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Die Erfindung betrifft einen Lüfter mit einem elektronisch kommutierten Gleichstrommotor zum Antrieb desselben.
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Ein derartiger Lüfter kann zum Anschluss an ein Solarmodul vorgesehen sein und somit die Realisierung einer umweltfreundlichen und vom öffentlichen Stromnetz unabhängigen Belüftungsapplikation ermöglichen. Diese kann z. B. bei großen Außentemperaturen zur Belüftung von Dachstühlen Anwendung finden. Zum Antrieb des Lüfters wird hierbei in der Regel ein als einphasiger Motor mit Reluktanzhilfsmoment ausgebildeter, bürstenloser Gleichstrommotor verwendet, der zum Anschuss an ein zugeordnetes Solarmodul ausgebildet ist.
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Ein derartiger bürstenloser Gleichstrommotor hat keine konstante, sondern eine wellenförmige Stromaufnahme, welche bei der Kommutierung jeweils unterbrochen ist. Somit belastet der Gleichstrommotor auch das zugeordnete Solarmodul nicht konstant, so dass dessen Klemmenspannung im Betrieb ebenfalls nicht konstant ist. Hierbei ist die Klemmenspannung eine Funktion eines von dem Solarmodul erzeugten Stroms, welcher wiederum von der Auslegung bzw. Charakteristik des Solarmoduls abhängt. Falls das Solarmodul bei kleinen Beleuchtungsstärken von z. B. 0,2 Ix oder weniger lediglich einen kleinen Strom erzeugen kann, kann die von dem Solarmodul gelieferte Spannung schon bei leichter Belastung stark einbrechen, wie nachfolgend bei 6 und 7 beschrieben wird.
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6 zeigt beispielhafte Messdiagramme 600 von Klemmenspannungen 610 bzw. 640 eines Solarmoduls, welches an einen als einphasiger Motor mit Reluktanzhilfsmoment ausgebildeten, elektronisch kommutierten Gleichstrommotor zum Antrieb eines Lüfters 102 angeschlossen ist und z. B. bei einer vergleichsweise geringen Beleuchtungsstärke von etwa 0,2 Ix beim Anlaufen des Gleichstrommotors betrieben wird. Das Solarmodul hat hier eine Leerlaufspannung von etwa 15 V, welche mit einem Bezugszeichen 615 gekennzeichnet ist. Die Klemmenspannungen U 610 bzw. 640 sind jeweils als Funktionen der Zeit t abgebildet, wobei die Klemmenspannung 640 im Vergleich zur Klemmenspannung 610 zur Verdeutlichung mit vergrößertem Maßstab gezeigt ist.
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Die Klemmenspannung 610 bricht beim Anlauf des Gleichstrommotors bzw. des Lüfters auf einen mit 612 gezeigten Spannungswert von etwa 2 V ein und steigt in dem abgebildeten Zeitraum auf einen mit 614 gekennzeichneten Spannungswert von etwa 3,8 V an. Bei Kommutierungspausen steigt die Klemmenspannung 610 jeweils auf die Leerlaufspannung 615 des Solarmoduls an, woraus sich Spannungsspitzen ergeben. Vier derartige Spannungsspitzen sind mit den Bezugszeichen 622, 624, 626, 628 gekennzeichnet. Zur Glättung dieser Spannungsspitzen kann das Solarmodul mit einem Kondensator 117 verschaltet werden, z. B. mit einem 100 µF Kondensator. Dies führt ausgehend von der Klemmenspannung 610 zu einem Spannungsverlauf ohne die Spannungsspitzen, welcher in 6 als Klemmenspannung 640 gezeigt ist.
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In 7 ist beispielhaft ein Messdiagramm 700 einer geglätteten Klemmenspannung 710 gezeigt. Diese entspricht der Klemmenspannung 640 von 6, welche über einen größeren Zeitraum dargestellt ist.
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6 und 7 zeigen, dass die Klemmenspannung des Solarmoduls beim Anlaufen des Gleichstrommotors und somit des Lüfters bei einer vergleichsweise geringen Beleuchtungsstärke von etwa 0,2 Ix unabhängig von der Verwendung des Kondensators 117 jeweils auf etwa 2 V einbricht. Zum sicheren Betrieb einer dem Motor 150 zugeordneten Motorelektronik 130 ist jedoch eine Betriebsspannung von mindestens 6 V erforderlich, sodass ein sicheres Anlaufen des Gleichstrommotors 150 unter Verwendung des Solarmoduls 110 bei geringen Beleuchtungsstärken nicht gewährleistet werden kann.
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen neuen Lüfter zum Anschluss an ein Solarmodul bereit zu stellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Lüfter gemäß Anspruch 1. Hierbei wird die Stromaufnahme des Gleichstrommotors beim Anlauf begrenzt. Somit kann auf einfache und kastengünstige Weise ein Einbrechen einer vom Solarmodul bereitgestellten Betriebsspannung insbesondere beim Anlaufen des Motors sicher und zuverlässig verhindert werden.
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Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen. Es zeigt:
- 1 eine schematische Ansicht der Schaltung 100 eines Lüfters 102 mit einem Solarmodul 115 und einem Vorschaltwiderstand 140 gemäß einer Ausführungsform;
- 2 beispielhafte Messdiagramme der Drehzahl n des Lüfters von 1 sowie einer Klemmenspannung U des Solarmoduls 115 von 1 im Betrieb des Lüfters von 1;
- 3 beispielhafte Messdiagramme der Motordrehzahl n des Lüfters sowie der Klemmenspannung U des Solarmoduls 115 von 1 im Betrieb des Lüfters von 1, bei Überbrückung des Vorschaltwiderstands 140 von 1 nach Erreichen einer vorgegebenen Mindestmotordrehzahl n1;
- 4 ein beispielhaftes Messdiagramm zur Verdeutlichung von Arbeitspunkten des Solarmoduls 115 von 1;
- 5 eine beispielhafte Realisierung eines Lüfters 500 mit dem Solarmodul 115 und dem Vorschaltwiderstand 140 von 1;
- 6 beispielhafte Messdiagramme der Klemmenspannung U eines zum Anschluss an einen Lüfter vorgesehenen Solarmoduls;
- 7 ein weiteres beispielhaftes Messdiagramm der Klemmenspannung U eines zum Anschluss an einen Lüfter vorgesehenen Solarmoduls,
- 8 ein Schaltbild analog 1, und
- 9 Schaubilder zur Erläuterung von 8.
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Gleiche oder gleich wirkende Teile werden in den verschiedenen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und gewöhnlich nur einmal beschrieben.
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1 zeigt die Schaltung 100 eines Lüfters 100 mit einem von einem elektronisch kommutierten Gleichstrommotor 150 angetriebenen Lüfterrad 102 . Der Lüfter 100 ist zum Betrieb an einer Gleichspannungsquelle 110 vorgesehen, welche gemäß einer Ausführungsform mit mindestens einem Solarmodul 115 ausgebildet wird. Dieses erzeugt eine Gleichspannung U, welche an zugeordneten Anschlussklemmen 112, 114 dem Gleichstrommotor 150 als Betriebsspannung bereitgestellt wird. Da diese Klemmenspannung U wie oben bei 6 beschrieben Spannungsspitzen aufweisen kann, ist parallel zum Solarmodul 115 ein Kondensator 117 zur Glättung der Klemmenspannung U angeordnet. Dieser ist z. B. ein 100 µF Pufferkondensator, welcher an den Anschlussklemmen 112, 114 angeschlossen ist.
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Der Gleichstrommotor 150 hat illustrativ einen mit dem Lüfterrad 102 verbundenen, permanentmagnetischen Rotor 152, einen Leistungsteil 154, 158 zum Antrieb des Rotors 152, und eine Kommutierungssteuerung (COMMUT) 130 zur Steuerung der Kommutierung des Leistungsteils 154, 158 . Gemäß einer Ausführungsform hat das Leistungsteil 154, 158 einen Stator 154 mit einer Wicklungsanordnung 155, sowie eine Endstufe 158 . Die Wicklungsanordnung 155 hat beispielhaft einen einzelnen Statorstrang 156, jedoch eignet sich die Erfindung auch für mehrsträngige Motoren. Die Endstufe 158 wird beispielhaft mit einem als NPN-Transistor 159 ausgebildeten Halbleiterschalter realisiert und dient zur Steuerung eines in dem Statorstrang 156 fließenden Stroms.
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Der Statorstrang 156 ist einerseits mit der Anschlussklemme 114 des Solarmoduls 115 und andererseits mit dem Emitter des NPN-Transistors 159 verbunden, dessen Basis mit der Kommutierungssteuerung 130 verbunden ist. Diese erzeugt in Abhängigkeit von Rotorstellungssignalen rot_pos Kommutierungssignale commut für den NPN-Transistor 159, um im Betrieb des ECM 150 einen der Wicklungsanordnung 155 von der Gleichspannungsquelle 110 zugeführten Strom in Abhängigkeit von der Drehstellung des Rotors 152 zu steuern.
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Der Kollektor des Transistors 159 ist über ein Element 140 mit steuerbarem Widerstandswert mit der Kommutierungssteuerung 130 verbunden. Letztere ist derart mit dem Solarmodul 115 verschaltet, dass dessen Klemmenspannung U als Betriebsspannung an der Kommutierungssteuerung 130 anliegt.
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Das zwischen Kommutierungssteuerung 130 und Leistungsteil 154, 158 angeordnete Element 140 mit steuerbarem Widerstandswert, welches beispielhaft nach Art eines Vorschaltwiderstands ausgebildet ist, dient dazu, eine am ECM 150 insbesondere beim Anlaufen angelegte Spannung maximal auf eine Spannung zu reduzieren bzw. zu begrenzen, welche zum Anlaufen des ECM 150 erforderlich ist. Hierzu ist der im Betrieb des Lüfters wirksame Widerstandswert des Vorschaltwiderstands 140 gemäß einer Ausführungsform eine Funktion einer jeweiligen Drehzahl n des Rotors 152 bzw. des Gleichstrommotors 150 und hat beim Einschalten des Lüfters einen hohen Wert, welcher bei zunehmender Drehzahl abnimmt. Somit kann ein höherer Strom i zum Leistungsteil 154, 158 bei zunehmender Drehzahl fließen.
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Dem Vorschaltwiderstand 140 ist hier eine Überbrückungsanordnung 120, 145 zugeordnet, welche beispielhaft eine Überwachungselektronik (CTRL) 120 mit einem Mikrocontroller (µC) 122, sowie ein Schaltelement 145 aufweist. Das Schaltelement 145 ist über eine Steuerleitung 124 mit der Überwachungselektronik 120 verbunden, welche derart mit dem Solarmodul 115 verschaltet ist, dass dessen Klemmenspannung U als Betriebsspannung an der Überwachungselektronik 120 anliegt.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Überwachungselektronik 120 dazu ausgebildet, das Schaltelement 145 in Abhängigkeit von der z. B. mit dem Mikrocontroller 122 ausgewerteten Ist-Drehzahl n des ECM 150 zur Verkleinerung oder Vergrößerung des Widerstandswerts des Vorschaltwiderstands 140 über die Steuerleitung 124 anzusteuern. Hierbei wird der wirksame Widerstandswert des Vorschaltwiderstands 140 von der Überwachungselektronik 120z . B. beim Ansteigen der Ist-Drehzahl n über eine vorgegebene Mindestdrehzahl (n1 in 3) verkleinert und beim Absinken der Drehzahl n unter die Mindestdrehzahl (n1 in 3) vergrößert.
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Illustrativ ist das Schaltelement 145 nach Art eines Schalters ausgebildet, welcher parallel zum Element 140 angeordnet ist. Dieser Schalter 145 kann z. B. beim Ansteigen der Drehzahl n über die vorgegebene Mindestdrehzahl (n1 in 3) geschlossen werden, sodass das Element 140 überbrückt wird und dessen wirksamer Widerstandswert somit auf Null gesetzt wird.
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Ein Betrieb des Lüfters mit deaktivierter Überbrückungsanordnung 120, 145 wird nachfolgend bei 2 und ein Betrieb mit aktivierter Überbrückungsanordnung wird unten bei 3 beschrieben.
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2 zeigt illustrative Messdiagramme 200, welche einen Drehzahlverlauf 210 des ECM 150 von 1 und einen Spannungsverlauf 220 der Klemmenspannung U des Solarmoduls 115 beim Anlauf für den Fall zeigen, dass der Lüfter 100 ohne die Überbrückungsanordnung 120, 145 von 1 realisiert wird. Der Drehzahlverlauf 210 zeigt auf einer Ordinate 215 abgebildete Drehzahlwerte n über der auf der Abszisse 232 abgebildeten Zeit t. Der Spannungsverlauf 220 zeigt auf einer Ordinate 225 abgebildete Spannungswerte U über der auf einer Abszisse 234 abgebildeten Zeit t. Hierbei wird von einer geringen Beleuchtungsstärke des Solarmoduls 115 von etwa 0,2 Ix ausgegangen.
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Im Betrieb liegt beim Anlauf des ECM 150 zunächst die vom Solarmodul 115 erzeugte Klemmenspannung U an der Kommutierungssteuerung 130 an. Am Leistungsteil 154, 158 liegt eine geringere Spannung, da die Klemmenspannung U hier durch den Vorschaltwiderstand 140 reduziert wird, sodass insgesamt die am Solarmodul 115 anliegende Last verringert wird.
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Bei diesem Beispiel ist die geringere Spannung, welche am Leistungsteil 154, 158 anliegt, ausreichend, um von dem ECM 150 in Drehungen des Rotors 152 umgesetzt zu werden. Hierbei wird ein entsprechender Stromfluss durch den Statorstrang 156 durch die Kommutierungssignale commut von der Kommutierungssteuerung 130 gesteuert.
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Wie aus 2 ersichtlich, ergibt sich bereits im Anlauf-Augenblick des ECM 150 bei der vergleichsweise geringen Beleuchtungsstärke von 0,2 Ix eine mit 240 gekennzeichnete, beispielhafte Klemmenspannung U von mehr als 15 V. Da zum sicheren Anlaufen des Gleichstrommotors 150 wie oben beschrieben eine Mindestbetriebsspannung U von zumindest 6 V zum Betrieb der Kommutierungssteuerung 130 erforderlich ist, kann somit durch die Bereitstellung einer Klemmenspannung von mehr als 15 V ein sicheres Anlaufen gewährleistet werden.
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3 zeigt Messdiagramme 300, welche einen Drehzahlverlauf 310 des Gleichstrommotors 150 von 1 und einen Spannungsverlauf 320 der Klemmenspannung U des Solarmoduls 115 von 1 beim Anlaufen des Lüfters von 1 für den Fall zeigen, dass der Lüfter mit der Überbrückungsanordnung 120, 145 von 1 realisiert wird. Der Drehzahlverlauf 310 zeigt auf einer Ordinate 315 abgebildete Drehzahlwerte n über der auf einer Abszisse 332 abgebildeten Zeit t. Der Spannungsverlauf 320 zeigt auf einer Ordinate 325 abgebildete Spannungswerte U über der auf der Abszisse 334 abgebildeten Zeit t. Hierbei wird beispielhaft von einer geringen Beleuchtungsstärke des Solarmoduls 115 von 1 von etwa 0,2 Ix ausgegangen.
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Im Betrieb des Lüfters 100 mit der Überbrückungsanordnung 120, 145 liegt beim Anlaufen des Gleichstrommotors 150 zunächst die vom Solarmodul 115 erzeugte Klemmenspannung U an der Kommutierungssteuerung 130 an, während am Leistungsteil 154, 158 eine geringere Spannung anliegt, wie oben bei 2 beschrieben. Diese ist für den Gleichstrommotor 150 ausreichend, um in Drehungen des Rotors 152 umgesetzt zu werden, wobei der Stromfluss durch den Statorstrang 156 durch die Kommutierungssignale commut von der Kommutierungssteuerung 130 gesteuert wird.
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Wie aus 3 ersichtlich, ergibt sich bei diesem Beispiel bereits im Anlaufmoment des Gleichstrommotors 150 bei einer geringen Beleuchtungsstärke von z. B. 0,2 Ix eine mit 340 gekennzeichnete, beispielhafte Klemmenspannung U_B, welche ähnlich wie bei 2 mehr als 15 V beträgt. Bei Erreichen einer vorgegebenen Mindestdrehzahl n1 wird die Überbrückungsanordnung 120, 145 aktiv, wobei wie bei 1 beschrieben der Schalter 145 zum Überbrücken bzw. Kurzschließen des Vorschaltwiderstands 140 durch die Überwachungselektronik 120 geschlossen wird.
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Gemäß einer Ausführungsform wird die Mindestdrehzahl n1 derart vorgegeben, dass die Klemmenspannung U beim Überbrücken des Vorschaltwiderstands 140 nicht unter die Mindestbetriebsspannung von z. B. 6 V absinkt. Dies ist notwendig, da durch das Überbrücken bzw. Kurzschließen des Vorschaltwiderstands 140 auch am Leistungsteil 154, 158 die volle Klemmenspannung U_B anliegt, sodass insgesamt die am Solarmodul 115 anliegende Last vergrößert wird, wobei die Drehzahl des Gleichstrommotors 150 weiter ansteigt.
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Im vorliegenden Beispiel beträgt die Mindestdrehzahl n1 1000 U/min und wird beim Anlaufen des Gleichstrommotors 150 zu einem Zeitpunkt t1 erreicht. Die Klemmenspannung U sinkt beim Überbrücken zum Zeitpunkt t1 auf einen Wert U1, welcher hier etwa 7,5 V beträgt, und steigt dann bei steigender Motordrehzahl n wieder auf etwa 15 V.
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Gemäß einer Ausführungsform überwacht die Überwachungselektronik 120 oder deren Mikrocontroller 122 nicht nur die Drehzahl n des ECM 150, sondern auch die Klemmenspannung U des Solarmoduls 115 . Falls diese beim Überbrücken des Vorschaltwiderstands 140 oder generell im Betrieb des Lüfters unter die Mindestbetriebsspannung von 6 V fällt, kann die Überwachungselektronik 120 den Schalter 145 zur Entlastung des Solarmoduls 115 öffnen und den Vorschaltwiderstand 140 somit aktivieren bzw. reaktivieren, um einen sicheren Betrieb des Lüfters 100 wie oben beschrieben zu gewährleisten.
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4 zeigt beispielhafte Messdiagramme 400, welche Leistungsverläufe 410 des am Solarmodul 115 von 1 betriebenen Lüfters von 1 für verschiedene Beleuchtungsstärken zeigen. Die Leistungsverläufe 410 haben jeweils auf einer Ordinate 402 abgebildete Leistungswerte P als Funktion von zugeordneten, auf der Abszisse 404 abgebildeten Werten der Klemmenspannung U von 1 bis 3. Illustrativ ist ein für eine geringe Beleuchtungsstärke von etwa 0,2 Ix ermittelter Leistungsverlauf mit 415 gekennzeichnet.
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In willkürlich ausgewählten Leistungsverläufen 410 sind beispielhaft verschiedene Arbeitspunkte des Lüfters bzw. des ECM 150 von 1 abgebildet. Z. B. hat der Leistungsverlauf 415 einen Startpunkt 422, an dem eine Anlaufphase des Gleichstrommotors 150 gestartet wird. Dieser Startpunkt kennzeichnet eine Leistung, welche beispielhaft im Bereich eines mit 430 gekennzeichneten maximalen Leistungspunkts (MPP = maximum power point) des Solarmoduls 115 liegt. Dieser gibt die bei der Beleuchtungsstärke von 0,2 Ix maximal aus dem Solarmodul 115 entnehmbare Leistung an.
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Es wird darauf hingewiesen, dass der Vorschaltwiderstand 140 gemäß einer Ausführungsform dazu ausgebildet ist, einen Betrieb des Solarmoduls 115 bei geringen Beleuchtungsstärken, wie z. B. der Beleuchtungsstärke von 0,2 lx, zumindest zu Beginn der Anlaufphase im Bereich des MPP zu gewährleisten, wie beispielhaft aus dem Leistungsverlauf 415 ersichtlich, um einen schnellen Anlauf des Lüfters 100 zu ermöglichen. Dies kann gemäß einer Ausführungsform durch Verwendung eines sogenannten MPP-Trackers werter verbessert werden.
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Mit 424 ist eine Leistung gekennzeichnet, welche unmittelbar vor einem Überbrücken bzw. Kurzschließen des Vorschaltwiderstands 140 aus dem Solarmodul 115 entnommen wird und mit 426 eine Leistung, welche unmittelbar nach dem Überbrücken bzw. Kurzschließen daraus entnommen wird. Nach dem Überbrücken bzw. Kurzschließen des Widerstands 140 von 1 wird maximal nur noch eine mit 428 gekennzeichnete Leistung aus dem Solarmodul 115 entnommen.
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4 zeigt die Reihenfolge, die der Motor 150 beim Start durchläuft. Beim Punkt 1 startet der ECM 150 . Dadurch geht er zum Punkt 2, wo er z. B. mit etwa 1000 U/min rotiert. Dabei sinkt der Anlaufstrom, und die Spannung am Motor 150 steigt leicht an.
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Der Punkt 3 wird erreicht, nachdem der Widerstand 140 überbrückt wurde. Hier steigt der Strom i stark an, aber die vom Solarpanel 110 gelieferte Spannung U bricht auf unter 12 V ein.
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Dabei steigt die Drehzahl n des Motors 150, und dieser erreicht einen Arbeitspunkt 4, wie er bei dieser Sonneneinstrahlung und den übrigen Betriebsbedingungen erreichbar ist, wobei die dem Motor 150 zugeführte Leistung P etwa 2,5 W erreicht.
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Auf diese Weise wird bei diesem Beispiel sicher gestellt, dass der Motor 150 auch bei schwacher Sonneneinstrahlung S starten kann. Wenn sich der Motor 150 erst einmal dreht, setzt er seine Drehung gewöhnlich auch dann fort, wenn die Leistung des Solarpanels 110 kurzzeitig niedriger wird.
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5 zeigt einen Lüfter 500, als welcher der Lüfter 100 von 1 gemäß einer Ausführungsform realisiert werden kann. Der Lüfter 500 hat das von einem ECM 550 angetriebene Lüfterrad 102 und ist wie der Lüfter nach 1 zum Betrieb an einer Gleichspannungsquelle 110 vorgesehen, welche mit mindestens einem Solarmodul 115 ausgebildet wird, an dessen Anschlussklemmen 112, 114 der Pufferkondensator 117 angeschlossen ist.
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Der ECM 550 hat einen mit dem Lüfterrad 102 verbundenen, permanentmagnetischen Rotor 152, einen Leistungsteil 554, 558 zum Antrieb des Rotors 152, und eine Kommutierungssteuerung (COMMUT) 530 zur Steuerung der Kommutierung des Leistungsteils 554, 558 . Gemäß einer Ausführungsform hat das Leistungsteil 554, 558 einen Stator 554 mit einer Wicklungsanordnung 555 sowie eine Endstufe 558 . Die Wicklungsanordnung 555 hat zwei Statorstränge 556, 557, durch die im Betrieb des Lüfters 500 zugeordnete Motorströme i1 und i2 fließen. Die Endstufe 558 wird beispielhaft mit Halbleiterschaltern 553, 559 ausgebildet, welche den Statorsträngen 556, 557 zugeordnet sind und hier mit n-Kanal MOSFET-Transistoren realisiert werden, welche zugeordnete Freilaufdioden aufweisen und zur Beeinflussung der in den Statorsträngen 556, 557 fließenden Ströme i1 und i2 dienen.
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Das Leistungsteil 554, 558 und der Vorschaltwiderstand 140 sind derart mit dem Solarmodul 115 verschaltet, dass an der Endstufe 558, der Wicklungsanordnung 555 und dem Vorschaltwiderstand 140 die Klemmenspannung U als Betriebsspannung anliegt. Hierbei ist der Statorstrang 556 einerseits mit dem Drain-Anschluss des MOSFET-Transistors 553 und andererseits über den Vorschaltwiderstand 140 mit der Anschlussklemme 112 bzw. der Kommutierungssteuerung 530 verbunden, welche ihrerseits mit dem Gate-Anschluss des Transistors 553 verbunden ist und in Abhängigkeit von Rotorstellungssignalen rot_pos Kommutierungssignale commut1 für den Transistor 553 erzeugt. Darüber hinaus ist die Kommutierungssteuerung 530 derart an das Solarmodul 115 angeschlossen, dass dessen Klemmenspannung U als Betriebsspannung an der Kommutierungssteuerung 530 anliegt. Der Source-Anschluss des MOSFET-Transistors 553 ist mit der Anodenseite einer Fußpunktdiode 590 verbunden, deren Kathodenseite mit der Anschlussklemme 114 bzw. Masse GND verbunden ist.
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Der Statorstrang 557 ist einerseits mit dem Drain-Anschluss des MOSFET-Transistors 559 und andererseits über den Vorschaltwiderstand 140 mit der Anschlussklemme 112 bzw. der Kommutierungssteuerung 530 verbunden, welche ihrerseits mit dem Gate-Anschluss des Transistors 559 verbunden ist und in Abhängigkeit von den Rotorstellungssignalen rot_pos Kommutierungssignale commut2 für den Transistor 559 erzeugt. Der Source-Anschluss des MOSFET-Transistors 559 ist ebenfalls mit der Anodenseite der Fußpunktdiode 590 verbunden.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die Funktionsweise eines derart aufgebauten zweisträngigen Gleichstrommotors dem Fachmann hinreichend bekannt ist. Deshalb wird hier zwecks Knappheit der Beschreibung auf eine eingehende Beschreibung der Funktionsweise des ECM 550 verzichtet.
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Dem Vorschaltwiderstand 140 ist eine optionale Überbrückungsanordnung 520, 545 zugeordnet, welche beispielhaft einen PWM-(Pulsweitenmodulations-) Generator (PWM) 520 und ein Schaltelement 545 aufweist. Das Schaltelement 545 ist über eine Steuerleitung 524 mit dem PWM-Generator 520 verbunden, welcher derart mit dem Solarmodul 115 verschaltet ist, dass dessen Klemmenspannung U_B auch an dem PWM-Generator 520 als Betriebsspannung anliegt.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Schaltelement 545 nach Art eines Halbleiterschalters, illustrativ nach Art eines p-Kanal MOSFET-Transistors 545 mit einer zugeordneten Freilaufdiode ausgebildet. Sein Gate-Anschluss ist über eine Steuerleitung 524 mit einem PWM-Generator 520 verbunden, welcher im Betrieb PWM-Signale mit einer Frequenz von z. B. etwa 25 bis 30 KHz zur Steuerung des Transistors 545 erzeugt.
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Im Betrieb des Lüfters 500 steuert der PWM-Generator 520 den MOSFET-Transistor 545 über die Steuerleitung 524 in Abhängigkeit von einer jeweiligen Ist-Drehzahl n des Gleichstrommotors 550 zur Verkleinerung oder Vergrößerung des steuerbaren Widerstandswerts des Vorschaltwiderstands 140 an. Hierbei kann der MOSFET-Transistor 545 variabel gesteuert werden, um den wirksamen Widerstandswert des Vorschaltwiderstands 140 beim Ansteigen der Ist-Drehzahl n über eine vorgegebene Mindestdrehzahl (n1 in 3) zu verkleinern. Beim Absinken der Ist-Drehzahl n unter diese Mindestdrehzahl (n1 in 3) kann der MOSFET-Transistor 545 zumindest teilweise sperrend geschaltet werden, um den wirksamen Widerstandswert des Vorschaltwiderstands 140 zu vergrößern.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die beschriebenen Ausführungsbeispiele lediglich beispielhaften Charakter haben und nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen sind. Vielmehr sind auch andere Realisierungen möglich, bei welchen eine Reduzierung einer am Solarmodul 115 von 1 und 5 anliegenden Last beim Anlaufen des Gleichstrommotors 150 bzw. 550 erreichbar ist. Z. B. kann in 5 der MOSFET-Transistor 545 zur Realisierung des Vorschaltwiderstands 140 verwendet werden, wobei der Transistor 545 derart ausgebildet sein kann, dass er bei einem an seinem Gate anliegenden PWM-Signal mit vergleichsweise kurzen PWM-Pulsen einen großen wirksamen Widerstandswert aufweist und bei vergleichsweise langen PWM-Pulsen einen niedrigen wirksamen Widerstandswert. Alternativ hierzu kann ein Transistor im Linearbetrieb Anwendung finden.
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8 zeigt die Erfindung in Form eines Übersichts-Schaltbilds. Es werden dieselben Bezugszeichen verwendet wie in 1.
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Das Solarpanel 110 speist eine positive Leitung 112 und eine negative Leitung 114, zwischen denen der Kondensator 117 (ca. 100 µF oder mehr) angeordnet ist. Zwischen den Leitungen 112, 114 liegt die variable Spannung U, die unter anderem eine Funktion der Sonneneinstrahlung S auf das Solarpanel 100 ist. Die Spannung U wird der Kommutierungssteuerung COM 130 zugeführt, welche zu ihrem sicheren Betrieb eine Mindestspannung benötigt, hier z. B. 6 V. Ferner wird die Spannung U einer Überwachungsschaltung CTL 120 zugeführt, und sie wird, über einen Serienwiderstand 140, dem elektronisch kommutierten Motor (ECM) 150 zugeführt, der im Betrieb das Lüfterrad 102 antreibt. Die Spannung U ist also auch eine Funktion der Drehzahl n des Motors 150 . Der ECM 150 hat einen Leistungsteil 158.
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Der ECM 150 liefert der Kommutierungssteuerung 130 über eine Leitung 132 ein Signal rotpos für die augenblickliche Rotorstellung des ECM 150, und die Kommutierungssteuerung COM 130 erzeugt hieraus an einer Leitung 134 ein Signal commut für die Kommutierung des ECM 150, das dem Leistungsteil 158 zugeführt wird. Über eine Leitung 159 wird der Überwachungsschaltung 120 ein Signal für die Drehzahl n des ECM 150 zugeführt.
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Parallel zum Widerstand 140 liegt ein Schalter 145 . Das kann z. B. ein kleines Relais sein, oder ein elektronischer Schalter 545, wie er beispielhaft in 5 dargestellt ist und der im Betrieb mit variablem Tastverhältnis pwm schnell aus- und eingeschaltet wird, abhängig von der Größe der Spannung U. Wenn diese niedrig ist, z. B. bei geringer Sonneneinstrahlung S, bleibt der Schalter 145 (bzw. 545) hauptsächlich nichtleitend, damit die Kommutierungssteuerung 130 eine genügend hohe Betriebsspannung erhält.
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9 zeigt den Anlauf des ECM 150 . Dabei ist zu beachten, dass der Anlauf bei starker Sonneneinstrahlung S kein Problem ist, sondern nur bei schwacher Sonneneinstrahlung.
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In 9 wird zum Zeitpunkt t1 der ECM 150 eingeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt ist n = 0, d. h. der Motor 150 dreht sich nicht. Ab t1 fließt ein niedriger Strom i zum Motor 150, da der Schalter 145 nicht leitend ist.
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Die Drehzahl n des Motors 150 steigt wegen der niedrigen Spannung nur langsam an, wobei durch Reibung der Anstieg ungleichmäßig sein kann, da die Leistung des Motors 150 wegen der niedrigen Spannung niedrig ist.
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Zum Zeitpunkt t2 wird eine vorgegebene Drehzahl erreicht, z. B. 800 U/min. Die Zeitspanne Ta = t2 - t1 wird überwacht. Wenn sie kleiner ist als eine vorgegebene Zeitspanne von z. B. 15 Sekunden, ist der Anlauf erfolgreich.
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Wenn anschließend der Motor 150 z. B. die Drehzahl 1000 U/min erreicht, wird in 8 der Schalter 145 leitend gemacht. (Alternativ wird in 5 der Transistor 545 ständig leitend gesteuert) Dadurch wird der Motor 150 auf maximale Leistung umgeschaltet, und seine Drehzahl steigt z. B. auf 2000 U/min. Diese Drehzahl hängt u. a. davon ab, wie viel Leistung das Solarpanel 110 im Augenblick abgeben kann.
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Wenn die Zeitspanne Ta länger ist als die vorgegebene Zeit, also im Beispiel länger als 15 Sekunden, wird der Motor 150 durch die Kommutierungssteuerung 130 abgeschaltet, und nach Ablauf einer vorgegebenen Wartezeit von z. B. 20 Sekunden folgt ein neuer Startversuch.
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Naturgemäß sind im Rahmen der Erfindung vielfache Abwandlungen und Modifikationen möglich.
