CN105827177B - 引擎冷却模组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种固定占空比的引擎冷却模组。该引擎冷却模组包括电机、被电机驱动的叶轮、串接于电机与电机电源之间的调速装置，所述调速装置包括并联的高速支路和低速支路，所述低速支路串接有脉宽调制电路，所述脉宽调制电路以固定的占空比来降低平均电压从而实现所述电机的低速转动。实施本发明提供的引擎冷却模组，将高速支路和低速支路合二为一，取代传统的降压电阻，节约了生产成本，降低了功耗。

Description

引擎冷却模组
【技术领域】
本发明涉及汽车引擎冷却领域，具体涉及一种具有电机和叶轮的引擎冷却模组。
【背景技术】
传统的汽车引擎冷却模组的电机驱动电路具有并联的高速支路和低速支路。高速支路导通时，电机以高速运转。低速支路导通且高速支路未导通时，电机以低速运转。通常，高速支路直接把电源连接到电机的一个输入端(例如正极)，低速支路则通过串接降压电阻实现降压输出。如此，电机低速转动时，降压电阻会产生大量的热，造成了较大的损耗。
本领域的技术人员都意识到，脉宽调制(PWM)电路具有可调节占空比的特点，且通过调节PWM电路的占空比可改变输出电压的平均值。因此，一种改进的汽车引擎冷却模组采用可调节占空比的PWM电路取代传统的高速支路和低速支路。
PWM电路通过控制端子与汽车的引擎控制***(ECU)连接，根据ECU的指令实时改变占空比，从而能够在一定的范围内调节输出电压，进而使电机在低速区具有多种转速。例如，占空比为100％时，相当于传统的高速支路，电机将高速运转。当占空比小于100％时，电机将以较低的速度运转。
上述PWM方案的电路损耗比传统的降压电阻的电路损耗小。但是，因为PWM方案具有额外的控制电路(例如调节占空比的电路)，导致了整体成本显著增高。此外，脉宽调制(PWM)电路采用一个供电支路取代传统的并联的高速支路和低速支路，且还具有额外的控制端子，导致采用PWM方案的引擎冷却模组的接口不兼容传统接口。而汽车领域往往由不同的供应商提供不同的零部件，接口的不兼容将严重影响到PWM方案的引擎冷却模组的销售规模，以及影响到冷却模组的应用场合。
因此，亟需一种改进的方案。
【发明内容】
本发明为了降低生产成本和使用成本，同时使电机在低速状态运转时，减小电机的损耗，提供了一种结合高速支路和低速支路的固定占空比的引擎冷却模组。该引擎冷却模组包括电机、被电机驱动的叶轮、串接于电机与电机电源之间的调速装置，所述调速装置包括并联的高速支路和低速支路，所述低速支路串接有脉宽调制电路，所述脉宽调制电路以固定的占空比来降低平均电压从而实现所述电机的低速转动。
作为一种优选方案，所述低速支路还串接有电压调节电路，所述电压调节电路在输入电压超过预设高电压阈值、或者低于预设低电压阈值时通过所述脉宽调制电路断开所述低速支路。
作为一种优选方案，所述低速支路还串接有电流保护电路，所述电流保护电路包括串接于所述低速支路的测流电阻和开关电路，所述电流保护电路在流过所述测流电阻的电流超过预设电流阈值时通过所述脉宽调制电路控制开关电路调节电流至阈值内。
作为一种优选方案，所述开关电路包括门驱动和mos管，脉宽调制电路的输出信号进入所述门驱动的输入端，所述门驱动的输出信号连接到所述mos管。
作为一种优选方案，所述低速支路还具有温度检测电路用于测量温度。
作为一种优选方案，所述调速装置包括印刷电路板，所述印刷电路板集成有所述脉宽调制电路。
作为一种优选方案，所述调速装置包括壳体和散热器，所述壳体和散热器扣装在一起后形成所述调速装置的外壳；所述印刷电路板安装得到所述外壳内并通过所述散热器散热。
作为一种优选方案，所述印刷电路板安装有电感和电容，所述电感和电容沿朝向散热器的方向凸出于所述印刷电路板；所述散热器形成有凹腔用于***述电感和电容。
作为一种优选方案，所述散热器还具有若干向外伸出的凸柱用于加快散热。实施本发明提供的引擎冷却模组，将高速支路和低速支路合二为一，取代传统的降压电阻，节约了生产成本，降低了功耗。
【附图说明】
图1是本发明一个实施例提供的汽车引擎冷却模组的示意图；
图2是图1所示引擎冷却模组装配电机调速装置的示意图；
图3是图1所示引擎冷却模组采用的电机调速装置的示意图；
图4是图3所示电机调速装置的***示意图；
图5是图4所示电机调速装置移除了壳体、散热器的示意图；
图6是图4所示电机调速装置的电路原理图；
图7是图6所示脉宽调制电路与开关电路原理图；
图8是图6所示电压调节电路与温度检测电路原理图；以及
图9是图6所示电流保护电路原理图。
【具体实施方式】
参考图1，本发明提供的引擎冷却模组100包括风扇罩21、安装到风扇罩21的电机27、安装到电机27的输出轴的叶轮29、安装到风扇罩21的电机调速装置30。具体地，风扇罩21设有一个面积较大的通风孔，还设有若干伸向通风孔中心的辐条23，辐条23末端固定有毂部25。电机27安装到毂部25，叶轮29安装到电机27的输出轴并随输出轴转动。电机27和叶轮29收容于上述通风孔内。
参考图2，风扇罩21具有凹位22，用于安装电机调速装置30。在电路连接关系上，电机调速装置30串接于电源与电机27之间，通过改变输出电压以改变电机的转速，从而根据汽车引擎的散热要求情况的变化改变风速。
参考图3和图4，电机调速装置30包括扣装在一起的壳体31和散热器36、安装到壳体31内的印刷电路板41。优选地，壳体31和散热器36都是半壳结构，两者通过螺钉33扣装在一起形成完整的外壳。印刷电路板41集成有PWM电路，具有电感42、电容43等元器件。电感42、电容43等容易发热的元器件位于电路板41的朝向散热器36的一侧。散热器36具有凹腔37用于收容电感42、电容43等容易发热的元器件，以更好地接收和散发电感42、电容43等容易发热的元器件的热量。散热器36还形成有凸出于散热器主体表面的散热柱38，以增加散热器36的散热面积。优选地，凹腔37的壁部39也凸出于散热器主体表面。
参考图4和图5，壳体31一体形成有连接器32，连接器32内安装有4个输入端子34，分别是输入端子34a、输入端子34b、输入端子34c、输入端子34d，输入端子34用于接收电压输入。优选地，该4个输入端子34a-34d的位置、功能与传统的连接器相同，例如，输入端子34a连接到外部电源的负极，输入端子34c连接到外部电源的正极用于驱动电机低速转动，输入端子34d连接到外部电源的正极用于驱动电机高速转动，输入端子34b为保留端子。
电路板41具有4个端子，分别是44a、44b、44c、44d，端子44a与输入端子34a连接以连接到外部电源的负极，端子44c与输入端子34c连接以连接到外部电源的正极，端子44d与输入端子34d连接以连接到外部电源的正极。中间的两个端子44a、44c为输入端子与上述连接器32的对应端子34a、34c电连接；两侧的两个端子44b、44d为输出端子，用于分别与两根输出线缆35a和35b连接。本实施例中，输出线缆35从壳体31伸出，用于连接至电机27。
参考图6，在电路连接关系上，电机调速装置30串接于电源与电机27之间。本实施例中，输入端子34a连接电源负极，输入端子34d和34c连接到电源正极。其中，输入端子34d被开关K1导通时，电机高速转动。输入端子34c被开关K2导通且输入端子34d未被开关K1导通时，电机以低速转动。此外，如果K1和K2都打开，由于通过开关K1接通的电池仍在给电机供电，电机高速运转。输入端子34c与脉宽调制电路55之间还串接有电压调节电路56。电压调节电路56检测到的电压不在正常阈值范围时，例如电压超过预设的电压高阈值或者低于电压低阈值时，电压调节电路56控制脉宽调制电路55使电机停止工作。如正常阈值范围是9V-16V，当电源电压低于9V或高于16V时，脉宽调制电路55控制所述电机停止工作。
本实施例中，通过脉宽调制(PWM)的方式实现电机低速转动。具体地，输入端子34c串接脉宽调制电路55后连接电机27，脉宽调制电路55以预设的占空比来降低电机的供电电压和电流，从而实现电机的低速转动。与传统的采用串接降压电阻的方案相比，本发明通过串接脉宽调制电路55实现电机低速转动具有更小的损耗，以及更高的效率。
图7为本发明一实施例提供的PWM电路55和开关电路57的电路示意图，固定占空比的电压信号vpwm是通过三角波振荡器产生的连续的三角波与直流控制信号vcon比对后产生。开关电路57中的门驱动负责将电压从电压信号vpwm转换到vg以驱动一个高边mos管Q2。通过Q2可以将电机以比输入端子34c的电压低的电压通电。
参考图8，进一步地，图8显示了本发明一实施例提供的电压调节电路56和温度检测电路58。电压调节电路56最终的输出，通常是电路56c给出的固定电压，其也是进入脉宽调制电路55的直流控制信号vcon。上方的欠压保护电路56a负责管理欠压状态，Vcc来源于输入端子34c的电压。当Vcc的电压水平过低时，比较器U1D输出一个高电压给Q4使之导通，因此进入脉宽调制电路55的直流信号中断。另一方面，Vcc的电压值高于9v时，比较器给Q4一个零电压使Q4断开，所以vcon信号可以保持在一个固定的水平。下方的过压保护电路56b负责过压条件下的管理。当电压Vcc的值过高时，比较器U1C使vcon信号中断。另一方面，电压Vcc恢复16V以下之后，比较器将vcon信号转换到一个正常的水平。温度检测电路58串接在输入端子34c和电机27之间。温度检测电路58包括温度传感器，温度传感器感知印刷电路板41的温度或者环境温度，当发现检测到的温度超过某一预设温度阈值时，控制电压调节电路56停止工作，使低速支路断开，起到温度保护的作用。如当PCB板的温度高于130摄氏度时，温度传感器控制电压调节电路56停止工作，使低速支路断开。具体地说，在图8中，温度检测电路58是一个分压器，负温度系数热敏电阻用于产生与温度有关的电压和影响欠压保护电路56a，如果温度过高，vtemp会降低，比较器U1D会将vcon变为零，因此电机停止转动。
参考图9，进一步地，输入端子34b与电机27之间还串接有电流保护电路53。电流保护电路53具有测流电阻R1，该测流电阻R1串接于脉宽调制电路55与电机27之间，用于检测电机的输入电流大小。测流电阻R1测得的电流信号首先被放大电路53a放大，然后输出信号vI在误差补偿电路53c中与一个指定的阈值水平vth比较，达到为脉宽调制电路55补偿直流信号vcon的效果。利用这样的负反馈电路循环比较vI和vth，可以限制电机在过流状态下的电流阈值水平，使电机在电流超过阈值(例如在堵转情况下)依然能够被驱动，且在电机电流被检测到低于阈值时恢复正常运转状态。
开关电路57的输入端连接电源的正极，开关电路57的输入端还连接脉宽调制电路55的输出端，开关电路的输出端连接到电流保护电路53的输入端。开关电路57用于防止电路电压过大或过小，或电压方向反向从而造成电路损坏。
温度检测电路对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种引擎冷却模组，包括电机(27)、被电机驱动的叶轮(29)、串接于电机(27)与电机电源之间的调速装置(30)，其特征在于，所述调速装置(30)包括并联的高速支路和低速支路，所述低速支路串接有脉宽调制电路(55)，所述脉宽调制电路(55)以固定的占空比来降低平均电压从而实现所述电机的低速转动；所述调速装置包括印刷电路板(41)，所述印刷电路板(41)集成有所述脉宽调制电路(55)；所述调速装置(30)包括壳体(31)和散热器(36)，所述壳体(31)和散热器(36)都是半壳结构，所述壳体(31)和散热器(36)扣装在一起后形成所述调速装置的外壳；所述散热器(36)具有内表面和外表面，所述散热器(36)的内表面向内凹陷形成凹腔(37)，所述凹腔(37)具有凸出于所述散热器(36)的外表面的壁部(39)，所述散热器(36)的内表面的边缘形成有离散的突起，用以抵持所述印刷电路板；所述印刷电路板(41)安装到所述外壳内并通过所述散热器(36)散热；所述壳体(31)一体形成有连接器(32)，所述连接器(32)内安装有多个输入端子，多个输入端子的一端连接到外部电源，多个输入端子中的两个输入端子的另一端分别直接电连接至输出线缆(35a,35b)；所述输出线缆(35a,35b)连接至电机(27)。
2.如权利要求1所述的引擎冷却模组，其特征在于，所述低速支路还串接有电压调节电路(56)，所述电压调节电路(56)在输入电压超过预设高电压阈值、或者低于预设低电压阈值时通过所述脉宽调制电路(55)断开所述低速支路。
3.如权利要求1所述的引擎冷却模组，其特征在于，所述低速支路还串接有电流保护电路，所述电流保护电路包括串接于所述低速支路的测流电阻(R1)和开关电路(57)，所述电流保护电路在流过所述测流电阻(R1)的电流超过预设电流阈值时通过所述脉宽调制电路控制开关电路调节电流至阈值内。
4.如权利要求3所述的引擎冷却模组，其特征在于，所述开关电路包括门驱动和mos管，脉宽调制电路的输出信号进入所述门驱动的输入端，所述门驱动的输出信号连接到所述mos管。
5.如权利要求1所述的引擎冷却模组，其特征在于，所述低速支路还具有温度检测电路(58)用于测量温度。
6.如权利要求1所述的引擎冷却模组，其特征在于，所述壳体(31)和散热器(36)通过螺钉(33)扣装在一起形成完整的外壳。
7.如权利要求1所述的引擎冷却模组，其特征在于，所述印刷电路板(41)安装有电感(42)和电容(43)，所述电感(42)和电容(43)沿朝向散热器(36)的方向凸出于所述印刷电路板(41)；所述电感(42)和电容(43)收容于所述散热器(36)的凹腔(37)。
8.如权利要求1所述的引擎冷却模组，其特征在于，所述散热器(36)还具有若干向外伸出的凸柱(38)用于加快散热。
9.如权利要求8所述的引擎冷却模组，其特征在于，所述散热器(36)在所述凹腔(37)的背面形成向外伸出的凸柱(38)用于加快散热。
10.如权利要求1所述的引擎冷却模组，其特征在于，所述连接器(32)内安装有四个输入端子，四个输入端子的一端连接到外部电源；所述印刷电路板(41)具有四个端子，分别连接至连接器(32)的四个输入端子。
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