-
Die Erfindung betrifft einen Gleichstrommotor für einen Aktor eines Kraftfahrzeugs. In einem Kraftfahrzeug wird eine Vielzahl von Aktoren eingesetzt, die Geräte wie Lüfterklappen oder Türen des Kraftfahrzeugs bewegen. Dazu werden oft Gleichstrommotoren eingesetzt, da solche unmittelbar von dem Bordnetz des Fahrzeugs angesteuert werden können.
-
Die
US 5,311,108 beschreibt einen Gleichstrommotor für eine Vielzahl von Anwendungen, wobei der Gleichstrommotor mit Hilfe einer elektrischen Ansteuerung, die als Kurzschlussbremse oder als ”Dynamik Breaking” bezeichnet wird, gebremst wird. Es wird von dem Fall ausgegangen, dass der Elektromotor stromlos bei einer vorbestimmten Drehzahl läuft. Dies kann durch das Schleppen des Motors oder durch die Rotationsenergie nach Abschalten des Motors bedingt sein. Die in den Spulen des Rotors befindliche Energie bewirkt das Erzeugen einer Spannung an den elektrischen Außenanschlüssen des Motors. Dieser Betrieb wird Schubbetrieb oder Generatorbetrieb genannt. Um das Bremsen zu beschleunigen, werden die Pole der Motoren gewollt kurzgeschlossen. Dieses Kurzschließen kann mit Hilfe von Transistoren, Relais oder Dioden erfolgen. Die
US 5,311,108 zeigt einen Aufbau mit Hilfe von Dioden. Allerdings wird für die elektrische Schaltung Bauraum benötigt, der besonders in Kraftfahrzeugen knapp ist.
-
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, einen Gleichstrommotor für einen Aktor bereitzustellen, der auch bei begrenztem Bauvolumen ein schnelles Bremsen ermöglicht.
-
Es wird ein Gleichstrommotor für den Einbau in das Gehäuse eines Aktors eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt, wobei der Gleichstrommotor einen Rotor, der mindestens eine Spule aufweist, einen Stator und elektrische Außenanschlüsse aufweist. Die elektrischen Außenanschlüsse sind zum Einprägen eines Stroms in die Spulen des Rotors von außerhalb des Gleichstrommotors vorgesehen. Ein Motorgehäuse ist zur Aufnahme des Rotors und des Stators vorgesehen. Innerhalb des Motorgehäuses ist zudem eine Kurzschlussbremse zum Abbau von im Rotor gespeicherten Energie während eines Schubbetriebs vorgesehen.
-
Der vorgestellte Gleichstrommotor hat den Vorteil, dass für die Kurzschlussbremse kein weiterer Bauraum innerhalb des Aktors vorgesehen werden muss. Vielmehr befindet sich diese innerhalb des Motorgehäuses und benötigt somit keinen weiteren Bauraum. Außerdem kann dadurch das Bremsen beschleunigt werden, denn befindet sich die Kurzschlussbremse außerhalb des Motorgehäuses, muss keine Leitung von dem Motorgehäuse zu der Kurzschlussbremse vorgesehen werden. Im Schubbetrieb fließt Strom durch die Kurzschlussbremse und eine Spannung fällt über den Widerständen der Leitungen zwischen Kurzschlussbremse und Gleichstrommotor ab. Diese Leitungswiderstände und die über ihnen abfallende Spannung verlangsamt den Abbau der Energie, wodurch das Bremsen des Gleichstrommotors verlangsamt wird. Der vorgestellte Gleichstrommotor ermöglicht somit ein schnelles Abbremsen.
-
In einer Ausführungsform enthält die Kurzschlussbremse eine Diode, deren Anschlüsse elektrisch mit den Außenanschlüssen verbunden sind. Eine Diode ist im Vergleich zu schaltbaren Bauteilen des Transistoren in einer kleinen Bauform realisierbar und damit mit relativ wenig Aufwand innerhalb des Motorgehäuses vorsehbar.
-
Vorzugsweise wird der Gleichstrommotor als permanenterregter Gleichstrommotor ausgeführt, da ein solcher nur eine minimale Anzahl von elektrischen Außenanschlüssen benötigt.
-
In einer Ausführungsform weist der Gleichstrommotor Bürsten zum Übertragen von Strom von den Außenanschlüssen zu den Spulen des Motors auf. Die Verwendung von Bürsten ermöglicht einen möglichst kompakten Aufbau des Gleichstrommotors, was somit auch das Bauvolumen für den genannten Gleichstrommotor verringert.
-
In einer Ausführungsform weist das Motorgehäuse einen rohrförmigen Abschnitt und zwei Deckel, die den rohrförmigen Abschnitt von zwei Seiten abschließen, auf. Ein solcher Aufbau des Motorgehäuses ermöglicht eine schnelle Montage des Gleichstrommotors.
-
Klammern oder Klemmen zum Halten des Stators in dem Motorgehäuse sind ebenfalls für eine schnelle Montage des Gleichstrommotors günstig.
-
Die Erfindung betrifft auch einen Aktuator mit einem Gleichstrommotor, wobei der Aktuator vorzugsweise ein Aktuatorgehäuse aufweist, das zudem Antriebselemente und einen Stecker aufweist. Durch das Motorgehäuse wird sichergestellt, dass Rotor und Stator zusätzlich vor Verschmutzungen und vor Wasser geschützt sind. Ein solcher Aktuator ist insbesondere geeignet für solche Aktuatoren, die ein mechanisches Element zum Rückstellen haben. Ein solches Element kann beispielsweise eine Feder sein. Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug, dass einen vorgestellten Aktuator als Türschließautomatik zum Schließen einer Fahrzeugtür enthält.
-
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels, das in den Figuren dargestellt wird, gezeigt. Dabei zeigt
-
1 einen Gleichstrommotor, wie er in einem Türschloss eines Kraftfahrzeugs eingebaut wird;
-
2 ein Prinzipschaltbild des Gleichstrommotors aus 1.
-
1 zeigt einen Gleichstrommotor zum Einbau in ein Aktuatorgehäuse einer Türschließautomatik eines Kraftfahrzeugs. Der Gleichstrommotor 1 weist einen Rotor 2 auf, der einen Kommutator 4 zur Aufnahme von Strom enthält. Der Kommutator 4 enthält eine Anzahl von Kupferbahnen 40, die voneinander elektrisch isoliert sind und radial auf dem Kommutator 4 verlaufen. Die Kupferbahnen 40 sind mit Spulen 20, die im Inneren des Rotors 2 verlaufen, elektrisch verbunden. Werden die Kupferbahnen 40 des Kommutators 4 von Strom durchflossen, fließt Strom durch die Spulen 20 des Rotors 2. Außerhalb des Rotors 2 sind Permanentmagnete 3 aufgebracht, die sich in Umfangsrichtung verteilen. Der Rotor 2 enthält an seinem rechten Ende eine Scheibe 11, die von einer außerhalb des Rotors befindlichen Klemme 12 fixiert wird. Die Klemme 12 wird mit Hilfe eines Distanzrings 14 und einer Klammer 15 gehalten. Der Gleichstrommotor 1 enthält auch ein im wesentlichen zylinderförmiges Motorgehäuse 13, in das die Klammer 15 geklemmt wird.
-
Auf der linken Seite der 1 ist eine Bürste 5 gezeigt, die von Haltern 6 gehalten wird. Die Halter 6 drücken die Bürste 5 mit Hilfe einer nicht gezeigten Feder auf die Kupferbahnen 40 des Kommutators 4. Dieses Andrücken erfolgt in Richtung Motorachse 50. Es sind zwei dieser Bürsten 5 vorgesehen, die so angeordnet sind, dass sie jeweils auf unterschiedliche Kupferbahnen 40 drücken. Die erste Bürste 5 ist elektrisch mit einer ersten Leitung 9 verbunden, über die sie von außen angesteuert wird. Die zweite Bürste 5 ist mit einer zweiten Leitung 10 verbunden. An die Leitungen 9 und 10 wird von außerhalb des Gleichstrommotors eine Spannung angelegt. Somit fließt Strom durch die erste Bürste 5, zu einer Kupferbahn 40 des Kommutators 4, durch eine oder mehrere Spulen 20 des Rotors 2, durch eine zweite Kupferbahn 40 des Kommutators 4, durch eine zweite Bürste 5 zu der Leitung 10. Die Spule 20 im Inneren des Rotors 2 bewirkt die Erzeugung eines Magnetfelds. Gleichzeitig erzeugen die Permanentmagnete 3 ebenfalls ein Magnetfeld. Es kommt somit zu anziehenden und abstoßenden Kräften zwischen dem Rotor 2 und dem Permanentmagneten 3. Somit setzt sich der Rotor 2 in Bewegung. Nicht gezeigt in 1 ist eine Abtriebswelle, die mit dem Rotor verbunden ist und die aus dem Motorgehäuse 13 herausragt. An die Abtriebswelle ist die Mechanik zum Schließen der Tür angeschlossen.
-
Auf der linken Seite ist zudem noch ein Distanzring 7 und eine zweite Klammer 8 vorgesehen. Die Klammer 8 wird ebenfalls in das Motorgehäuse 13 eingeklemmt und hält zusammen mit dem Distanzring 7 den Rotor innerhalb des Motorgehäuses 13. Zusätzlich können von rechts und links noch Deckel 18 aufgebracht werden, so dass das Innere des Motorgehäuses 13 vor eventuell vorhandener Feuchtigkeit geschützt wird.
-
Innerhalb des Motorgehäuses 13 ist auch die Diode 30 vorgesehen, deren Kathode mit der Leitung 9 und der Anode mit der Leitung 10 verbunden ist. Die Diode 30 wirkt als Kurzschlussbremse. Diese Funktion wird auch als Dynamik Breaking bezeichnet. Der Rotor 2 führt einen Rechtslauf durch, wenn an der Leitung 9 ein höheres elektrisches Potential als auf der Leitung 10 herrscht. Der Rotor wird aktiv nur im Rechtslauf angetrieben. Zum Bremsen kann die Kurzschlussbremse verwendet werden, indem die Leitungen 9 und 10 von außen hochohmig geschaltet werden. Durch die noch stattfindende Bewegung des Rotors 2 entsteht an den Leitungen 9 und 10 eine Spannung derart, dass das Potential auf der Leitung 10 höher als das Potential auf der Leitung 9 ist. Dadurch entsteht ein Stromfluss durch die Diode 30, die nun in Durchlassrichtung geschaltet ist. Der Strom erledigt die im Rotor vorhandene Energie, wodurch der Rotor 2 schnell abgebremst wird.
-
Die Diode 30 ist vorzugsweise ein oberflächenmontierbares Bauelement (SMD Surface Mounted Device). Ein solches kann direkt mit den Leitungen 9 und 10 mit Hilfe einer Lötverbindung in dem Gleichstrommotor verbunden werden, bevor der Gleichstrommotor in das Motorgehäuse 13 eingesetzt wird.
-
Der Strom wird somit direkt in der Diode verbraucht. Somit verringert sich der Widerstand zwischen den Anschlüssen der Diode und den Bürsten 5. Es kommt zu einer besseren Bremswirkung des Motors, da die Energie schneller abgebaut wird.
-
Zudem braucht außerhalb des Gleichstrommotors 1 kein Bauraum für die Diode vorgesehen zu werden.
-
2 zeigt ein Schaltbild für die Ansteuerung des Motors 1. Der Motor 1 weist als Gleichstrommotor zwei Außenanschlüsse 140 und 141 auf, an die jeweils eine Bürste 5 angeschlossen ist. Zudem ist die Diode 30 mit ihrer Anode mit dem Anschluss 141 und mit ihrer Kathode mit dem Anschluss 140 verbunden. Der Anschluss 140 ist über die Leitung 9 mit einem ersten Anschluss der Stromquelle 70 verbunden, während der Außenanschluss 141 über die Leitung 10 mit einem zweiten Anschluss der Stromquelle 70 verbunden ist. Wenn der Motor angetrieben wird, wird ein Strom von der Stromquelle 70 in den Motor derart eingeprägt, dass dieser durch die Außenanschlüsse und die Spulen des Rotors 2 fließt. Somit entsteht zwischen den Anschlüssen 140 und 141 eine Spannung, wobei am Außenanschluss 140 ein höheres Potential als am Außenanschluss 141 anliegt. Die Diode 30 ist somit in Sperrrichtung geschaltet. Beim Bremsen des Motors M wird der von der Stromquelle 70 bereitgestellte Strom auf 0 A reduziert.
-
Auf Grund der in den Spulen des Motors 1 noch vorhandenen Energie entsteht eine Spannung zwischen den Außenanschlüssen 140 und 141, die anders herum als in dem oben beschriebenen Antriebsfall gepolt ist. Dies bedeutet, dass das Potential am Außenanschluss 141 höher als das Potential am Außenanschluss 140 ist. Die Diode 30 leitet, wodurch die Energie in den Spulen im wesentlichen Wärmeenergie abgebaut wird. Durch das Abbauen der Energie verringert sich das Magnetfeld der Spulen des Rotors 2 und der Motor wird abgebremst. Die Diode 30 wird aus diesem Grund auch als Kurzschlussbremse bezeichnet und das entsprechende Verfahren als dynamisches Bremsen (Dynamik Breaking) bezeichnet.
-
Mit dem oben beschriebenen Motor ist es auch möglich, eine bestehende Türschlossautomatik mit der Kurzschlussbremse auszurüsten. Dazu muss lediglich ein herkömmlicher Motor durch einen Motor mit im Motorgehäuse integrierter Diode 30 ersetzt werden. Es wird somit in der Türschlossautomatik kein weiterer Bauraum für die Bauteile des Dynamik Breaking vorgesehen. Dadurch ist eine Bauraumoptimierung möglich. Eingesetzt werden kann eine solche Türschließautomatik in einen Türschließer eines Fahrzeugs, vor allen Dingen aber auch in Deckelschlössern einer Stufenhecklimousine.
-
Gegenüber einer herkömmlichen Türschließautomatik, bei der die Diode 30 außerhalb des Motors 1 vorgesehen ist, ist vorteilhaft, dass die Leitungswiderstände über die Leitungen 9 und 10 nicht ins Gewicht fallen, d. h. bei der Kurzschlussbremse keine Rolle spielen. Ein derartiger Widerstand würde die Bremswirkung des Motors verringern. Deshalb ist es vorteilhaft, die Diode innerhalb des Motorgehäuses des Motors 1 unterzubringen, da so der Widerstand verringert wird.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Motor
- 2
- Rotor
- 3
- Permanentmagnet
- 4
- Kommutator
- 5
- Bürste
- 6
- Halter
- 7
- Distanzring
- 8
- Klammer
- 9
- Leitung
- 10
- Leitung
- 11
- Scheibe
- 12
- Klemme
- 13
- Gehäuse
- 14
- Distanzring
- 15
- Klammer
- 18
- Deckel
- 20
- Spule
- 30
- Diode
- 40
- Kupferbahn
- 50
- Achse
- 70
- Stromquelle
- 140
- Außenanschluss
- 141
- Außenanschluss
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
