DE20103136U1

DE20103136U1 - Gebläsemotor mit thermisch gesteuerter variabler Geschwindigkeit

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Publication number: DE20103136U1
Application number: DE20103136U
Authority: DE
Original assignee: Sunonwealth Electric Machine Industry Co Ltd
Current assignee: Sunonwealth Electric Machine Industry Co Ltd
Priority date: 2001-02-22
Filing date: 2001-02-22
Publication date: 2001-05-17
Anticipated expiration: 2011-02-23

Description

B/41.941/40-R1

Sunonwealth Electric Machine Industry Co.. Ltd.

12F-1. No. 120, Chung-Cheng 1^st Road, Kaohsiung, Taiwan, R.o.C.

Gebläsemotor mit thermisch gesteuerter variabler Geschwindigkeit

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gebläsemotor mit thermisch gesteuerter variabler Geschwindigkeit, und insbesondere einen Gebläsemotor, bei dem das detektierte Geschwindigkeitssignal durch eine Gleichrichterschaltung in eine Spannung umgewandelt wird, die durch einen Differentialverstärker zur Abgabe einer Treiberspannung für den Antrieb des Gebläses verglichen wird. Die Treiberspannung hat geglättete Wellenformen, um die Geschwindigkeit des Gebläses durch eine thermische Steuerung linear zu ändern.

Ein herkömmlicher Gebläsemotor ist in den Figuren 1 und 2 (einschließlich Figuren 2A 2C) der Zeichnung gezeigt, die den Figuren 2 und 5 (einschließlich Figuren 5A - 5C) des US-Patentes 5 197 858 entsprechen, das am 30. 3. 1993 an Cheng ausgegeben wurde. Figur 1 ist ein Schaltdiagramm einer Steuereinrichtung für das Gebläse. Figur 2 zeigt die ausgehenden Wellenformen für den Treiber-IC der Schaltung. Wie in Figur 1 veranschaulicht, starten, wenn die Leistung über eine inverse Spannungsschutzdiode Dl

eingeschaltet wird, die Flügelräder, die sich aufgrund gegenseitiger Induktion zwischen den Wicklungsspulen und dem Magneten zu drehen. Zu dieser Zeit tastet ein Hall-Element ICl die Änderung des Magnetfelds zwischen der Wicklung und dem Magneten ab, um eine Kommutierung des Gleichstrommotors wie folgt zu bewirken: Die Widerstände R3, R2 dienen für eine Versorgung mit einem vorgegebenen Strom unter Gleichspannung. Sowohl positive (V+) als auch negative (V-) Spannungen werden von dem Hall-Element ICl an eine integrierte Treiberschaltung IC2 abgegeben. Die zwei Wellenformen der Spannung können durch die integrierte Treiberschaltung IC2 geformt werden, indem sie mit einer inneren Spannung verglichen werden, um die in Figur 2A gezeigte Wellenform zu erhalten. Diese Wellenform steuert die Halbleiterschalter Al und A2, um die in den Figuren 2B und 2C gezeigten Wellenformen zu erhalten. Die Motorwicklungen Ll, L2, L3 und IA werden durch den Wellenausgang aus den Halbleiterschaltem Al, A2 gesteuert, um in Übereinstimmung mit der magnetischen Kupplung mit dem Magneten zu kommutieren. Der Kondensator Cl liefert an die integrierte Treiberschaltung IC2 eine Spannung, so daß der Motor aus einem völlig bewegungslosen Zustand des Gebläses wieder zu laufen beginnt. Daraus ergibt sich, daß das aus ICl und IC2 zusammengesetzte Treibersystem das Gebläse antreiben kann und ein zeitabhängiges Impulssignal abgibt.

IC3 hat drei innere Operationsverstärker IC31, IC32, IC33. Die Operationsverstärker IC31 mit den Widerständen R4, R5, R6, R7, R8, R9, RIO und einem thermischen Sensor Rth bilden in Kombination eine Steuerschaltung für die Abhängigkeit der Kurve der Geschwindigkeit gegenüber der Temperatur des Gebläses, dessen Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der thermischen Steuerung variabel ist. Da der Widerstandswert des thermischen Sensors Rth sich mit der Temperatur ändert, wird auch die Spannung Vth, die von dem Widerstand des Sensors Rth und dem Widerstand R4 abhängig ist, mit der Temperatur geändert. Die Spannung Vth und die Referenzspannung Vref, die durch den von den Widerständen R9 und RIO gebildeten Spannungsteiler kontrolliert wird, werden

in den Operationsverstärker IC31 eingegeben, um eine variable Spannung Vo zu erhalten, die den Kollektorstrom des Transistors TRl entsprechend ändert, wodurch die Geschwindigkeit des Gebläses geändert wird. Somit wird eine thermische Steuerung der variablen Geschwindigkeit erreicht.

Nichtsdestoweniger sind die Wellenformen, die von der integrierten Treiberschaltung IC2 an die Wicklungen Ll, L2, L3 und L4 abgegeben werden, rechteckförmig, wie dies in den Figuren 2B und 2C gezeigt ist. Außerdem sind die ausgehenden Wellenformen des Transistors TR2 immer noch rechteckförmig, obwohl die Änderung in der Ausgangsspannung Vb durch den Operationsverstärker IC31 in Abhängigkeit von einer Änderung der Umgebungstemperatur eine Änderung in dem Leitungsstrom in dem Transistor TR2 bewirkt. Daher nimmt die Rotationsgeschwindigkeit des Gebläses infolge der an die Windungen Ll, L2, L3 undL4 abgegebenen rechteckförmigen Wellenformen plötzlich zu oder ab. Daraus ergibt sich, daß das Gebläse flattert und somit eine verkürzte Lebensdauer hat.

Ein anderer herkömmlicher Gebläsemotor ist in den Figuren 3 und 4 der Zeichnung gezeigt, die den Figuren 2 und 3 des US-Patentes 5 942 866 entsprechen, das am 24. August 1999 an Hsieh ausgegeben wurde. Figur 3 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Steuerschaltung. Figur 4 zeigt das von einer Schalteinrichtung der Steuerschaltung ausgegebene Spannungssignal. Wie in Figur 3 veranschaulicht, hat eine Steuerschaltung 10 für ein Gebläse mit einem bürstenlosen Gleichstrommotor eine Gleichrichterschaltung 20, einen Komparator 21 und eine Schalteinrichtung 22. Die Gleichrichterschaltung 20 empfängt ein kontinuierliches Rechteckwellensignal von dem Gebläse 23, das die Rotationsgeschwindigkeit des Gebläses 23 anzeigt, und schickt dann ein gleichgerichtetes und gefiltertes Gleichspannungssignal Vl an den invertierten Eingangsanschluß des Komparators 20. Der nicht-invertierte Eingangsanschluß des Komparators 21 ist an ein Referenzspannungssignal Vref angeschlossen, das zum Einstellen der

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Rotationsgeschwindigkeit des Gebläses 23 verwendet wird, und der Ausgangsanschluß des Komparators 21 ist mit der Schalteinrichtung 22 verbunden. Die Schalteinrichtung kann ein Transistor oder eine äquivalente elektronische Schaltung sein, die in Reihe zwischen einer Quellenspannung Vcc und dem Quellenanschluß des Gebläses 23 liegt. Die Operation der Schalteinrichtung 22 hängt von dem verglichenen Resultat des gleichgerichteten Gleichspannungssignals Vl, das von der Gleichrichterschaltung 21 abgegeben wird, und des Referenzspannungssignals Vref ab.

Wenn das von der Gleichrichterschaltung 21 abgegebene Gleichspannungssignal Vl niedriger ist als das Referenzspannungssignal Vref, d.h. die Rotationsgeschwindigkeit des Gebläses 23 kleiner als sein eingestellter Wert ist, gibt der Komparator 21 an die Schalteinrichtung 22 einen hohen logischen Wert ab. Dann wird die Schalteinrichtung geschlossen und das Gebläse 23 eingeschaltet. Somit wird die Rotationsgeschwindigkeit des Gebläses 23 erhöht werden.

Im Gegensatz hierzu gibt der Komparator 21 einen niedrigen logischen Wert an die Schalteinrichtung 22 ab, wenn das von der Gleichrichterschaltung 20 abgegebene Gleichspannungssignal höher als das Referenzspannungssignal Vref ist, d.h. die Rotationsgeschwindigkeit des Gebläses 23 größer als sein eingestellter Wert ist. Dann wird die Schalteinrichtung 22 geöffnet und das Gebläse 23 abgeschaltet. Somit wird die Rotationsgeschwindigkeit des Gebläses 23 gesenkt werden.

Im Gebrauch wird die Schalteinrichtung 22 wiederholt geschlossen und geöffnet, wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Gebläses variiert, so daß das Gebläse intermittierend eingeschaltet wird, wodurch die Rotationsgeschwindigkeit des Gebläses gesteuert und auf einen konstanten Wert gehalten werden kann. Wie in Figur 4 veranschaulicht ist das Ausgangssignal der Schalteinrichtung 22 eine intermittierend geöffnete und geschlossene Rechteckwelle, wobei die Periode (Einschaltzeit), während der die Schalteinrichtung 22

geschlossen ist, und die Periode (Ausschaltzeit), während der die Schalteinrichtung 22 geöffnet ist, zwecks Steuerung der Rotationsgeschwindigkeit des Gebläses 23 moduliert werden.

Nichtsdestoweniger ist die ausgehende Wellenform eine intermittierend geöffnete und geschlossene Rechteckwellenform und wird die Rotationsgeschwindigkeit des Gebläses 23 plötzlich angehoben oder abgesenkt in Abhängigkeit vom Öffnen oder Schließen der Rechteckwellenform bzw. der Schalteinrichtung 22. Daraus ergibt sich, daß das Gebläse flattert und somit eine verkürzte Lebensdauer hat.

Angesichts der obigen Nachteile wird mit der vorliegenden Erfindung ein Gebläsemotor mit einer thermisch gesteuerten variablen Geschwindigkeit geschaffen, bei dem ein detektiertes Geschwindigkeitssignal durch eine Gleichrichterschaltung in eine Spannung umgewandelt wird, die durch einen Differentialverstärker mit einer Spannung verglichen wird, die sich als ein Resultat einer von einem Temperatursensor detektierten Temperaturänderung ergibt. Der Differentialverstärker gibt eine Treiberspannung mit glatten Wellenformen für den Antrieb des Gebläses ab. Die Geschwindigkeit des Gebläses nimmt linear zu oder ab, um eine plötzliche Zunahme oder Abnahme der Geschwindigkeit zu vermeiden, wodurch die Lebensdauer des Gebläses verlängert wird.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen anhand der beiliegenden Zeichnung. In der Zeichnung stellen dar:

Figur 1 ein Schaltdiagramm einer herkömmlichen Steuereinrichtung für das

Gebläse,

Figur 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung der ausgehenden Wellenformen

für den Treiber IC der Schaltung in Figur 1,

Figur 3 ein schematisches Blockdiagramm einer anderen herkömmlichen Steuerschaltung,

Figur 4 das von einer Schalteinrichtung der Steuerschaltung in Figur 3 abgegebene Spannungssignal,

Figur 5 ein Diagramm einer Schaltung für einen Gebläsemotor in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, und

Figur 6 ein schematisches Diagramm der Geschwindigkeit des Gebläses in

Abhängigkeit von der Temperatur.

Eine bevorzugte Ausruhrungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird nunmehr anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben.

Wie in Figur 5 gezeigt hat der Gebläsemotor mit thermisch gesteuerter variabler Geschwindigkeit in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung im allgemeinen eine Gleichrichterschaltung 60, einen Differentialverstärker 70 und eine Temperatursensor-Schaltung 80. Die Gleichrichterschaltung 60 ist zwischen einem negativen Anschluß des Differentialverstärkers 70 und einem die Geschwindigkeit erfassenden Ende eines Gebläses 90 geschaltet. Die Gleichrichterschaltung 60 hat einen Operationsverstärker OPl, zwei Widerstände Rl und R2, eine Diode Dl und einen Filterkondensator C. Die Gleichrichterschaltung 60 wandelt das von dem Gebläse 90 detektierte Geschwindigkeitssignal nach Gleichrichtung und Filterung in eine Spannung um. Die Spannung wird nach Durchlauf durch einen Widerstand R3 an den negativen Anschluß des Differentialverstärkers 70 abgegeben. Der positive Anschluß des

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Differentialverstärkers 70 (&Ogr;&Rgr;2) ist in Reihe mit der Temperatursensor-Schaltung 80 geschaltet.

Die Temperatursensor-Schaltung 80 hat einen Temperatursensor 81 und zwei Widerstände R5 und R6. Der Temperatursensor 81 ist vorzugsweise ein Thermistor Rx. Eine Stromquelle Vcc ist elektrisch mit dem Temperatursensor 81 verbunden und dann mit dem Widerstand R5 in Reihe und parallel zum Widerstand R6 geschaltet, bevor sie an dem positiven Anschluß des Differentialverstärkers 70 anliegt. Nach dem Vergleich der Spannung an dem positiven Anschluß mit der Spannung an dem negativen Anschluß gibt der Differentialverstärker 70 eine Treiberspannung Vf ab, die an das Gebläse 90 zum Antrieb des Gebläses 90 gelangt.

Wenn die Umgebungstemperatur zunimmt, verringert sich der Widerstand des Temperatursensors 81. Zu dieser Zeit erhöht sich die Spannung an dem positiven Anschluß des Differentialverstärkers 70 graduell, und die Spannung (des detektierten Geschwindigkeitssignals) am negativen Anschluß des Differentialverstärkers 70 nimmt ab. Somit erhöht sich die an das Gebläse 90 abgegebene Treiberspannung Vf graduell, um auf diese Weise die Geschwindigkeit des Gebläses 90 graduell zu erhöhen.

Wenn die Umgebungstemperatur abnimmt, erhöht sich der Widerstand des Temperatursensors 81. Zu dieser Zeit nimmt die Spannung an dem positiven Anschluß des Differentialverstärkers 70 graduell ab, und die Spannung (des detektierten Geschwindigkeitssignals) an den negativen Anschluß des Differentialverstärkers 70 nimmt zu. Somit nimmt die an das Gebläse 90 abgegebene Treiberspannung Vf graduell ab, um auf diese Weise die Geschwindigkeit des Gebläses 90 graduell zu erniedrigen.

Wie in Figur 6 gezeigt, ist eine Änderung der an das Gebläse 90 in Abhängigkeit einer von dem Temperatursensor 81 erfaßten Temperaturänderung abgegebenen

Treiberspannung Vf mit einer Geschwindigkeitsänderung des Gebläses 90 verbunden. Somit ist die Geschwindigkeit des Gebläses 90 proportional zu der Umgebungstemperatur und der abgegebenen Treiberspannung Vf. Die Kurven der Umgebungstemperatur und der Gebläsegeschwindigkeit sind glatt und linear. Daher nimmt die Geschwindigkeit des Gebläses graduell zu oder ab, so daß eine plötzliche Änderung der Gebläsegeschwindigkeit vermieden wird. Somit wird die Lebensdauer des Gebläses 90 verlängert.

Die Treiberspannung für die in den US-Patenten 5 197 858 und 5 942 866 gezeigten Gebläse hat rechteckförmige Wellenformen, so daß die Geschwindigkeit des Gebläses plötzlich zu- oder abnimmt. Das Gebläse flattert infolge der plötzlichen Geschwindigkeitsänderung, und die Lebensdauer des Gebläses wird verkürzt. Im Gegensatz hierzu nimmt die Geschwindigkeit des Gebläses gemäß der vorliegenden Erfindung graduell zu oder ab. Das liegt daran, weil die Stromquelle Vcc nach dem Durchlauf durch die Temperatursensor-Schaltung 80 und den Differentialverstärker eine Treiberspannung Vf abgibt, die linear ist und sich gleichförmig ändert. Die Geschwindigkeit des Gebläses ändert sich gleichförmig, ohne zu schwanken.

Zwar ist die Erfindung an ihrer bevorzugten Ausführungsform, wie oben angegeben, erläutert worden, jedoch versteht es sich, daß zahlreiche Modifikationen und Variationen durchgeführt werden können, ohne den der Erfindung zugrundeliegenden Gedanken zu verlassen. Diese Modifikationen und Variationen sollen durch die anhängigen Ansprüche abgedeckt werden.

Claims

1. Gebläsemotor mit thermisch gesteuerter variabler Geschwindigkeit, bei dem folgende Bauteile vorgesehen sind:
ein Gebläse (90), das ein Geschwindigkeitssignal abgibt, das in eine Spannung umgewandelt wird;
eine Temperatursensor-Schaltung (ß0), die in Reihe mit einer Stromquelle geschaltet ist und einen Temperatursensor (81) aufweist, der einen Widerstand hat, der sich in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur ändert; und
ein zwischen dem Gebläse (90) und der Temperatursensor-Schaltung (80) geschalteter Differentialverstärker (70) mit einem positiven Anschluß, an dem die Spannungsquelle anliegt, und einem negativen Anschluß, an dem die von dem Geschwindigkeitssignal umgewandelte Spannung anliegt, wobei der Differentialverstärker (70) die von der Spannungsquelle an den positiven Anschluß abgegebene Spannung und die von dem Geschwindigkeitssignal umgewandelte und an den negativen Anschluß abgegebene Spannung vergleicht und dann eine Treiberspannung zum Antrieb des Gebläses (90) abgibt;
wobei der Spannungswert der Stromquelle sich in Abhängigkeit von der von der Temperatursensor-Schaltung (80) detektierten Temperaturänderung ändert, so daß sich die an den positiven Anschluß des Differentialverstärkers (70) abgegebene Spannung ändert;
wobei ferner, wenn die Umgebungstemperatur ansteigt, der Widerstand des Temperatursensors (81) abnimmt, die Spannung an dem positiven Anschluß des Differentialverstärkers (70) graduell zunimmt und die Spannung an dem negativen Anschluß des Differentialverstärkers (70) abnimmt, die an das Gebläse (90) abgegebene Treiberspannung graduell zunimmt, so daß sich die Geschwindigkeit des Gebläses (90) graduell erhöht; und
wobei, wenn die Umgebungstemperatur abnimmt, sich der Widerstand des Temperatursensors (81) erhöht, die Spannung an dem positiven Anschluß des Differentialverstärkers (70) graduell abnimmt und die Spannung an dem negativen Anschluß des Differentialverstärkers (70) zunimmt, die an das Gebläse (90) abgegebene Treiberspannung graduell abnimmt, so daß die Geschwindigkeit des Gebläses (90) graduell abnimmt, und die von dem Differentialverstärker (70) abgegebene Treiberspannung glatte lineare Wellenformen hat.

2. Gebläsemotor mit thermisch gesteuerter variabler Geschwindigkeit nach Anspruch 1, wobei ferner eine zwischen dem negativen Anschluß des Differentialverstärkers (70) und dem die Geschwindigkeit erfassenden Ende des Gebläses eine Gleichrichterschaltung (60) vorgesehen ist, die einen Operationsverstärker (OP1), einen Kondensator (10), zwei Widerstände (R1 und R2) und eine Diode (D) aufweist und das von dem die Geschwindigkeit erfassenden Ende des Gebläses stammende Signal in die Spannung umwandelt, die an den negativen Anschluß des Differentialverstärkers (70) abgegeben wird.

3. Gebläsemotor mit thermisch gesteuerter variabler Geschwindigkeit nach Anspruch 1, wobei die Temperatursensor-Schaltung (80) einen Temperatursensor (81) und zwei Widerstände aufweist und der Temperatursensor (81) einen Widerstand hat, der sich in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur ändert.