DE102008047494A1

DE102008047494A1 - Elektronisch kommutierter Gleichstrommotor

Info

Publication number: DE102008047494A1
Application number: DE200810047494
Authority: DE
Inventors: Peter Stauder; Dieter Barthel; Tom Kaufmann
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2008-09-17
Filing date: 2008-09-17
Publication date: 2010-04-15

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektronisch kommutierten Gleichstrommotor, insbesondere für eine elektronisch geregelte Bremsanlage, umfassend einen gemeinsamen elektronischen Regler, mit mehreren elektrischen Mitteln, insbesondere mit mehreren Hallsensoren zur Erfassung von Rotordrehlage und/oder zur Erfassung von einer Rotordrehzahl, wobei sämtliche elektrischen Mittel über eine elektrische Versorgungsschaltung im gemeinsamen Regler mit Hilfe einer Serienschaltung im Anschluss an einen oder mehrere Wicklungsstränge des Gleichstrommotors elektrisch versorgt sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektronisch kommutierten Gleichstrommotor mit mehreren elektrischen Mitteln, insbesondere mit mehreren Hallsensoren, zur Erfassung von Rotordrehlage und/oder zur Erfassung von einer Rotordrehzahl.
Es ist grundsätzlich bekannt, die Mittel gesondert elektrisch zu versorgen. Dabei wird den Hallsensoren üblicherweise eine weitgehend konstante Spannung von etwa 5 V aufgeprägt. Zur elektrischen Versorgung dient generell eine gesonderte Spannungsquelle und weiterhin sind mindestens zwei gesonderte Versorgungsleitungen erforderlich. Dies und die Notwendigkeit, sämtliche elektrischen Versorgungsleitungen, also auch Versorgungsleitungen für Wicklungsstränge des Gleichstrommotors, gegen den Eintritt von Umgebungsmedien sowie gegen einen Eintritt von Pumpenleckage abzudichten, erhöht den Aufwand und damit die Kosten eines gebildeten elektrohydraulischen Gesamtaggregates beträchtlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe, eine vereinfachte elektrische Versorgung der Komponenten des elektronisch kommutierten Gleichstrommotors zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird mit der Gesamtheit der Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus Unteransprüchen im Zusammenhang mit der Beschreibung anhand der Zeichnung hervor. In der Zeichnung zeigt:
1 Einzelheiten einer Versorgungsschaltung eines elektronisch kommutierten Gleichstrommotors, und
2 Einzelheiten einer Auswerteschaltung, welche einem Ausgang von Hallsensoren zugeordnet ist.
Ein elektronisch kommutierter Gleichstrommotor 1 gemäß 1 verfügt über einen Rotor 2 und einen Stator 3, wobei in bevorzugter Ausführungsform mehrere Wicklungsstränge U, V, W, mit Vorteil drei Wicklungsstränge vorgesehen sind, die mehrere, zueinander in Serie geschaltete, Spulenpaare 4, 4', 5, 5', 6, 6' aufweisen können, und dem Stator 3 zugeordnet sind. Weiterhin sind mehrere Permanentmagnete 7 mit definierter Polpaarzahl vorgesehen. Diese sind mit – in Umfangsrichtung wechselnder Polteilung – dem Rotor 2 zugeordnet. In weiterhin bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung kann es sich mit Vorteil um einen Außenläufermotor handeln. Es versteht sich jedoch ebenso, dass Innenläuferkonstruktionen vorgesehen sein können. Weiterhin ist es denkbar, eine andersartige, insbesondere eine umgekehrte, Zuordnung von Wicklungssträngen und Permanentmagneten 7 zu wählen, ohne die Erfindung zu verlassen.
Die Wicklungsstränge U, V, W werden über eine nicht gezeigte Stromrichterschaltung mit mehreren Halbleiterventilen in Gestalt von Transistoren zwecks Erzeugung mehrerer, periodisch wechselnder Drehfelder, elektrisch versorgt. Üblicherweise sind je Wicklungsstrang zwei Halbleiterventile für die beiden Stromrichtungen erforderlich, so dass bei dreisträngiger Bauweise und Vollbestückung grundsätzlich sechs Halbleiterventile vorzusehen sind. Allerdings gibt es Bestrebungen, die Halbleiteranzahl zu reduzieren, um Kosten zu senken. Zusammenfassend übernimmt die genannte Brückenschaltung eine elektronische Kommutierung in der elektrischen Versorgung der Wicklungsstränge U, V, W, was grundsätzlich bekannt ist, und hier nicht weiter beschrieben werden muss. Zwischen den Drehfeldern der einzelnen Wicklungsstränge U, V, W ist grundsätzlich ein Phasenversatz von 120° gegeben.
Um Drehsinn und Drehzahl zwischen Rotor 2 und Drehfeldern in den Wicklungssträngen U, V, W abzustimmen, sowie für einen gesicherten Anlauf unter Last, sind dem Stator 3 elektrische Mittel in Form von drei Drehsensoren H1, H2, H3 zugeordnet, welche das Rotordrehverhalten abtasten. Bevorzugt kommen drei, um jeweils 120° zueinander versetzt angeordnete, elektromagnetische Hallsensoren zum Einsatz, deren Ausgang 8, 9, 10 über eine gemeinsame Leitung 11 mit einem nachgeschalteten, gemeinsamen Regler verbunden ist, und dadurch phasenverschobene Ausgangssignale zur Weiterverarbeitung in einem nachgeschalteten, gemeinsamen Regler emittieren. Die Ausgangssignale der Drehsensoren H1, H2, H3 pendeln im Abhängigkeit vom Rotordrehverhalten periodisch zwischen einem Hochpegel und einem Tiefpegel.
Wie die 1 zeigt, ist zur Zuordnung der Ausgangssignale zu einem bestimmten Drehsensor H1, H2, H3 jeweils dem Ausgang 8, 9, 10 ein definierter elektrischer Widerstand 12, 13, 14 nachgeschaltet, der diesen Ausgangssignalen gewissermaßen einen definierten Offset aufprägt. Die Widerstände 8, 9, 10 weisen voneinander unterschiedliche elektrische Widerstandswerte auf, wobei weiterhin bevorzugt ganzzahlige Vielfache von einem fest definierten Basiswiderstand R ausgewählt sind. Die Widerstände 12, 13, 14 verfügen beispielhaft über eine Stufung nach dem Schema R, 2·R, 4·R, ... n·R. Dadurch werden bewusst definierte Pegelunterschiede am Ausgang der Hallsensoren hervorgerufen, deren Niveau im Sinne einer Codierung eine eineindeutige Zuordnung zu einem bestimmten Drehsensor H1, H2, H3 ermöglicht.
Wie der 1 weiterhin zu entnehmen ist, dient die dargestellte spezielle Versorgungsschaltung im gemeinsamen Regler weiterhin zur elektrischen Versorgung der Drehsensoren H1, H2, H3. Dies wird erreicht, indem sämtliche Drehsensoren H1, H2, H3 untereinander parallel und in Gesamtheit in Serie an einen Sternpunkt S der Wicklungsstränge U, V, W angeschlossen sind. Auf die beschriebene Art und Weise wird eine einfache und kostengünstige, wie auch platzsparende elektrische Versorgung der Drehsensoren H1, H2, H3, ohne gesonderte elektrische Verbindungsleitungen, ermöglicht. Ein weiterhin vorgesehener elektrischer Widerstand 16 erzielt einen Spannungsabfall zwecks Anpassung der jeweiligen Strangspannung an die gewünschte Versorgungsspannung von etwa 5 V.
Durch die beschriebenen Maßnahme wird ein ohnehin vorgesehener elektrischer Verbraucher (Wicklungsstrang U, V, W) in den Stand versetzt, gleichzeitig zur elektrischen Versorgung der Drehsensoren H1, H2, H3 zu dienen. Zwecks Stabilisierung in der Versorgung der Drehsensoren H1, H2, H3 ist diesen im Rahmen der ausgebildeten Versorgungsschaltung wenigstens ein R/C-Glied vorgeschaltet. Weiterhin ist eine, gegen Masse geschaltete und entsprechend bemessene Zenerdiode 17 im Anschluss an den elektrischen Widerstand 16 noch vor den Drehsensoren H1, H2, H3 implementiert. Dadurch wird es ermöglicht, sämtliche Drehsensoren H1, H2, H3 mit einer geglätteten Versorgungsspannung von etwa 5 V zu beaufschlagen, ohne auf eine gesonderte elektrische Versorgungsquelle zurückgreifen zu müssen.
Des weiteren kann nach 2 in dem gemeinsamen Regler dem Ausgang 8, 9, 10 der Drehsensoren H1, H2, H3 eine besondere Auswerteschaltung nach Art eines Stromspiegels zugeordnet sein, wobei ein gesonderter Messwiderstand 18 vorgesehen ist, der einen messbaren Spannungsabfall an einem Messwertausgang 19 hervorruft. Der elektrische Widerstandswert des Messwiderstands 18 bestimmt sich besonders bevorzugt zu 2/3 des Basiswiderstands R.
Der beschriebene Gleichstrommotor 1 dient ganz prinzipiell zum Antrieb einer Hydraulikpumpe, welche bevorzugt zur elektrohydraulischen Energieversorgung eines elektronischen Fahrstabilitätsregelsystems Verwendung findet. Andersartige Applikationen, wie beispielsweise im Rahmen einer automobilen elektrischen Lenkhilfe, sind ohne weiteres denkbar. Wie beschrieben wird, dient ein gemeinsamer elektronischer Regler sowohl für die Regelung der automobilen Anwendung, wie insbesondere des Fahrstabilitätsregelsystems, als auch für die Regelung des Gleichstrommotors 1 hinsichtlich seines Drehsinnes und seiner Drehzahl.

1: Gleichstrommotor
2: Rotor
3: Stator
4, 4': Spulenpaar
5, 5': Spulenpaar
6, 6': Spulenpaar
7: Permanentmagnet
8: Ausgang
9: Ausgang
10: Ausgang
11: Leitung
12: Widerstand
13: Widerstand
14: Widerstand
15: R/C-Glied
16: Widerstand
17: Zenerdiode
18: Messwiderstand
19: Messertausgang
R: Basiswiderstand
S: Sternpunkt
U, V, W: Wicklungsstrang
H1: Drehsensor
H2: Drehsensor
H3: Drehsensor

Claims

Elektronisch kommutierter Gleichstrommotor, insbesondere für eine elektronisch geregelte Bremsanlage, umfassend einen gemeinsamen elektronischen Regler, mit mehreren elektrischen Mitteln, insbesondere mit mehreren Hallsensoren zur Erfassung von Rotordrehlage und/oder zur Erfassung von einer Rotordrehzahl, wobei sämtliche elektrischen Mittel über eine elektrische Versorgungsschaltung im gemeinsamen Regler mit Hilfe einer Serienschaltung im Anschluss an einen oder mehrere Wicklungsstränge des Gleichstrommotors elektrisch versorgt sind.
Elektronisch kommutierter Gleichstrommotor nach Anspruch 1, umfassend einen Rotor und einen Stator, umfassend mehrere, insbesondere drei Wicklungsstränge sowie umfassend Permanentmagneten, wobei Wicklungsstränge und Permanentmagneten entsprechend einer Motorbauform voneinander getrennt dem Rotor oder dem Stator zugeordnet sind, sowie mit mehreren, dem Stator zugeordneten, elektrischen Mitteln insbesondere Hallsensoren zur Erfassung von Rotordrehlage und/oder zur Erfassung von einer Rotordrehzahl, und mit einem elektronischen Regler der mit den elektrischen Mitteln verbunden ist, insbesondere für eine Kraftfahrzeugbremsanlage, wobei in dem Regler wenigstens ein Kondensator in Serie an eine Gleichspannungsversorgung der Wicklungsstränge angeschlossen ist, und dass die elektrischen Mittel in Serie zwecks Eingangsspannungsbegrenzung an den Kondensator angeschlossen sind, wobei die elektrischen Mittel dazu dienen, in Abhängigkeit vom Rotordrehverhalten ein definiertes elektrisches Signal, insbesondere eine Ausgangsspannung zu erzeugen, welche in dem Regler zur Gewinnung von Rotordrehlage und/oder Rotorpositionsinformation verwendet wird.
Elektronisch kommutierter Gleichstrommotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedem elektrischen Mittel an einem Ausgang ein Widerstand zugeordnet ist.
Elektronisch kommutierter Gleichstrommotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die, den elektrischen Mitteln zugeordneten, Widerstände voneinander unterschiedliche Widerstandswerte aufweisen.
Elektronisch kommutierter Gleichstrommotor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstände einen elektrischen Widerstandswert aufweisen, welcher ein ganzzahliges Vielfaches von einem Basiswiderstandswert darstellt.
Elektronisch kommutierter Gleichstrommotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstände eine regelmäßige Stufung nach dem Schema R, 2·R, 4·R, n·R aufweisen.
Elektronisch kommutierter Gleichstrommotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den elektrischen Mitteln eine Auswerteschaltung zugeordnet ist.