EP2161426A2 - Verfahren zur Leistungsbegrenzung eines an einem Gleichspannungsnetz betriebenen elektrischen Motors, insbesondere für ein Gebläse in einem Kraftfahrzeug, sowie Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur Leistungsbegrenzung eines an einem Gleichspannungsnetz betriebenen elektrischen Motors, insbesondere für ein Gebläse in einem Kraftfahrzeug, sowie Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens Download PDF

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EP2161426A2
EP2161426A2 EP09100332A EP09100332A EP2161426A2 EP 2161426 A2 EP2161426 A2 EP 2161426A2 EP 09100332 A EP09100332 A EP 09100332A EP 09100332 A EP09100332 A EP 09100332A EP 2161426 A2 EP2161426 A2 EP 2161426A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
speed
motor
rated
rotational speed
nenn
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09100332A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2161426A3 (de
Inventor
Richard Vogt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2161426A2 publication Critical patent/EP2161426A2/de
Publication of EP2161426A3 publication Critical patent/EP2161426A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
    • F01P7/02—Controlling of coolant flow the coolant being cooling-air
    • F01P7/04—Controlling of coolant flow the coolant being cooling-air by varying pump speed, e.g. by changing pump-drive gear ratio
    • F01P7/048—Controlling of coolant flow the coolant being cooling-air by varying pump speed, e.g. by changing pump-drive gear ratio using electrical drives

Definitions

  • the invention relates to a method for limiting the power of an electric motor operated on a DC voltage network, in particular for a fan in a motor vehicle.
  • the invention further relates to a device for limiting the power of an electric motor operated on a DC voltage network, in particular for a fan in a motor vehicle.
  • Blower motors are used in motor vehicles in the air conditioning or heating of the passenger compartment and in the cooling of the cooling water of the internal combustion engine, compare about the DE 101 21 766 A1 ,
  • the electronic control unit usually receives a desired signal from a higher-level control or regulation. In the case of a fan for engine cooling, the electronic control unit receives the desired signal, for example from the engine control system. in the If a blower for the air conditioning of the passenger compartment, the electronic control unit receives the desired signal, for example from a climate control system.
  • the electronic control unit can also influence the terminal voltage of the motor depending on further parameters, for example as a function of the ambient temperature, of the applied supply voltage of a DC voltage network, in dependence on the current that receives the brush motor, or upon detection of a blocking of the brush motor.
  • controllers are known and are used, for example, in engine cooling fans (FCM, Fan Control Module) and air conditioning blowers (BCL, BCP, Blower Controller with linear (L) or pulse width modulated (P) operation).
  • the speed of the motor it is necessary to determine the speed of the motor in order to determine from the speed of a suitable control variable, with which the motor is driven.
  • Systems are known in which the electronic control unit measures the speed of a connected brush motor and uses the measurement data to set the terminal voltage.
  • Various methods for determining the speed are known. The speed can be determined sensor-based or sensorless.
  • sensor-based With sensor-based is meant that a special speed sensor is used, with which the speed is measured. For example, a Hall sensor or an AMR sensor (AMR, anisotropic magnetoresistive effect) may be considered. If speed sensors are used, the costs and the weight of the devices increase. By sensorless is meant that the speed is determined indirectly from parameters serving a purpose other than speed measurement.
  • a ripple-count method ripple, ripple
  • ripple ripple in which a ripple in the power consumption is evaluated to close the speed.
  • sensorless methods for determining the speed have the disadvantage that they do not work reliably over the entire speed range (from zero speed to above the rated speed at which damage to the fan must be expected) and the entire life of the device.
  • the harmonics lead on the one hand to a reduced accuracy.
  • the power consumption of the motor in the fan it is usually necessary to reliably limit the power consumption of the motor in the fan to a maximum value (rated power). If the power consumption increases with the speed of the motor, as is the case with an axial fan (the power consumption increases approximately with the cube of the speed), the power consumption can be limited by limiting the speed to a maximum speed (rated speed).
  • the above method has the advantage that the speed of the motor is reliably limited, although a special speed sensor is dispensed with.
  • the absence of special speed sensors leads to a reduction in the cost and weight of the device according to the invention.
  • n nominal -x%, n nom + y% The limit of the speed range [n nominal -x%, n nom + y%] ensures that low cost to be implemented method for sensorless speed measurement can be used.
  • n nom denotes the nominal speed, and x% and y% percentages of rated speed. It is only necessary that these methods work reliably in this speed range. It does not matter if these methods provide reliable speeds over the entire possible speed range. Thus, easily realizable methods for speed measurement for the inventive method and apparatus of the invention can be used.
  • the speed range can be determined, for example, based on the following considerations:
  • the nominal speed nnenn is specified, for example by a manufacturer or a customer. Before the control starts at the rated speed, it must be determined by means of an "auxiliary measurement" whether the speed of the motor lies within a speed range above the rated speed n nom , because only then the control is operated.
  • a predetermined setting time is waited before the speed of the motor is measured, because the motor takes a certain time until it reaches the speed associated with the control signal has reached, for example because of inertial influences.
  • the set-up time thus ensures that work is done at a speed which is assigned to the control signal and not at too low a speed. This avoids that the regulation is not avoided because it is assumed that the speed is too low.
  • the tolerance of the auxiliary measurement gives an indication of the values x and y. It must be ensured that a speed range between nnom -x% and nnenn + y% is achieved even with maximum tolerance of the auxiliary measurement. It is expedient to take into account tolerances in the vehicle electrical system voltage. For example, to increase the absolute value of x, if the electrical system can remain below a nominal voltage (for example, twelve volts) due to inaccuracies. Known Bordnetze for motor vehicles have tolerances of about +/- 5%.
  • the value for y can be determined from possible speed increases until the onset of regulation and / or due to external influences (for example a drive of the blower by the wind, so-called windmill effect).
  • the rated speed can therefore be exceeded for a short time.
  • the value for y must be selected so that the speed measurement works up to at least this exceeding of the rated speed.
  • the design of the fan must be such that this time-limited excess does not lead to damage, which is generally not critical for brush motors.
  • the value for y has to ensure that the interval is not left up at all tolerance positions, otherwise the speed measurement no longer works and an overload could not be reliably avoided.
  • the speed of the motor is determined during the regulation of the speed to the rated speed with a ripple count method, in which the ripple in the power consumption is evaluated. Since the control is only in the interval around the rated speed, a simple execution of the ripple count method can be used.
  • the motor of the device according to the invention is designed as a brush motor.
  • an apparatus for carrying out one of the above methods with an electric motor operated on a DC voltage network and with a control device for regulating a rotational speed of the motor by varying an operating voltage applied to the motor.
  • the control device is adapted to regulate the speed of the motor at a rated speed n rated only to operate is when the measured rotational speed within a speed range above a rated rotational speed n rated, wherein the control is performed so dependent on the measured speed to the speed the motor to the rated rotational speed n rated set.
  • FIG. 1 is a flowchart of a method for limiting the power of a DC power grid operated electric motor shown.
  • a rated speed n nenn is specified for an electric brush motor which drives an axial fan in a motor vehicle.
  • the rated speed nnenn represents a maximum speed that should not (substantially) be exceeded in order to ensure perfect operation of the fan.
  • the rated speed n nenn is about 3500 revolutions per minute (rpm).
  • the rated speed results on the one hand from the requirements of a customer and on the other hand from the load capacity of the fan.
  • the method according to the invention is designed in such a way that it reliably achieves a power limitation - and thus equivalently a speed limitation to the nominal speed.
  • a speed range is [N Nominal -x%; nnn + y%].
  • the speed range extends from 15% below the nominal speed n nenn to 15% above the rated speed n nenn .
  • the speed range is thus determined by the interval [2975 rpm; 4025 rpm).
  • the specific speed range to be selected depends in particular on which method is used to determine the speed. It is necessary that the method be used over the entire speed range, here the interval [2975 rpm; 4025 rpm), permanently reliable.
  • the rated speed 3500 rpm is requested by a higher-level control, such as a climate control or engine control, that is, the fan is to provide its maximum power.
  • a higher-level control such as a climate control or engine control, that is, the fan is to provide its maximum power. This can be done at one be special case, but for example also for the purpose of cleaning slats of the brush motor, which are pasted or threaten to paste.
  • a control signal is formed, which is assigned to the rated speed n nenn . With this control signal, the motor is controlled.
  • a fifth step 5 ensures that a speed of the motor in the range of n nom -x% and n nom + y adjusts% secure. To do this, wait for a given set time.
  • the set time is used to set the motor to the required rated speed 3500 rpm. With blowers in motor vehicles, the setting time is usually a few seconds, for example, about five seconds.
  • This step represents an "auxiliary measurement" whose accuracy is not too high.
  • x and y be chosen so that, taking into account the tolerance of this auxiliary measurement and other tolerances, a speed in the range of n nenn -x% and n nenn + y% sets sure.
  • a sixth step 6 the exact speed is now determined, for example, by a non-sonsorative method, which must only work reliably in the range nnom -x% and nnom + y%, and with the interval [2975 rpm; 4025 rpm).
  • the control will not be activated.
  • the fact that the speed is outside the interval even though the rated speed has been requested can have different causes, for example: It is possible that the set time has been set too short. It is also possible that the blower is defective and can not reach the rated speed. Finally is conceivable that there are causes outside of the fan or motor, such as a dropped vehicle electrical system, which is no longer able to provide the original voltage of, for example twelve volts.
  • the method according to the invention can react to these situations.
  • another waiting time is first waited for a long time - or another period of time - and the measurement of the speed repeated. This process can also be repeated. This is indicated by the return 8.
  • the method may issue an indication of a fault to inform the driver that he should check the blower and power supply.
  • FIG. 2 is a fan system 10 for an internal combustion engine 11 in a motor vehicle, not shown schematically as a block diagram.
  • the fan system 10 comprises a device 12 according to the invention.
  • the device 12 has a fan 13, a motor 15 connected to the fan via a shaft 14 and a control device 16.
  • the motor 15 drives the fan 13 via the shaft 14.
  • the control device 16 controls the motor 15 with a manipulated variable continuously.
  • the control of the motor 15 takes place in this embodiment by means of pulse width modulated signals having a frequency above eighteen kilohertz.
  • the manipulated variable is usually a voltage or a current.
  • the control of the motor 15 is performed according to a previously determined required cooling capacity of the engine 11.
  • the required cooling capacity is in this embodiment of the temperature of the engine 11th derived. This temperature is measured by means of a temperature sensor 17.
  • the temperature sensor 17 transmits the measured temperature to the control device 16, which determines the cooling capacity and forms the manipulated variable for the motor 15.
  • the fan system 10 must operate at its maximum cooling power (rated power). So that the fan system 10 is protected from overloading, the device 12 is designed to limit the power absorbed by the motor 15.
  • the fan 13 is an axial fan in which the power increases with the speed of the motor 15 and the fan 13 (at about the third power of the speed).
  • the device 12 is designed for this reason to limit the speed. In this way, the power is limited at the same time and the fan system 10 is protected from overloading.
  • the approximate speed of the motor 15 is required.
  • the speed of the motor 15 determines the control device 16 from the manipulated variable with which the motor 15 is driven.
  • the control device 16 compares the determined speed of the motor 15 with this interval. If the speed is within this interval as well as above the rated speed, ie in the interval [3500 rpm; 4025 rpm), a control is activated with the aim of limiting the speed to the nominal speed of 3500 rpm specified here. If the speed is not in this interval, the control will not be activated. If the speed is not within this interval even after some time, although the rated speed has been requested and the engine has had enough time to reach the rated speed, this indicates a malfunction. The driver can be displayed in this case, a corresponding fault message.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Regeln eines an einem Gleichspannungsnetz betriebenen elektrischen Motors (15), insbesondere für ein Gebläse (13) in einem Kraftfahrzeug, vorgestellt, das kostengünstig und zuverlässig eine Leistungsbegrenzung gewährleistet. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: - Ansteuern des Motors (15) mit einem Steuersignal, das einer vorgegebenen Nenndrehzahl n nenn zugeordnet ist; - Messen einer Drehzahl des Motors (15), die sich bei dem Ansteuern des Motors mit dem Steuersignal einstellt; - Betreiben einer Regelung der Drehzahl des Motors (15), nur wenn die gemessene Drehzahl innerhalb eines Drehzahlbereichs oberhalb der Nenndrehzahl n nenn liegt, wobei die Regelung abhängig von der gemessenen Drehzahl so durchgeführt wird, um die Drehzahl des Motors auf die Nenndrehzahl n nenn einzustellen., Ferner wird eine Vorrichtung vorgestellt, die das vorgenannte Verfahren ausführt.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leistungsbegrenzung eines an einem Gleichspannungsnetz betriebenen elektrischen Motors, insbesondere für ein Gebläse in einem Kraftfahrzeug. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Leistungsbegrenzung eines an einem Gleichspannungsnetz betriebenen elektrischen Motors, insbesondere für ein Gebläse in einem Kraftfahrzeug.
    • Stand der Technik
  • Gebläsemotoren werden in Kraftfahrzeugen bei der Klimatisierung oder Heizung der Fahrgastzelle und bei der Kühlung des Kühlwassers der Brennkraftmaschine eingesetzt, vergleiche etwa die DE 101 21 766 A1 .
  • Es sind Gebläse mit Bürstenmotoren bekannt, bei denen ein elektrisches Steuergerät durch Variation einer an den Bürsten anliegenden Spannung (Klemmenspannung) des Motors unterschiedliche Drehzahlen einstellen kann. Das elektronische Steuergerät erhält dabei üblicherweise ein Sollsignal von einer übergeordneten Steuerung oder Regelung. Im Falle eines Gebläses für eine Motorkühlung erhält das elektronische Steuergerät das Sollsignal beispielsweise aus dem Motorsteuerungssystem. Im Falle eines Gebläses für die Klimatisierung der Fahrgastzelle erhält das elektronische Steuergerät das Sollsignal beispielsweise aus einem Klimaregelsystem.
  • Das elektronische Steuergerät kann die Klemmspannung des Motors auch abhängig von weiteren Parametern beeinflussen, beispielsweise in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur, von der angelegten Versorgungsspannung eines Gleichspannungsnetzes, in Abhängigkeit von dem Strom, den der Bürstenmotor aufnimmt, oder bei Erkennen eines Blockierens des Bürstenmotors. Solche Steuerungen sind bekannt und werden beispielsweise in Motorkühlungsgebläsen (FCM, Fan Control Module) und Klimagebläsen (BCL, BCP, Blower Controller mit linearem (L) oder pulsweitenmoduliertem (P) Betrieb) eingesetzt.
  • Für die Regelung der Drehzahl des Motors ist es erforderlich, die Drehzahl des Motors zu bestimmen, um aus der Drehzahl eine geeignete Regelstellgröße zu ermitteln, mit der der Motor angesteuert wird. Es sind Systeme bekannt, in denen das elektronische Steuergerät die Drehzahl eines angeschlossenen Bürstenmotors misst und die Messdaten zur Einstellung der Klemmenspannung verwendet. Es sind verschiedene Verfahren zur Bestimmung der Drehzahl bekannt. Die Drehzahl lässt sich sensorbasiert oder sensorlos bestimmen.
  • Mit sensorbasiert ist gemeint, dass ein spezieller Drehzahlsensor eingesetzt wird, mit dem die Drehzahl gemessen wird. In Betracht kommt beispielsweise ein Hallsensor oder ein AMR-Sensor (AMR, Anisotroper Magnetoresistiver Effekt). Werden Drehzahlsensoren eingesetzt, steigen die Kosten und das Gewicht der Vorrichtungen. Mit sensorlos ist gemeint, dass die Drehzahl mittelbar aus Parametern ermittelt wird, die einem anderen Zweck dienen als der Drehzahlmessung. In Betracht kommt beispielsweise ein Ripple-Count-Verfahren (ripple, Welligkeit), bei dem eine Welligkeit in der Stromaufnahme ausgewertet wird, um auf die Drehzahl zu schließen.
  • Sensorlose Verfahren zum Bestimmen der Drehzahl weisen jedoch den Nachteil auf, dass sie nicht über den gesamten Drehzahlbereich (von Drehzahl Null bis oberhalb der Nenndrehzahl, bei der mit einer Beschädigung des Gebläses gerechnet werden muss) und der gesamten Lebensdauer der Vorrichtung zuverlässig arbeiten. So bereiten bei Ripple-Count-Verfahren insbesondere Oberwellen in den Spannungs- und Stromverläufen Probleme bei der Bestimmung von Drehzahlen, wenn der Drehzahlbereich zu groß gewählt wird. Die Oberwellen führen einerseits zu einer reduzierten Genauigkeit. Andererseits machen sie eine komplexe Auswertung der Spannungs- und Stromverläufe erforderlich, die mit erhöhten Kosten verbunden ist.
  • Aus verschiedenen Gründen, wie zum Beispiel der Betriebssicherheit des Gebläses oder die Begrenzung der Baugröße, ist es in der Regel erforderlich, die Leistungsaufnahme des Motors in dem Gebläse zuverlässig auf einen maximalen Wert (Nennleistung) zu begrenzen. Wenn die Leistungsaufnahme mit der Drehzahl des Motors steigt, wie es beispielsweise bei einem Axialgebläse der Fall ist (die Leistungsaufnahme steigt etwa mit der dritten Potenz der Drehzahl), lässt sich die Leistungsaufnahme durch eine Begrenzung der Drehzahl auf eine maximale Drehzahl (Nenndrehzahl) begrenzen.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, bei denen sich die Drehzahl zuverlässig auch bei variierender Versorgungsspannung begrenzen lässt.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zur Leistungsbegrenzung eines an einem Gleichspannungsnetz betriebenen elektrischen Motors gemäß Anspruch 1 sowie durch die Vorrichtung gemäß dem nebengeordneten Anspruch gelöst.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
    Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zur Leistungsbegrenzung eines an einem Gleichspannungsnetz betriebenen elektrischen Motors vorgesehen, insbesondere für ein Gebläse in einem Kraftfahrzeug. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
    • Ansteuern des Motors mit einem Steuersignal, das einer vorgegebenen Nenndrehzahl nnenn zugeordnet ist;
    • Messen einer Drehzahl des Motors, die sich bei dem Ansteuern des Motors mit dem Steuersignal einstellt;
    • Betreiben einer Regelung der Drehzahl des Motors, nur wenn die gemessene Drehzahl innerhalb eines Drehzahlbereichs oberhalb der Nenndrehzahl nnenn liegt, wobei die Regelung abhängig von der gemessenen Drehzahl so durchgeführt wird, um die Drehzahl des Motors auf die Nenndrehzahl nnenn einzustellen.
  • Das obige Verfahren weist den Vorteil auf, dass die Drehzahl des Motors zuverlässig begrenzt wird, obwohl auf einen speziellen Drehzahlsensor verzichtet wird. Der Verzicht auf spezielle Drehzahlsensoren führt zu einer Reduzierung der Kosten und des Gewichtes der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • Die Begrenzung auf den Drehzahlbereich [nnenn-x%, nnenn+y%] gewährleistet, dass kostengünstig zu realisierende Verfahren für die sensorlose Drehzahlmessung eingesetzt werden können. nnenn bezeichnet die Nenndrehzahl und x% sowie y% prozentuale Anteile der Nenndrehzahl. Es ist nur erforderlich, dass diese Verfahren in diesem Drehzahlbereich zuverlässig arbeiten. Es kommt nicht darauf an, ob diese Verfahren über den gesamten möglichen Drehzahlbereich zuverlässige Drehzahlen liefern. Damit sind auch einfach zu realisierende Verfahren zur Drehzahlmessung für das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung einsetzbar.
  • Der Drehzahlbereich kann beispielsweise aufgrund der folgenden Überlegungen ermittelt werden:
  • Die Nenndrehzahl nnenn wird vorgegeben, etwa durch einen Hersteller oder einen Kunden. Bevor die Regelung auf die Nenndrehzahl beginnt, muss mittels einer "Hilfsmessung" festgestellt werden, ob die Drehzahl des Motors innerhalb eines Drehzahlbereichs oberhalb der Nenndrehzahl nnenn liegt, denn nur dann wird die Regelung betrieben.
  • Zweckmäßig wird nach dem Ansteuern des Motors mit dem Steuersignal eine vorgegebene Einstellzeit gewartet, bevor die Drehzahl des Motors gemessen wird, denn der Motor benötigt eine gewisse Zeit, bis er die dem Steuersignal zugeordnete Drehzahl erreicht hat, etwa aufgrund von Trägheitseinflüssen. Die Einstellzeit gewährleistet somit, dass mit einer Drehzahl gearbeitet wird, die dem Steuersignal zugeordnet ist, und nicht etwa mit einer zu geringen Drehzahl. Dadurch wird vermieden, dass die Regelung nicht deshalb unterbleibt, weil von einer zu geringen Drehzahl ausgegangen wird.
  • An diese Hilfsmessung werden keine allzu hohen Anforderungen hinsichtlich der Genauigkeit gestellt.
  • Aus der Toleranz der Hilfsmessung ergibt sich ein Anhaltspunkt für die Werte x und y. Es muss gewährleistet sein, dass ein Drehzahlbereich zwischen nnenn-x% und nnenn+y% auch bei maximaler Toleranz der Hilfsmessung erreicht wird. Hierbei ist es zweckmäßig, auch Toleranzen in der Bordnetzspannung zu berücksichtigen. So ist beispielsweise der Absolutwert von x zu erhöhen, wenn das Bordnetz aufgrund von Ungenauigkeiten unterhalb einer Nennspannung (beispielsweise zwölf Volt) bleiben kann. Bekannte Bordnetze für Kraftfahrzeuge weisen Toleranzen von etwa +/- 5% auf.
  • Der Wert für y kann aus möglichen Drehzahlüberhöhungen bis zum Einsetzen der Regelung und/oder durch Fremdeinflüsse (beispielsweise einen Antrieb des Gebläses durch den Fahrtwind, so genannter Windmill-Effekt) bestimmt werden. Die Nenndrehzahl kann also für eine kurze Zeit überschritten werden. Der Wert für y muss so gewählt werden, dass die Drehzahlmessung bis mindestens zu dieser Überschreitung der Nenndrehzahl funktioniert. Zugleich muss die Auslegung des Gebläses so erfolgen, dass diese zeitlich begrenzte Überschreitung nicht zu einer Schädigung führt, was in der Regel bei Bürstenmotoren unkritisch ist. Darüber hinaus hat der Wert für y sicherzustellen ist, dass bei allen Toleranzlagen das Intervall nicht nach oben verlassen wird, da andernfalls die Drehzahlmessung nicht mehr funktioniert und sich eine Überlast nicht zuverlässig vermeiden ließe.
  • Die Bestimmung eines Wertes für y ist erforderlich, da eine stabile Regelung auf die Nenndrehzahl auch die Bestimmung von Drehzahlen oberhalb der Nenndrehzahl voraussetzt.
  • In einer Ausführungsform wird die Drehzahl des Motors während des Regelns der Drehzahl auf die Nenndrehzahl mit einem Ripple-Count-Verfahren bestimmt, bei dem die Welligkeit in der Stromaufnahme ausgewertet wird. Da die Regelung nur in dem Intervall um die Nenndrehzahl erfolgt, kann eine einfache Ausführung des Ripple-Count-Verfahrens eingesetzt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist der Motor der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Bürstenmotor ausgebildet.
  • Zweckmäßig erfolgt das Messen der an den Bürsten des Bürstenmotors anliegenden Klemmenspannung oder dem durch die Bürsten des Bürstenmotors fließenden Stroms mit Hilfe eines Spannungssensors beziehungsweise eines Stromsensors. Solche Sensoren sind häufig schon für andere Aufgaben vorhanden und können somit mitbenutzt werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung zum Durchführen eines der vorstehenden Verfahren mit einem an einem Gleichspannungsnetz betriebenen elektrischen Motor und mit einer Regelvorrichtung zum Regeln einer Drehzahl des Motors durch Verändern einer an dem Motor anliegenden Betriebsspannung vorgesehen. Die Regelvorrichtung ist ausgebildet, die Regelung der Drehzahl des Motors auf eine Nenndrehzahl nnenn nur dann zu betreiben, wenn die gemessene Drehzahl innerhalb eines Drehzahlbereichs oberhalb einer Nenndrehzahl nnenn liegt, wobei die Regelung abhängig von der gemessenen Drehzahl so durchgeführt wird, um die Drehzahl des Motors auf die Nenndrehzahl nnenn einzustellen.
    • Kurzbeschreibung der Figuren
  • Die Erfindung wird anhand der in den folgenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Leistungsbegrenzung eines an einem Gleichspannungsnetz betriebenen elektrischen Motors; und
    • Figur 2 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Leistungsbegrenzung eines an einem Gleichspannungsnetz betriebenen elektrischen Motors.
    Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • In Figur 1 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Leistungsbegrenzung eines an einem Gleichspannungsnetz betriebenen elektrischen Motors dargestellt.
  • In einem ersten Schritt 1 wird eine Nenndrehzahl nnenn für einen elektrischen Bürstenmotor vorgegeben, der ein Axialgebläse in einem Kraftfahrzeug antreibt. Die Nenndrehzahl nnenn stellt eine maximale Drehzahl dar, die nicht (wesentlich) überschritten werden sollte, um einen einwandfreien Betrieb des Gebläses zu gewährleisten. In der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Nenndrehzahl nnenn etwa 3500 Umdrehungen pro Minute (U/Min). Die Nenndrehzahl ergibt sich einerseits aus Anforderungen eines Kunden und andererseits aus der Belastbarkeit des Gebläses. Das erfindungsgemäße Verfahren ist so ausgeführt, dass es eine Leistungsbegrenzung - und damit gleichbedeutend eine Drehzahlbegrenzung auf die Nenndrehzahl nnenn - zuverlässig erzielt.
    In einem zweiten Schritt 2 wird ein Drehzahlbereich [nnenn-x%; nnenn+y%] bestimmt. Im vorliegenden Fall wird x=15 und y=15 gewählt. Das heißt, dass sich der Drehzahlbereich von 15% unterhalb der Nenndrehzahl nnenn bis 15% oberhalb der Nenndrehzahl nnenn erstreckt. Vorliegend wird der Drehzahlbereich somit von dem Intervall [2975 U/Min; 4025 U/Min] gebildet. Es sei darauf hingewiesen, dass x und y nicht gleich gewählt zu werden brauchen, sondern auch unterschiedlich groß ausfallen können, beispielsweise x=20 und y=10, je nach konkretem Bedarf. Es ist aber zu fordern, dass x deutlich unter 100 liegt. Der konkret zu wählende Drehzahlbereich hängt insbesondere davon ab, welches Verfahren zur Drehzahlbestimmung verwendet wird. Es ist erforderlich, dass das Verfahren im gesamten Drehzahlbereich, hier dem Intervall [2975 U/Min; 4025 U/Min], dauerhaft zuverlässig arbeitet.
  • In einem dritten Schritt 3 wird die Nenndrehzahl 3500 U/Min von einer übergeordneten Steuerung, etwa eine Klimasteuerung oder Motorsteuerung, angefordert, das heißt das Gebläse soll seine maximale Leistung bereitstellen. Dies kann bei einer besonderen Beanspruchung der Fall sein, aber beispielsweise auch zu Zwecken der Reinigung von Lamellen des Bürstenmotors, die verpastet sind oder zu verpasten drohen.
  • In einem vierten Schritt 4 wird ein Steuersignal gebildet, das der Nenndrehzahl nnenn zugeordnet ist. Mit diesem Steuersignal wird der Motor angesteuert.
  • In einem fünften Schritt 5 wird sichergestellt, dass sich eine Drehzahl des Motors im Bereich von nnenn-x% und nnenn+y% sicher einstellt. Hierzu wird für eine vorgegebene Einstellzeit gewartet. Die Einstellzeit dient dazu, den Motor auf die angeforderte Nenndrehzahl 3500 U/Min einzustellen. Bei Gebläsen in Kraftfahrzeugen beträgt die Einstellzeit üblich einige Sekunden, beispielsweise etwa fünf Sekunden.
  • Dieser Schritt stellt eine "Hilfsmessung" dar, an deren Genauigkeit keine zu hohen Anforderungen gestellt werden. Es ist aber zu fordern, dass x und y so gewählt werden, dass bei Berücksichtigung der Toleranz dieser Hilfsmessung und weiterer Toleranzen sich eine Drehzahl im Bereich von nnenn-x% und nnenn+y% sicher einstellt.
  • In einem sechsten Schritt 6 wird nun die genaue Drehzahl zum Beispiel durch ein sonsorloses Verfahren, das nur in dem Bereich nnenn-x% und nnenn+y% zuverlässig funktionieren muss, bestimmt und mit dem Intervall [2975 U/Min; 4025 U/Min] verglichen.
  • Liegt die gemessene Drehzahl sowohl innerhalb dieses Intervalls als auch oberhalb der Nenndrehzahl 3500 U/Min, also in dem Intervall [3500 U/Min; 4025 U/Min], so wird eine Regelung 7 betrieben, die die Drehzahl auf die Nenndrehzahl einstellt; die Nenndrehzahl stellt für die Regelung also die Sollgröße dar.
  • Liegt die gemessene Drehzahl außerhalb des Intervalls, so wird die Regelung nicht aktiviert. Dass die Drehzahl außerhalb des Intervalls liegt, obwohl die Nenndrehzahl angefordert worden ist, kann unterschiedliche Ursachen haben, etwa: Es ist möglich, dass die Einstellzeit zu kurz gewählt worden ist. Es ist auch möglich, dass das Gebläse defekt ist und die Nenndrehzahl nicht mehr erreichen kann. Schließlich ist denkbar, dass es Ursachen außerhalb des Gebläses oder Motors gibt, wie beispielsweise ein abgefallenes Bordnetz, das nicht mehr die ursprüngliche Spannung von beispielsweise zwölf Volt bereitzustellen in der Lage ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf diese Situationen reagieren. Im vorliegenden Fall wird zunächst eine weitere Einstellzeit lang abgewartet - oder auch eine andere Zeitdauer - und die Messung der Drehzahl wiederholt. Dieser Vorgang kann auch wiederholt ausgeführt werden. Dies ist durch die Rückführung 8 angedeutet.
  • Erreicht die Drehzahl danach immer noch nicht das Intervall, so kann das Verfahren einen Hinweis auf eine Störung ausgeben, um dem Fahrer mitzuteilen, dass er das Gebläse und die Spannungsversorgung überprüfen sollte.
  • Wird von der Steuerung eine niedrigere Drehzahl als die Nenndrehzahl 3500 U/Min angefordert, so wird die Regelung beendet.
  • In Figur 2 ist ein Lüftersystem 10 für einen Verbrennungsmotor 11 in einem nicht dargestellten Kraftfahrzeug schematisch als Blockdiagramm dargestellt.
  • Das Lüftersystem 10 umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung 12. Die Vorrichtung 12 weist einen Lüfter 13, einen mit dem Lüfter über eine Welle 14 verbundenen Motor 15 sowie eine Regelvorrichtung 16 auf.
  • Der Motor 15 treibt über die Welle 14 den Lüfter 13 an.
  • Die Regelvorrichtung 16 steuert den Motor 15 mit einer Stellgröße stufenlos an. Die Ansteuerung des Motors 15 erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel mit Hilfe von pulsweitenmodulierten Signalen mit einer Frequenz oberhalb von achtzehn Kilohertz. Die Stellgröße ist üblicherweise eine Spannung oder ein Strom.
  • Die Ansteuerung des Motors 15 wird entsprechend einer zuvor ermittelten benötigten Kühlleistung des Verbrennungsmotors 11 vorgenommen. Die benötigte Kühlleistung wird in diesem Ausführungsbeispiel von der Temperatur des Verbrennungsmotors 11 abgeleitet. Diese Temperatur wird mit Hilfe eines Temperatursensors 17 gemessen. Der Temperatursensor 17 übermittelt die gemessene Temperatur an die Regelvorrichtung 16, die die Kühlleistung ermittelt und die Stellgröße für den Motor 15 bildet.
  • Es kann eine Situation vorkommen, in der das Lüftersystem 10 mit seiner maximalen Kühlleistung (Nennleistung) arbeiten muss. Damit das Lüftersystem 10 vor einer Überlastung geschützt ist, ist die Vorrichtung 12 ausgebildet, die aufgenommene Leistung des Motors 15 zu begrenzen.
  • Bei dem Lüfter 13 handelt es sich um einen Axiallüfter, bei dem die Leistung mit der Drehzahl des Motors 15 beziehungsweise des Lüfters 13 steigt (mit etwa der dritten Potenz der Drehzahl). Die Vorrichtung 12 ist aus diesem Grunde ausgelegt, die Drehzahl zu begrenzen. Auf diese Weise wird zugleich die Leistung begrenzt und das Lüftersystem 10 vor einer Überlastung geschützt.
  • Für die Drehzahlbegrenzung wird die ungefähre Drehzahl des Motors 15 benötigt. Die Drehzahl des Motors 15 ermittelt die Regelvorrichtung 16 aus der Stellgröße, mit der der Motor 15 angesteuert wird.
  • In der Regelvorrichtung 16 ist ein Drehzahlbereich [nnenn-x%; nnenn+y%] abgelegt, in der vorliegenden Ausführungsform das oben angegebene Intervall [2975 U/Min; 4025 U/Min], das sich aus nnenn=3500 U/Min und x=y=15 ergibt. Die Regelvorrichtung 16 vergleicht die ermittelte Drehzahl des Motors 15 mit diesem Intervall. Liegt die Drehzahl sowohl innerhalb dieses Intervalls als auch oberhalb der Nenndrehzahl, also in dem Intervall [3500 U/Min; 4025 U/Min], so wird eine Regelung aktiviert, die zum Ziel hat, die Drehzahl auf die hier vorgegebene Nenndrehzahl 3500 U/Min zu begrenzen. Liegt die Drehzahl nicht in diesem Intervall, so wird die Regelung nicht aktiviert. Liegt die Drehzahl auch nach einiger Zeit nicht innerhalb dieses Intervalls, obwohl die Nenndrehzahl angefordert worden ist und der Motor genug Zeit gehabt hätte, die Nenndrehzahl zu erreichen, so lässt dies auf eine Fehlfunktion schließen. Dem Fahrer kann in diesem Fall eine entsprechende Störungsmeldung angezeigt werden.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Leistungsbegrenzung eines an einem Gleichspannungsnetz betriebenen elektrischen Motors (15), insbesondere für ein Gebläse in einem Kraftfahrzeug, mit den Schritten:
    - Ansteuern des Motors (15) mit einem Steuersignal, das einer vorgegebenen Nenndrehzahl nnenn zugeordnet ist;
    - Messen einer Drehzahl des Motors (15), die sich bei dem Ansteuern des Motors mit dem Steuersignal einstellt;
    - Betreiben einer Regelung der Drehzahl des Motors (15), nur wenn die gemessene Drehzahl innerhalb eines Drehzahlbereichs oberhalb der Nenndrehzahl nnenn liegt, wobei die Regelung abhängig von der gemessenen Drehzahl so durchgeführt wird, um die Drehzahl des Motors auf die Nenndrehzahl nnenn einzustellen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Ansteuern des Motors (15) mit dem Steuersignal eine vorgegebene Einstellzeit gewartet wird, bevor die Drehzahl des Motors (15) gemessen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl des Motors (15) während des Regelns der Drehzahl auf die Nenndrehzahl nnenn sensorlos erfolgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl des Motors (15) während des Regelns der Drehzahl auf die Nenndrehzahl nnenn mit einem Ripple-Count-Verfahren erfolgt.
  5. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens, nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, mit einem an einem Gleichspannungsnetz betriebenen elektrischen Motor (15) und mit einer Regelvorrichtung (16) zum Regeln einer Drehzahl des Motors (15) durch Verändern einer an dem Motor (15) anliegenden Betriebsspannung, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelvorrichtung (16) ausgebildet ist, die Regelung der Drehzahl des Motors (15) auf eine Nenndrehzahl nnenn nur dann zu betreiben, wenn die gemessene Drehzahl innerhalb eines Drehzahlbereichs oberhalb einer Nenndrehzahl nnenn liegt, wobei die Regelung abhängig von der gemessenen Drehzahl so durchgeführt wird, um die Drehzahl des Motors auf die Nenndrehzahl nnenn einzustellen.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelvorrichtung (16) ausgebildet ist, die Regelung der Drehzahl des Motors (15) auf die Nenndrehzahl nnenn erst dann zu betreiben, wenn die Drehzahl des Motors (15) für eine vorgegebene Einstellzeit innerhalb des vorgegebenen Intervalls [nnenn; nnenn+y%] gelegen hat.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelvorrichtung (16) ausgebildet ist, die Drehzahl des Motors (15) während des Regelns der Drehzahl auf die Nenndrehzahl nnenn sensorlos zu bestimmen.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelvorrichtung (16) ausgebildet ist, die die Drehzahl des Motors (15) während des Regelns der Drehzahl auf die Nenndrehzahl nnenn mittels eines Ripple-Count-Verfahrens zu bestimmen.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (15) als Bürstenmotor ausgebildet ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen Spannungssensors und/oder einen Stromsensor zum Messen der an den Bürsten des Bürstenmotors anliegenden Spannung beziehungsweise dem durch die Bürsten des Bürstenmotors fließenden Stroms.
EP09100332.7A 2008-09-09 2009-06-12 Verfahren zur Leistungsbegrenzung eines an einem Gleichspannungsnetz betriebenen elektrischen Motors, insbesondere für ein Gebläse in einem Kraftfahrzeug, sowie Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens Withdrawn EP2161426A3 (de)

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