用于產(chǎn)生壓縮空氣的壓縮機、壓縮空氣供應(yīng)設(shè)備、氣動系統(tǒng)和用于運行壓縮機的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的壓縮機。此外，本發(fā)明還涉及壓縮空氣供應(yīng)設(shè)備、氣動系統(tǒng)以及用于運行壓縮機的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]對于許多應(yīng)用情況，而尤其是用于為車輛壓縮空氣供應(yīng)設(shè)備產(chǎn)生壓縮空氣來說，開頭提到的類型的壓縮機被證實為是合適的。在此，壓縮機具有呈有刷直流電動機形式的電動機和能通過電動機驅(qū)動的壓縮器。出于不同的原因，在此涉及的有刷直流電動機(BDC電機)相對無刷直流電機(BLDC電機)被證實為是合適的，尤其是在之前提到的車輛的壓縮空氣供應(yīng)設(shè)備的應(yīng)用情況下。
[0003]BLDC電機是直流電機的結(jié)構(gòu)形式，在該結(jié)構(gòu)形式中，具有使電流換向的電刷的在有刷直流電動機中設(shè)置的機械的換向器通過電路來替代。BLDC電機適用于驅(qū)動較小負載設(shè)計的機器，例如通風機、軟盤驅(qū)動裝置、壓縮器、錄像機或模型飛機和類似機器，在具有更高的負載要求的汽車應(yīng)用中，BLDC電機卻具有各種各樣的缺點；原則上，在具有在可靠性和負載相容性方面有更高要求的各種應(yīng)用中，有刷直流電動機被證實是更有利的變型方案。
[0004]另一方面，在接通和關(guān)閉時，必要時也在不同的負載條件下運行時，通常通過壓縮器繼電器驅(qū)控且借助直流有刷電機驅(qū)動的壓縮器由于其高功率消耗而具有各種各樣的缺點。
[0005]為了在各種情況下基本消除這些缺點，例如在WO 2010/045993中設(shè)置有用于驅(qū)動車輛的空氣供應(yīng)單元的壓縮器的電動機，其中，電動機具有至少一個用于驅(qū)控電動機的半導(dǎo)體開關(guān)。半導(dǎo)體開關(guān)和進而是電動機由控制裝置利用脈寬調(diào)制的電壓來驅(qū)控。通過該電壓的占空比可以控制電動機的轉(zhuǎn)速。由此，例如可以實現(xiàn)電動機的軟啟動。半導(dǎo)體開關(guān)的傳感器輸出端通過測量線路與控制裝置連接。傳感器輸出端用于輸出電流信號，該電流信號與通過半導(dǎo)體開關(guān)并且進而是流過電動機的電流成正比。借助電流信號，在控制裝置中獲知電動機的轉(zhuǎn)速和由壓縮器產(chǎn)生的壓力。在該情況下，半導(dǎo)體開關(guān)整合在電動機的電刷橋件中。
[0006]即使軟啟動電路較昂貴地例如以基于控制晶體管的延時元件來構(gòu)造，這種解決方案原則上在各種情況下相對通?；陂l流管的軟啟動電路也已經(jīng)被證實是有利的，如同在用于通用電機的DE 2 758 309 C2中公開的那樣。
[0007]然而，尤其在限制電動機的運行電流方面，特別是超出WO 2010/045993 Al的原則上有利的途徑，用于產(chǎn)生壓縮空氣的壓縮機的運行被證實為仍能改進。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]在此設(shè)計本發(fā)明，其任務(wù)是，說明了一種尤其是用于車輛的壓縮空氣供應(yīng)的設(shè)備和方法，其中，在限制電動機的運行電流的情況下，借助電子控制裝置使設(shè)置的控制件得到改善。尤其控制件通常應(yīng)設(shè)計用于改善壓縮機的運行方式，優(yōu)選用于實現(xiàn)軟啟動、關(guān)閉運行和/或正常運行。尤其是在正常運行時，優(yōu)選應(yīng)可以實現(xiàn)壓縮器的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。
[0009]與設(shè)備相關(guān)的任務(wù)通過本發(fā)明以權(quán)力要求I的壓縮機來解決。根據(jù)本發(fā)明，在開頭提到的類型的壓縮機中，進一步設(shè)置權(quán)力要求I的特征部分的特征。
[0010]本發(fā)明從如下構(gòu)思出發(fā)，S卩，原則上有利的是，在限制電動機的運行電流的情況下，電動機應(yīng)借助電子控制模塊來控制。在此，本發(fā)明的想法從如下出發(fā)，即，電動機原則上優(yōu)選呈有刷直流電動機的形式。這尤其對于車輛的壓縮空氣供應(yīng)設(shè)備來說被證實是有利的；即，尤其是在使用用于在壓縮空氣供應(yīng)設(shè)備的壓縮空氣輸送件中產(chǎn)生壓縮空氣的壓縮機的情況下。因此，本發(fā)明的想法以原則上構(gòu)思的方式從運行有刷直流電動機(BDC電機)出發(fā)，但是避免了與繼電器運行相關(guān)的缺點，如同其例如在WO 2010/045993 Al中描述的那樣。
[0011]此外，本發(fā)明認識到的是，仍可以改善電子控制模塊(這是因為該電子控制模塊尤其適用于軟啟動而也被稱為CSS控制件(CSS，壓縮器軟啟動))。根據(jù)本發(fā)明設(shè)置的是，電子控制模塊(CSS控制模塊)具有控制結(jié)構(gòu)塊，例如微控制器或類似的配設(shè)有邏輯電路的結(jié)構(gòu)塊，并且具有可實施的程序模塊。
[0012]本發(fā)明的想法也涉及權(quán)利要求20的壓縮空氣供應(yīng)設(shè)備和權(quán)利要求21的氣動系統(tǒng)。
[0013]關(guān)于方法的任務(wù)通過本發(fā)明以用于運行壓縮機的方法根據(jù)權(quán)利要求22的特征來解決，該壓縮機具有呈有刷直流電動機(BDC電機)的形式的電動機。
[0014]換句話說，對于有刷直流電動機的在時間上短暫的運行來說，例如不僅設(shè)置有不依賴于時間的運行電流限制。然而，有利地以可變的方式預(yù)先給定作為時間的函數(shù)的運行電流限制，尤其是預(yù)先給定至少一個彼此不同的第一和第二閾值電流。在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明的想法不僅能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)先給定最大的閾值電流，而且此外能夠?qū)崿F(xiàn)(通過在時間上變化地預(yù)先給定限制運行電流的閾值電流)預(yù)先給定運行電流的梯度。
[0015]本發(fā)明的以有刷直流電動機(BDC電機)為基礎(chǔ)的想法能夠?qū)崿F(xiàn)的是，在保持有刷直流電動機(BDC電機)的優(yōu)越性和優(yōu)點的情況下，以改進方式在運行電流方面限制該有刷直流電動機?；诒景l(fā)明的想法，可以有利地實現(xiàn)的是，不僅限制運行電流的絕對值，而且限制運行電流的梯度。
[0016]本發(fā)明的有利的改進方案由從屬權(quán)利要求中得出，并且詳細地說明了如下有利的可能性，即，在任務(wù)范圍內(nèi)以及在其他優(yōu)點方面實現(xiàn)上面闡述的想法。
[0017]本發(fā)明的特別優(yōu)選的改進方案涉及借助附圖描述的實施方式。該實施方式設(shè)置的是，根據(jù)該想法，壓縮器繼電器由借助微控制器驅(qū)控的半導(dǎo)體開關(guān)來代替。在壓縮機的接通要求中，通過存儲在微控制器中的程序模塊限制壓縮器的允許的電流消耗。在接通要求中允許的電流可以在時間上改變，從而使啟動電流峰值和啟動電流梯度(di/dt)受到影響。這通過快速驅(qū)控半導(dǎo)體開關(guān)來實現(xiàn)。
[0018]在壓縮器的關(guān)閉要求中，通過存儲在微控制器中的程序模塊也可以限制壓縮器的允許的關(guān)閉電流梯度。這也可以通過快速驅(qū)控半導(dǎo)體開關(guān)來實現(xiàn)。
[0019]在接通過程結(jié)束之后(也就是說在壓縮機運行時)，通過存儲在微控制器中的程序模塊也可以通過以可變的占空比或可變的頻率的PWM驅(qū)控來調(diào)節(jié)壓縮器的電流消耗，從而可以使依賴于負載的，尤其依賴于壓力的轉(zhuǎn)速改變最小化。
[0020]基于該想法的基本思想可以構(gòu)造出控制模塊，以便在時間上可變地預(yù)先給定限制運行電流的閾值電流。在特別優(yōu)選的改進方案的范圍內(nèi)，程序模塊構(gòu)造用于限制運行電流，以便預(yù)先給定閾值電流的作為時間的函數(shù)的至少一個閾值電流限制函數(shù)。由此可以特別有利地實現(xiàn)的是，運行電流目標明確地保持在包絡(luò)線以下；有利地，包絡(luò)線基本上通過閾值電流限制函數(shù)預(yù)先給定。改進方案提供的是，由此通?？梢砸赃M一步改善的方式實現(xiàn)電動機的運行，尤其是在限制運行能量供應(yīng)(例如運行電流和/或運行電壓)的情況下。
[0021]在改進方案中尤其設(shè)置的是，構(gòu)造有控制結(jié)構(gòu)塊，以便中斷，尤其反復(fù)短時間地中斷電動機的運行(尤其是運行能量供應(yīng)，即，尤其是運行電流和/或運行電壓)。為此，特別優(yōu)選地可以中斷電動機的運行電壓。中斷運行(尤其是運行能量供應(yīng)，即，尤其是運行電流和/或運行電壓)優(yōu)選針對如下情況進行，即，運行電流達到，尤其是超過或低于至少一個閾值電流限制函數(shù)的閾值電流。例如，根據(jù)預(yù)先給定的時間函數(shù)，使電動機的用于運行壓縮器的允許的運行電流從初始值至結(jié)束值提高或減小。
[0022]有利地，基于本發(fā)明的想法可以有針對性地影響啟動電流峰值和/或配屬的啟動和/或關(guān)閉時間區(qū)段的階段長度和/或啟動電流梯度；附加或替選地，這也適用于關(guān)閉電流峰值和關(guān)閉電流梯度。在改進方案中首先可以實現(xiàn)的是，盡管存在運行電流限制，但壓縮器的可啟動性和/或可關(guān)閉性沒有減小或沒有明顯減小。這主要基于如下事實，即，在時間上變化地預(yù)先給定限制運行電流的閾值電流。在改進關(guān)閉特性方面，首先可以實現(xiàn)在聲音上不明顯的壓縮器停止運行。
[0023]在特別優(yōu)選的改進方案的范圍內(nèi)設(shè)置的是，電子控制模塊還具有采樣單元，通過該采樣單元，能以可預(yù)先給定的采樣率發(fā)送電動機的實際的運行電流的信號。采樣率優(yōu)選在10Hz至50000Hz，必要時最多100000Hz的范圍內(nèi)。特別優(yōu)選地，采樣率在20000Hz至30000Hz，例如在采樣率為35 μ s時為28000Hz之間。采樣率越高，那么越密切且越適宜的是，在電動機運行時可以有針對性的地在峰值和/或梯度特性方面控制啟動電流和/或關(guān)閉電流。峰值限制尤其是可以通過控制啟動和/或關(guān)閉時間區(qū)段內(nèi)的停留時間，例如階段長度的隨后附圖標記中提到的AnT_i值或么仍乙丨值(i = Ρ..η)來得到，其中，η是自然數(shù)1、2、3、4等，優(yōu)選在4至10之間，但也可以超出這個范圍。階段長度也可以共同確定啟動電流和/或關(guān)閉電流的梯度特性。
[0024]附加或替選地，比較單元被證實是有利的，借助該比較單元，信號化的實際的運行電流能與作為時間的函數(shù)的閾值電流比較。啟動和/或關(guān)閉電流峰值和/或梯度特性整體可以通過比較快的驅(qū)控，尤其以電子控制模塊的比較高的采樣率來限制。
[0025]在特別優(yōu)選的改進方案的范圍內(nèi)，被證實為有利的是，預(yù)先給定具有閾值電流的至少一個最大值和/或梯度的閾值電流限制函數(shù)。因此，結(jié)果是預(yù)先給定運行電流的最大值和/或梯度。例如，呈時間的線性函數(shù)的形式的閾值電流限制函數(shù)被證實為是特別有利的。對于這種和其他閾值電流限制函數(shù)來說，例如尤其除了幅度值、梯度以外，可以為時間階段的特定的停留時間預(yù)先給定梯度，尤其是上升梯度和/或下降梯度。顯然，這也可以適用于更高等級的函數(shù)，例如任意的多項式或指數(shù)函數(shù)。
[0026]特別有利地設(shè)置的是，電子控制模塊構(gòu)造用于軟啟動(CSS，壓縮器軟啟動)的控制，在時間上受限的第一時間階段中，允許無限制的啟動運行電流。這借助在時間上受限的第一時間階段首先確保了安全的壓縮器啟動。因此，在時間上受限的第一時間階段中尤其沒有進行運行電流的直接的限制；由第一時間階段的在時間上受限的持續(xù)時間得到間接的限制。
[0027]附加或替選地，在時間上受限的第二時間階段中，可以預(yù)先給定在時間上可變地受限的啟動運行電流。借助時間上受限的第二時間階段，首先可以實現(xiàn)電動機的用于驅(qū)動壓縮器的運行電流的期望的限制。尤其在時間上受限的具有較高的采樣率的第二時間階段中進行的是，停止并且必要時中斷電動機的運行(尤其是對于運行來說必需的運行能量供應(yīng)，例如運行電流和/或運行電壓)，較高的采樣率改善的是，持續(xù)地將對運行電流的密切且滿足目標的控制限制到能變化地預(yù)先給定的峰值和/或梯度(斜率)上。
[0028]特別有利地構(gòu)造有程序模塊，在啟動階段中，優(yōu)選在時間上受限的第二時間階段中，為啟動運行電流預(yù)先給定至少一個用于第一啟動時間區(qū)段的第一啟動閾值電流限制函數(shù)和用于第二啟動時間區(qū)段的第二啟動閾值電流限制函數(shù)。另外的啟動時間區(qū)段(優(yōu)選是四個)可以在用于啟動運行電流的啟動階段中根據(jù)需要預(yù)先給定。因此，例如在啟動階段中，預(yù)先給定遞增的閾值電流，從而在啟動階段中，運行電流與由此在原則上預(yù)先給定的啟動梯度相反地逐漸上升。優(yōu)選地，第一啟動閾值電流限制函數(shù)的斜率在幅值上大于第二啟動閾值電流限制函數(shù)的斜率。
[0029]有利地，從啟動階段至負載階段的更換不依賴于壓縮器的運行電流。在特定的時間之后且在考慮到與之聯(lián)接的部件的同時，這同樣確保壓縮器，尤其是車輛的壓縮空氣供應(yīng)設(shè)備的完全的功能性。
[0030]根據(jù)其中一個之前提到的改進方案，啟動階段有利地包括壓縮器的軟啟動。負載階段尤其理解為包括壓縮器的僅一個不限制電流的運行階段。
[0031]從啟動階段至負載階段的更換優(yōu)選不依賴于軟啟動的最后的時間階段中的采樣率。改進方案從如下思想出發(fā)，即，在啟動階段期間測定停留時間，從而在一定的停留時間之后實際上是從至負載階段的無損的過渡部出發(fā)。因此，改進方案首先設(shè)置的是，在發(fā)生如下情況之后(即，在滿足接通要求后，壓縮器可以滿足功率要求)，利用壓縮器的接通要求給出用于啟動階段的在時