[发明专利]控制由直流电压电网供电的电动机的方法

说明书

本发明涉及一种用于控制由直流电压电网供电的电动机、尤其是由汽车的车载电网借助脉宽调制来供电的风扇电动机的方法，该电动机能通过电动机电路中的执行机构能被连接到直流电压电网。在这样的方法中公知的是，保护电动机电路的通常被构造为半导体开关装置的执行机构免受过载。为此，例如在DE3433538C中说明了一种电路装置，为了限制功率晶体管中的损耗功率，除了保护免受过载的器件之外，该电路装置还设置了负载电路中的分流器和其它的开关元件，该其它的开关元件在不允许高的电流通过功率晶体管时成为导通的，并且跨接该功率晶体管的控制段，以降低通过其主电极的电流。可是，这样的电路装置是费事的和昂贵的，尤其是在将贵的精密电阻用作电流分流器(Strommessshunt)方面是费事的和昂贵的。

此外，在汽车技术中还公知，通过优选地在约20kHz以上的不可听见的频率范围中对电源电压计时来限制由车辆的车载电网供电的直流电动机的功率消耗，其方式是通过改变电动机的电源电压的脉宽比例来限制该电动机的端电压。由于正常运行的某个电动机的功率消耗是已知的，所以在此为了控制直流电动机不作准备就直至达到其最大转速的起动也能实现输出脉冲占空比的在时间上被控制的斜升(zeitgesteuerte Rampe)。为了确保电动机的起动，在这种情况下，输出脉冲占空比与直流电压电网中的电压瞬时高度无关地在固定预定的占空比处开始，于是将该预定的占空比按照电动机的所希望的加速度以斜升方式提高直至达到100％的占空比，并且因此提高直至达到电动机的最大转速，电动机于是以该最大转速继续运行。可是，这样的电动机控制一方面在低的电网电压的情况下不保证电动机的安全起动，另一方面在提高的电网电压的情况下存在着电路装置的电气器件过载的危险，尤其是电动机电路中的输出级过载。

本发明所基于的任务是，以尽可能少的电路工作量，一方面保证电动机的安全起动，而另一方面在直流电压电网的馈电电压的不同的、可供使用的水平下，在所必需的加速持续时间和形成的损耗功率方面优化电动机直至其最高转速的加速。

根据本发明，通过权利要求1的表征特征来解决上述任务。在这种情况下，首先在已知功率消耗时，通过按照已知的电动机数据在其高度上基本上固定预定的起动电压，在同时避免了器件过载的情况下，尤其是在避免负载电路中的输出级过载的情况下，实现了电动机的安全起动。通过用于提高电动机的脉宽调制过的电源电压的占空比的、在时间上被控制的特性曲线预给定，该特性曲线预给定与电网电压的高度无关，在该运行阶段达到了电动机的最优的加速度，其中，在直流电压电网中的馈电电压高的情况下同时防止了过载。

如果在电动机首先较强烈地并且随后直至达到电动机的最高转速的起动之后较小地上升地来控制电源电压，则还可以在减小损耗功率的情况下改善电动机的加速阶段。电动机因此快速达到了较高的转速，其中，同时在电动机的随后的加速范围中以缓慢上升的电源电压和相应被减小的电流消耗的斜率来降低总损耗功率。在这种情况下，控制电动机的电源电压的特性曲线被存放在控制单元中，优选地被存放在微控制器中，该微控制器附加地承担了对直流电压电网的电网电压高度的确定，并且按照预定的特性曲线针对电动机的电源电压的所匹配的在时间上被控制的变化来提供用于电动机电路中的执行机构的修正过的、脉宽调制过的控制电压。

根据用于执行本方法的电路装置的说明并且根据所属的电压变化曲线和电流变化曲线得出了本发明方法的其它细节和有利的改进方案。其中，

图1示出电路装置的方框电路图，该电路装置用于按照预定的特性曲线与时间和电网电压有关地来控制直流电动机的电源电压，

图2示出直流电动机的被控制的电源电压的曲线图，和

图3示出电动机电流在按照图2中的曲线图来控制电动机的电源电压时随着时间变化的曲线图。

在图1中用10表示与风扇耦合的电动机，如该电动机例如在汽车被用于散热器通风那样。电动机10通过供电线路12与直流电压电网(这里为汽车的车载电网)的正极14相连接。电动机10的第二接线端通过供电线路16和在该实施例中为敏感(Sense)FET形式的执行机构18被连接到直流电压电网的接地极20。此外，电动机10被自振荡二极管22跨接，该自振荡二极管22为了在电动机的电源电路中的电流中断时抑制电压峰值而接收了电动机电流。用U_M表示施加在电动机上的电源电压，用I表示电动机馈电电路中的电流。