CN102624306A - 冷却风扇系统及其控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种车辆引擎散热器的冷却风扇系统，包括风扇以及为风扇供电的电源，所述风扇包括一电机，所述电源为电机提供一直流电压，还包括与电机电连接的电压调节单元以及与电压调节单元电连接的控制器，所述控制器被配置为通过控制所述电压调节单元而调节加载到所述电机的电压，将通过所述电机的电流值限定至等于或低于一预设阈值，从而使冷却风扇系统的散热效率尽可能地贴近实际散热需求，减少不必要的能量浪费。

Description

冷却风扇系统及其控制装置
技术领域
本发明涉及一种电机的控制装置，尤其涉及一种车辆引擎散热器的冷却风扇系统的控制装置。
背景技术
车辆引擎散热器的冷却风扇通常包括一直流电机及由该直流电机驱动的叶轮。参照图6所示，所述冷却风扇的工作特性是：系统中的流体压力增大时，风量减小。车辆在停止状态时，其内的流体动力阻力大，因此冷却风扇的风量最小，而电机的功率较大。而当车辆处于行驶状态，由于其内的流体动力阻力减小，因而冷却风扇的风量增大，而电机的功率较小。车辆在行驶状态时，引擎产生的废热增加，因此需要冷却风扇提供更大的风量才能及时地将车辆内的废热散发出去。
如果一冷却风扇在低压时具有过小的风量，并且在高压时具有过大的风量，为了满足车辆在低压(即行驶状态)时的散热需求，通常需要提高冷却风扇的转速使其在低压时产生风量可以满足车辆的散热需求。然而，要提高冷却风扇的转速，必然要增大电机的功率。如此，原本冷却风扇在高压时就具有过大风量的情况下，增大电机的功率必然产生不必要的能量浪费。
因此，函需一种能够克服上述缺陷的方案。
发明内容
本发明提供了一种车辆引擎散热器的冷却风扇系统，包括风扇以及为风扇供电的电源，所述风扇包括一电机，所述电源为电机提供一直流电压，所述冷却风扇系统还包括与电机电连接的电压调节单元以及与电压调节单元电连接的控制器，所述控制器被配置为通过控制所述电压调节单元而调节加载到所述电机的电压，将通过所述电机的电流值限定至等于或低于一预设阈值。
优选的，所述电压调节单元包括一晶体管，所述电机和晶体管串联于所述电源的正负极之间。
优选的，所述控制器被配置为当加载到所述电机的电压超过一预设值时，将通过所述电机的电流值限定至一预设的恒定值。
可选的，所述控制器被配置为将通过所述电机的电流值限定至等于或低于由一预设的电机功率阈值除以加载到所述电机的电压所得到的相应电流值，以同时将电机的功率限定至等于或低于该预设功率阈值。
可选的，所述电压调节单元包括一晶体管，所述预设功率值被设置为根据晶体管的温度变化而变化，使所述晶体管的温度升高时，所述预设功率值减小，所述晶体管的温度降低时，所述预设功率值增加。
优选的，所述控制器包括一第一比较器和一控制单元，VMR为反应所述电机所需电压值的信号，VMMEAS为反应电机的实际电压值信号，所述比较器被配置为获得VMR和VMMEAS的差值，并相应输出一偏差信号至控制单元，所述控制单元被配置为根据该偏差信号控制电压调节单元而调节加载到电机的电压。
优选地，所述控制器还包括除法器、选择器和第二比较器，所述电机具有预设电流阈值ILIM和预设功率阈值PLIM，所述除法器被配置为根据的电机的功率阈值PLIM和电机的实际加载电压获得与功率阈值PLIM相应的电流阈值IPLIM，所述选择器将所述预设电流阈值和所述与与功率阈值PLIM相应的电流阈值IPLIM中的较小电流值I* LIM输出至第二比较器；所述第二比较器被配置为比较所述较小电流I* LIM和电机的实际电流值IMMEAS的差值，并相应输出一偏差信号eI至控制单元；所述控制单元被配置为根据该偏差信号通过控制电压调节单元而调节加载到电机的电压。
本发明还提供了一种控制装置，用于控制风扇电机，所述控制装置包括与电机电连接的电压调节单元以及与电压调节单元电连接的控制器，所述电压调节单元和电机串联于一电源的正负极之间，所述控制器被配置为通过控制所述电压调节单元而调节加载到所述电机的电压，将通过所述电机的电流值限定至等于或低于一预设阈值。
优选的，所述控制器被配置为当加载到所述电机的电压超过一预设值时，将通过所述电机的电流值限定至一预设的恒定值。
可选的，所述控制器被配置为将通过所述电机的电流值限定至等于或低于由一预设的电机功率阈值除以加载到所述电机的电压所得到的相应电流值，以同时将电机的功率限定至等于或低于该预设功率阈值。
优选的，所述控制器包括一第一比较器、第二比较器、除法器、选择器和一控制单元，所述电机具有预设电流阈值ILIM和预设功率阈值PLIM，VMR为反应所述电机所需电压值的信号，VMMEAS为反应电机的实际电压值信号，所述第一比较器被配置为获得VMR和VMMEAS的差值，并相应输出一偏差信号至控制单元，所述控制单元被配置为根据该偏差信号控制电压调节单元而调节加载到电机的电压，所述除法器被配置为根据的电机的功率阈值PLIM和电机的实际加载电压获得与功率阈值PLIM相应的电流阈值IPLIM，所述选择器将所述预设电流阈值ILIM和所述与与功率阈值PLIM相应的电流阈值IPLIM中的较小电流值I* LIM输出至第二比较器；所述第二比较器被配置为比较所述较小电流I* LIM和电机的实际电流值IMMEAS的差值，并相应输出一偏差信号eI至控制单元；所述控制单元被配置为根据该偏差信号通过控制电压调节单元而调节加载到电机的电压。
上述控制装置通过控制晶体管将通过电机的电流限定至所述预设阈值，从而使冷却风扇系统的散热效率尽可能地贴近实际散热需求，减少不必要的能量浪费。
为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
图1是本发明的冷却风扇系统的示意性电路图。
图2是图1所示冷却风扇系统一实施例的电机的操作特征曲线图。
图3是图1所示冷却风扇系统另一实施例的电机的操作特征曲线图。
图4是对应图3所示实施例的冷却风扇系统的电路图。
图5表示现有的一种冷却风扇的电机的操作特性曲线图。
图6表示冷却风扇的工作特征曲线图。
具体实施方式
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。
图1所示为本发明一实施例的冷却风扇系统的模块图。所述冷却风扇系统用于车辆引擎的散热器中，所述冷却风扇系统包括一风扇1、为风扇1供电的一电源S、与风扇1电性连接的一电压调节单元以及与电压调节单元电性连接的一控制器(ECU)7。本实施例中，所述电压调节单元是一晶体管Q。所述风扇1包括一直流电机M，所述直流电机M包括具有扇叶的转子F。所述电机M和晶体管Q连接于电源S的正负极之间，且电机M与晶体管Q串联。所述电源S可提供一直流电压Vs。所述晶体管Q的输入端与ECU的输出端连接。所述ECU控制所述晶体管Q按设定的程序工作，从而控制冷却风扇的电机M的操作特征。
图2所示为电机M的操作特征曲线图。图中实线表示电机M在车辆静止时的操作特征曲线。虚线表示电机M在车辆处于行驶时的操作特征曲线。当车辆行驶时，由于自然通风条件改变，使得电机M的操作特征曲线发生改变。长短交替线表示电机M在其转子F被制动或被阻碍的情况下(本实施例中也可称为过载)的操作特征曲线。
如图2所示，电机M的额定电压VMNOM通常小于电源S所分配的电压VS。当电机M过载或电机M所加载的电压VM变化，使得通过电机M的电流具有超过一预设值ILIM的趋势时，所述控制器7通过控制晶体管Q而将通过电机M的电流值控制在所述预设值ILIM。在上述控制方法可使冷却风扇在高压情况下使电机M的电流IM被限定至一恒定的最大值ILIM。也就是说，电机M的电流值相对电压VM的瞬时值是独立的。
车辆处于静止状态时，当电机M的实际加载电压VM高于额定电压VMNOM时，所述控制器7将电机M的电流IM限定在最大值ILIM。然而，如果电机M在过载(如转子F制动)的情况下工作时，电机M的工作点有变动的趋势，比如，变动至图3中的点A的趋势，所述控制器7自动降低电机的电压值VM直至电机的电流IM等于最大值ILIM，即迫使电机M在工作点A’所对应的状态下工作。
上述控制器7对于电机工作点的控制相对于对晶体管Q的控制是独立的。所述晶体管Q可以通过线性方式控制或脉冲方式控制。比如，利用具有一定宽度或持续时间的调制脉冲的方波信号进行控制。
图3所示为本发明的冷却风扇系统的另一实施例的控制方法。在本实施例中，不仅限定了高压下通过电机M的电流IM，而且电机M的功率PM也被限定在一预设阈值PLIM。由于功率等于加载电压和电流的乘积，即PM＝VM*IM，因此，将功率PM限定在一预设值PLIM实质上意味着，对应不同的电压值VM，将电流IM限定在一相应电流阈值IPLIM(IPLIM＝PLIM/VM)。
图3示出了功率PM等于一恒定值PLIM的曲线。当车辆行驶时，电机M倾向于工作在B点及C点。所述控制器7根据预设的电机M的功率限值PLIM，确定电机M的电压VM的减少量。也就是说，所述控制器7使所述电机M工作在工作点B’和工作点C’，而不是工作在工作点B和工作点C。
与图5所示的现有冷却风扇系统相比，本发明的冷却风扇系统通过控制器7的调节在高压情况下限定了电机M的电流或功率，减少了不必要的能量浪费。
优选地，功率的最大限值PLIM不是一恒定值，而是可根据晶体管Q的温度变化而改变。当晶体管Q的温度升高时，PLIM减小，反之亦然。
图4是图3的控制方法所对应的冷却风扇系统的控制电路图。本实施例中，冷却风扇系统的控制器7包括第一比较器2和第二比较器5、除法器3、选择器4、以及一控制单元6。图5中VMR为反应电机M所需电压值VM的信号。VMMEAS为反应电机M的实际电压值VM的信号。IMMEAS为反应电机M的实际电流值IM的信号。另外，ILIM和PLIM分别表示电流IM和功率PM的最大限值。
电机M所需的电压值信号VMR到达比较器2。所述比较器2测得电机M所需的电压值信号VMR和电机M的实际电压值信号VMMEAS的差值，并输出一偏差信号eV(eV＝VMR-VMMEAS)至控制单元6。控制单元6根据该信号通过控制晶体管Q调节电机M的电压，以将其电流限定在预设值内。
在另外一条并联支路中，除法器3根据电机M的限定功率PLIM和电机M的实际电压值信号VMMEAS算出相应的限定电流值IPLIM。所述电流的最大限值ILIM和IPLIM一同输入到选择器4，选择器4将二者中的较小值I* LIM＝min(ILIM，IPLIM)输出至第二比较器5。第二比较器5比较I* LIM和电机M的实际电流值信号IMMEAS的差值，并输出一偏差信号eI(eI＝I* LIM-IMMEAS)至控制单元6。控制单元6根据该信号调节电机M的电压，以将其电流和功率限定在预设值内。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种车辆引擎散热器的冷却风扇系统，包括风扇以及为风扇供电的电源，所述风扇包括一电机，所述电源为电机提供一直流电压，其特征在于：还包括与电机电连接的电压调节单元以及与电压调节单元电连接的控制器，所述控制器被配置为通过控制所述电压调节单元而调节加载到所述电机的电压，将通过所述电机的电流值限定至等于或低于一预设阈值。
2.根据权利要求1所述的车辆引擎散热器的冷却风扇系统，其特征在于：所述电压调节单元包括一晶体管，所述电机和晶体管串联于所述电源的正负极之间。
3.根据权利要求1所述的车辆引擎散热器的冷却风扇系统，其特征在于：所述控制器被配置为当加载到所述电机的电压超过一预设值时，将通过所述电机的电流值限定至一预设的恒定值。
4.根据权利要求1所述的车辆引擎散热器的冷却风扇系统，其特征在于：所述控制器被配置为将通过所述电机的电流值限定至等于或低于由一预设的电机功率阈值除以加载到所述电机的电压所得到的相应电流值，以同时将电机的功率限定至等于或低于该预设功率阈值。
5.根据权利要求4所述的车辆引擎散热器的冷却风扇系统，其特征在于：所述电压调节单元包括一晶体管，所述预设功率值被设置为根据晶体管的温度变化而变化，使所述晶体管的温度升高时，所述预设功率值减小，所述晶体管的温度降低时，所述预设功率值增加。
6.根据权利要求4所述的车辆引擎散热器的冷却风扇系统，其特征在于：所述控制器包括一第一比较器和一控制单元，VMR为反应所述电机所需电压值的信号，VMMEAS为反应电机的实际电压值信号，所述比较器被配置为获得VMR和VMMEAS的差值，并相应输出一偏差信号至控制单元，所述控制单元被配置为根据该偏差信号控制电压调节单元而调节加载到电机的电压。
7.根据权利要求6所述的车辆引擎散热器的冷却风扇系统，其特征在于：所述控制器还包括除法器、选择器和第二比较器，所述电机具有预设电流阈值ILIM和预设功率阈值PLIM，所述除法器被配置为根据的电机的功率阈值PLIM和电机的实际加载电压获得与功率阈值PLIM相应的电流阈值IPLIM，所述选择器将所述预设电流阈值和所述与与功率阈值PLIM相应的电流阈值IPLIM中的较小电流值I* LIM输出至第二比较器；所述第二比较器被配置为比较所述较小电流I* LIM和电机的实际电流值IMMEAS的差值，并相应输出一偏差信号eI至控制单元；所述控制单元被配置为根据该偏差信号通过控制电压调节单元而调节加载到电机的电压。
8.一种控制装置，用于控制风扇电机，其特征在于：包括与电机电连接的电压调节单元以及与电压调节单元电连接的控制器，所述电压调节单元和电机串联于一电源的正负极之间，所述控制器被配置为通过控制所述电压调节单元而调节加载到所述电机的电压，将通过所述电机的电流值限定至等于或低于一预设阈值。
9.根据权利要求8所述的控制装置，其特征在于：所述控制器被配置为当加载到所述电机的电压超过一预设值时，将通过所述电机的电流值限定至一预设的恒定值。
10.根据权利要求8所述的控制装置，其特征在于：所述控制器被配置为将通过所述电机的电流值限定至等于或低于由一预设的电机功率阈值除以加载到所述电机的电压所得到的相应电流值，以同时将电机的功率限定至等于或低于该预设功率阈值。
11.根据权利要求10所述的控制装置，其特征在于：所述控制器包括一第一比较器、第二比较器、除法器、选择器和一控制单元，所述电机具有预设电流阈值ILIM和预设功率阈值PLIM，VMR为反应所述电机所需电压值的信号，VMMEAS为反应电机的实际电压值信号，所述第一比较器被配置为获得VMR和VMMEAS的差值，并相应输出一偏差信号至控制单元，所述控制单元被配置为根据该偏差信号控制电压调节单元而调节加载到电机的电压，所述除法器被配置为根据的电机的功率阈值PLIM和电机的实际加载电压获得与功率阈值PLIM相应的电流阈值IPLIM，所述选择器将所述预设电流阈值ILIM和所述与与功率阈值PLIM相应的电流阈值IPLIM中的较小电流值I* LIM输出至第二比较器；所述第二比较器被配置为比较所述较小电流I* LIM和电机的实际电流值IMMEAS的差值，并相应输出一偏差信号eI至控制单元；所述控制单元被配置为根据该偏差信号通过控制电压调节单元而调节加载到电机的电压。
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