式实现的，即，使得马达控制机构可根据电动马达和/或风扇的特征线得到调节，并且电动马达能够因此在其功率和/或转速上得到调整。电动马达的特征线可以例如在电动马达制造之后和/或装配之前进行确定。按照上述特征线调节马达控制机构，从而达到调整电动马达功率和/或转速的目的。前已提及的公差范围在具有最小功率输出和/或转速的电动马达，乃至具有最大功率输出和/或转速的电动马达（此种电动马达会出现最大的磨损效应）中都是存在的。因此，将具有最大功率输出的电动马达的功率和/或转速调整成下面这样是有利的：满足功率输出和/或转速上的要求，但又使磨损效应最小化。因此对于要设计的设备而言，优选采用在以允许的最小功率输出和/或转速运行时也能提供需要的气流功率或者说需要的功率输出的电动马达，而（如果采用）那些具有较大功率输出和/或转速的电动马达，则需要借助马达控制机构基于电动马达特征线的调整，尤其是限制其功率和/或转速。这意味着，仅需要根据特征参量，即最小功率输出和/或最小转速就能对待设计设备的电动马达进行选择。因为能够输出较大功率和/或较高转速的电动马达被限制在较低功率和/或转速上，所以对于其使用寿命的缩短不必加以高度关注。通过这种将电动马达限制在较低功率和/或转速上的方式能够延长设备的使用寿命或者能够使用更简单因而成本也更有利的电动马达。当电动马达被用在风扇中时，输送的空气量基本上取决于电动马达的转速。因此，高于需要的转速会带来高得不必要的供给量，而且会缩短电动马达的使用寿命。以风扇为例，经常仅预先设定预期空气量。因此优选对转速进行限制。为调整功率和/或转速也可以不采用电动马达特征线，而采用风扇特征线。在这种情况下也能顾及到设备尤其是风扇的公差。例如，特征线能够描述输送的空气量与转速的关系，而风扇的功率或转速可被调整成与需要的供给量相适配。就此而言，对功率和/或转速的调节应被理解成对电动马达最大功率和/或最大转速的调节。因此设计了对最大功率和/或最大转速的限制。

本发明的一个改进方案是这样设计的，即，特征线是在电动马达制造和/或装配之后，并尤其是利用线尾检验（Bandendeprüfung）来确定的。特征线的确定是以合适的方式，例如在试验台上进行的。利用线尾检验来确定特征线特别有利，因为线尾检验在许多情况下总是在电动马达制造和/或装配之后实施以便对电动马达例如在功能上予以检测。

本发明的一个改进方案是这样设计的，即，马达控制机构是脉冲调节器或具有脉冲调节器。脉冲调节器包括例如连接马达控制器的接口以及具有计算器和晶体管的电子装置，所述电子装置用于以脉冲方式控制电动马达。利用脉冲调节器是用来实现电动马达统一的马达功率的。这一点是通过使晶体管的通断关系与电动马达的公差范围或者特征线互相适配而实现的，而也正是因为这一点，使得电动马达尺寸的过大情况得以避免。因此马达控制机构可以是脉冲调节器。作为可选方案，也可以设计成使马达控制机构包含脉冲调节器。

本发明的一个改进方案是这样设计的，即，特征线是功率特征线和/或转速特征线。原则上，对于电动马达的公差位置的判断可以基于任意的特征线。但是，采用功率特征线和/或转速特征线的设计是有利。在功率特征线中记录着电动马达功率或转矩与另外一个值（例如转速）的关系。基于功率特征线能够特别简单地来对马达控制机构进行调节，从而使电动马达具有期望功率。

本发明的一个改进方案是这样设计的，即，马达控制机构的调节，尤其一次性地，在电动马达正常运行之前实施。因此电动马达是在正常运行之前被调整的，也就是说，为了检验和/或测试的目的的运行也可以在马达控制机构没有调节的情况下进行。马达控制机构优选在装配到待设计装置之前或之后尤其直接得到调节。特别有利的是调节仅作一次而且以这样的方式来实施，即，能够考虑到电动马达功率在例如其整个使用寿命期间的可能变化。若调节在装配之后进行，则有能够同时顾及到待设计设备可能存在的公差的优点。

本发明的一个改进方案是这样设计的，即，对马达控制机构如此进行调节，从而使特征线或者说功率和/或转速与另外的、相同构造的电动马达的至少一条特征线或者说至少一个功率和/或转速基本一致。如前所述，在制造电动马达时，如果不采取高成本的措施来降低公差，那么常常会存在其他的公差带。因此，电动马达的特征线或者说功率和/或转速是借助于马达控制机构而被调整成与另外的相同构造的电动马达（例如同一生产批次的电动马达）的特征线或者说功率和/或转速一致的。通过这种方式可以建造大量的电动马达，这些电动马达的功率和/或转速的公差均落在一宽泛的范围中，而且虽然如此，却仍能确保这些电动马达具有基本相同的功率和/或转速。

本发明的一个改进方案是这样设计的，即，功率和/或转速能够借助于尤其基于特征线确定的比例因子来确定。为了不必将完整的特征线预置在马达控制机构中，设计仅确定一个比例因子。例如可以给出电动马达最大功率的百分数，利用该百分数能够获得期望的功率输出。如果使用脉冲调节器，那么比例因子可以表征例如晶体管的接通持续时间。例如可以这样设计，即，在需要输出最大功率时，对于具有最小功率输出和/或转速的电动马达而言，可以100%的晶体管接通持续时间来控制，而对于具有最大功率输出和/或转速的电动马达则仅具有87%的接通持续时间。通过特征线来确定比例因子是有利的。这就是说，确定出电动马达的特征线，并接着从该特征线中推导出比例因子。

本发明的一个改进方案是这样设计的，即，为电动马达配以标记，通过该标记能够为其配设特征线和/或比例因子。因此设计为电动马达配设确定的特征线和/或确定的比例因子，从而其可以简单地读出。为这一目的，电动马达被配以标记。因此，特征线和/或比例因子可被编码在此标记中，或者此标记是一识别标志，特征线和/或比例因子能够通过该识别标志来分类。在后一情况中，标记例如可以是序列号，此时，在中央寄存器，例如数据库中的特征线和/或比例因子能够与该序列号联系起来。但是，有利的是采用最先提到的那种方案，即把特征线和/或比例因子直接包含在标记中。

本发明的一个改进方案是这样设计的，即，标记是条形码。该条形码能简单地安置在电动马达上。可以简单地将含义明确且其中编码有特征线和/或比例关系和/或序列号的识别标志和/或数据记录配设到条形码上。

本发明的一个改进方案是这样设计的，即，电动马达具有比需要的功率和/或转速大的功率和/或转速并且借助于马达控制机构被调整到需要的功率和/或转速上。例如，可以如此选择一个生产批次的电动马达，从而使全部电动马达均满足最小功率输出和/或转速要求。在这种情况下，由于功率和/或转速存在公差的原因，部分电动马达输出的功率和/或转速会过大。因此设计利用马达控制机构对这些电动马达进行调整，从而使它们仅输出需要的功率和/或转速。通过这种方式，就像前面说明的那样，将会使电动马达使用寿命得到延长，或者能够采用结构更加简单，因而成本更为有利的电动马达系列。

本发明另外涉及一种使电动马达，特别是如前面的实施方式所述的电动马达运行的方法，其中，电动马达的功率和/或转速能够借助于马达控制机构尤其脉冲调节器得到调整，包括以下步骤：在制造之后确定该电动马达和/或能够借助该电动马达驱动的装置的特征线；通过电动马达的标记将所述特征线和/或尤其由该特征线确定的比例因子配设给电动马达；根据通过所述标记给所述电动马达配设的特征线和/或比例因子对马达控制机构进行调整；以及使电动马达以借助于马达控制机构得到调整的功率和/或转速运行。关于各步骤，请参考前文涉及电动马达组件的各实施例。

另外，本发明还涉及一种马达控制机构，尤其是脉冲调节器，用于控制尤其如前文中的各实施例所述的电动马达并且/或者用于转化前述方法。其中是这样设计的，即，该马达控制机构能够根据电动马达和/或能够借助该电动马达驱动的装置的特征线得到调节并且电动马达能够因此在功率和/或转速上得到调整。马达控制机构尤其可被配设给前面所述的电动马达组件。

附图说明

下面借助于附图中示出的实施例对本发明进行详细解释，但是以下解释并非是对本发明的限制。其中：

图1示出标出了转速与转矩的关系的曲线图，其中示出了要设计的设备的特征线以及具有公差范围的电动马达组件的电动马达的特征线，以及

图2示出图1的曲线图，其中，公差范围由于电动马达特征线的移位而缩小。

具体实施方式

图1示出了曲线图，在该曲线图中标出了单位为1/min的转速n与单位为Nm的转矩M的关系。图中示出了待设计设备（未示出）的特征线1。另外图中还示出了一系列电动马达的特征线2、3和4。在这里，特征线2描述的是在整个电动马达批次上求得的转速n与转矩M的平均关系。特征线3描述的是这样一种电动马达，其在已调节的运行点中提供最大输出功率，而特征线4描述的电动马达则具有最小输出功率。原则上，在设计设备时必须注意，电动马达的最小功率输出（即在特征线4中示出的曲线）要比由该设备决定的允许最小输出功率大。另一方面，必须注意到，与具有最小功率输出的电动马达相比，特征线3所描述的电动马达，也就是在一定的运行点中具有最大功率输出的电动马达，具有更大的磨损效应。位于特征线1与特征线4的交点上的运行点5是这样一个运行点，即，具有最小功率输出的电动马达运行在该运行点上。与此相反，位于特征线1与特征线3的交点上的运行点6描述的是具有最大功率输出的电动马达的运行点。显然，与运行点5相比，运行点6不但具有更高的转速n，还具有更大的转矩M。这解释了具有最大功率输出的电动马达之所以具有更严重的磨损的原因。但是，就像前文描述的那样，设备被设计成只需要具有最小功率输出的电动马达就足够了。因此，运行点6上的更高转速n以及更大转矩M，即其比运行点5多出的功率输出是过剩的，待设计设备实际上并不需要，而且，所述更高转速n及更大转矩M只会导致前面提到的更高磨损并因而缩短电动马达的预期寿命。因此，通常必须选择质量更高的电动马达设计，从而不但满足对最小允许功率输出的要求，而且也满足对电动马达使用寿命的要求。但是这样的设计成本高昂。而且品质更高的电动马达设计可能还意味着更多的空间需求，这也是不利的。在曲线图中，上述情形包含在使用范围特征线7和8中。使用范围特征线7和8标明了最大转速n与最大转矩M，也就是说最大允许功率，以该最大功率运行，则能实现电动马达使用寿命的要求。其中，使用范围特征线7描述的是一普通电动马达构造，而使用范围特征线8则描述一品质更高的电动马达构造。可以清楚地看出，具有最小功率输出的电动马达的运行点5位于使用范围特征线7的左侧。因此可以采用电动马达的普通设计，而无需担心会过早失效。与此相反，具有最大功率输出的电动马达的运行点6位于使用范围特征线7的右侧，从而表明电动马达可能会失效。鉴于此，品质更高的电动马达设计必须采用使用范围特征线8。在这里，运行点5和运行点6均位于使用范围特征线8的左侧。如前所述，这会带来额外的成本，而且可能会导致电动马达重量更大和/或结构空间更大的结果。

图2示出了图1所表明的见图，其中，采用的是根据本发明的电动马达组件，即电动马达的功率是能够被调整的。电动马达组件包括马达控制机构，利用该马达控制机构能够对电动马达进行控制。借助该马达控制机构能够调节电动马达的特征线，并能够调整电动马达的功率。就像在图1所示的曲线图中可以看到的那样，采用电动马达组件的马达控制机构，目的在于调整具有最大功率输出的电动马达的功率，从而可以维持连续稳定的运行。因此特征线3沿着箭头9的方向移位，从而使新运行点10定位在使用范围特征线7的左侧，所述新运行点10落在特征线1与通过调整电动马达功率而形成的特征线11的交点上。新特征线11以几乎与具有最小功率输出的电动马达的特征线4叠合的方式延伸。因此，在应用普通电动马达设计的情况下（使用范围特征线7），利用任何电动马达，即利用具有最小功率输出直至具有最大输出功率的电动马达均能实现连续稳定运行的目的。这既可以节约用于设计品质更高的电动马达的成本，还可以减少重量以及额外的结构空间。

调整电动马达组件的另一优点是可以实现积木式系统。在当前所用的（与图1相应）方法中，对于每一项目均需对电动马达实施特有的设计，由此需对马达控制机构进行特有的设计，但是，若借助马达控制机构来调节电动马达的特征线，则可采用电动马达好马达控制机构的积木式系统。例如，可从三种电动马达等级中作出合适的选择。因此对于某些应用，可以接受尺寸稍微过大的电动马达或电动马达组件，这是因为通过马达控制机构的调节，这些电动马达或电动马达组件能够被调整到理想的运行状态上。因而可以显著降低研发、销售及生产中的复杂性。例如，从积木式系统中不仅可以选出电动马达，还可以选出马达控制机构。这些专用于特定项目的部件，如风扇和框架可在待设计设备的最终装配工序中组装到一起。只有在这样的情况下，即借助参数组把马达控制机构调整成与项目的独特功率需求及电动马达的特定功率需求相一致，才能使设备适应应用情况或者说与设备相配。因此，例如通过调整转速，能够对风扇输送的空气量进行调节。这样就有如下优点，即，不仅能够顾及电动马达公差，而且还能顾及设备的公差。在现有技术公开的方式中，在设计设备时，对于每一项目均不仅需要确定特定的构件如框架与风扇，而且还要确定电动马达和马达控制机构。因此，电动马达与马达控制机构是功能上彼此协调的单元，而且，从研发角度看，必须这样来设计，即需将所有公差均考虑在内。此种方法通常需要多次重复，因而成本也相应较高。

根据本发明的电动马达组件以及使电动马达和马达控制机构运行的方法的优点在于，能够以有利的成本来设计电动马达，可以将电动马达组件或者说电动马达和/或马达控制机构用于不同的应用情况中，可以实现马达控制机构和电动马达的积木式系统，明显减少电动马达和马达控制机构的种类，降低销售和研发的复杂性，以及无需考虑额外的、能够借以实现例如功率调节的传感器。

Claims (20)

1.电动马达组件，所述电动马达组件包括电动马达并且包括用于控制该电动马达的马达控制机构，其中所述马达控制机构能够根据所述电动马达的特征线（2，3，4）和风扇的特征线（1）得到调节并且所述电动马达能够因此而在其功率和/或转速上得以调整，其特征在于，对所述马达控制机构如此进行调节，从而使所述电动马达的特征线（2，3，4）或者说所述功率和/或转速与另外的、相同构造的电动马达的至少一条特征线（2，3，4）或者说至少一个功率和/或转速基本一致，并且所述电动马达的特征线（2，3，4）在顾及了与所述电动马达组件中相同构造的电动马达的普通设计相应的使用范围特征线（7）的情况下在转速-转矩-曲线图中被如此推移，从而在所述电动马达的特征线（2，3，4）和所述风扇的特征线（1）的交点（10）上出现新运行点，所述新运行点位于所述使用范围特征线（7）的左侧。

2.根据权利要求1所述的电动马达组件，其特征在于，所述电动马达组件用于驱动机动车的马达冷却装置的风扇和/或空调设备。

3.根据权利要求1所述的电动马达组件，其特征在于，所述特征线（1，2，3，4）是在所述电动马达制造和/或装配之后来确定的。

4.根据权利要求2所述的电动马达组件，其特征在于，所述特征线（1，2，3，4）利用线尾检验来确定。

5.根据前述权利要求之一所述的电动马达组件，其特征在于，所述马达控制机构是脉冲调节器或具有脉冲调节器。

6.根据权利要求1所述的电动马达组件，其特征在于，所述特征线（1，2，3，4）是功率特征线和/或转速特征线。

7.根据权利要求1所述的电动马达组件，其特征在于，所述马达控制机构的调节在所述电动马达正常运行之前实施。

8.根据权利要求7所述的电动马达组件，其特征在于，所述马达控制机构的调节一次性地实施。

9.根据权利要求1所述的电动马达组件，其特征在于，所述功率和/或转速能够借助于比例因子来确定。

10.根据权利要求9所述的电动马达组件，其特征在于，所述比例因子基于所述特征线（1，2，3，4）来确定。

11.根据权利要求9或10所述的电动马达组件，其特征在于，所述电动马达设有标记，通过该标记能够给所述电动马达配设所述特征线（1，2，3，4）和/或所述比例因子。

12.根据权利要求11所述的电动马达组件，其特征在于，所述标记是条形码。

13.根据权利要求1所述的电动马达组件，其特征在于，所述电动马达具有比需要的功率和/或转速大的功率和/或转速并且借助于所述马达控制机构被调整到需要的功率和/或转速上。

14.使电动马达运行的方法，其中所述电动马达的功率和/或转速能够借助于马达控制机构得到调整，包括以下步骤：

- 在制造之后确定该电动马达的特征线（2，3，4）和能够借助该电动马达驱动的装置的特征线（1）；

- 通过所述电动马达的标记将所述电动马达的特征线（1，2，3，4）和/或比例因子配设给所述电动马达；

- 根据通过所述标记给所述电动马达配设的特征线（1，2，3，4）和/或比例因子对所述马达控制机构进行调整；以及

- 使所述电动马达以借助于所述马达控制机构得到调整的功率和/或转速运行；

其特征在于，对所述马达控制机构如此进行调节，从而使所述电动马达的特征线（2，3，4）或者说所述功率和/或转速与另外的、相同构造的电动马达的至少一条特征线（2，3，4）或者说至少一个功率和/或转速基本一致，并且在顾及了与所述电动马达组件中相同构造的电动马达的普通设计相应的使用范围特征线（7）的情况下将所述电动马达的特征线（2，3，4）在转速-转矩-曲线图中如此推移，从而在所述电动马达的特征线（2，3，4）和风扇的特征线（1）的交点（10）上出现新运行点，所述新运行点位于所述使用范围特征线（7）的左侧。

15.按权利要求14所述的使电动马达运行的方法，其特征在于，所述电动马达是按照权利要求1至13中任一项所述的电动马达。

16.按权利要求14所述的使电动马达运行的方法，其特征在于，所述马达控制机构是脉冲调节器。

17.按权利要求14所述的使电动马达运行的方法，其特征在于，所述比例因子由所述特征线（1，2，3，4）来确定。

18.马达控制机构，用于控制电动马达并且/或者用于转化使电动马达运行的方法，其中所述马达控制机构能够根据所述电动马达的特征线（2，3，4）和能够借助所述电动马达驱动的装置的特征线（1）得到调节并且所述电动马达能够因此而在其功率和/或转速上得到调整，其特征在于，对所述马达控制机构如此进行调节，从而使所述电动马达的特征线（2，3，4）或者说所述功率和/或转速与另外的、相同构造的电动马达的至少一条特征线（2，3，4）或者说至少一个功率和/或转速基本一致，并且所述电动马达的特征线（2，3，4）在顾及了与所述电动马达组件中相同构造的电动马达的普通设计相应的使用范围特征线（7）的情况下在转速-转矩-曲线图中被如此推移，从而在所述电动马达的特征线（2，3，4）和风扇的特征线（1）的交点（10）上出现新运行点，所述新运行点位于所述使用范围特征线（7）的左侧。

19.按权利要求18所述的马达控制机构，其特征在于，所述马达控制机构是脉冲调节器。

20.按权利要求18所述的马达控制机构，其特征在于，所述电动马达是按权利要求1至13中任一项所述的电动马达并且/或者所述方法是按权利要求14至17中任一项所述的方法。