DE102005059862A1

DE102005059862A1 - Gleichstrommotor mit einem Mittel zur Erfassung einer Rotordrehung

Info

Publication number: DE102005059862A1
Application number: DE102005059862A
Authority: DE
Inventors: Detlev Hermann
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2005-12-15
Filing date: 2005-12-15
Publication date: 2007-06-28

Abstract

Gleichstrommotor mit einem Stator, einem Rotor und mit einem Mittel zur Erfassung der Drehzahl, wobei der Rotor mindestens eine Rotorwicklung umfasst, die über einen Kommutator und Bürsten an eine elektrische Spannung anschließbar ist, wobei das Mittel zur Erfassung der Drehzahl im Rotor parallel zu der Rotorwicklung ein Kondensator und im Stator in Reihe zu diesem Kondensator eine Induktivität geschaltet ist, wobei der Kondensator und die Induktivität einen Schwingkreis des Mittels zur Erfassung der Drehzahl bilden.

Description

STAND DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft einen Gleichstrommotor mit einem Stator, einem Rotor und mit einem Mittel zur Erfassung der Drehzahl des Motors. Der Rotor des Gleichstrommotors umfasst zumindest eine Rotorwicklung, die in bekannter Art und Weise über einen Kommutator und Bürsten an eine elektrische Spannung anschließbar ist.
Gleichstrommotoren werden in verschiedensten Bereichen der Technik eingesetzt. Weit verbreitet sind beispielsweise Gleichstrommotoren, in der Regel als Reihenschlussmotoren, in elektrischen Hausgeräten. Aber auch in der Kraftfahrzeugtechnik werden Gleichstrommotoren, zumeist permanent erregte Gleichstrommotoren, zum Verstellen von Sitzen, in Fensterhebern oder für andere Antriebe eingesetzt.
Insbesondere in der Kraftfahrzeugtechnik ist für die Steuerung des Motors oftmals eine genaue Erfassung der Drehzahl des Gleichstrommotors notwendig.
In der Vergangenheit haben sich zwei Verfahren zur Erfassung der Drehzahl eines Gleichstrommotors in der Kraftfahrzeugtechnik durchgesetzt. Zum einen handelt es sich dabei um Gleichstrommotoren, die zur Erfassung der Drehzahl Hallsensoren benutzen, die in dem Gleichstrommotor montiert sind. Ein Nachteil dieser Hallsensoren ist, dass für den Anschluss der Hallsensoren zusätzliche Verbindungsleitungen erforderlich sind. Die andere weit verbreitete Methode zur Drehzahl- und Positionserkennung der Rotoren von Gleichstrommotoren ist das sogenannte „Ripple-Count-Verfahren". Das Ripple-Count-Verfahren wird beispielsweise in der Gebrauchsmusterschrift mit der Veröffentlichungsnummer DE 20 2004 010 211 U1 oder in der Offenlegungsschrift DE 10 2004 004 198 A1 beschrieben. Zwar kommen Gleichstrommotoren mit einer Ripple-Count-Erkennung der Drehzahl ohne zusätzliche Verbindungsleitungen aus, durch besondere Halbleiterschalter sind jedoch Gleichstrommotoren mit der Ripple-Count-Erkennung der Drehzahl vergleichsweise teuer. Außerdem hat die Ripple-Count-Erkennung den Nachteil, dass sie insbesondere beim Anlaufen und Auslaufen des Gleichstrommotors ungenau ist, zum Beispiel auch ungenauer als Gleichstrommotoren mit Hallsensoren zur Drehzahlerfassung.
Der Erfindung liegt vor den Nachteilen der aus dem Stand der Technik bekannten Gleichstrommotoren das Problem zugrunde, einen Gleichstrommotor der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass mit möglichst geringem Aufwand eine möglichst genaue Erfassung der Drehzahl des Gleichstrommotors möglich ist.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Mittel zur Erfassung der Drehzahl im Rotor parallel zu der Rotorwicklung des Kondensators und im Stator in Reihe zu diesem Kondensator eine Induktivität geschaltet ist, wobei der Kondensator und die Induktivität einen Schwingkreis des Mittels zur Erfassung der Drehzahl bilden. Die Induktivität des Schwingkreises ist so mit dem Kommutator verbunden, dass nur in zwei Stellungen des Kommutators pro Umdrehung der Schwingkreis geschlossen ist und sich in dem Schwingkreis eine Schwingung ausbreiten kann. Diese kann beobachtet werden, um daraus Schlüsse über die Drehzahl des Gleichstrommotors zu gewinnen.
Vorteilhaft weist das Mittel zur Erfassung der Drehzahl einen Schwingungsgenerator zur Anregung des Schwingkreises auf. Dieser Schwingungsgenerator kann geeignet und eingerichtet sein, den Schwingkreis möglichst in einer Frequenz anzuregen, die ungefähr der Resonanzfrequenz des Schwingkreises entspricht. Ist der Schwingkreis geschlossen, lässt sich die Resonanzüberhöhung der Schwingung erkennen, selbst wenn die Schwingung mit anderen Effekten innerhalb der elektrischen Schaltung des Gleichstrommotors überlagert wird.
Das Mittel zur Erfassung einer Drehzahl kann ein Element zur Messung der Strom- und/oder Spannungsamplitude der Schwingung des Schwingkreises umfassen, mit dem sich die Schwingung innerhalb des Schwingkreises einfach beobachten lässt.
Das Mittel zur Erfassung der Drehzahl kann ferner Elemente zur Auswertung der Schwingung des Schwingkreises umfassen, beispielsweise um daraus ein Signal über die Drehzahl des Gleichstrommotors zu erzeugen. Die Elemente zur Auswertung verarbeiten dazu vorteilhaft ein Signal, das von dem Element zur Messung der Strom- und/oder Spannungsamplitude der Schwingung des Schwingkreises erzeugt wird.
Das Mittel zur Erfassung der Drehzahl kann ferner Elemente zum Einkoppeln der von dem Schwingungsgenerator erzeugbaren Schwingungen in den Schwingkreis aufweisen. Bei diesen Elementen kann es sich um einen oder mehrere weitere Kondensatoren handeln.
Es ist möglich, dass der Gleichstrommotor mehrere Rotorwicklungen umfasst. Dann ist aber vorteilhaft nur parallel zu einer dieser Rotorwicklungen der parallel geschaltete Kondensator vorgesehen, der mit der Induktivität den Schwingkreis bildet.
ZEICHNUNGEN
Ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Mittel zur Erfassung eines Gleichstrommotors wird anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt
1 eine Prinzipschaltung des Mittels zur Erfassung der Drehzahl des Gleichstrommotors.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
In dem Prinzipschaltbild (1) sind die für das Mittel zur Erfassung der Drehzahl bedeutsamen Komponenten des Gleichstrommotors dargestellt. Im übrigen ist der Gleichstrommotor nur unvollständig abgebildet.
Das Erfassungsmittel für einen erfindungsgemäßen Gleichstrommotor umfasst einen Schwingkreis, der gebildet wird aus einer Induktivität L und einem Kondensator C0, die in Reihe zwischen den beiden Polen der Batteriespannung U_batt+, GND geschaltet sind. Die Induktivität L ist dabei im Stator des Gleichstrommotors angeordnet, während der Kondensator C0 im Rotor des Gleichstrommotors vorgesehen ist. Der Kondensator C0 ist dabei parallel zu einer Rotorwicklung geschaltet.
Der Gleichstrommotor weist einen Kommutator K auf, der insgesamt drei Paare voneinander gegenüberliegenden Kommutatorsegmenten K₁, K₂, K₃, K₄, K₅, K₆ aufweist. Jedes Paar von Kommutatorsegmenten ist einer Rotorwicklung zugeordnet. Über Bürsten B die ebenfalls um 180° einander gegenüberliegend angeordnet sind, können die Kommutatorsegmente eines Paares elektrisch an die Batteriespannung U_batt+ angeschlossen werden. Es ist dann ein Stromkreis zwischen U_batt+ und GND über die Induktivität L, die beiden Bürsten und dem Kommutator K sowie der mit dem Kommutator verbundenen Rotorwicklung hergestellt.
Der Kondensator C0 ist im vorliegenden Fall zwischen den Kommutatorsegmenten K1 und K5 des Kommutators K geschaltet und liegt somit parallel zu der Rotorwicklung, die gleichfalls mit den Kommutatorsegmenten K1 und K5 elektrisch verbunden ist. Werden die beiden Kommutatorsegmente K1 und K5 mit den Bürsten B in Kontakt gebracht, fließt der Strom nicht nur über die entsprechende Rotorwicklung, sondern auch über den Kondensator C0, d. h. der Schwingkreis, gebildet aus Induktivität L und dem Kondensator C0 wird von einem elektrischen Strom durchflossen.
Das Mittel zur Erfassung der Drehzahl eines erfindungsgemäßen Gleichstrommotors weist zwei Elemente zum Einkoppeln einer elektrischen Schwingung in den Schwingkreis C0, L auf. Diese Elemente zum Einkoppeln der elektrischen Schwingung werden durch zwei Kondensatoren C1 und C2 gebildet. Diese in Reihe geschalteten Kondensatoren sind mit einem Schwingungsgenerator S verbunden, der als Sinusgenerator ausgeführt ist. Mit den Einkoppelmitteln wird die in dem Schwingungsgenerators S erzeugte elektrische, sinusförmige Schwingung in den Schwingkreis eingekoppelt. Der Sinusgenerator erzeugt dabei vorzugsweise eine Schwingung, die eine Frequenz hat, die der Resonanzfrequenz des Schwingkreises C0, L annähernd entspricht. D. h. in dem Fall, in dem der Schwingkreis geschlossen ist, wird in dem Schwingkreis C0, L eine sich verstärkende Schwingung angeregt, deren Resonanzüberhöhung über nicht dargestellte Elemente zur Messung erfasst werden kann. Dieses Element zur Messung der Strom- und/oder Spannungsamplitude der Schwingung ist vorzugsweise am Sternpunkt zwischen den Kondensatoren C1 und C2 der Elemente zum Einkoppeln (Messpunkt A) angeschlossen. Das von diesem Element zur Messung der Strom- und/oder Spannungsamplitude der Schwingung des Schwingkreises erzeugte Signal wird an Elemente zur Auswertung der Schwingung des Schwingkreises gegeben, die aus diesem Signal die Drehzahl ermitteln und ein Drehzahlsignal zum Abgriff an einem Ausgang zur Verfügung stellen.

Claims

Gleichstrommotor mit einem Stator, einem Rotor und mit einem Mittel zur Erfassung der Drehzahl, wobei der Rotor mindestens eine Rotorwicklung umfasst, die über einen Kommutator (K) und Bürsten (B) an eine elektrische Spannung (U_batt+, GND) anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Erfassung der Drehzahl im Rotor parallel zu der Rotorwicklung ein Kondensator (C0) und im Stator in Reihe zu diesem Kondensator (C0) eine Induktivität (L) geschaltet ist, wobei der Kondensator (C0) und die Induktivität (L) einen Schwingkreis (C0, L) des Mittels zur Erfassung der Drehzahl bilden.
Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Erfassung der Drehzahl einen Schwingungsgenerator (S) zur Anregung des Schwingkreises (C0, L) umfasst.
Gleichstrommotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsgenerator (S) geeignet und eingerichtet ist, den Schwingkreis (C0, L) in einer Frequenz anzuregen, die ungefähr der Resonanzfrequenz des Schwingkreises (C0, L) entspricht.
Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Erfassung der Drehzahl ein Element zur Messung der Strom und/oder Spannungsamplitude der Schwingung des Schwingkreises (C0, L) umfasst.
Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Erfassung der Drehzahl Elemente zur Auswertung der Schwingung des Schwingkreises (C0, L) umfassen.
Gleichstrommotor nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente zur Auswertung ein von dem Element zur Messung erzeugbares Messsignal geeignet und eingerichtet sind.
Gleichstrommotor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente zur Auswertung zum Erzeugen eines Drehzahlsignals geeignet und eingerichtet sind.
Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Erfassung der Drehzahl Elemente (C1, C2) zum Einkoppeln der von dem Schwingungsgenerator erzeugbaren Schwingungen in den Schwingkreis aufweist.
Gleichstrommotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (C1, C2) zum Einkoppeln zumindest einen weiteren Kondensator (C1, C2) umfassen.
Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstrommotor mehrere Rotorwicklungen umfasst und nur parallel zu einer dieser Rotorwicklungen ein parallel geschalteter Kondensator (C0) vorgesehen ist.