DE20103217U1

DE20103217U1 - Gebläsemotor mit Frequenzsteuerung zum Erhalt einer konstanten Geschwindigkeit

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Publication number: DE20103217U1
Application number: DE20103217U
Authority: DE
Original assignee: Sunonwealth Electric Machine Industry Co Ltd
Current assignee: Sunonwealth Electric Machine Industry Co Ltd
Priority date: 2001-02-23
Filing date: 2001-02-23
Publication date: 2001-05-17
Anticipated expiration: 2011-02-24

Description

B/41.942/40-RL

Sunonwealth Electric Machine Industry Co.. Ltd.

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

Gebläsemotor mit Frequenzsteuerung zum Erhalt einer konstanten Geschwindigkeit

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gebläsemotor mit Frequenzsteuerung zum Erhalt einer konstanten Geschwindigkeit, und insbesondere einen Gebläsemotor, der die Signalfrequenz eines eingehenden Impulses mit der Frequenz eines von einem Gebläse detektierten Signals vergleicht und dann die Ausgangsspannung mit Hilfe einer integrierten Differentialschaltung und eines Differentialverstärkers ändert, so daß die an das Gebläse abgegebene Ausgangsspannung eine glatte Wellenform hat, wodurch Strom eingespart wird und das Gebläse präzise auf einer konstanten Geschwindigkeit gehalten wird. Aufgrund dessen wird die Lebensdauer des Gebläses verlängert.

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 Magnetfeldes zwischen der Wicklung 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 L4 werden durch den Wellenausgang aus den Halbleiterschaltern 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 Änderungen in der Ausgangsspannung Vb durch den Operationsverstärker IC31 in Abhängigkeit von einer Änderung der Umgebungstemperatur eine Änderung in dem Leistungsstrom in dem Transistor TR2 bewirkt. Daher nimmt die Rotationsgeschwindigkeit des Gebläses infolge der an die Windungen Ll, L2, L3 und L4 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 (Vergleicher) 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 Rotationsgeschwindigkeit des Gebläses 23 verwendet wird, und der Ausgangsanschluß des Komparators 21 ist mit der Schalteinrichtung 22 verbunden. Die Schalteinrichtung 22 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 Gleichspannungs signal Vl niedriger ist als das Referenzspannungssignal Vref, d.h. die Rotationsgeschwindigkeit des Gebläses 23 kleiner als ein 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 geöffnet4 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 i Figur 4 veranschaulicht, ist das Ausgangssignal der Schalteinrichtung 22 eine intermittierend geöffnete und geschlossene

Rechteckwelle, wobei die Periode (Einschaltzeit), während der die Schalteinrichtung 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 geschaffen, der die Signalfrequenz eines eingehenden Impulses mit der Frequenz eines von einem Gebläse detektierten Signals vergleicht und dann unter Verwendung einer integrierten Differentialschaltung und eines Differentialverstärkers die Differenz zwischen den zwei Frequenzen berechnet. Die Differenz wird in ein Spannungssignal umgewandelt, das dann zu einer vorgegebenen Spannung addiert oder von ihr subtrahiert wird. Die sich ergebende Spannung wird an das Spannungseingangsende des Gebläses angeschlossen, um auf diese Weise die Eingangsspannung für das Gebläse zu ändern. Daher wird die Geschwindigkeit des Gebläses graduell erhöht oder gesenkt, um eine plötzliche Änderung der Gebläsegeschwindigkeit zu vermeiden. Die Lebensdauer des Gebläses wird verlängert, und die Geschwindigkeit des Gebläses wird auf einem konstanten Wert gehalten.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher in erster Linie die Aufgabe zugrunde, einen Gebläsemotor zu schaffen, der die Signalfrequenz eines eingehenden Impulses mit der Frequenz eines von dem Gebläse detektierten Signals vergleicht und dann eine Ausgangsspannung mit Hilfe einer integrierten Differentialschaltung und eines Differentialverstärkers ändert, so daß die an das Gebläse abgegebene Ausgangsspannung

eine glatte Wellenform hat. Strom wird eingespart, und das Gebläse wird präzise auf einer konstanten Geschwindigkeit während seines Betriebs gehalten. Daher wird die Lebensdauer des Gebläses verlängert.

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

Figur 1 ein Schaltdiagramm einer herkömmlichen Steuereinrichtung für ein

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

Figuren 6A, 6B und 6C schematische Ansichten zur jeweiligen Veranschaulichung der Wellenformen eines eingehenden Impulses, eines Gebläsegeschwindigkeitssignals und einer Treiberspannung des Gebläsemotors in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.

Eine bevorzugte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben.

Wie in Figur 5 gezeigt, hat ein Gebläsemotor gemäß der vorliegenden Erfindung im allgemeinen einen Frequenz-Komparator (Vergleicher) 50, eine integrierte Differentialschaltung 60 und einen Differentialverstärker 70 (OP2). Der Frequenzkomparator 50 hat einen ersten Flip-Flop 51, einen zweiten Flip-Flop 52 und ein Umkehr-UND-Gatter 53. Ein externer Impuls (sh. Impuls in Figur 5) wird in den ersten Flip-Flop 51 des Frequenzkomparators 50 eingegeben, und ein von einer Treiberschaltung für ein Gebläse 80 detektiertes Geschwindigkeitssignal FG wird an den zweiten Flip-Flop 52 des Frequenzkomparators 50 abgegeben. Nach Erhalt der beiden Signalfrequenzen gibt jeder Flip-Flop 51 und 52 ein Frequenz signal an die integrierte DifFerentialschaltung 60 ab.

Die integrierte Differentialschaltung 60 hat einen ersten Widerstand Rl, einen zweiten Widerstand R2, einen Kondensator Cl und einen Spannungs-Komparator OPl. Die detektierte Frequenz wird in ein Spannungssignal umgewandelt, das dann an einen negativen Anschluß des Differentialverstärkers 70 abgegeben wird. Eine Teilspannung einer Stromquelle Vcc wird an einen positiven Anschluß des Differentialverstärkers 70 abgegeben. Der Differentialverstärker 70 berechnet die Summe zwischen dem Spannungswert an dem negativen Anschluß und dem Spannungswert an dem positiven Anschluß, um eine Eingangsspannung Vf (Treiberspannung) für ein Eingangsende des Gebläses 80 zu erhalten. Die Spannung Vf, die an das Eingangsende des Gebläses abgegeben wird, kann nämlich gemäß dem von dem Gebläse 80 erfaßten Operationssignal variiert werden, wodurch das Gebläse 80 auf einer konstanten Geschwindigkeit gehalten wird.

Somit wird in der vorliegenden Erfindung eine Signalfrequenz eines Eingangsimpulses mit der Frequenz eines von dem Gebläse detektierten Signals zur Steuerung der Geschwindigkeit des Gebläses 80 verglichen. Außerdem wird die Gebläsegeschwindigkeit graduell derart erhöht oder erniedrigt, daß das Gebläse beim Wechsel seiner Geschwindigkeit ruhig läuft, wodurch die Lebensdauer des Gebläses verlängert wird.

Wie in den Figuren 5 und 6 gezeigt ist die an den negativen Anschluß der integrierten Differentialschaltung 60 abgegebene Frequenz größer als die an den positiven Anschluß der integrierten Differentialschaltung 60 eingegebene Frequenz, wenn die Frequenz eines externen Impulssteuersignals größer als die Frequenz des von dem Gebläse 80 detektierten Signals ist, also wenn das Gebläse nach dem Vergleich der zwei Signalfrequenzen durch den Frequenzkomparator 50 mit einer niedrigeren Geschwindigkeit läuft. Deswegen wird die integrierte Differentialschaltung 60 eine niedrige Spannung an den negativen Anschluß des Differentialverstärkers 70 abgeben. Die Differenz zwischen der niedrigen Spannung am negativen Anschluß des Differentialverstärkers 70 und einer Teilspannung der Stromquelle Ycc an dem positiven Anschluß des Differentialverstärkers 70 wird berechnet, um eine Spannung Vf abzugeben, die linear und gleichförmig ansteigt, wie dies auf den linken Seiten der Figuren 6A, 6B und 6C gezeigt ist.

Wenn die Frequenz des externen Impulssteuersignals kleiner als die Frequenz des von dem Gebläse 80 detektierten Signals ist, also wenn das Gebläse nach dem Vergleich der zwei Signalfrequenzen durch den Frequenzkomparator 50 mit einer höheren Geschwindigkeit läuft, ist die am positiven Anschluß der integrierten Differentialschaltung 60 eingegebene Frequenz größer als die am negativen Anschluß der integrierten Differentialschaltung 60 eingegebene Frequenz. Deswegen wird die integrierte Differentialschaltung 60 eine hohe Spannung an den negativen Anschluß des

Differentialverstärkers 70 abgeben. Die Differenz zwischen der niedrigen Spannung am negativen Anschluß des Differentialverstärkers 70 und einer Teilspannung der Stormquelle Vcc am positiven Anschluß des Differentialverstärkers 70 wird berechnet, um eine Spannung Vf abzugeben, die linear und gleichförmig abnimmt, wie dies auf den rechten Seiten der Figuren 6A, 6B und 6C gezeigt ist.

Daher nimmt die an das Gebläse 80 abgegebene Spannung Vf, unabhängig davon, ob das Gebläse mit einer hohen oder einer niedrigen Geschwindigkeit läuft, graduell und linear zu oder ab, so daß die Gebläsegeschwindigkeit graduell zu- oder abnimmt. Außerdem wird das Gebläse 80 auf einer konstanten Geschwindigkeit gehalten.

Folglich hat ein Gebläsemotor mit variabler Frequenz zum Steuern einer konstanten Geschwindigkeit in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung einen Frequenzkomparator, eine integrierte Differentialschaltung und einen Differentialverstärker. Der Frequenzkomparator berechnet eine Frequenzdifferenz zwischen einer Frequenz eines eingegebenen externen Impulssignals und einer Frequenz eines von dem Gebläse detektierten Geschwindigkeitssignals. Die integrierte Differentialschaltung wandelt die Frequenzdifferenz in ein Spannungssignal um, das an dem negativen Anschluß des Differentialverstärkers eingegeben wird. Eine vorgegebene Spannung wird an dem positiven Anschluß des Differentialverstärkers angelegt. Ein Spannungswert am negativen Anschluß des Differentialverstärkers wird mit einem Spannungswert am positiven Anschluß des Differentialverstärkers verglichen, um auf diese Weise die an das Eingangsende des Gebläses abgegebene Spannung zu ändern. Die an das Gebläse abgegebene Spannung Vf hat eine glatte, lineare Wellenform, um Strom zu sparen und das Gebläse auf einer konstanten Geschwindigkeit präzise zu halten, wodurch die Lebensdauer des Gebläses verlängert wird.

• · • ·

Obwohl die Erfindung anhand ihrer bevorzugten Ausfuhrungsform, wie oben angegeben, erläutert worden ist, versteht es sich, daß zahlreiche Modifikationen und Variationen durchgeführt werden können, ohne den der Erfindung zugrundeliegenden Gedanken zu verlassen. Die anhängigen Ansprüche sollen daher derartige Modifikationen und Variationen abdecken.

Claims

1. Gebläsemotor mit variabler Frequenz zum Erhalt einer konstanten Geschwindigkeit, bei dem der Gebläsemotor ein Gebläse (80), einen Impulssignaleingang, einen Frequenzkomparator (50), eine integrierte Differentialschaltung (60) und einen Differentialverstärker (70) aufweist, wobei der Frequenzkomparator (50) eine Frequenzdifferenz zwischen der Frequenz am Impulssignaleingang und der Frequenz eines von dem Gebläse detektierten Geschwindigkeitssignals berechnet, die integrierte Differntialschaltung (60) die Frequenzdifferenz in ein Spannungssignal umwandelt, das am negativen Anschluß des Differentialverstärkers (70) eingegeben wird, die vorgegebene Spannung an den positiven Anschluß des Differentialverstärkers (70) angelegt wird und einen Spannungswert am negativen Anschluß des Differentialverstärkers (70) mit einem Spannungswert am positiven Anschluß des Differentialverstärkers (70) verglichen wird, um auf diese Weise die an ein Eingangsende des Gebläses abgegebene Spannung zu ändern.

2. Gebläsemotor mit variabler Frequenz zum Erhalt einer konstanten Geschwindigkeit gemäß Anspruch 1, wobei der Frequenzkomparator (50) zwei Flip-Flops (51, 52) und ein Umkehr-UND-Gatter (53) aufweist.

3. Gebläsemotor mit variabler Frequenz zum Erhalt einer konstanten Geschwindigkeit gemäß Anspruch 1, wobei die integrierte Differentialschaltung (60) zwei Widerstände (R1 und R2), einen Kondensator (C1) und einen Komparator (OP1) aufweist.

4. Gebläsemotor mit variablere Frequenz zum Erhalt einer konstanten Geschwindigkeit gemäß Anspruch 1, wobei die Frequenz am Impulssignaleingang die Geschwindigkeit des Gebläses (80) steuern kann.

5. Gebläsemotor mit variabler Frequenz zum Erhalt einer konstanten Geschwindigkeit gemäß Anspruch 1, wobei die von dem Differentialverstärker (70) abgegebene Spannung eine glatte, lineare Wellenform hat.