KOLLMAR RUBEN (DE)
WO2002047947A1 | 2002-06-20 |
GB2457534A | 2009-08-26 | |||
US20090134823A1 | 2009-05-28 | |||
GB2328737A | 1999-03-03 | |||
GB2512043A | 2014-09-24 | |||
EP2287689B1 | 2012-11-14 |
Ansprüche 1. Motor für Lüfter bzw. Ventilatoren, Pumpen oder Kompressoren, insbesondere elektronisch kommutierter Motor (EC-Motor), mit einer integrierten Motorelektronik und mindestens einer Sensoreinheit (11) zur unmittelbaren oder mittelbaren Druck-/Volumenstromregelung, wobei die Regelung intern oder extern erfolgen kann, d a d u rc h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Sensoreinheit (11) als auf die Motorelektronik aufsteckbares oder in die Motorelektronik einsteckbares Modul ausgeführt oder zumindest teilweise in die Motorelektronik integriert ist und vorzugsweise über die Motorelektronik, d.h. intern, mit Energie versorgt wird. 2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (11) weitere elektronische Bausteine umfasst, beispielsweise eine Leiterplatte mit elektronischen Bauteilen. 3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (11) einen Drucksensor (17) umfasst, der über eine Strömungsverbindung, beispielsweise über mindestens einen Schlauch (12), einen lokalen Druck oder über zwei Schläuche (12), eine Druckdifferenz des Drucks an zwei Orten ermittelt und ein dem Druck entsprechendes analoges oder digitales Signal einer Verarbeitungseinheit, beispielsweise einem Mikroprozessor, zuführt. 4. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (11) weitere Sensoren umfasst, die an die Sensoreinheit (11) ange- schlössen sind und deren Messwerte einlesbar sind und/oder dass weitere interne oder externe Sensoreinheiten vorgesehen sind. 5. Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Sensoren Messwerte betreffend die Temperatur, die Luftfeuchte, die Luftqualität, etc. liefern. 6. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (11) direkt mit einer Motor Controller Einheit analog oder digital (beispielsweise per Bussystem) kommuniziert. 7. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine externe, übergeordnete Regelung vorgesehen ist, die vorzugsweise über ein Bus- System, beispielsweise über einen Modbus, jeweils einen Sollwert vorgibt. 8. Motor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die übergeordnete Regelung u.a. zum Datenaustauch mit der integrierten Motorsteuerung und der Sensoreinheit (1 1 ) vorgesehen ist. 9. Motor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Datenaus- tausch dienende Schnittstelle ein Verfahren zur dynamischen Adressierung von Slave-Einheiten nutzt (vgl. EP 2 287 689 B1 ). 10. Motor nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch ein gemeinsames Kommunikationsprotokoll mit einheitlichem Protokollsatz. 1 1. Verfahren zum Betrieb eines Motors nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Regelalgorithmus eines Mikroprozessorsystems unter Berücksichtigung eines vorgebbaren Druck-Sollwertes und ggf. weiterer Sollwerte für zusätzliche Sensoren einen Drehzahl-Sollwert des Motors (2) berechnet und die integrierte Motorelektronik entsprechend ansteuert, damit sich eine bestimmte Drehzahl des Motors (2) ergibt. 12. Ventilatorsystem, insbesondere Klimakastengerät, mit einem oder mehreren Motor(en) (2) oder Ventilator(en) nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1. 13. Ventilatorsystem nach Anspruch 12, mit mindestens einem weiteren Motor (2) oder Ventilator gemäß Stand der Technik. |
Die Erfindung betrifft einen Motor für Lüfter bzw. Ventilatoren, Pumpen oder Kompressoren, insbesondere einen elektronisch konnnnutierten Motor (EC-Motor), mit einer integrierten Motorelektronik und mindestens einer Sensoreinheit zur unmittelbaren oder mittelbaren Druck-/Volumenstromregelung. Dabei ist wesentlich, dass die Sensoreinheit als reine Messeinheit dienen kann und den Druck bzw. die Druckwerte an eine externe Steuerung/Regelung vermittelt. Die Regelung/ Steuerung kann ebenso integriert sein.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Motors und ein Ventilatorsystem mit einem, zwei oder mehreren solcher Motoren bzw. Ventilatoren.
Motoren bzw. Ventilatoren der gattungsbildenden Art sind hinlänglich aus der Praxis bekannt. Lediglich beispielhaft sei dazu auf GB 2 512 043 A verwiesen. Aus dieser Druckschrift ist ein Lüftungssystem mit entsprechenden Ventilatoren bekannt, bei dem im Gehäuse eine Luftmengenmessung stattfindet. Die diesbezügliche Elektronik befindet sich im Gehäuse, jedoch außerhalb des Motors, und wird auch von außerhalb des Motors mit Strom/Spannung versorgt. Eine integrierte Regelung ist nicht vorgesehen. In Bezug auf die Datenübertragung von Soll- und Istwerten ist das bekannte System aufwändig, da kein Busanschluss vorgesehen ist.
In modernen Klimakastengeräten kommen heutzutage drehzahlgeregelte Ventilatoren mit elektronisch kommutierten Motoren (EC-Ventilatoren) zum Einsatz. Sie dienen dort als Zuluf Abluftventilator. Zur bedarfsgerechten Regelung der Luftmenge ist es erforderlich, an verschiedenen Stellen im Klimakastengerät den Luftdruck und ggf. die Temperatur zu messen. Regelmäßig werden Druck- bzw. Differenzdrucksensoren verwendet. Das Ausgangssignal des Differenzdrucksensors wird meist an eine separate Regeleinheit geführt und dort verarbeitet. Die Regeleinheit berechnet einen Drehzahlsollwert und gibt diesen, beispielsweise über ein analoges Signal (beispielsweise 0 bis 10 Volt) oder über ein Bussystem (beispielsweise über einen Modbus) an eine übergeordnete Steuerung/Regelung oder an den Ventilator. Drucksensor, Regeleinheit, Spannungsversorgung und Ventilator müssen im bzw. am Klimagerät montiert und untereinander verdrahtet werden. Dies ist aufwändig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Motor der gattungsbildenden Art derart auszugestalten und weiterzubilden, dass er sich insbesondere zum Antrieb von Ventilatoren, Pumpen, Kompressoren, etc. eignet, mit möglichst geringem schaltungstechnischem und steuerungs- bzw. regelungstechnischem Aufwand.
Voranstehende Aufgabe ist mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, nämlich dadurch, dass die Sensoreinheit als auf die Motorelektronik aufsteckbares oder in die Motorelektronik einsteckbares Modul ausgeführt oder zumindest teilweise in die Motorelektronik integriert ist und über die Motorelektronik, d.h. intern, mit Energie versorgt wird.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren gemäß nebengeordnetem Anspruch 1 1 dient zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Motors, unter Nutzung eines besonderen Regelalgorithmus.
Ein erfindungsgemäßes Ventilatorsystem umfasst mindestens einen erfindungsgemäßen Motor bzw. Ventilator, nämlich gemäß dem weiter nebengeordneten Anspruch 12.
Für den erfindungsgemäßen Motor bzw. Lüfter oder Ventilator ist wesentlich, dass die Sensoreinheit, umfassend den Sensor und die erforderliche Elektronik des Sensors, entweder als Modul auf die Motorelektronik einsteckbar bzw. in die Motorelektronik einsteckbar ist. Alternativ ist die Sensoreinheit komplett in die Motor- elektronik integriert. In beiden Fällen wird die Sensoreinheit über die Motorelektronik mit elektrischer Energie versorgt und ist die Sensoreinheit unmittelbar mit der Motorelektronik wirkverbunden.
Im Rahmen der erstgenannten Variante, d.h. im Rahmen der Ausgestaltung der Sensoreinheit als einsteckbares oder aufsteckbares Modul, lassen sich ent- sprechende Motoren bzw. Ventilatoren nachrüsten. Dazu kommen alle bekannten Motortechnologien in Frage, beispielsweise Asynchronmotoren, permanentmagneterregte Synchronmotoren, Synchron-Reluktanzmotoren, etc. Nachfolgend wird die Erfindung am Beispiel eines Radialventilators beschrieben, wobei die Beschreibung der beispielhaften Erörterung der erfindungsgemäßen Lehre dient, diese jedoch nicht auf einen Ventilatortyp einschränkt. Auch andere Ventilatorbauarten wie beispielsweise Axialventilatoren/Diagonalventilatoren kommen in Frage.
Wie bereits zuvor ausgeführt, ist der Begriff „Sensoreinheit" im weitesten Sinne zu verstehen. Er umfasst den eigentlichen Sensor und beispielsweise eine Leiterplatte mit elektronischen Bauteilen. Die Sensoreinheit kann als einzigen Sensor einen Drucksensor umfassen, der über mindestens einen Schlauch einen lokalen Druck oder über zwei Schläuche eine Druckdifferenz des Drucks an zwei Orten ermittelt. Ein dem Druck oder der Druckdifferenz entsprechendes analoges oder digitales Signal wird einem Mikroprozessor zugeführt, der integraler Bestandteil der Sensoreinheit sein kann.
Des Weiteren ist es denkbar, dass die Sensoreinheit weitere Sensoren umfasst, die an die Sensoreinheit angeschlossen sind und deren Messwerte einlesbar sind. Auch ist es denkbar, dass weitere interne oder externe Sensoreinheiten vorgesehen sind, die mit entsprechenden Sensoren ausgestattet sind.
Wesentlich ist jedenfalls, dass der Schlauch (Druckschlauch) bzw. die Schläuche (bei Differenzdruck) direkt am Motor/Ventilator angeschlossen sind. Die integrierte Sensoreinheit erfasst den Druck und gibt einen diesem Druck entsprechenden Messwert über ein analoges oder digitales Signal an ein Mikroprozessorsystem weiter. Optional können weitere Messgrößen über externe Sensoren ermittelt werden und deren Messwerte der Sensoreinheit vermittelt und eingelesen werden. Dazu können beispielsweise Temperatursensoren, Luftfeucht-Sensoren, Sensoren betreffend die Luftqualität, etc. vorgesehen sein. In vorteilhafter Weise kommuniziert die Sensoreinheit direkt mit einer Motor Controller Einheit per Bussystem. Bei Vorkehrung mehrerer Motoren/Ventilatoren ist es von Vorteil, wenn eine externe, übergeordnete Regelung vorgesehen ist, die vorzugsweise über ein Bussystem, beispielsweise über einen Modbus, jeweils einen Sollwert vorgibt. Die übergeordnete Regelung ist u.a. zum Datenaustausch mit der integrierten Motorsteuerung und der Sensoreinheit vorgesehen. Auch ist es denkbar, dass die zum Datenaustausch dienende Schnittstelle ein Verfahren zur dynamischen Adressierung von Slave-Einheiten nutzt, beispielsweise gemäß EP 2 287 689 B1. Ein gemeinsames Kommunikationsprotokoll mit einheitlichem Protokollsatz ist dabei von ganz besonderem Vorteil.
Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt einen Regelalgorithmus eines Mikroprozessorsystems, und zwar unter Berücksichtigung eines vorgebbaren Druck-Sollwerts und ggf. unter Berücksichtigung weiterer Sollwerte für zusätzliche Sensoren. Es wird ein Drehzahl-Sollwert des jeweiligen Motors berechnet und die integrierte Motorelektronik wird entsprechend angesteuert, derart, dass sich eine bestimmte Drehzahl des Motors ergibt.
Entsprechend den voranstehenden Ausführungen kann die adressierbare Einheit eine Druckmessung, Druckregelung und unter Verwendung des ventilatorabhängigen K-Faktors eine Volumenstrommessung oder Volumenstromregelung übernehmen.
Vorteile der erfindungsgemäßen Technik sind darin zu sehen, dass die Sensorein- heit direkt im Motor bzw. Ventilator mit Spannung/Strom versorgt wird. Entsprechend entfällt eine aufwändige Montage und Verdrahtung des Sensors im Klimakastengerät.
Schläuche zur Druckerfassung werden direkt an den Ventilator bzw. an dort vorge- sehene Druckstutzen angeschlossen, die mit der Sensoreinheit strömungsver- bunden sind.
Bei Bedarf kann der Ventilator die Druckmessung, Druckregelung oder auch die Volumenstrommessung bzw. Volumenstromregelung übernehmen. Eine externe Regeleinheit und deren Verdrahtung können im Rahmen einer solchen Ausführung entfallen.
Externe Stromversorgungen des Drucksensors sind nicht erforderlich, nämlich auf- grund der internen Stromversorgung. Außerdem wird nur eine Modbusadresse und ein gemeinsames Busbeschreibungsprotokoll benötigt, da der Drucksensor und Motor bzw. Ventilator als eine Einheit in ein ggf. externes Steuersystem eingebunden sind.
Die Sensoreinheit lässt sich hochintegriert, beispielsweise auf Chip-Basis, in der Motorelektronik verbauen und an das Mikrocontrollersystem des Motors anschließen.
Ein erfindungsgemäßes Ventilatorsystem, insbesondere ein Klimakastengerät, nutzt mindestens einen erfindungsgemäßen Motor/Ventilator entsprechend den voran- stehenden Ausführungen. Gleichzeitig kann ein zum Stand der Technik gehörender Motor/Ventilator vorgesehen bzw. mit erfindungsgemäßen Motoren/Ventilatoren kombiniert sein.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf dem Anspruch 1 nachgeordneten Ansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allge- meinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 a in einer schematischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Radialventilators (mit erfindungsgemäßem Motor als Antrieb), wobei dort eine integrierte Differenzdruckmessung vorgesehen ist,
Fig. 1 b in einer schematischen Ansicht, vergrößert, den Gegenstand aus Fig.
1a, Fig. 2 in einer schematischen Ansicht den Gegenstand aus Fig. 1 a, gegenüber Fig. 1 a verkippt,
Fig. 3a in einer schematischen Ansicht den Gegenstand aus Fig. 2 , jedoch mit geöffnetem Deckel, der die in die Motorelektronik modular eingesteckte Sensoreinheit erkennen lässt,
Fig. 3b in einer schematischen Ansicht, vergrößert, die Motorelektronik des
Gegenstands aus Fig. 3a,
Fig. 4 in einer schematischen Ansicht eine Druckdurchführung zum An- schluss zweier externer Druckschläuche und zur Verbindung der Durchführung mit der modularen Sensoreinheit, Fig. 5a in einer schematischen Draufsicht die Sensoreinheit zum Einstecken in die Motorelektronik mit internen Druckschläuchen, und
Fig. 5b in einer schematischen Unteransicht den Gegenstand aus Fig. 5a.
Fig. 1 a zeigt ein Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lehre, nämlich einen Radialventilator 1 mit integrierter Differenzdruckmessung. Der die integrierte Differenzdruckmessung umfassende Motor 2 kann grundsätzlich als Antrieb unterschiedlicher Ventilatoren bzw. Kompressoren dienen.
Fig. 1 a zeigt deutlich ein Gehäuse 3 für die Motorelektronik, wobei im Gehäuse 3 ein Druckanschluss 4 mit zwei Stutzen 5 für externe Druckschläuche zur Differenzdruckmessung vorgesehen sind. Der Druckanschluss 4 ist Bestandteil eines in Fig. 4 gezeigten Durchgangs 6, der in das Gehäuse 3 verschraubt ist. Ebenso sind elektrische Anschlüsse 7 vorgesehen.
Fig. 1 b zeigt das Gehäuse 3 des Radialventilators 1 aus Fig. 1 a in vergrößerter Darstellung. Fig. 1 b zeigt deutlich den Druckanschluss 4 mit den beiden Stutzen 5. Fig. 2 zeigt den Radialventilator aus Fig. 1 in gekippter Darstellung, mit den zuvor erörterten Bauteilen. Das Gehäuse 3 hat einen Deckel 8, der nnittels Schrauben 9 am Gehäuse 3 befestigt ist. Die Fig. 3a und 3b zeigen den Radialventilator 1 entsprechend der Darstellung aus Fig. 2, jedoch mit geöffnetem Gehäuse 3. Der in den Fig. 3a und 3b nicht gezeigte Deckel 8 ist nach Lösen der Schrauben 9 entfernt worden.
Gemäß Fig. 3b ist die im Gehäuse 3 befindliche Motorelektronik angedeutet, wobei dort lediglich die Anschlussklemmen 10, als Bestandteil der Motorelektronik, zu erkennen sind. Die eigentliche Motorelektronik ist durch einen inneren Deckel 8a abgedeckt, der als Berührschutz dient.
In die Motorelektronik, im Bereich einer Ausnehmung des inneren Deckels 8a, ist die modulare Sensoreinheit 1 1 eingesetzt bzw. in/auf der Leiterplatte der Motorelektronik eingesteckt und dort kontaktiert. Die beiden internen Schläuche 12 sind erkennbar. Sie erstrecken sich von der modularen Sensoreinheit 1 1 zum Durchgang 6 und können von außerhalb des Gehäuses 3 über die Stutzen 5 mit nicht gezeigten externen Schläuchen strömungsverbunden werden. Es lassen sich Drücke aus beliebigen Stellen/Orten in die Sensoreinheit 1 1 kommunizieren, nämlich durch eine so geschaffene Strömungsverbindung.
Fig. 4 zeigt in einer schematischen Ansicht den Durchgang 6 mit internen Stutzen 13, von denen aus relativ dünne Schläuche zur Sensoreinheit 1 1 führen (vgl. Fig. 3b). Die äußeren Stutzen 5 dienen zum Anschluss externer Druckschläuche entsprechend den voranstehenden Ausführungen.
Fig. 5a zeigt in einer Draufsicht die Sensoreinheit 1 1 , die in einem vorzugsweise aus Kunststoff gefertigten Gehäuse untergebracht ist. Auf einer Leiterplatte 15 sitzen neben weiteren elektronischen Bausteinen der eigentliche Drucksensor (17), der mit den internen Schläuchen 12 strömungsverbunden ist.
Des Weiteren sind Anschlussklemmen (18) zur (Modbus-) Kommunikation nach außen vorgesehen. Fig. 5b zeigt die modulare Sensoreinheit 1 1 von unten, nämlich in einer Unteransicht die dort vorgesehenen Leiterplatte 15, die mit einer Kontaktierung 16 zur Spannungsversorgung direkt von der Hauptleiterplatte der Motorelektronik und zum internen Kommunikationsanschluss zum Prozessor, etc. vorgesehen ist.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lehre wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Ansprüche verwiesen.
Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das voranstehend be- schriebene Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lehre lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dient, diese jedoch nicht auf das Ausführungsbeispiel einschränkt.
Bezugszeichenliste
1 Radialventilator
2 Motor
3 Gehäuse (für die Motorelektronik)
4 Druckanschluss
5 Stutzen (außen)
6 Durchgang (in der Gehäusewandung)
7 elektrischer Anschluss
8 äußerer Deckel
8a innerer Deckel (Schutzabdeckung)
9 Schraube
10 Anschlussklemmen (Bestandteil der Motorelektronik)
11 Sensoreinheit
12 Schlauch (intern)
13 Stutzen (intern)
14 Kunststoffgehäuse (der Sensoreinheit)
15 Leiterplatte (der Sensoreinheit)
16 Kontaktierung
17 Sensor, Drucksensor
18 Anschlussklemmen (Sensoreinheit)
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