DE60025845T2

DE60025845T2 - Stellantrieb für das klimaanlageventil eines kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE60025845T2
Application number: DE60025845T
Authority: DE
Inventors: Pierre Gandel; Daniel Prudham; Daniel Dietz
Original assignee: Sonceboz SA; Societe Industrielle de Sonceboz SA
Current assignee: Sonceboz SA; Societe Industrielle de Sonceboz SA
Priority date: 1999-11-17
Filing date: 2000-11-14
Publication date: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2020-11-15
Also published as: FR2801146A1; EP1230726A1; EP1230726B1; US6853160B1; ATE317175T1; JP2003514502A; FR2801146B1; WO2001037410A1; DE60025845D1

Description

Die vorliegende Erfindung hat zum Gegenstand einen Stellantrieb für das Klimaanlageventil eines Kraftfahrzeugs.
Im allgemeinen umfaßt eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug Ventile, die Klappen umfassen, deren Öffnung und Schließung über elektrische Schrittmotoren mit ständigem Magneten angetrieben sind, die jeweils einem Untersetzungsgetriebe zugeordnet sind.
Diese Klimaanlagen für ein Kraftfahrzeug, die von der Art sein können wie diejenigen, die in DE 4343385 und FR 2731852 beschrieben sind, weisen zahlreiche Nachteile auf. Neben den Problemen der Herstellungskosten hinsichtlich des Leistungsverbrauchs und der Größe der verwendeten Motoren verursachen die Bewegungen der Klappen bei der Öffnung und Schließung sowie die besagten Motoren selbst Lärmbelastungen, die schwer durch Schalldämpfungsmittel beseitigt werden können, da die Schallwellen durch die Lüftungsleitungen übertragen werden.
Die durch die Klappen und Motoren verursachten Geräusche sind hauptsächlich auf die Merkmale der Motoren zurückzuführen, was nachfolgend anhand der Beschreibung einer Konfiguration eines Stellantriebs für das Klimaanlageventil eines Kraftfahrzeugs dargelegt wird, wobei diese Konfiguration die am öftesten verwendete sei.
In diesem Stellantrieb für ein Klimaanlageventil wird aus Gründen der Einfachheit und der Herstellungskosten für die Steuerelektronik eine Steuerung mit unveränderlicher Frequenz von ungefähr 200 Hz ausgeführt. Der Schrittmotor umfaßt einen Rotor mit 6 Paaren von Polen, der also 24 unterschiedliche Positionen oder Schritte pro Umdrehung einnehmen kann. Nun, bei einem Schrittmotor entspricht jedem Speiseimpuls eine konstante einfache Drehung von einem Schritt, so daß eine bestimmte Anzahl von Impulsen eine entsprechende Anzahl von Schritten und also eine bekannte Drehung des Rotors bewirkt. Deshalb beträgt der Winkelabstand, der von dem Rotor zwischen 2 Schritten gefahren wird, 15°, so daß eine Steuerung mit unveränderlicher Frequenz von 200 Hz zu einer Rotorgeschwindigkeit von 3000°/Sekunde führt.
Damit diese Geschwindigkeit ausgenutzt werden kann, wird dem Motor ein Untersetzungsgetriebe zugeordnet, dessen Zahnradgetriebe erlaubt, das Ausgangsdrehmoment zu erhöhen und die Amplitude des Winkelschrittes zu vermindern. Bei Verwendung von einem Untersetzungsgetriebe mit einem Verhältnis von ungefähr 300 ist die konstante Drehgeschwindigkeit der Klimaanlageklappe ungefähr 10°/Sekunde.
Nun, die Notwendigkeit eines Funktionierens in einer als "Start/Stopp" bezeichneten Betriebsart, das heißt, augenblicklich zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schritten des Motors in seiner Startphase von 0 bis 200 Hz übergehen zu müssen, impliziert, den Motor derart zu dimensionieren, daß er fähig sei, die Trägheit der Klappe der besagten Klimaanlageklappe und die eigene Trägheit des Rotors in einer Zeit von etwa 5 Millisekunden zu beschleunigen, was der Dauer eines Schrittes entspricht.
Nun, in einer Betriebsart der Art "Start/Stopp" ist das Drehmoment des Motors deutlich kleiner als jenes von demselben Motor, der in dynamischer Betriebsart funktioniert, da bei dieser letzteren es nicht erforderlich ist, die Trägheit des Rotors und jene der Klimaanlageklappe augenblicklich zu beschleunigen.
Infolgedessen, um am Ausgang des Untersetzungsgetriebes das für die Bewegung einer Klimaanlageklappe bei einem Funktionieren der Art "Start/Stopp" erforderliche Drehmoment zu erreichen, ist es notwendig, den Motor überzudimensionieren.
Außerdem steigen bei einem konstant gehaltenen Spulenwiderstand die verfügbare mechanische Kraft, das Drehmoment und der elektrische Stromverbrauch extrem schnell mit der Versorgungsspannung. Nun, das Klimaanlageventil ist entwickelt worden, um seine Funktion ebenfalls bei einer herabgesetzten Batteriespannung von 8 Volt zu erfüllen, das heißt, das für die Bewegung der Klimaanlageklappe erforderliche Drehmoment muß bei einer Spannung von 8 Volt erreicht werden können. Aber die Spannung einer nicht geregelten Batterie variiert zwischen 8 und 14 Volt, derart, daß der Motor meistens bei einer Spannung funktioniert, die höher als 8 Volt ist, was wegen der Erhöhung der verfügbaren mechanischen Kraft, des Drehmomentes und des elektrischen Stromverbrauchs, neben der Zunahme des hervorgebrachten Lärms, für die Betriebsdauer des Ventils schädlich ist, da das, einerseits, im Bereich des Untersetzungsgetriebes ein übermäßiges Blockiermoment, fähig, die Verzahnung desselben zu beschädigen, und, andererseits, eine Übererhitzung der Spulen des Motors verursacht.
Außerdem erfordert noch die Verwendung von Schrittmotoren im Bereich der Stellantriebe für Klimaanlageventile bei jedem Start eine Reinitialisierung, die durch das in Anschlag Bringen der Ventilklappe erhalten wird. In der Betriebsweise "Start/Stopp" mit 200 Hz bringen die Ventile einen charakteristischen Lärm hervor, wenn die Klappe in Anschlag kommt, da der Schrittmotor noch seine Synchrongeschwindigkeit hat und der Rotor beginnt, um die Anschlagposition herum zu vibrieren. Da das Untersetzungsgetriebe leicht elastisch ist, kann der Motor sogar Energie speichern, indem diese Art von Feder, die die Getriebe bilden, gespannt wird, und man kann bei bestimmten Anwendungen den Motor unter der Wirkung dieser Elastizität einige Dutzend Schritte rückwärts abfahren sehen, wenn der Strom in den Spulen abgeschaltet worden ist.
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, die verschiedenen oben erwähnten Nachteile zu beseitigen, indem ein Stellantrieb für das Klimaanlageventil eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen wird, der im Vergleich zu den bestehenden Antrieben, während er den durch die Anwendung erforderlichen Mindestforderungen genügt, weniger Lärm beim Funktionieren erzeugt, einen höheren Wirkungsgrad hat und von geringerer Größe und Gewicht ist, was eine nicht unbedeutende Ersparnis darstellt.
Der Stellantrieb für das Klimaanlageventil eines Kraftfahrzeugs verwendet einen elektrischen Schrittmotor mit ständigem Magneten, fähig, um eine mechanische Kraft zu liefern, die wenigstens 50 mW entspricht, sowie ein Untersetzungsgetriebe, erlaubend, die Amplitude des Winkelschrittes zu vermindern und das Ausgangsdrehmoment zu erhöhen, und er ist hauptsächlich dadurch kennzeichnet, daß der besagte Motor durch das folgende Verhältnis definiert ist: 10^E-6 < γ²/R_o < 50^E-6, wo

γ die Konstante des Drehmomentes, ausgedrückt in Nm/At, proportional zum Magnetvolumen sei, und,
R_o der charakteristische Koeffizient des Kupfervolumens und der Länge der durchschnittlichen Wicklung der Spulen, ausgedrückt in Ohm/tr², sei, R_o = ρ·Lsp/(Scu·σ), seiend ρ die Widerstandsfähigkeit des Kupfers, Lsp die Länge der durchschnittlichen Wicklung einer Spule, Scu der Kupferquerschnitt einer Spule und σ der Füllfaktor einer Spule; und dadurch, daß er Mittel zur Steuerung der Speisung des besagten Motors umfaßt, erlaubend, die Speisefrequenz der Spulen fortschreitend zu beschleunigen, um zu einer Arbeitsfrequenz des besagten Motors zu gelangen, die größer ist als die "Start/Stopp"-Anlauffrequenz.

Es ist bekannt, daß die Motoren der Stellantriebe für das Klimaanlageventil eines Kraftfahrzeugs ein dynamisches Drehmoment aufweisen, das durch die folgende Formel gegeben sei:
wo:

• T_th das in Nm ausgedrückte Drehmoment bei einer bestimmten Geschwindigkeit ist;
• t_e die in m·s ausgedrückte elektrische Zeitkonstante ist;
• ω_e der in rad/s ausgedrückte elektrische Impuls ist;
• α die in rd/s ausgedrückte mechanische Geschwindigkeit ist;
• ni_o die Anzahl der Amperewindungen pro Spule bei Null-Geschwindigkeit ist;
• K ein Koeffizient ist, dessen Wert von der Speiseart und vom Motortyp, ob zwei- oder dreiphasig, abhängig ist.

Diese Formel kann ebenfalls wie folgt geschrieben werden:
wo Pe die elektrische Kraft darstellt, die in einer Phase des Motors zerstreut wird.
Es sei bemerkt, daß jeder der beiden Begriffe dieses Ausdrucks proportional zum Faktor γ²/R_o ist, das benutzt werden kann, um die Motoren mit ständigem Magneten zu definieren, da die Drehmomentkonstante γ proportional zum Magnetvolumen ist, während der Koeffizient R_o umgekehrt proportional zum Kupfervolumen ist.
Es sei bemerkt, daß die Motoren, die momentan in den Anwendungen für Klimaanlagen verwendet werden und deren Speisefrequenz 200 Hz beträgt, einen Faktor γ²/R_o haben, dessen Wert benachbart von 100^E-6 ist.
Deshalb ist es für einen Stellantrieb nach der Erfindung, dessen Faktor γ²/R_o des Motors zwischen 100^E-6 und < 50^E-6 lieft, nur mit einer hohen Speisefrequenz, die ungefähr doppelt so groß ist wie jene der momentan verwendeten Motoren, möglich, eine mechanische Kraft zu erreichen, die wenigstens 50 mW entspricht.
Selbstverständlich muß das Reduzierungsverhältnis proportional geändert werden.
Da die Drehmomentkonstante γ proportional zum Magnetvolumen ist und der R_o-Koeffizient umgekehrt proportional zum Kupfervolumen ist, führt die Senkung des Faktors γ₂/R_o für hinsichtlich der mechanischen Kraft identische Leistungen zu einer wesentlichen Reduzierung des Magnet- und Kupfervolumens, wodurch sich neben einer Auswirkung auf die Herstellungskosten auch eine Gewichtsreduzierung und eine Senkung der Vibrationen und des Lärms infolge der Reduzierung der Trägheit des Motors darbieten.
Außerdem erlaubt in Anbetracht der Merkmale des Motors die hohe Speisefrequenz kein klassisches Funktionieren der Art "Start/Stopp", es ist also unentbehrlich, über Steuermittel eine fortschreitende Erhöhung der Speisefrequenz ab einer genügend niedrigen Frequenz durchzuführen, um der Klappe zu erlauben, zu öffnen.
Nach einem zusätzlichen Merkmal des Stellantriebs nach der Erfindung umfaßt er Mittel zur Regulierung der Speiseleistung des Motors.
Solche Regulierungsmittel erlauben zum Beispiel, die durchschnittliche Spannung angesichts des Motors bei einem konstanten Wert zu halten, der vorzugsweise 8 Volt beträgt.
Nach einer bevorzugten Ausführungsart des Stellantriebs nach der Erfindung ist der Motor dreiphasig in Stern- oder Dreieckschaltung angeschlossen und durch sechs Transistoren gesteuert.
Gemäß der Erfindung beträgt die Rotorgeschwindigkeit des Motors wenigstens 5400 Grade pro Sekunde, während das Reduzierungsverhältnis des Untersetzungsgetriebes höher als 540 ist.
Die Vorteile und Merkmale des Stellantriebs nach der Erfindung erhellen deutlicher aus der folgenden Beschreibung, die sich auf die beigefügte Zeichnung bezieht, die mehrere nicht einschränkende Ausführungsarten darstellt.
Die beigefügte Zeichnung zeigt wie folgt:
1, die graphische Darstellung des verfügbaren Drehmomentes des Motors von einem momentan verwendeten Stellantrieb für ein Klimaanlageventil bei einem Funktionieren nach der Betriebsart "Start/Stopp".
2, die graphische Darstellung des dynamischen Drehmomentes und der mechanischen Kraft desselben Motors bei einem Funktionieren in dynamischer Betriebsart.
3, die graphische Darstellung des dynamischen Drehmomentes und der mechanischen Kraft bei einem Funktionieren in dynamischer Betriebsart für einen ähnlichen Motor bei einer höheren Versorgungsspannung.
4, die graphische Darstellung der mechanischen Kraft in Abhängigkeit von der Konstante des Drehmomentes eines ähnlichen Motors für verschiedene Drehzahlen des Rotors.
5, die graphische Darstellung der Speisefrequenz bei der Arbeitsweise der Art "Start/Stopp".
6, die graphische Darstellung der Speisefrequenz des Motors eines Stellantriebs für das Klimaanlageventil eines Kraftfahrzeugs nach der Erfindung.
7, eine perspektivische Ansicht im Aufriß einer ersten Ausführungsart des Motors des Stellantriebs nach der Erfindung.
8, eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsart des Motors desselben Stellantriebs.
9, eine perspektivische Ansicht im Aufriß einer dritten Ausführungsart des Motors desselben Stellantriebs.
10, das Schema von der Steuerungsart des Motors, der in 9 beschrieben ist.
11, die Darstellung der verschiedenen Speisesequenzen desselben Motors.
Bezugnehmend auf 1, kann man den Verlauf des verfügbaren Drehmomentes bei einem augenblicklichen Übergang von 0 Hz zu irgendeinem Geschwindigkeitswert, das heißt in der Arbeitsweise "Start/Stopp", für einen Schrittmotor mit ständigem Magneten sehen, der die Stellantriebe für das Klimaanlageventil eines Kraftfahrzeugs ausstattet, der einen Standard darstellt und dessen Merkmale wie folgt sind: 24 Schritte/Umdrehung, Speisefrequenz 200 Hz, Spannung 8 Volt und Widerstand der Spule 100 Ohm.
Bezugnehmend auf 2, kann man für denselben Motor den Verlauf des verfügbaren Drehmomentes für beliebig angestellte Geschwindigkeit, das heißt in dynamischer Arbeitsweise, sehen.
Wenn man diese zwei Graphiken vergleicht, wird man selbstverständlich merken, daß bei 200 Hz das dynamische Drehmoment deutlich höher ist als das "Start/Stopp"-Drehmoment ist, da sie beziehungsweise ungefähr 2 und 4 mNm betragen.
Ein "Start/Stopp"-Drehmoment von 2 mNm am Ausgang eines Untersetzungsgetriebes von 1/300 hat einen Wirkungsgrad von 70%, ein nützliches Drehmoment von 420 mNm bei einer Spannung von 8 Volt, was dem Drehmoment entspricht, das für ein Klimaanlageventil bei dieser Versorgungsspannung erforderlich ist.
Es sei also bemerkt, daß dieser Schrittmotor überdimensioniert ist, um in der Betriebsart "Start/Stopp" mit 200 Hz funktionieren zu können. In der Tat liegt die durch die Klimaanlageanwendung erforderliche mechanische Kraft bei 420 mNm × 10°/Sekunde, das heißt 50 mW, und in 2 wird mit unterbrochenem Zug die in Watt ausgedrückte mechanische Kraft dargestellt, die durch den Motor bei einer bei 200 Hz angestellten Geschwindigkeit immer für eine Versorgungsspannung von 8 Volt geliefert werden kann. Man kann feststellen, daß bei 200 Hz die Kraft 220 mW beträgt, das heißt etwa zweimal so groß wie die für die Anwendung erforderliche Kraft, wenn man einen Wirkungsgrad von 70% des Untersetzungsgetriebes berücksichtigt.
Bezugnehmend auf die 3 kann man eine graphische Darstellung sehen, die jener in 2 ähnlich ist, betreffend einen identischen Motor mit Ausnahme der Tatsache, daß seine Versorgungsspannung 14 Volt beträgt.
Wenn man diese zwei graphischen Darstellungen vergleicht, kann man feststellen, daß für einen konstant gehaltenen Widerstand der Spule die verfügbare mechanische Kraft, das Drehmoment und der elektrische Stromverbrauch schnell mit der Versorgungsspannung ansteigen.
Wie zuvor dargelegt wurde, ist der Motor vorgesehen, um mit einer abgeschwächten Batterie von 8 Volt zu funktionieren, die allerdings ständig eine viel höhere Versorgungsspannung liefert, derart, daß die übermäßigen Leistungen des Motors, wenn die Spannung höher als 8 Volt ist, nicht genutzt werden und also nicht notwendig sind, wobei sie außerdem für die Betriebsdauer des Ventils schädlich sind und Quelle von zusätzlichen Lärmbelastungen sind.
Bezugnehmend auf 4, kann man eine graphische Darstellung sehen, die für einen zweiphasigen 8-Volt-Motor die mechanische Kraft in Abhängigkeit von der Konstante γ des Drehmomentes des Motors für verschiedene Geschwindigkeiten, also für verschiedene Speisefrequenzen zeigt, wobei die Kurven A, B, und C die Geschwindigkeiten von 600, 400 bzw. 200 Schritte/Sekunde darstellen. Es erhellt deutlich aus dieser Darstellung, daß je größer die Drehmomentkonstante γ ist, desto kleiner ist die Drehzahl, bei der man die Höchstleistung erhält.
Man kann ebenfalls feststellen, daß es möglich ist, am Ausgang der Motoren mechanische Kräfte zu erhalten, die mit sehr unterschiedlichen Drehmomentkonstanten bei unterschiedlichen Drehzahlen sehr benachbart sind.
Deshalb, wenn man der Ansicht ist, daß die für die Anwendung notwendige mechanische Kraft benachbart von 50 mW ist, daß der Wirkungsgrad des Untersetzungsgetriebes nah bei 0,5 liegt, und daß Eisenverluste berücksichtigt werden müssen, liegt die im Bereich des Motors erforderliche mechanische Kraft bei 0,15 Watt, ungeachtet der Versorgungsspannung. Man kann sehen, daß diese mechanische Kraft im Bereich des Motors durch einen Motor mit einer Drehmomentkonstante von 2,5^E-5 Nm/At erhalten werden kann, der mit 600 Schritten/Sekunde dreht, sowie durch einen Motor mit einer Konstante des Drehmomentes von 4^E-5 Nm/At, der mit 200 Schritten/Sekunde dreht und der den momentan verwendeten Motoren entspricht.
Der Stellantrieb für das Klimaanlageventil eines Kraftfahrzeugs nach der Erfindung umfaßt einen Motor, dessen Rotorgeschwindigkeit höher als 5400 Grade pro Sekunde ist, sowie ein Untersetzungsgetriebe, dessen Reduzierungsverhältnis folglich und vorzugsweise höher als 540 ist.
Außerdem weiß man durch das Verhältnis
daß das Drehmoment eines Motors bei einer bestimmten Geschwindigkeit proportional zum Faktor γ²/R_o ist, daher wird der Motor des Stellantriebs für das Klimaanlageventil nach der Erfindung durch einen Faktor γ²/R_o definiert, der zwischen 10^E-6 und 50^E-6 liegt.
Da das Beschleunigungsdrehmoment, das notwendig ist, um die Trägheit des Rotors und die Trägheit der Klappe zu beschleunigen, bei einer hohen Speisefrequenz größer ist als das Drehmoment, das an einem Motor solcher Größe in der Arbeitsweise "Start/Stopp" verfügbar ist, ist es notwendig, eine andere Betriebsart zu definieren.
In 5 ist die Speisefrequenz in der Arbeitsweise der Art "Start/Stopp" gezeigt, die mit jener der gewählten Arbeitsweise, die in 6 gezeigt ist, zu vergleichen ist.
Diese Betriebsart, die als "Ramping-Art" bezeichnet wird, erlaubt, eine fortschreitende Beschleunigung der Frequenz bis zur erforderlichen Frequenz zu implementieren, und zwar ab einer Frequenz, die dem Motor erlaubt, das Beschleunigungsdrehmoment zu liefern, das notwendig ist, um die Trägheit des Rotors und die Trägheit der Klappe zu beschleunigen, das heißt, daß die Arbeitsweise vor der Beschleunigung einer Betriebsart vom Typ "Start/Stopp" ähnelt.
Diese Arbeitsweise weist einen weiteren Vorteil bei der Reinitialisierung auf. In der Tat, wenn bei einem Motor von einem Stellantrieb nach der Erfindung, der über eine "Start/Stopp"-Geschwindigkeit funktioniert, die Klappe den Anschlag anstoßt, verliert der Motor automatisch seine Synchrongeschwindigkeit. Bei dem Verlust des Synchronismus bei hoher Geschwindigkeit gegen den Anschlag wird das an den bestehenden Stellantrieben festgestellte Phänomen von Einschalten und Abprall sehr vermindert, denn der Rotor kann nicht synchron abfahren, da die Erregungsfrequenz höher als die "Start/Stopp"-Geschwindigkeit und das zur Zeit des Anstoßes anliegende dynamische Drehmoment geringer ist.
In Anbetracht des kleinen Ausmaßes des im Stellantrieb nach der Erfindung verwendeten Motors ist es angemessen, die elektrische, dem Motor aufgedrängte Eingangsleistung zu kontrollieren, um die Versorgungsspannung sich zwischen 8 und 14 Volt nicht verändern zu lassen und um die Joule'sche Kraft, die in den Spulen des Motors zerstreut wird, zu begrenzen.
Der Stellantrieb nach der Erfindung umfaßt also ein Mittel von bekanntem Typ, erlaubend, den Wert der Versorgungsspannung festzustellen, und mittels einer Zerhacktechnik den Prozentsatz dieser, auf die Spulen des Motors angewendeten Spannung zu regulieren. Beispielsweise sei das Verhältnis 100% für eine Versorgungsspannung von 8 Volt und 57% für eine Versorgungsspannung von 14 V.
Diese Zerhacktechnik erlaubt außerdem, den Strom beim Sperren zu reduzieren; in der Tat, wenn keine Funktion zur Bewegung der Klappe erforderlich ist, kann ein begrenzter relativer Einschaltkoeffizient, zum Beispiel 10%, angewendet werden, um das Ventil in Position zu halten.
Außerdem erlaubt diese Technik auch während der Beschleunigungs- und Abbremsphasen, die zeitlich sehr begrenzt, ungefähr 50 ms, sind, einen relativen Einschaltkoeffizienten von 100% anzuwenden und erneut mit einem normalen relativen Einschaltkoeffizienten während der Bewegungen mit konstanter Geschwindigkeit zu fahren.
Der Schrittmotor mit ständigem Magneten eines Stellantriebs für das Klimaanlageventil eines Kraftfahrzeugs nach der Erfindung kann von verschiedenen Typen sein, von denen einige in 7, 8 und 9 dargestellt sind.
In 7 ist ein zweiphasiger Motor 1 mit Stanzblech mit einem Außendurchmesser von 20 mm, 24 Schritte/Drehung, dargestellt, der bei 400 Hz arbeitet und mit einem Untersetzungsgetriebe 2 verbunden ist, dessen Reduzierungsverhältnis nahe bei 600 liegt. Zum Vergleich verwendet man momentan, um dieselbe Funktion auszuüben, einen gleichartigen Motor, der bei 200 Hz arbeitet, aber einen Durchmesser von 35 mm hat.
In 8 ist ein zweiphasiger Motor 10 mit ständigem Magneten, 20 Schritte/Umdrehung dargestellt, der bei 400 Hz arbeitet und mit einem Untersetzungsgetriebe 20 verbunden ist, dessen Reduzierungsverhältnis nahe bei 720 liegt.
In Anbetracht nun der 9 kann man die bevorzugte Ausführungsart des Motors mit Untersetzung eines Stellantriebs nach der Erfindung sehen. Er umfaßt einen dreiphasigen Motor 11 mit ständigem Magneten, 30 Schritte/Umdrehung, der 5 Paare von Polen am Rotor besitzt, bei 450 Hz arbeitet und mit einem Untersetzungsgetriebe 21 verbunden ist, dessen Reduzierungsverhältnis bei 540 liegt.
Der dreiphasige Drehstrommotor erlaubt für eine gleiche Art der digitalen Umschaltung der Phasen zwei gespeiste Phasen, eine höhere Auflösung als die der in den 7 und 8 dargestellten Motoren, die Auflösungsmodi von 24 bzw. 20 Schritten pro Umdrehung erlaubt, während der in 9 dargestellte Motor eine Auflösung von 30 vollständigen Schritten pro Umdrehung hat. Der Lärm und die Vibrationen des Motors beim Funktionieren werden also vermindert.
Andererseits kann der Modus der digitalen Umschaltung der Phasen des Drehstrommotors mittels mit nur sechs Transistoren ausgeführt werden, während für die zweipoligen zweiphasigen Motoren (der Strom fließt in der Spule der einen Phase in beide Richtungen) acht Transistoren notwendig sind.
Bezugnehmend auf 10, kann man sehen, daß die bevorzugte Steuerungsart zum Beispiel darin besteht, den Drehstrommotor in "Sternschaltung" anzuschließen, indem die Phasen A, B, C paarweise nacheinander versorgt werden, gemäß einer in 11 beschriebenen Sequenz. Eine bei einem Drehstrommotor verwendete Speisung der Art "2 phases ON" erlaubt einen Drehmomentgewinn von 20% im Vergleich zu derselben, bei einem zweiphasigen Motor verwendeten Steuerungsart. Dies ist auf den vektoriellen Aufbau der Summe des Drehmomentes jeder Phase zurückzuführen, die bei einem Drehstrommotor 1,732 Mal das Drehmoment von „1 phase ON", und bei einem zweiphasigen Motor 1,414 Mal das Drehmoment von "1 phase ON" gibt. Außerdem ist die Veränderung des Drehmomentes zwischen 2 Phasenumschaltungen bei einem Drehstrommotor kleiner als bei einem zweiphasigen Motor, was immerhin zu weniger Veränderung der Geschwindigkeit des Rotors beim Funktionieren führen wird.
Das Steuern eines Stellantriebs für das Klimaanlageventil eines Kraftfahrzeugs durch einen Drehstrommotor bringt also, im Vergleich zu einem zweiphasigen Motor, folgendes bei:

– weniger Lärm und Vibrationen dank der Reduzierung der Welligkeit des Drehmomentes und der Erhöhung der Auflösung,
– eine weniger kostspielige elektronische Steuerung,
– einen besseren Wirkungsgrad zufolge der Erhöhung des verfügbaren Drehmomentes für die gleiche elektrische Eingangskraft.

Andererseits erfordert ein solcher Drehstrommotor nur drei Speiseleiter, während ein zweipoliger zweiphasiger Motor vier solche erfordert.

Claims

Stellantrieb für das Klimaanlageventil eines Kraftfahrzeugs, der einen elektrischen Schrittmotor der Art mit ständigem Magneten anwendet, fähig, eine mechanische Kraft zu liefern, die wenigstens 50 mW entspricht, sowie ein Untersetzungsgetriebe, erlaubend, die Amplitude des Winkelschrittes zu vermindern und das Ausgangsdrehmoment zu erhöhen, dadurch gekennzeichnet, daß der besagte Motor (1; 10; 11) durch das folgende Verhältnis definiert ist: 10^E-6 < γ²/ R_o < 50^E-6, wo γ die Konstante des Drehmomentes, ausgedrückt in Nm/At, proportional zum Magnetvolumen sei, und, R_o der charakteristische Koeffizient des Kupfervolumens und der Länge der durchschnittlichen Wicklung der Spulen, ausgedrückt in Ohm/tr², sei, R_o = ρ·Lsp/(Scu·σ), seiend ρ die Widerstandsfähigkeit des Kupfers, Lsp die Länge der durchschnittlichen Wicklung einer Spule, Scu der Kupferquerschnitt einer Spule und σ der Füllfaktor einer Spule; und dadurch, daß er Mittel zur Steuerung der Speisung des besagten Motors (1; 10; 11) umfaßt, die erlauben, die Speisefrequenz der Spulen fortschreitend zu beschleunigen, um zu einer Arbeitsfrequenz des besagten Motors (1; 10; 11) zu gelangen, die größer ist als die "Start/Stopp"-Anlauffrequenz.
Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er Mittel zur Regulierung der Speisekraft des Motors (1; 10; 11) umfaßt.
Stellantrieb nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor ein Drehstrommotor (11) ist der in Stern- oder Dreieckschaltung angeschlossen und durch sechs Transistoren gesteuert ist.
Stellantrieb nach irgendeinem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorgeschwindigkeit des Motors (1; 10; 11) wenigstens 5400 Grade pro Sekunde beträgt, während das Reduzierungsverhältnis des Untersetzungsgetriebes (2; 20; 21) größer als 540 ist.