DE102004040074B4

DE102004040074B4 - Blockierschutz für einen permantenterregten Elektromotor-Antrieb

Info

Publication number: DE102004040074B4
Application number: DE102004040074A
Authority: DE
Inventors: Marcus 97080 Podack
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2004-08-18
Filing date: 2004-08-18
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2024-08-19
Also published as: WO2006018393A1; CN101006632A; DE102004040074A1; US7508637B2; US20070262740A1

Abstract

Blockierschutz für einen permanenterregten Elektromotor-Antrieb mit einer mehrsträngigen Sternpunkt-Wicklung, wobei im Fall eines Wicklungs-Kurzschlusses eine Unterbrechung zumindest eines Wicklungsstranges (MP1 bzw. MP2 bzw. MP3) der kurzschlussbehafteten Wicklung mittels eines durch den Wicklungs-Kurzschluss mit Hilfe einer Steuerung (M) explosionsausgelösten Trennmittels (T) erfolgt, wobei die Steuerung zumindest einen Sensor aufweist, der zur Erfassung eines Kurzschlusses dem Wicklungsstrang zugeordnet ist, gekennzeichnet durch eine Fixierung des jeweils zu unterbrechenden Wicklungsstranges (MP1 bzw. MP2 bzw. MP3) und des explosionsauslösbaren Trennmittels (T) sowie die Anordnung der Steuerung (M) und eines gesonderten, insbesondere als Blechformteil ausgebildeten, Sternpunkt Verbindungsteils (MP) auf einer gemeinsamen Grundplatte (G) als Halterung, wobei das Sternpunkt-Verbindungsteil (MP) einstückig die Wicklungsstränge (MP1; MP2; MP3) als auch deren Sternpunkt-Verbindung enthält und an die Wicklungsenden des Elektromotors angeschlossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Blockierschutz für einen permanenterregten Elektromotor-Antrieb in einem Wicklungs-Kurzschlussfall gemäß Patentanspruch 1.
Tritt bei permanenterregten Elektromotoren aufgrund z. B. mechanischer oder elektrischer Fehler ein Schaltungszustand der Wicklung im Sinne eines Kurzschlusses auf, so wird der Elektromotor und damit im Falle eines Lenkhilfe-Servoantriebes die Lenkung des Kraftfahrzeuges blockiert. Aus Sicherheitsgründen wird jedoch gefordert, dass ein Fahrzeug unabhängig von einem Kurzschlussfall jederzeit lenkbar ist.
In der gattungsbildenden Offenlegungsschrift DE 101 00 159 A1 wird ein bürstenloser Gleichstromantrieb offenbart. Bei diesem sind zur Erzwingung eines Fail-Silent-Verhaltens mit einfachen schaltungstechnischen Maßnahmen und ohne externe Bauelemente in der Ankerwicklung Trennmittel vorhanden, die im Fehlerfall ansprechen und die Verbindungen zwischen den Wicklungsphasen, vorzugsweise im Sternpunkt auftrennen.
Trennmittel sind hier beispielsweise als eine pyrotechnische Sprengkapsel ausgebildet, wie sie z. B. bei Kraftfahrzeugen zur Auslösung der Airbags im Crashfall verwendet wird. Die elektrisch zündbare Sprengkapsel ist einerseits über eine Verbindungsleitung mit der Steuereinheit und andererseits mit dem Minuspotential der Gleichspannungsquelle verbunden. Liefert einer der Meßshunts einen signifikant von Null abweichenden Stromwert, so erzeugt die Steuereinheit einen elektrischen Zündimpuls, der die Sprengkapsel zündet. Die explodierende Sprengladung reißt den Sternpunkt auf und die Wicklungsphasen sind voneinander getrennt.
Auch die Offenlegungsschrift DE 102 23 139 A1 offenbart einen elektronische kommutierbaren Elektromotor, wobei zusätzliche oder vorhandene Schaltmittel im Falle eines Windungsschlusses und/oder eines Fehlers in den Halbleiterschaltern der Kommutierungsanordnung ein vom Motor erzeugtes Bremsmoment unterbinden oder zumindest teilweise kompensieren.
Dazu wird ein Auftrennen des Sternpunktes mittels zusätzlicher Halbleiterschalter oder einer pyrotechnischen Anordnung vorgeschlagen.
Ebenso offenbart das United States Patent US 6,194 849 B1 einen bürstenlosen Elektromotor mit in einen Sternpunkt verbundenen Wicklungsphasen. Hier wird ein Relais in zumindest einer Phase der Wicklung vorgeschlagen mittels dessen der Stromfluss in die entsprechende Phase unterbunden werden kann, um ein unerwünschtes Bremsmoment des Motors im Fehlerfall zu vermeiden.
Es ist daher Aufgabe vorliegender Erfindung, einen durch einen permanenterregten Elektromotor unterstützten Antrieb, insbesondere einen Lenkhilfe-Servoantrieb zu schaffen, der auch im Kurzschlussfall des Elektromotors noch blockadefrei handhabbar ist und insbesondere bei einem Lenkhilfe-Servoantrieb noch eine Lenkung des Kraftfahrzeuges ermöglicht. Dazu soll eine einfache und kompakte Vorrichtung zur Trennung der Phasenwicklungen im Kurzschlussfall geschaffen werden.
Die Lösung der Aufgabe gelingt erfindungsgemäß durch einen Blockierschutz entsprechend dem Patentanspruch 1; vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche.
Der erfindungsgemäße Blockierschutz erlaubt mit einfachen Mitteln und kleinstem, gezielt wählbarem Einbauraum ohne elektrische Verluste eine schnelle irreversible Wicklungsunterbrechung, derart dass eine Antriebsblockierung, insbesondere eine Lenkungsblockierung bei einem elektromotorischen Lenkhilfe-Servoantrieb, schon im Ansatz mit Sicherheit vermeidbar ist. Je nach jeweiliger Bauart des Elektromotors bzw. gefordertem Grad der Sicherheit kann bei einer mehrsträngigen Wicklung eine Unterbrechung nur einer oder eine Unterbrechung sämtlicher Stränge oder bei einer Einzelzahnwicklung nur einer Einzelzahnwicklung oder sämtlicher Zahnwicklungsspulen vorgesehen werden.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß den Unteransprüchen werden im Folgenden anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert; darin zeigen:
1 in perspektivischer Explosionsdarstellung einen Blockierschutz mit in einer Grundplatte einbettbarem Sternpunkt-Verbindungsteil mit drei Wicklungssträngen und zuordbarem Trennmittel;
2 in teilweisem Schnittbild den Blockierschutz gemäß 1 in gegenseitigem Einbauzustand der Einzelbauteile;
3 die geschlossene Totalansicht des Blockierschutzes gemäß 1 bzw. 2;
4 in perspektivischer Explosionsdarstellung einen Blockierschutz gemäß 1 mit Motor- und Trennmittelsteuerung sowie zugeordneter Kurzschlusssensorik;
5 in teilweisem Schnittbild den Blockierschutz gemäß 4 in gegenseitigem Einbauzustand der Einzelbauteile;
6 in axialer Totalansicht einen mit einer dreisträngigen Wicklung versehenen Stator eines permanenterregten Lenkhilfe-Motors;
7 in perspektivischer Schrägansicht den Stator gemäß 6.
Funktions- und benennungsgleiche Teile sind in den Figuren mit den selben Bezugszeichen versehen.
1 bis 5 zeigen in verschiedener Ansicht bzw. Ausgestaltung einen erfindungsgemäßen Blockierschutz B, der gemäß
6, 7 gut zugänglich sowie einfach montier- und anschließbar am stirnseitigen Wickelkopf eines Stators S eines permanenterregten Elektromotors, insbesondere für einen Lenkhilfe-Servoantrieb in einem Kraftfahrzeug, angeordnet ist; die dreisträngige Statorwicklung mit den eingangsseitigen Anschlüssen U; V; W weist ausgangsseitig drei in der Nähe des Blockierschutzes B herausgeführte Wicklungsenden auf, die an Wicklungsstränge MP1; MP2; MP3 eines Sternpunkt-Verbindungsteils MP angeschlossen sind, das in vorteilhafter Weise zusammen mit den Wicklungssträngen MP1; MP2; MP3 als einstückiges Formteil ausgebildet und von einer Gehäuseplatte G aufnehmbar, insbesondere in diese einbettbar, gehaltert ist; zur Halterung bzw. Einbettung dienen insbesondere den Wicklungssträngen formentsprechende Aufnahmekanäle G1; G2; G3. Zweckmäßigerweise erfolgt die Halterung bzw. Einbettung derart, dass der eigentliche Sternpunkt außerhalb der Grundplatte G, z. B. für Messzwecke gut zugänglich, freiliegt.
Neben den Wicklungssträngen MP1; MP2; MP3 nimmt die Grundplatte G das diesen zugeordnete explosionsauslösende Trennmittel T derart auf, dass bei Sensierung eines Wicklungskurzschlusses und elektrischer Zündung des Trennmittels über eine Steuerleitung ST der jeweils zugeordnete Wicklungsstrang MP1 bzw. MP2 bzw. MP3 pyrotechnisch unterbrochen und damit der Kurzschluss schnellstens aufgehoben ist.
In den gezeigten Ausführungsbeispielen verläuft das Trennmittel T quer und dicht unterhalb der Wicklungsstränge MP1 bzw. MP2 bzw. MP3, so dass im Fall einer Zündung des Trennmittels sämtliche Wicklungsstränge unterbrochen werden; nach einer Ausgestaltung kann auch die gezielte Unterbrechung nur eines Wicklungsstranges – z. B. durch entsprechende verkürzte Ausbildung und Anordnung des Trennmittels T – vorgesehen sein.
Zur gezielten Unterbrechung ist jeweils im Bereich des Trennmittels T in der Grundplatte G ein Hohlraum H mit einer Entlüftung EL1; EL2; EL3 vorgesehen, in den die getrennten Enden der Wicklungsstränge verformend ausweichen können.
Wie insbesondere aus 4, 5 ersichtlich, ist eine Steuerung M, insbesondere ein Mikrocontroller, zur Zündung des Trennmittels T auf einer Platine P angeordnet. Zur Erfassung eines Kurzschlusses sind den Wicklungssträngen MP1; MP2; MP3 Sensoren S1; S2; S3, insbesondere in Form von magnetoresistiven Widerständen zugeordnet, die u. U. für eine Motorsteuerung mitbenutzbar ist. Die Sensoren S1; S2; S3 sind in vorteilhafter Weise, ebenso wie eine Stromversorgung SV sowie die Steuerleitung ST zur Zündung des Trennmittels T in Abhängigkeit einer mit der Steuerung M verbundenen Ansteuereinheit A von der Platine P aufgenommen.
Der gesamte Blockierschutz B mit den zuvor beschriebenen, von einer Grundplatte G aufgenommenen Bauteilen, ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung gemäß 6; 7 am stirnseitigen Wickelkopf des Stators eines Elektromotors angeordnet und elektrisch an seinen zu einem Sternpunkt zusammenzuführenden Wicklungsenden der Statorwicklung angeschlossen.
Beschrieben wird ein Blockierschutz für einen permanenterregten Elektromotor-Antrieb, insbesondere für einen Lenkhilfe-Servoantrieb in einem Kraftfahrzeug, wobei im Falle eines Wicklungskurzschlusses eine Unterbrechung zumindest eines Wicklungsstranges MP1 bzw. MP2 bzw. MP3 der kurzschlussbehafteten Wicklung mittels eines durch den Wicklungs-Kurzschluss unmittelbar bzw. mittelbar explosionsausgelösten Trennmittels T erfolgt; der Blockierschutz weist ein gesondertes, insbesondere als Blechformteil ausgebildetes, an die Wicklungsenden des Elektromotors anzuschließendes, einstückig die Wicklungsstränge MP1; MP2; MP3 als auch deren Sternpunkt-Verbindung enthaltenes Sternpunkt-Verbindungsteil MP auf und ist zweckmäßigerweise an einem stirnseitigen Wickelkopf des Elektromotors angeordnet und angeschlossen.

Claims

Blockierschutz für einen permanenterregten Elektromotor-Antrieb mit einer mehrsträngigen Sternpunkt-Wicklung, wobei im Fall eines Wicklungs-Kurzschlusses eine Unterbrechung zumindest eines Wicklungsstranges (MP1 bzw. MP2 bzw. MP3) der kurzschlussbehafteten Wicklung mittels eines durch den Wicklungs-Kurzschluss mit Hilfe einer Steuerung (M) explosionsausgelösten Trennmittels (T) erfolgt, wobei die Steuerung zumindest einen Sensor aufweist, der zur Erfassung eines Kurzschlusses dem Wicklungsstrang zugeordnet ist, gekennzeichnet durch eine Fixierung des jeweils zu unterbrechenden Wicklungsstranges (MP1 bzw. MP2 bzw. MP3) und des explosionsauslösbaren Trennmittels (T) sowie die Anordnung der Steuerung (M) und eines gesonderten, insbesondere als Blechformteil ausgebildeten, Sternpunkt Verbindungsteils (MP) auf einer gemeinsamen Grundplatte (G) als Halterung, wobei das Sternpunkt-Verbindungsteil (MP) einstückig die Wicklungsstränge (MP1; MP2; MP3) als auch deren Sternpunkt-Verbindung enthält und an die Wicklungsenden des Elektromotors angeschlossen ist.
Blockierschutz nach Anspruch 1 für einen permanenterregten Elektromotor-Antrieb mit einer insbesondere statorseitigen Sternpunkt-Wicklung, gekennzeichnet durch eine Unterbrechung zumindest eines Wicklungsstranges in Nähe des, vorzugsweise zu Prüfzwecken frei zugänglichen, Sternpunktes.
Blockierschutz nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Unterbrechung nur eines Wicklungsstranges (MP1 bzw. MP2 bzw. MP3).
Blockierschutz nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Kurzschlusserfassung durch zumindest einen Sensor (S1; S2; S3) als Teil einer an sich vorhandenen Motorsteuerung für einen permanenterregten Elektromotor-Antrieb.
Blockierschutz nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen magnetoresistiven Widerstand als Sensor (S1; S2; S3) zur Kurzschlusserfassung.
Blockierschutz nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Anordnung am stirnseitigen Wickelkopf des Stators (S) des Elektromotors und einen Anschluss an dessen Wicklungsenden seiner Statorwicklung.
Permanenterregter Elektromotor-Antrieb für einen Lenkhilfe-Servoantrieb mit einem Blockierschutz nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6.