DE102005011293A1 - Entstörvorrichtung zur Unterdrückung hochfrequenter Störemissionen eines Gleichstrommotors - Google Patents

Entstörvorrichtung zur Unterdrückung hochfrequenter Störemissionen eines Gleichstrommotors Download PDF

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Abstract

Vorgeschlagen wird eine Entstörvorrichtung (10) zur Unterdrückung hochfrequenter Störemissionen eines Gleichstrommotors (12), mit mindestens einem ersten Durchführungskondensator (18), der in einem elektrischen Pfad einer ersten Anschlussleitung (14) des Gleichstrommotors (12) angeordnet ist. Die Entstörvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Anschlussleitung (14) und zumindest einer weiteren Anschlussleitung (16) des Gleichstrommotors (12) mindestens ein weiteres elektrisches Bauelement (24) zur Abschaltspannungsimpuls-Begrenzung vorgesehen ist.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft eine Entstörvorrichtung zur Unterdrückung hochfrequenter Störemissionen eines Gleichstrommotors nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.
  • Zur Kommutierung (Stromwendung) von Gleichstrommotoren sind sowohl elektrische Maßnahmen, beispielsweise unter Verwendung einer mit Transistoren aufgebauten Leistungsendstufe, als auch mechanische Maßnahmen bekannt. Zu den mechanischen Maßnahmen zählt die Verwendung eines Kommutators in Verbindung mit leitenden Bürstenelementen, wobei der Kommutator einzelne Kommutatorlamellen aufweist. Üblicherweise ist es vorgesehen, dass die Bürstenelemente ortsfest derart relativ zum um eine Drehachse rotierenden Kommutator angeordnet sind, dass die Bürstenelemente während der Rotation des Kommutators die einzelnen Kommutatorlamellen in sequenzieller Reihenfolge überstreichen. Durch den Kontakt des Bürstenelements mit einer Kommutatorlamelle wird eine elektrisch leitende Verbindung geschaffen, durch die der Betriebsstrom des Gleichstrommotors fließt. Beim Übergang eines Bürstenelements von einer auf die nächste Kommutatorlamelle entstehen Gasentladungen, die sehr steile Stromspitzen hervorrufen. Diese Stromspitzen führen wiederum zu hochfrequenten Störemissionen, die sich sowohl in elektrischen Impulsen entlang der stromführenden Elemente des Gleichstrommotors als auch in elektromagnetischer Abstrahlung (Störabstrahlung) manifestieren.
  • Zur Unterdrückung der Störabstrahlung des Gleichstrommotors ist es bekannt, eine Entstörvorrichtung mit einem Durchführungskondensator vorzusehen, der in einem elektrischen Pfad einer Anschlussleitung des Gleichstrommotors angeordnet ist. Durchführungskondensatoren sind aus dem Stand der Technik bekannt und sollen hier nicht näher erläutert werden. Es sei lediglich angemerkt, dass es sich bei Durchführungskondensatoren um Vierpol-Kondensatoren handelt, die für mindestens einen Belag zwei elektromagnetisch weitgehend entkoppelte Zuführungen aufweisen. Der Durchführungskondensator ist dabei so zwischen den Zuführungen angeordnet, dass eine kapazitive Kopplung zwischen den beiden Zuführungen bewirkt wird.
  • Vorteile der Erfindung
  • Gegenüber dem Stand der Technik weist die erfindungsgemäße Entstörvorrichtung zur Unterdrückung hochfrequenter Störemissionen eines Gleichstrommotors, mit mindestens einem ersten Durchführungskondensator, der in einem elektrischen Pfad einer ersten Anschlussleitung des Gleichstroms angeordnet ist, wobei zwischen der ersten Anschlussleitung und zumindest einer weiteren Anschlussleitung des Gleichstrommotors mindestens ein weiteres, elektrisches Bauelement vorgesehen ist, den Vorteil auf, dass neben einer Kommutator-Entstörung gleichzeitig auch eine Abschaltspannungsimpuls-Begrenzung möglich ist. Dazu ist das mindestens eine weitere, elektrische Bauelement in vorteilhafter Weise als ein Varistor ausgebildet, der zusammen mit dem Durchführungskondensator in einem Hybrid-Element verbaut ist.
  • In einer alternativen Ausgestaltung ist dem Varistor zumindest ein Cx-Kondensator parallel geschaltet, der eine weitere Unterdrückung der hochfrequenten Störemissionen infolge des während der Kommutierung entstehenden, so genannten Kommutierungsfeuers bewirkt.
  • Soll der Gleichstrommotor in zwei Drehrichtungen betreibbar sein, so ist es vorteilhaft, wenn in dem elektrischen Pfad der zumindest einen weiteren Anschlussleitung ebenfalls mindestens ein weiterer Durchführungskondensator angeordnet ist.
  • Um eine kostengünstige Herstellung mittels Standard-Elektronikkomponenten bzw. -technologien sowie eine effiziente Unterdrückung der Störemissionen zu gewährleisten, ist vorgesehen, dass wenigstens ein Anschluss der Durchführungskondensatoren eine elektrische Verbindung mit einem Massepotenzial aufweist. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der zumindest eine Durchführungskondensator und das mindestens eine weitere, elektrische Bauelement in einem gemeinsamen Gehäuse des Hybrid-Elements integriert sind.
  • Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich durch die in den abhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale sowie aus der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung.
  • Zeichnung
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der 1 und 2 beispielhaft erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen in den Figuren auf gleiche Bestandteile mit einer gleichen Funktionsweise hindeuten. Es zeigen
  • 1: ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Entstörvorrichtung und
  • 2: ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Entstörvorrichtung.
  • Beschreibung
  • In 1 ist das Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Entstörvorrichtung 10 zur Unterdrückung hochfrequenter Störemissionen eines Gleichstrommotors 12 mit einem ersten Bürstenanschluss 12a und einem zweiten Bürstenanschluss 12b zur Kommutierung gezeigt. Der erste Bürstenanschluss 12a des Gleichstrommotors 12 ist über eine erste Anschlussleitung 14 mit dem positiven Potential V+ einer nicht näher gezeigten Spannungsversorgung und der zweite Bürstenanschluss 12b über eine zweite Anschlussleitung 16 mit dem negativen Potential V_ der Spannungsversorgung verbunden. Selbstverständlich kann die Verbindung des Gleichstrommotors 12 mit der Spannungsversorgung entweder direkt oder mittelbar über Schaltmittel, beispielsweise Transistoren, Relais oder dergleichen, zur Geschwindigkeitsregulierung des Gleichstrommotors 12 erfolgen.
  • Zur Unterdrückung der während der Kommutierung des Gleichstrommotors 12 infolge des Bürstenfeuers entstehenden, hochfrequenten Störemissionen ist in einem elektrischen Pfad der ersten Anschlussleitung 14 ein Durchführungskondensator 18 angeordnet.
  • Zumindest ein Anschluss 20 des Durchführungskondensators 18 ist über eine elektrische Verbindung 22 mit einem Bezugs- bzw. Massepotential GND kontaktiert. Handelt es sich – wie in 1 gezeigt – um einen Gleichstrommotor 12 mit nur einer Drehrichtung, so ist es alternativ möglich, dass der zweite Bürstenanschluss 12b des Gleichstrommotors 12 und der Anschluss 20 des Durchführungskondensators 18 gemeinsam auf das Massepotential GND gelegt werden. In diesem Fall ist das negative Potential V_ identisch mit dem Massepotential GND.
  • Zwischen der ersten Anschlussleitung 14 und der zweiten Anschlussleitung 16, d.h. parallel zum Gleichstrommotor 12, ist ein weiteres, elektronisches Bauelement 24 zur Abschaltspannungsimpuls-Begrenzung in Gestalt eines Varistors 26 vorgesehen. Statt des Varistors 26 können aber auch andere, elektronische Bauelemente zur Abschaltspannungsimpuls-Begrenzung, wie beispielsweise Z-Dioden oder dergleichen, zum Einsatz kommen.
  • Der Durchführungskondensator 18 und der Varistor 20 bilden zusammen ein Hybrid-Element 28, das in einem gemeinsamen Gehäuse 30 integriert ist und dessen Anschlüsse zur Verbindung mit dem positiven Potential V+, dem negativen Potential V_, dem Bezugspotential GND sowie dem ersten 12a und dem zweiten Bürstenanschluss 12b des Gleichstrommotors 12 in geeigneter Weise herausgeführt sind.
  • In 2 ist das Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Entstörvorrichtung 10 zur Unterdrückung hochfrequenter Störemissionen des Gleichstrommotors 12 gezeigt. Im Unterschied zu 1 kann der Gleichstrommotor 12 nun in beide Drehrichtungen betrieben werden. Daher ist vorgesehen, dass der erste Bürstenanschluss 12a des Gleichstrommotors 12 über die erste Anschlussleitung 14 und der zweite Bürstenanschluss 12b des Gleichstrommotors 12 über die zweite Anschlussleitung 16 entweder für die erste Drehrichtung mit dem positiven Potential V+ bzw. dem negativen Potential V_ oder für die zweite Drehrichtung mit dem negativen Potential V_ bzw. dem positiven Potential V+ verbunden sind. Diesbezüglich wurden die beiden Fälle in 2 durch die Potentiale V+/– bzw. V+/– gekennzeichnet. Auch hier ist wieder eine direkte oder mittelbare Verbindung des Gleichstrommotors 12 zur Spannungsversorgung möglich.
  • Aufgrund der beiden möglichen Drehrichtungen sind nun im elektrischen Pfad der ersten Anschlussleitung 14 der erste Durchlasskondensator 18 und im elektrischen Pfad der zweiten Anschlussleitung 16 ein weiterer Durchlasskondensator 32 angeordnet. Beide Durchlasskondensatoren 18 und 32 werden über dafür vorgesehene Anschlüsse 20 und 34 mittels einer gemeinsamen, elektrischen Verbindung 22 mit dem Bezugs- bzw. Massepotential GND kontaktiert. Da der Gleichstrommotor 12 für beide Drehrichtungen ausgelegt ist und demzufolge die Polarität der Spannungsversorgung wechseln kann, ist es im Gegensatz zu 1 nun nicht mehr möglich, ein gemeinsames Bezugspotential für den zweiten Bürstenanschluss 12b des Gleichstrommotors 12 und die Anschlüsse 20 und 34 der beiden Durchlasskondensatoren 18 und 32 vorzusehen.
  • Wie bereits in 1 so ist auch in diesem Ausführungsbeispiel ein als Varistor 26 ausgebildetes, elektrisches Bauelement 24 zur Abschaltspannungsimpuls-Begrenzung vorgesehen, dass die erste Anschlussleitung 14 und die zweite Anschlussleitung 16 miteinander verbindet. Parallel zum Varistor 26 ist weiterhin ein Cx-Kondensator 36 geschaltet. Auf diese Weise ist eine stark impedanzoptimierte Anbindung der Entstörvorrichtung 10 möglich, wobei der Cx-Kondensator 36 zur Erfüllung von Lang-, Mittel- oder Kurzwellen-Entstörforderungen dient, und der Varistor 26 etwaigen Load-Dump-Forderungen Rechnung tragen soll.
  • Die beiden Durchführungskondensatoren 18 und 32 sowie der Varistor 26 und der Cx-Kondensator 36 bilden ein Hybrid-Element 38, das in einem gemeinsamen Gehäuse 30 integriert ist. Auf diese Weise ergibt sich eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung in Verbindung mit einer flexiblen Anbindung an den Gleichstrommotor 12. Zu diesem Zweck kann das Hybrid-Element 38 Anschlüsse zur Verbindung mit den Potentialen V+/– bzw. V+/–, dem Bezugspotential GND sowie dem ersten 12a und dem zweiten Bürstenanschluss 12b des Gleichstrommotors 12 in geeigneter Weise aufweisen.
  • Es sei abschließend noch darauf hingewiesen, dass das gezeigte Ausführungsbeispiel nicht auf die 1 und 2 beschränkt ist. So kann der Cx-Kondensator 36 beispielsweise auch im ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 zum Einsatz kommen. Weiterhin ist es auch denkbar, dass Gleichstrommotoren mit mehreren Schaltstufen mit einem entsprechenden Hybrid-Element ausgestattet werden, wobei dann in den jeweiligen, elektrischen Pfaden der Anschlussleitungen zur Ansteuerung der einzelnen Stufen ein Durchführungskondensator angeordnet ist. Ebenso kann für jede Schaltstufe ein Varistor und/oder ein Cx-Kondensator vorgesehen werden. Darüber hinaus ist es natürlich auch möglich, dass je Anschlussleitung mehrere Durchführungskondensatoren miteinander kombiniert werden sowie geeignete Parallel- und/oder Reihenschaltungen aus mehreren Varistoren bzw. Cx-Kondensatoren zur Erfüllung vorgegebener Forderungen zum Einsatz kommen.

Claims (6)

  1. Entstörvorrichtung (10) zur Unterdrückung hochfrequenter Störemissionen eines Gleichstrommotors (12), mit mindestens einem ersten Durchführungskondensator (18), der in einem elektrischen Pfad einer ersten Anschlussleitung (14) des Gleichstrommotors (12) angeordnet ist; dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Anschlussleitung (14) und zumindest einer weiteren Anschlussleitung (16) des Gleichstrommotors (12) mindestens ein weiteres, elektrisches Bauelement (24) zur Abschaltspannungsimpuls-Begrenzung vorgesehen ist.
  2. Entstörvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine weitere, elektrische Bauelement (24) ein Varistor (26) ist.
  3. Entstörvorrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Varistor (26) zumindest ein Cx-Kondensator (36) parallel geschaltet ist.
  4. Entstörvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem elektrischen Pfad der zumindest einen weiteren Anschlussleitung (16) mindestens ein weiterer Durchführungskondensator (32) angeordnet ist.
  5. Entstörvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Anschluss (20, 34) der Durchführungskondensatoren (18, 32) eine elektrische Verbindung (22) mit einem Bezugs- bzw. Massepotenzial (GND) aufweist.
  6. Entstörvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Durchführungskondensator (18, 32) und das mindestens eine weitere, elektrische Bauelement (24, 26) in einem gemeinsamen Gehäuse (30) integriert sind.
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