WO1996018236A1 - Vorrichtung zur gebläse- oder pumpen-drehzahlregelung - Google Patents

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WO1996018236A1
WO1996018236A1 PCT/EP1995/004784 EP9504784W WO9618236A1 WO 1996018236 A1 WO1996018236 A1 WO 1996018236A1 EP 9504784 W EP9504784 W EP 9504784W WO 9618236 A1 WO9618236 A1 WO 9618236A1
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blower
pump
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PCT/EP1995/004784
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Reiner FÜRST
Original Assignee
J. Eberspächer Gmbh & Co.
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00821—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being ventilating, air admitting or air distributing devices
    • B60H1/00828—Ventilators, e.g. speed control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/004—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids by varying driving speed
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/48—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
    • G01P3/481—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • H02K11/21—Devices for sensing speed or position, or actuated thereby
    • H02K11/215—Magnetic effect devices, e.g. Hall-effect or magneto-resistive elements
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/30—Structural association with control circuits or drive circuits
    • H02K11/33—Drive circuits, e.g. power electronics
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/14—Structural association with mechanical loads, e.g. with hand-held machine tools or fans
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/70—Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating

Definitions

  • the invention relates to a device for regulating the speed of an electric drive motor for a blower or a pump, in particular a vehicle heater.
  • Vehicle heaters often also referred to as “parking heaters", are used in cars and trucks, buses, ships, caravans, construction machines and the like for heating in particular the passenger compartments. With the help of a gasoline or diesel burner, moving air or water is heated by a fan or a pump in a heat exchanger system.
  • the heaters In addition to a fuel metering pump, the heaters generally have a combustion air blower and a heating air blower (if air is used as a heat transfer medium) or a water circulation pump (if water serves as a heat transfer medium).
  • such a vehicle heater also has a control device, which can be arranged outside or inside the heater housing.
  • the combustion air blower is driven by an electric motor - depending on the burner output required - at a certain speed, this speed being regulated to a certain speed by means of a control system.
  • a method is known from EP-A-0 226 858 in which a measured value corresponding to the motor speed is linked to a measured value corresponding to the motor current, the resulting signal in a Compare controllers with a setpoint in the form of a voltage corresponding to the position of a potentiometer and a resulting controller output signal is used to influence another potentiometer, the position of which depends on the voltage applied to the motor.
  • Potentiometers are not only relatively expensive, but also fragile and space-consuming components, which furthermore cannot be integrated into integrated semiconductor circuits.
  • a cost- and space-saving speed control device of the type specified at the outset is to be made available, which in particular does not require a potentiometer and can be integrated as monolithically as possible in a semiconductor circuit.
  • Frequency is proportional to the current engine speed
  • a target speed sensor which provides a speed target signal, the frequency of which is proportional to the desired engine speed
  • Such regulation is characterized by particularly simple components.
  • a pulse is supplied as the actual speed signal, the frequency of which corresponds to the speed of the motor.
  • the speed setpoint signal is supplied by a pulse source and has a frequency which corresponds to the desired motor speed.
  • the comparator delivers a deviation signal. If the frequency of the actual speed signal is lower than that of the target signal, the actuator effects a readjustment by widening the pulse width of the pulses of the PWM signal, so that the speed of the motor and thus the frequency of the actual speed signal slowly approaches the frequency of the desired speed signal.
  • Actual value does not use a signal linked from a speed measurement signal and from a motor current signal, but instead uses an alternating voltage whose frequency is proportional to the actual speed and whose actual frequency thus contains the actual information regarding the speed.
  • the voltage value of a potentiometer output voltage is not used as the setpoint value, but a further alternating voltage, the frequency of which is proportional to the setpoint value and thus also carries the frequency of the relevant information, namely the setpoint value.
  • the actual signal frequency representing the actual information and the target signal frequency representing the target information are compared, and from this
  • the comparison of the resulting signal is not used to set a potentiometer, but rather for pulse width modulation of a pulse train which controls a semiconductor switch, by means of which the motor current is switched on and off in accordance with the pulse width modulated signal.
  • a monoflop is connected to both the actual and the target speed transmitter and the output signals of the monoflops are each passed to a control input of an associated switch (preferably a semiconductor switch), the switches lying in series between poles of a voltage source and the connection node between the switches being connected to a coating of a capacitor.
  • an associated switch preferably a semiconductor switch
  • the two monoflops set each pulse of both the actual speed signal and the desired speed signal to a constant pulse length. This is particularly advantageous if the two monoflops are formed in one and the same overall circuit, because then a very high consistency of the pulse widths is achieved.
  • the capacitor is opened and closed by the pulses closed semiconductor switch connected to the positive or negative pole of a voltage source, so that the capacitor has a certain voltage in the steady state. If the motor speed deviates from the desired speed, the capacitor voltage is increased or decreased somewhat, depending on whether the
  • the speed is reduced or increased, because one switch is open or closed longer than the other switch.
  • a low-pass filter can be connected upstream of the monoflops.
  • a current source is arranged between each switch and the associated pole of the voltage source.
  • a buffer is located between the covering of the capacitor connected to the connection node of the switches and the actuator.
  • Such a circuit contains a sawtooth generator, the output voltage of which is compared with the input voltage (here: the voltage across the capacitor). If the sawtooth voltage exceeds the reference voltage, an impulse is initiated.
  • This pulse is terminated when the sawtooth voltage drops below the value of the reference voltage again.
  • the semiconductor switch located in the circuit of the motor is closed for a correspondingly long time, so that the motor is energized for a correspondingly long time and its speed is increased.
  • a particularly space-saving structure is obtained if, according to claim 5, at least one of the blower or pump wheel, which is driven by the speed-controlled electric motor according to the invention arranges a magnet as a signal transmitter and a Hall sensor as a signal receiver in the vicinity of the movement path of the blower or pump wheel, with the aid of which the actual speed signal is generated. Due to the arrangement of the magnet or a plurality of magnets on the impeller or the pump wheel and the arrangement of the Hall sensor in the magnetic field region of this magnet, the Hall sensor delivers a reliable pulse signal, the frequency of which corresponds to the speed of the fan or pump wheel.
  • the magnet activating the Hall sensor being arranged in the fan wheel of the combustion air fan, but preferably of the heating air fan.
  • the magnet can also be arranged in or on the pump wheel.
  • the invention can also be used in connection with a burner for regenerating a particle filter of diesel engines.
  • a speed control device according to the invention can also be used expediently in burners for such applications, in particular in connection with a speed sensor according to claim 5 or 6, because there are also correspondingly narrow structural conditions there.
  • such a speed sensor proves to be particularly favorable if the Hall sensor is located on the circuit board of a control device which controls the operation of at least the drive motor in which the output signal of the Hall sensor is further processed, and if the circuit board is housed in the device housing, in particular vehicle heater housing. In this case, all cables between the speed sensor and the control unit can be omitted because the Hall sensor is located directly on the circuit board of the control unit.
  • the impeller is equipped with only one magnet, a counterweight is assigned to it diametrically with respect to the axis.
  • a further magnet can also be used as a counterweight, which also supplies a pulse signal corresponding to the engine speed.
  • control device according to the invention which further processes the actual speed signal, is also designed to be cost-saving.
  • the invention thus enables speed and space-saving speed control in several aspects.
  • FIG. 1 shows a basic circuit diagram of a device for regulating the speed of a drive motor for a blower of a vehicle heating device
  • Figure 2 is a partial longitudinal sectional view of a vehicle heater without a combustion chamber and heat exchanger.
  • FIG. 3 shows a pulse diagram to illustrate the operation of the device according to FIG. 1.
  • Figure 2 shows part of a heater having a housing 2.
  • FIG. 2 Not shown in FIG. 2 and to the right of FIG. 2 is a burner chamber with a subsequent flame tube and
  • Heat exchanger so that the heat generated by the burner in the area of the flame tube is transferred through the heat exchanger to heating air which is moved along the inside of the housing 2.
  • Housing 2 an electric motor 4, the left shaft end 6 drives a hot air blower 16, and the right shaft end 8 drives a combustion air blower 10.
  • Combustion air gets into the device during operation VL in the direction of the arrow via a nozzle 12 to the combustion air fan 10, and from there into a combustion chamber adjoining FIG. 2 on the right.
  • Housing 2 heating air HL in the direction of the arrow in the heating air blower 16 to be driven by this along the inside of the housing 2 in the direction of the heat exchanger, not shown.
  • an inner housing part 18 Arranged in the interior of the housing 2 for holding the electric motor 4 and further parts is an inner housing part 18 which carries the circuit board of a control unit 20 on its upper side in FIG. 2 and also a Hall sensor 22.
  • the Hall sensor 22 is mounted on the circuit board of the control unit 20 without special connecting wires.
  • the Hall sensor 22 is located in the vicinity of the
  • the heating air blower 16 carries a magnet 24 on one of its wings, so that each time the magnet 24 passes through the Hall sensor 22, a pulsed signal is generated by the latter.
  • counterweight 26 in a diametrically opposite position with respect to the axis of rotation of the hot air blower (a further magnet can also be provided as counterweight 26).
  • the magnet 24 forms a speed sensor for regulating the electric motor 4, which serves as a drive motor for both the combustion air blower 10 and the heating air blower 16.
  • the motor 4 is shown at the top right. With the rotation of the motor 4, the magnet 24 also moves past the Hall sensor 22, which supplies an actual speed signal ID, the frequency of which is proportional to the current motor speed.
  • the actual speed signal ID is fed via a low-pass filter 28 to a monoflop 30, which converts each input pulse into an output pulse. pulse of constant pulse width (but not necessarily constant pulse pause).
  • This output signal of the monoflop 30 arrives at a semiconductor switch shown schematically here as a switch SI.
  • a setpoint speed signal SD is also supplied in the form of a pulse train from a pulse source, not shown here.
  • the frequency of the signal SD is proportional to the desired speed of the motor 4.
  • the signal SD passes through a low-pass filter 32 to a monoflop 36 which forms output pulses which have the same or practically the same pulse length as the output signals of the monoflop 30.
  • the output signals of the monoflop 36 are sent to a semiconductor switch, which is indicated here schematically as switch S2.
  • the two switches SI and S2 are connected to the supply voltage Vcc of the circuit board of the via associated current sources 34 and 35 respectively
  • Control device 20 (indicated by dashed lines in FIG. 1) or to circuit ground - "göe" - locks.
  • connection node between the switches SI and S2 is connected to a coating of a capacitor C, the other coating with the
  • V cc Supply voltage V cc is connected.
  • the connection node carries a voltage V k which is applied to a PWM circuit (pulse width modulation circuit) 40 via a buffer 38.
  • PWM circuit pulse width modulation circuit
  • This is designed in a manner known per se and, depending on the amplitude of the input voltage, supplies a pulse train, the pulses of which have a width proportional to the input voltage.
  • a semiconductor switch lying in the circuit of the motor 4 between the battery voltage U B and ground is closed, so that the motor 4 is energized during the closing time of the semiconductor switch 42.
  • the voltage V ⁇ has a certain value, as a result of which the PWM circuit 40 supplies a pulse train with pulses of a certain width, so that the motor 4 runs at the desired speed. If the actual speed signal ID and the speed SoU signal SD have the same frequency and the same phase, the switches SI and S2 are closed and opened simultaneously so that the voltage V ⁇ does not change. In fact, there are always slight deviations between the corresponding signal edges of the signals ID and SD. so that the switches SI and S2 open and close at different times, with the result that the voltage V ⁇ is kept more or less constant.
  • the frequency of the actual speed signal ID will decrease in accordance with the reduced engine speed, as can be seen from the middle line of FIG. 3.
  • the pulse width and pulse pause of the desired speed signal are the same, and the pulse width of the actual speed signal is always constant and is equal to the pulse width of the signal SD.
  • the PWM circuit delivers longer pulses to the semiconductor switch 42, so that the motor 4 is energized for a longer time, with the result that its speed increases until there is complete synchronization between the signals ID and SD again.
  • the process just described is shown in the left half of Figure 3.
  • the above-described speed sensor according to FIG. 2 in conjunction with the device for regulating the speed of the drive motor according to FIG. 1 can be used in particular in a vehicle heating system with air as the heat carrier. Equally, however, the invention can also be implemented in vehicle heating with water as the heat transfer medium.
  • the magnet 24 can also be arranged on the combustion air blower or on the pump wheel of a water pump instead of on the hot air blower, in which case the Hall sensor 22 with the control unit 20 is also located in the vicinity of such a magnet.
  • the invention can be used not only in connection with vehicle heaters, but also in connection with burners for regenerating particle filters for diesel engines.

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Abstract

Vorrichtung zum Regeln der Drehzahl eines elektrischen Antriebsmotors für ein Gebläse oder eine Pumpe, insbesondere eines Fahrzeugheizgeräts, mit einem Ist-Drehzahl-Geber (22, 24, 28, 30), der ein Drehzahl-Istsignal liefert, dessen Frequenz zur momentanen Motordrehzahl proportional ist, einem Soll-Drehzahl-Geber (32, 36), der ein Drehzahl-Sollsignal liefert, dessen Frequenz zur gewünschten Motordrehzahl proportional ist, einem Vergleicher (S1, S2, 34, 35), der das Drehzahl-Istsignal mit dem Drehzahl-Sollsignal vergleicht und ein Abweichungssignal (VK) liefert, und einem Steller (40, 42), der aus dem Abweichungssignal (VK) ein pulsbreitenmoduliertes (PWM-)Signal bildet und dieses als Stellsignal auf einen im Stromkreis des Motors liegenden Halbleiterschalter (42) gibt.

Description

Vorrichtung zur Gebläse- oder Pumpen-Drehzahlregelung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Regeln der Drehzahl eines elektrischen Antriebsmotors für ein Gebläse oder eine Pumpe, insbeson¬ dere eines Fahrzeugheizgerätes.
Fahrzeugheizgeräte, häufig auch als "Standheizungen" bezeichnet, werden in Personen- und Lastkraftwagen, Omnibussen, Schiffen, Wohn¬ wagen, Baumaschinen und dergleichen zum Beheizen insbesondere der Fahrgasträume eingesetzt. Mit Hilfe eines Benzin- oder Dieselbrenners wird durch ein Gebläse oder eine Pumpe in einem Wärmetauschersystem bewegte Luft bzw. Wasser erwärmt. Außer einer Brennstoff dosierpumpe besitzen die Heizgeräte grundsätzlich noch ein Verbrennungsluftgebläse und ein Heizluftgebläse (wenn Luft als Wärmeträger verwendet wird) oder eine Wasserumwälzpumpe (wenn Wasser als Wärmeträger dient).
Außerdem besitzt ein solches Fahrzeugheizgerät noch ein Steuergerät, welches außerhalb oder innerhalb des Heizgerät-Gehäuses angeordnet sein kann. Das Verbrennungsluftgebläse wird von einem Elektromotor - abhängig von der geforderten Brennerleistung - mit einer bestimmten Drehzahl angetrieben, wobei diese Drehzahl mit Hilfe einer Regelung auf eine bestimmte Drehzahl eingeregelt wird.
Im Zusammenhang mit einer Regelung der Förderhöhe einer in einem Heizkreislauf angeordneten Pumpe ist aus der EP-A-0 226 858 ein Ver¬ fahren bekannt, bei dem ein der Motordrehzahl entsprechender Meßwert mit einem dem Motorstrom entsprechenden Meßwert verknüpft, das daraus resultierende Signal in einem Regler mit einem Sollwert in Form einer der Stellung eines Potentiometers entsprechenden Spannung ver¬ glichen und ein daraus resultierendes Reglerausgangssignal verwendet wird, um ein weiteres Potentiometer zu beeinflussen, von dessen Stellung die auf den Motor gegebene Spannung abhängt. Potentiometer sind nicht nur relativ teure sondern auch anfällige und platzraubende Bauelemente, die des weiteren nicht in Integrierte Halblei¬ terschaltungen integrierbar sind.
Mit der vorliegenden Erfindung soll eine kosten- und platzsparende Drehzahlregelungsvorrichtung der eingangs angegebenen An verfugbar gemacht werden, die insbesondere ohne Potentiometer auskommt und sich möglichst weitgehend in einer Halbleiterschaltung monolithisch integrieren läßt.
Erfindungsgemäß wird dies erreicht mit einer Vorrichtung zum Regeln der Drehzahl eines elektrischen Antriebsmotors für ein Gebläse oder eine Pumpe, die aufweist:
a) einen Ist-Drehzahl-Geber, der ein Drehzahl-Istsignal liefert, dessen
Frequenz zur momentanen Motordrehzahl proportional ist;
b) einen Soll-Drehzahl- Geber, der ein Drehzahl-Sollsignal liefert, dessen Frequenz zur gewünschten Motordrehzahl proportional ist;
c) einen Vergleicher, der das Drehzahl-Istsignal mit dem Drehzahl- Sollsignal vergleicht und ein Abweichungssignal liefert; und
d) einen Steller. der aus dem Abweichungssignal ein pulsbreitenmodu- liertes (PWM-)Signal bildet und dieses als Stellsignal auf einen im
Stromkreis des Motors liegenden Halbleiterschalter gibt.
Eine derartige Regelung zeichnet sich durch besonders einfache Kom¬ ponenten aus. Als Drehzahl-Istsignal wird ein Impuls zugeliefert, dessen Frequenz der Drehzahl des Motors entspricht. Das Drehzahl-Sollsignal wird von einer Impulsquelle geliefert und hat eine Frequenz, die der gewünschten Motordrehzahl entspricht. Der Vergleicher liefert ein Ab¬ weichungssignal. Wenn die Frequenz des Drehzahl-Istsignals kleiner ist als diejenige des Soll-Signals, bewirkt der Steller durch Verbreitem der Impulsbreite der Impulse des PWM-Signals eine Nachregelung, so daß sich die Drehzahl des Motors und mithin die Frequenz des Drehzahl- Istsignals langsam an die Frequenz des Drehzahl-Sollsignals annähert.
Im Unterschied zu der Regelvorrichtung gemäß der bereits genannten EP-A-0 226 85 wird bei der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung als
Istwert nicht ein aus einem Drehzahlmeßsignal und aus einem Motor¬ stromsignal verknüpftes Signal verwendet sondern eine Wechselspan¬ nung, deren Frequenz der Ist-Drehzahl proportional ist, in deren Mo¬ mentanfrequenz somit die Istinformation bezüglich der Drehzahl steckt. Als Sollwert wird nicht der Spannungswert einer Potentiometerausgangs¬ spannung verwendet sondern eine weitere Wechselspannung, deren Frequenz proportional zum Sollwert ist, die somit die relevante Informa¬ tion, nämlich den Sollwert, ebenfalls in ihrer Frequenz trägt. Die die Istinformation darstellende Istsignalfrequenz und die die Sollinformation darstellende Sollsignalfrequenz werden verglichen und das aus diesem
Vergleich resultierende Signal wird nicht zur Stellung eines Potentiome¬ ters verwendet sondern zur Pulsbreitenmodulation einer Impulsfolge, die einen Halbleiterschalter steuert, mittels welchem der Motorstrom ent¬ sprechend dem pulsbreitenmodulierten Signal ein- und ausgeschaltet wird.
Um eine sicherere Regelung zu ermöglichen, ist bei einer Ausführungs¬ form der Erfindung sowohl an den Ist- als auch an den Soll-Drehzahl- Geber ein Monoflop angeschlossen und werden die Ausgangssignale der Monoflops auf je einen Steuereingang eines zugehörigen Schalters gege¬ ben (vorzugsweise eines Halbleiterschalters), wobei die Schalter in Reihe zwischen Polen einer Spannungsquelle liegen und der Verbindungsknoten zwischen den Schaltern mit einem Belag eines Kondensators verbunden ist.
Durch die beiden Monoflops wird jeder Impuls sowohl des Drehzahl- Istsignals als auch des Drehzahl-Sollsignals auf eine konstante Impuls¬ länge eingestellt. Besonders vorteilhaft ist dies dann, wenn die beiden Monoflops in ein und derselben Gesamt-Schaltung ausgebildet sind, weil dann nämlich eine sehr hohe Konstanz der Impulsbreiten erreicht wird.
Der Kondensator wird durch die von den Impulsen geöffneten und ge- schlossenen Halbleiterschalter mit dem Plus- oder dem Minu.spol einer Spannungsquelle verbunden, so daß der Kondensator im eingeschwunge¬ nen Zustand eine gewisse Spannung aufweist. Bei einer Abweichung der Motordrehzahl von der gewünschten Drehzahl wird die Kondensator- Spannung etwas erhöht oder verringert, abhängig davon, ob sich die
Drehzahl verringert oder erhöht, indem nämlich der eine Schalter länger geöffnet oder geschlossen ist als der andere Schalter.
Zur Vermeidung von Störungen kann den Monoflops jeweils ein Tief- paßfilter vorgeschaltet sein. In einer speziellen Ausführungsform ist vorgesehen, daß zwischen jedem Schalter und dem zugehörigen Pol der Spannungsquelle eine Stromquelle angeordnet ist. Zwischen dem mit dem Verbindungsknoten der Schalter verbundenen Belag des Kondensa¬ tors und dem Steller befindet sich ein Puffer.
Der oben angesprochene Steller mit dem PWM (Pulsbreitenmodulator) ist an sich bekannt. Eine solche Schaltung enthält einen Sägezahngene¬ rator, dessen Ausgangsspannung mit der Eingangsspannung (hier: der Spannung an dem Kondensator) verglichen wird. Übersteigt die Säge- zahnspannung die Vergleichsspannung, wird ein Impuls eingeleitet.
Dieser Impuls wird beendet, wenn die Spannung des Sägezahns wieder unter den Wert der Vergleichsspannung abfällt. Bei langen Impulsen wird der im Stromkreis des Motors liegende Halbleiterschalter entspre¬ chend lange geschlossen, so daß der Motor entsprechend lange bestromt und seine Drehzahl erhöht wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei der das Steuergerät für das Heizgerät in das Heizgerätegehäuse eingebaut ist, kommt man zu einem besonders platzsparenden Aufbau, wenn man gemäß Anspruch 5 an dem Gebläse- oder Pumpenrad, das von dem erfindungsgemäßen drehzahlgeregelten Elektromotor angetrieben wird, mindestens einen Magneten als Signalgeber und in der Nachbarschaft der Bewegungsbahn des Gebläse- oder Pumpenrades einen Hallsensor als Signalempfänger anordnet, mit deren Hilfe das Drehzahl-Istsignal er- zeust wird. Durch die Anordnung des Magneten oder einer Mehrzahl von Magneten an dem Gebläserad oder dem Pumpenrad und die Anordnung des Hall¬ sensors im Magnetfeldbereich dieses Magneten liefert der Hallsensor ein zuverlässiges Impulssignal, dessen Frequenz der Drehzahl des Gebläse- bzw. Pumpenrads entspricht. Wie oben ausgeführt, geht es hier insbe¬ sondere um die spezielle Ausgestaltung eines Fahrzeugheizgeräts, wobei der den Hallsensor aktivierende Magnet in dem Gebläserad des Ver¬ brennungsluftgebläses, vorzugsweise aber des Heizluftgebläses angeord¬ net ist. Im Fall eines Heizgeräts mit Wasser als Wärmeträger kann der Magnet auch im oder am Pumpenrad angeordnet sein.
Die Erfindung ist aber auch anwendbar in Verbindung mit einem Bren¬ ner zum Regenerieren eines Partikelfilters von Dieselmotoren. Auch bei Brennern für derartige Anwendungszwecke kann eine erfindungsgemäße Drehzahlregelungs Vorrichtung sinnvoll eingesetzt werden, insbesondere in Verbindung mit einem Drehzahlgeber gemäß Anspruch 5 oder 6, weil auch dort entsprechend enge bauliche Verhältnisse vorliegen.
Besonders günstig in räumlicher Hinsicht erweist sich ein solcher Dreh- zahlgeber dann, wenn der Hallsensor sich auf der Schaltungsplatine eines Steuergerätes befindet, welches den Betrieb zumindest des An¬ triebsmotors steuert, in dem das Ausgangssignal des Hallsensors weiter¬ verarbeitet wird, und wenn die Schaltungsplatine im Gerätegehäuse, insbesondere Fahrzeugheizgerätegehäuse, untergebracht ist. In diesem Fall können sämtliche Kabel zwischen Drehzahlgeber und Steuergerät entfallen, weil der Hallsensor sich direkt auf der Schaltungsplatine des Steuergeräts befindet.
Wenn das Gebläserad mit nur einem Magneten ausgestattet ist, ist die- sem diametral bezüglich der Achse ein Ausgleichsgewicht zugeordnet.
Mann kann als Ausgleichsgewicht auch einen weiteren Magneten ver¬ wenden, der ebenfalls ein Impulssignal entsprechend der Motordrehzahl liefert.
Wie aus der obigen Erläuterung hervorgeht, ermöglicht die äußerst einfache bauliche Anordnung eine kostensparende Fertigung des gesam- ten Geräts. Ebenfalls kostensparend ausgebildet ist die das Ist-Drehzahl¬ signal weiterverarbeitende erfindungsgemäße Regelvorrichtung.
Die Erfindung ermöglicht somit unter mehreren Aspekten eine kosten- und raumsparende Drehzahlregelung.
An einem von einem Elektromotor angetriebenen Laufrad einer Kreisel¬ pumpe oder eines Lüfters einen Signalgeber in Form eines Permanent¬ magneten und in der Nähe des Laufrades am Stator des Elektromotor einen Signalempfänger in Form eines Magnetfeldhalbleiters zu verwen¬ den, ist an sich bereits aus der EP-A-0 223 109 bekannt.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzip-Schaltskizze einer Vorrichtung zum Regeln der Drehzahl eines Antriebsmotors für ein Gebläse eines Fahrzeugheiz¬ geräts;
Fig. 2 eine Teil-Längsschnittdaarstellung eines Fahrzeugheizgeräts ohne Brennkammer und Wärmetauscher; und
Fig. 3 ein Impulsdiagramm zum Veranschaulichen des Betriebs der Vorrichtung nach Figur 1.
Figur 2 zeigt einen Teil eines ein Gehäuse 2 aufweisenden Heizgeräts.
In Figur 2 nicht dargestellt und sich rechts an die Figur 2 anschließend befindet sich eine Brennerkammer mit anschließendem Flammrohr und
Wärmetauscher, so daß die von dem Brenner erzeugte Wärme im Be- reich des Flammrohrs durch den Wärmetauscher auf Heizluft übertragen wird, welche entlang der Innenseite des Gehäuses 2 bewegt wird.
Gemäß Figur 2 befindet sich in der Mitte des dargestellten Teils des
Gehäuses 2 ein Elektromotor 4, dessen linkes Wellenende 6 ein Heizluft- gebläse 16 antreibt, und dessen rechtes Wellenende 8 ein Verbrennungs- lufteebläse 10 antreibt. Im Betrieb des Geräts gelangt Verbrennungsluft VL in Pfeilrichtung über einen Stutzen 12 zu dem Verbrennungsluft¬ gebläse 10, und von dort in eine rechts an Figur 2 anschließende Brenn¬ kammer.
Gleichzeitig gelangt über einen Heizlufteinlaß 14 am linken Ende des
Gehäuses 2 Heizluft HL in Pfeilrichtung in das Heizluftgebläse 16, um von diesem entlang der Innenseite des Gehäuses 2 in Richtung auf den nicht dargestellten Wärmetauscher getrieben zu werden.
Im Inneren des Gehäuses 2 ist zur Halterung des Elektromotors 4 sowie weiterer Teile ein Innengehäuseteil 18 angeordnet, welches auf seiner Oberseite in Figur 2 die Schaltungsplatine eines Steuergeräts 20 und darüber hinaus einen Hallsensor 22 trägt. Der Hallsensor 22 ist auf der Schaltungsplatine des Steuergeräts 20 ohne spezielle Verbindungsdrähte angebracht. Der Hallsensor 22 befindet sich in der Nachbarschaft der
Bewegungsbahn des Heizluftgebläses 16. Das Heizluftgebläse 16 trägt an einem seiner Flügel einen Magneten 24, so daß bei jedem Passieren des Magneten 24 an dem Hallsensor 22 von letzterem ein impulsförmiges Signal erzeugt wird.
Um Unwuchten zu vermeiden, befindet sich bezüglich der Drehachse des Heizluftgebläses in diametral entgegengesetzter Lage ein Gegenge¬ wicht 26. (Als Gegengewicht 26 kann auch ein weiterer Magnet vor¬ gesehen sein).
Der Magnet 24 bildet in Verbindung mit dem Hallsensor 22 einen Dreh¬ zahlgeber für die Regelung des Elektromotors 4, der als Antriebsmotor sowohl für das Verbrennungsluftgebläse 10 als auch für das Heizluft¬ gebläse 16 dient.
In der Schaltungsskizze nach Figur 1 ist rechts oben der Motor 4 darge¬ stellt. Mit dem Drehen des Motors 4 bewegt sich auch der Magnet 24 an dem Hallsensor 22 vorbei, der ein Drehzahl-Istsignal ID liefert, dessen Frequenz proportional zu der momentanen Motordrehzahl ist. Das Drehzahl-Istsignal ID wird über ein Tiefpaßfilter 28 auf ein Mono- flop 30 gegeben, welches jeden Eingangsimpuls in einen Ausgangsim- puls konstanter Impulsbreite (aber nicht notwendigerweise konstanter Impulspause) umsetzt. Dieses Ausgangssignal des Monoflops 30 gelangt auf einen hier schematisch als Schalter SI dargestellten Halbleiter¬ schalter.
Von einer hier nicht näher dargestellten Impulsquelle wird ein Drehzahl- Sollsignal SD ebenfalls in Form eines Impulszugs geliefert. Die Fre¬ quenz des Signals SD ist proportional zu der gewünschten Drehzahl des Motors 4. Das Signal SD gelangt über ein Tiefpaßfilter 32 auf ein Mo- noflop 36, welches Ausgangsimpulse bildet, die die gleiche oder prak¬ tisch die gleiche Impulslänge besitzen wie die Ausgangssignale des Monoflops 30. Die Ausgangssignale des Monoflops 36 werden auf einen Halbleiterschalter gegeben, der hier schmatisch als Schalter S2 angedeu¬ tet ist. Die beiden Schalter SI und S2 sind über zugehörige Stromquellen 34 bzw. 35 an die Versorgungsspannung Vcc der Schaltungsplatine des
Steuergeräts 20 (gestrichelt in Figur 1 angedeutet) bzw. an Schaltungs¬ masse an -"göe"-schlossen.
Der Verbindungsknoten zwischen den Schaltern SI und S2 ist mit einem Belag eines Kondensators C verbunden, dessen anderer Belag mit der
Versorgungsspannung Vcc verbunden ist. Der Verbindungsknoten führt eine Spannung Vk, die über einen Puffer 38 auf eine PWM-Schaltung (Pulsbreitenmodulationsschaltung) 40 gegeben wird. Diese ist in an sich bekannter Weise ausgebildet und liefert abhängig von der Amplitude der Eingangsspannung einen Impulszug, dessen Impulse eine zu der Ein¬ gangsspannung proportionale Breite besitzen. Entspechend der jeweiligen Impulsbreite wird ein im Stromkreis des Motors 4 zwischen der Batterie¬ spannung UB und Masse liegender Halbleiterschalter geschlossen, so daß der Motor 4 während der Schließzeit des Halbleiterschalters 42 bestromt wird.
Im stationären Zustand hat die Spannung Vκ einen gewissen Wert, demzufolge die PWM-Schaltung 40 eine Impulsfolge mit Impulsen einer gewissen Breite liefert, so daß der Motor 4 mit der gewünschten Dreh- zahl läuft. Haben das Drehzahl-Istsignal ID und das Drehzahl-SoUsignal SD gleiche Frequenz und gleiche Phase, so werden die Schalter SI und S2 gleich¬ zeitig geschlossen und geöffnet, so daß sich die Spannung Vκ nicht ändert. Tatsächlich gibt es stets geringe Abweichungen zwischen den entsprechenden Signalflanken der Signale ID und SD. so daß die Schal¬ ter SI und S2 zu unterschiedlichen Zeiten öffnen und schließen, mit der Folge, daß die Spannung Vκ mehr oder weniger konstant gehalten wird.
Es soll nun angenommen werden, daß sich die Drehzahl des Motors 4 verlangsamt, zum Beispiel weil der Motor 4 gerade stärker belastet wird. Entsprechend der verringerten Motordrehzahl wird die Frequenz des Drehzahl-Istsignals ID abnehmen, wie dies aus der mittleren Zeile der Figur 3 entnehmbar ist. Im beispielhaft in Figur 3 dargestellten Fall sind Impulsbreite und Impulspause des Drehzahl-Sollsignals gleich groß, und auch die Impulsbreite des Drehzahl-Istsignals ist stets konstant und gleich der Impulsbreite des Signals SD. Durch die Verringerung der Frequenz des Signals ID verlagert sich nun die Vorderflanke des Signals ID nach hinten, so daß der Schalter SI später als sonst geschlossen wird. Dies hat zur Folge, daß die Spannung Vk am Kondensator C geringfügig absinkt. Die Spannung Vκ des Kondensators C sinkt solange ab, wie die Frequenz des Signals ID kleiner ist als diejenige des Signals SD. Durch die verringerte Spannung Vκ liefert die PWM-Schaltung längere Impulse an den Halbleiterschalter 42, so daß der Motor 4 länger bestromt wird, mit der Folge, daß seine Drehzahl zunimmt, bis wieder eine vollständige Synchronisation zwischen den Signalen ID und SD gegeben ist. Der eben beschriebene Vorgang ist in der linken Hälfte der Figur 3 dargestellt.
Wenn aufgrund einer Lastverminderung die Drehzahl des Motors M zunimmt, eilen die Impulse des Signals ID denjenigen des Signals SD voraus, so daß sich die Spannung Vκ etwas erhöht. Demzufolge werden die von der PWM-Schaltng 40 ausgegebenen Impulse schmaler, so daß der Halbleiterschalter 42 für kürzere Zeit als vorher geschlossen und der Motor 4 für entsprechende kürzerte Zeitspannen bestromt wird. Dadurch verlangsamt sich die Drehzahl des Motors 4. bis wieder der Synchron¬ zustand erreicht ist. Der oben beschriebene Drehzahlgeber gemäß Figur 2 in Verbindung mit der Vorrichtung zum Regeln der Drehzahl des Antriebsmotors gemäß Figur 1 läßt sich insbesondere bei einer Fahrzeugheizung mit Luft als Wärmeträger einsetzen. Gleichermaßen kann aber auch die Erfindung bei einer Fahrzeugheizung mit Wasser als Wärmeträger realisiert wer¬ den. Der Magnet 24 kann anstatt am Heizluftgebläse auch am Verbren¬ nungsluftgebläse oder am Pumpenrad einer Wasseipumpe angeordnet werden, wobei dann auch der Hallsensor 22 mit dem Steuergerät 20 sich in der Nähe eines solchen Magneten befindet.
Die Erfindung ist nicht nur in Verbindung mit Fahrzeugheizgeräten einsetzbar, sondern auch in Verbindung mit Brennern zum Regenerieren von Partikelfiltern für Dieselmotoren.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zum Regeln der Drehzahl eines elektrischen Antriebs¬ motors für ein Gebläse oder eine Pumpe, insbesondere eines Fahr¬ zeugheizgeräts, mit:
a) einem Ist-Drehzahl-Geber (22, 24, 28, 30), der ein Drehzahl- Istsignal liefert, dessen Frequenz zur momentanen Motordreh¬ zahl proportional ist;
b) einem Soll-Drehzahl-Geber (32, 36), der ein Drehzahl-SoU¬ signal Uefert, dessen Frequenz zur gewünschten Motordrehzahl proportional ist;
c) einem Vergleicher (SI, S2, 34, 35), der das Drehzahl-Istsignal mit dem Drehzahl-SoUsignal vergleicht und ein Abweichungs¬ signal (V Uefert; und
d) einem SteUer (40, 42) der aus dem Abweichungssignal (V ein pulsbreitenmoduüeπes (PWM-)Signal bildet und dieses als SteUsignal auf einen im Stromkreis des Motors Hegenden Halb¬ leiterschalter (42) gibt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher sowohl der Ist- als auch der SoU-Drehzahl-Geber ein Monoflop (30; 36) aufweist und die Ausgangssignale der Monoflops (30; 36) auf je einen Steuereingang eines zugeordneten Schalters (SI, S2) gegeben werden, die in Reihe zwischen zwei Polen einer
SpannungsqueUe hegen und deren Verbindungsknoten mit einem Belag eines Kondensators (C) verbunden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher zwischen jedem Schalter (SI , S2) und dem zugehörigen
Pol der SpannungsqueUe eine StromqueUe (34; 35) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei welcher zwischen dem Belag des Kondensators (C) und dem SteUer (40) ein Puffer (38) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einem Drehzahlgeber zum Erfassen der Drehzahl des Antriebs¬ motors (4), dessen Gebläse (16) oder Pumpe ein Gebläse- bzw. Pumpenrad aufweist, wobei an dem Gebläse- oder Pumpenrad min- destens ein Magnet (24) angebracht und in der Nachbarschaft der
Bewegungsbahn des Gebläse- oder Pumpenrads ein HaUsensor (22) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei welcher sich der HaUsensor (22) auf der Schaltungsplatine eines
Steuergeräts (20) befindet, welches den Betrieb zumindest des Antriebsmotors steuert und in dem das Ausgangssignal des HaUsensors (22) weiterverarbeitet wird, und bei welcher die Schaltungsplatine im Gerätegehäuse (2), insbesondere des Fahrzeugheizgerätegehäuses, untergebracht ist.
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