JP2004519997A - 駆動装置 - Google Patents

Abstract

本発明は駆動装置たとえば車両内の送風機用の駆動装置に関する。この駆動装置は、直流電圧源（Ｕ_Ｂａｔ）で駆動される電動モータ（１３）と、このモータ（１２）に加わる動作電圧の変更によりモータの回転数を制御する装置（１３）を有している。コスト的に有利に実現可能なモータ回転数の段階的な調整のため回転数制御装置（１３）は、複数の抵抗（Ｒ１〜Ｒ３）と、モータ（１２）をこれらの抵抗（Ｒ１〜Ｒ３）の少なくとも１つと選択的に直列接続するための複数の半導体スイッチ（Ｔ１〜Ｔ３）を有している。

Description

【０００１】
従来の技術
本発明は、請求項１の上位概念に記載の駆動装置たとえば車両内の送風機用の駆動装置に関する。
【０００２】
この種の駆動装置は車両において、客室のエアコンディショニングまたは暖房や内燃機関の冷却水の冷却にあたり送風機モータすなわちファンモータとして使用される。エアコンディショニングファンまたはヒータファンにおいてたとえば、ステップスイッチないしはシーケンススイッチを介して様々な送風段階を選ぶことが知られており、この場合、１２Ｖの車載電源に接続された直流モータが様々な回転数にセットされる。また、内燃機関の冷却水のための冷却ファンにおいて、冷却器用のファンを駆動する直流モータの回転数を内燃機関制御装置のデータに依存し電気的な前置接続装置ないしは直列接続装置を用いて調節することが知られている。
【０００３】
直流モータ制御用の公知の前置接続装置（ＤＥ １９７ ５６ ４６１ Ａ１）はＭＯＳＦＥＴとして構成された半導体スイッチを有しており、これは直流モータと直列に接続されていて、この半導体スイッチの制御電極にパルス幅変調された制御信号が加えられる。これにより半導体スイッチにより、制御信号の変調度の大きさに依存する平均電圧が直流モータに加えられる。平均電圧が低減すれば直流モータの回転数が下がる。制御信号は直流モータの電力の目標値と実際値の比較に依存して生成される。また、たとえば手動で設定した目標回転数から制御信号を生成して回転数閉ループ制御回路をなくすことも可能である。
【０００４】
発明の利点
請求項１の特徴部分に記載の構成を備えた本発明による駆動装置のもつ利点は、モータ回転数の段階的調整をコスト的に非常に好適に実現できることである。半導体スイッチは公知の前置接続装置の場合のようにクロック制御されるのではなく、そのつど１つの半導体スイッチが完全に導通接続され残りの半導体スイッチが完全に阻止されるように駆動されるので、駆動装置はクリティカルな電磁適合性（ＥＭＣ）をもたないようになる。低抵抗の半導体スイッチを使用すれば、それらのスイッチにおいて無視できる程度の小さい電力損失しか発生しないので、嵩張る冷却体を設けずに済ませることができる。回転数制御装置は構造的に小さく、たとえば本発明の１つの有利な実施形態によれば駆動装置の接続プラグ内に集積可能である。
【０００５】
その他の請求項に記載の構成により、請求項１記載の駆動装置の有利な実施形態が可能である。
【０００６】
本発明の１つの有利な実施形態によればｎ＋１個の回転数段階に対し回転数制御装置は、それぞれ１つの抵抗と１つの半導体スイッチから成るｎ個の直列接続体と、モータと直列接続され直流電圧源とつながれた別の半導体スイッチを有している。ｎ個の直列接続体の各々は後続の回転数段階用の直列接続体の半導体スイッチに対し並列に接続され、最後の直列接続体は上述の別の半導体スイッチに対し並列に接続されている。等しい回転数差だけ段階づけられた回転数段階を得るため各抵抗を等しい大きさに選定することができ、コスト的な利点を活かすため半導体スイッチをそれらの異なる電流負荷に応じてそれぞれ異なるように設計することができる。上述の別の半導体スイッチを閉じることで最大回転数にセットされる。
【０００７】
本発明の１つの択一的な実施形態によればｎ＋１個の回転数段階について回転数制御装置は、それぞれ１つの抵抗と１つの半導体スイッチから成るｎ個の直列接続体と、モータと直列に接続され直流電圧源とつながれた別の半導体スイッチを有しており、この場合、ｎ個の直列接続体が互いに並列に接続され、かつ上述の別の半導体スイッチに対し並列に接続されている。抵抗は選択された回転数段階に応じてそれぞれ異なるように選定されるが、この場合も半導体スイッチの電流負荷は回転数が下がるにつれて小さくなることからそれらの半導体スイッチをそれぞれ異なるように設計することができる。この場合、上述の別の半導体スイッチを閉じることで最大回転数にセットされる。
【０００８】
図面
次に、図面に描かれた実施例に基づき本発明について詳しく説明する。
【０００９】
図１は、４つの送風段階で駆動可能な送風機の回路図である。
【００１０】
図２は、別の実施例を図１と同じように描いた図である。
【００１１】
実施例の説明
図１の回路図に描かれている送風機は自動車内で使用するためのものであり、自動車の１２Ｖの直流電圧源で駆動される。この送風機は送風ホイールまたはファンホイール１１を有しており、これは駆動装置と結合されている。この送風機はそれぞれ異なる回転数をもつ４つの送風段階で駆動可能であり、この目的で駆動装置は、直流モータとして構成されファンホイール１１を駆動する電気モータ１２と、このモータ１２の回転数を制御する装置（以下では回転数制御装置１３と称する）を有している。
【００１２】
図１に示されているように回転数制御装置１３は駆動装置つまり送風機の接続プラグ１４内に集積されており、このプラグは自動車の直流電圧源Ｕ_Ｂａｔ につなげるための２つのプラグ接点１５，１６と、送風機段階調節用データ信号を入力するためのプラグ接点１７を有している。
【００１３】
回転数制御装置１３は複数の抵抗Ｒ１〜Ｒ３と電力トランジスタＴ１〜Ｔ３の形態をとる複数の半導体スイッチを有しており、ここではこれらのスイッチはローサイド・パワーＭＯＳＦＥＴスイッチとして構成されている。この実施例で実現される４つの送風段階または回転数段階のため回転数制御装置１３は、それぞれ１つの抵抗Ｒ１〜Ｒ３とトランジスタＴ１〜Ｔ３から成る３つの直列接続体と、やはりパワーＭＯＳＦＥＴスイッチとして構成された別のトランジスタＴ４を有している。これら３つの直列接続体の各々は、後続の回転数段階のための直列接続体のトランジスタに対し並列に接続されている。つまり抵抗Ｒ１とトランジスタＴ１から成る直列接続体はトランジスタＴ２に対し並列に接続されており、抵抗Ｒ２とトランジスタＴ２から成る直列接続体はトランジスタＴ３に対し並列に接続されている。抵抗Ｒ３とトランジスタＴ３から成る最後の直列接続体は別のトランジスタＴ４に対し並列に接続されており、このトランジスタはモータ１２と直列に接続されて直流電圧源Ｕ_Ｂａｔ につなげられている。ｎ＋１個の回転数段階が設けられている場合、それぞれ１つの抵抗Ｒと１つのトランジスタＴから成るｎ個の直列接続体が設けられ、その際、既述のようにｎ個の直列接続体の各々は後続の回転数段階用の直列接続体のトランジスタに並列接続され、抵抗とトランジスタから成る最後の直列接続体は別のトランジスタＴに並列接続されており、このトランジスタは既述のようにモータ１２と直列接続されて直流電圧源Ｕ_Ｂａｔ につなげられている。
【００１４】
トランジスタＴ１〜Ｔ４の制御電極（ＭＯＳＦＥＴであればそのゲート）はプラグ接点１７の入力側におかれた制御装置１８と接続されており、この制御装置はトランジスタＴ１〜Ｔ４を選択的に導通接続する。この場合、必ずトランジスタＴ１〜Ｔ４のうちの１つだけしか完全に導通制御されず、残りのトランジスタは阻止状態におかれる。プラグ接点１７を介して制御装置１８の入力側に加わるデータ信号に従い、制御装置１８はトランジスタの導通制御に作用を及ぼすスイッチング信号をトランジスタＴ１〜Ｔ４のうちの１つに対して発生し、このスイッチング信号はデータ信号が変えられるまで存在する。モータ１２が最小回転数で動作する最小送風段階をスイッチオンするために、トランジスタＴ１にスイッチング信号が加えられる。モータ１２に加わる動作電圧は抵抗Ｒ１〜Ｒ３により生じる電圧降下分だけ直流電源電圧Ｕ_Ｂａｔ よりも低減され、これにより回転数はモータ１２の定格回転数よりも最大量で減少する。モータ１２が最大回転数となる最大送風段階では、別のトランジスタＴ４に制御信号が供給される。この場合、モータ１２には直流電源電圧Ｕ_Ｂａｔ が加えられ、定格回転数で動作する。残りのトランジスタはそれぞれ阻止されたままである。
【００１５】
個々のトランジスタＴ１〜Ｔ４に生じる損失電力はトランジスタの順方向抵抗Ｒ_{ＤＳ（ｏｎ）} とモータ電流Ｉに依存しており、それぞれＩ^２・Ｒ_{ＤＳ（ｏｎ）} となる。低抵抗のトランジスタＴ１〜Ｔ４を用いれば、この損失電力を小さく保持することができる。これに加えて、トランジスタＴ１〜Ｔ４を種々異なるそれらの負荷に応じてそれぞれ異なるように設計することによりコスト的な利点を得ることができる。この場合、トランジスタＴ１には最も僅かにしか負荷がかからず、トランジスタＴ４には最も強く負荷がかかる。トランジスタＴ１〜Ｔ４の損失電力が僅かなことからトランジスタＴ１〜Ｔ４のために必要とされる冷却面積をかなり小さく抑えることができ、図１に破線で示した１つの共通の冷却体１９上にすべてのトランジスタＴ１〜Ｔ４を取り付けて一体化することができる。
【００１６】
図２の回路図に描かれているファンホイール１１を駆動するモータ１２のための回転数制御装置１３の変更点によれば、それぞれ１つの抵抗Ｒ１〜Ｒ３と１つのトランジスタＴ１〜Ｔ３から成る３つの直列接続体すべてが互いに並列接続されかつ別のトランジスタＴ４に並列接続されており、この別のトランジスタＴ４自体はやはりモータ１２と直列接続されて直流電圧源Ｕ_Ｂａｔ につながれている。回転数制御装置１３の動作は変わらない。回転数段階が同じであれば抵抗Ｒ１〜Ｒ３だけを異なるように設計すればよい。図１による回転数制御装置１３の場合、個々の回転数段階間の回転数インターバルが同じであれば抵抗Ｒ１〜Ｒ３を等しい大きさに選定することができる一方、図２の場合には回転数段階が小さくなる方向で抵抗を増倍していく必要がある。とはいえ複数のトランジスタＴ１〜Ｔ３を同時に制御することにより、たとえばＴ１とＴ３またはＴ１とＴ２またはＴ２とＴ３を同時に制御することにより、別の回転数段階が得られるようにするのが有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
４つの送風段階で駆動可能な送風機の回路図である。
【図２】
別の実施例を図１と同じように描いた図である。

Claims (7)

1. 直流電圧源によって駆動される電動モータ（１２）と、該モータ（１２）に加わる動作電圧の変更により該モータ（１２）の回転数を制御する装置（１３）が設けられている駆動装置たとえば車両の送風機用駆動装置において、
   回転数制御装置（１３）は、複数の抵抗（Ｒ１〜Ｒ３）と、該抵抗（Ｒ１〜Ｒ３）の少なくとも１つとモータ（１２）を選択的に直列接続するための複数の半導体スイッチ（Ｔ１〜Ｔ３）を有することを特徴とする駆動装置。
2. ｎ＋１個の回転数段階であれば前記回転数制御装置（１３）は、それぞれ１つの抵抗（Ｒ１〜Ｒ３）と１つの半導体スイッチ（Ｔ１〜Ｔ３）から成るｎ個の直列接続体と、前記モータ（１２）と直列接続され直流電圧源（Ｕ_Ｂａｔ）につながれた別の半導体スイッチ（Ｔ４）を有しており、前記ｎ個の直列接続体の各々は後続の回転数段階のための直列接続体の半導体スイッチ（Ｔ１〜Ｔ３）に対し並列に接続されており、最後の直列接続体は前記別の半導体スイッチ（Ｔ４）に対し並列に接続されている、請求項１記載の駆動装置。
3. ｎ＋１個の回転数段階であれば前記回転数制御装置（１３）は、それぞれ１つの抵抗（Ｒ１〜Ｒ３）と１つの半導体スイッチ（Ｔ１〜Ｔ３）から成るｎ個の直列接続体と、前記モータ（１２）と直列接続され直流電圧源（Ｕ_Ｂａｔ）につながれた別の半導体スイッチ（Ｔ４）を有しており、前記ｎ個の直列接続体は互いに並列接続され、かつ前記別の半導体スイッチ（Ｔ４）に対し並列に接続されている、請求項１記載の駆動装置。
4. 前記半導体スイッチ（Ｔ１〜Ｔ４）は低抵抗の電力スイッチとして構成されている、請求項１から３のいずれか１項記載の駆動装置。
5. 前記半導体スイッチ（Ｔ１〜Ｔ４）の制御電極は制御装置（１８）に接続されており、該制御装置はデータ信号の供給される入力側（１７）を有している、請求項１から３のいずれか１項記載の駆動装置。
6. 前記半導体スイッチ（Ｔ１〜Ｔ４）としてローサイド・パワーＭＯＳＦＥＴスイッチが使用される、請求項４または５記載の駆動装置。
7. 前記回転数制御装置（１３）は接続プラグ（１４）内に集積されている、請求項１から６のいずれか１項記載の駆動装置。