用于产生压缩空气的压缩机、压缩空气供应设备、气动系统和用于运行压缩机的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的压缩机。此外，本发明还涉及压缩空气供应设备、气动系统以及用于运行压缩机的方法。
【背景技术】
[0002]对于许多应用情况，而尤其是用于为车辆压缩空气供应设备产生压缩空气来说，开头提到的类型的压缩机被证实为是合适的。在此，压缩机具有呈有刷直流电动机形式的电动机和能通过电动机驱动的压缩器。出于不同的原因，在此涉及的有刷直流电动机(BDC电机)相对无刷直流电机(BLDC电机)被证实为是合适的，尤其是在之前提到的车辆的压缩空气供应设备的应用情况下。
[0003]BLDC电机是直流电机的结构形式，在该结构形式中，具有使电流换向的电刷的在有刷直流电动机中设置的机械的换向器通过电路来替代。BLDC电机适用于驱动较小负载设计的机器，例如通风机、软盘驱动装置、压缩器、录像机或模型飞机和类似机器，在具有更高的负载要求的汽车应用中，BLDC电机却具有各种各样的缺点；原则上，在具有在可靠性和负载相容性方面有更高要求的各种应用中，有刷直流电动机被证实是更有利的变型方案。
[0004]另一方面，在接通和关闭时，必要时也在不同的负载条件下运行时，通常通过压缩器继电器驱控且借助直流有刷电机驱动的压缩器由于其高功率消耗而具有各种各样的缺点。
[0005]为了在各种情况下基本消除这些缺点，例如在WO 2010/045993中设置有用于驱动车辆的空气供应单元的压缩器的电动机，其中，电动机具有至少一个用于驱控电动机的半导体开关。半导体开关和进而是电动机由控制装置利用脉宽调制的电压来驱控。通过该电压的占空比可以控制电动机的转速。由此，例如可以实现电动机的软启动。半导体开关的传感器输出端通过测量线路与控制装置连接。传感器输出端用于输出电流信号，该电流信号与通过半导体开关并且进而是流过电动机的电流成正比。借助电流信号，在控制装置中获知电动机的转速和由压缩器产生的压力。在该情况下，半导体开关整合在电动机的电刷桥件中。
[0006]即使软启动电路较昂贵地例如以基于控制晶体管的延时元件来构造，这种解决方案原则上在各种情况下相对通常基于闸流管的软启动电路也已经被证实是有利的，如同在用于通用电机的DE 2 758 309 C2中公开的那样。
[0007]然而，尤其在限制电动机的运行电流方面，特别是超出WO 2010/045993 Al的原则上有利的途径，用于产生压缩空气的压缩机的运行被证实为仍能改进。
【发明内容】
[0008]在此设计本发明，其任务是，说明了一种尤其是用于车辆的压缩空气供应的设备和方法，其中，在限制电动机的运行电流的情况下，借助电子控制装置使设置的控制件得到改善。尤其控制件通常应设计用于改善压缩机的运行方式，优选用于实现软启动、关闭运行和/或正常运行。尤其是在正常运行时，优选应可以实现压缩器的转速调节。
[0009]与设备相关的任务通过本发明以权力要求I的压缩机来解决。根据本发明，在开头提到的类型的压缩机中，进一步设置权力要求I的特征部分的特征。
[0010]本发明从如下构思出发，S卩，原则上有利的是，在限制电动机的运行电流的情况下，电动机应借助电子控制模块来控制。在此，本发明的想法从如下出发，即，电动机原则上优选呈有刷直流电动机的形式。这尤其对于车辆的压缩空气供应设备来说被证实是有利的；即，尤其是在使用用于在压缩空气供应设备的压缩空气输送件中产生压缩空气的压缩机的情况下。因此，本发明的想法以原则上构思的方式从运行有刷直流电动机(BDC电机)出发，但是避免了与继电器运行相关的缺点，如同其例如在WO 2010/045993 Al中描述的那样。
[0011]此外，本发明认识到的是，仍可以改善电子控制模块(这是因为该电子控制模块尤其适用于软启动而也被称为CSS控制件(CSS，压缩器软启动))。根据本发明设置的是，电子控制模块(CSS控制模块)具有控制结构块，例如微控制器或类似的配设有逻辑电路的结构块，并且具有可实施的程序模块。
[0012]本发明的想法也涉及权利要求20的压缩空气供应设备和权利要求21的气动系统。
[0013]关于方法的任务通过本发明以用于运行压缩机的方法根据权利要求22的特征来解决，该压缩机具有呈有刷直流电动机(BDC电机)的形式的电动机。
[0014]换句话说，对于有刷直流电动机的在时间上短暂的运行来说，例如不仅设置有不依赖于时间的运行电流限制。然而，有利地以可变的方式预先给定作为时间的函数的运行电流限制，尤其是预先给定至少一个彼此不同的第一和第二阈值电流。在此基础上，本发明的想法不仅能够实现预先给定最大的阈值电流，而且此外能够实现(通过在时间上变化地预先给定限制运行电流的阈值电流)预先给定运行电流的梯度。
[0015]本发明的以有刷直流电动机(BDC电机)为基础的想法能够实现的是，在保持有刷直流电动机(BDC电机)的优越性和优点的情况下，以改进方式在运行电流方面限制该有刷直流电动机。基于本发明的想法，可以有利地实现的是，不仅限制运行电流的绝对值，而且限制运行电流的梯度。
[0016]本发明的有利的改进方案由从属权利要求中得出，并且详细地说明了如下有利的可能性，即，在任务范围内以及在其他优点方面实现上面阐述的想法。
[0017]本发明的特别优选的改进方案涉及借助附图描述的实施方式。该实施方式设置的是，根据该想法，压缩器继电器由借助微控制器驱控的半导体开关来代替。在压缩机的接通要求中，通过存储在微控制器中的程序模块限制压缩器的允许的电流消耗。在接通要求中允许的电流可以在时间上改变，从而使启动电流峰值和启动电流梯度(di/dt)受到影响。这通过快速驱控半导体开关来实现。
[0018]在压缩器的关闭要求中，通过存储在微控制器中的程序模块也可以限制压缩器的允许的关闭电流梯度。这也可以通过快速驱控半导体开关来实现。
[0019]在接通过程结束之后(也就是说在压缩机运行时)，通过存储在微控制器中的程序模块也可以通过以可变的占空比或可变的频率的PWM驱控来调节压缩器的电流消耗，从而可以使依赖于负载的，尤其依赖于压力的转速改变最小化。
[0020]基于该想法的基本思想可以构造出控制模块，以便在时间上可变地预先给定限制运行电流的阈值电流。在特别优选的改进方案的范围内，程序模块构造用于限制运行电流，以便预先给定阈值电流的作为时间的函数的至少一个阈值电流限制函数。由此可以特别有利地实现的是，运行电流目标明确地保持在包络线以下；有利地，包络线基本上通过阈值电流限制函数预先给定。改进方案提供的是，由此通常可以以进一步改善的方式实现电动机的运行，尤其是在限制运行能量供应(例如运行电流和/或运行电压)的情况下。
[0021]在改进方案中尤其设置的是，构造有控制结构块，以便中断，尤其反复短时间地中断电动机的运行(尤其是运行能量供应，即，尤其是运行电流和/或运行电压)。为此，特别优选地可以中断电动机的运行电压。中断运行(尤其是运行能量供应，即，尤其是运行电流和/或运行电压)优选针对如下情况进行，即，运行电流达到，尤其是超过或低于至少一个阈值电流限制函数的阈值电流。例如，根据预先给定的时间函数，使电动机的用于运行压缩器的允许的运行电流从初始值至结束值提高或减小。
[0022]有利地，基于本发明的想法可以有针对性地影响启动电流峰值和/或配属的启动和/或关闭时间区段的阶段长度和/或启动电流梯度；附加或替选地，这也适用于关闭电流峰值和关闭电流梯度。在改进方案中首先可以实现的是，尽管存在运行电流限制，但压缩器的可启动性和/或可关闭性没有减小或没有明显减小。这主要基于如下事实，即，在时间上变化地预先给定限制运行电流的阈值电流。在改进关闭特性方面，首先可以实现在声音上不明显的压缩器停止运行。
[0023]在特别优选的改进方案的范围内设置的是，电子控制模块还具有采样单元，通过该采样单元，能以可预先给定的采样率发送电动机的实际的运行电流的信号。采样率优选在10Hz至50000Hz，必要时最多100000Hz的范围内。特别优选地，采样率在20000Hz至30000Hz，例如在采样率为35 μ s时为28000Hz之间。采样率越高，那么越密切且越适宜的是，在电动机运行时可以有针对性的地在峰值和/或梯度特性方面控制启动电流和/或关闭电流。峰值限制尤其是可以通过控制启动和/或关闭时间区段内的停留时间，例如阶段长度的随后附图标记中提到的AnT_i值或么仍乙丨值(i = Ρ..η)来得到，其中，η是自然数1、2、3、4等，优选在4至10之间，但也可以超出这个范围。阶段长度也可以共同确定启动电流和/或关闭电流的梯度特性。
[0024]附加或替选地，比较单元被证实是有利的，借助该比较单元，信号化的实际的运行电流能与作为时间的函数的阈值电流比较。启动和/或关闭电流峰值和/或梯度特性整体可以通过比较快的驱控，尤其以电子控制模块的比较高的采样率来限制。
[0025]在特别优选的改进方案的范围内，被证实为有利的是，预先给定具有阈值电流的至少一个最大值和/或梯度的阈值电流限制函数。因此，结果是预先给定运行电流的最大值和/或梯度。例如，呈时间的线性函数的形式的阈值电流限制函数被证实为是特别有利的。对于这种和其他阈值电流限制函数来说，例如尤其除了幅度值、梯度以外，可以为时间阶段的特定的停留时间预先给定梯度，尤其是上升梯度和/或下降梯度。显然，这也可以适用于更高等级的函数，例如任意的多项式或指数函数。
[0026]特别有利地设置的是，电子控制模块构造用于软启动(CSS，压缩器软启动)的控制，在时间上受限的第一时间阶段中，允许无限制的启动运行电流。这借助在时间上受限的第一时间阶段首先确保了安全的压缩器启动。因此，在时间上受限的第一时间阶段中尤其没有进行运行电流的直接的限制；由第一时间阶段的在时间上受限的持续时间得到间接的限制。
[0027]附加或替选地，在时间上受限的第二时间阶段中，可以预先给定在时间上可变地受限的启动运行电流。借助时间上受限的第二时间阶段，首先可以实现电动机的用于驱动压缩器的运行电流的期望的限制。尤其在时间上受限的具有较高的采样率的第二时间阶段中进行的是，停止并且必要时中断电动机的运行(尤其是对于运行来说必需的运行能量供应，例如运行电流和/或运行电压)，较高的采样率改善的是，持续地将对运行电流的密切且满足目标的控制限制到能变化地预先给定的峰值和/或梯度(斜率)上。
[0028]特别有利地构造有程序模块，在启动阶段中，优选在时间上受限的第二时间阶段中，为启动运行电流预先给定至少一个用于第一启动时间区段的第一启动阈值电流限制函数和用于第二启动时间区段的第二启动阈值电流限制函数。另外的启动时间区段(优选是四个)可以在用于启动运行电流的启动阶段中根据需要预先给定。因此，例如在启动阶段中，预先给定递增的阈值电流，从而在启动阶段中，运行电流与由此在原则上预先给定的启动梯度相反地逐渐上升。优选地，第一启动阈值电流限制函数的斜率在幅值上大于第二启动阈值电流限制函数的斜率。
[0029]有利地，从启动阶段至负载阶段的更换不依赖于压缩器的运行电流。在特定的时间之后且在考虑到与之联接的部件的同时，这同样确保压缩器，尤其是车辆的压缩空气供应设备的完全的功能性。
[0030]根据其中一个之前提到的改进方案，启动阶段有利地包括压缩器的软启动。负载阶段尤其理解为包括压缩器的仅一个不限制电流的运行阶段。
[0031]从启动阶段至负载阶段的更换优选不依赖于软启动的最后的时间阶段中的采样率。改进方案从如下思想出发，即，在启动阶段期间测定停留时间，从而在一定的停留时间之后实际上是从至负载阶段的无损的过渡部出发。因此，改进方案首先设置的是，在发生如下情况之后(即，在满足接通要求后，压缩器可以满足功率要求)，利用压缩器的接通要求给出用于启动阶段的在时