專利名稱：冷卻風扇系統(tǒng)及其控制裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電機的控制裝置，尤其涉及一種車輛引擎散熱器的冷卻風扇系統(tǒng)的控制裝置。
背景技術：
車輛引擎散熱器的冷卻風扇通常包括一直流電機及由該直流電機驅動的葉輪。參照圖6所示，所述冷卻風扇的工作特性是系統(tǒng)中的流體壓力增大時，風量減小。車輛在停止狀態(tài)時，其內的流體動力阻力大，因此冷卻風扇的風量最小，而電機的功率較大。而當車輛處于行駛狀態(tài)，由于其內的流體動力阻力減小，因而冷卻風扇的風量增大，而電機的功率較小。車輛在行駛狀態(tài)時，引擎產(chǎn)生的廢熱增加，因此需要冷卻風扇提供更大的風量才能及時地將車輛內的廢熱散發(fā)出去。如果一冷卻風扇在低壓時具有過小的風量，并且在高壓時具有過大的風量，為了滿足車輛在低壓(即行駛狀態(tài))時的散熱需求，通常需要提高冷卻風扇的轉速使其在低壓時產(chǎn)生風量可以滿足車輛的散熱需求。然而，要提高冷卻風扇的轉速，必然要增大電機的功率。如此，原本冷卻風扇在高壓時就具有過大風量的情況下，增大電機的功率必然產(chǎn)生不必要的能量浪費。因此，函需一種能夠克服上述缺陷的方案。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供了一種車輛引擎散熱器的冷卻風扇系統(tǒng)，包括風扇以及為風扇供電的電源，所述風扇包括一電機，所述電源為電機提供一直流電壓，所述冷卻風扇系統(tǒng)還包括與電機電連接的電壓調節(jié)單元以及與電壓調節(jié)單元電連接的控制器，所述控制器被配置為通過控制所述電壓調節(jié)單元而調節(jié)加載到所述電機的電壓，將通過所述電機的電流值限定至等于或低于一預設閾值。優(yōu)選的，所述電壓調節(jié)單元包括一晶體管，所述電機和晶體管串聯(lián)于所述電源的正負極之間。優(yōu)選的，所述控制器被配置為當加載到所述電機的電壓超過一預設值時，將通過所述電機的電流值限定至一預設的恒定值?？蛇x的，所述控制器被配置為將通過所述電機的電流值限定至等于或低于由一預設的電機功率閾值除以加載到所述電機的電壓所得到的相應電流值，以同時將電機的功率限定至等于或低于該預設功率閾值?？蛇x的，所述電壓調節(jié)單元包括一晶體管，所述預設功率值被設置為根據(jù)晶體管的溫度變化而變化，使所述晶體管的溫度升高時，所述預設功率值減小，所述晶體管的溫度降低時，所述預設功率值增加。優(yōu)選的，所述控制器包括一第一比較器和一控制單元，Vme為反應所述電機所需電壓值的信號，Vmmeas為反應電機的實際電壓值信號，所述比較器被配置為獲得Vmk和Vmmeas的差值，并相應輸出一偏差 信號至控制單元，所述控制單元被配置為根據(jù)該偏差信號控制電壓調節(jié)單元而調節(jié)加載到電機的電壓。優(yōu)選地，所述控制器還包括除法器、選擇器和第二比較器，所述電機具有預設電流閾值Ium和預設功率閾值PUM，所述除法器被配置為根據(jù)的電機的功率閾值Pum和電機的實際加載電壓獲得與功率閾值Pum相應的電流閾值IPUM，所述選擇器將所述預設電流閾值和所述與與功率閾值Pum相應的電流閾值Ipum中的較小電流值Ι\ΙΜ輸出至第二比較器；所述第二比較器被配置為比較所述較小電流Ι\ΙΜ和電機的實際電流值Immeas的差值，并相應輸出一偏差信號ei至控制單元；所述控制單元被配置為根據(jù)該偏差信號通過控制電壓調節(jié)單元而調節(jié)加載到電機的電壓。本發(fā)明還提供了一種控制裝置，用于控制風扇電機，所述控制裝置包括與電機電連接的電壓調節(jié)單元以及與電壓調節(jié)單元電連接的控制器，所述電壓調節(jié)單元和電機串聯(lián)于一電源的正負極之間，所述控制器被配置為通過控制所述電壓調節(jié)單元而調節(jié)加載到所述電機的電壓，將通過所述電機的電流值限定至等于或低于一預設閾值。優(yōu)選的，所述控制器被配置為當加載到所述電機的電壓超過一預設值時，將通過所述電機的電流值限定至一預設的恒定值?？蛇x的，所述控制器被配置為將通過所述電機的電流值限定至等于或低于由一預設的電機功率閾值除以加載到所述電機的電壓所得到的相應電流值，以同時將電機的功率限定至等于或低于該預設功率閾值。優(yōu)選的，所述控制器包括一第一比較器、第二比較器、除法器、選擇器和一控制單元，所述電機具有預設電流閾值Im和預設功率閾值P ，Vme為反應所述電機所需電壓值的信號，Vmmeas為反應電機的實際電壓值信號，所述第一比較器被配置為獲得Vme和Vmmeas的差值，并相應輸出一偏差信號至控制單元，所述控制單元被配置為根據(jù)該偏差信號控制電壓調節(jié)單元而調節(jié)加載到電機的電壓，所述除法器被配置為根據(jù)的電機的功率閾值Pum和電機的實際加載電壓獲得與功率閾值Pum相應的電流閾值IPUM，所述選擇器將所述預設電流閾值Im和所述與與功率閾值P 相應的電流閾值Ipum中的較小電流值Ι\ΙΜ輸出至第二比較器；所述第二比較器被配置為比較所述較小電流Ι\ΙΜ和電機的實際電流值Imeas的差值，并相應輸出一偏差信號4至控制單元；所述控制單元被配置為根據(jù)該偏差信號通過控制電壓調節(jié)單元而調節(jié)加載到電機的電壓。上述控制裝置通過控制晶體管將通過電機的電流限定至所述預設閾值，從而使冷卻風扇系統(tǒng)的散熱效率盡可能地貼近實際散熱需求，減少不必要的能量浪費。為了能更進一步了解本發(fā)明的特征以及技術內容，請參閱以下有關本發(fā)明的詳細說明與附圖，然而所附圖僅提供參考與說明用，并非用來對本發(fā)明加以限制。


圖I是本發(fā)明的冷卻風扇系統(tǒng)的示意性電路圖。圖2是圖I所示冷卻風扇系統(tǒng)一實施例的電機的操作特征曲線圖。圖3是圖I所示冷卻風扇系統(tǒng)另一實施例的電機的操作特征曲線圖。圖4是對應圖3所示實施例的冷卻風扇系統(tǒng)的電路圖。圖5表示現(xiàn)有的一種冷卻風扇的電機的操作特性曲線圖。
圖6表示冷卻風扇的工作特征曲線圖。
具體實施例方式下面結合附圖，通過對本發(fā)明的具體實施方式
詳細描述，將使本發(fā)明的技術方案及其他有益效果顯而易見。圖I所示為本發(fā)明一實施例的冷卻風扇系統(tǒng)的模塊圖。所述冷卻風扇系統(tǒng)用于車輛引擎的散熱器中，所述冷卻風扇系統(tǒng)包括一風扇I、為風扇I供電的一電源S、與風扇I電性連接的一電壓調節(jié)單元以及與電壓調節(jié)單元電性連接的一控制器(ECU) 7。本實施例中，所述電壓調節(jié)單元是一晶體管Q。所述風扇I包括一直流電機M，所述直流電機M包括具有扇葉的轉子F。所述電機M和晶體管Q連接于電源S的正負極之間，且電機M與晶體管Q串聯(lián)。所述電源S可提供一直流電壓Vs。所述晶體管Q的輸入端與ECU的輸出端連接。所述ECU控制所述晶體管Q按設定的程序工作，從而控制冷卻風扇的電機M的操作特征。圖2所示為電機M的操作特征曲線圖。圖中實線表示電機M在車輛靜止時的操作特征曲線。虛線表示電機M在車輛處于行駛時的操作特征曲線。當車輛行駛時，由于自然通風條件改變，使得電機M的操作特征曲線發(fā)生改變。長短交替線表示電機M在其轉子F被制動或被阻礙的情況下(本實施例中也可稱為過載)的操作特征曲線。如圖2所示，電機M的額定電壓V·通常小于電源S所分配的電壓Vs。當電機M過載或電機M所加載的電壓Vm變化，使得通過電機M的電流具有超過一預設值Ium的趨勢時，所述控制器7通過控制晶體管Q而將通過電機M的電流值控制在所述預設值IUM。在上述控制方法可使冷卻風扇在高壓情況下使電機M的電流Im被限定至一;〖亙定的最大值IUM。也就是說，電機M的電流值相對電壓Vm的瞬時值是獨立的。車輛處于靜止狀態(tài)時，當電機M的實際加載電壓Vm高于額定電壓Vmm時，所述控制器7將電機M的電流Im限定在最大值IUM。然而，如果電機M在過載(如轉子F制動)的情況下工作時，電機M的工作點有變動的趨勢，比如，變動至圖3中的點A的趨勢，所述控制器7自動降低電機的電壓值Vm直至電機的電流Im等于最大值Ium，即迫使電機M在工作點A’所對應的狀態(tài)下工作。上述控制器7對于電機工作點的控制相對于對晶體管Q的控制是獨立的。所述晶體管Q可以通過線性方式控制或脈沖方式控制。比如，利用具有一定寬度或持續(xù)時間的調制脈沖的方波信號進行控制。圖3所示為本發(fā)明的冷卻風扇系統(tǒng)的另一實施例的控制方法。在本實施例中，不僅限定了高壓下通過電機M的電流IM，而且電機M的功率Pm也被限定在一預設閾值PUM。由于功率等于加載電壓和電流的乘積，即Pm = VM*IM，因此，將功率Pm限定在一預設值Pum實質上意味著，對應不同的電壓值VM， 將電流Im限定在一相應電流閾值IPUM(IPUM = Plim/Vm)。圖3示出了功率Pm等于一恒定值Pum的曲線。當車輛行駛時，電機M傾向于工作在B點及C點。所述控制器7根據(jù)預設的電機M的功率限值PUM，確定電機M的電壓Vm的減少量。也就是說，所述控制器7使所述電機M工作在工作點B’和工作點C’，而不是工作在工作點B和工作點C。與圖5所示的現(xiàn)有冷卻風扇系統(tǒng)相比，本發(fā)明的冷卻風扇系統(tǒng)通過控制器7的調節(jié)在高壓情況下限定了電機M的電流或功率，減少了不必要的能量浪費。
優(yōu)選地，功率的最大限值Pum不是一恒定值，而是可根據(jù)晶體管Q的溫度變化而改變。當晶體管Q的溫度升高時，Plim減小，反之亦然。圖4是圖3的控制方法所對應的冷卻風扇系統(tǒng)的控制電路圖。本實施例中，冷卻風扇系統(tǒng)的控制器7包括第一比較器2和第二比較器5、除法器3、選擇器4、以及一控制單元6。圖5中Vmk為反應電機M所需電壓值Vm的信號。Vmmeas為反應電機M的實際電壓值Vm的信號。Immeas為反應電機M的實際電流值Im的信號。另外，Ilim和Pum分別表不電流Im和功率Pm的最大限值。電機M所需的電壓值信號Vme到達比較器2。所述比較器2測得電機M所需的電壓值信號Vme和電機M的實際電壓值信號Vmmeas的差值,并輸出一偏差信號ev(ev = Vmr-Vmmeas)至控制單元6。控制單元6根據(jù)該信號通過控制晶體管Q調節(jié)電機M的電壓，以將其電流限定在預設值內。在另外一條并聯(lián)支路中，除法器3根據(jù)電機M的限定功率Pum和電機M的實際電壓值信號Vmmeas算出相應的限定電流值IPUM。所述電流的最大限值IpLIM —同輸入到選擇 器4，選擇器4將二者中的較小值I\IM = min (IUM，Ipum)輸出至第二比較器5。第二比較器5比較Ι\ΙΜ和電機M的實際電流值信號Immeas的差值,并輸出一偏差信號eje= = Ihum-Immeas)至控制單元6?？刂茊卧?根據(jù)該信號調節(jié)電機M的電壓，以將其電流和功率限定在預設值內。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種車輛引擎散熱器的冷卻風扇系統(tǒng)，包括風扇以及為風扇供電的電源，所述風扇包括一電機，所述電源為電機提供一直流電壓，其特征在于還包括與電機電連接的電壓調節(jié)單元以及與電壓調節(jié)單元電連接的控制器，所述控制器被配置為通過控制所述電壓調節(jié)單元而調節(jié)加載到所述電機的電壓，將通過所述電機的電流值限定至等于或低于一預設閾值。
2.根據(jù)權利要求I所述的車輛引擎散熱器的冷卻風扇系統(tǒng)，其特征在于所述電壓調節(jié)單元包括一晶體管，所述電機和晶體管串聯(lián)于所述電源的正負極之間。
3.根據(jù)權利要求I所述的車輛引擎散熱器的冷卻風扇系統(tǒng)，其特征在于所述控制器被配置為當加載到所述電機的電壓超過一預設值時，將通過所述電機的電流值限定至一預設的恒定值。
4.根據(jù)權利要求I所述的車輛引擎散熱器的冷卻風扇系統(tǒng)，其特征在于所述控制器被配置為將通過所述電機的電流值限定至等于或低于由一預設的電機功率閾值除以加載到所述電機的電壓所得到的相應電流值，以同時將電機的功率限定至等于或低于該預設功率閾值。
5.根據(jù)權利要求4所述的車輛引擎散熱器的冷卻風扇系統(tǒng)，其特征在于所述電壓調節(jié)單元包括一晶體管，所述預設功率值被設置為根據(jù)晶體管的溫度變化而變化，使所述晶體管的溫度升高時，所述預設功率值減小，所述晶體管的溫度降低時，所述預設功率值增加。
6.根據(jù)權利要求4所述的車輛引擎散熱器的冷卻風扇系統(tǒng)，其特征在于所述控制器包括一第一比較器和一控制單兀，Vme為反應所述電機所需電壓值的信號，Vmmeas為反應電機的實際電壓值信號，所述比較器被配置為獲得Vm^PVmmeas的差值，并相應輸出一偏差信號至控制單元，所述控制單元被配置為根據(jù)該偏差信號控制電壓調節(jié)單元而調節(jié)加載到電機的電壓。
7.根據(jù)權利要求6所述的車輛引擎散熱器的冷卻風扇系統(tǒng)，其特征在于所述控制器還包括除法器、選擇器和第二比較器，所述電機具有預設電流閾值1和預設功率閾值PUM，所述除法器被配置為根據(jù)的電機的功率閾值Pum和電機的實際加載電壓獲得與功率閾值Pum相應的電流閾值IPUM，所述選擇器將所述預設電流閾值和所述與與功率閾值Pum相應的電流閾值Ipum中的較小電流值Ι\ΙΜ輸出至第二比較器；所述第二比較器被配置為比較所述較小電流Ι\ΙΜ和電機的實際電流值Imeas的差值，并相應輸出一偏差信號O1至控制單元；所述控制單元被配置為根據(jù)該偏差信號通過控制電壓調節(jié)單元而調節(jié)加載到電機的電壓。
8.—種控制裝置，用于控制風扇電機，其特征在于包括與電機電連接的電壓調節(jié)單元以及與電壓調節(jié)單元電連接的控制器，所述電壓調節(jié)單元和電機串聯(lián)于一電源的正負極之間，所述控制器被配置為通過控制所述電壓調節(jié)單元而調節(jié)加載到所述電機的電壓，將通過所述電機的電流值限定至等于或低于一預設閾值。
9.根據(jù)權利要求8所述的控制裝置，其特征在于所述控制器被配置為當加載到所述電機的電壓超過一預設值時，將通過所述電機的電流值限定至一預設的恒定值。
10.根據(jù)權利要求8所述的控制裝置，其特征在于所述控制器被配置為將通過所述電機的電流值限定至等于或低于由一預設的電機功率閾值除以加載到所述電機的電壓所得到的相應電流值，以同時將電機的功率限定至等于或低于該預設功率閾值。
11.根據(jù)權利要求10所述的控制裝置，其特征在于所述控制器包括一第一比較器、第二比較器、除法器、選擇器和一控制單元，所述電機具有預設電流閾值Ium和預設功率閾值PLI , Vme為反應所述電機所需電壓值的信號，Vmmeas為反應電機的實際電壓值信號，所述第一比較器被配置為獲得Vme和Vmmeas的差值，并相應輸出一偏差信號至控制單元，所述控制單元被配置為根據(jù)該偏差信號控制電壓調節(jié)單元而調節(jié)加載到電機的電壓，所述除法器被配置為根據(jù)的電機的功率閾值Pum和電機的實際加載電壓獲得與功率閾值Pum相應的電流閾值IPUM，所述選擇器將所述預設電流閾值Ium和所述與與功率閾值Pum相應的電流閾值Ipum中的較小電流值Ι\ΙΜ輸出至第二比較器；所述第二比較器被配置為比較所述較小電流Ι\ΙΜ和電機的實際電流值Immeas的差值，并相應輸出一偏差信號^至控制單元；所述控制單元被配置為根據(jù)該偏差信號通過控制電壓調節(jié)單元而調節(jié)加載到電機的電壓。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種車輛引擎散熱器的冷卻風扇系統(tǒng)，包括風扇以及為風扇供電的電源，所述風扇包括一電機，所述電源為電機提供一直流電壓，還包括與電機電連接的電壓調節(jié)單元以及與電壓調節(jié)單元電連接的控制器，所述控制器被配置為通過控制所述電壓調節(jié)單元而調節(jié)加載到所述電機的電壓，將通過所述電機的電流值限定至等于或低于一預設閾值，從而使冷卻風扇系統(tǒng)的散熱效率盡可能地貼近實際散熱需求，減少不必要的能量浪費。
文檔編號H02P7/28GK102624306SQ201210018888
公開日2012年8月1日 申請日期2012年1月20日 優(yōu)先權日2011年1月25日
發(fā)明者M·巴波羅, 安托尼爾·西賽爾羅, 德塞拉托·達維德 申請人:德昌電機(深圳)有限公司