专利名称：具有过载保护的可电子换向电动机的制作方法
现有技术本发明涉及一种可电子换向的电动机，其输出级可通过一个电子控制单元借助PWM控制信号控制并可由一个电源电压供电。
在这种类型的电动机中，其电子控制单元承受电动机输出级的电流，该控制单元通常由半导体开关和绕组组成。该控制单元一般设计成在三角形工作条件下工作。如果该电动机例如驱动一个风扇，则电动机转速随着电源电压的增高而线性增高，同时，随着电动机转速的提高电流成平方关系增大。如果将此类风扇用于汽车上并由汽车蓄电池供电，则电动机按额定电压为例如13V设计，但其必须在电压达到例如16V时仍能可靠运行并实现功能。风扇必须在额定电压下提供所要求的吹风能力。因此，在蓄电池电压更高时可提供的更高的吹风能力是多余的。但这些预先给定值决定了电动机及电子构件必须为16V时的大功率设计。
本发明的任务是，提供一种开头所述类型的可电子换向的电动机，该电动机及其电子结构元件被限制在通过额定电压预先给定的负载之内并且受到过载保护，即使电源电压超过额定电压时也是如此。
根据本发明，该任务的解决方案是，根据电源电压和预先给定的PWM控制信号额定值的大小，至少从超过电动机的额定电压时起，输出级PWM控制信号的脉冲宽度可以减小到通过限制电动机功率防止电动机及电子构件过载的宽度上。
通过这样影响电动机输出级PWM控制信号，可以达到，最大负载通过额定电压和最大额定值预先给定，并且即使在电源电压升高时也不再增高。因此，该电动机及其电子构件只需根据该负载设计，并且受到过载保护。
按照一种方案，脉宽的减小可以这样进行，即脉宽随着电源电压的增高而线性或非线性下降地减小，但也可以这样进行，即脉宽随着预先给定额定值的增大和电源电压的升高下降程度变大地减小。其中在后一种情况下有利地利用了这样的事实，即在预先给定的额定值较小时，由于电流较小，电动机及其构件的负载也较小。
按照一种方案，脉宽减小功能可以被这样包含在控制单元内，即为该控制单元配置一个修正单元，该修正单元根据电源电压的大小将相应于预先给定的额定值求出的电动机输出级PWM控制信号保持不变或者作为被减小的PWM控制信号中继传输给电动机输出级，并且，直至达到电动机的额定电压为止，由控制单元根据预先给定的额定值求出的电动机输出级PWM控制信号可以被保持不变地中继传输给电动机输出级，随着电源电压的增高才可以相应于该预先给定值通过修正单元减小其脉宽。
该修正单元可集成在控制单元内。这样，控制单元就根据电源电压的大小将PWM控制信号不变地或者将其脉宽减小后输出给电动机输出级。
在该保护电路中，也可以替代电源电压而感测电动机转速并将其用于减小PWM控制信号的脉宽。此外，在本发明构思的框架内也可以将两个值一电源电压和转速同时用于减小PWM控制信号的脉宽。
下面借助一个在附图中示出的实施例进一步详细阐述本发明。图示为
图1 以方框图示出对一个具有减小PWM控制信号脉宽功能的可电子换向电动机的控制，图2具有功率限制的电动机特性曲线，
图3具有正常脉宽和被减小的脉宽的PWM控制信号，图4取决于电源电压的脉宽变化曲线，图5 在不同的PWM控制信号预先给定额定值时的取决于电源电压的脉宽变化曲线。
图1示意性描述了可电子换向电动机的对于本发明有重要意义的单元。但这并不意味着结构上的分离，仅仅是为了阐述功能。
控制单元STE被预先给定一个关于电动机PWM控制信号的额定值PWMsoll。该额定值可以例如借助一个电位计人工预先给定并且用于预先规定由电动机驱动的风扇的更高或更低转速。在控制单元STE中存储了电动机特性曲线，它用函数PWMend＝f(PWMsoll)表示，其中，PWMend相当于电动机输出级EST的PWM控制信号，并且已经预先给定了按图3所示的控制信号脉宽ID。
如图2所示，在此，对于额定电压Unenn＝13V和最大电源电压Umax＝16V，得出不同的电动机特性曲线I＝f(M)和N＝f(M)，其中I＝电流，M＝转矩，N＝转速。在额定电压Unenn下，预先给定具有最大转速N1、最大电流I1和最大转矩M1的最大工作点A1作为负载的极限值。如果电源电压升高到最大值Umax，则将产生一个具有最大电流I2、最大转速N2和最大转矩M2的最大工作点A2。为了使电动机及其构件不必按此最大负载设计，修正对电动机输出级EST的控制，如在图1中用修正单元KE所表示的那样。通过修正单元KE，这样改变由额定值PWMsoll的控制单元STE求出的用于输出级EST的PWM控制信号的值PWMend，使得工作点A2回复到工作点A1。
这是根据电源电压Ubatt的大小进行的，如由修正单元KE输出的PWM控制信号PWM′end所显现的。在此，如图3所示，脉宽ID减小到脉宽ID′，确切地说，如图4所示，在超过额定电压Unenn后的短时间内，在电源电压Ubatt继续增高时线性(a)或非线性(b)地减小。
在此，如图5所示，脉宽减小的程度也可以还随预先给定的额定值PWMsoll变化。在额定值PWMsoll较小时脉宽减小的下降比在额定值较大时更平缓，如图5中的取决于电源电压Ubatt的PWM控制信号PWM′end的被减小的脉宽ID′的不同曲线所显示的那样。
还要指出的是，对脉宽ID的修正也可由控制单元STE自己来实施，并且，替代电源电压Ubatt或者补充电源电压Ubatt，也可用转速N作为用于减小脉宽ID的参数。
权利要求
1.可电子换向的电动机，其输出级可通过一个电子控制单元借助PWM控制信号控制并可由一个电源电压供电，其特征在于，根据电源电压(Ubatt)和预先给定的PWM控制信号额定值(PWMsoll)的大小，至少从超过电动机的额定电压(Unenn＝13V)时起，用于输出级(EST)的PWM控制信号(PWM′end)的脉宽(ID)可以减小到通过限制电动机功率防止电动机和电子构件过载的脉宽(ID′)。
2.按权利要求1所述的可电子换向的电动机，其特征在于，脉宽(ID′)随着电源电压(Ubatt)的升高线性或非线性下降地减小(图4)。
3.按权利要求1或2所述的可电子换向的电动机，其特征在于，脉宽(ID′)随着预先给定额定值(PWMsoll)的增大和电源电压(Ubatt)的升高下降程度变大地减小(图5)。
4.按权利要求1至3之一所述的可电子换向的电动机，其特征在于，为控制单元(STE)对应配置一个修正单元(KE)，该修正单元根据电源电压(Ubatt)的大小将相应于预先给定的额定值(PWMsoll)求出的用于电动机输出级(EST)的PWM控制信号(PWMend)保持不变或者作为被减小的PWM控制信号(PWM′end)中继传输给电动机输出级(EST)。
5.按权利要求4所述的可电子换向的电动机，其特征在于，直至达到电动机(M)的额定电压(Unenn＝13V)为止，由控制单元(STE)根据预先给定的额定值(PWMsoll)求出的用于电动机输出级(EST)的PWM控制信号(PWMend)可以被保持不变地中继传输给电动机输出级(EST)，并且随着电源电压(Ubatt)的增高才可以相应于该预先给定值通过修正单元(KE)减小其脉宽(ID′)。
6.按权利要求4或5所述的可电子换向的电动机，其特征在于，该修正单元(KE)集成在该控制单元(STE)内，根据电源电压(Ubatt)的大小，该修正单元(KE)将PWM控制信号(PWMend及PWM′end)不变地或者以减小的脉宽(ID′)输出给电动机(M)的输出级(EST)。
7.按权利要求1至6之一所述的可电子换向的电动机，其特征在于，用于电动机(M)输出级(EST)的PWM控制信号(PWM′end)的脉宽(ID′)减小根据电动机(M)的转速(N)的大小进行。
全文摘要
本发明涉及一种可电子换向的电动机,其输出级可通过一个电子控制单元借助PWM控制信号控制,并可由一个电源电压供电。根据本发明可实现对最大负载的限制和过载保护,其方案是,根据电源电压和预先给定的PWM控制信号额定值的大小,至少从超过电动机的额定电压时起,输出级的PWM控制信号脉宽可以减小到通过限制电动机功率防止电动机及其电子构件过载的宽度。
文档编号H02P6/08GK1384994SQ0081296
公开日2002年12月11日 申请日期2000年9月6日 优先权日1999年9月15日
发明者约尔格·祖特尔, 沃尔夫冈·施文克, 克劳德·巴林 申请人:罗伯特·博施有限公司