DE102007039764B3

DE102007039764B3 - Ventilator für eine Respirationsvorrichtung und Verfahren zum Ansteuern eines Ventilators

Info

Publication number: DE102007039764B3
Application number: DE102007039764A
Authority: DE
Inventors: Axel Schmitt; Hans-Ullrich Hansmann
Original assignee: Draeger Medical GmbH
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 2007-08-22
Filing date: 2007-08-22
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2027-08-23

Abstract

Ventilator (1) für eine Respirationsvorrichtung (22), mit einem Ventilatorrad (2) und einem mit dem Ventilatorrad (2) wirkverbundenen Elektromotor (3),
wobei der Elektromotor (3) einen permanentmagnetisch ausgebildeteten Rotor (25) und einen Stator (15) aufweist,
wobei der Stator (15) wenigstens drei jeweils in Umfangsrichtung zueinander beabstandet angeordnete Statorspulen (16, 18, 20) umfasst und der Ventilator eine Steuereinheit (4) aufweist,
wobei die wenigstens drei Statorspulen (16, 18, 20) jeweils mit der Steuereinheit (4) verbunden sind, und die Steuereinheit (4) für jede Statorspule (16, 18, 20) eine mit der Statorspule seriell verbundene Schalteinheit (5) aufweist und
wobei die Steuereinheit (4) ausgebildet ist, die Schalteinheiten (5) derart zeitlich zueinander anzusteuern, dass der Stator (15) ein den Rotor (25) in eine Drehbewegung versetzendes Magnetfeld erzeugen kann und jede Schalteinheit (5) wenigstens drei zueinander elektrisch parallel angeordnete Teilschalter (6, 7, 8) umfasst, wobei jeder Teilschalter (6, 7, 8) wenigstens mit einer Spannung (Ub)...

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventilator für eine Respirationsvorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zur Ansteuerung eines Ventilators für eine Respirationsvorrichtung gemäß Anspruch 7.
Bei aus dem Stand der Technik bekannten Ventilatoren mit einem Elektromotor besteht das Problem darin, dass bei schnell drehenden Elektromotoren, die mit einer geringen Betriebsspannung versorgt werden können, hohe Ströme in den Statorspulen fließen müssen, so dass die Statorspulen jeweils eine kleine Induktivität und einen kleinen ohmschen Widerstand aufweisen müssen. Die vorab genannte kleine Induktivität und der kleine Widerstand der Statorspulen bewirkt eine kleine Zeitkonstante, gebildet aus einem Verhältnis der Induktivität und des ohmschen Widerstandes der Statorspule. Die kleine Zeitkonstante erfordert eine hohe Pulsweiten-Modulationsfrequenz der Steuereinheit, damit ein Wechselanteil in dem Statorstrom nicht zu groß wird. Der Wechselanteil im Statorstrom erzeugt nämlich Verluste, welche zu einem Quadrat des Statorstroms proportional sind. Im Falle von Halbleiterschaltern führt diese Verlustleistung zu einer unnötigen Erwärmung der Halbleiterschalter.
Aus der EP 0 473 192 A2 ist eine Drehstrombrückenschaltung für eine Ansteuerung eines dreiphasigen Motors bekannt bei der in der jeweiligen Motorzuleitung eine Impedanz als Filterglied vorgesehen ist.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es, einen Ventilator mit einem Elektromotor anzugeben, der hohe Drehzahlen und einen Betrieb mit einer niedrigen Betriebsspannung ermöglicht, und der eine geringe, insbesondere über der Steuereinheit abfallende, Verlustleistung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch einen Ventilator der eingangs genannten Art gelöst, bei dem die Schalter jeweils zueinander elektrisch parallel angeordnete Teilschalter umfassen, wobei jeder Teilschalter eine im Schaltpfad seriell angeordnete Hilfsinduktivität aufweist. Die Steuereinheit ist ausgebildet, die Teilschalter einer Schalteinheit zum Aktivieren einer Statorspule derart zeitlich aufeinander folgend einzuschalten und/oder auszuschalten, dass über die Teilschalter fließende Teilströme einander wenigstens teilweise kompensieren. Durch die Aufteilung einer Schalteinheit in Teilschalter, welche zueinander parallel geschaltet sind und welche jeweils mit einer Hilfsinduktivität verbunden sind, kann eine über der Schalteinheit abfallende Verlustleistung vorteilhaft verringert werden.
Die Teilschalter sind bevorzugt Halbleiterschalter, die insbesondere wenigstens einen Transistor oder einen Thyristor umfassen. Durch einen Halbleiterschalter kann vorteilhaft eine kurze Schaltzeit erreicht werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Teilschalter durch ein Transistorpaar gebildet.
Die Schalteinheit umfasst bevorzugt wenigstens drei insbesondere durch Transistoren gebildete Teilschalter. Denkbar ist auch eine Schalteinheit umfassend vier, fünf, oder mehr Teilschalter. Dadurch kann eine Schaltzeit der Schalteinheit durch schnelle Teilschalter vorteilhaft verkürzt sein im Vergleich zu einem Teilschalter mit nur einem Transistor oder einem Transistorpaar, denn im Vergleich zu einem Transistor für einen großen Strom kann ein Transistor für einen dazu kleineren Strom mit einer dazu kürzeren Schaltzeit ausgebildet sein.
Die Teilschalter weisen jeweils eine seriell im Schaltpfad angeordnete Hilfsinduktivität auf. Die Hilfsinduktivität kann bevorzugt durch eine Spule gebildet sein. Die Hilfsinduktivität wirkt vorteilhaft als Energiespeicher, wobei ein Strom, welcher durch einen Abbau eines in der Hilfsinduktivität gespeicherten Magnetfeldes erzeugt wird, einen nach einem Einschalten eines parallel geschalteten Teilschalters erzeugten Strom zum Aufbau eines Magnetfeldes der parallel geschalteten Hilfsinduktivität wenigstens teilweise kompensieren kann.
Das Aufteilen einer Schalteinheit in mehrere Teilschalter bewirkt weiter vorteilhaft, dass ein Wechselanteil in einem Statorspulenstrom und somit auch über der Schalteinheit vorteilhaft reduziert wird. Die Reduktion der über der Schalteinheit abfallenden Verluste ist proportional zum durch die Schalteinheit fließenden Strom und ist somit proportional zum Quadrat der Zahl der Teilschalter, welche zusammen eine Schalteinheit bilden. Die Aufteilung der Schalteinheit in mehrere parallele Teilschalter bewirkt im Vergleich zu einer Schalteinheit ohne Teilschalter weiter vorteilhaft, dass Teilschalter zum Schalten von kleineren Strömen eingesetzt werden können, wodurch im Falle von Halbleiterschaltern ein Teilschalter zum Schalten eines kleineren Stromes, insbesondere im Falle von Feldeffekt-Transistoren eine Kapazität eines Gate-Anschlusses klein ausgeführt sein kann, so dass dadurch eine hohe Pulsweitenmodulationsfrequenz erzeugt werden kann. Der Wechselanteil an einem Statorspulenstrom wird dadurch vorteilhaft kleiner.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Steuereinheit ausgebildet, die Statorspulen derart anzusteuern, dass zum Aktivieren einer Statorspule ein Schaltpuls durch Ein- und Ausschalten der Teilschalter derart erzeugt werden kann, dass die Teilschalter jeweils zeitlich aufeinander folgend eingeschaltet werden können, wobei ein Teilschalter eingeschaltet werden kann, wenn ein zuvor eingeschalteter Teilschalter ausgeschaltet ist. Beispielswelse kann während eines Aktivierens der Schalteinheit nur ein Teilschalter eingeschaltet sein. Der Schaltpuls zum Aktivieren einer Statorspule wird somit durch jeweils zeitlich nacheinander eingeschaltete Teilschalter erzeugt. Dadurch kann vorteilhaft ein Strom zum Aufbauen eines Magnetfeldes einer Hilfsinduktivität durch einen Strom, erzeugt durch ein sich, abbauendes Magnetfeld in einer zuvor geschalteten Hilfsinduktivität, kompensiert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Stator polschuhfrei ausgebildet. Bei einem polschuhfrei ausgebildeten Stator weisen die Statorspulen jeweils keinen durch einen Polschuh gebildeten Spulenkern auf. Dadurch kann eine Induktivität einer Statorspule vorteilhaft klein sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Stator einen elektrisch leitfähigen Hohlzylinder auf, und die Statorspulen sind jeweils im Bereich der Zylinderwand in einem durch den Hohlzylinder umschlossenen Lumen angeordnet. Dadurch kann vorteilhaft ein durch die Statorspulen erzeugtes Magnetfeld in das Lumen, insbesondere radial nach innen weisend, fokussiert sein. Nach außen weisende Feldlinien werden so vorteilhaft in den elektrisch leitfähigen Hohlzylinder geleitet.
Der Ventilator kann beispielsweise ein Axialventilator oder ein Radialventilator sein. Eine bevorzugte Umdrehungszahl liegt zwischen 20000 und 80000 Umdrehungen pro Minute. Eine Betriebsspannung des Ventilators ist bevorzugt Schutzkleinspannung bis 60 Volt, besonders bevorzugt 24 Volt.
Der Rotor des Elektromotors ist permanentmagnetisch ausgebildet und weist dazu bevorzugt nur einen Permanentmagneten mit nur einem magnetischen Nordpol und nur einem magnetischen Südpol auf. Dadurch kann vorteilhaft eine hohe Umdrehungszahl des Ventilators erreicht werden, da eine minimal erreichbare Schaltzeit der Teilschalter begrenzt ist. Denkbar ist auch ein Rotor mit mehreren alternierend in Umlaufrichtung angeordneten Permanentmagneten, wobei Nord- und Südpol in Umlaufrichtung einander abwechselnd angeordnet sind. Eine solche Ausführungsform kann zum Erreichen eines höheren Drehmomentes im Vergleich zu einem Rotor mit nur einem Permanentmagneten vorteilhaft sein. Um bei dieser Ausführungsform eine hohe Drehzahl zu erreichen, kann die Schalteinheit vorteilhaft entsprechend viele Teilschalter aufweisen, um so entsprechend kurze Schaltzeiten zu erreichen.
Die Erfindung betrifft auch eine Respirationsvorrichtung, insbesondere eine Beatmungsvorrichtung, eine Anästhesievorrichtung oder einen Inkubator, mit einem Ventilator der vorbezeichneten Art. Bei einer Respirationsvorrichtung, insbesondere bei einer mobil ausgebildeten Respirationsvorrichtung, kann so ein Stromverbrauch durch Reduzieren einer in der Steuereinheit umgesetzten Verlustleistung verringert werden.
Ein Elektromotor kann vorteilhaft – unabhängig von einem Ventilator und einer Respirationsvorrichtung – mit einer Steuereinheit der vorbezeichneten Art verbunden sein. Bei dem Elektromotor sind eine in der Steuereinheit umgesetzte Verlustleistung und ein durch die Statorspulen fließender Wechselanteil eines Statorspulenstromes vorteilhaft reduziert.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Ansteuern eines Ventilators für eine Respirationsvorrichtung. Bei dem Verfahren werden Statorspulen eines vorzugsweise elektronisch kommutierten Elektromotors des Ventilators jeweils derart insbesondere mittels Pulsweitenmodulation angesteuert, dass der Strom für eine Statorspule aus zeitlich aufeinander folgenden Teilströmen erzeugt wird, wobei die Teilströme jeweils durch Einschalten und/oder Ausschalten über eine Hilfsinduktivität erzeugt werden, so dass Teilströme einander wenigstens teilweise kompensieren.
Die Erfindung wird nun im Folgenden durch Figuren und weitere Ausführungsbeispiele erläutert. Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten für einen Ventilator ergeben sich aus einer Kombination der in den abhängigen Ansprüchen bezeichneten Merkmale.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen aus dem Stand der Technik bekannten Ventilator mit einem Elektromotor und einer Steuereinheit;
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Ventilator mit einem Elektromotor und einer verbesserten Steuereinheit;
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zum Ansteuern einer Statorspule des in 2 dargestellten Ventilators und
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zum Ansteuern des in 2 beschriebenen Ventilators, bei dem die durch die Teilschalter fließenden Teilströme dargestellt sind.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen aus dem Stand der Technik bekannten Ventilator mit einem Ventilatorrad 2 und einem Elektromotor 3. Das Ventilatorrad 2 ist mit dem Elektromotor 3 über eine Welle 12 wirkverbunden. Der Elektromotor weist einen Stator 15 mit drei Statorspulen auf, wobei jede Statorspule mit einem Schalter einer Steuereinheit 13 verbunden ist, von denen der Schalter 11 beispielhaft bezeichnet ist. Denkbar ist auch ein Stator 15 mit mehr als drei Statorspulen. Der Schalter 11 weist zwei Schalttransistoren auf, welche jeweils als Feldeffekt-Transistor ausgebildet sind. Ein Transistor ist zum Schalten eines positiven Schaltpulsanteils vorgesehen. Ein zweiter Schalter ist zum Schalten eines negativen Schaltpulsanteils vorgesehen.
Die Schalter sind Bestandteil der Steuereinheit 13, welche ausgebildet ist, die Schalter derart mittels Pulsweitenmodulation anzusteuern, dass die Statorspulen des Motors 3 zeitlich aufeinander folgend angesteuert werden. Ein Spannungsverlauf 34 und ein Stromverlauf 36, gesteuert durch eine Statorspule des Motors 3 und durch den Schalter 11 der Steuereinheit 13, sind beispielhaft in 3 dargestellt.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Ventilator 1. Der Ventilator 1 weist ein Ventilatorrad 2 auf, einen Elektromotor 3, eine Steuereinheit 4 mit wenigstens einer Schalteinheit, von denen eine Schalteinheit 5 beispielhaft bezeichnet ist. Die Steuereinheit 4 weist auch einen Pulsweitenmodulator 21 mit einem Triggereingang 24 auf. Die Schalteinheit 5 weist eine Mehrzahl Teilschalter auf, nämlich den Teilschalter 6, den Teilschalter 7 und den Teilschalter 8. In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Schalteinheit 5 auch vier, fünf oder mehr Teilschalter umfassen (nicht dargestellt). Die Teilschalter 6, 7 und 8 weisen jeweils ein Feldeffekt-Transistorpaar auf, welches ausgangsseitig mit einer Hilfsinduktivität der Teilschalter 6, 7 und 8 verbunden ist. Der Teilschalter 6 weist eine Hilfsinduktivität L1 auf, der Teilschalter 7 eine Hilfsinduktivität 12 und der Teilschalter 8 eine Hilfsinduktivität 13. Die Hilfsinduktivität L1 ist mit einem Source-Anschluss eines ersten Schalttransistors des Teilschalters 6 und mit einem Drain-Anschluss eines zweiten Schalttransistors des Teilschalters 6 verbunden. Ein zweiter Anschluss der Hilfsinduktivität L1 ist mit einem Verbindungsknoten 14 verbunden. Der erste und der zweite Schalttransistor des Teilschalters 6 sind jeweils steuerungsseitig mit dem Pulsweitenmodulator 21 verbunden. Der erste Schalttransistor ist Drain-seitig mit einem Betriebsspannungsanschluss Ub verbunden. Der zweite Schalttransistor ist Source-seitig mit einem Masseanschluss Gnd verbunden. Der Teilschalter 7 und der Teilschalter 8 sind jeweils entsprechend dem Teilschalter 6 ausgebildet und auch entsprechend mit dem Pulsweitenmodulator und mit dem Verbindungsknoten 14 verbunden.
Die Teilschalter 6, 7 und 8 sind jeweils derart zueinander parallel geschaltet, dass die Teilschalter 6, 7 und 8 jeweils den Betriebsspannungsanschluss Ub oder den Masseanschluss Gnd mit dem Verbindungsknoten 14 über die Hilfsinduktivität L1, L2, L3 des jeweiligen Teilschalters 6, 7, 8 verbinden. Der Verbindungsknoten 14 ist mit einer Statorspule 16 des Elektromotors 3 verbunden, so dass im Falle eines Einschaltens des Teilschalters 6, 7 oder 8 die Statorspule 16 mit dem Betriebsspannungsanschluss Ub oder mit dem Masseanschluss Gnd verbunden ist.
Der Elektromotor 3, insbesondere der Stator 15, weist auch eine Statorspule 18 und eine Statorspule 20 auf. Die Statorspulen 16, 18 und 20 sind jeweils entlang eines Rotorumlaufes in einem Winkel von 120 Grad voneinander beabstandet angeordnet. Ein Rotor 25 des Elektromotors 3 ist gestrichelt dargestellt. Die Statorspulen 16, 18 und 20 sind jeweils mit einem Anschluss mit einem gemeinsamen Mittelpunktanschluss des Elektromotors 3 verbunden. Das Zusammenwirken der Teilschalter 6, 7 und 8 mit dem Pulsweitenmodulator 21 wird in dem in 4 dargestellten Verfahren beschrieben. Das Ventilatorrad 2 ist über ein Lumen – gestrichelt dargestellt – mit einer Respirationsvorrichtung 22 verbunden.
3 zeigt ein Diagramm 31 mit einer eine Zeitachse 30 bildenden Abszisse und mit einer Ordinate 32, welche eine Amplitudenachse bildet. Eine Kurve 34 zeigt einen zeitlichen Verlauf einer Spannung, welche von dem in der 1 dargestellten Schalter 11 auf eine Statorspule des Motors 3 geschaltet wird. Die Kurve 36 zeigt den zu dem Spannungsverlauf 34 dargestellten Stromverlauf. Der Stromanstieg des Stromverlaufes 36 ist durch eine Zeitkonstante τ bestimmt. Ein Diagramm 33 zeigt einen zeitlichen Spannungsverlauf 38 einer Schalteinheit, welcher wie der in 2 dargestellten Schalteinheit 5 ausgebildet ist. Der Pulsweitenmodulator 21 ist in dieser Ausführungsform ausgebildet, die Teilschalter 6, 7, und 8 jeweils zeitlich synchron zueinander anzusteuern. Der Spannungsverlauf 38 entsteht bereits durch das parallele Zusammenschalten der Teilschalter 6, 7 und 8 zu der Schalteinheit 5, dargestellt in 2, wobei die Teilschalter 6, 7 und 8 jeweils kleine Schaltanschlusskapazitäten und somit eine höhere Pulsfrequenz ermöglichen, als in Diagramm 31 durch die Kurve 34 dargestellt. Der Stromverlauf 39 resultiert aus dem Spannungsverlauf 38. Bei n Teilschaltern einer Schalteinheit wird der Stromfluss durch einen Teilschalter auf 1/n reduziert. Dadurch kann ein Teilschalter schneller schaltend ausgebildet sein als ein Schalter zum Schalten des Gesamtstromes als Summe der Teilströme 1/n.
Der durch die Schalteinheit 5 fließende Strom ergibt sich zu: I(t) = I0·exp(–t/τ)oder für eine Aufladung oder Entladung der Hilfsspule L1, L2, oder L3: I(t) = I0·(1 – exp(–t/τ)),mit
Mit einem kleinen t im Verhältnis zur Zeitkonstanten τ entstehen auch kleine Stromwechselanteile.
4 zeigt ein Verfahren zum Ansteuern der in 2 dargestellten Teilschalter 6, 7 und 8 durch den Pulsweitenmodulator 21 der Steuereinheit 4, und das vorteilhafte Zusammenwirken des Pulsweitenmodulators 21 mit den Teilschaltern 6, 7 und 8. 4 zeigt ein Diagramm mit einer Ordinate 32, welche eine Amplitudenachse repräsentiert. Dargestellt ist auch eine Zeitachse bildende Abszisse 30.
Eine Kurve 40 repräsentiert einen Spannungsverlauf einer Spannung, welche mittels des Teilschalters 6 über den Verbindungsknoten 14 auf die Statorspule 16 wirkt. Eine Kurve 42 zeigt einen Spannungsverlauf einer Spannung, welche geschaltet durch den Teilschalter 7 über den Verbindungsknoten 14 auf die Statorspule 16 wirkt. Die Kurve 44 zeigt einen Spannungsverlauf, welcher durch den Teilschalter 8 erzeugt ist und über den Verbindungsknoten 14 auf die Statorspule 16 wirkt. Die Kurve 46 repräsentiert einen Stromverlauf, welcher dem Spannungsverlauf der Kurve 40 zugeordnet ist, die Kurve 48 repräsentiert einen Stromverlauf, welcher dem Spannungsverlauf der Kurve 42 zugeordnet ist und die Kurve 50 repräsentiert einen Stromverlauf, welcher der Kurve 44 zugeordnet ist. Eine Kurve 52 zeigt einen Summenstrom an dem Verbindungsknoten 14, welcher als Summe aus den Strömen, repräsentiert durch die Kurven 46, 48 und 50 gebildet ist.
Deutlich sichtbar ist, dass ein Wechselanteil des Stromverlaufes 52, welcher im Quadrat zu einer über dem Schalter 5 abfallenden Verlustleistung proportional ist, im Vergleich zu dem Strom des Stromverlaufes 36 in 3 reduziert ist. Die Spannungsverläufe, repräsentiert durch die Kurven 40, 42 und 44, weisen jeweils eine alternierende Folge von Einschaltzeitintervallen und Ausschaltzeitintervallen auf, wobei in diesem Ausführungsbeispiel das Einschaltzeitintervall und das Ausschaltzeitintervall jeweils gleich lang sind. Das entspricht einer Leistungsansteuerung des Elektromotors 3 von 50%. Die Kurven 40, 42 und 44 sind jeweils zueinander derart phasenverschoben, dass ein Beginn eines Einschaltintervalls der Kurve 42 zeitlich nach einem Beginn eines Einschaltzeitintervalls der Kurve 40 liegt. Ein entsprechendes Einschaltzeitintervall der Kurve 44 beginnt zeitlich nach dem Einschaltzeitintervall 42. Das bedeutet, dass die Teilschalter 6, 7 und 8 jeweils zeitlich aufeinander folgend eingeschaltet werden. In diesem Ausführungsbeispiel werden die Teilschalter 6, 7 und 8 jeweils zeitlich aufeinander folgend ausgeschaltet, wobei die Schaltzeitintervalle der Teilschalter 6, 7 und 8 jeweils zueinander gleich sind. Denkbar ist auch eine Ausführungsform eines Pulsweitenmodulators 21, welcher die Teilschalter 6, 7 und 8 – oder zusätzlich weitere Teilschalter – derart ansteuern kann, dass die Schaltzeitintervalle der Teilschalter, gebildet durch die jeweiligen Teilschalter, jeweils zueinander verschieden sind. Auf diese Weise kann über den Verbindungsknoten eine Zeitdauer variierbares Gesamtzeitschaltintervall wirken.
In dem in 2 und in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel kann ein mittels des Pulsweitenmodulators 21 elektronisch kommutierter Motor beispielsweise mit einer Umdrehungsfrequenz von bis zu 1400 Hertz angesteuert werden. Beispielsweise kann dazu eine Betriebsspannung Ub von 21 Volt vorgesehen sein. Daraus ergibt sich ein ohmscher Widerstand für eine Statorspule mit einem Betrag von 0,4 Ohm und eine Induktivität der Statorspule von 40 Mikro-Henry. Wenn der Statorstrom über ein Zeitintervall mit einem Grenzwert gegen ∞ verläuft, ergibt sich ein Strom von
In diesem Ausführungsbeispiel ergibt sich aus einem Quotienten L/R eine Zeitkonstante von 0,1 Millisekunden. Diese Zeitkonstante kann vorteilhaft durch die Hilfsinduktivitäten auf eine Zeitkonstante mit einem Betrag von 0,3 Millisekunden vergrößert werden. In dem in 1 gezeigten Beispiel kann ein Schalter wegen einer relativ großen Gate-Anschluss-Kapazität eine minimale Periodendauer von 25 Mikro-Sekunden erzeugen. Das entspricht einer maximalen Umdrehungsfrequenz eines Rotors von 40 Kilo-Hertz. In dem in 2 dargestellten Beispiel sind die über die Teilschalter fließenden Einzelströme klein und werden am Verbindungsknoten 14 zu einem Gesamtstrom zusammen geführt. Dadurch können die Teilschalter jeweils eine kleinere Gate-Anschluss- Kapazität aufweisen als der in 1 dargestellte Schalter 11. Auf diese Weise kann vorteilhaft eine höhere Umdrehungsfrequenz des Rotors 25 bewirkt werden.

1: Ventilator
2: Ventilatorrad
3: Elektromotor
4: Steuereinheit
5: Schalteinheit
6, 7, 8: Teilschalter
11: Schalter
12: Welle
13: Steuereinheit
14: Verbindungsknoten
15: Stator
16, 18, 20: Statorspule
21: Pulsweitenmodulator
22: Respirationsvorrichtung
24: Triggereingang
25: Rotor
Ub: Betriebsspannung
Gnd: Masse
L1, L2, L3: Hilfsinduktivität
30: Abszisse
31, 33: Diagramm
32: Ordinate
34, 36, 38,: Kurve
39, 40, 42,: Kurve
44, 46,: Kurve
48, 50, 52: Kurvenverläufe Zeitkonstante

Claims

Ventilator (1) für eine Respirationsvorrichtung (22), mit einem Ventilatorrad (2) und einem mit dem Ventilatorrad (2) wirkverbundenen Elektromotor (3), wobei der Elektromotor (3) einen permanentmagnetisch ausgebildeteten Rotor (25) und einen Stator (15) aufweist, wobei der Stator (15) wenigstens drei jeweils in Umfangsrichtung zueinander beabstandet angeordnete Statorspulen (16, 18, 20) umfasst und der Ventilator eine Steuereinheit (4) aufweist, wobei die wenigstens drei Statorspulen (16, 18, 20) jeweils mit der Steuereinheit (4) verbunden sind, und die Steuereinheit (4) für jede Statorspule (16, 18, 20) eine mit der Statorspule seriell verbundene Schalteinheit (5) aufweist und wobei die Steuereinheit (4) ausgebildet ist, die Schalteinheiten (5) derart zeitlich zueinander anzusteuern, dass der Stator (15) ein den Rotor (25) in eine Drehbewegung versetzendes Magnetfeld erzeugen kann und jede Schalteinheit (5) wenigstens drei zueinander elektrisch parallel angeordnete Teilschalter (6, 7, 8) umfasst, wobei jeder Teilschalter (6, 7, 8) wenigstens mit einer Spannung (Ub) zum Betrieb des Elektromotors (3) und einem Masseanschluss (GND) verbunden ist und eine im Schaltpfad seriell angeordnete Hilfsinduktivität (L1, L2, L3) aufweist, und die Steuereinheit (4) ausgebildet ist, die Teilschalter (6, 7, 8) jeder Schalteinheit (5) zum Aktivieren der jeweiligen Statorspule (16, 18, 20) derart zeitlich aufeinander folgend einzuschalten und/oder auszuschalten, dass über die Teilschalter (6, 7, 8) fließende Teilströme einander wenigstens teilweise kompensieren.
Ventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilschalter (6, 7, 8) jeweils durch wenigstens einen Halbleiterschalter gebildet sind.
Ventilator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (4) ausgebildet ist, die Statorspulen (16, 18, 20) derart anzusteuern, dass zum Aktivieren einer Statorspule (16, 18, 20) ein Schaltpuls durch Ein- und Ausschalten der Teilschalter (6, 7, 8) derart erzeugt werden kann, dass die Teilschalter (6, 7, 8) jeweils zeitlich aufeinander folgend eingeschaltet werden können, wobei ein Teilschalter (6, 7, 8) eingeschaltet werden kann, wenn ein zuvor eingeschalteter Teilschalter (6, 7, 8) ausgeschaltet ist.
Ventilator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (15) polschuhfrei ausgebildet ist.
Ventilator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (15) einen elektrisch leitfähigen Hohlzylinder aufweist und die Statorspulen (16, 18, 20) jeweils im Bereich der Zylinderwand angeordnet sind.
Respirationsvorrichtung (22), mit einem Ventilator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Ansteuern eines Ventilators (1) für eine Respirationsvorrichtung (22) mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorspulen (16, 18, 20) des Elektromotors (3) des Ventilators (1) jeweils derart mittels Pulsweitenmodulation angesteuert werden, dass der Strom für eine Statorspule (16, 18, 20) aus Teilströmen erzeugt wird, wobei die Teilströme jeweils durch Einschalten und/oder Ausschalten über eine Hilfsinduktivität (L1, L2, L3) erzeugt werden, so dass Teilströme einander wenigstens teilweise kompensieren.