DE3932272A1 - Einrichtung zur steuerung und regelung der drehgeschwindigkeit eines gleichstrom-elektromotors, insbesondere fuer ein elektrisches geblaese einer klimaanlage eines kraftfahrzeugs - Google Patents

Einrichtung zur steuerung und regelung der drehgeschwindigkeit eines gleichstrom-elektromotors, insbesondere fuer ein elektrisches geblaese einer klimaanlage eines kraftfahrzeugs

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Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung und Regelung der Drehgeschwindigkeit eines Gleichstrom- Elektromotors, insbesondere zum Betrieb eines Gebläses in einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, mit einem Eingang zur Aufnahme eines variablen Steuersignals, wenigstens einem Leistungstransistor, dessen Kollektor- Emitter-Strecke zwischen den beiden Polen einer Gleich­ spannungsquelle in Reihe mit dem Elektromotor geschaltet ist, und einer zwischen dem Eingang und der Basis des Leistungstransistors geschalteten Pilotschaltung (Treiber) zur Variierung der Kollektor-Emitter-Spannung des Leistungstransistors in Abhängigkeit von dem Steuersignal.
Zur Sicherstellung einer präziseren, zuverlässigeren und sichereren Betriebsweise ist die Einrichtung nach der Erfindung gekennzeichnet durch einen Temperatursensor, der ein die Temperatur des wenigstens einen Leistungs­ transistors repräsentierendes elektrisches Signal lie­ fert, eine Schwellwertschaltung, die die Pilotschaltung abschaltet, wenn das von dem Sensor abgegebene Signal indiziert, daß die Temperatur des wenigstens einen Leistungstransistors einen vorbestimmten Wert über­ schreitet, und einen mit dem Sensor verbundenen Ausgang, an den eine externe Einheit zur Verarbeitung des Sen­ sorsignals anschließbar ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist eine an dem Ausgang des wenigstens einen Leistungstransistors ange­ schlossene Gegenkopplungsschaltung zur Bildung einer geschlossenen Regelschleife für die Regelung der Dreh­ geschwindigkeit des Motors vorgesehen.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Steuersystem für eine Klimaanlage für den Fahrgastraum eines Kraftfahr­ zeugs. Das Steuersystem umfaßt eine Einrichtung zur Steuerung und Regelung der Drehgeschwindigkeit eines Elektromotors der vorstehend erwähnten Art.
Weitere Charakteristiken und Vorteile der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 ein teilweise in Block-Form dargestelltes Schaltbild eines Steuersystems nach der Er­ findung für eine Klimaanlage für den Fahr­ gastraum eines Kraftfahrzeugs,
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Steuerung und Regelung der Drehgeschwindigkeit eines Elektromotors nach der Erfindung und
Fig. 3 ein detailliertes Schaltbild eines Ausfüh­ rungsbeispiels der in Fig. 2 gezeigten Ein­ richtung.
Das in Fig. 1 gezeigte Steuersystem für eine Klimaan­ lage für den Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs umfaßt ein elektrisches Gebläse (allgemein mit 1 bezeichnet), das einen Rotor mit Rotorblättern oder Propeller 2 auf­ weist, der von einem Gleichstrom-Elektromotor 3 ange­ trieben wird.
Es ist eine manuelle Regel- und Steuervorrichtung bzw. Einstellvorrichtung 4 vorgesehen, die beispielsweise in Form eines linearen Schiebeschalters mit einem ver­ schiebbaren Element 4 a ausgebildet sein kann, das je nach gewünschter Intensität der Ventilationsströmung wahlweise in irgendeine der auf einer Skala gezeigten Einstellpositionen bewegbar ist.
Das Ausgangssignal der Einstellvorrichtung 4 wird an eine mit einem Mikroprozessor versehene elektronische Steuereinheit (zentrale Steuereinheit) 5 übertragen. Diese Einheit 5 empfängt Informationssignale von einer Vielzahl von Sensoren S, beispielsweise Temperatursen­ soren, die in dem Fahrzeug angeordnet sind, und gibt Steuersignale an eine Vielzahl von Betätigungseinrich­ tungen A, beispielsweise Gleichstrommotoren, Magnetven­ tilen etc., einer automatischen Klimaanlage ab.
Die Einheit empfängt ferner Signale von einer Einrich­ tung D zur Einstellung der gewünschten Temperatur des Fahrzeugs. Zu den verschiedenen Funktionen der Einheit gehört ferner das Abgeben von Steuersignalen und Empfangen von Informationssignalen von einer Einrichtung 6 zur Steuerung und Regelung der Drehgeschwindigkeit des Elektromotors 3. Die Einheit 5 und die Regeleinrichtung 6 werden mit der Gleichspannung einer Batterie 7 ge­ speist. In der Verbindungsleitung 8 zwischen der Batte­ rie 7 und der Einheit 5 bzw. der Steuer- und Regeleinrichtung 6 ist ein Schalter 9 eingesetzt, der beispielsweise mit dem Zündschlüssel 10 des Kraftfahr­ zeugs eingeschaltet werden kann.
Im Betrieb gibt die Einheit 5 ein Steuersignal V auf der Basis der von den Einstellvorrichtungen 4 und D und den Sensoren S gelieferten Signalen an einen Eingang 11 der Regeleinrichtung 6 ab. Die Regeleinrichtung ihrer­ seits steuert entsprechend den Motor 3 des elektrischen Gebläses 1.
Wie aus der nachstehenden Beschreibung der Charakteri­ stiken des Steuersignals V c hervorgeht, berücksichtigt die Einheit 5 ferner ein Informationssignal, das die Regeleinrichtung 6 an ihren Ausgang 12 liefert.
Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, umfaßt die Regelein­ richtung 6 eine Eingangs-Verstärkerstufe 13, die mit dem Eingang 11 verbunden ist. Der Ausgang der Stufe 13 ist an dem Eingang einer Transistor-Steuerschaltung 14 an­ geschlossen. Diese Schaltung steuert den Eingang einer Leistungsstufe 15, die beispielsweise aus einem Paar von parallel zueinander zusammengeschalteten Leistungstran­ sistoren gebildet ist. Die Kollektor-Emitter-Strecken dieser Transistoren sind zwischen dem positiven Pol der Spannungsquelle 7 und Erde in Reihe mit dem Elektromotor 3 geschaltet.
Für die Regelung der Drehgeschwindigkeit des Motors 3 mittels einer geschlossenen Regelschleife ist eine Gegenkopplungs-Schaltung 16 (Rückkopplungs-Schaltung mit negativer Rückkopplung) zwischen dem Ausgang der Lei­ stungsstufe 15 und dem Eingang der Steuerschaltung 14 vorgesehen.
Ein beispielsweise als Widerstandselement mit einem negativen Temperaturkoeffizienten (NTC) ausgebildeter Temperatursensor 17 ist der Leistungsstufe 15 zugeord­ net. Dieser Sensor ist an dem Eingang eines Schwell­ wertkomparators 18 angeschlossen, dessen Ausgang mit dem Ausgang der Eingangsverstärkerstufe 13 elektrisch ver­ bunden ist.
Im Betrieb vergleicht der Komparator 18 das von dem Sensor 17 abgegebene Signal mit einer Referenzspannung V R . Wenn die Temperatur der Leistungsstufe 15 einen Schwellwert überschritten hat, setzt der Komparator 18 das Ausgangssignal der Eingangsstufe 13 auf den Wert Null und stoppt damit den Betrieb der Leistungsstufe 15, die dann abkühlen kann.
Der Sensor 17 ist ferner an dem Ausgang 12 der Regel­ einrichtung 6 angeschlossen, um ein Informationen über den thermischen Zustand der Leistungsstufe 15 enthal­ tendes Informationssignal V T an die Mikroprozessorein­ heit 5 abzugeben. Die Mikroprozessoreinheit 5 ist in der Weise programmiert, daß sie das Signal V T analysiert und bewirkt, daß die Regeleinrichtung 6 und das elektrische Gebläse 1 in bestimmten Situationen, wie nachstehend beschrieben, ausgeschaltet wird.
Die Temperatur der Ausgangsstufe 15 kann beispielsweise infolge eines zufälligen Ausfalls (Anhaltens) des Rotors des Motors 3 über den Schwellwert hinaus ansteigen. In diesem Fall stoppt der Komparator 18 die Abgabe des Steuersignals an den Eingang der Ausgangsstufe, die dann abkühlen kann. Sobald die Temperatur der Ausgangsstufe unter einen weiteren vorbestimmten Schwellwert abgesun­ ken ist, gibt der Komparator 18 das Steuersignal zur Steuerung der Ausgangsstufe wieder frei, die sich dann wieder erwärmt. Wiederholte Zyklen des Ein- und Aus­ schaltens können sich in ungünstiger Weise auf den Betrieb und die Funktion bzw. Unversehrtheit der Aus­ gangsstufe 15 auswirken.
Zur Vermeidung dieses Problems kann die Einheit 5 so eingerichtet sein, daß sie den Motor 3 und die Regel­ einrichtung 6 ausschaltet, wenn beispielsweise das Signal V T indiziert, daß die mittlere Temperatur der Ausgangsstufe eine bestimmte Zeit lang einen vorbe­ stimmten Wert überschritten hat, oder wenn der Tempera­ turanstieg der Ausgangsstufe einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Im Normalbetrieb entspricht die maximale, an den Elektromotor 3 anlegbare Spannung der Batteriespannung abzüglich dem Spannungsabfall zwischen den Kollektoren und Emittern der Ausgangstransistoren der Stufe 15. Wenn diese Transistoren im Sättigungszustand sind, kann die Spannung zwischen ihren Kollektoren und Emittern jedoch Werte in der Größenordnung von 2 Volt erreichen. Dadurch ist offensichtlich eine Begrenzung der erreichbaren maximalen Drehgeschwindigkeit des Motors 3 des Gebläses 1 gegeben.
Zur Überwindung dieser Begrenzung ist das von der Ein­ gangsstufe 13 gelieferte Ausgangssignal ferner an den Eingang eines weiteren Schwellwert-Komparators 19 ange­ legt, der dieses Ausgangssignal mit einem Referenzsignal V R vergleicht. Wenn das von der Eingangsstufe 13 gelie­ ferte Signal einen vorbestimmten Pegel überschreitet, bewirkt der Komparator 19, daß die Wicklung 21 a eines Relais 21 über eine Transistor-Steuerschaltung 20 erregt wird, so daß ein in einer Verbindung zwischen den Kol­ lektoren der Transistoren der Ausgangsstufe 15 und Erde zwischengeschalteter Schalter 21 b eingeschaltet (geschlossen) wird. Die Transistoren werden auf diese Weise kurzgeschlossen und die gesamte Batteriespannung liegt dann an dem elektrischen Motor 13 an, wodurch eine größere Drehgeschwindigkeit erreichbar ist.
Ein detailliertes Ausführungsbeispiel der in Fig. 2 gezeigten Reglerschaltung ist in Fig. 3 dargestellt. Teile und Elemente, die bereits beschrieben worden sind, haben wieder die gleichen Bezugszeichen.
Alle Figuren weisen zwei verschiedene Symbole für das Bezugspotential Erde auf. Das allgemeine Bezugspotential Erde (Masse) ist mit M bezeichnet, während ein Erdleiter (die Erde (Masse) für die Elektronik) mit M′ gekenn­ zeichnet ist. Das Bezugspotential M′ ist von dem Be­ zugspotential M separiert, um Probleme zu vermeiden, die beim Abtrennen von an dem allgemeinen Bezugspotential M angeschlossenen Leitungen auftreten könnten.
In dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel umfaßt die Regeleinrichtung 6 ferner eine Diode 22 zum Schutz gegen eine Umkehr der Polarität der Versorgungsspannung und eine Schutzschaltung 23, die vor Überspannungen der Versorgungsspannung schützt. Die Schutzschaltung 23 ist zwischen den Kollektoren der Transistoren der Leistungsstufe 15 und Erde geschaltet und umfaßt eine Zenerdiode 24 und eine entgegengesetzt zu der Zenerdiode 24 und in Reihe mit der Zenerdiode 24 geschaltete Normaldiode 25. Die Dioden 24, 25 sind einem Kondensator 26 parallelgeschaltet.
Das Ausführungsbeispiel kann selbstverständlich in weiten Grenzen variiert werden, ohne den Erfindungsge­ danken der vorliegenden Erfindung zu verlassen, so daß die Erfindung nicht auf das beschriebene Ausführungs­ beispiel beschränkt ist.

Claims (8)

1. Einrichtung zur Steuerung und Regelung der Drehge­ schwindigkeit eines Gleichstrom-Elektromotors, insbesondere für ein elektrisches Gebläse einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, umfassend:
einen Eingang (11) zur Aufnahme eines variablen Steuersignals (V c ),
wenigstens einen Leistungstransistor (15), dessen Kollektor-Emitter-Strecke zwischen den beiden Polen einer Gleichspannungsquelle (7) in Reihe mit dem Motor (3) geschaltet ist, und
eine zwischen dem Eingang (11) und dem Steueran­ schluß (Basis) des wenigstens einen Leistungstran­ sistors (15) geschaltete Pilotschaltung (Treiber) (14) zur Variierung der Kollektor-Emitter-Spannung des Leistungstransistors (15) in Abhängigkeit von dem Steuersignal (V c ), gekennzeichnet durch
einen Temperatursensor (17), der ein die Temperatur des wenigstens einen Leistungstransistors (15) repräsentierendes elektrisches Signal (V T ) ab­ gibt,
eine Schwellwertschaltung (18), die die Pilot­ schaltung (14) unwirksam schaltet, wenn das von dem Sensor (17) abgegebene Signal (V T ) indiziert, daß die Temperatur des wenigstens einen Leistungstran­ sistors (15) einen vorbestimmten Wert überschrei­ tet, und
einen an dem Sensor (17) angeschlossenen Ausgang (12), so daß eine Signalbearbeitung des Sensorsig­ nals (V T ) mittels einer externen Einheit (5) mög­ lich ist.
2. Einrichtung zur Steuerung und Regelung der Drehge­ schwindigkeit eines Gleichstrom-Elektromotors nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine an dem Ausgang des wenigstens einen Leistungstransistors (15) angeschlossene Gegenkopplungsschaltung (16) zur Realisierung einer geschlossenen Regelschleife für die Regelung der Drehgeschwindigkeit des Motors (3).
3. Einrichtung zur Steuerung und Regelung der Drehge­ schwindigkeit eines Gleichstrom-Elektromotors nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch
ein Relais (21) mit einer Steuerwicklung (21 a) und einem parallel zur Kollektor-Emitter-Strecke des wenigstens einen Leistungstransistors (15) ge­ schalteten Schalters (21 b), der normalerweise aus­ geschaltet (geöffnet) ist und durch Einschalten eines die Steuerwicklung (21 b) durchfließenden Erregerstromes eingeschaltet (geschlossen) werden kann, um die Kollektor-Emitter-Strecke des wenig­ stens einen Leistungstransistors (15) kurzzu­ schließen, und
einen zweiten Schwellwertschalter (19), der den Erregerstrom zur Erregung der Steuerwicklung (21 a) einschaltet, wenn das dem Eingang (11) zugeführte Steuersignal (V c ) einen Wert annimmt, der einer Drehgeschwindigkeit des Motors (3) entspricht, die größer als ein oder gleich einem vorbestimmten Wert ist.
4. Einrichtung zur Steuerung und Regelung der Drehge­ schwindigkeit eines Gleichstrom-Elektromotors nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Überspannungs-Schutzschaltung (23-26) mit einer Zenerdiode (24) und einer entgegengesetzt zu der Zenerdiode (24) geschalteten Normaldiode (25) zwischen dem Kollektor des wenigstens einen Lei­ stungstransistors (15) und Erde.
5. Einrichtung zur Steuerung und Regelung der Drehge­ schwindigkeit eines Gleichstrom-Elektromotors nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Diode (22) zum Schutz gegen die Umkehr der Polarität der Versorgungsspannung.
6. Einrichtung zur Steuerung und Regelung der Drehge­ schwindigkeit eines Gleichstrom-Elektromotors nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (17) als Widerstandsele­ ment mit einem negativen Temperatur-Koeffizienten (NTC) ausgebildet ist.
7. Steuersystem für eine Klimaanlage für den Fahr­ gastraum eines Kraftfahrzeugs, gekennzeichnet durch
eine Vielzahl von in dem Kraftfahrzeug angeordneten Sensoren (S),
eine Vielzahl von Betätigungseinrichtungen (A),
ein von einem Gleichstrommotor (3) angetriebenes elektrisches Gebläse (1-3) und
einer elektronischen Einrichtung (6) gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, zur Steuerung und Regelung der Drehgeschwindigkeit des Motors (3) des elektrischen Gebläses.
8. Steuersystem nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch
Einstellvorrichtungen (4, D), welche ein elektri­ sches Signal zur Aufrechterhaltung einer gewünsch­ ten Temperatur in dem Fahrgastraum liefern,
eine elektronische Steuer- und Bedienungseinheit (5), die mit den Einstellvorrichtungen (4, D) und mit der elektronischen Steuer- und Regeleinrichtung (6) elektrisch verbunden ist, wobei die Steuer- und Bedienungseinheit (5) vorgesehen ist:
  • - zur Erzeugung eines Steuersignals (V c ), das in Abhängigkeit von den Signalen, die die Einheit (5) von den Einstellvorrichtungen (4, D) und/oder von den Sensoren (S) erhält, variabel ist,
  • - zur Abgabe des Steuersignals (V c ) an die Steuer­ und Regeleinrichtung (6),
  • - zur Aufnahme des von dem Sensor (17) erzeugten Signals (V T ) und
  • - zum ständigen Abschalten der Steuer- und Regel­ einrichtung (6) unter vorbestimmten Bedingungen in Abhängigkeit von den Charakteristiken des von dem Sensor (17) gelieferten Signals (V T ).
DE3932272A 1988-09-28 1989-09-27 Einrichtung zur steuerung und regelung der drehgeschwindigkeit eines gleichstrom-elektromotors, insbesondere fuer ein elektrisches geblaese einer klimaanlage eines kraftfahrzeugs Ceased DE3932272A1 (de)

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